PERMANENT ORGAAN VOOR DE VEILIGHEID EN DE GEZONDHEIDSVOORWAARDEN IN DE STEENKOLENMIJNEN Werkgroep „Elektriciteit"
Verslag over de kenmerken en de elektrische beveiliging van voedingskabels van mobiele machines (ondersnijdmachines, laadmachines, enz.) die in de landen van de Gemeenschap in de steenkolenmijnbouw ondergronds worden gebruikt
Luxemburg, 20 juni 1969
PERMANENT ORGAAN VOOR DE VEILIGHEID EN DE GEZONDHEIDSVOORWAARDEN IN DE STEENKOLENMIJNEN Werkgroep „Elektriciteit"
Verslag over de kenmerken en de elektrische beveiliging van voedingskabels van mobiele machines (ondersnijdmachines, laadmachines, enz.) die in de landen van de Gemeenschap in de steenkolenmijnbouw ondergronds worden gebruikt
Luxemburg, 20 juni 1969
I N H O U D
Biz.
1. Toelichting op het mandaat Kenmerken en elektrische beveiliging van voedingskabels van mobiele machines (ondersnijdmachines, laadmachines, enz.) die in de landen van de Gemeenschap in de steenkolenmijnbouw ondergronds worden gebruikt
Bijlage I
:
Indeling van de verplaatsbare werktuigen (doc. no. 3793/2/66)
7
Bijlage II
:
Indeling van de voedingskabels van mobiele machines (doc. no. 3545/3/66)
9
Bijlage III
: Toelichting op het begrip "kabelscherm" (doc. no. 2179/2/68)
15
Bijlage IV
: Beschrijving van de belangrijkste elektrische beveiligingsrichtingen van voedingskabels van mobiele machines (doc. no. 5693/3/67)
17
Bijlage V
:
43
Samenvattend overzicht van de belangrijkste elektrische beveiligingsinrichtingen voor voedingskabels van mobiele machines (doc. no. 4182/5/67)
1. Toelichting op het mandaat Het Permanent Orgaan voor de Veiligheid in de Steenkolenmijnen nam op 8 april 1960 en op 27/28 april 1964 de volgende twee aanbevelingen aan: a) "Beveiliging van het ondergrondse elektrische net tegen het gevaar van elektrocutie" (1); b) "Beveiliging van het ondergrondse elektrische net tegen brandgevaar en tegen het gevaar van mijngasexplosies" (2). Ter precisering van bepaalde conclusies van deze beide aanbevelingen gaf het Permanent Orgaan de werkgroep "Elektriciteit" opdracht de in de praktijk gebruikelijke voorzieningen in de landen van de Gemeenschap ter waarborging van de veiligheid en ter voorkoming van ongevallen als gevolg van elektrocutie, brand en mijngasexplosies te onderzoeken (zie derde verslag van het Permanent Orgaan, blz. 38, punt 2 ) . In het kader van dit onderzoek nam de werkgroep om te beginnen de als volgt omschreven taak ter hand: "Vaststelling van de huidige stand van de in de landen der Gemeenschap bestaande voorzieningen ter beveiliging van het ondergrondse net voor lage en middelhoge spanning (tot 1100 V) en van de voedingskabels van verplaatsbare werktuigen, rekening houdend met de eigenschappen dezer kabels" (Permanent Orgaan, bijeenkomst van 24 april 1967). De werkgroep brengt hierbij een verslag uit dat is gewijd aan dat onderdeel van het mandaat waarbij het gevaar voor de veiligheid het grootst lijkt, namelijk bij de voedingskabels van werktuigen die in de pijler respectievelijk bij het drijven van galerijen onder spanning worden verplaatst, en welke voor een groot deel een betrekkelijk groot vermogen vergen. Gezien dit gevaar moet hier aan de veiligheidsmaatregelen bijzonder veel betekenis worden gehecht. 2. Kenmerken en elektrische beveiliging van voedingskabels van mobiele machines (onderzaagmachines, laadmachines, enz.) die in de landen van de Gemeenschap in de steenkolenmijnbouw ondergronds worden gebruikt Allereerst stelde de werkgroep een indelingsschema op van de in de steenkolenmijnbouw gebruikte verplaatsbare werktuigen (draagbare, mobiele, semimobiele en semi-vaste werktuigen) (zie bijlage I, doe. 3793/2/66). Het onderhavige verslag heeft betrekking op de mobiele machines zoals deze zijn omschreven in dit indelingsschema (werktuig II), welke volgens de werkgroep met prioriteit dienden te worden behandeld. Aan de hand van het door delegaties voorgelegde document werd de in het navolgende toegelichte en als bijlage toegevoegde documentatie opgesteld. Men heeft er daarbij voor zorg gedragen bepaalde begrippen die van land tot land soms verschil vertonen te preciseren. De documentatie is als volgt samengesteld:
(1) Zie tweede verslag van het Permanent Orgaan, blz. 12. (2) Zie derde verslag van het Permanent Orgaan, blz. 369.
