book - pl - Instytut Technik Innowacyjnych EMAG

Komentarze

Transkrypt

book - pl - Instytut Technik Innowacyjnych EMAG
CZASOPISMO NAUKOWO-TECHNICZNE
NR 8(498)
SIERPIEŃ 2012
Wersja pierwotna wydania
INNOWACYJNE WYROBY
PROCESY TECHNOLOGICZNE
MECHANIKA
ENERGOELEKTRONIKA
AUTOMATYKA
INFORMATYKA TECHNICZNA
TELEKOMUNIKACJA
AEROLOGIA
ZAGROŻENIA NATURALNE I BEZPIECZEŃSTWO
EKOLOGIA I OCHRONA ŚRODOWISKA
ORGANIZACJA I ZARZĄDZANIE
НОВАТОРСКИЕ ИЗДЕЛИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
МЕХАНИКА
ЭНЕРГОЭЛЕКТРОНИКА
АВТОМАТИКА
ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИКА
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯ
АЭРОЛОГИЯ
ЕСТЕСТВЕННЫЕ ОПАСНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТЬ
ЭКОЛОГИЯ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ
INNOVATIVE PRODUCTS
MANUFACTURING PROCESSES
MECHANICS
POWER ELECTRONICS
AUTOMATICS
TECHNICAL INFORMATICS
TELECOMMUNICATION
AEROLOGY
NATURAL HAZARDS AND SAFETY
ECOLOGY AND ENVIRONMENT PROTECTION
ORGANISATION AND MANAGEMENT
PL ISSN 0208-7448
Wydawca: Instytut Technik Innowacyjnych EMAG
SPIS TREŚCI
1. Ograniczanie odkształceń napięcia sieci górniczych
wytwarzanych przez napięcie zaburzeń wspólnych
falowników
5
dr inż. Jerzy Szymański
2. Analiza wyznaczania obciążalności ciągłej torów
prądowych z zestykami i rozpraszaczami ciepła
11
prof. dr hab. inż. Stanisław Kulas
3. Pomiar upływności sieci w obszarach zagrożonych
wybuchem
15
dr inż. Aleksander Lisowiec
mgr inż. Łukasz Sapuła
mgr inż. Radosław Przybysz
4. Iskrobezpieczeństwo a kompatybilność elektromagnetyczna
– wybrane zagadnienia
19
mgr inż. Tomasz Molenda
mgr inż. Sławomir Chmielarz
5. Problem wysokości wieży w elektrowni wiatrowej
26
dr inż. Andrzej Drwięga
mgr inż. Bogusław Hupa
6. Rynek górniczy Argentyny – możliwości dla polskich
producentów sprzętu górniczego
34
mgr Anna Slotorsz
Rada Programowa Wydawnictw Instytutu EMAG:
Przewodniczący Rady – prof. dr hab. inż. Stanisław Cierpisz, Instytut EMAG
Sekretarz Rady – dr hab. inż. Stanisław Trenczek, prof. nadzw. Instytutu EMAG
Członkowie: mgr inż. Marek Chagowski, Lubelski Węgiel „Bogdanka” S.A.; dr hab. inż. Piotr Czaja, prof. nadzw. AGH;
prof. dr hab. inż. Marian Dolipski, Politechnika Śląska; prof. dr hab. inż. Józef Dubiński, Główny Instytut Górnictwa;
prof. dr hab. inż. Monika Hardygóra, CUPRUM; prof. dr hab. inż. Marek Jaszczuk, Politechnika Śląska;
dr hab. inż. Andrzej Kwiecień, prof. nadzw. Politechniki Śląskiej; prof. dr hab. inż. Stanisław Kozielski, Politechnika Śląska;
prof. dr hab. inż. Bogdan Miedziński, Politechnika Wrocławska; dr inż. Roman Pilorz, doc. Politechniki Śląskiej;
dr hab. inż. Janusz Reś, prof. nadzw. AGH; prof. dr hab. inż. Wacław Trutwin, Instytut EMAG; prof. dr hab. inż. Stanisław Wasilewski, Instytut Mechaniki Górotworu PAN; prof. dr hab. inż. Andrzej Zorychta, AGH
Komitet Redakcyjny:
Redaktor naczelny – dr inż. Piotr Wojtas
Zastępca redaktora naczelnego – dr hab. inż. Stanisław Trenczek
Sekretarz redakcji – mgr Waldemar Cichoń
Redaktorzy tematyczni: dr inż. Włodzimierz Boroń (Innowacyjność w technice, Organizacja i zarządzanie),
prof. dr hab. inż. Marek Jaszczuk (Automatyka, Procesy technologiczne),
dr hab. inż. Janusz Reś, prof. nadzw. AGH (Mechanika),
dr hab. inż. Stanisław Trenczek (Aerologia, Zagrożenia naturalne i bezpieczeństwo),
prof. dr hab. inż. Stanisław Wasilewski (Telekomunikacja, Informatyka),
dr hab. inż. Marian Wójcik prof. nadzw. AGH (Energoelektronika, Ekologia i ochrona środowiska)
Redaktor językowy: dr Mariusz Pleszak
Adres redakcji: ul. Leopolda 31, 40-189 Katowice, tel. (32) 2007700, 2007570
fax: (32) 2007703, e-mail: [email protected], www.miag.emag.pl
Nakład: 150 egz.
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
ROK XLX
J. SZYMAŃSKI
VOLTAGES DISTORTIONS IN MINING POWER
SUPPLY SYSTEMS CAUSED BY INVERTERS
COMMON MODE VOLTAGE
Mining electrical drives are supplied from ungrounded IT
power networks. Common mode voltage generated in an
inverter is a major cause of power supply voltage deformation.
Phase voltage distortions can be the reason of the inverter
damage. The author’s research shows that voltage distortions
can be eliminated by additional artificial capacitances connected between a PE wire and power inputs of VFD.
S. KULAS
Е. ШИМАНЬСКИ
ОГРАНИЧЕНИЕ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ
ШАХТНЫХ СЕТЕЙ, ПРОИЗВОДИМЫХ
НАПРЯЖЕНИЕМ СОВМЕСТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ
Для питания электрических приводов на угольных разрезах используются незаземлённые сетьевые системы типа
IT. Производимое в преобразователе частоты напряжение
возмущений на землю является причиной искажений
напряжения питания. Несинусоидальное фазовое напряжение преобразователя частоты может привести к его
повреждению. Исследования автора показали, что использование дополнительной искусственной ёмкости со стороны питания преобразователя частоты значительно ограничивает искажения фазовых напряжений питания.
С. КУЛАС
ANALYSIS OF AMPACITY OF THE CURRENT
CARRYING PATHS WITH CONTACT SYSTEMS
AND RADIATORS
АНАЛИЗ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ НАГРУЗКИ
ТОКОВЫХ ЛИНИЙ С КОНТАКТАМИ
И РАССЕИВАТЕЛЯМИ ТЕПЛА
Determination of the ampacity of the current homogeneus
paths is usually executed by means of thermal balance. In
practice, in the current carrying paths there occur changes of
cross-section, as well as heat source (radiators) and dielectric
isolation. The paper presents the way to calculate the temperature rise along the current carrying paths, using the local
source of heating and experimental results tests.
Определение непрерывной токовой нагрузки однородных
токовых линий осуществляется обычно при помощи балансового метода. На практике в токовых линиях появляются изменения сечения проводника, существуют дополнительные источники или рассеиватели тепла, а также
появляется частичная или полная изоляция линии. В работе представлен способ вычисления приростов температуры вдоль токовой линии с контактами и рассеивателями
тепла, а также указаны результаты измерений приростов
температуры в исследуемых токовых линиях.
A. LISOWIEC
Ł. SAPUŁA
R. PRZYBYSZ
А. ЛИСОВЕЦ
Л. САПУЛА
Р. ПШИБЫШ
MEASURING LEAKAGE CONDUCTANCE
OF NETWORKS IN AREAS
WITH EXPLOSION HAZARDS
ИЗМЕРЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ
ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ В РАЙОНАХ ОПАСНЫХ
ПО ВЗРЫВУ
The article presents methods of measuring leakage conductance of networks with the measurement of resistance between
the line and the earth in the range of 0 – 200 kΩ as well as the
measurement of circuit continuity in the range of 0 – 1 kΩ.
The solutions for measuring circuit continuity can be also
used for intrinsically safe control of, for example, mining
machines. In the area with explosion hazards the measurement
signals are processed by means of a microprocessor system.
This way the reliability of security measures is higher. The
information about leakage conductance and circuit continuity
are transferred through intrinsically safe barriers in a digital
form.
В статье представлены способы измерения проводимости
изоляции сети с измерением сопротивления между линией
и землёй в диапазоне 0 – 200 kΩ, а также способы измерения непрерывности цепи в диапазоне 0 – 1 kΩ. Системные
решения для измерения непрерывности цепи могут также
использоваться для искробезопасного управления, например, добычных машин. Со взрывоопасной стороны измерительные сигналы обрабатываются при помощи микропроцессорной системы, благодаря чему повышена надёжность работы защит. Информации, касающиеся проводимости изоляции и непрерывности цепи, передаются через
искробезопасные барьеры в цифровой форме.
4
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
T. MOLENDA
S. CHMIELARZ
Т. МОЛЕНДА
С. ХМЕЛАЖ
INTRINSIC SAFETY AND ELECTROMAGNETIC
COMPATIBILITY – SELECTED ISSUES
ИСКРОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
СОВМЕСТИМОСТЬ – ВЫБРАННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
The article features some issues related to the requirements
and limitations imposed on the developers of devices working
in explosive atmospheres by standards compliant with the
directives 94/9/EC: ATEX [1] and 2004/108/EC: EMC [2].
The authors discussed selected problems occurring in intrinsically safe devices that are compliant with standards harmonized with the EMC directive.
В работе описан ряд требований и ограничений, наложенных на проектировщика устройств, предназначенных для
работы во взрывоопасных атмосферах, нормами согласно
директивам: 94/9/WE: ATEX [1] и 2004/108/WE: EMC [2].
Рассмотрены выбранные проблемы, появляющиеся
в искробезопасных устройствах в случае соответствия
требованиям норм, гармонизированных директивой EMC.
B. HUPA
A. DRWIĘGA
Б. ХУПА
А. ДРВЕГА
THE ISSUE OF TOWER HEIGHT
IN A WIND TURBINE
ПРОБЛЕМА ВЫСОТЫ БАШНИ ВЕТРЯНОЙ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
The article discusses the impact of the tower height on the
efficiency, profitability and prospects of wind turbines. It
justifies the purpose of constructing high truss towers and
shows the way of cheap and safe installation of truss towers
with heights above 100 m.
В статьи представлено влияние высоты башни на эффективность работы и рентабельность ветряной электростанции, а также обсуждены перспективы развития ветряных
электростанций. Обоснована целесообразность постройки
высоких решетчатых башни и представлен способ дешевой и безопасной монтировки решетчатых башни с высотой выше 100 метров.
A. SLOTORSZ
А. СЛОТОРШ
MINING MARKET OF ARGENTINA
– OPPORTUNITIES FOR POLISH PRODUCERS
OF MINING EQUIPMENT
РЫНОК ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ АРГЕНТИНЫ
– ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ПОЛЬСКИХ
ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
The present article constitutes an attempt of a comprehensive
description of the mining market of Argentina – a country
that, apart from its relatively short mining tradition, within
hardly more than a decade managed to build an impressive
mining sector. The article contains information on the structure of mineral resources production, on the organisation of
the mining market as well as on legal and economic conditions to be considered before starting business in Argentina.
В статье предпринята попытка обзорно описать вопросы,
связанные с рынком горной промышленности Аргентины
– страны с относительно недолгой горной традицией,
которой в нецелые двадцать лет удалось создать мощную
добычную промышленность. Статья содержит данные на
тему структуры производства минерального сырья, организации рынка горной промышленности, а также правовых и экономических условий, связанных с деятельностью в Аргентине.
dr inż. JERZY SZYMAŃSKI
Politechnika Radomska
Ograniczanie odkształceń napięcia
sieci górniczych wytwarzanych przez napięcie
zaburzeń wspólnych falowników
Do zasilania napędów elektrycznych w górnictwie odkrywkowym stosuje się nieuziemione układy sieciowe typu IT. Wytwarzane w falowniku napięcie zaburzeń doziemnych jest przyczyną odkształceń napięcia zasilania. Odkształcone fazowe napięcie zasilania przemiennika częstotliwości może spowodować jego uszkodzenie. Badania
przeprowadzone przez autora wykazały, że zastosowanie dodatkowej sztucznej pojemności na zasilaniu przemiennika częstotliwości mocno ogranicza odkształcenia fazowych napięć zasilania.
1. WPROWADZENIE
Z publikacji [1, 2] wiadomo, że falownik napięciowy jest generatorem napięcia zaburzeń doziemnych, znanych w literaturze także jako zaburzenia
wspólne uCMfal (rys. 1).
W powszechnie stosowanych sieciach zasilania
o układzie sieciowym TN punkt neutralny trójfazowego
uzwojenia wtórnego transformatora zasilania przemiennika częstotliwości jest galwanicznie połączony
z ziemią i napięcie zaburzające falownika, znane jako
napięcie zaburzeń wspólnych (ang. common mode
voltage), nie powoduje przesuwania potencjału punktu
neutralnego uzwojenia wtórnego transformatora zasilania (punkt 0, rys. 1). W układach zasilania typu TN
prądy doziemne wymuszone napięciem zaburzeń
wspólnych uCM przepływają przez przewód ochronny
PE i przewodami zasilającymi przemiennik częstotliwości wpływają do falownika, zamykając obwód elektryczny. Im mniejsza impedancja zwarciowa transformatora zasilającego przemiennik częstotliwości, tym
większa część tych prądów może przepływać przez
inne obwody elektryczne dołączone do tego transformatora, powodując zakłócenia. W sieciach o izolo-
Rys. 1. Falownik jako generator napięcia zaburzeń wspólnych napięciowego przemiennika częstotliwości
zasilanego z sieci nieuziemionej o układzie typu IT
6
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
wanym punkcie neutralnym (typu IT) nie ma połączenia galwanicznego punktu neutralnego uzwojenia
wtórnego transformatora, dlatego zachodzi zjawisko
modulowania potencjału punktu neutralnego uzwojenia wtórnego transformatora napięciem zaburzeń
wspólnych uCM przemiennika częstotliwości.
W artykule przedstawiono analizę matematyczną napięcia zaburzeń, badania symulacyjne oddziaływania
tego napięcia na odkształcenia fazowych napięć zasilania oraz przedstawiono metodę ograniczania modulowania potencjału punktu 0 transformatora i utrzymywania go w pobliżu potencjału uziomu. Otrzymane wyniki
badawcze zweryfikowano na przykładzie napędu
z przemiennikami częstotliwości dużych mocy zasilanymi z sieci górniczej w stacji napędowej przenośników
taśmowych o regulowanej prędkości taśmy.
2. SZKODLIWE ODDZIAŁYWANIE NAPIĘCIA
ZABURZEŃ WSPÓLNYCH NA FAZOWE
NAPIĘCIA ZASILANIA
(1) uU  uU 0 '  u0'0
(1' ) uV  uV 0'  u0'0
Opis matematyczny oddziaływania napięcia zaburzeń wspólnych uCM przemiennika częstotliwości na
napięcia zasilania można rozważać dla krótkich
i długich kabli silnikowych. Wyprowadzone zależności matematyczne uwzględniają oznaczenia przedstawione na rysunku 1.
Napięcie zaburzeń wspólnych przy krótkich kablach silnikowych, do 10 metrów [3], można opisać
wyrażeniem 1(4-8) [2], a dla długich kabli silnikowych – wyrażeniem 2(11-12):
(1" ) uW  uV 0'  u0'0
uU 0'  uV 0'  uV 0'
u  u B 0  uC 0
(3) uCM  A0
3
3
'
dla kabli slinika l  10m uCM  u  uCM  u0'0
(2) uCMfal 
CM
CMfal
wtedy
 U
'
 uCMfal  u0 '0   DC  u0'0
(4) uCM
 2
(5) uCM  uCs1  uCs 2
(6) u L1  uCs1  eL1  L
diPE
dt
dla
L
lub 
U DC
 u 0 '0 
6
1 diPE
0
dt
(7) u L1  eL1  uCs1
'
(8) dla uCs 2  0 u L1  eL1  uCM
(9) dla uCs1  0 u L1  eL1
siec typu
IT
siec typu TN
''
(10) dla kabli sil.  10m uCM  uCM
 2uCMfal  u0 '0
wtedy
U
''
(11) uCM
  U DC  u0 '0 lub  DC  u0 '0 
3
''
(12) dla uCs 2  0 u L1  eL1  uCM
siec typu
(13) dla uCs1  0 u L1  eL1
2 IT
siec typu TN
Doziemne napięcie zaburzające u0’0 wytwarzane
przez prostownik jest zwykle pomijane przy analizie
napięcia zaburzeń wspólnych napięciowego przemiennika częstotliwości uCM, gdyż jego amplituda
i częstotliwość są znacznie mniejsze od amplitudy
i częstotliwości napięcia uCMfal wytwarzanego przez
falownik napięciowy [1]. Napięcie uCMfal przyjmuje
wartości {+ 1/2UDC lub – 1/2UDC oraz + 1/6UDC lub
– 1/6UDC}. Przebiegi tego napięcia dla małej i dużej
wartości harmonicznej podstawowej napięcia międzyfazowego wytworzonego przez falownik przedstawiono na rysunku 2.
Napięcie zaburzeń doziemnych uCMfal generowane
przez falownik napięciowy zbudowane jest ze składowych zerowych zawartych w widmach napięć
fazowych falownika. Wybrane harmoniczne z widm
napięć fazowych falownika, zawierające składowe
zerowe i harmoniczne doziemnego napięcia zaburzającego generowanego przez falownik napięciowy
uzyskane w badaniach symulacyjnych, przedstawiono na rysunku 3. Na podstawie rysunku 3d można
stwierdzić, że główną część energii doziemnego prądu zaburzającego przenosi harmoniczna o częstotliwości nośnej modulacji MSI falownika.
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
7
[a]
[b]
Rys. 2. Napięcie zaburzeń wspólnych uCMfal wytwarzane w falowniku napięciowym
przemiennika częstotliwości dla małej (M=0,1)[a]
i dużej (M=0,9) [b] wartości harmonicznej podstawowej napięcia międzyfazowego uVW
a) napięcie uU (VM8)
b) napięcie uV (VM9)
c) napięcie uW (VM10)
d) napięcie uCMfal (MUL1)
Rys. 3. Składowe zerowe widma napięć fazowych falownika i widmo doziemnego napięcia
zaburzającego falownika napięciowego uCMfal (M=1/50 Hz/2 kHz)
W układach zasilania o nieuziemionym punkcie
neutralnym, typu IT, wysokoczęstotliwościowe
napięcie zaburzeń doziemnych generowane przez
falownik napięciowy uCMfal wpływa na potencjał
punktu neutralnego uzwojenia wtórnego transformatora zasilającego 0. Jako skutek wysokoczęstotliwościowych zmian potencjału punktu neutralnego
uzwojenia wtórnego transformatora zachodzi zjawisko modulowania napięć fazowych transformatora.
Przez to powstaje niebezpieczne dla zasilanego
falownika odkształcenie napięcia fazowego od
przebiegu sinusoidalnego oraz powiększenie jego
wartości maksymalnej i skutecznej, co opisuje równanie 1(7).
