СПОСОБ КОНТРОЛЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРООБОГРЕВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
CONTROL METHOD OF INDUSTRIAL OBJECTS ELECTRIC HEATING SYSTEM

Данное изобретение относится к устройствам электрообогрева промышленных объектов, таких как трубопроводы, цистерны и подобные им полые промышленные объекты, содержимое которых требует обогрева.
В отечественной практике в системах электрообогрева трубопроводов вихревыми токами используется преимущественно токопроводящий отечественный сертифицированный и соответствующий требованиям пожарной безопасности кабель КнМНФ, состоящий из токопроводящей медной многопроволочной жилы, покрытой двумя слоями фторопласта (изоляция и оболочка). В процессе длительной эксплуатации системы электрообогрева трубопроводов наиболее уязвимой является изоляция кабеля, подверженная износу от влияния на нее множества отрицательных факторов. С целью исключения аварий, в системах автоматического управления работой контуров электрообогрева используются датчики температуры, расположенные на поверхности обогреваемых трубопроводов, что позволяет поддерживать температуру на трубопроводе и осуществлять контроль тока контура электрообогрева, температуру кабеля в трубке-теплоспутнике, состояние защиты контура (положение коммутационных аппаратов) и величину сопротивления изоляции в контуре. По сопротивлению изоляции в контуре судят о состоянии изоляции и, в случае ее износа, частичного или полного пробоя, предупреждают возникновение аварий путем отключения питания контуров электрообогрева.
Из зарубежной патентной документации известен способ обнаружения замыкания на землю электрокабелей электрической системы, содержащей первый и второй электрический компонент и контроллер, при этом второй электрический компонент может быть соединен с контроллером. Система обнаружения замыкания на землю может включать в себя модуль обнаружения замыкания на землю, встроенный в первый электрический компонент. Первый электрический компонент может быть изолирован от второго электрического компонента. Система обнаружения замыкания на землю может дополнительно включать в себя канал передачи данных, сконфигурированный для установления передачи данных между контроллером и модулем обнаружения замыкания на землю. Модуль обнаружения замыкания на землю может быть сконфигурирован так, чтобы активировать режим работы для первого электрического компонента, если обнаружено замыкание на землю, связанное с первым электрическим компонентом (US 2009219656 А1, 03.09.2009).
Известен способ безопасного отключения электрической сети и предохранительного устройства для проведения метода. К электрической сети подключены множество электрических компонентов, к которым относится как минимум один источник электрической энергии и как минимум одна электрическая нагрузка. Источник электрической энергии отключается или отсоединяется от электрической сети при повреждении защитного контура. Рабочие данные по крайней мере одного из электрических компонентов контролируются по крайней мере одним блоком мониторинга. Контур линии безопасности прерывается, если на основании эксплуатационных данных блоком мониторинга определяется критическая для безопасности ситуация (DE 102010031456 А1, 19.01.2012).
Известен способ, включающий в себя подключение первого и/или второго испытательных напряжений для проверки сопротивления нагревательного средства и/или сопротивления изоляции перед включением нагревательного средства, оценивая, находится ли сопротивление в пределах допуска и если не препятствует переключению нагревательного средства включения и/или вывода индикации неисправности. Независимый опрос также включен для схемы мониторинга, по меньшей мере, одного нагревательного элемента (DE 19940988 A1, 01.03.2001).
Из патентной документации известен также способ контроля понижения сопротивления изоляции в линии подачи напряжения питания к нагрузке и устройство для реализации способа, при этом способ контроля заключается в том, что подают контрольный сигнал на контролируемую линию, принимают ответный сигнал, запоминают его, анализируют его и индицируют, причем в контролируемой линии при включенном основном источнике напряжения питания нагрузки замеряют ток утечки в линии подачи, затем на контролируемую линию при включенном основном источнике подают одновременно напряжение дополнительного источника, снова замеряют ток утечки в линии подачи, запоминают замеренные сигналы и в качестве контрольного сигнала используют разностный сигнал, получаемый вычитанием сигналов при первом и втором замерах, для анализа сравнивают полученный разностный сигнал с допустимым значением тока утечки и по результатам сравнения судят о наличии или отсутствии утечки (RU 2381513 С1, 10.02.2010).