a) een indeling van de voedingskabels voor mobiele machines waarin een uitvoerige beschrijving van deze kabels wordt gegeven (zie bijlage II, doe. 3545/3/66). Hierin zijn ook de kabels opgenomen welke in de naaste toekomst zullen worden gebruikt. Bepaalde verouderde kabeltypen welke in bepaalde landen nog in kleine hoeveelheden in gebruik zijn, werden hierbij niet meer opgenomen. Deze indeling prejudicieert overigens noch het gebruik noch de voorschriften in de afzonderlijke landen. b) een toelichting op het begrip "kabelscherm" waarin, naast een algemene omschrijving, de verschillende typen schermen zijn vermeld en de functies welke deze schermen kunnen vervullen zijn beschreven (zie bijlage III, doe. 2179/ 2/68); c) een beschrijving van de belangrijkste elektrische beveiligingsinrichtingen van voedingskabels voor mobiele machines (zie bijlage IV, doe. 5693/3/67). In deze beschrijving zijn de beveiligingsinrichtingen naar hun werkwijze ingedeeld, één en ander geïllustreerd door schema's. d) een overzichtstabel van de belangrijkste elektrische beveiligingsinrichtingen van voedingskabels voor mobiele machines (zie bijlage V, doe. 4182/4/67). Deze tabel geeft een overzicht van de voor de verschillende kabeltypen in de landen van de Gemeenschap toegepaste beveiligingsinrichtingen. Tevens blijkt uit deze tabel hoe beveiliging wordt verkregen met betrekking tot de verschillende opgesomde foutsoorten. Voor elke foutsoort is aangegeven welk of welke elementen van de beveiligingsinrichting in werking treden. De tabel toont ook in hoeverre de verkregen beveiliging van het toegepaste type kabel afhangt. Men ziet dat in bepaalde gevallen bij een zelfde fout meer dan één beveiligingselement in werking kan treden. De onderhavige studie geeft een beeld van de huidige stand op het gebied van de belangrijkste voorzieningen in de landen van de Gemeenschap, ter verzekering van de elektrische beveiliging van voedingsnetten voor mobiele machines, afhankelijk van het toegepaste type kabel. Uit deze studie kan worden geconcludeerd dat het bij een juiste keuze van het type kabel en de daarbij behorende beveiligingsinrichting mogelijk is een beveiliging te verkrijgen tegen het merendeel der fouten die bij deze kabels kunnen voorkomen.
Bijlage I Indeling van de verplaatsbare werktuigen
Β. Aanduiding
C. Omschrijving
D. Voor beelden
E. Belangrijkste eigenschappen voor de voe dingskabels
I.
Draagbaar
Worden tijdens bedrijf in de hand gehouden of met de hand geleid
Handboor machines
Buigzaamheid en gering gewicht
II.
Mobiel
Worden tijdens bedrijf ver plaatst (onder spanning)
Ondersnijdmachines met ingebouwde lier Ondersnijdmachines met gescheiden lier
Buigzaamheid en stevigheid
Α. Werk tuiggroep
Pendelwagens (shuttle cars) Laadmachines Boorwagens Machines voor het drijven van galerijen (bijv. contin uous miner) III.
Semi-mobiel
Worden tijdens bedrijf af en toe verplaatst (onder spanning)
Mechanische Aandrijvingen sterkte door van pijler slaggevend transporteurs Aan mono-rail opgehangen transformato ren en verdeelinrichtingen
IV.
Semi-vast
Worden verplaatst bij uitgescha kelde spanning, doch blijven aan gesloten
Af delingstrans Mechanische formatoren, sterkte door pijler schakel slaggevend inrichting
Bijlage II
Indeling van de voedingskabels voor mobiele machines
11
Betekenis van de gebruikte symbolen (1) Hoofdletters: A
: kabels met één enkel gemeenschappelijk metalen scherm, dat bij kabeltype A.l tevens als aardgeleider fungeert.
Β
: kabels met (per ader) afzonderlijke metalen schermen, die bij kabeltype B.l tevens de "gedeelde" aardgeleider vormen.
C
: kabels waarin de uitvoering van groep A en groep Β gecombineerd zijn.
D
: kabels met zwak geleidende schermen in de vorm van (per ader) afzonder lijke schermen, waarbij een goed geleidingsvermogen in langsrichting is verzekerd (D.1, D.2 en D.3).
Indexen: 1
: kabels waarvan de aardgeleider als gemeenschappelijk scherm of in de vorm van (per ader) afzonderlijke schermen is uitgevoerd (A.l, B.l, C l en D.l) .
2
: kabels met één enkele aardgeleider welke asymmetrisch ten opzichte van de hoofdgeleiders is aangebracht (A.2, B.2 en D.2).
3
: kabels waarvan de aardgeleider in drie geleiders is gedeeld, welke symme trisch ten opzichte van de hoofdgeleiders zijn aangebracht (A.3, D.3 en D.3).
Beschrijving van de kabels A.l
: kabels met drie hoofdgeleiders en één concentrische aardgeleider.
A.2
: kabels met vier geleiders waarvan een geleider als aardgeleider fungeert en een gemeenschappelijk scherm.
A.3
: kabels met drie hoofdgeleiders met een gedeelde aardgeleider waarvan de afzonderlijke geleiders symmetrisch zijn aangebracht, en met een gemeen schappelijk scherm.
B.l
: kabels met drie hoofdgeleiders en een gedeelde aardgeleider, waarvan de afzonderlijke geleiders tevens (per ader) afzonderlijke schermen vormen.
B.2
: kabels met vier geleiders waarvan één geleider fungeert als aardgeleider en met (per ader) afzonderlijke schermen.
B.3
: kabels met drie hoofdgeleiders, met een gedeelde aardgeleider, waarvan de afzonderlijke geleiders symmetrisch zijn aangebracht en met (per ader) afzonderlijke schermen.
C.la
: kabels met drie hoofdgeleiders met een concentrische aardgeleider en met (per ader) afzonderlijke schermen.
(1) Zie opmerkingen onderaan b lz. 12 en figuren van de typen kabels op blz. 4.
12
C. lb
: kabels met drie hoofdgeleiders, met een gedeelde aardgeleider in de vorm van (per ader) afzonderlijke schermen en met een gemeenschappelijk scherm (1).
D. 1
: kabels met drie hoofdgeleiders met een concentrische aardgeleider en met (per ader) afzonderlijke schermen uit zwakgeleidend materiaal.
