Технический бюллетень TNP032 21.08.2018 г. Применение приборов контроля сопротивления изоляции для цепей управления приводами кранов магистральных газопроводов и других исполнительных механизмов.

Режим работы изолированной от земли электросети (режим изолированной нейтрали, IT-системы) часто применяется в электроустановках, требующих повышенной надежности энергоснабжения, и особо опасных по условиям электропоражения. К таким электроустановкам относятся системы энергоснабжения железнодорожных предприятий, медицинских учреждений, судов, горной и нефтедобывающей промышленности, испытательного производства и другие.

В электрических сетях и электроустановках, изолированных от земли, условия электробезопасности и надежности энергоснабжения в основном определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емкостью относительно земли. Также, этот вопрос безусловно является важным и для цепей измерения, управления и сигнализации средств автоматизации объектов газотранспортной системы (ГТС). Для обеспечения необходимого уровня сопротивления в цепях автоматизации и телемеханизации требуется ведение постоянного мониторинга сопротивления изоляции, осуществляемого эксплуатирующим персоналом при помощи различных устройств контроля изоляции. В особенном внимании нуждаются протяжённые кабели КИП, проложенные в сложных болотистых условиях, на водных переходах, а также отремонтированные при помощи муфт кабели, ранее неосторожно повреждённые нерадивыми подрядными организациями.

Функции устройства контроля изоляции средств автоматизации, применяемых на магистральных газопроводах, заключаются в измерении сопротивления изоляции цепей под рабочим напряжением, оценке результатов измерения путём сравнения с величиной уставки и, в случае необходимости, включении сигнализации оповещения эксплуатирующего персонала о неблагополучном состоянии изоляции оборудования.

В связи с этим, можно полноправно утверждать, что устройство контроля сопротивления изоляции способствует стабильной работе средств автоматизации объектов магистральных газопроводов путём ведения непрерывного измерения сопротивления изоляции цепей управления, измерения и сигнализации с целью поддержания их значений, регламентированных соответствующими нормативными документами.

Разработанный специалистами компании АО «Хакель» прибор контроля сопротивления изоляции ПКСИ-24М представляет собой прибор непрерывного контроля сопротивления изоляции положительной и отрицательной шин сетей постоянного тока (от 12 до 36 В) с изолированной нейтралью относительно шины защитного заземления (PE) с высокой скоростью оценки и сигнализации (рис.1).

Состояние сопротивления изоляции проверяемой электросети и самого прибора отображается на дисплее. ПКСИ-24М обладает возможностью оперативной перенастройки параметров прямо с лицевой панели или через цифровой интерфейс RS-485 по типовому протоколу обмена PROFIBUS. Также, он снабжен сигнальными реле для удаленного контроля и сигнализации любыми средствами телемеханизации, эксплуатируемыми в ПАО «Газпром».

Рисунок 1 - Внешний вид ПКСИ-24М

Прибор ПКСИ-24М размещен в пластмассовом корпусе двухмодульного размера 2M (36 мм) класса защиты IP20. Устройство оснащено дисплеем для индикации числового значения сопротивления изоляции, отображаемого для обеих шин системы (R+ и R-). Кроме того, устройство имеет кнопки для настройки параметров, а также LED индикаторы, информирующие о состоянии контролируемой системы электропитания и самого устройства.

Для проведения натурного тестирования ПКСИ-24М был выбран один из контролируемых пунктов телемеханики МГ «Грязовец-Выборг-3,4н.» Волховского ЛПУ МГ (рис.2), где в рамках опытной эксплуатации был установлен данный прибор. Он был выбран с учетом технических параметров и особенностей эксплуатации оборудования телемеханики, эксплуатируемого на подобных объектах. Установка оборудования проводилась совместно со специалистами АО «Хакель» с учетом их рекомендаций.

Рисунок 2 - Контролируемый пункт телемеханики

Прибор был подключен к двум жилам кабеля КИП (протяжённостью более 500 м) узла управления ЭПУУ-5 производства ООО Завод «Калининградгазавтоматика», который предназначен для дистанционного и местного (ручного) управления операциями по открытию и закрытию шарового крана с пневмогидравлическим приводом.
Для имитации утечек тока на землю через изоляцию жил кабеля КИП узла управления к тестируемым жилам напрямую был подключён магазин сопротивлений (рис.3).