Известен способ контроля и целостности электрического сопротивления, в частности, способ контроля целостности одного или нескольких изолирующих слоев сопротивления с многослойной изоляцией, которыми являются соседние слои, заключенные между их наружными оболочками и внутренними оболочками, причем способ включает стадию постоянной подачи напряжения на точки наружной и внутренней оболочек и стадию использования тока короткого замыкания, который генерируется в случае ухудшения изоляционной способности одного или нескольких соседних изолирующих слоев, при этом для передачи сигнала опасности пользователю и/или устройству отсоединяют сопротивление с многослойной изоляцией от источника питания, проводят периодическую проверку работоспособности устройств и электрических цепей, посредством которых реализуется способ, при этом периодическая проверка осуществляется путем искусственной имитации неисправности (RU 2577386 С2, 20.03.2016).
Известен способ контроля электрических цепей сложных технических изделий, основанный на применении контрольного устройства, включающего компьютер и соединенные с ним через интерфейсную магистраль измерительный прибор и коммутатор, включающий подключение каналов коммутатора через технологические жгуты к контактам электрических цепей контролируемого изделия, измерение параметров электрических цепей с помощью измерительного прибора под управлением компьютера и оценку качества электрических цепей по результатам измерений, причем при контроле сложных технических изделий, содержащих сложные электрические соединения с количеством разъемов более двух, применяют коммутатор с двумя независимыми полями коммутации, к каналам каждого поля коммутации коммутатора подключают постоянно соединенный технологический жгут, при этом количество каналов каждого независимого поля коммутации коммутатора и количество электрических соединительных цепей каждого из двух постоянно соединенных с ними технологических жгутов должно соответствовать максимальному количеству контактов любого из штатных разъемов контролируемых изделий, при этом перед началом процедуры контроля в память компьютера помещают совокупность частных таблиц соединений каждого штатного разъема контролируемого изделия с другими штатными разъемами, имеющими электрические связи с данным разъемом, принимаемым в качестве опорного при контроле по данной частной таблице соединений, в состав частной таблицы соединений включают критериальные параметры, которым должны соответствовать контролируемые электрические цепи и сопротивления изоляции между независимыми электрическими цепями, полный контроль качества электрических соединений и диагностику неисправностей всего изделия производят поэтапно, на каждом очередном этапе по указанию от компьютера подключают первый технологический жгут к штатному разъему изделия, определенному в качестве опорного по проверяемой частной таблице соединений, второй технологический жгут по указаниям от компьютера на основе частной таблицы соединений поочередно подключают к другим штатным разъемам изделия, с помощью измерительного прибора и коммутатора под управлением компьютера контролируют качество подключаемых электрических цепей и качество сопротивления изоляции, фиксируют выявленные дефекты в памяти компьютера, по завершении процедуры контроля электрических соединений по одной частной таблице соединений активируют в памяти компьютера очередную частную таблицу соединений, перестыковывают первый технологический жгут к очередному штатному разъему, являющемуся опорным для контроля по данной частной таблицы соединений и повторяют указанную ранее процедуру контроля качества электрических цепей изделия по текущей частной таблице соединений, по завершении процедур контроля по всем частным таблицам соединений с помощью компьютера выводят итоговые результаты контроля на монитор и принтер, при обнаружении дефектов производят их устранение и повторный контроль по частным таблицам соединений, в пределах которых были выявлены дефекты. Для каждого типа изделий предварительно изготавливают сменные адаптеры, содержащие соединенные между одноименными контактами ответные части разъема технологического жгута и ответные части соответствующих штатных разъемов контролируемых изделий, подключение технологических жгутов к штатным разъемам изделия производят с помощью переходных сменных адаптеров по указаниям на мониторе компьютера на основе данных, приведенных в соответствующей частной таблице соединений, при этом для проверки разных типов изделий используют одни и те же технологические жгуты, длина которых обеспечивает доступ для подключения полей коммутатора к самим удаленным разъемам изделий.