D. 2
: kabels met vier geleiders waarvan een geleider als aardgeleider fungeert en met (per ader) afzonderlijke schermen uit zwakgeleidend materiaal.
D. 3
: kabels met drie hoofdgeleiders, met een gedeelde aardgeleider, waarvan de afzonderlijke geleiders symmetrisch zijn aangebracht en met (per ader) afzonderlijke schermen uit zwakgeleidend materiaal.
OPMERKINGEN Alle kabels kunnen zijn voorzien van een aantal geïsoleerde hulpgeleiders of paren hulpgeleiders, welke als bedienings- of controlegeleider kunnen fungeren. Een gemeenschappelijk scherm of een concentrische aardgeleider kunnen eventueel ook als armering fungeren. De verschillende toepassingsmogelijkheden van de schermen worden nader besproken in bijlage III (doe. 2179/2/69).
(1) In Nederland heeft men ter verzekering van een betere continuïteit van de aardgeleiding kabels met een extra vierde geleider, welke met de aardgeleider in de vorm van per ader afzonderlijke schermen, over de gehele lengte van de kabel in verbinding staat. Bij kabeltype C. lb is deze extra geleider in het midden van de kabel aangebracht.
13
BIJLAGE II
Voedingskabels voor mobiele machines Basisconstructies (') welke reeds worden toegepast of welke mettertijd zullen worden toegepast
/
/
A, (O
0\
\
'OÖ
Β
O
/'ocy\ A.2
'\o
B.2
) I
A.3
oo oé
'O CM
B.3
O J> O '/Ά
Verklaring van de tekens
/
cuiQ'OA
\Ö J /
C.1b
Í )
Hoofdgeleider
KÍ/4
Aardgeleider
Aardgeleider, in de vorm van een gemeenschappelijk of
Ν
Ό ΟΙ O \
(per ader) afzonderlijk scherm (2)
Gemeenschappelijk of (per ader) afzonderlijk metalen scherm (2)
Zwak geleidend scherm (2)
/.>
D.1 ('O 6)
-88
D.3 O O
f1) Zonder additionele - afhankelijk van de omstandigheden - nog vereiste hulpstroomgeleiders (2) Zie bijlage lit. doc. 2179/2/68
15
Bijlage III Toelichting op het begrip "kabelscherm" Onder "kabelscherm" wordt verstaan een geleidende omhulling welke rondom een of meer geïsoleerde hoofdgeleiders is aangebracht. De schermen zijn ofwel van metaal ofwel vervaardigd uit zwak geleidende elastomeren of plastomeren, waarin een of meer koperen geleiders zijn verwerkt ter verkrijging van een goed geleidingsvermogen in langsrichting. Men spreekt van een gemeenschappelijk concentrisch scherm wanneer het scherm rondom alle hoofdgeleiders te zamen is aangebracht. Men spreekt van een afzonderlijk scherm wanneer het scherm rondom elke hoofdgeleider afzonderlijk is aangebracht. De belangrijkste functie van een scherm is het vaststellen van een defect in de isolatie van een hoofdgeleider. Dit gebeurt door het ontstaan, in het scherm, van een foutstroom naar aarde. Hiertoe is het scherm in de regel elektrisch verbonden met de aardgeleider, welke met aarde is verbonden. In bepaalde gevallen is het scherm niet rechtstreeks met de aardgeleider verbonden, doch is het gepolariseerd (b.v. bij de zogenaamde mantelbeveiliging). In dit geval blijft het scherm zijn primaire functie behouden maar voorziet tevens in de mogelijkheid de kabel elektrisch te bevestigen met betrekking tot beschadiging ten gevolge van het binnendringen van een of ander met aarde of aardgeleider verbonden geleidend voorwerp. Wanneer het gemeenschappelijke scherm beschikt over voldoende geleidingsvermogen, kan het bovendien fungeren als aardgeleider. Hetzelfde geldt voor de (per ader) afzonderlijke schermen wanneer de gezamenlijke schermen voldoende geleidingsvermogen bezitten. In Duitsland wordt de term "scherm"("Schirm") in dat geval vervangen door de termen "konzentrischer Schutzleiter" resp. "Schutzleiter als Einzeladerhülle" . Wanneer het gemeenschappelijke scherm een grote mechanische sterkte bezit, kan het bovendien fungeren als armering, welke de kabel beschermt tegen mechanische beschadigingen. In Nederland worden overwegend kabels gebruikt voorzien van afzonderlijke schermen met groot geleidingsvermogen, die deel uitmaken van het zgn. "veiligheidsscherm".
