CC BY
0УДК 519.6:621.313.1
А.О. Рогожников, Д.П. Ястребов, Е.В. Шаповалова, О.А. Белов
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: restart1101@mail.ru
МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРЕДПУСКОВОГО ЗАМЕРА УРОВНЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И АВТОМАТИЧЕСКОГО ПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В данной статье описывается модернизированное устройство предпускового замера уровня сопротивления изоляции и автоматического пуска электродвигателя. Рассматривается проблема необходимости предпускового автоматизированного контроля сопротивления изоляции. Приведена схема модернизированного устройства предпускового автоматизированного контроля сопротивления изоляции. Рассмотрены изменения в программе для микроконтроллера предпускового автоматизированного контроля сопротивления изоляции.
Ключевые слова: устройство предпускового замера уровня сопротивления изоляции, автоматизированный пуск электродвигателя, микроконтроллер.
A.O. Rogozhnikov, D.P. Yastrebov, E.V. Shapovalova, O.A. Belov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamcharsky, 683006 e-mail: restart1101@mail.ru
MODERNIZATION OF THE DEVICE FOR AUTOMATIC PRE-START MEASUREMENT OF THE INSULATION RESISTANCE LEVEL AND AUTOMATIC START
OF THE ELECTRIC MOTOR
This article describes a modernized device for pre-start measurement of insulation resistance level and automatic start of an electric motor. The problem of the need for pre-start automated monitoring of insulation resistance is considered. A diagram of a modernized device for pre-start automated monitoring of insulation resistance is presented. A program for a microcontroller for pre-start automated monitoring of insulation resistance is also provided.
Key words: device for pre-start measurement of insulation resistance level, automated electric motor startup, microcontroller.
Во время промысла электрооборудование судов в целом подвергается воздействию как высоких, так и низких температур, а также широким диапазонам изменения влажности. Такие изменения негативно влияют на состояние электрооборудования и основные показатели электробезопасности. Сопротивление изоляции электрооборудования может понижаться ниже нормы [1]. По причине непредсказуемого изменения показателей безопасности электрооборудования необходим автоматизированный контроль сопротивления изоляции электрооборудования [2].
Развитие судостроительной отрасли - важная государственная задача, в рамках решения которой необходимость внедрения прорывных разработок для морской и речной техники является одной из ключевых задач [3]. В рамках данной задачи разработано устройство автоматического предпускового замера уровня сопротивления изоляции и автоматического пуска электродвигателя [4, 5]. Главная проблема разработанного устройства заключалась в отсутствии защиты от наводимых помех при коммутации катушек контакторов, запускающих контролируемый электропривод, также была выявлена проблема близкого расположения микроконтроллера и блока преобразователя напряжения.
При решении вышеуказанных проблем микроконтроллер был разнесен с коммутируемым электроприводом на расстояние от 1 до 3 м, что снизило частоту отказов устройства, но не исключило их полностью. Также был применен экранированный кабель, как показано на рис. 1. Данная мера также не привела к полному исключению отказов устройства.
Рис. 1. Изображение экранированного кабеля
Из вышеописанных мер был сделан вывод о необходимости модернизации всей схемы с применением всех мер, описанных выше, а также замены микроконтроллера, т. к. в первоначальной схеме использовалась макетная плата на базе микроконтроллера Atmega 328p, не имеющая дополнительного экранирования самой микросхемы, как показано на рис. 2, а.
Рис. 2. Макетная плата на базе микроконтроллера Atmega 328p(а), микроконтроллера фирмы Espressif ESP32(6)
Микроконтроллер Atmega 328p был заменен на микроконтроллер фирмы Espressif ESP32, который показан на рис. 2, б. Микроконтроллер Espressif ESP32 имеет дополнительное экранирование микросхемы, что в совокупности с остальными принятыми мерами позволило полностью исключить нештатные сбои устройства. Также микроконтроллер имеет 12-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), в исходном было 10 бит, что повысило точность измерения сопротивления изоляции.
