Wybrane zagadnienia bezpiecznego zasilania kompleksów

Wojciech Magiera
Andrzej Wojtyła
WYBRANE ZAGADNIENIA BEZPIECZNEGO ZASILANIA
KOMPLEKSÓW WYDOBYWCZYCH.
Streszczenie:
W artykule pokazano rozwiązanie zasilania podziemnego kompleksu wydobywczego z wykorzystaniem
nowoczesnych urządzeń o wysokim standardzie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego. Omówiono: występujące
przy eksploatacji wyrobiska przodkowego przykłady zagrożeń, strukturę, rozwiązania techniczne i możliwości
aplikacji urządzeń. Przedstawiono bezpośredni wpływ stosowania przeciwwybuchowych zespołów
kompensacyjnych, zabudowanych w kopalnianych rozdzielniach dołowych, na poprawę parametrów sieci zasilającej
i jej wpływ na bezpieczeństwo przeciwwybuchowe oddziału wydobywczego. Zaprezentowano pogląd na kierunki
współpracy podmiotów mających wpływ na bezpieczeństwo przeciwwybuchowe w kopalniach.
————————————
1. Wstęp
We współczesnym górnictwie podziemnym energia
elektryczna jest podstawowym medium służącym do
zasilania urządzeń i maszyn wydobywczych. Poprawne
jej wykorzystanie stawia przed użytkownikami maszyn
wysokie wymagania w zakresie wiedzy o możliwości
skorzystania
z
najnowocześniejszych
rozwiązań
produkowanego sprzętu elektrycznego, a to ze względu
na wyjątkowe warunki pracy, w tym wiele zagrożeń,
w szczególności zagrożenie wybuchem metanu lub pyłu
węglowego. Przed producentami urządzeń elektrycznych
natomiast stoi wyzwanie sprostania tym wyzwaniom,
skutkujące ciągłym doskonaleniem wyrobów, zarówno
pod kątem zapewnienia dystrybucji energii elektrycznej
bez nadmiernych strat, jak i pod kątem bezpiecznej ich
pracy w warunkach zagrożenia wybuchem.
2. Struktura
zasilania
wydobywczego
- przenośnik ścianowy o mocy całkowitej do 750 kW
i przenośnik podścianowy o mocy całkowitej do 250 kW,
w których zastosowano łagodny rozruch elektryczny,
- kruszarka urobku o mocy do 160 kW i pompa wodna
o łącznej mocy do 132 kW,
- agregaty wysokociśnieniowe, umieszczone pod ścianą
o mocy do 320 kW,
wymagają
niezawodnej
aparatury
łączeniowej,
zapewniającej dystrybucję jak najlepszych parametrów
sieci
z
zachowaniem
bezpieczeństwa
przeciwwybuchowego.
kompleksu
Niezawodne zasilanie odbiorów, zainstalowanych
w kompleksie wydobywczym, zarówno przodkowym, jak
i ścianowym ma wpływ nie tylko na efekty ekonomiczne
oddziału wydobywczego, lecz również na bezpieczną
eksploatację przodka lub ściany. Przez bezpieczną
eksploatację należy rozumieć przede wszystkim szeroko
pojęte bezpieczeństwo przeciwwybuchowe, polegające na
optymalnym dobraniu aparatury łączeniowej do
konkretnej
struktury
wyposażenia
kompleksu
wydobywczego.
Na rysunku nr 1 przedstawiono schemat zasilania
kompleksu wydobywczego o średniej wydajności
ok. 10 tys. ton urobku na dobę zasilanego napięciem
roboczym 1000 V. Zastosowane w kompleksie maszyny:
- kombajn o mocy całkowitej do 650 kW i elektrycznym
napędzie posuwu z regulowaną prędkością,
Rys nr 1. Przykładowa konfiguracja kompleksu z wykorzystaniem
urządzeń Elektrometal SA
Sympozjum naukowo-techniczne
„Bezpieczeństwo techniczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.” EpsilonX 2013
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
3. Urządzenia
zasilające
kompleks
wydobywczy
Stosowanie urządzeń elektrycznych w podziemnych
wyrobiskach górniczych zagrożonych wybuchem jest
regulowane przede wszystkim regułami prawnymi
i normowymi, opartymi na wieloletniej praktyce
górniczej, nierzadko okupionej ofiarami ludzkimi.