Ponieważ radiator falownika jest bezpośrednio
uziemiony, to w efekcie następuje niebezpieczne
zwiększenie się wartości napięcia pomiędzy radiato-
rem falownika oraz aktywnymi wejściami i wyjściami mocy falownika (wejścia +/-UDC i wyjścia napięć
fazowych: U, V, W). Taki stan może spowodować
uszkodzenie falownika na skutek nadmiernego udaru
napięciowego.
Na rysunku 4. przedstawiono przebieg zmodulowanego fazowego napięcia zasilania przemiennika
częstotliwości uL1 napięciem zaburzeń wspólnych
falownika uCMfal i napięciem zaburzeń wytwarzanym
przez prostownik 3f6d (150 Hz) – u0’0, co opisuje
równanie 1(4).
Napięcie zaburzeń pochodzące od prostownika
uwidacznia się trapezowym odkształceniem sinusoidalnego napięcia fazowego [2]. Amplituda fazowego
napięcia zasilania powiększyła się o blisko połowę
wartości napięcia obwodu DC przemiennika częstotliwości.
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
8
Rys. 4. Napięcie fazowe uL1 zasilania przemiennika częstotliwości zmodulowane
napięciem zaburzeń wspólnych uCMfal wytwarzanym w module falownika
Rys. 5. Zmodyfikowana instalacja napędowa z przemiennikiem częstotliwości NPC (3)
zasilana z sieci górniczej (1)
Napięcie zaburzeń wspólnych uCMfal wytwarzane
przez falownik napięciowy jest podstawową przyczyną wymuszania przepływu doziemnych prądów
wysokoczęstotliwościowych przez pojemności pasożytnicze kabla silnikowego i silnika.
Ograniczenie doziemnych pojemności pasożytniczych jest skutecznym sposobem ograniczania wartości prądów doziemnych w przewodzie ochronnym
PE przemiennika częstotliwości. Niemniej brak odpowiednio dużych pojemności doziemnych na wejściach zasilania przemiennika częstotliwości skutkuje
opisanym wyżej niekorzystnym odkształceniem fazowych napięć zasilania – wniosek ten wynika
z porównania równań 1(7-9).
Dla kabli silnikowych o długości powyżej 10 metrów przyjmuje się, że amplituda impulsów napięcia zaburzeń wspólnych (doziemnych) uCM, jak
i amplituda impulsów napięcia międzyfazowego
na silniku zwiększa się blisko dwukrotnie wskutek
efektu falowego w związku z niedopasowaniem impedancji falowej kabla silnikowego i uzwojeń fazowych silnika [3]. Analiza matematyczna oddziaływania napięcia zaburzeń wspólnych na fazowe napięcia
zasilania pokazuje, że długie kable silnikowe będą
dwukrotnie bardziej odkształcać przebiegi fazowych
napięć zasilania układów nieuziemionych [2] –
równania 2(12-13).
3. METODA OGRANICZANIA ODDZIAŁYWANIA NAPIĘCIA ZABURZEŃ WSPÓLNYCH
UCM NA FAZOWE NAPIĘCIA ZASILANIA
Dla ograniczenia oddziaływania napięcia zaburzeń
wspólnych uCM napięciowego przemiennika częstotliwości (3) na fazowe napięcia zasilania transformatora zbudowano układ dodatkowego filtra pojemnościowego (3×1 µF) dołączonego do wejść zasilających przemiennik częstotliwości (2) – rysunek 5.
Układ zasilania jest o konfiguracji sieciowej typu IT
(1). Zadaniem filtra wejściowego jest zmniejszenie
impedancji wejściowej dla prądów wysokoczęstotliwościowych wypływających przez doziemne pojemności pasożytnicze kabla silnikowego (4) i silnika (5)
oraz płynących przewodem ochronnym (6).
Filtr wejściowy (2) jest techniczną realizacją zależności 1(10) dla krótkich kabli silnikowych lub 2(13)
dla długich kabli silnikowych. Zastosowanie filtra
wejściowego (2) spowodowało osadzenie punktu neutralnego uzwojenia wtórnego transformatora zasilającego w pobliżu potencjału ziemi dla dużo mniejszych
wartości pasożytniczych pojemności doziemnych na
wyjściach mocy falownika, a więc – w praktyce inżynierskiej – niezależnie od długości i przekroju kabla
silnikowego oraz mocy nominalnej silnika.
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
9
4. BADANIA SKUTECZNOŚCI POJEMNOŚCIOWEGO FILTRA WEJŚCIOWEGO
OGRANICZAJĄCEGO ODKSZTAŁCENIA
NAPIĘCIA ZASILANIA
Badania skuteczności filtra ograniczającego wpływ
napięcia zaburzeń doziemnych generowanego przez
falownik napięciowy uCMfal na odkształcania fazowych napięć transformatora przeprowadzono w mobilnej stacji napędowej przenośnika powierzchniowego. Na stacji były zainstalowane przemienniki
częstotliwości o mocy 4×450 kW/500 V, które zasilały silniki klatkowe 4×355 kW/500 V. Długość kabla
silnikowego (4×2×120 mm kw.) z pojedynczym uziemionym ekranowaniem w poszczególnych napędach
wynosiła ok. 50 m. Przemienniki częstotliwości były
zasilane z sieci o układzie typu IT – 3×500 V/50 Hz.
Na fotografii 1. przedstawiono realizację techniczną filtra pojemnościowego (2) – rysunek 5.
Fot. 1. Filtr pojemnościowy do ograniczania
odkształceń fazowych napięć zasilania,
powodowanych napięciem zaburzeń doziemnych
przemiennika częstotliwości
a)
a) odkształcone napięcie międzyfazowe po
stronie niskonapięciowej transformatora
6 kV/500 V i napięcie zasilania (żółty) oraz
prąd fazowy (niebieski) przemiennika częstotliwości, spowodowane wysokoczęstotliwościowymi prądami doziemnymi
Przed zastosowaniem pojemnościowego filtra wejściowego przemiennik częstotliwości miał włączony
fabryczny filtr pojemnościowy obwodu pośredniego
DC z pojemnościami (2×0,35 µF) [3], stosowany
powszechnie w sieciach o układzie sieciowym TN.
Filtr ten wykazywał się dużą skutecznością tłumienia
odkształceń powodowanych napięciem zaburzającym
przemiennika częstotliwości.
Stosowanie tego filtra w sieciach o nieuziemionym
punkcie neutralnym powoduje trapezowe odkształcenie przebiegu napięcia fazowego transformatora zasilającego przemiennik częstotliwości. Na zmodulowane napięciem uCMfal fazowe napięcia transformatora
nakłada się dodatkowo napięcie zaburzające od prostownika wejściowego 3f6d przemiennika częstotliwości. Doziemne napięcie zaburzające obciążonego
prostownika 3f6d jest przebiegiem trójkątnym o częstotliwości 150 Hz. Stosowanie filtra w obwodzie
pośrednim przemiennika częstotliwości jest niebezpieczne w sieciach o nieuziemionym punkcie neutralnym, gdyż przemiennik jest wtedy podatny na
uszkodzenia przy wystąpieniu zwarcia doziemnego
po stronie zasilania lub silnika [4, 5]. Prądy zwarcia
doziemnego lub prądy doziemnych upływów pojemnościowych kabla silnikowego lub silnika mogą
spowodować pojawienie się nadmiernej wartości
napięcia na zaciskach baterii kondensatorów przemiennika częstotliwości o małym obciążeniu i doprowadzić do uszkodzenia falownika.
Na rysunku 6b przedstawiono przebieg fazowego
napięcia zasilania przemiennika częstotliwości
z odfiltrowanymi zaburzeniami wysokoczęstotliwościowymi. Wskutek względnie małej mocy zwarciowej transformatora zasilającego przebieg fazowego
napięcia zasilania obciążonego transformatora jest
przebiegiem zbliżonym do trójkątnego.
b)
b) przebieg napięcia fazowego zasilania przemiennika
częstotliwości po odfiltrowaniu wysokoczęstotliwościowych
prądów doziemnych
Rys. 6. Przebiegi napięć zasilania przemiennika częstotliwości w układzie zasilania o nieuziemionym punkcie neutralnym,
z wyłączonym (a) i włączonym (b) pojemnościowym filtrem wejściowym, wg rysunku 5.
10
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
Z rysunku 6b wynika, że stosując pojemnościowy
filtr wejściowy, można skutecznie ograniczyć odkształcenia napięć fazowych, a tym samym i międzyfazowych transformatora zasilającego przemiennik
napięciowy dużej mocy [6].
wysokoczęstotliwościowych przez przewód ochronny
PE i umożliwi pełną odporność przemiennika częstotliwości przy wystąpieniu zawarcia doziemnego zarówno po stronie zasilania, jak i silnika. Przykładem
badań prowadzonych w tym celu jest rozwiązanie
zaproponowane przez autora w zgłoszeniu patentowym [8]. Cechą znamienną tego rozwiązania jest
zastosowanie dodatkowego obwodu dla wysokoczęstotliwościowych prądów doziemnych. Zastosowanie
zaproponowanego rozwiązania umożliwia znaczące
zredukowanie wartości skutecznej wysokoczęstotliwościowych prądów doziemnych w przewodzie
ochronnym PE [9].
5. PODSUMOWANIE
Zastosowanie zewnętrznego pojemnościowego filtra dla zmniejszenia impedancji między wejściami
zasilania przemiennika częstotliwości a przewodem
ochronnym zdecydowanie ograniczyło odkształcenia
fazowych napięć transformatora zasilającego. Trzeba
zauważyć, że poziom odkształceń napięć zasilania
transformatora napięciem zaburzeń wspólnych nie
jest zależny od jego mocy zwarciowej.
Eliminacja odkształceń fazowych napięć zasilania
transformatora eliminuje stres napięciowy między
uziemionym radiatorem falownika a jego wejściami
i wyjściami mocy. W skutek stresu napięciowego
może dochodzić do uszkodzeń falownika i jego wybuchu, który zwykle powoduje dodatkowe zniszczenie w torze mocy przemiennika częstotliwości.
Wadą stosowania uziemienia fabrycznego filtra pojemnościowego w obwodzie pośrednim przemiennika
częstotliwości jest niekontrolowane narastanie napięcia na zaciskach baterii kondensatorów przy wystąpieniu zwarcia doziemnego w transformatorze zasilającym [4], gdy przemiennik częstotliwości jest nieobciążony. Cecha ta eliminuje możliwość utrzymywania zasilania obwodu mocy przemiennika w warunkach pracy postojowej [7]. Zagrożenia uszkodzenia
przemiennika częstotliwości przy wystąpieniu zwarcia doziemnego po stronie silnikowej występują podczas zasilania kilku przemienników częstotliwości
z jednego transformatora – zagadnienia te są szerzej
opisane w literaturze światowej [2].
Oprócz przedstawionych korzyści, jakie uzyskujemy ze stosowania dodatkowego wejściowego filtra
pojemnościowego (filtr obwodu pośredniego jest
wówczas odłączony), ma on wadę polegającą na
niekontrolowanym wzroście napięcia na baterii kondensatorów przy wystąpieniu zwarcia doziemnego po
stronie silnikowej. Niemniej wada ta nie uniemożliwia pracy przemiennika częstotliwości przy zwarciu
doziemnym po stronie silnikowej. Narastanie napięcia na zaciskach baterii kondensatorów występuje
w czasie procesu modulacji bez dołączonego silnika,
a taki stan pracy przemiennika nie występuje w normalnych warunkach eksploatacji napędu.
Wydaje się celowe poszukiwanie rozwiązania
technicznego, które zapewni brak przepływu prądów
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Szymański J.: Odkształcenia napięć w nieuziemionych układach
zasilania typu IT wytwarzane przez przemienniki częstotliwości.
Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 2012 nr 1b.
Ma Hongfei, Xu Dianguo and Miao Lijie, Dept. of Electrical
Engineering, Harbin Institute of Technology, Suppression Techniques of Common-Mode Voltage Generated by Voltage Source
PWM Inverter, IEEE – 2004.
Szymański J.: Efektywność tłumienia prądów doziemnych silnika
filtrami LC w napędach z falownikami napięciowymi zasilanymi
z sieci TN. Elektro Info, 2011 nr 7-8.
Szymański J.: Praca napięciowych przemienników częstotliwości
dużych mocy sieciowych zasilania typu IT przy doziemieniu napięcia zasilania. XI International Conference TransComp, grudzień 2007.
Tallam R. M., Schlegel D. W. and Hoadley F. L.: Failure Mode
for AC Drives on High Resistance Grounded Systems, 2006.
Szymański J.: Zaburzenia powodowane prądami doziemnymi
w sieciach IT z przemiennikami częstotliwości dużych mocy.
Pomiary, Automatyka, Komputery w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 2009 nr 2.
Danfoss – VLT® on IT mains, MN.90.C4.02, 2010.
Szymański J.: Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych
elektronicznych przetwornic częstotliwości zasilanych z trójfazowej sieci nieuziemionej IT. Zgłoszenie patentowe nr P.394803,
2011.
Szymański J.: Prądy doziemnie w napędach z przemiennikami
częstotliwości zasilanymi z sieci górniczych. Elektro Info, 2012
nr 5.
Artykuł został zrecenzowany przez dwóch niezależnych recenzentów
prof. dr hab. inż. STANISŁAW KULAS
Wojskowa Akademia Techniczna
Wydział Elektroniki
Analiza wyznaczania obciążalności ciągłej
torów prądowych z zestykami i rozpraszaczami ciepła
Wyznaczanie obciążalności prądowej ciągłej torów prądowych jednorodnych jest
realizowane na ogół przy pomocy metody bilansowej. W praktyce w torach prądowych występują zmiany przekroju przewodnika, istnieją dodatkowe źródła lub rozpraszacze ciepła, a także występuje częściowa lub całkowita izolacja toru. W artykule przedstawiono sposób obliczania przyrostów temperatury wzdłuż toru prądowego
z zestykami i rozpraszaczami ciepła, a także podano wyniki pomiarów przyrostów
temperatury w badanych torach prądowych.
1. WPROWADZENIE
Nagrzewanie torów prądowych aparatów elektrycznych, a zwłaszcza zestyków i elementów z nimi
sąsiadujących, od przepływającego przez nie prądu
elektrycznego ma niekorzystny wpływ na niezawodność tych urządzeń. Wzrost temperatury jest ściśle
związany z obciążeniem prądowym toru, gdyż wpływa na wzrost strat dielektrycznych w elementach
izolacyjnych toru, zmniejsza jego wytrzymałość mechaniczną i jest przyczyną przyspieszenia procesów
starzeniowych. Wiąże się to z zapewnieniem nieprzekraczania temperatur dopuszczalnych, najczęściej znormalizowanych podczas eksploatacji toru,
oraz znormalizowanej wartości temperatury otoczenia (odniesienia), przyjmowanej zwykle jako 40ºC
[1, 7]. W literaturze spotyka się też wymagania
sprawdzania obciążalności prądowej ciągłej torów
prądowych, zestyków oraz sąsiadujących z nimi elementów izolacyjnych i konstrukcyjnych przy temperaturze otoczenia wynoszącej 35ºC lub 45ºC. Z uwagi
na to, że dopuszczalna temperatura dla zestyków jest
co najwyżej równa dopuszczalnej temperaturze toru
prądowego (bez zestyków), o obciążalności długotrwałej całego toru decyduje układ zestykowy.
Wyznaczanie obciążalności prądowej torów prądowych może być realizowane m.in. takimi metodami, jak [2, 3, 6, 7]: bilansowa, sieci cieplnych, lokalnych źródeł ciepła. Charakteryzują się one różną
złożonością obliczeń i dokładnością uzyskiwanych
wyników. Analityczne wyznaczenie obciążalności
torów prądowych jest możliwe, z dostateczną dokładnością, metodą bilansową w przypadku torów
jednorodnych o nieskomplikowanych kształtach.
Metoda sieci cieplnych, wykorzystująca analogie
między wielkościami cieplnymi i elektrycznymi, jest
stosowana w analizie nagrzewania pól rozdzielnic,
maszyn elektrycznych i przekształtników energoelektronicznych. W przypadku układów złożonych,
zwłaszcza torów niejednorodnych tworzących ciągi
szyn, zestyków i rozpraszaczy ciepła (radiatorów),
metoda lokalnych źródeł ciepła wydaje się najbardziej użyteczna do wyznaczania ich obciążalności
prądowej ciągłej. W artykule przedstawiono sposób
obliczania przyrostów temperatury wzdłuż toru prądowego z zestykami i rozpraszaczami ciepła, a także
podano wyniki obliczeń i pomiarów przyrostów temperatury w badanych torach prądowych.
2. METODA LOKALNYCH ŹRÓDEŁ CIEPŁA
Metoda lokalnych źródeł ciepła pozwala na wyznaczenie rozkładu temperatury wzdłuż toru prądowego
wyposażonego w zestyki, a także ewentualnie
w rozpraszacze ciepła, o różnych przekrojach poprzecznych i kształtach, obciążone prądem ciągłym.
W stosowanych w praktyce rozwiązaniach torów prą-
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
12
Rys. 1. Rysunek do wyznaczania bilansu mocy w elemencie toru prądowego
dowych niskiego i średniego napięcia odległości
między zestykami (rozpraszaczami ciepła) są niewielkie i niejednakowe, a ponadto nieznana jest
z reguły funkcja wydzielania ciepła wzdłuż zestyków
(rozpraszaczy), co znacznie utrudnia wyznaczanie
rozkładu temperatury w takich torach.
W przedstawionej metodzie punktem wyjścia jest
znane równanie bilansu przyrostu mocy w dowolnym
elemencie toru prądowego o stałym przekroju S,
rezystywności materiału toru w temperaturze  oraz
obwodzie A przekroju poprzecznego danego elementu i stałym współczynniku oddawania ciepła k,
a także współczynniku wypierania prądu kw, przez
który przepływa prąd I o niezmiennej wartości, rozszerzone o składnik mocy wydzielanej przez dodatkowe źródło ciepła lub rozpraszanej na odcinku dx
w jednostce czasu (rys. 1) [3, 4].
Równanie bilansu cieplnego dla elementu toru
o długości dx ma postać:
gdzie:
p ( x )  dP / dx – rozkład mocy dodatkowej wydziela-
nej (rozpraszanej) w torze prądowym (rys. 2).
Rys. 2. Przykładowy rozkład mocy dodatkowo
wydzielanej (rozpraszanej) w torze prądowym
Oznaczając
przyrost
temperatury
przez
      0 oraz przechodząc z funkcji ciągłej
do dyskretnego wydzielania mocy PA w odległości x1
od osi symetrii toru (rys. 2) i (lub) odbioru PB mocy
w odległości x2 od osi symetrii x = 0, a także
uwzględniając właściwość próbkową funkcji Diraca
[5], otrzymano kolejno zależności:
dp1  dp2  dp3  dp4  dP  0
gdzie:
dp1 – moc strumienia cieplnego dopływająca do
rozpatrywanego elementu w jednostce czasu;
dp2 – moc wydzielana w rozpatrywanym elemencie
w jednostce czasu;
dp3 – moc strumienia cieplnego odpływająca od
rozpatrywanego elementu w jednostce czasu;
dp4 – moc oddana do otoczenia z powierzchni
bocznej rozpatrywanego elementu w jednostce czasu;
dP – moc wydzielana (rozpraszana przez dodatkowe źródło – rozpraszacz) na odcinku dx w jednostce czasu.
Podstawiając do równania poszczególne składniki
bilansu [2, 3, 4], dla stanu ustalonego nagrzewania
otrzymuje się zależność:
I 2  k w p ( x )
d 2 kA

