Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa

Ćwiczenia laboratoryjne

Instrukcja do ćwiczenia

Autorzy: dr hab. inż. Piotr GAWOR, prof. Pol.Śl.

dr inż. Sergiusz BORON

Gliwice, październik 2011 r.

Środki ochrony przeciwporażeniowej

część 2

-1-

1. Zasada działania środków ochrony przy uszkodzeniu w kopalnianych sieciach IT

W podziemiach kopalń, gdzie stosowane są w zasadzie sieci o izolowanym punkcie neutralnym (sieci IT), ochrona przy uszkodzeniu realizowana jest przez zastosowanie systemu uziemiających przewodów

ochronnych (SUPO), w połączeniu z ciągłą automatyczną kontrolą stanu izolacji doziemnej i zabez-

pieczeniami ziemnozwarciowymi. System uziemiających przewodów ochronnych polega na połączeniu części przewodzących dostępnych (metalowych obudów i osłon) urządzeń elektrycznych ze zbiorem uziomów kopalnianych za pomocą sieci przewodów ochronnych. Uziom kopalniany jest to przedmiot metalowy umieszczony w górotworze (w wyrobisku) i tworzący przewodzące (elektryczne) połączenie z ziemią. Uziomy wykonuje się z prętów, płyt, taśm lub innych przedmiotów stalowych umieszczonych w skałach (uziomy w skale) lub w zbiornikach wodnych, rzą-piach szybów, ściekach kopalnianych (uziomy w wodzie). W kopalni powinny być wykonane dwa uziomy centralne (w rząpiach szybów lub zbiornikach wodnych) i uziomy lokalne – przy każdej rozdzielnicy 6 kV oraz każdej przewoźnej stacji transformatorowej i pro-stownikowej. Wszystkie uziomy połączone są z sobą i z częściami przewodzącymi dostępnymi wszyst-kich urządzeń elektrycznych siecią przewodów ochronnych, na którą składają się: • żyły ochronne kabli i przewodów oponowych górniczych, • ekrany ochronne kabli i przewodów oponowych, • pancerze stalowe kabli o izolacji z tworzyw sztucznych, • pancerze stalowe i powłoki ołowiane kabli tradycyjnych (o izolacji papierowo-olejowej), • gołe linki uziemiające prowadzone wzdłuż tradycyjnych kabli 6 kV. Uproszczony schemat SUPO w podziemiach kopalń przedstawiono na rys. 1. Zadaniem SUPO jest ograniczanie wartości napięć dotykowych pojawiających się podczas zwarć do-ziemnych do wartości dopuszczalnych. Jest to możliwe wówczas, gdy: a) rezystancja uziemienia każdego z dwóch uziomów centralnych nie przekracza wartości (0,5÷÷÷÷1,5) Ω,

w zależności od wartości prądu ziemnozwarciowego w sieci 6 kV, b) rezystancja uziemienia każdego uziomu lokalnego nie przekracza 50 Ω, c) wypadkowa rezystancja uziemienia całego SUPO spełnia nierówność

doz

dd

wsI

UR ≤ (1)

w której Udd – dopuszczalna wartość napięcia dotykowego, Idoz – wartość prądu ziemnozwarciowego rozpatrywanej sieci.

d) zachowana jest (kontrolowana) ciągłość połączeń wszystkich uziomów.

Dopuszczalne wartości napięć dotykowych zależne są od warunków środowiskowych (rzutujących w znacznym stopniu na wartość rezystancji ciała człowieka) i dla podziemi kopalń przyjmowane są: (Udd)AC = 25 V - w niskonapięciowych sieciach prądu przemiennego, (Udd)AC = f(tz) = (25 ÷50)V – w sieciach średniego napięcia (> 1 kV), (tz – czas działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych

wyłączających uszkodzoną sieć spod napięcia).