Ta wieloletnia praktyka przekłada się na tworzenie coraz
bezpieczniejszej aparatury elektrycznej. Kompleks
wydobywczy jest skomplikowanym technologicznie
zespołem maszyn, gdzie nader często występują
niekorzystne dla płynnego wydobycia, jak i bezpiecznej
pracy obsługi zjawiska lub zdarzenia:
- częste rozruchy mocno obciążonych napędów maszyn,
skutkujące nadmiernym nagrzewaniem się silników
napędowych,
- praca w podwyższonej temperaturze, wpływającej
bezpośrednio na parametry pracy aparatury elektrycznej,
- wysoka wilgotność powietrza, przyśpieszająca korozję
elementów metalowych aparatury elektrycznej,
- zawodnienie wyrobisk, doprowadzające w skrajnych
przypadkach do występowania zwarć międzyfazowych
lub doziemnych,
- uszkodzenia przewodów elektrycznych,
- zapylenie pyłem węglowym.
Powyższym zjawiskom nie można zapobiec całkowicie,
można natomiast ograniczyć ich wpływ na poziom
zagrożenia wybuchem poprzez właściwe rozwiązania
techniczne. Przykładami takich rozwiązań są:
stosowanie
czujników
technologicznych,
monitorujących temperaturę zarówno silników, jak
i medium chłodzącego. Czujniki te, włączone
w iskrobezpieczne obwody sterownicze aparatury
łączeniowej, mają za zadanie zapobiec nadmiernemu
nagrzewaniu się silników,
- stosowanie rozruszników tyrystorowych do napędów
najbardziej obciążonych maszyn, jakimi
w kompleksie
wydobywczym są przenośniki zgrzebłowe. Rozruszniki
zapewniają płynny rozruch przenośników, ograniczając
zarówno ilość rozruchów w czasie, jak i zwielokrotniony
pobór prądu rozruchowego, często prowadzący do
nadmiernych spadków napięć i utyku przenośnika,
zwłaszcza ścianowego,
- dobór obudowy aparatury łączeniowej ognioszczelnej
poprzez
stosowanie
rozwiązań
technicznych
ograniczających
korozję,
np.
śruby
pokryw
ognioszczelnych znajdujące się nie na zewnętrznym
kołnierzu komory, lecz schowane wewnątrz kołnierza,
kształt obudowy utrudniający penetrację wody do
wnętrza obudowy, umieszczenie wpustów kablowych
w pozycjach utrudniających wnikanie wilgoci do wnętrza
obudowy,
- dobór oryginalnych rozwiązań cyfrowych zabezpieczeń
nadprądowych o wysokiej klasy dokładności i szerokiej
możliwości kształtowania charakterystyki pracy,
stosowanie
wielofunkcyjnych
przekaźników,
realizujących funkcje:
•
zabezpieczenia od przeciążeń zależnego (I>)
•
zabezpieczenia od zwarć niezależnego (I>>)
•
zabezpieczenia od przeciążeń niezależnego (I>)
•
zabezpieczenia od asymetrii prądowej
•
centralno-blokującego
zabezpieczenia
upływowego
•
zabezpieczenia temperaturowego
•
kontroli ciągłości uziemienia
•
obwodu sterowania iskrobezpiecznego,
umożliwiające parametryzowanie funkcji z nadrzędnego
obwodu monitoringu lub przy pomocy przenośnego
komputera w wykonaniu przeciwwybuchowym bez
konieczności otwierania komór ognioszczelnych.