(  0 ) 

0
2
S
S
dx
S 2
p( x)  P ( x  x1 )
P
d 2 kA
I 2  k w PA

(  0 ) 

 ( x  x1 )  B  ( x  x2 )  0
2
dx
S
S 2
S
S
Rozwiązując z kolei to równanie, można na przykład wyznaczyć zależność na rozkład przyrostu temperatury τ(x) wzdłuż toru prądowego z zestykami
i rozpraszaczami ciepła, a mianowicie:
 ( x) 

 PA e

b1
1
 P e

 A
a1 2 a1 S 
a1 ( x  x1 )
e
 a1 ( x  x1 )

a1 x1
 ( x  x1 )
 PB e

 a1 x2
 PB e
e
a1 ( x  x1 )
gdzie:
a1 
I 2  k w
kA
; b1 
S
S 2
a1 x
e
e
 a1 x
 a1 ( x  x2 )


  ( x )

 ( x  x2 )

Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
13
Przekształcając powyższy wzór na τ(x), można
otrzymać analityczną zależność [3, 4] między mocą
rozpraszaną PB ( x  x2 ) przez rozpraszacz zamocowa-
PA (1  e
PB 
e

a1 ( x1  x2 )
e
ny w odległości x2 a dopuszczalnym przyrostem temperatury w zestykach τ(x1) i mocą w nich wydzielaną
PA ( x  x1 ) :