Bijlage IV
Beschrijving van de belangrijkste elektrische beveiligingsinrichtingen van voedingskabels voor mobiele machines
19
ELEKTRISCHE BEVEILIGING VAN VOEDINGSKABELS VOOR MOBIELE WERKTUIGEN De hier besproken beveiligingsinrichtingen waarborgen de automatische afschakeling van de stroom wanneer een defect ontstaat dat voor het personeel of voor de mijn gevaar oplevert. De belangrijkste beveiligingsinrichtingen welke behandeld moeten worden kunnen naar hun werkwijze als volgt worden ingedeeld. Elke groep wordt door een vastgelegd symbool aangeduid. 1) CB ..... Inrichtingen, gebaseerd op amperimetrische detectie van de homopolaire stroom Deze inrichtingen meten met behulp van een ringkerntransformator (in Engeland, zowel als in Nederland, "core-balance" genoemd, vandaar het symbool CB), de vector-resultante van de drie stromen die door de drie hoofdgeleiders vloeien, welke resultante "homopolaire stroom" wordt genoemd. De foutstroom tussen fase en aarde wordt tot een aangepaste maximum waarde begrensd door tussenschakeling van een impedantie tussen het sterpunt en de aarde (in schema I is in principe aangegeven hoe dit systeem werkt). Aangezien een core-balance in elk netgedeelte kan worden aangebracht, zal uitsluitend het netgedeelte waarin de fout optreedt, worden afgeschakeld. De selectiviteit is gewaarborgd zolang de impedantie tussen het nulpunt en de aarde niet te groot is, respectievelijk zolang de capacitieve foutstroom kleiner is dan de aanspreekwaarde van het core-balance relais. Een praktische toepassing in een net met zwak geïsoleerd nulpunt in Nederland is voorgesteld in schema II. In deze installatie zijn alle spanningvoerende delen opgenomen binnen een geaard "veiligheidsscherm", dat een volledige beveiliging beoogt te bieden met betrekking tot de daarin opgenomen elementen delen. Dit scherm bestaat voornamelijk uit de armeringen en afschermingen der elektrische kabels en uit de metalen huizen van al het materiaal dat onderdeel van de installatie vormt. Het geheel heeft een zeer geringe elektrische weerstand. Het veiligheidsscherm is met het sterpunt van de voedingstransformator verbonden via een smoorspoel waarvan de impedantie is bepaald door de maximale grootte van de foutstroom welke bij een defect in de isolatie tussen fase en aarde optreedt. In het ondergrondse bedrijf, waar het CH4~gehalte in het algemeen niet meer bedraagt dan 1,5 %, is de toegelaten maximale grootte van deze foutstroom niet hoger dan 30 A (1). In mijnen waar bij ontheffing een mijngasgehalte tot 2 % is toegestaan, bedraagt de toegelaten maximale grootte van deze stroom niet meer dan 10 A. De weerstand van het geaarde veiligheidsscherm is niet groter dan 1 ohm/km en ligt slechts zelden boven 0,5 ohm/km.
(1) Ter beveiliging tegen aanraking moet onder varierende bedrijfsomstandigheden van spanning, foutstroom en weerstand, steeds I „R ^ 42 volt zijn f a ^ I
=
maximumwaarde van een niet afgeschakelde aardsluitstroom
Ra
=
weerstand van het veiligheidsscherm.
20
Aan de hand van deze gegevens kan de minimumwaarde van de impedantie van de smoorspoel voor de verschillende netspanningen worden berekend. De onderstaande waarden zijn gebruikelijk: CH. < 4
1,5 %
CH„ < 2 % 4
500 volt
9 of 29 ohm
29 ohm
865 volt
16 of 50 ohm
50 ohm
Bij sluiting tussen fase en veiligheidsscherm wordt de installatie door middel van het core-balance relais spanningsloos gemaakt. De aanspreekstroomsterkte, welke onafhankelijk is van de netstroomsterkte, bedraagt 3 A. Uitschakeling volgt in minder dan 300 ms. In gevallen waarin is voorzien in een selectieve beveiliging door middel van tijdvertraging met het oog op achter elkaar geschakelde beveiligingen, mag de vertragingstijd en derhalve de maximale afschakeltijd niet meer dan 1 s bedragen. Ten einde afschakeling van de stroom ook bij falen van het corebalance relais te waarborgen, is de smoorspoel voorzien van een back-up-relais(l) dat in dit geval de hoogspanning uitschakelt. Het core-balance-systeem wordt gecompleteerd door een bedienings- en controlesysteem (schema XI), dat op een soortgelijk principe berust als de op bladzijde 6 onder 4) (BS veiligheidsblok) beschreven inrichting. Bij alle typen voedingskabels van alle soorten mobiele werktuigen is elke hoofdgeleider afzonderlijk omgeven door een geaard scherm, dat met een extra aardgeleider verbonden is. Het geheel wordt omgeven door een gepolariseerd gemeenschappelijk scherm. 2) CBT Inrichtingen gebaseerd op amperimetrische- en richtingsdetectie van de homopolaire stroom (schema III) punt.
Dit systeem kan worden toegepast in netten met een sterk geïsoleerd ster-
In geval van een fout in een dergelijk net is de foutstroom de som van de capacitieve stromen van allé storingsvrije fasen. In elk netgedeelte ontstaat dus een homopolaire stroom en het voor netten met zwak geïsoleerd sterpunt gevolgde principe komt hier dus niet in aanmerking. Deze foutstroom, die terugstroomt via het netgedeelte waarin de fout zich voordoet, is qua absolute waarde evenwel groter dan de normale directe capacitieve stromen en van tegengestelde richting. De vectorsom van de spanning U2 en de spanningen Ui en -Ui maakt het aldus mogelijk de richting van de homopolaire stromen te bepalen en de schakelaar van het netgedeelte waarin de fout optreedt te doen afschakelen of een signaal in werking te stellen. Dit gebeurt door middel van een galvanometrisch relais wanneer de aanspreekwaarde is bereikt.
(1) Een back up relais is een amperimetrisch relais met tijdvertraging, dat de primaire zijde van de voedingstransformator afschakelt wanneer het core-balance relais aan de secundaire zijde niet afschakelt. Deze inrichting wordt met het symbool "BU" aangeduid.