При контроле по каждой последующей (после первой) частной таблицы соединений исключают контроль тех соединений, которые уже были проконтролированы по предыдущим частным таблицам соединений для предшествующих разъемов, использованных в качестве опорных. В способе не проводят контроль ошибочных соединений данного опорного разъема с разъемами, электрических не связанными по схеме соединений с данным разъемом, если такой контроль проведен ранее по совокупности процедур контроля по предшествующим частным таблицам соединений. В качестве опорных разъемов для процесса контроля используют не все разъемы электрических соединений контролируемого изделия, а только разъемы поврежденной части изделия, известные на основе априорной информации о характере повреждений изделия по результатам визуального осмотра или функционального контроля работоспособности соответствующих составных частей изделия. При контроле электрических цепей с активными управляемыми элементами в состав коммутатора вводят два дополнительных независимых поля коммутатора, каждое из которых подключено к соответствующему технологическому жгуту (RU 2554658 С1, 27.06.2015).
Известен способ контроля электрической сети, включающий в себя следующие этапы: обнаружение электрических сигналов и дополнительных сигналов, создаваемых в электрической сети, при этом физическая природа дополнительных сигналов отлична от физической природы электрических сигналов, обрабатывают упомянутые электрические сигналы для определения первого временного ориентира, представляющего момент обнаружения электрических сигналов, испускаемых во время события неисправности, произошедшего в электрической сети, обрабатывают упомянутые дополнительные сигналы для определения второго временного ориентира, представляющего момент обнаружения дополнительных сигналов, испускаемых во время упомянутого события неисправности, произошедшего в электрической сети, обрабатывают для пространственной локализации упомянутого события неисправности в электрической сети в зависимости от упомянутых первого и второго временных ориентиров (RU 2631492 С1, 25.05.2017).
i
1+
2-
i+
i-
i+
i-
0+
0-
Известен способ определения сопротивлений изоляции с изолированной нейтралью, при котором измеряют напряжения между «землей» и полюсами источника тока, а также токи, протекающие по присоединениям сети до и после подключения к одному из полюсов резистивного элемента, далее измеряют также токи, протекающие по присоединениям сети после подключения второго резистивного элемента к другому полюсу сети, причем производят выравнивание напряжения на полюсах путем включения параллельно полюсам источника постоянного тока двух последовательно соединенных одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей», одновременно измеряют ток, протекающий по присоединению, включающему токопровод к третьему резистору и токопроводы от полюсов источника к резистивным элементам, определяют значения сопротивлений изоляции каждого из полюсов присоединений, а затем определяют значения сопротивлений изоляции сети в целом по формуле, учитывая: R - полное сопротивление изоляции всей сети, R - полное сопротивление изоляции i - фидера, U - напряжение на положительном полюсе при подключении к нему резистивного элемента, U - напряжение на отрицательном полюсе при подключении к нему резистивного элемента, Е-ЭДС аккумуляторной батареи, dI- ток i-го присоединения, вызванного подключением к положительному полюсу резистивного элемента, dI - ток i-го присоединения, вызванного подключением к отрицательному полюсу резистивного элемента, R - сопротивление изоляции положительного полюса i-го присоединения, R - сопротивление изоляции отрицательного полюса i-го присоединения, dI - ток присоединения, протекающий через третий резистор и резистивный элемент, при подключении к положительному полюсу резистивного элемента, dI - ток присоединений, протекающий через третий резистор, при подключении к отрицательному полюсу другого резистивного элемента (RU 2313799 С1, 27.12.2007 - прототип).
Общими признаками прототипа и способа, представленного в данном описании изобретении (в терминах описания данного изобретения) являются такие признаки, что способы характеризуются тем, что в процессе контроля подают электропитание на устройство системы электропитания, инициируют контроллер устройства контроля и реле контроля изоляции и осуществляют контроль изоляции кабельных линий электропитания системы по сопротивлению изоляции.
Способ, изложенный в прототипе, имеет множество расчетных операций, отрицательно влияющих на точность и достоверность полученных результатов, при этом имеется опасность использования в способе аккумулятора, влияющего на достоверность получаемых данных о состоянии изоляции. Способ предусматривает также сравнительно большое число элементов устройства, посредством которого осуществляется контроль системы электрообогрева. Указанные факторы могут существенно снижать надежность способа в достоверности получаемой информации о состоянии изоляции кабельных линий и контуров электропитания средств элктрообогрева.
Техническим результатом изобретения, представленного в данном описании, является повышение надежности способа контроля системы электрообогрева промышленных объектов.