b
) ( x )   ( x1 )  1  2 a1 S
a1 



 e
e
  ( x ) 
  ( x  x
 2 a1 x1
 a1 ( x1  x2 )
Znając wymaganą moc rozpraszaną PB w danym
miejscu toru prądowego, niezbędną do zachowania
dopuszczalnego przyrostu temperatury w innym
miejscu toru (na przykład w zestyku), można z katalogów rozpraszaczy określić zarówno typ, jak i jego
wymiary.
3. ANALIZA I BADANIA ROZKŁADU
TEMPERATURY W TORACH PRĄDOWYCH
W celu wyznaczania rozkładu temperatury w torach prądowych na podstawie przedstawionej metody
opracowano program komputerowy. Składa się on
z czterech głównych bloków. Są to:
 blok deklaracji,
 wprowadzania danych,
a1 ( x1  x2 )
 a1 ( x1  x2 )
2)
 rysowania grafiki,
 obliczeń i wydruków.
Przedmiotem obliczeń były tory prądowe wykonane
z miedzi i aluminium, o różnych kształtach i wartościach
przekrojów poprzecznych. W celu sprawdzenia prawidłowości działania programu rozpatrzono przypadki
torów prądowych bez zestyków i z jednym zestykiem,
dla których znane są zależności na przyrosty temperatury
[3, 4]. Analizowano również bardziej złożone konfiguracje odosobnionych torów prądowych. Przykładowe
wydruki rozkładów temperatur wzdłuż wybranych
torów, uzyskane przy wykorzystaniu metody lokalnych
źródeł ciepła, przedstawiono na rysunku 3. i 4.
W celu sprawdzenia poprawności obliczeń teoretycznych przyrostów temperatury w torach prądowych
określonych przedstawioną metodą przeprowadzono
badania nagrzewania odłącznika średniego napięcia
i modelu dwuprzerwowego układu stykowego (rys. 5).
Rys. 3. Tor prądowy bez zestyków o różnych
przekrojach przewodów, miedziany;
* – mnożnik skali
Rys. 4. Tor prądowy o różnych przekrojach
przewodów z jednym zestykiem, aluminiowy;
* – mnożnik skali
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
14
Rys. 5. Schemat układu do próby nagrzewania torów prądowych;
O – odłącznik, S – stycznik, DN – dławik nastawczy, TW – transformator wielkoprądowy,
A – amperomierz, mV – miliwoltomierz
Tabela 1
Wyniki obliczeń teoretycznych oraz pomiarów przyrostów temperatury w badanych zestykach
I[A]
Układ zestykowy,
Fk =1923 N
Odłącznik, Fk = 580 N
τx1 [ºC]
1000
800
630
pom.
43.1
27.6
17.2
Zestaw taki poddano próbie nagrzewania prądami
ciągłymi o wartościach od 630 A do 1000 A przy
kilku wybranych siłach Fk dociskających styki badanych układów, a mianowicie: 580 N i 1923 N. Wartości średnie wyników otrzymanych z pomiarów
w pobliżu zestyków oraz wyniki obliczeń teoretycznych przyrostów temperatury podano w tabeli 1.
Przedstawione wyniki badań wskazują na dosyć
dużą zgodność wyników pomiarów z obliczeniami,
a także na praktyczną możliwość wykorzystania metody lokalnych źródeł ciepła w projektowaniu torów
prądowych z zestykami.
τx1 [ºC]
obl.
41.5
26.7
16.8
pom.
36.1
19.7
11.7
b) Wyniki obliczeń przyrostów temperatury w analizowanych torach prądowych są dostatecznie
zgodne z wynikami przeprowadzonych badań.
c) Przebieg obliczeń rozkładu temperatury w torach
prądowych wskazuje na przydatność metody
w projektowaniu ciągów szynowych oraz torów
prądowych aparatów elektrycznych i rozdzielnic.
Literatura
1.
2.
4. WNIOSKI
3.
4.
a) Przedstawiona metoda modelowania zjawisk
cieplnych w torach prądowych umożliwia:
 wyznaczanie obciążalności prądowej układów
złożonych, zwłaszcza torów niejednorodnych
tworzących ciągi szyn, zestyków i rozpraszaczy
ciepła (radiatorów),
 analizę rozkładu temperatury w torach prądowych,
 ustalenie wymaganej mocy dodatkowo rozpraszanej przy pomocy rozpraszaczy ciepła w danym miejscu toru.
obl.
34.9
18.9
11.8
5.
6.
7.
Braunowic M. i in.: Electrical contacts, CRC Press, London, New
York 2006.
Ciok Z.: Procesy łączeniowe w układach elektroenergetycznych,
WNT, Warszawa 1983.
Kulas S.: Tory prądowe i układy zestykowe, OWPW, Warszawa
2008.
Kulas S.: Calculation of temperature gain in current circuit with
contact, Proceedings of the V International Conference „Kontaktronika”, Bydgoszcz 1985.
Lathi B.: Teoria sygnałów telekomunikacyjnych, PWN, Warszawa
1970.
Maksymiuk J.: Aparaty elektryczne, WNT, Warszawa 1992.
Zalesskij A. M., Kukiekow F. A.: Tiepłowyje rasczoty elektriczeskich apparatow, Energia, Leningrad 1967.
Artykuł został zrecenzowany przez dwóch niezależnych recenzentów
dr inż. ALEKSANDER LISOWIEC
mgr inż. ŁUKASZ SAPUŁA
mgr inż. RADOSŁAW PRZYBYSZ
Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa
Pomiar upływności sieci
w obszarach zagrożonych wybuchem
W artykule przedstawiono sposoby pomiaru upływności sieci z pomiarem rezystancji
między linią a ziemią w zakresie 0-200 kΩ oraz pomiaru ciągłości obwodu w zakresie 0-1 kΩ. Rozwiązania układowe do pomiaru ciągłości obwodu mogą być również
wykorzystywane do sterowania iskrobezpiecznego (na przykład maszynami wydobywczymi). Po stronie zagrożonej wybuchem sygnały pomiarowe są przetwarzane za
pomocą układu mikroprocesorowego, dzięki czemu zwiększono pewność działania
zabezpieczeń. Informacje dotyczące upływności oraz ciągłości obwodu przekazywane są przez bariery iskrobezpieczne w postaci cyfrowej.
1. WSTĘP
W sieciach kopalnianych kontrola stanu izolacji,
poprzez pomiar rezystancji izolacji do ziemi, jest
w stanie dać wystarczająco wcześnie informację
ostrzegawczą o stopniowej utracie właściwości
elektrycznych i mechanicznych izolacji, związanej
z działaniem niekorzystnych czynników, takich jak
temperatura, wilgotność, niekorzystne opary oraz
naprężenia i udary mechaniczne [1]. Umożliwia to
podjęcie odpowiednio szybko działań zapobiegawczych i niedopuszczenie do osiągnięcia stanu, przy
którym konieczne jest działanie zabezpieczeń
i przerwa w dostawie energii. Najistotniejszą jednak
funkcją zabezpieczenia upływnościowego jest zapewnienie bezpieczeństwa ludzi.
2. ZASADY POMIARU UPŁYWNOŚCI
Układy pomiarowe z mikroprocesorem
za barierą iskrobezpieczną
W sieciach kopalnianych szczególnie ważne jest
zabezpieczenie instalacji elektrycznej przodka,
gdzie pracują maszyny, gdyż tam istnieje największe prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia.
Ponadto w sieciach kopalnianych muszą być spełnione wymogi iskrobezpieczności obwodów znajdujących się z strefie zagrożonej wybuchem. Rozwój elektroniki powoduje, że coraz większa część
układów elektronicznych zabezpieczeń upływnościowych może być wykonana w postaci iskrobezpiecznej.
Pomiar upływności w sieci polega na wymuszaniu
przepływu prądu stałego w sieci (izolowanej) oraz
pomiarze spadku napięcia związanego z pojawieniem się upływności do ziemi. Na rysunku 1. przedstawiono podstawowy układ do pomiaru upływności
sieci. Dioda D służy do kompensacji termicznej
spadku napięcia na diodach D1, D2, D3. Dzielniki
R1/R2 i R3/R4 pełnią rolę filtrów dolnoprzepustowych na wejściach przetwornika analogowocyfrowego. Ponieważ rezystory R3 i R4 są włączone
równolegle z rezystancją upływności sieci, maksymalny zakres pomiarowy jest praktycznie ograniczony od góry sumą R3 + R4.
Udoskonalony układ do pomiaru upływności sieci
przestawiono na rysunku 2. Dzielniki R1/R2 i R3/R4
zostały zastąpione wzmacniaczami operacyjnymi,
dzięki czemu uzyskano jednakową rozdzielczość
pomiaru w całym zakresie pomiarowym.
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
16
I2
I1
D1
D2
D
D3
PAC2
R1
R3
R2
R4
PAC1
Rys. 1. Podstawowy układ do pomiaru upływności
BARIERA ISKROBEZPIECZNA
I
U/f
Rys. 2. Układ do pomiaru upływności ze wzmacniaczem operacyjnym
Pierwsze rozwiązania układowe zabezpieczeń
upływnościowych zawierały niewielkie fragmenty
układu w strefie iskrobezpiecznej. W układzie przedstawionym na rysunku 2. napięcie proporcjonalne do
mierzonej upływności jest podawane na wejście przetwornika napięcie/częstotliwość. Informację zawartą
w częstotliwości sygnału łatwo jest przesyłać przez
bariery oddzielające układy iskrobezpieczne od nieiskrobezpiecznych za pomocą transoptorów. Transoptory spełniające normy układów iskrobezpiecznych są jednak duże, drogie i powolne. Katalogowa
częstotliwość graniczna takich transoptorów [2] jest
równa ok. 100 kHz i jest o trzy rzędy wielkości niższa od częstotliwości granicznej transoptorów stosowanych do zwykłej izolacji galwanicznej. W praktycznych układach aplikacyjnych uzyskuje się częstotliwości graniczne nieprzekraczające kilku kHz, co
znacznie ogranicza rozdzielczość pomiaru.
Układy pomiarowe z mikroprocesorem przed
barierą iskrobezpieczną
Polepszenie parametrów zabezpieczenia upływnościowego można uzyskać, umieszczając mikroprocesor przed barierą iskrobezpieczną, jak to przedstawiono na rysunku 3. W układzie tym napięcie pomiarowe, proporcjonalne do rezystancji upływności, jest
wzmacniane przez wzmacniacz różnicowy o bardzo
dużej impedancji wejściowej. Napięcie to jest następnie zamieniane na postać cyfrową za pomocą
przetwornika analogowo-cyfrowego, znajdującego
się w mikroprocesorze przetwarzającym dalej sygnał
cyfrowy. Na początku sygnał cyfrowy zostaje poddany działaniu złożonego filtru dolno-przepustowego,
dzięki czemu usunięta zostaje większość sygnałów
niepożądanych. W dalszej kolejności sygnał zostaje
skalibrowany przez usunięcie składowej związanej
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
17
UKŁADY ISKROBEZPIECZNE
Mikroprocesor
PAC
Up
Up
Rys. 3. Układ do pomiaru upływności z mikroprocesorem przed barierą iskrobezpieczną
z napięciem niezrównoważenia wzmacniacza wejściowego oraz następuje wyrównanie wzmocnienia.
Kalibracja może również obejmować poprawki związane z wpływem temperatury na odczyt napięcia. Mikroprocesor przelicza następnie wartość zmierzonego
napięcia na wartość upływności linii. Dzięki temu, że
przed operacją przeliczenia z sygnału pomiarowego
zostają usunięte wszelkie składniki niepożądane, działanie zabezpieczenia upływnościowego jest znacznie
bardziej niezawodne niż w starszych układach.
Rys. 4. Położenie bariery iskrobezpiecznej w rozdzielnicy
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
18
Ru
RS
RR
D
ISB Rys. 5. Układ do pomiaru ciągłości obwodu
Jednym z głównych problemów konstrukcyjnych
przy projektowaniu układów elektronicznych stosowanych w górnictwie jest zapewnienie iskrobezpieczności. Normy dotyczące iskrobezpieczności
narzucają wymagania, które nie jest łatwo spełnić
w złożonych układach elektronicznych. Dotyczą one
minimalnej grubości ścieżek, konieczności ograniczenia maksymalnych prądów zwarciowych oraz
przepięć. Chociaż, jak to pokazano na rysunku 4.,
układ mikroprocesorowy znajduje się w strefie niezagrożonej wybuchem, jest połączony z układami
znajdującymi się w strefie zagrożonej wybuchem za
pomocą zwykłych przepustów a nie barier iskrobezpiecznych. Należy więc zapewnić ograniczenie energii, jaka może przedostać się do przestrzeni zagrożonej wybuchem przez przepusty. Rozwiązanie z mikroprocesorem przed barierą iskrobezpieczną ma
jednak zalety w postaci dużej pewności działania
zabezpieczeń upływnościowych.
Układ do pomiaru ciągłości obwodu
Zastosowanie mikroprocesora po stronie iskrobezpiecznej daje możliwość precyzyjnego pomiaru ciągłości obwodu. Na rysunku 5. przedstawiono układ
ilustrujący sposób pomiaru ciągłości obwodu służącego do sterowania. W obwodzie wymusza się przepływ prądu impulsowego o zmieniającej się polaryzacji. W celu łatwego odfiltrowania składowych
związanych z częstotliwością sieci częstotliwość
impulsów jest równa 133 Hz. W przedstawionym
układzie istnieje możliwość pomiaru rezystancji Rs
w zakresie od 0 do 1,2 kΩ, rezystancji RR w zakresie
od 0 do 2,5 kΩ oraz rezystancji Ru w zakresie od
0 do 2,5 kΩ.
3. PODSUMOWANIE
Przesyłanie sygnałów przez bariery iskrobezpieczne powoduje ich degradację. Transoptory stosowane
w barierach iskrobezpiecznych mają ograniczone
pasmo częstotliwości, co zmniejsza dynamikę przesyłanego sygnału pomiarowego. Umieszczenie mikroprocesora przed barierami iskrobezpiecznymi