21
Bij een net van geringe omvang dient evenwel een capaciteit ter verhoging van de gevoeligheid tussen sterpunt en aarde te worden aangebracht. 3) Cl ..... Inrichtingen voor isolatiecontrole
schema's IV en V)
Deze inrichtingen bepalen met behulp van gelijkstroom of gelijkgerichte stroom voortdurend de totale weerstand tussen het gehele net en de aardgeleider, m.a.w. de isolatiewaarde van het net. De inrichtingen werken dus onafhankelijk van de netcapaciteiten. De stroombron van de gelijkstroom of gelijkgerichte stroom is enerzijds verbonden met een fase dan wel met het sterpunt van het net (schema IV), eventueel met een kunstmatig sterpunt (schema V) en anderzijds met de aardgeleider. Een meetinstrument, dat met de stroombron in serie is geschakeld, geeft de isolatiewaarde aan. Anderzijds kan de spanningsvariatie aan de klemmen van een weerstand welke evenredig is met de stroomverandering, na versterking, een relais bedienen, dat een acoustisch en/of optisch signaal in werking stelt, wanneer de alarmgrens is bereikt. Voorts kan deze spanningsverandering een tweede relais bedienen, dat de beveiliging waarborgt door afschakeling van de stroombron van het net, wanneer de isolatiewaarde beneden een tweede grens,afschakelgrens genaamd, daalt (één van deze relais is in de schema's IV, V, VII, VIII en IX met het symbool Ri aangegeven). De storende invloed van de wisselstromen en overgangsverschijnselen dient te worden geëlimineerd met behulp van een filter. Dit filter heeft een capaciteit die bij detectie van een fout een tijdvertraging veroorzaakt welke gelijk is aan de oplaadtijd van de capaciteit. Deze tijdvertraging varieert afhankelijk van het verschil dat op het ogenblik van de detectie van de fout bestaat tussen de isolatiewaarden van het net voor en na het optreden van de fout. In het algemeen moet men rekenen op een tijdvertraging van meer dan 100 ms, en soms 200 ms, aangezien dit de voor de meting benodigde tijd is. Bepaalde inrichtingen zijn bovendien voorzien van een instelbare tijdvertraging. Het is evenwel wenselijk de vertragingstijd zo klein mogelijk te houden. In geval van gecombineerd gebruik met een inrichting van het type CBT voor snelle afschakeling kan een bepaalde vertragingstijd van de inrichting voor isolatiecontrole toelaatbaar en zelfs wenselijk worden geacht. De apparatuur kan worden voorzien van een inrichting voor het inschakelen op een kunstmatige fout van bekende grootte. Isoleert men het net op het ogenblik waarop de kunstmatige fout wordt gemeten, terwijl alle andere omstandigheden: met name de toevoer van de gelijkspanning aan het net, onveranderd blijven, dan kan op deze wijze de nauwkeurigheid van de indicaties van het meettoestel worden getoetst. Het meetgebied van deze apparatuur is zeer ruim, terwijl de alarm- en afschakelgrenzen gemakkelijk kunnen worden ingesteld. Arreteringsmogelijkheid voor het geluidssignaal (1) is gewenst, niet echter voor het optische signaal. Het optische signaal behoort pas te verdwijnen wanneer de storing is opgeheven, terwijl in dat geval het acoustische signaal wederom gereed zou moeten zijn om in werking te komen. Een belangrijke eigenschap van deze toestellen is dat hiermede het net ook kan worden gecontroleerd wanneer het niet onder spanning staat, zodat wederinschakeling op isolatiedefecten wordt verhinderd. 4) BC
Veiligheidsblok
(schema's VI, VII, VIII, IX en XI)
De onder deze aanduiding vallende inrichtingen hebben ten doel speciaal voedingskabels van mobiele werktuigen te beveiligen door het bewerkstelligen van afschakeling van de stroom in de volgende gevallen: (1) Het geluidssignaal wordt in Duitsland niet meer toegepast,
22
a) contactvorming tussen een gepolariseerd element van de kabel (scherm, bedienings- of controlegeleider) en de aardgeleider, b) contactvorming tussen een gepolariseerd element of de aardgeleider en een fase, c) onderbreking van de aardgeleider, d) onderbreking van de controlegeleider of van een bedieningsgeleider welke bij het uittrekken van een kabel vóór de hoofdgeleiders dient te worden onderbroken, e) onderbreking van de elektrische vergrendeling van stopcontacten, f) dubbele fout tussen een fase en aardgeleider, en tussen een andere het gepolariseerde controle-scherm.
fase en
De inrichting van schema VI heeft twee relais: een bedieningsrelais R2 en een beveiligingsrelais R3. Wanneer relais R3 aanspreekt, wordt relais R2 kortgesloten en werkt dan op de spoel van de schakelaar waarmede het veiligheidsblok verbonden is waarbij de schakelaar geopend en de stroom wordt uitgeschakeld. Het veiligheidsblok is met de controlegeleider of het controlescherm verbonden dat op zijn beurt aan het einde van de kabel via een weerstand en een diode met de aardgeleider is verbonden. In schema VI is dit geheel "blok B" genoemd. De aldus verkregen inrichting spreekt aan wanneer de hiervoor vermelde fouten a) tot en met e) zich voordoen. Doen de fouten a) of b) zich voor, dan heeft de afschakeling in twee fases plaats: eerst komt R3 in werking, waarna R2 afvalt. Wat de fout b) betreft, is de beveiliging evenwel slechts verzekerd bij voldoende netcapaciteit; de beveiliging kan daarentegen altijd worden verzekerd door de inrichting voor isolatiecontrole Cl, welke als regel in combinatie met deze inrichting wordt gebruikt. In schema VII vindt men een inrichting voor isolatiecontrole Cl met relais Ri en een blok BS met 2 relais: een bedienings- en beveiligingsrelais R2+3 en een beveiligingsrelais voor dubbele fouten. De inrichting Cl + BS spreekt aan wanneer de fouten a) tot en met f) optreden, relais R^ bij fout b) en relais R2+3 bij de fouten a) en c) tot en met e ) . Indien relais Ri met tijdvertraging werkt, bewerkstelligt relais R4 de afschakeling bij optreden van fout f ) , d.w.z. bij het optreden van een dubbele fout fase-aardgeleider enerzijds, en fase-gepolariseerd scherm anderzijds. In schema VIII (1) vindt men eveneens een inrichting voor isolatiecontrole Cl met relais Ri en een blok BS met twee relais, een bedienings- en beveiligingsrelais R2+3 en een beveiligingsrelais R4 voor dubbele fouten. De beveiligingsinrichting Cl en BS spreekt aan bij de fouten a) tot en met f ) . Relais Ri met tijdvertraging reageert bij een fout fase- aardgeleider of fasegepolariseerd scherm. Relais R2+3 reageert zonder tijdvertraging in geval van een fout f ase-gepolariseerd scherm en bij een fout als vermeld onder a) en c) tot en met e ) . Door de vertragingstijd van relais Ri ten opzichte van relais R2+3 v e r ~ krijgt men een selectieve afschakeling van de sleep-kabel bij fouten fasegepolariseerd scherm.