Технический результат получен совокупностью изложенных в формуле способа признаков - способом контроля системы электрообогрева, характеризующимся подачей электропитания на устройство системы электрообогрева, после которой инициируют контроллер К устройства контроля и реле контроля изоляции РКИ и осуществляют контроль изоляции кабельных линий электропитания системы по сопротивлению изоляции, при этом в случае выявления неисправной кабельной линии осуществляют отключение этой линии, включают лампу «Авария», соответствующую индикации в меню контроллера аварии соответствующей кабельной линии, а после проведенных операций отключают контроллер К и включают в работу линейные контакторы KM1-КМn контуров электропитания системы электроподогрева объектов, затем с реле контроля изоляции РКИ при наличии на нем сигнала «Авария» считывают этот сигнал и осуществляют поиск следующих неисправных контуров электропитания средств электрообогрева, причем указанный поиск осуществляют путем последовательного отключения линейных контакторов KM1-КМn и последовательного их включения в обратном порядке до включения последнего контактора КМn, включенного в последний контур электропитания последнего средства электрообогрева, при этом контроль изоляции каждого последующего контура электропитания средств электрообогрева осуществляют последовательно в указанном порядке, при этом в случае исправности первого контура электропитания производят его отключение и переходят к следующему контуру электропитания и поиску контура, у которого на автоматическом выключателе имеется сигнал «состояние QF1…QFn включен», а в случае наличия в контурах электропитания на соответствующих автоматических выключателях QF1…QFn сигнала «состояние QF1…QFn выключен», - устанавливают в зоне расположения этого контура флаг, что контроль сопротивления изоляции контура электропитания средства электрообогрева не выполнен.
На фиг. 1 представлен один из примеров устройства для реализации способа контроля сопротивления изоляции системы электрообогрева промышленных объектов.
Устройство для реализации способа содержит первую линию 1 электропитания ABCN, имеющую включенные в нее автоматический выключатель 2 (QF6) и контактор 39 (КМ6), при этом последний соединен с электрокабелями ABCN первой линии 1 и с электрокабелями ABCN второй линии 9 электропитания. Контактор 39 (КМ6) электрически соединен с выключателем 2 (QF6).
Устройство содержит контроллер 3 (К), соединенный с электрокабелями А и N первой линии 1 электропитания. Контроллер 3 выполнен программируемым и логистическим или он может быть выполнен иным, обеспечивающим заданные функции контроля.
С первой линией 1 электропитания соединены токовые трансформаторы 4, 5 и 6 (ТТ1, ТТ2 и ТТ3), соединенные, соответственно, с электрокабелями ABC первой линии 1 электропитания. Токовые трансформаторы устройства соединены электропроводами 7 с соответствующими им измерительными приборами тока 8 (РА1, РА2 и РА3), например, амперметрами. Электрокабели ABCN первой линии 1 соединены с электропроводниками ABCN второй (линейной) линии 9 электропитания.
Устройство контроля содержит реле 10 контроля изоляции (РКИ), соединенное с защитным электропроводником 31 заземления (РЕ) второй линии 9 электропитания и дросселем 36 (Д). Устройство содержит контуры 11-15 электропитания средств электрообогрева промышленных объектов. Число контуров зависит от числа средств электрообогрева, или от числа обогреваемых секций трубопровода, или от числа отдельных трубопроводов, включенных в единую систему электрообогрева множества объектов.
В данном примере исполнения в качестве средств электрообогрева использованы закрепленные на трубопроводе металлические трубчатые элементы с расположенными в них электрокабелями (не показаны), образующими при взаимодействии друг с другом вихревые токи, нагревающие трубчатые элементы и секции протяженного трубопровода.
Контур 11 электропитания имеет электропроводник А и N, соединенные с электропроводником А и N второй электролинии 9, причем контур 11 имеет выключатель-расцепитель или автоматический выключатель 16 (QF1) и контактор 17 (КМ1), между которыми расположен соединенный с ними прибор защитного отключения - предохранитель 18 (FA1).