zwiększa znacznie możliwości przetwarzania sygnałów pomiarowych, dzięki czemu zwiększona zostaje
rozdzielczość pomiaru, odporność na zakłócenia oraz
pewność działania zabezpieczeń i układów kontrolno-sterujących.
Literatura
1.
2.
zet10.ipee.pwr.wroc.pl/record/200/files/Gierczuk.pdf.
www.vishay.com/docs/83541/cny65exi.pdf.
Artykuł został zrecenzowany przez dwóch niezależnych recenzentów
mgr inż. TOMASZ MOLENDA
mgr inż. SŁAWOMIR CHMIELARZ
Instytut Technik Innowacyjnych EMAG
Iskrobezpieczeństwo a kompatybilność
elektromagnetyczna – wybrane zagadnienia
Systemy i urządzenia iskrobezpieczne muszą spełniać odpowiednie wymagania kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Jednoczesne zapewnienie iskrobezpieczeństwa oraz kompatybilności elektromagnetycznej sprawia często wiele trudności
i pociąga za sobą konieczność realizowania nieraz sprzecznych ze sobą zaleceń.
Możliwości stosowania powszechnie znanych i dostępnych środków czy rozwiązań
pozwalających spełnić warunki EMC w urządzeniach i systemach iskrobezpiecznych
są przeważnie znacznie ograniczone. Niektóre rozwiązania są jednak korzystne zarówno dla uzyskania iskrobezpieczeństwa, jak też dla zapewnienia kompatybilności
elektromagnetycznej. W artykule opisano odniesienie do szeregu wymogów i ograniczeń narzucanych projektantowi urządzeń przeznaczonych do pracy w atmosferach
wybuchowych przez normy przedmiotowe zgodne z dyrektywami 94/9/WE: ATEX [1]
i 2004/108/WE: EMC [2]. Omówiono wybrane problemy występujące w urządzeniach iskrobezpiecznych przy spełnianiu wymagań norm zharmonizowanych dyrektywą EMC.
1. STOSOWANIE ELEMENTÓW LC
A KONIECZNOŚĆ OGRANICZANIA
WARTOŚCI POJEMNOŚCI I INDUKCYJNOŚCI
W przypadku urządzeń nieiskrobezpiecznych panuje znaczna dowolność w doborze elementów LC (np.
w układach filtrów przeciwzakłóceniowych czy obwodach przetwornic impulsowych) w celu zapewnienia kompatybilności elektromagnetycznej, a ewentualne ograniczenia są podyktowane najczęściej czynnikami natury technicznej czy też ekonomicznej.
Natomiast w przypadku urządzeń iskrobezpiecznych
decydującym czynnikiem ograniczającym są wymagania iskrobezpieczeństwa. Ograniczenia w stosowaniu odpowiednio dużych wartości pojemności i indukcyjności powodują na przykład, że podczas narażeń zaburzeniami przewodzonymi o częstotliwości
radiowej większość nieprawidłowości w działaniu
urządzeń ma miejsce przy niskich częstotliwościach
narażania – od częstotliwości rzędu kilkuset kHz do
kilku MHz. Jest to potwierdzone wynikami licznych
badań konstruktorskich, przeprowadzanych na etapie
opracowywania urządzeń iskrobezpiecznych. Filtry
złożone z elementów LC o niższych wartościach
pojemności i indukcyjności są dla wyższych częstotliwości narażania przeważnie bardziej skuteczne
i spełniają swoje zadanie.
Bardzo istotny jest dobór topologii filtru do układu,
ponieważ każda z nich sprawdza się w innych warunkach. W szczególnych przypadkach zastosowane
elementy LC mogą zatem okazać się zbędne, pogarszając tylko niepotrzebnie parametry iskrobezpieczeństwa. W stosunku do układu RC układ LC charakteryzuje się znacznie lepszymi parametrami, jednak wymaga starannego doboru elementów ze
względu na możliwość wystąpienia rezonansu. Ogólnie w przypadku filtrów dolnoprzepustowych szeregowa indukcyjność (ewentualnie rezystancja) stosowana jest od strony niskich impedancji źródła lub
obciążenia, a równoległa pojemność stosowana jest
od strony wysokich impedancji źródła lub obciążenia.
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
20
Wysoka impedancja
Wysoka impedancja
Niska impedancja
Niska impedancja
Wysoka impedancja
Niska impedancja
Niska impedancja
Wysoka impedancja
Rys. 1. Zalecana topologia filtrów w zależności od impedancji źródła i obciążenia [3]
Należy mieć jednak na względzie możliwą znaczną
zmienność tych impedancji. Bardzo istotne jest także
stosowanie właściwych filtrów dla danych rodzajów
zaburzeń: symetrycznych lub asymetrycznych. Filtry
dla zaburzeń symetrycznych mają różną budowę od
filtrów dla zaburzeń asymetrycznych: decydujące
znaczenie ma sposób nawinięcia i wzajemne kierunki
zwojów cewek oraz miejsce dołączenia kondensatorów [3].
Stosowanie większych wartości pojemności w układach zasilających pozwalałoby zapewnić kompatybilność elektromagnetyczną, co stoi jednak w sprzeczności z koniecznością ograniczenia pojemności wewnętrznej urządzeń iskrobezpiecznych [4]. W przypadku stosowania impulsowych układów zasilania
przy wyższych częstotliwościach pracy tych układów
możliwe jest stosowanie elementów o niższych wartościach indukcyjności i pojemności.
2. REZYSTANCJA SZEREGOWA
W FILTRACH RC
Ze względów opisanych w poprzednim punkcie
w urządzeniach iskrobezpiecznych bardziej zalecane
jest stosowanie np. filtrów RC zamiast LC, co skutkuje dodatkową korzyścią dla iskrobezpieczeństwa
w postaci rezystancji szeregowej. Ze względu na
spadek napięcia na szeregowej rezystancji istotnym
czynnikiem jest w takim przypadku jak najmniejszy
pobór prądu. Ponadto układ RC posiada w stosunku
do układu LC bardziej pewne i przewidywalne, choć
gorsze, parametry ze względu na brak występowania
rezonansu. Rozwiązanie to możliwe jest do stosowania zarówno w liniach zasilających, jak również
w sygnałowych – w zależności od standardu, parametrów czy też dopuszczalnych ograniczeń tych parametrów (np. ograniczenia pasma częstotliwości,
zmniejszenia maksymalnej szybkości i/lub zasięgu
transmisji czy też możliwej liczby łączonych urządzeń). W celu ograniczenia prądów i mocy w urządzeniach iskrobezpiecznych rezystancja szeregowa
jest niezbędna, jak również ma korzystny wpływ na
kompatybilność elektromagnetyczną. Ponadto stosowanie filtrów RC jest ogólnie zalecane również
z tego powodu, że obecność rezystancji umożliwia
wydzielenie się na niej mocy zaburzeń, natomiast
filtr LC jest dla zaburzenia jedynie elementem blokującym [5], stanowiącym dla niego niedopasowanie
impedancji i nieumożliwiającym wytracenia energii
zaburzenia. W przypadku dużego poboru prądu możliwość stosowania filtrów RC jest ograniczona. Filtry
te stosowane są do zasilania, wejść analogowych albo
cyfrowych, szeregowych, różnicowych interfejsów
zewnętrznych urządzeń (np. CAN, RS-485).
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
21
Rys. 2. Z karty katalogowej 1N5333 [6]
Rys. 3. Z karty katalogowej 1N5333 [7]
Rys. 4. Z karty katalogowej BZM55 [8]
W niektórych przypadkach wprowadzenie dodatkowej rezystancji szeregowej może jednak obniżyć
odporność urządzenia na zaburzenia elektromagnetyczne. Wprowadzanie dodatkowej szeregowej rezystancji (ewentualnie wraz z równoległymi diodami Zenera) jest często stosowane w obrębie jednego
urządzenia w celu rozdzielenia jego różnych obwodów (np. obwodu głównego od obwodu interfejsu
szeregowego). Dodatkowa rezystancja tworzy wraz
z pojemnościami wejściowymi układów scalonych
oraz pojemnościami diod Zenera układy RC mające
nieraz istotny wpływ na przebiegi sygnałów oraz
odporność na zaburzenia sygnałów o zniekształconych przebiegach. Przykładowe wartości rezystancji
stosowanych w liniach komunikacji szeregowej
CMOS wynoszą: 1 kΩ – 2,2 kΩ. Wartość pojemności diod Zenera zmienia się w bardzo szerokim zakresie i zależy od typu diody, znamionowego napięcia Zenera oraz od napięcia (w kierunku wstecznym) na diodzie. Minimalne wartości przekraczają
jednak 100 pF dla pojedynczej diody. Dodatkowym
utrudnieniem dla oszacowania wielkości pojemności
wnoszonej przez zastosowane diody Zenera jest
często brak odpowiednich charakterystyk w ich
kartach katalogowych. Tylko niektórzy producenci
zamieszczają charakterystyki dotyczące pojemności
diod Zenera (rys. 2, 3 i 4).
Korzystną cechą tego rozwiązania jest fakt, że diody Zenera o małej mocy znamionowej (np. BZM55)
charakteryzują się mniejszą pojemnością. W rozwiązaniach iskrobezpiecznych stosowane są one wraz
z szeregowymi rezystorami o dużej wartości rezystancji, co w połączeniu z małą pojemnością nie
zwiększa tak bardzo stałej czasowej (rys. 4). Niestety, dla danego typu diody Zenera czym niższe jest
napięcie Zenera, tym większa jest pojemność diody,
a w iskrobezpiecznych aplikacjach jednak zdecydowanie przeważają diody Zenera o niskich napięciach,
a więc większych pojemnościach (rys. 2, 3 i 4).
Stosowanie rezystorów szeregowych przed układami zasilania zrealizowanymi w oparciu o stabilizatory liniowe jest korzystne także z innych względów: pozwala wytracić część mocy na rezystorze
zamiast na samym elemencie półprzewodnikowym
stabilizatora. Umożliwia to szerszy wzajemny dobór
rozwiązań i parametrów (zakres zmian napięcia
zasilania, zakres zmian pobieranego prądu, parametry znamionowe zastosowanych elementów). W od-
22
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
niesieniu do kompatybilności elektromagnetycznej
zaletą układów liniowych jest to, że one same wnoszą tylko szum, nie generują natomiast zaburzeń
typowych dla układów impulsowych, co ułatwia
spełnienie wymagań dotyczących emisji oraz korzystnie wpływa na kompatybilność wewnętrzną
urządzeń. Natomiast w przypadku stosowania impulsowych układów zasilających szeregowa rezystancja przed takimi układami wydatnie ogranicza
ich sprawność, a więc tę właściwość, dla której są
one stosowane [9]. W przypadku urządzeń iskrobezpiecznych układy zasilające przenoszą zwykle
niewielkie moce, jednak stosując impulsowe układy
zasilania, należy szczególnie mieć na względzie
wymagania dotyczące emisji, ale także wewnętrzną
kompatybilność urządzenia, zwłaszcza w przypadku
układów analogowych. Dodatkowe utrudnienie przy
stosowaniu impulsowych układów zasilających
wynika już z samej istoty ich działania i przetwarzania mocy, wiąże się ono z tym, że przykładowo
równoległe ograniczniki napięcia w postaci diod
Zenera na wyjściu takiego układu muszą być dobierane dla takiej samej mocy, jaka doprowadzana jest
do wejścia, albo powinny posiadać dodatkowy bezpiecznik. W każdym przypadku jest to jednak związane z pewnymi utrudnieniami.
realizacji dobrych własności ekranujących, np. ze
względu na uszczelki, które oddzielają galwanicznie
poszczególne elementy obudowy. Dla ekranowania pól
o niskiej częstotliwości mających charakter magnetyczny, typowych dla środowiska o niskiej impedancji,
należy stosować duże ilości materiału magnetycznego
metalowego. Fala wnikająca w materiał powoduje powstawanie prądów wirowych w jego grubej warstwie,
która pozwala na skuteczne tłumienie. Dla ekranowania
pól o wysokiej i bardzo wysokiej częstotliwości mających charakter elektryczny, typowych dla środowiska
o wysokiej impedancji, należy stosować materiały o jak
najlepszej przewodności elektrycznej powierzchni.
Prądy wielkiej częstotliwości przepływają wtedy po
powierzchni ekranu. W przypadku konieczności tłumienia obu rodzajów pól należy stosować zarówno
odpowiednią ilość materiału, jak również jego odpowiednią powierzchnię [3].
Zgodnie z punktem 9. normy PN-EN 60079-25 [11]
obwód iskrobezpieczny powinien być izolowany od
ziemi albo połączony tylko w jednym punkcie z potencjałem odniesienia, związanym z przestrzenią zagrożoną. Norma [11] określa, że w przypadku więcej
niż jednego połączenia z ziemią jest to dozwolone
w obwodzie pod warunkiem, że obwód jest galwanicznie rozdzielony na podobwody, z których każdy
ma tylko jeden punkt uziemienia. Według tej normy
[11] ekrany powinny być połączone z ziemią lub konstrukcją obiektu. Wymagane jest, aby w dokumentacji
systemu było jednoznacznie określone, który punkt lub
które punkty systemu przeznacza się do połączenia
z potencjałem odniesienia instalacji. W praktyce konstruktorskiej pod względem kompatybilności elektromagnetycznej w zależności od konkretnego przypadku