Рисунок 3 - Подключение магазина сопротивлений к кабелю КИП узла управления ЭПУУ-5

Внутри блок-бокса контролируемого пункта телемеханики кранового узла находится шкаф телемеханики, где при помощи DIN рейки был смонтирован прибор контроля сопротивления изоляции ПКСИ-24М (рис.4).

Рисунок 4 - Внешний вид шкафа телемеханики при раскрытых дверях

Прибор подключен согласно принципиальной схеме к двум жилам контрольного кабеля, проложенного к крановому узлу (рис.5). Также на схеме указаны резисторы временно подключаемого магазина сопротивлений, которые имитируют утечку тока на землю через изоляцию кабеля.

Рисунок 5 - Принципиальная схема подключения ПКСИ-24М

При включении дисплея ПКСИ-24М видно, что замыканий или утечек на землю контролируемой линии нет – сопротивление изоляции стремится к бесконечности (рис.6).

Рисунок 6 - Изначальные показания ПКСИ-24М

Сымитируем утечку изоляции одного из проводов (плюс или минус) на землю, изменив параметры резистора из магазина сопротивлений. Прибор немедленно покажет изменение сопротивления изоляции одного из проводов (рис.7).

Рисунок 7 - Изменение показаний ПКСИ-24М при имитации утечки изоляции на первом проводе

Сделаем то же самое для второго провода и убедимся в аналогичном отображении ситуации на дисплее (рис.8).

Рисунок 8 - Изменение показаний ПКСИ-24М при имитации утечки изоляции на втором проводе

Попробуем уменьшить подключенное сопротивление из магазина сопротивлений приблизительно в два раза. ПКСИ-24М отреагирует соответствующе (рис.9). Также сработало сигнальное реле, запрограммированное на уставку 60 кОм.

Рисунок 9 - Изменение показаний ПКСИ-24М при уменьшении сопротивлений в два раза
В реальной ситуации сигнал об аварии сопротивления изоляции будет передан на пункт управления телемеханики диспетчерского пункта ЛПУ МГ.

По итогам опытно-промышленной эксплуатации в период с октября 2017 по июль 2018 года от эксплуатирующей организации был получен отзыв об основных достоинствах оборудования:

1. Простота монтажа и подключения проводов;

2. Малые габариты и крепление на DIN-рейку;

3. Возможности «гибкой» настройки, в том числе величины уставки срабатывания сигнала «авария сопротивления изоляции»;

4. Возможность настройки прибора без использования дополнительных устройств (ноутбука, HART коммуникатора и т.д);

5. Возможность самотестирования прибора;

6. Наличие дисплея;

7. Широкий диапазон отображаемых значений сопротивления (5-990 кОм);

8. Наличие интерфейса RS-485;

9. Питание прибора осуществляется непосредственно от контролируемой линии;

10. Простота и надёжность в эксплуатации.

За время эксплуатации ПСКИ-24М на объекте телемеханизации – отказов в работе, выхода из строя и ложных срабатываний выявлено не было.

Таким образом, простейшие тесты и успешный период эксплуатации на рабочем объекте показывают работоспособность данного прибора ПКСИ-24М и свидетельствуют о возможности его применения в дальнейшем на объектах автоматизации и телемеханизации газотранспортной системы при необходимости мониторинга контроля сопротивления изоляции смонтированных кабелей (в данном случае, кабелей КИП).

Перечень нормативных документов:

1. ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы.

2. СО–153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.

3. ГОСТ IEC 61643-21-2014 Устройства защиты от перенапряжений низковольтные. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединённые к телекоммуникационным и сигнализационным сетям. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний.

4. ГОСТ Р 50571-4-44 Электроустановки низковольтные. Требования по обеспечению безопасности. Защита от отклонений напряжения и электромагнитных помех.

5. СТО Газпром 2-1.11-290-2009 Положение об обеспечении электромагнитной совместимости производственных объектов ОАО “Газпром”.

6. Технические материалы АО «Хакель».