-2-

Rys. 1. Uproszczony schemat systemu uziemiających przewodów ochronnych

-3-

Kontrola stanu izolacji w sieciach niskonapięciowych realizowana jest przez centralne zabezpiecze-

nia upływowe (CZU) i blokujące zabezpieczenia upływowe (BZU). Centralne zabezpieczenia upływowe powinny:

a) dokonywać ciągłego pomiaru wypadkowej rezystancji izolacji doziemnej wszystkich odcinków sieci będących pod napięciem (całej sieci zasilanej z transformatora),

b) spowodować samoczynne, bezzwłoczne wyłączenie sieci spod napięcia, gdy wartość wypadkowa rezystancji izolacji doziemnej obniży się poniżej wartości granicznej.

Rezystancja zadziałania centralnego zabezpieczenia upływowego nie powinna przekraczać:

4 kΩ w sieci o napięciu znamionowym ≤ 127 V, 7 kΩ w sieci o napięciu znamionowym 220 V, 15 kΩ w sieci o napięciu znamionowym 500 V, 30 kΩ w sieci o napięciu znamionowym 1000 V,

Dodatkowo, centralne zabezpieczenia upływowe mogą dokonywać kompensacji doziemnych prądów pojemnościowych.

Do podstawowego wyposażenia CZU należą: • miernik wyskalowany w kiloomach, pozwalający określić wypadkową wartość rezystancji izolacji

(zabezpieczenia przeznaczone do sieci o napięciu do 220V mogą nie posiadać miernika), • układ do sprawdzania sprawności eksploatacyjnej zabezpieczenia realizowanego przez wykonanie

sztucznego jednofazowego uszkodzenia izolacji, • układ sygnalizacji i blokady po zadziałaniu, • urządzenie pozwalające na plombowanie.

Pomiar rezystancji izolacji doziemnej sieci odbywa się prądem stałym o wartości nie większej niż 10 mA, przy czym źródło prądu pomiarowego włączone jest pomiędzy punkt neutralny sieci i ziemię. Centralne zabezpieczenia upływowe instalowane są w każdej przewoźnej stacji transformatorowej zasilającej ma-szyny i urządzenia przodkowe i pomocnicze.

Blokujące zabezpieczenia upływowe przeznaczone są do kontroli stanu izolacji sieci wyłączonej spod napięcia, a więc uzupełniają działanie centralnych zabezpieczeń upływowych. Rola BZU polega na:

a) samoczynnym pomiarze rezystancji izolacji odcinka sieci wyłączonego spod napięcia, b) zablokowaniu możliwości załączenia pod napięcie odcinka sieci o uszkodzonej izolacji.

Zabezpieczenie powinno być wyposażone w: • układ do przeprowadzania kontroli sprawności eksploatacyjnej wykonywanej poprzez wywołanie

sztucznego uszkodzenia izolacji, • układ sygnalizacji zadziałania.

Blokujące zabezpieczenia upływowe instalowane są we wszystkich łącznikach manewrowych (ŁM) słu-żących do sterowania maszynami górniczymi, a także jako dodatkowy człon blokujący w centralnych zabezpieczeniach upływowych. Miejsca zainstalowania i zasadę współpracy centralnych i blokujących zabezpieczeń upływowych przed-stawiono na rys. 2.

-4-

Rys. 2. Kontrola stanu izolacji w niskonapięciowej sieci kopalnianej

2. Program ćwiczenia

2.1. Pomiar prądu zwarcia z ziemią, napięć dotykowych i prądu rażeniowego przy doziemieniu w sieci IT

W modelowym układzie jak na rys. 3 dokonać pomiaru prądu zwarcia z ziemią Idoz (amperomierz A2), napięcia dotykowego UD (woltomierz V) oraz prądu rażeniowego Ir (amperomierz A1) dla różnych wartości pojemności doziemnej C0, rezystancji izolacji Riz oraz rezystancji wypadkowej SUPO Rws. Na-pięcie strony wtórnej transformatora Tr powinno wynosić 500 V. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 1.