lepiej mogą się sprawdzić takie warianty połączeń,
które nie są dozwolone normą [11]. Wymogi tej normy
[11] stoją w sprzeczności z zaleceniem, aby dla tłumienia zaburzeń promieniowanych ekrany kabli uziemiać obustronnie [3, 5]. W przypadku stosowania
kabla/przewodu typu A zgodnie z punktem 12.2.2.8
PN-EN 60079-14 [12], w którym ekrany przewodzące
zapewniają indywidualną ochronę obwodów iskrobezpiecznych, zabezpieczając te obwody od zwarć między
sobą, ekrany te muszą posiadać pokrycie nie mniejsze
niż 60% powierzchni. Rozwiązanie takie ułatwia zapewnienie EMC.
3. EKRANOWANIE I UZIEMIANIE
Wiele rozwiązań możliwych do zastosowania w urządzeniach nieiskrobezpiecznych nie może być bezpośrednio zastosowanych w przypadku urządzeń iskrobezpiecznych. Również podczas badań konstruktorskich
zakres możliwości eksperymentalnego poszukiwania
odpowiedniego rozwiązania jest poważnie zawężony.
Pod tym względem możliwości np. podłączania ekranu
ograniczone są ściśle do wymagań norm dotyczących
iskrobezpieczeństwa i z tego względu nie można zastosować niektórych rozwiązań, które w szczególnych
przypadkach mogłyby poprawić kompatybilność elektromagnetyczną. Na rynku występuje bardzo dużo różnych materiałów mających na celu poprawienie szczelności ekranowania pomiędzy np. oddzielnymi elementami obudowy albo samej powierzchni obudowy. Występują one w postaci bardzo różnorodnych profili,
taśm, folii, a także powłok: np. farb, lakierów. Nie zawsze jednak możliwe jest ich stosowanie w urządzeniach
iskrobezpiecznych ze względu na użyte do ich wytworzenia materiały. Także realizując wymagania dotyczące obudów urządzeń iskrobezpiecznych [10] (chociażby
te związane z zapewnieniem odpowiedniego stopnia
ochrony obudowy IP), można napotkać trudności przy
4. SEPARACJA
Separacja galwaniczna stosowana wyłącznie dla
spełnienia wymogów iskrobezpieczeństwa może
okazać się pomocna również dla zapewnienia kom-
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
23
patybilności elektromagnetycznej, ograniczając
propagowanie się zaburzeń zarówno pomiędzy
urządzeniami wchodzącymi w skład systemu, jak
też w obrębie pojedynczego urządzenia. W przypadku zaistnienia takiej potrzeby pod warunkiem
zachowania iskrobezpieczeństwa możliwe jest zastosowanie dodatkowej separacji, wprowadzonej
wyłącznie w celu zapewnienia kompatybilności
elektromagnetycznej. Za formę separacji galwanicz-
nej można uznać transmisję światłowodową, której
odporność na zaburzenia elektromagnetyczne stanowi wielką zaletę. Należy w takim przypadku
mieć na względzie konieczność spełnienia wymagań PN-EN 60079-28 [13], np. ograniczenie mocy
wypromieniowanej światłowodem. W tabeli 1.
zebrano własności różnych metod separacji
z uwzględnieniem aspektów kompatybilności elektromagnetycznej i iskrobezpieczeństwa.
Tabela 1
Porównanie ograniczeń pasma częstotliwości, zastosowań, aspektów iskrobezpieczeństwa
w zakresie separacji obwodów oraz aspektów EMC różnych rodzajów separacji
Transoptor
Izolatory cyfrowe
ze sprężeniem:
indukcyjnym
(iCoupler),
Możliwość separacji zarówno obwodów iskrobezpiecznych, jak i pomiędzy iskrobezpiecznym a nieiskrobezpiecznym (możliwość zapewnienia
odstępów izolacyjnych). Wprowadzenie dodatkowej indukcyjności
do układu
Możliwość separacji zarówno obwodów iskrobezpiecznych, jak i pomiędzy iskrobezpiecznym a nieiskrobezpiecznym (możliwość zapewnienia
odstępów izolacyjnych). Wprowadzenie dodatkowej pojemności
do układu
Możliwość separacji zarówno obwodów iskrobezpiecznych, jak i pomiędzy iskrobezpiecznym a nieiskrobezpiecznym (ograniczona możliwość
zapewnienia odstępów izolacyjnych)
Ograniczenie przenoszonego pasma
od strony niskich i bardzo wysokich
częstotliwości, zastosowanie tylko
dla sygnałów analogowych
Ograniczenie przenoszonego pasma
od strony wysokich częstotliwości,
zastosowanie zwykle dla sygnałów
dwustanowych (konieczność kompensowania nieliniowości dla
sygnałów analogowych)
Ograniczenie przenoszonego pasma
od strony wysokich częstotliwości,
zastosowanie tylko dla sygnałów
dwustanowych, z możliwością
konwersji poziomów logicznych
[14, 15]
Ogranicza propagowanie
zaburzeń poprzez tłumienie
składowych o częstotliwościach leżących poza pasmem przenoszenia transformatora
Ogranicza propagowanie
zaburzeń o niskich częstotliwościach
Bardzo dobre własności
tłumienia zaburzeń w
przypadku separacji sygnałów dwustanowych
Możliwość separacji jedynie obwodów iskrobezpiecznych (brak odpowiednich odstępów izolacyjnych)
Bardzo dobre własności
tłumienia zaburzeń
Możliwość separacji zarówno obwodów iskrobezpiecznych, jak i pomiędzy iskrobezpiecznym a nieiskrobezpiecznym (praktycznie dowolna
możliwość realizacji odstępów
izolacyjnych)
Bardzo dobre własności
tłumienia zaburzeń w
przypadku separacji sygnałów dwustanowych. Osiągalne minimalne sprzężenia
pomiędzy separowanymi
stronami ze względu na
możliwość uzyskania
dużych odstępów
Pobór
energii
Brak
Ograniczenie przenoszonego pasma
od strony niskich i wysokich częstotliwości, zastosowanie tylko dla
sygnałów analogowych
Aspekty EMC
Brak
Sprzężenie
pojemnościowe
Aspekty iskrobezpieczeństwa
w zakresie separacji obwodów
Średni,
możliwość
ograniczenia
Sprzężenie
transformatorowe
Ograniczenia pasma częstotliwości,
zastosowania
Mały
Rodzaj separacji
Łącze
światłowodowe
Ograniczenie przenoszonego pasma
od strony wysokich częstotliwości,
zastosowanie zwykle dla sygnałów
dwustanowych (konieczność kompensowania nieliniowości dla
sygnałów analogowych)
5. POŁĄCZENIA
Ograniczone są również możliwości wyboru typu
kabli i przewodów przeznaczonych do łączenia urządzeń iskrobezpiecznych w ramach systemu oraz do
realizacji połączeń wewnętrznych w urządzeniach.
Można stosować tylko te, które spełniają wymagania
iskrobezpieczeństwa pod względem zastosowanych
materiałów izolacyjnych, powierzchni przekroju
przewodów, grubości izolacji, ewentualnej obecności
Wysoki,
Możliwość
ograniczenia
pojemnościowym
(ISO)
ekranów i struktury (PN-EN 60079-14 [12] – punkt 8.
PN-EN 60079-25 [11], punkt 4.8 PN-EN 50303
[16]). Wyklucza to zastosowanie kabla albo przewodu innego typu, który w szczególnych przypadkach
pozwalałby na zapewnienie kompatybilności elektromagnetycznej. Wybór kabli możliwych do użycia
w iskrobezpiecznych zastosowaniach jest obecnie
dość szeroki, jednak zawsze ograniczony. W szczególnych, uzasadnionych przypadkach możliwe jest
opracowanie odpowiedniego kabla specjalnie dla
danego zastosowania, który umożliwi zapewnienie
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
24
Tabela 2
Porównanie zakresu wymaganych badań odporności wejść/wyjść sygnałowych lub sterowania
w zależności od dopuszczalnej długości połączenia
Długość połączeń
Rodzaj zaburzeń
Serie
szybkich impulsów
Udary
Zaburzenia
przewodzone RF
—
Poniżej 3 m
Pomiędzy 3 m a 30 m
Powyżej 30 m
—
—
—
+
—
+
+
+
+
badanie nie jest wymagane
kompatybilności elektromagnetycznej, co wiąże się
jednak z oczywistymi utrudnieniami. Ponadto występuje ograniczenie długości i/lub liczby żył w kablu
wielożyłowym ze względu na wprowadzaną indukcyjność i pojemność. Im dłuższe może być dopuszczalne połączenie kablowe, tym bardziej poszerza się
zakres i wymagania dotyczące badań EMC [17].
Połączenia światłowodowe rozwiązują problem
ograniczenia wprowadzanej pojemności i indukcyjności w obwodach iskrobezpiecznych, a badania
EMC odporności i emisji w stosunku do tych połączeń nie mają odniesienia. Wymagania EMC dla
połączeń narażonych na zaburzenia zalecają stosowanie przewodów ekranowanych lub tzw. skrętki
zamiast pary przewodów.
6. KOLEJNOŚĆ BADAŃ
Przy konstruowaniu urządzeń pod względem spełnienia wymagań EMC oraz stosowaniu środków
pozwalających je spełnić można wyróżnić dwie przeciwstawne tendencje. Jedna z nich polega na przeprowadzaniu wielu kolejnych zmian, a następnie
badań, pozwalając w sposób eksperymentalny ustalić
niezbędne minimum środków technicznych, które
zapewni spełnienie wymagań kompatybilności elektromagnetycznej. Druga polega na zastosowaniu
a priori maksimum środków technicznych pozwalających spełnić wymagania EMC już podczas projektowania urządzenia pomimo tego, że wiele z nich
mogłoby się okazać zbędnymi i nadmiarowymi.
Pierwsza z metod prowadzi do uzyskania konstrukcji
zoptymalizowanych pod względem EMC i jest praktykowana zwłaszcza przy planowanej wielkoseryjnej
+
badanie jest wymagane
produkcji danego urządzenia – jest tym bardziej
opłacalna, czym większa ma być skala produkcji.
Wiąże się to zawsze z większym nakładem kosztów
i czasu poświęconych na badania, ale sam jednostkowy koszt wytworzenia urządzenia może być dzięki
temu niższy. Druga z metod prowadzi do uzyskania
konstrukcji nadmiarowych i jest charakterystyczna
bardziej dla produkcji małoseryjnej czy wręcz jednostkowej, ale znacząco zwiększa szanse na spełnienie wymagań EMC bez konieczności wprowadzania
kolejnych modyfikacji. Są to oczywiście skrajne
tendencje, pomiędzy którymi istnieje obszar rozwiązań pośrednich. W przypadku urządzeń iskrobezpiecznych dominuje tendencja optymalizacji, zdecydowanie bardziej jednak ze względu na parametry
iskrobezpieczeństwa niż na minimalizację kosztów
produkcji urządzenia.
Podczas przeprowadzania konstruktorskich badań
kompatybilności elektromagnetycznej istnieje możliwość ingerencji zarówno w rozwiązania, strukturę
systemu lub urządzenia, jak i w same wartości
i typy zastosowanych elementów. Każdy z wymienionych czynników może być związany z iskrobezpieczeństwem i jego odpowiednimi parametrami.
Z tego też względu badania kompatybilności elektromagnetycznej powinny być przeprowadzane
przed certyfikacją ATEX, a podczas badań należy
kontrolować zakres wprowadzanych zmian, aby
zawsze mieściły się one w zakładanym zakresie,
narzuconym wymaganiami iskrobezpieczeństwa.
W szczególnych przypadkach badania takie mogą
mieć charakter iteracyjny, np. kiedy ze względu na
parametry iskrobezpieczeństwa należy możliwie
ograniczyć indukcyjność i/lub pojemność. Można
w takim przypadku iteracyjnie dobierać strukturę
połączeń i wartości elementów LC oraz przeprowa-
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
dzać kolejne badania aż do uzyskania wymaganej
kompatybilności elektromagnetycznej przy minimalnych wystarczających do tego celu wartościach pojemności i indukcyjności. Możliwy jest oczywiście
przypadek, w którym podczas certyfikacji ATEX zaistnieje konieczność wprowadzenia dalszych zmian w
stosunku do wersji przebadanej już pod względem
kompatybilności elektromagnetycznej, jednak sytuacja
taka pozostawia większe możliwości dokonania zmian
niż w odwrotnym przypadku.
7. PODSUMOWANIE
Każdy system i urządzenie iskrobezpieczne powinno być zaprojektowane w taki sposób, aby spełniając
ściśle wymagania norm dotyczących iskrobezpieczeństwa, pozostawało jednocześnie kompatybilne
elektromagnetycznie, co jednak może rzutować zarówno na same parametry iskrobezpieczeństwa
(oczywiście pod warunkiem jego zachowania), jak
również na parametry funkcjonalne. Jednak należy
mieć na względzie, że spośród środków stosowanych
dla zapewnienia iskrobezpieczeństwa nieliczne tylko
poprawiają własności dotyczące kompatybilności
elektromagnetycznej i pogodzenie tych dwóch wymagań bywa nieraz bardzo trudne. Jeżeli jest taka
możliwość, warto również wcześniej wziąć pod uwagę uzyskanie parametrów iskrobezpieczeństwa pozwalających na jak najszerszy zakres stosowania
urządzenia, nawet w przypadku, kiedy projektowane
jest ono pod specyficzne wymagania konkretnego
systemu czy też pojedynczej aplikacji. W szczególnych przypadkach możliwe jest uzyskanie kompatybilności elektromagnetycznej również poprzez odpowiednią zmianę oprogramowania urządzenia, co