Powyższe przykłady są jednymi z wielu możliwych
rozwiązań udoskonalania aparatury łączeniowej,
zabudowanej bezpośrednio w przodku, pod kątem
bezpieczeństwa przeciwwybuchowego. Istnieje nie mniej
możliwości rozwiązań technicznych w aparaturze
wysokiego napięcia, w szczególności w rozdzielniach
oddziałowych. Jednym z poważniejszych problemów
przy zasilaniu kompleksu wydobywczego jest, o czym już
wspomniano,
możliwość
utyku
przenośników
zgrzebłowych, spowodowana spadkiem napięcia przy
ciężkim rozruchu. Powodować to może nadmierne
nagrzanie się silników napędowych aż do wręcz spalenia
się uzwojeń i powstania niebezpieczeństwa pożaru, a w
jego wyniku nawet wybuchu pyłu węglowego. Oprócz
tego stosowanie napędów przekształtnikowych (napędy
kombajnu ścianowego) lub rozruszników tyrystorowych
powoduje znaczne pogorszenie parametrów prądu
elektrycznego, płynącego w sieci kablowej 6kV,
zasilającej kompleks ścianowy. Można znacząco
ograniczyć te niekorzystne efekty, stanowiące
jednocześnie istotne zagrożenie bezpieczeństwa oraz
wymierne straty ekonomiczne, poprzez proste
zastosowanie kompensatora mocy biernej w wykonaniu
ognioszczelnym,
zabudowanego
w
rozdzielni
oddziałowej, zasilającej kompleks wydobywczy. Takie
rozwiązanie powoduje dodatkowe korzyści [1]:
zwiększa możliwości przesyłania mocy czynnej
przy tych samych parametrach prądowych linii
zasilających kablowych,
polepsza warunki napięciowe pracy sieci poprzez
ograniczenie spadków, wahań lub odkształceń
napięcia zasilającego,
ogranicza straty związane z przesyłem prądu
biernego,
polepsza niezawodność zasilania.
Na szczególną uwagę zasługuje rozwiązanie techniczne,
polegające na
zastosowaniu baterii kondensatorów
zespolonej z dławikiem, tworzących w ten sposób jeden
Sympozjum naukowo-techniczne
„Bezpieczeństwo techniczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.” EpsilonX 2013
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
zespół, umieszczony w ognioszczelnej obudowie.
Zastosowanie takiego rozwiązania powoduje, że [1]:
•
nie zwiększa się odkształcenie napięcia sieci,
•
nie istnieje możliwość przeciążenia prądowego
baterii
kondensatorów
prądem
harmonicznej
rezonansowej, co w konsekwencji prowadzić może do
uszkodzenia baterii lub elementu kompensowanej sieci,
•
częściowo ogranicza się udział wyższych
harmonicznych powstających podczas pracy urządzeń
tyrystorowych.
Takie rozwiązanie umożliwia bezpieczne stosowanie
kompensatora w sieciach z dużym udziałem urządzeń
zawierających przekształtniki energoelektroniczne.
4. Wnioski
Artykuł niniejszy jest zaledwie szkicem obrazującym
możliwości rozwiązań technicznych, które mogą
wpływać na szeroko rozumiane bezpieczeństwo przy
eksploatacji kompleksu wydobywczego, w tym,
w szczególności, bezpieczeństwo przeciwwybuchowe.
Jak z niego wynika, znaczącą rolę w tworzeniu
nowatorskich rozwiązań technicznych wiodą producenci
maszyn, a wśród nich twórcy aparatury elektrycznej
w
wykonaniu
przeciwwybuchowym,
wsparci
doświadczeniem
bezpośrednich
użytkowników.
Ta współpraca powinna istnieć przy wsparciu uznanych
jednostek certyfikujących wyroby przeciwwybuchowe, bo
taka tylko gwarantuje uzyskanie maksymalnie
pozytywnych wyników.
5. Literatura
[1] Gierlotka K..: Kompensacja mocy biernej-kompensacja
niepożądanych składowych prądu źródła. Materiały
sympozjum „Metody poprawy gospodarki mocą
bierną w sieciach kopalnianych przez zastosowanie
układu kompleksowej kompensacji mocy biernej”
Istebna 2012.
Rys. nr 2. Kompensator HMC-KMB-0.6 – widok ogólny.
* K O N I E C *
Sympozjum naukowo-techniczne
„Bezpieczeństwo techniczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.” EpsilonX 2013
Główny Instytut Górnictwa, Katowice