Metody kontroli doziemień w sieciach izolowanych

Metody kontroli doziemień w sieciach izolowanych

Metody kontroli doziemień w sieciach izolowanych

Kontrola doziemienia jest specjalnym sposobem wykrywania problemów z izolacją przy wykorzystaniu urządzeń pomiarowych. Dedykuje się ją do sieci pracujących z izolowanym punktem neutralnym. Znajdują obecnie coraz szersze zastosowanie.

Kontrolę doziemienia można przeprowadzać zarówno w sposób ciągły, instalując odpowiednie urządzenia w rozdzielnicy zasilającej, jak i w sposób dorywczy przy wykorzystaniu urządzeń przenośnych. Artykuł omawia obie metody monitorowania i sprawdzania obecności doziemień.

Obszary stosowania układów kontroli doziemień

Standardowe układy pracy sieci niskich napięć to sieci TN lub TT, które pracują z uziemionym punktem neutralnym. W takich sieciach kontrola doziemień, czyli pojawienia się prądów upływu doziemnego, która jest także sposobem sprawdzenia jakości izolacji, wykonuje się poprzez wyłączniki nadprądowe lub różnicowoprądowe. W przypadku pojawienia się „dużego” prądu upływu następuje wyłączenie zasilania. To właśnie wyłączenie zasilania (zupełnie akceptowalne w większości instalacji) jest ostatnim środkiem zabezpieczającym w instalacjach z izolowanym punktem neutralnym, czyli w sieciach IT. Sieci takie buduje się np. w szpitalach czy kopalniach, gdzie od ciągłości zasilania zależy życie ludzkie. Odłączenie zasilania powoduje w nich dopiero wystąpienie dwóch doziemień, czyli w przypadku sieci przemienno-prądowej jednofazowej, gdy uszkodzenie izolacji będzie wykryte zarówno w przewodzie zasilającym (L1), jak i w przewodzie neutralnym. Pojawienie się pierwszego doziemienia jest już stanem awaryjnym, dlatego w celu zapewnienia bezprzerwowego i niezawodnego zasilania należy takie doziemienie wykryć, a następnie usunąć w dogodnym czasie powód jego pojawienia się, czyli np. wymienić wadliwy przewód czy kabel.

Kontrola doziemień ma coraz większe znaczenie, wzrasta bowiem odsetek urządzeń energoelektronicznych (prostowników, przemienienników częstotliwości) będących odbiornikami energii elektrycznej. Mają pojemności doziemne, przez które przepływa prąd wysokiej częstotliwości (powstający z obecnych w przekształtnikach napięć wysokiej częstotliwości). Ochrona tego typu urządzeń przy zastosowaniu standardowych wyłączników różnicowoprądowych jest trudna. Problemem okazuje się dopasowanie prądu wyzwalającego wyłącznik do znacznych wartości prądów upływu, które dodatkowo się zmieniają w trakcie pracy. W związku z tym osoby zajmujące się eksploatacją instalacji zasilających znaczną liczbę przekształtników energoelektronicznych lub przemienników energoelektronicznych dużych mocy decydują się coraz częściej na zasilanie tych urządzeń z sieci izolowanych. W takich wypadkach do bezpiecznej i niezawodnej eksploatacji układu konieczne jest przynajmniej dorywcze kontrolowanie pojawienia się doziemień. Co ciekawe, niektóre przekształtniki zasilające sieci prądu stałego same wykonują taką właśnie kontrolę pojawiania się doziemień i przekazują informacje do ich operatora przez specjalne diody świetlne, wyświetlacze, a także często przesyłając sygnał do lokalnego systemu budynkowego BMS (building management system).

Wykorzystywane metody pomiarowe

Sposób wykonywania kontroli doziemień różni się w zależności od producenta urządzenia i często pozostaje tajemnicą przedsiębiorstwa. Można jednak wyróżnić kilka podtypów, wśród których najważniejszy to układ zaprezentowany na rysunku 1. Wykorzystuje się w nim urządzenie IFS-710-PSG, będące w istocie generatorem sygnału pomiarowego, który w przypadku uszkodzenia kabla spowoduje przepływ prądu pochodzącego od tego sygnału (prądu niskiej wartości, np. 1 mA). Zostanie on następnie wykryty przez urządzenie IFS-710-W6, które umożliwia monitorowanie 6 linii, i co za tym idzie − pozwala jednoznacznie wykryć, w jakim obwodzie doszło do uszkodzenia. W zaprezentowanym przypadku urządzeń produkowanych przez firmę ESA Grimma elementy systemu porozumiewają się przy wykorzystaniu magistrali CAN. Centralnym urządzeniem nadzorującym pracę systemu jest układ ILT-107-V.4 lub nowsza jego wersja ILT-107-V.5.