może okazać się wyjątkowo pożądanym rozwiązaniem, gdyż nie wpływa ono na iskrobezpieczeństwo.
Istnieje wyraźna potrzeba uwzględnienia specyfiki
środowiska elektromagnetycznego występującego
w podziemiach kopalń.
Rodzaje i poziomy narażeń oraz emisji powinny
być odpowiednie dla tych warunków, gdyż miały
miejsce przypadki trudności z uzyskaniem kompatybilności elektromagnetycznej w rzeczywistych
warunkach eksploatacji urządzenia, pomimo spełnienia przez nie wszystkich wymagań podczas badań laboratoryjnych. Jest to spowodowane tym, że
w kopalniach stosowane są napięcia zasilania rzędu
kilku kV, a prądy mogą osiągać wartości kilkuset
amperów. Zmiany wielkości powodują powstawanie
silnych zaburzeń zarówno przewodzonych, jak
i promieniowanych [18].
25
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
94/9/WE ATEX Urządzenia i systemy ochronne przeznaczone do
użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.
2004/108/WE EMC Kompatybilność elektromagnetyczna.
12. Seminarium EMC ASTAT/EMAG 2007. Materiały seminaryjne ASTAT/ EMAG, Katowice 25.10.2007.
PN-EN 60079-11:2012 Atmosfery wybuchowe, cz. 11. Zabezpieczenie urządzeń za pomocą iskrobezpieczeństwa "i". ISBN: 97883-266-9046-4, data zatwierdzenia: 2012-02-27, data publikacji:
2012-03-05.
Rymarski Z.: Materiałoznawstwo i konstrukcja urządzeń elektronicznych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISBN: PLISSN0434-0825.
Karta katalogowa serii diod Zenera 1N5333 firmy Microsemi.
Karta katalogowa serii diod Zenera 1N5333 firmy ST.
Karta katalogowa serii diod Zenera BZM55 firmy Vishay.
Molenda T., Ptak K.: Konstrukcja iskrobezpiecznych urządzeń
wykorzystujących transmisję szeregową. Materiały konferencyjne
EMTECH 2010 r.
PN-EN 60079-0:2009 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach
zagrożonych wybuchem gazów, cz. 0. Wymagania ogólne. ISBN:
978-83-251-8814-6, data zatwierdzenia: 2009-10-29, data publikacji: 2009-10-29.
PN-EN 60079-25:2011 Atmosfery wybuchowe, cz. 25. Systemy
iskrobezpieczne. ISBN: 978-83-266-7182-1, data zatwierdzenia:
2011-03-04, data publikacji: 2011-03-11.
PN-EN 60079-14:2009 Atmosfery wybuchowe, cz. 14. Projektowanie, dobór i montaż instalacji elektrycznych, data zatwierdzenia: 2009-02-26, data publikacji: 2009-02-26.
PN-EN 60079-28:2010 Atmosfery wybuchowe, cz. 28. Zabezpieczenie urządzeń oraz systemów transmisji wykorzystujących promieniowanie optyczne. ISBN: 978-83-266-6574-5, data zatwierdzenia: 2010-11-21, data publikacji: 2010-12-09.
Agilent/NVE GMR Isolators-Performance Comparison to Analog
Devices iCoupler® Products [online]. Dostępny w Internecie:
http://www.analog.com/static/importedfiles/product_highlights/54068
30898840Agilent_NVE_FMR_IsolatorsF.pdf.
The ISO72x Family of High-Speed Digital Isolators [online].
Dostępny w Internecie: http://www.ti.com/lit/an/slla198/slla198.pdf.
PN-EN 50303:2004/Ap1:2005 Urządzenia grupy I kategorii M1
przeznaczone do pracy ciągłej w atmosferach zagrożonych metanem i/lub pyłem węglowym, data zatwierdzenia: 2005-04-22, data
publikacji: 2005-05-13.
PN-EN 61326-1:2009 Wyposażenie elektryczne do pomiarów,
sterowania i użytku w laboratoriach. Wymagania dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), cz. 1. Wymagania ogólne.
ISBN: 978-83-251-8018-8, data zatwierdzenia: 2009-07-15, data
publikacji: 2009-08-07.
Konferencja „Środowisko Elektromagnetyczne Kopalń”, Materiały konferencyjne EMAG, Katowice 20.09.2011.
Artykuł został zrecenzowany przez dwóch niezależnych recenzentów
dr inż. ANDRZEJ DRWIĘGA
mgr inż. BOGUSŁAW HUPA
Instytut Techniki Górniczej KOMAG
Problem wysokości wieży w elektrowni wiatrowej
W artykule omówiono wpływ wysokości wieży na efektywność pracy, rentowność
i perspektywy rozwoju elektrowni wiatrowych. Uzasadniono celowość budowy wysokich wież kratowych oraz przedstawiono sposób taniego i bezpiecznego montażu
wież kratowych o wysokościach powyżej 100 m.
1. WPROWADZENIE W PROBLEMATYKĘ
ELEKTROWNI WIATROWYCH
W ciągu ostatnich 100 lat nastąpił ponad dwunastokrotny wzrost zapotrzebowania na energię [1].
Szacuje się, że zasoby nieodnawialnych źródeł energii opartych na surowcach kopalnych wystarczą na
kilkadziesiąt lat. Według powszechnie panujących
poglądów konwencjonalna energia, oparta na kopalinach, jest silnie szkodliwa dla środowiska. Większe
zagrożenie dla ludzi i środowiska stanowią jednak
produkty odpadowe energetyki konwencjonalnej
(SO2, NOx, CO2, pyły itp.).
Głównym celem budowania elektrowni wiatrowych
jest wytwarzanie energii elektrycznej w sposób czysty w celu zmniejszenia emisji dwutlenku węgla do
atmosfery.
W Polsce w najbliższych latach prognozowany jest
silny rozwój energetyki opartej na proekologicznych,
odnawialnych źródłach energii [3 i 4], które występują w przyrodzie w sposób ciągły, niezależnie od stopnia ich używania. Odnawialne źródła energii technicznie możliwe do wykorzystania to głównie: energia mechaniczna wiatru, energia mechaniczna wody,
energia termiczna i pływy morza, energia słoneczna,
energia geotermiczna, energia biomasy itd. [5].
Energia wiatru to „energia czysta” i ogólnie łatwo
dostępna. Potencjał energetyczny energii wiatrowej
w Europie na lądzie i na morzu jest bardzo duży [6].
Według Europejskiej Agencji Środowiska (European Environment Agency) przewidywany potencjał
energii wiatrowej możliwy do uzyskania w Europie
w roku 2020 jest trzy razy większy od obecnego
europejskiego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Na chwilę obecną energetyka wiatrowa jest wprawdzie jednym z droższych sposobów walki z nadmiarem gazów cieplarnianych, lecz pozwala wyeliminować straty związane z degradacją środowiska naturalnego (efekt cieplarniany), które byłyby niewyobrażalnie większe. Główną wadą energii wiatrowej jest jej
sezonowość, co generuje koszty. Elektrownie wiatrowe, w zależności od lokalizacji, wytwarzają prąd jedynie przez 20-40% czasu, natomiast koszty inwestycyjne dotyczą 100% mocy zainstalowanej.
Za kryterium opłacalności stosowania na danym
terenie elektrowni wiatrowych przyjęto występowanie średniej prędkości wiatru (mierzonej na wysokości ok. 10 m nad ziemią) większej od 4÷5 m/s.
Efektowna praca elektrowni wiatrowej jest ściśle
związana z prędkością wiatru, na co wpływa lokalizacja elektrowni oraz wysokość wieży [5]. Energia
rośnie z trzecią potęgą prędkości wiatru. Przy powierzchni gruntu prędkość wiatru jest równa zero.
Siły tarcia sprawiają, że tylko ¼ energii kinetycznej
wiatru przypada na wysokości do 100 m, a pozostałe
¾ przypada na wiatry wiejące na wysokościach
większych niż 100 m. Od wysokości wieży zależą nie
tylko parametry pracy elektrowni wiatrowej, ale również jej rentowność.
Polska uchodzi za kraj, gdzie warunki do pozyskiwania energii wiatru nie są zbyt korzystne. Za najlepsze miejsca do tego typu inwestycji uważa się pas
nadbałtycki, rejon Suwałk oraz Podkarpacie. W Polsce wiatry wieją średnio z prędkością 3,4 m/s latem
i 3,8 m/s zimą [1].
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
27
Rys. 1. Mapa prędkości wiatru w Polsce (wg IMIGW)
Rys. 2. Widok farmy wiatrowej (wieże rurowe) [2]
Z kolei bardzo duże prędkości wiatru mogą być niebezpieczne dla konstrukcji elektrowni wiatrowych,
dlatego przy prędkościach wiatru większych od
25 m/s wyłącza się i wyhamowuje turbinę elektrowni.
2. WIEŻE STOSOWANE W ELEKTROWNIACH
WIATROWYCH
Turbozespoły elektrowni wiatrowych są montowane w gondolach na wieżach stalowych lub betono-
wych. Obecnie najczęściej stosowane są stalowe
wieże rurowe o wysokości do ok. 100 m (ok. 80%
rynku europejskiego) lub wieże stalowe kratowe
(kratownicowe), a znacznie rzadziej betonowe. Przy
wysokościach większych od 100 m budowa wież
rurowych nie jest ekonomicznie uzasadniona.
Konstrukcja wież kratowych jest sprawdzona, trwała i znana już od XIX wieku (np. wieża Eiffla o wysokości 300,5 m, wybudowana w 1889 r.). Zbudowano setki tysięcy wież kratowych, na których zamontowano linie energetyczne wysokich napięć oraz
zainstalowano tysiące turbin wiatrowych.
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
28
Rys. 3. Widok farmy wiatrowej (wieże kratowe) [2]
Budowle kratowe, z wolno obrotowymi trzyłopatkowymi wirnikami o zmiennych kątach natarcia, pod
względem poziomu natężenia wytwarzanych dźwięków są znacznie cichsze od rurowych [7 i 8].
Koszty demontażu i recyklingu wież kratowych
w porównaniu do wież rurowych są niższe ze względu na znacznie mniejsze fundamenty oraz łatwość
demontażu kątowników (rozbiórka rur o dużych
średnicach jest bardziej skomplikowana).
3. WIEŻE – KONSTRUKCJE I WYSOKOŚCI
Według aktualnych trendów preferowana jest budowa elektrowni wiatrowych o możliwie wysokich
wieżach i dużych mocach zainstalowanych.
Obecnie coraz częściej budowane są elektrownie
wiatrowe z wieżami kratowymi o wysokości 160 m
(i wyższe) ze względu na występujące na tych wysokościach znacznie większe prędkości wiatru.
Prędkość wiatru wzrasta w postępie geometrycznym wraz z wysokością wzniosu nad teren [6].
Zamontowanie turbiny wiatrowej na wieży 160metrowej (zamiast na standardowej wieży rurowej 100metrowej) pozwala uzyskać przyrost produkcji energii
na poziomie kilkudziesięciu procent – przy zwiększonych kosztach inwestycji rzędu kilkunastu procent.
Wysokość 160 m jest obecnie nieosiągalna dla
wież rurowych i betonowych. Wieże rurowe ze
względów technologicznych (brak dźwigów o odpowiedniej wysokości) nie mogą być wyższe niż
100 m. Wieże kratowe nie mają ograniczeń wysokości, a przy wysokościach większych niż 100 m są
znacznie tańsze od wież rurowych. Wynika to
z dwóch zasadniczych powodów – do ich budowy
zużywa się mniej żelbetu (mniejsze fundamenty) oraz
mniej stali. Ponadto dość łatwo transportuje się je na
plac budowy w postaci kątowników oraz łatwo
i stosunkowo tanio montuje.
4. OPIS KONCEPCJI MONTAŻU
WIEŻY KRATOWEJ
Poszczególne odcinki wieży kratowej są prefabrykowane na ziemi, zabezpieczane antykorozyjnie
(ocynkowane ogniowo) i następnie kolejno montowane (nieprzesuwne połączenia śrubowe).
Zwykle montaż niższych elementów wieży 160metrowej (do wysokości ok. 60 m) przeprowadza się
z wykorzystaniem klasycznych dźwigów, a kolejne
elementy mogą być montowane przy pomocy żurawi
pełzających (pełzaków) z pominięciem dźwigów
specjalnej konstrukcji.
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
Przez długi czas do rozwiązania pozostawał problem taniego montażu elementów wieży kratowej od
wysokości ok. 60÷100 m do wysokości 160 m oraz
montaż gondoli i łopat wirnika na szczycie wieży.
Ze względu na masę gondoli i wysokość poszczególnych przęseł wieży zastosowanie typowego żura-
Rys. 4. Szkic elektrowni wiatrowej
– montaż [2]
1 – pełzak, 2 – podnoszony element elektrowni,
3 – wieża kratowa, 4 – prowadnice rurowe
29
wia pełzającego (np. ŻPH-646) było niemożliwe.
Konieczne było zastosowanie specjalnie opracowanego pełzaka, z autonomicznym napędem hydraulicznym, poruszającego się po prowadnicach rurowych umieszczonych na jednym z boków wieży (rys.
4 i 5).
Rys. 5. Elektrownia wiatrowa po zmontowaniu [2]
1 – śmigła wirnika, 2 – gondola z turbogeneratorem,
3 – prowadnice rurowe, 4 – zespół żurawia pełzaka,
5 – zespół podestu pełzaka, 6 – wieża kratowa
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
30
Rys. 6. Żuraw pełzający na prowadnicach rurowych [2]
Przy pomocy żurawia pełzającego mogą być tanio
i bezpiecznie montowane wieże kratowe o praktycznie
dowolnej wysokości. Żuraw pełzający (rys. 5) składa
się z zespołu żurawia umieszczonego u góry oraz
z umieszczonego na dole zespołu podestu, które połączone są ze sobą przesuwnie. Krokowy ruch zespołów
pełzaka jest naprzemienny – gdy przesuw jednego