Контур 12 электропитания имеет электропроводники В и N, соединенные с электропроводниками В и N второй электролинии 9 электропитания, причем контур 12 имеет выключатель-расцепитель или автоматический выключатель 19 (QF2) и контактор 20 (КМ2), между которыми расположен соединенный с ними прибор защитного отключения - предохранитель 21 (FA2).
Контур 13 электропитания имеет электропроводники С и N, соединенные с электропроводникамим С и N электролинии второй линии 9 электропитания, причем контур 13 имеет выключатель-расцепитель 22 (QF3) и контактор 23 (КМ3), между которыми расположен соединенный с ними прибор защитного отключения - предохранитель 24 (FA2).
Контур 14 электропитания имеет электропроводник А и N, соединенные с электропроводникамим А и N второй линии 9 электропитания, причем контур 14 имеет выключатель-расцепитель или автоматический выключатель 25 (QF4) и контактор 26 (КМ4), между которыми расположен соединенный с ними прибор защитного отключения - предохранитель 27 (FA4).
Контур 15 электропитания имеет электропроводники В и N, соединенные с электропроводниками В и N второй линии 9 электропитания, причем контур 15 имеет выключатель-расцепитель или автоматический выключатель 28 (QF5) и контактор 29 (КМ5), между которыми расположен соединенный с ними прибор защитного отключения - предохранитель 30 (FA5).
Контуры 11-15 электропитания средств электрообогрева имеют электропроводники 31 заземления (РЕ) и эти электропроводники 31 заземления соединены в одну линию заземления с электропроводниками 31 заземления (РЕ) второй линии 9 электропитания.
Устройство контроля содержит кнопочный переключатель 32 (SA1), соединенный с ним вольтметр 33 (PV1) и соединенный с перелючателем 32 автоматический выключатель-расцепитель 34 (QF7).
Упомянутые электролинии 11-15 соединены с объектами 35 электрообогрева, которыми, в данном примере устройства, являются секции нефтяного трубопровода.
В описанное выше устройство введен контактор 37 (КМ7), соединенный электропроводами с упомянутым дросселем 36 (Д) и с электрокабелями ABC второй линии 9 электропитания. Позицией 38 на схеме (фиг. 1) условно показана секция шин (СШ).
В описанное выше устройство введен также упомянутый выше контактор 39 (КМ6), соединенный с электрокабелями ABCN первой линии 1 электропитания и с электрокабелями ABCN второй линии 9 электропитания. Электрокабели А и N первой линии 1 электропитания соединены с реле 10 контроля изоляции (РКИ) и контроллером 3 (К). Реле 10 соединено также с электропроводниками 31 заземления (РЕ) и с дросселем 36 (Д).
Контуры 11-15 электропитания средств электрообогрва объектов 35 электропроводами соединены с электрокабелями ABCN второй линии 9 электропитания. Каждый контур электрически и механически соединен с соответствующим ему объектом 35 электрообогрева, в частности с трубопроводом. В каждом контуре содержатся электропроводники электропитания контура, электропроводник заземления РЕ, а также последовательно расположенные и электрически соединенные кабелями автоматические выключатели QF1-QFn, предохранители FA1-FAn и контакторы КМ1-KМn, электрически соединенные с электрокабелями ABCN второй линии электропитания.
На представленной схеме показан пример исполнения устройства, содержащего контуры 11-15 электропитания средств электрообогрева промышленных объектов 35 на примере электрообогрева секций трубопровода. Устройство может содержать один контур электропитания одного средства электрообогрева или множество контуров электропитания множества средств электрообогрева, при этом число таких контуров зависит от числа объектов электрообогрева.
В этой связи, в принципиальной схеме устройства вышеуказанные элементы устройства могут быть в общем случае представлены как выключатели-расцепители QF1-QFn, предохранители FA1-FAn и контакторы КM1-КМn, где n - следующее число элемента устройства после первого.
Способ контроля системы электрообогрева осуществляют постоянным током и выявляют сопротивление изоляции системы этой нагрузке постоянным током. После контроля изоляции включают контактор 39 КМ6 и подают в систему рабочее напряжение 380 В.
Для осуществления способа используют описанное выше устройство, которое приспособлено для его работы в ручном, автоматическом и полуавтоматическом режимах. При ручном режиме осуществляют последовательность действий, нижеизложенных в формуле изобретения. В отдельных промежутках между действиями данный способ предусматривает автоматически выполняемые действия.