Rys. 1. System monitorowania doziemień w sieci IT produkcji ESA Grimma (źródło http://www.meredit.pl/)

Zdjęcia poszczególnych elementów systemu zaprezentowano na rysunkach 2, 3 oraz 4.

Rys. 2. Jednostka centralna systemu monitorowania doziemień w sieci IT ILT-107-V.5 produkcji ESA Grimma (źródło http://www.meredit.pl/)

Rys. 3. IFS-710-PSG generator sygnału probierczego produkcji IFS-710-W6 ESA Grimma (źródło http://www.meredit.pl/)

   Rys. 4. Układ pomiary prądu doziemień oraz prądu roboczego produkcji ESA Grimma (źródło http://www.meredit.pl/)

Innym sposobem wykonania tego typu pomiaru okazuje się wykorzystanie specjalnego dzielnika rezystancyjnego, który jest zasilany prądem stałym. W tym przypadku wykrycie doziemienia będzie polegać na ujawnieniu się zmian napięcia dzielnika, dla którego drogę obejściową prądu stanowić będą podłączone równolegle do rezystorów probierczych doziemienia pojawiające się w sieci czy instalacji. Innymi słowy, w normalnym stanie pracy prąd płynie jedynie przez dzielnik zbudowany z rezystorów probierczych, a w trakcie wystąpienia doziemienia pojawia się dodatkowa droga przepływu prądu powodująca zmianę wartości napięcia w dzielniku, co może być wykryte z łatwością np. przez układ komparatorów napięcia. Wartości rezystorów bocznikujących izolację kabla, napięcie zasilające, jak też poziom komparacji mogą być w tych systemach dobrane dowolnie do potrzeb badanej instalacji.

Inny przykład urządzenia wykonującego monitorowanie doziemień stanowi urządzenie IMD-IFS-V.1 zaprezentowane na rysunku 5, które może znaleźć swoje zastosowanie zarówno w sieciach przemienno- jak i stałoprądowych. Przyrząd jest urządzeniem zintegrowanym posiadającym w swojej obudowie zarówno generator sygnału probierczego, jak i system detekcji oraz układ komunikacji. Do niego należy dołączyć jedynie układy pomiaru prądu IFS-...-W6/W8. Urządzenie powtarza pomiar określający jakość izolacji, a tym samym pojawianie się doziemień co 10 minut. Informacja o pojawieniu się doziemienia jest więc bardzo szybko przekazywana do operatora systemu. W celu zapewnienia wysokiej niezawodności urządzenie cyklicznie przeprowadza także samokontrolę działania.

Przenośne pomiary doziemnień

W praktyce pomiar doziemień wykonywany dorywczo przeprowadzany jest przy użyciu standardowych mierników rezystancji izolacji takich jak np. zaprezentowany na rysunku 6 miernik Miernik MPI-530-IT produkcji Sonel, który oprócz pomiaru rezystancji izolacji ma inną ciekawą cechę z punktu widzenia sieci izolowanych. Jest bowiem także w stanie pomierzyć parametry wyłączników różnicowoprądowych przyłączonych do instalacji zasilających sieci IT czy w zasadzie same ich transformatory.

Rys. 5. Miernik MPI-530-IT produkcji Sonel (źródło: https://www.sonel.pl/)

Istnieją także przenośne systemy monitorowania doziemień. Można ich użyć do pomiarów doraźnych, do detekcji uszkodzonych odcinków przewodów czy kabli albo także wykorzystywać czasowo w instalacjach, wobec których mamy podejrzenie możliwości wystąpienia doziemienia. Urządzenia te są jednak zdecydowanie mniej popularne od zaprezentowanych wcześniej urządzeń instalowanych w rozdzielnicach.

 

Podsumowanie

Zapewnienie niezawodnych i bezpiecznych dostaw energii elektrycznej w sieciach z izolowanym punktem neutralnym IT wymaga cyklicznego sprawdzania jakości izolacji. Można to robić dorywczo za pomocą urządzeń do pomiaru rezystancji izolacji lub przenośnych urządzeń sprawdzających doziemienia, ale bezpieczniejszą i preferowaną metodą jest instalowanie systemów monitorowania doziemień w rozdzielniach sieci IT. Pozwala to na praktycznie natychmiastowe wykrycie pierwszego doziemienia, co umożliwia wykonanie operacji łączeniowych oraz zaplanowanie remontów uszkodzonych fragmentów linii zasilających. Dzięki temu niezawodność zasilania, jak też bezpieczeństwo obsługi sieci IT znacznie rosną.

 

 

Autor: dr inż. Łukasz Rosłaniec absolwent studiów magisterskich i doktoranckich na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej, specjalista w zakresie układów zasilania rezerwowego, rozproszonych źródeł energii, jakości energii elektrycznej, a także energoelektroniki
Słowa kluczowe:
kontrola doziemień