(1) Een uitvoerige toelichting op dit onderwerp treft men aan in de bijlage van doc. no. 5693/2/67 getiteld: Toelichting op de werking van de beveiligingsinrichting, als bedoeld in schema VIII.
23
Relais R4 bewerkstelligt afschakeling in geval van storing fase gepolariseerd scherm indien de netcapaciteit voldoende is. Voorts bewerkstelligt dit relais afschakeling bij optreden van een dubbele fout faseaardgeleider ener zijds en fasegepolariseerd scherm anderzijds. Schema IX komt overeen met schema VII, evenwel zonder relais R4_ Deze inrichtingen zijn ondergebracht in de pijlerschakelinrichting en voorzien in de elektrische beveiliging van de sleepkabels van mobiele machines, zoals ondersnijdmachines, terwijl zij tevens de afstandbediening van deze ma chines mogelijk maken. Hiervoor dienen kabels met ten minste vijf geleiders te worden gebruikt met inb egrip van een scherm, uitgevoerd als gemeenschappelijk of per ader af zonderlijk scherm of van gecombineerde uitvoering. Indien de kabel slechts is voorzien van één gemeenschappelijk scherm, zo kan dit worden geaard of gepolariseerd. Indien er per ader afzonderlijke schermen zijn, zijn deze gepolariseerd, als er bovendien een met de aarde verbonden ge meenschappelijk scherm is. Is er geen gemeenschappelijk scherm, dan kunnen de afzonderlijke schermen of wel gepolariseerd, of wel met de aarde verbonden zijn. Deze schermen zijn van metaal of van zwakgeleidende plastomeren of elastomeren; in het laatste geval dienen koperen geleiders te zijn aangebracht ter verzekering van de geleidbaarheid in langsrichting. Uit het vorenstaande volgt dat de onderscheidene beveiligingen welke een veiligheidsblok kan bieden afhankelijk zijn van het type kabel dat gebruikt wordt. A. Bij kabels welke slechts één met de aarde verbonden gemeenschappelijk scherm hebben kan de volgende beveiliging verkregen worden (1): 1. Afschakeling wanneer de isolatie faseaardgeleider of f asescherm b eneden een vooraf bepaalde waarde daalt; 2. Afschakeling wanneer de isolatie gepolariseerde controle geleiderscherm beneden een bepaalde waarde daalt; 3. Afschakeling bij onderbreking van de controlegeleider of de aardgeleider of bij onderbreking van het scherm indien dit als aardgeleider fungeert; 4. Veiligheid bij het ontkoppelen van de stopcontacten; 5. Verhindering van ongewild in beweging stellen van een machine door een fout in de kabel. B. Bij kabels met één gepolariseerd gemeenschappelijk scherm, wordt voorzien in de onder A genoemde beveiligingen, terwijl voorts de beveiliging wordt verkre gen tegen het binnendringen in de kabel van een geleidend voorwerp zodra dit voorwerp in aanraking komt met het scherm en indien dit voorwerp met de aard geleider of met de aarde is verbonden. Ook is er beveiliging in geval van breuk van het scherm (2). C. Indien het ene gemeenschappelijke gepolariseerde scherm vervangen is door (per ader) afzonderlijke gepolariseerde schermen, wordt, behalve in de onder A en Β genoemde beveiligingen, voorzien in een rechtstreekse beveili ging tegen fasesluitingen. De beveiliging in geval van onderbreking van een fase zal over het algemeen zijn gewaarborgd, aangezien deze fout snel tot sluiting tussen hoofdgeleider en scherm leidt (3).
(1) Zie doe. 3545/3/66, kabeltypen A.l, A.2 en A.3. (2) Zie doe. 3545/3/66, kabeltypen A.2 en A.3. (3) Zie doe. 3545/3/66, kabeltypen B.2, B.3, D.2 en D.3.
24
D. Indien de afzonderlijke schermen met de aarde zijn verbonden, wordt voorzien in de onder A en C genoemde beveiligingen, doch niet in de onder Β genoemde beveiliging, welke betrekking heeft op het binnendringen van een geleidend voorwerp in de kabel. E. Indien de kabel is voorzien van een met de aarde verbonden gemeenschappelijk scherm en van gepolariseerde afzonderlijke schermen, wordt voorzien in alle onder A, B en C genoemde beveiligingen. Voorts wordt voorzien in een beveili ging tegen binnendringen in de kabel van een geleidend voorwerp, zelfs wan neer dit voorwerp niet met de aardgeleider of de aarde in verbinding staat (1). De beveiliging treedt in werking zodra het voorwerp de beide schermen aan raakt. DDI Inrichtingen die aanspreken bij fasesluitingen met hoge overgangs weerstanden (schema X) De inrichting DDI, welke in eerste instantie voor de detectie van kort sluitingen van beperkte amplitude (sluitingen met hoge overgangsweerstand) is bestemd, vergelijkt fasenstromen van een gelijkmatig belast drie-fase-net en bewerkstelligt afschakeling indien een van tevoren vastgelegde mate van ongelijk matigheid bereikt wordt; de inrichting vormt derhalve een aanvulling op de klas sieke beveiligingsinrichtingen die hiervoor niet geschikt zijn. Schema X geeft een voorbeeld van de wijze waarop een dergelijke inrichting is verwezenlijkt: de drie spanningen die door gelijke, in alle fasen van het net aangebrachte transformatoren aan de secundaire zijde worden afgegeven, worden ge lijkgericht en vervolgens vergeleken in een relaisschakeling welke aanspreekt in dien het spanningsverschil een bepaalde instelbare waarde bereikt. De relaisschakeling werkt op een afschakelcircuit, dat zodanig is inge richt dat tijdelijke asymmetrische belasting (b.v. aanzetten van motoren met be lasting) geen afschakeling tot gevolg heeft.