Tabela 1. Wyniki badań przy doziemieniu w modelu sieci kopalnianej IT

C0 Riz Rws Idoz [A] Ud [V] Ir [mA]

0 µF

∞ 1 Ω 5 Ω

100 kΩ 1 Ω 5 Ω

7 kΩ 1 Ω 5 Ω

1 µF

∞ 1 Ω 5 Ω

100 kΩ 1 Ω 5 Ω

7 kΩ 1 Ω

5 Ω

-5-

Rys. 3. Schemat układu do pomiaru prądu zwarcia z ziemią, napięcia dotykowego i prądu rażeniowego

przy doziemieniu w sieci IT

2.2. Sprawdzenie działania centralnych zabezpieczeń upływowych (urządzeń kon-troli stanu izolacji) w układzie modelowym sieci IT

Dla centralnego zabezpieczenia upływowego wskazanego przez prowadzącego ćwiczenie należy przeprowadzić następujące próby i pomiary:

a) sprawdzenie działania za pomocą przycisku „PRÓBA”, b) pomiar rezystancji zadziałania, c) sprawdzenie wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej jednej fazy, d) sprawdzenie wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej wszystkich

trzech faz. Układ pomiarowy przedstawiono na rys. 4.

Po naciśnięciu przycisku „PRÓBA” znajdującego się na płycie czołowej centralnego zabezpiecze-nia upływowego należy opisać zachowanie się układu.

Pomiar rezystancji zadziałania przeprowadzić należy używając opornicy dekadowej włączonej po-między jedną fazę i ziemię. Zmniejszając stopniowo wartość rezystancji należy ustalić z dokładnością do 0,1 kΩ wartość rezystancji zadziałania zabezpieczenia.

Sprawdzenia wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej dokonuje się przez porównanie tych wskazań z wartościami przyłączonych do jednej lub wszystkich trzech faz modelu sieci IT rezystorów Riz, modelujących rezystancję izolacji. Pomiar należy zacząć od włączenia wszyst-kich rezystorów połączonych szeregowo dla danej fazy, a następnie kolejno je wyłączać zaczynając od największych wartości. Wyniki pomiarów należy zestawić w tabeli 2.

-6-

Rys. 4. Schemat układu do sprawdzania centralnego zabezpieczenia upływowego

Taela 2. Wyniki badania centralnego zabezpieczenia upływowego

Typ zabezpieczenia:.................................. Napięcie znamionowe sieci, Un=....................

Zachowanie się zabezpieczenia przy naciśnięciu przycisku „PRÓBA”:

...................................................................................................................................................

Pomiar rezystancji zadziałania zabezpieczenia

Wybrane wartości Rezystancji nastawionej Rdek, kΩ

Wskazania kiloomomierza, kΩ lub zachowanie się zabezpieczenia

... ...

Sprawdzenie wskazań kiloomomierza przy obniżaniu rezystancji izolacji doziemnej sieci

Riz(L1) KΩ

Riz(L2) kΩ

Riz(L3) kΩ

Riz wyp kΩ

Wskazania kiloomomierza, kΩ

... ... ... ... ...

3. Sprawozdanie z ćwiczenia Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • Opis przebiegu ćwiczenia. • Schematy układów pomiarowych zrealizowanych podczas ćwiczenia. • Wyniki wykonanych w ramach ćwiczenia pomiarów i badań ujęte w tablicach. • Własne uwagi i wnioski wynikające z ćwiczenia.

-7-

4. Pytania kontrolne • Co to jest SUPO, jakie jest przeznaczenie i budowa? • Jakie jest przeznaczenie centralnego i blokującego zabezpieczenia upływowego? • Od czego zależy wartość prądu zwarciowego oraz napięcia dotykowego podczas doziemienia

w sieci IT? • Jak sprawdza się sprawność centralnego zabezpieczenia upływowego?