Способ контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаватора

Изобретение относится к технике электробезопасности и релейной защите электрооборудования и предназначено для использования в низковольтных комплектных устройствах карьерных экскаваторов. Сущность: способ предусматривает измерение сопротивления изоляции цепей переменного напряжения всех источников и постоянного напряжения генераторов подъема, напора и поворота, определение режима функционирования экскаватора - "работа" или "наладка", и отключение электрооборудования при снижении сопротивления изоляции в одной из указанных цепей ниже допустимого уровня: при режиме "наладка" без выдержки времени, при режиме "работа" - с выдержкой времени, достаточной для экстренного завершения выполняемой рабочей операции, в течение которой формируются аварийные звуковой и световой сигналы для машиниста с указанием места повреждения изоляции. Технический результат изобретения: повышение эффективности управления процессом аварийного отключения электрооборудования при нарушении сопротивления изоляции. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к технике электробезопасности и релейной защите электрооборудования и предназначено для использования в низковольтных комплектных устройствах карьерных экскаваторов.

Известны способы контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаваторов, при которых измеряют сопротивление изоляции цепей переменного напряжения всех источников и постоянного напряжения генераторов подъема, напора и поворота, и при снижении сопротивления изоляции в одной из указанных цепей ниже допустимого уровня производят отключение соответствующего электрооборудования (а.с. №1707569 (СССР), МПК G 01 R 27/18, 1992 г.; а.с. №1541533 (СССР), МПК G 01 R 27/18, 1990 г.).

При реализации известных способов производят постоянный контроль сопротивления изоляции и в случае его недопустимого снижения производят защитное отключение электрооборудования с минимальной выдержкой времени, которая определяется временем срабатывания защиты. Благодаря этому обеспечивается надежная защита персонала от поражения электрическим током. Однако при срабатывании защиты в процессе работы экскаватора происходит аварийное отключение электрооборудования, в результате чего его механизмы останавливаются в произвольных положениях. Это создает неблагоприятную ситуацию как с точки зрения техники безопасности, так и ремонта электрооборудования.

Следовательно, недостаток известных способов - низкая эффективность управления при аварийном нарушении изоляции.

Из известных способов наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является способ контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаватора, при котором измеряют сопротивление изоляции цепей переменного напряжения всех источников и постоянного напряжения генераторов подъема, напора и поворота, и при снижении сопротивления изоляции в одной из указанных цепей ниже допустимого уровня производят отключение соответствующего электрооборудования (патент РФ №2144679, МПК G 01 R 27/18; Н 02 Н 3/16. Способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети/С.И.Малафеев, B.C.Мамай, Н.А.Серебренников, В.Г.Фролкин. - Опубл. в БИ, 2000, №2).

Согласно предлагаемому способу производят постоянный контроль сопротивления изоляции во всех цепях и в случае его снижения до заданного порогового уровня производят защитное отключение электрооборудования с выдержкой времени, которая определяется временем срабатывания защиты. Благодаря этому обеспечивается быстрая и надежная защита персонала от поражения электрическим током. Однако при срабатывании защиты в процессе работы экскаватора происходит аварийное отключение электрооборудования, в результате чего его механизмы останавливаются в произвольных положениях. Это создает неблагоприятную ситуацию как с точки зрения техники безопасности, так и ремонта электрооборудования.

Таким образом, недостаток известного способа - низкая эффективность управления при аварийном нарушении изоляции.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности управления процессом аварийного отключения электрооборудования при нарушении сопротивления изоляции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаватора, при котором измеряют сопротивление изоляции цепей переменного напряжения всех источников и постоянного напряжения генераторов подъема, напора и поворота, и при снижении сопротивления изоляции в одной из указанных цепей ниже допустимого уровня производят отключение электрооборудования, дополнительно определяют режим функционирования экскаватора - "работа" или "наладка", при режиме "наладка" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей производят отключение соответствующего электрооборудования без выдержки времени, при режиме "работа" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей производят отключение соответствующего электрооборудования с выдержкой времени, достаточной для экстренного завершения выполняемой рабочей операции, в течение которой формируют для машиниста аварийные звуковой и световой сигналы с указанием места нарушения изоляции.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемое техническое решение имеет следующие новые признаки (операции):

- определяют режим функционирования экскаватора - "работа" или "наладка";

- при режиме "наладка" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей производят отключение соответствующего электрооборудования без выдержки времени;

- при режиме "работа" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей производят отключение соответствующего электрооборудования с выдержкой времени, достаточной для экстренного завершения выполняемой рабочей операции;

- формируют для машиниста аварийные звуковой и световой сигналы с указанием места нарушения изоляции в течение выдержки времени аварийного отключения электрооборудования.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна".