Структурная схема устройства при замене микроконтроллера была доработана, как показано на рис. 3. Кроме замены микроконтроллера также был добавлен преобразователь логических уровней 5/3.3 В, т. к. логические входы микроконтроллера ESP32 не рассчитаны на питание 5 В. Выходы модернизированного микроконтроллера также не способны коммутировать нагрузку напряжения 5 В.
Изменения в программном обеспечении устройства внесены в месте вычисления тока на измерительном шунте. А именно было изменено опорное напряжение АЦП с 5 000 на 3 300 мВ (опорное напряжение микроконтроллера ESP32). В остальном нет необходимости в изменении кода, т. к. основные команды микроконтроллеров совпадают на языке С++ и использована идентичная среда разработки (Arduino IDE).
Рис. 3. Структурная схема модернизированного устройства
Окончательный внешний вид модернизированного устройства автоматического предпускового замера уровня сопротивления изоляции и автоматического пуска электродвигателя показан на рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид модернизированного устройства автоматического предпускового замера уровня сопротивления изоляции и автоматического пуска электродвигателя
Как видно на рис. 4, устройство имеет щитовое исполнение, измерительные электроды выполнены из экранированного кабеля, так же как и кабель питания устройства. Основные средства индикации - жидкокристаллический (ЖК) экран и сигнальные лампы. Лампы показывают норму сопротивления изоляции (зеленая лампа) или снижение изоляции ниже нормы (желтая лампа). На ЖК экране отображается значение текущего сопротивления изоляции и информации о нормальной работе устройства и наличии аварий. Также на экране при понижении сопротивления изоляции выводится название аварийного электрооборудования с местом установки и рекомендации по устранению аварийной ситуации. Также на лицевой панели расположены кнопки управления «ПУСК» и «СТОП».
Модернизированное устройство позволит автоматизировать процесс измерения сопротивления изоляции электрооборудования, что исключит появления аварийных ситуаций, связанных с коротким замыканием электрооборудования. Главная цель внедрения современных средств автоматизации и измерения снижение влияния человеческого фактора на безопасность мореплавания [6-8]. Устройство позволит сократить расходы на ремонт по причине выхода из строя электрооборудования. Автоматизированное устройство может быть применено для обучения будущих операторов судового электрооборудования и средств автоматики.
Литература
1. Власов А.Б. Исследование изоляции судовых электрических машин в процессе эксплуатации и судоремонта // Вестник МГТУ. - 2008. - Т. 11, № 3. - С. 475-482.
2. Матвеев Ю.В. Контроль сопротивления изоляции судовых электроэнергетических систем с применением теории массового обслуживания // Вестник МГТУ. - 2019. - Т. 22, № 4. - С. 496-502.
3. Постановление Правительства Российской Федерации от 26 моя 2021 г. № 786 «О системе управления государственными программами Российской Федерации» // Собрание законодательства РФ. - 26.05.2023; в ред. от 02.08.2023.
4. Данилов Д.С., Рогожников А.О. Проблема пуска электродвигателей при их длительном застое в условиях агрессивной среды // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Шестой нац. (всерос.) науч.-техн. конф. (9-10 ноября 2023 г.). -Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2024. - С. 43-45.
5. Данилов Д.С., Рогожников А.О. Разработка устройства предпускового замера сопротивления изоляции и автоматического пуска электродвигателя // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Шестой нац. (всерос.) науч.-техн. конф. (9-10 ноября 2023 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2024. - С. 46-49.
6. Белов О.А., Зайцев С.А. К вопросу оценки безопасности морских судов камчатского флота // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое: Материалы X Нац. (всерос.) науч.-практ. (19-21 марта 2019 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2019. - С. 80-83.
7. Белов О.А. Оценка безопасности эксплуатации судовых энергетических установок // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2017. - № 42. - С. 6-10.
8. К вопросу совершенствования судоремонта и технического обслуживания морских судов Камчатского края / Д.П. Ястребов, О.А. Белов, В.А. Швецов, А.О. Рогожников, Ю.В. Крутень // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Материалы XIV Нац. (всерос.) науч.-практ. конф. (21-22 марта 2023 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2023. - С. 109-111.