(1) Zie doe. 3545/3/66, kabeltypen C.la en D.I.
25
BIJLAGE IV
SCHEMA 1 -
TYPE CB
-rm-
"V X' X'
2
27
BIJLAGE IV SCHEMA II - TYPE CB
.1_A_1_A__.
Differentiaal-Relais
+ + + + + + + + + + + + + + + + +
Gepolariseerd gemeenschappelijk scherm
o
λ
o '
o
Y^
Core balance relais
s*
Back up relais
6000 V IMPEDANTIE (in de vorm van een smoorspoel)
Core balance relais
J
. 500V
•Di
f^h-VV\
Proefontwikkeling
Kabel: C.1b
29
BIJLAGE IV
SCHEMA III -
Uh
T YPE CBT
U2 = k U h
W ■+»/B
Netgedeelte zonder fout
Netgedeelte met fout
31
BIJLAGE IV
SCHEMA IV - TYPE C1
•Τ· *>'*
-ΠΓΊ-CZl·
—o
0« SCHEMA V - TYPE C1
*>·'. o^)
o
-czyRi
33
B I J L A G E IV
SCHEMA VI - TYPE BS
Foutstroom
beveiligingscircuit
Stuurstroom
Uit -e—o
aardgeleider
o
<J
v
-t>H
blok B
SCHEMA VII - TYPE C1 + BS
Φ
O
Amperimetrisch relais
100 ν
r-n_Ri
q
r
42 V
_i_
Gepolariseerd (per ader) afzonderlijk scherm
Aardgeleider
i
35
BIJLAGE IV
SCHEMA VIM - T YPE C1 + BS
Θ
3.
t
Hl-B N
TK
·
t_
■£ -Î σ fc Λ œ S. -σ ■c σι σ> .=
Φ Φ c « Ό Ο C Φ CU ι_ φ
Ο)
S o Φ « S o JO te Ε
Wr^
m^- ¿¡ifi
C
CL CT
37
BIJLAGE IV
SCHEMA IX - TYPE C1 + BS
0
rrf-c=h
vrefl ¿Ha
L
+
+
ui
¿t -f- I
I
i-ea-A-»-
+
39
BIJLAGE IV
SCHEMA X
-
T YPE DDI
[SMSJ
iBW
nïïm
pnm\
?—ι
h
-Xb
Xa
• Afschakelcircuit
"
t
*
41
BIJLAGE IV
SCHEMA XI - TYPE BS
>
«
i o
I
C C
c
>
>
Bijlage V
Samenvattend overzicht van de belangrijkste elektrische beveiligingsinrichtingen van voedingskabels voor mobiele machines
45
Toelichting op het samenvattend overzicht van de belangrijkste elektrische beveiligingsinrichtingen van voedingskabels voor mobiele machines De in de eerste regel van de tabel gebruikte classificatie en benamingen van de kabels komen overeen met de in bijlage II, doe. 3545/3/66, omschreven begrippen. De beveiligingsinrichtingen welke door middel van symbolen op de derde regel van de tabel zijn aangegeven, zijn in bijlage IV van doe. 5693/3/67 beschreven. De in de tabel gebruikte symbolen hebben de volgende betekenis: a)
Cl
= inrichting voor isolatiecontrole (zie bijlage IV, doe. 5693/3/67, blz. 4)
b)
BS
= veiligheidsblok (zie bijlage IV,doe. 5693/3/67, blz. 4)
c)
amp
= amperimetrisch relais
d)
Ri
= relais van de inrichting voor isolatiecontrole
e)
R2
= bedieningsrelais
f)
R3
= foutstroomrelais
g) h)
R
= combinatie van de twee relais R2 en R3
i)
2+3 R4 CB
j)
BU
k)
CBT
= steunrelais: amperimetrisch relais met tijdvertraging, dat de primaire zijde van de voedingstransformator afschakelt wanneer aan de secundaire zijde het core-balance-relais niet afschakelt (zie bijlage IV, doe. 5693/3/67, blz. 3) = inrichtingen gebaseerd op de amperimetrische en richtingsdetectie van de homopolaire stroom (zie bijlage IV, doe. 5693/3/67, blz. 3)
1)
DDI
= relais voor dubbele fouten (1) = core-balance-relais (zie bijlage IV, doe. 5693/3/67, blz. 1)
= inrichtingen die aanspreken bij fasesluitingen met hoge overgangsweerstanden (zie bijlage IV, doe. 5693/3/67, blz. 10).
Indien bij optreden van een storing twee relais tegelijkertijd aanspreken, zijn de symbolen verbonden door het teken "+". Een liggend streepje in de kolom betekent dat de betreffende fout hier niet kan optreden, het teken 0 geeft aan dat de inrichting bij de betreffende storing niet aanspreekt.