При реализации предлагаемого изобретения повышается эффективность управления процессом аварийного отключения электрооборудования при нарушении сопротивления изоляции. При режиме "наладка" персонал, выполняющий ремонтные работы, подвергается наибольшей опасности в случае прикасания к электрооборудованию с нарушенной изоляцией. При этом механизмы экскаватора находятся в безопасном положении, удобном для обслуживания. В этом случае согласно предлагаемому способу при нарушении сопротивления изоляции защитное отключение производится с минимальной выдержкой времени, величина которой определяется алгоритмом работы устройства контроля. В режиме "работа" для устройств защитного отключения устанавливается выдержка времени срабатывания защитного отключения, достаточная для экстренного завершения рабочих операций машинистом и установки механизмов экскаватора в безопасное положение. При этом в течение указанной выдержки времени формируются для машиниста аварийные звуковой и световой сигналы с указанием места нарушения изоляции.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники и релейной защиты.

Известны операции формирования аварийного сигнала для машиниста при нарушении сопротивления изоляции (патент РФ №2173924, МКИ Н 02 Н 7/26. Микропроцессорная система защиты/Езерский С.В. и др. - Опубл. 20.09.01). В известных способах и предлагаемом указанная операция имеет аналогичное содержание.

Операции: определение режима функционирования экскаватора - "работа" или "наладка"; в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей при режиме "наладка" отключение соответствующего электрооборудования без выдержки времени; в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей отключение соответствующего электрооборудования с выдержкой времени, достаточной для экстренного завершения выполняемой рабочей операции при режиме "работа", в известных способах аналогичного назначения не обнаружены.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором в качестве примера показана упрощенная типовая функциональная схема экскаватора ЭКГ-15, поясняющая способ контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаватора. Функциональные схемы других отечественных экскаваторов аналогичны и отличаются только составом и параметрами применяемого электрооборудования.

На чертеже обозначено: 1 - ячейка высоковольтного ввода с разъединителями высокого напряжения 2 и 3 и вакуумным выключателем 4; 5-12 - понижающие трансформаторы; 13, 14, 62-64 - автоматические выключатели с отключающими катушками; 15, 16, 65-72 - автоматические выключатели; 17 - приводной синхронный двигатель; 18 - тиристорный преобразователь электропитания обмотки возбуждения синхронного двигателя; 19-24 - устройства контроля сопротивления изоляции; 25-27 - генераторы; 28-35 - двигатели; 36-43 - обмотки возбуждения двигателей; 44-46 - тиристорные преобразователи электропитания обмоток возбуждения двигателей; 47-49 - обмотки возбуждения генераторов; 50-52 - тиристорные преобразователи управления возбуждением генераторов; 53-55 - системы управления тиристорными преобразователями соответственно 47, 48 и 49; 56-58 - блоки управления возбуждением генераторов; 59-61 - токоизмерительные шунты; 73 - блок формирования сигналов управления приводами; 74 - пульт машиниста; 75 - генератор аварийного звукового сигнала; 76 - модуль индикации на пульте машиниста, обеспечивающий индикацию состояния изоляции контролируемых цепей; 77 - контроллер состояния оборудования; 78 - блок реле технологических защит; 79 - блок реле управления и автоматики.

Для контроля сопротивления изоляции в разных цепях экскаватора используется 6 устройств:

- УКСИ1 контролирует сопротивление изоляции в трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В;

- УКСИ2 контролирует сопротивление изоляции в трехфазной сети переменного тока напряжением 220 В;

- УКСИ3 контролирует сопротивление изоляции в трехфазной сети переменного тока напряжением 105 В, содержащей тиристорный преобразователь электропитания обмотки возбуждения синхронного двигателя 17;

- УКСИ4, УКСИ5 и УКСИ6 контролируют сопротивление изоляции якорных цепей генераторов постоянного тока соответственно 25, 26 и 27.