Для осуществления способа включают автоматический выключатель 2 (QF6), при этом на контроллер 3 (К) и реле 10 контроля изоляции (РКИ) поступает оперативное электропитание (Uопер), а в реле 10 (РКИ) переменный ток (Uопер) преобразуется в постоянный ток (посредством выпрямительного блока, например, диодного моста). Через дроссель 36 (Д) постоянный ток подается по электропроводам на клеммы контактора 37 (КМ7). Одновременно с этим инициируется контроллер 3 (К) и вызывается процедура контроля сопротивления изоляции перед включением системы электрообогрева промышленных объектов.
После проведенных операций, контроллером 3 (К) включают контактор 37 (КМ7) и при этом на вторую линию 9 электропитания ABC в секцию 38 шин (СШ) подается постоянное напряжение. При этом, в случае аварии, - неисправности изоляции, - производится считывание сигнала «Авария» с реле 10 контроля изоляции (РКИ).
При наличии сигнала «Авария» включается лампа «Авария» и индикация в меню контроллера 3 - «Авария в секции шин (СШ)». При этом контроль сопротивления изоляции перед включением системы обогрева прекращается, поскольку нормальное продолжение работы невозможно до устранения неисправности в секции 38 шин (СШ).
Далее контроллером 3 выключают контактор 37 (КМ7). В случае исправности в секции 38 шин (СШ) контроллер 3 включает контакторы 17, 21, 23, 27 и 29 (КМ1-КМ5) и производится считывание сигнала «Авария» с реле 10 контроля изоляции (РКИ). В случае исправности электропроводов A, B, C, N контуров 11-15 электрооборгева объектов 35 - контроль сопротивления изоляции нагрузке перед включением системы обогрева считается законченным. После этого контроллером 3 выключают контактор 37 (КМ7) и, далее, контроллером 3 включает контактор 39 (КМ6). При этом устанавливается рабочий режим системы обогрева.
При наличии сигнала «Авария», поступившего с реле 10 контроля изоляции (РКИ) осуществляют поиск неисправных контуров 11-15 электропитания средств электрообогрева, при этом контроллер выключает контакторы 17, 21, 23, 27 и 29 (КМ1-КМ5) и включает контактор 17 (КМ1). После чего производят контроль сопротивления изоляции перед включением первого контура 35 (контур 1) электрообогрева.
В случае исправности изоляции, контроллер 3 (К) отключает контактор 17 (КМ1) и первый контур 11 электрообогрева и включает следующий контактор 21 (КМ2) контура 12 электрообогрева. Описанный алгоритм действий повторяют до включения последнего контура 15 электрообогрева.
В случае выявления неисправного контура, отключают соответствующим автоматическим выключателем (QF1…QF5) неисправный контур, при этом включается лампа «Авария» и индикация в меню контроллера 3, что указывает на неисправность изоляции в соответствующем контуре.
После контроля сопротивления изоляции всех контуров, контроллер 3 (К) включает контакторы 17, 21, 23, 27 и 29 (КМ1-КМ5) исправных контуров электропитания. Далее контроллером 3 выключают контактор 37 (КМ7) и контроль сопротивления изоляции перед включением системы обогрева считают законченным. Контроллером 3 включают контактор 39 (КМ6), после включения которого устанавливается рабочий режим системы электрообогрева промышленных объектов.
Для автоматических выключателей (QF1…QF5) с сигналом «Состояние QF1…QF5 выключено», устанавливают флаг, что проверка не выполнена. Режимы работы «включение», «отключение» или «автомат» выбирают посредством меню контроллера 3.
Способ контроля предусматривает использование устройства для обогрева промышленных объектов с введением в это устройство некоторых простых элементов, что положительно влияет на надежность способа. Это достигнуто благодаря сокращению числа действий способа и элементов устройства, что обеспечило возможность получения наиболее точных данных о состоянии изоляции системы, а также исключить суммируемые погрешности при определении сохранности изоляции элементов системы электрообогрева.
При этом использование элементов системы электрообогрева в качестве элементов устройства контроля позволило создать наиболее простой и надежный способ контроля и повысить достоверность данных о состоянии изоляции системы электрообогрева промышленных объектов.