(1) Dit relais voor dubbele fouten werd in Duitsland ontwikkeld waar tot 1 oktober 1971 bij aanwezigheid van een aardsluiting nog gedurende acht uur mag worden doorgewerkt. Het relais R4 voorkomt in dat geval het optreden van een dubbele fout (fout fase-aardgeleider, gepaard gaand met fout fase-controlegeleider).
Samenvattend overzicht van de belangrijkste elektrische beveiligingsinrichtingen van voedingskabels voor mobiele machines
Scherm(en)
Beveiligingsinrichting
1)
5) Tweevoudige s t o r i n g
scherm(en) of
Cl + BS
(IV of V) + VI
(IV of V) + VI
concentrische
(3)
(4)
a) f a s e - a a r d g e l e i d e r of ge ..ard scherm b) een a n d e r e f a s e - g e p o l a r i s e e r d scherm (3)
6) G e p o l a r i s e e r d
(3)
scherm(en)-aardgeleider
7) G e p o l a r i s e e r d e g e l e i d e r
(3)-aardgeleider
8) Verbreking van de g e p o l a r i s e e r d e g e l e i d e r (3) of van het g e p o l a r i s e e r d e scherm (3) of van de a a r d g e l e i d e r ( v e r b r e k i n g van v e r g r e n d e l i n g s c i r c u i t van s t o p c o n t a c t e n )
9) Binnendringen in de k a b e l van een metalen voorwerp d a t in v e r b i n d i n g s t a a t met de aarde en a l l e e n met de schermen in a a n r a k i n g komt Binnendringen in de k a b e l van een metalen voorwerp d a t g e ï s o l e e r d i s ten o p z i c h t e van de aarde en s l e c h t s in a a n r a k i n g komt met de schermen en event u e e l met de c o n c e n t r i s c h e a a r d g e l e i d e r
Symmetrie van de a a r d g e l e i d e r
Toepassing
(1) (2) (3) (4)
Cl + BS
(2)
4) F a s e - g e p o l a r i s e e r d e g e l e i d e r
10)
Cl + BS
(land)
V) + VI
R
l
R
l
R
l
R
l
R
l
+
amp.
amp.
amp.
3) F a s e - g e p o l a r i s e e r d ( e ) aardgeleider
3 3
Gemeenschappelijk geaard scherm
Fase-fase
2) F a s e - a a r d g e l e i d e r
Gepolariseerd gemeenschappelijk scherm (3)
Gemeenschappelijk scherm a l s aardgeleider
(IV of
Schema (1)
»3
R
l
+
R
-
-
-
-
R
3
R
3
R
2
B
2
Afzonderlijk scherm (per ader) alf aardgeleider
Cl + BS
3
l
+
R
Gepolariseerde (per a d e r ) afzonderlijke schermen (3)
Cl + BS
B.3,
D.3
Gepolariseerde (per a d e r ) afzonderlijke echermen (3)
Clb Afzonderlijke schermen (per ader) a l s aardg e l e i d e r en g e polariseerd gemeenschappelijk scherm (3)
VII
R, + amp.
R, + R„ + amp.
R. + R„ + amp.
CB + amp.
R
l
R
l
R
l
+ R
+
R
3
R
l
+
R
3
3
B
l
+
R
3
C.la,
D.l
C.la,
D.l
Gemeenschappelijk scherm a l s a a r d g e l e i d e r en g e p o l a r i s e e r d e (per a d e r ) a f z o n d e r l i j k e schermen (3)
Cl + BS
I I + XI
l
D.l
CB + BS + BU
(IV of V) + VI
R
C.la,
Cl + BS
(IV of V) + VI
3
-
D.2
(IV of V) + VI
»1
R
B.2,
B.l
A.3
A.2
A.l
Type kabel
Bijlage V
R
l
CB + BU
R
l
+
R
CB + BU
R
l
+
R
Cl + BS
Cl + BS
IX
VIII
R
l
2+3
R
l
+
R
2+3
R
l
+
R
R
l
+
"2+3
-
4
-
+ R 2+3 + amp.
+ R 2+3 + amp.
R
l
+ R 2+3 + amp.
2+3
R
l
+
R
2+3
R
l
+
R
2+3
+ R
-
-
-
-
-
-
-
R
-
R
R
R
3
R
3
-
-
R
3
R
2
R
2
R
2
R
2
R
2+3
R
2+3
R
2+3
0
R
3
R
3
R
3
R
2+3
R
2+3
R
2+3
3
R
2+3
R
2+3
R
2+3
3
R
2
R
l
3
3
3
-
CB + BU + R3
R
R
R
4
2+3
-
R
2+3
R
2+3
R
2+3
2+3
-
0
0
0
0
0
0
0
0
R
ja
ja
ja
Ja
neen
Ja
ja
Ja
Ja
neen
België
België
Frankrijk
Duitsland België
Belgi« Frankrijk
Nederland
Duitsland
Duitsland
Italie
»3
Frankrijk
Zie bijlage IV, doe. 5693/3/67. In Frankrijk zijn bepaalde installaties bovendien uitgerust met inrichtingen van het type CBT en DDI. In Duitsland en België streeft men ernaar de installaties uit te rusten eet inrichtingen van het type CBT. Gepolariseerd scherm of gepolariseerde geleider - scherm of geleider onder controlespanning. Slechts bij ten opzichte van vertraagde afschakeling door Cl of bij buiten bedrijf zijn van Cl.
BUREAU VOOR OFFICIËLE PUBLIKATIES DER EUROPESE GEMEENSCHAPPEN 16
511
BUREAU VOOR OFFICIËLE PUBLIKATIES DER EUROPESE GEMEENSCHAPPEN 16
511