УКСИ1 при срабатывании формирует сигнал отключения автоматического выключателя 13; УКСИ2 при срабатывании формирует сигнал отключения автоматического выключателя 14, УКСИ3 при срабатывании формирует сигнал отключения вакуумного выключателя 4. Устройства УКСИ4, УКСИ5, УКСИ6 при срабатывании формируют логические сигналы для контроллера состояния оборудования 77, который управляет отключением автоматических выключателей 62, 63 и 64. Входными сигналами для контроллера состояния оборудования служат выходные сигналы блока реле управления и автоматики 79 и пульта машиниста 74. Контроллер 77 в зависимости от режима функционирования экскаватора ("работа" или "наладка"), который задается машинистом, устанавливает выдержки времени срабатывания устройств УКСИ1-УКСИ3, равными 0 при режиме "наладка" и 40 с при режиме "работа". Контроллер 77 также формирует отключающие сигналы для автоматических выключателей 62-64 без выдержки времени при режиме "наладка" и с заданной выдержкой времени 40 с при режиме "работа". Кроме этого при срабатывании одного из устройств контроля сопротивления изоляции в режиме "работа" контроллер 77 формирует команду для генератора звукового сигнала 75 на пульте машиниста и передает сигнал об аварии для модуля индикации.

При режиме "наладка" персонал, выполняющий ремонтные, профилактические и другие работы, подвергается наибольшей опасности в случае прикасания к электрооборудованию с нарушенной изоляцией. При этом механизмы экскаватора находятся в безопасном положении, удобном для обслуживания. В этом случае согласно предлагаемому способу при нарушении сопротивления изоляции защитное отключение производится с минимальной выдержкой времени, величина которой определяется алгоритмом работы устройства контроля (собственным временем срабатывания защиты, которое составляет от 100 мс до 200 мс для различных современных быстродействующих аппаратов). В режиме "работа" для устройств защитного отключения устанавливается выдержка времени срабатывания защитного отключения, достаточная для экстренного завершения рабочих операций машинистом и установки механизмов экскаватора в безопасное положение, например, 40 с. При этом в течение указанной выдержки времени формируется аварийный сигнал для машиниста.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществлять контроль сопротивления изоляции и защитное отключение электрооборудования экскаватора и обеспечивает повышение эффективности управления при аварийном нарушении изоляции за счет:

- аварийного отключения электрооборудования с максимальным быстродействием при режиме "наладка";

- аварийного отключения электрооборудования с выдержкой времени, достаточной для завершения рабочих операций при режиме "работа";

- формирования аварийного звукового сигнала для машиниста при срабатывании одного из устройств контроля сопротивления изоляции при режиме "работа".

Предлагаемый способ контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаватора реализован и успешно испытан на отечественных экскаваторах ЭКГ-10, ЭКГ-12,5 и ЭКГ-15.

Следовательно, использование в предлагаемом способе контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаватора, при котором измеряют сопротивление изоляции цепей переменного напряжения всех источников и постоянного напряжения генераторов подъема, напора и поворота, и при снижении сопротивления изоляции в одной из указанных цепей ниже допустимого уровня производят отключение электрооборудования, дополнительно операций определения режима функционирования экскаватора - "работа" или "наладка", при режиме "наладка" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей отключения соответствующего электрооборудования без выдержки времени, при режиме "работа" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей отключения соответствующего электрооборудования с выдержкой времени, достаточной для экстренного завершения выполняемой рабочей операции, и формирования в течение этой выдержки времени для машиниста аварийных звукового и светового сигналов с указанием месса повреждения изоляции, обеспечивает повышение эффективности управления процессом аварийного отключения электрооборудования при нарушении сопротивления изоляции.

Использование предлагаемого технического решения на экскаваторах позволит повысить электробезопасность работ в горной промышленности.

Способ контроля сопротивления изоляции и защитного отключения электрооборудования экскаватора, при котором измеряют сопротивление изоляции цепей переменного напряжения всех источников и постоянного напряжения генераторов подъема, напора и поворота, и при снижении сопротивления изоляции в одной из указанных цепей ниже допустимого уровня производят отключение электрооборудования, отличающийся тем, что дополнительно определяют режим функционирования экскаватора -"работа" или "наладка", при режиме "наладка" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей производят отключение соответствующего электрооборудования без выдержки времени, при режиме "работа" в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции в одной из цепей производят отключение соответствующего электрооборудования с выдержкой времени, достаточной для экстренного завершения выполняемой рабочей операции, в течение которой формируют для машиниста аварийные звуковой и световой сигналы с указанием места нарушения изоляции.