zespołu jest blokowany, drugi zespół przesuwany jest
w górę przy pomocy siłowników o dużym skoku itd.
W rozwiązaniu tym blokada przesuwu żurawia pełzającego względem konstrukcji masztu realizowana jest
wyłącznie przez silny zacisk uchwytów zaciskowych
na prowadnicach. Przy odpowiednich warunkach zasilania umożliwia to żurawiowi krokowe przemieszczanie się po prowadnicach. Problemem są bardzo duże
siły, z jakimi uchwyty muszą zaciskać się na prowadnicach, co deformuje powierzchnie prowadnic.
Po przemieszczeniu pełzaka blisko końca najwyższego aktualnie zmontowanego elementu wieży
(rys. 4) znajdujący się na podeście pełzaka kolejny
element elektrowni wiatrowej jest umieszczany przy
pomocy żurawia pełzaka na miejscu przeznaczenia
i montowany.
W ten sposób (pewnie, bezpiecznie i tanio) można
przy pomocy żurawia pełzającego, bez użycia specjalnego dźwigu, zmontować kolejno wszystkie zespoły elektrowni wiatrowej na wieży kratowej o dowolnej wysokości.
Należy pamiętać, że zastosowanie specjalnych
dźwigów do montażu elektrowni wiatrowych już
o wysokościach do 110 m jest niezwykle kosztowne
(koszt sięga 30÷50% kosztów elektrowni wiatrowej),
a obecnie dźwigi o wysokościach podnoszenia wyższych od 110 m są praktycznie nieosiągalne.
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
Rys. 7. Pełzak żurawia pełzającego
na prowadnicach rurowych [2]
31
Rys. 8. Żuraw pełzający (pełzak) [2]
1 – zespół żurawia, 2 – zespół podestu, 3 – prowadnica
teleskopowa, 4 – siłownik podestu, 5 – uchwyt stały,
6 – uchwyt prowadzący, 7 – prowadnica rurowa,
8 – uchwyt ruchomy, 9 – siłownik, 12 – zaczep
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
32
Rys. 9. Uchwyty ruchome pełzaka w stanie postoju i przesuwu [2]
2 – zespół podestu, 3 – prowadnica teleskopowa, 4 – siłownik podestu, 6 – uchwyt prowadzący,
8 – uchwyt ruchomy, 9 – siłownik, 10 – sprężyna dociskowa, 11 – płyta, 12 – zaczep,
13 – konstrukcja wieży, 14 – żebro
Rys. 10. Uchwyty stałe pełzaka [2]
2 – zespół podestu, 3 – prowadnica teleskopowa, 5 – uchwyt stały, 7 – prowadnica rurowa,
12 – zaczep, 13 – konstrukcja wieży
Zatłuszczenie lub deformacja powierzchni prowadnic może być powodem niebezpiecznego poślizgu
(przemieszczania się) żurawia pełzającego ŻHP-646
względem prowadnic. Awaria układu zasilania siłowników uchwytów zaciskowych może spowodować upadek żurawia z masztu.
Do rozwiązania pozostało opracowanie urządzenia
do montażu ciężkich elementów wysokich wież kratownicowych w sposób tani i bezpieczny, bez ko-
nieczności stosowania dużych sił deformujących
prowadnice.
W żurawiu pełzającym uchwyt stały umieszczony
jest przesuwnie na prowadnicy rurowej, ale nie opasuje całego jej obwodu. Na powierzchni wolnej części obwodu prowadnicy rurowej zamocowane są
w pewnych odstępach nieprzesuwnie zaczepy.
Uchwyt nieruchomy wraz z zamocowanym wahliwie uchwytem ruchomym są umieszczone przesuw-
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
nie na prowadnicy rurowej w taki sposób, że w stanie postoju zaczep umieszczony jest kolizyjnie
w stosunku do umieszczonego przesuwnie uchwytu
ruchomego. W stanie przesuwu zaczep umieszczony
jest bezkolizyjnie w stosunku do uchwytu ruchomego i przesuw w dół jest blokowany.
Do uchwytu ruchomego zamocowana jest sprężyna, zapewniającą stały docisk uchwytu ruchomego do
prowadnicy rurowej. Siła naciągu sprężyny jest
mniejsza od sił wywieranych przez siłownik. Zaczep
posiada w dolnej części stożkowe ścięcie, które pozwala zarówno w stanie postoju, jak i w stanie spoczynku na przesuw zespołu żurawia i zespołu podestu
siłownikami podestu w kierunku „do góry”. Blokowanie możliwości przesuwu w dół jest wykonalne
również w przypadku braku zasilania siłownika, gdy
docisk uchwytu ruchomego do powierzchni prowadnicy rurowej realizowany jest wyłącznie sprężyną
dociskową. W stanie postoju sprężyna skutecznie
zabezpiecza pełzak przed zsunięciem (ruch w dół).
Rysunek 8., wraz z przynależnymi przekrojami uwidocznionymi na rysunkach 9. i 10., przedstawia żuraw
pełzający w widoku od strony wieży kratownicowej
w dwóch ustawieniach. Po lewej stronie osi przedstawione jest ustawienie w stanie postoju, a po prawej –
w stanie przesuwu. Uchwyty stałe i uchwyty prowadzące zamocowane są przesuwnie na prowadnicach rurowych. Każdy uchwyt prowadzący ma zamocowany
wahliwie uchwyt ruchomy, który może być dociskany
siłownikiem i sprężyną dociskową do prowadnicy rurowej. Zaczepy są zawsze umieszczone na prowadnicach rurowych bezkolizyjnie w stosunku do zainstalowanego przesuwnie uchwytu stałego i uchwytu prowadzącego. W stanie postoju uchwyt ruchomy jest
umieszczony kolizyjnie w stosunku do zaczepów,
a w stanie przesuwu uchwyt ruchomy może być odsuwany od zaczepów dla umożliwienia przesuwu przy
ruchu pełzaka w górę po prowadnicach. Uchwyt ruchomy jest umieszczony kolizyjnie w stosunku do zaczepów w czasie przesuwu w dół. Stożkowe ścięcie na
zaczepie pozwala zarówno w stanie postoju, jak
i w stanie spoczynku na przesuw zespołu żurawia
i zespołu podestu w górę. Przesuw pełzaka w dół jest
możliwy wyłącznie przy położeniu uchwytu ruchomego
w pozycji „stan przesuwu”. W stanie postoju przesuw
w dół jest blokowany. Prowadnice rurowe mocowane są
na konstrukcji wieży kratowej przy pomocy żeber.
5. WNIOSKI
Korzystne jest stosowanie elektrowni wiatrowych
z możliwie wysokimi wieżami.
33
Aktualnie często budowane są elektrownie wiatrowe z wieżami o wysokości 100÷160 m ze względu na występujące na tych wysokościach wyższe
prędkości wiatru.
Budowa elektrowni wiatrowej z wieżą rurową
o wysokości większej od 100 (110) m jest ekonomicznie nieopłacalna. Dla większych wysokości
powinny być stosowane wieże kratowe.
Opracowany został tani i bezpieczny sposób montażu wysokich wież kratowych, przy pomocy żurawia pełzającego, bez konieczności stosowania specjalnych dźwigów.
Zamontowanie turbiny wiatrowej na wieży 160metrowej (zamiast na standardowej wieży rurowej
100-metrowej) pozwala uzyskać przyrost produkcji
energii na poziomie kilkudziesięciu procent – przy
zwiększonych kosztach inwestycji rzędu kilkunastu
procent.
Budowle kratowe generują mniejszy hałas niż rurowe.
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Lewandowski W.: Proekologiczne odnawialne źródła energii,
WNT, Warszawa 2006.
Drwięga A., i inni: Turbina wiatrowa o mocy nominalnej 1,8÷2,5
MW o podwyższonej wieży kratowej i specjalnym systemie
montażu. ITG KOMAG, Gliwice 2012 (praca niepublikowana).
Ministerstwo Gospodarki. Założenia polityki energetycznej Polski
do roku 2020, Warszawa 2000.
Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej
z dn. 30.05.2003 w sprawie zakupu energii elektrycznej i ciepła
z odnawialnych źródeł energii.
Głowacz Z., Piech K., Głowacz W.: Przegląd nowoczesnych
technologii do pozyskiwania energii elektrycznej ze źródeł
odnawialnych, Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa 2011,
nr 11 (489), str. 48-60.
Vries E.: Multibrid 5 MW offshore wind turbine prototype due
later this year, Renewable Energy Word, May-June 2003, Vol.6,
Numbre 3, str.138÷139.
Jones J.: Wind not just for turning – wind turbine blades,
Renewable Energy Word, May-June 2003, Vol.6, Numbre 3,
str.128÷137.
Twidell J.: Wind turbines - Technology fundamentals, Renewable
Energy Word, May-June 2003, Vol.6, Numbre 3, str.102÷111.
Artykuł został zrecenzowany przez dwóch niezależnych recenzentów
mgr ANNA SLOTORSZ
Instytut Technik Innowacyjnych EMAG
Rynek górniczy Argentyny
– możliwości dla polskich producentów
sprzętu górniczego
W artykule podjęto próbę przekrojowego opisania zagadnień związanych z rynkiem
górniczym Argentyny – kraju o stosunkowo niewielkich tradycjach górniczych, któremu w niespełna kilkanaście lat udało się zbudować potężny przemysł wydobywczy.
Artykuł zawiera informacje na temat struktury produkcji surowców mineralnych,
organizacji rynku górniczego oraz uwarunkowań prawno-ekonomicznych związanych z działalnością biznesową w Argentynie.
1. DEKADA GÓRNICTWA
Górnictwo Argentyny opiera się głównie na wydobyciu ropy naftowej i gazu ziemnego, a także na
odkrywkowym górnictwie metali szlachetnych,
w szczególności miedzi. Przy dużych aglomeracjach
miejskich zlokalizowane jest także wydobycie surowców budowlanych.
Argentyna posiada trzecie do co wielkości złoża
litu (6,5% światowych zasobów), czwarte miedzi
(7,3%), siódme srebra (7,2%) i boru (0,9%), ósme
potasu (1,3%) i dziewiąte złota (3,8%). A jednak,
jeśli sięgnąć pamięcią do początku naszego wieku,
okaże się, że zasoby te jeszcze do niedawna nie były
wykorzystywane. Argentyna nie jest krajem tradycyjnie górniczym, a trwający paręnaście lat rozkwit
branży został zainicjowany przez strategię rozwoju
przyjętą przez rząd. Do lat 90. działalność w sektorze
wydobywczym skupiła się wokół surowców budowlanych. Rozpoznanie geologiczne stało na bardzo
niskim poziomie, jedynych danych dostarczały nieliczne państwowe analizy i analizy finansowane
przez ONZ. Nawet obecnie szacuje się, że rozpoznano dopiero ok. 20% potencjalnych regionów górniczych. Dopiero w 1992 roku rząd opracował plan
rozwoju prywatnych inicjatyw w górnictwie, a jego
narzędziami były stosowne uregulowania prawne
i promująca inwestycje polityka fiskalna.
Jeszcze w 2002 roku w Argentynie realizowano zaledwie 18 projektów górniczych. Obecnie (dane
z 2011 r.) projektów jest 614, a inwestycje w branży
wzrosły prawie dwudziestokrotnie. W górnictwie
zatrudnionych jest bezpośrednio i pośrednio 517 500
pracowników, co stanowi liczbę ponad pięciokrotnie
większą niż przed 10 laty. O dynamicznym rozwoju
górnictwa świadczyć może to, że około 50% zagranicznych inwestycji bezpośrednich realizowanych
w Argentynie związanych jest w ostatnich latach
z branżą wydobywczą. Co więcej, pomiędzy rokiem
2003 a 2011 wartość eksportu kopalin wzrosła ponad
pięciokrotnie i wynosi obecnie 5,27 mln USD. Na
eksport składa się głównie złoto (2,34 mln USD),
miedź (1,31 mln USD) i srebro (0,68 mln USD).
Rozwój górnictwa ma pozytywny wpływ na gospodarkę na szczeblu krajowym, a także lokalnym,
czego najlepszym przykładem jest prowincja San
Juan, która, głównie dzięki zaangażowaniu w projekty wydobywcze, zanotowała w ciągu ostatnich 8 lat
spektakularny wzrost gospodarczy o 150%. W ostatnim czasie liczne prowincje, w szczególności górnicze prowincje Río Negro na południu i Catamarca na
zachodzie, wprowadziły zmiany w prawie mające
przyciągnąć inwestorów krajowych i zagranicznych.
Spora części zasobów naturalnych Argentyny znajduje się w nisko zaludnionych rejonach pustynnych
i przygranicznych, w szczególności na granicy
z Chile. W związku z tym wydobycie pomaga zrów-
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
nać różnice w rozwoju gospodarczym różnych części
kraju, a także stanowi impuls dla ponadgranicznej
integracji między państwami, pomiędzy którymi
wcześniej dochodziło do konfliktów.
Ze względu na to, że Argentyna nie jest krajem typowo górniczym, stosunkowo często doświadcza
protestów związanych z realizacją projektów. Szczególnie wrażliwą kwestią jest negatywny wpływ na
środowisko górnictwa odkrywkowego. Ostatnie duże
protesty dotyczyły m.in. największego projektu związanego z wydobyciem złota i srebra – Bajo Alumbrera. Pomimo niepokojów społecznych górnictwo cieszy się nieustającym wsparciem ze strony prezydent
Argentyny Cristiny Fernández de Kirchner.
2. INWESTYCYJNY POKER
Argentyńskie Ministerstwo Górnictwa podkreśla, że
kraj oprócz odpowiedniego potencjału geologicznego
posiada również sprzyjające inwestycjom w sektorze
wydobywczym uregulowania prawne i podatkowe,
rozwinięte szkolnictwo w obszarach geologii, inżynierii i geofizyki oraz możliwość pozyskania bezpłatnej
informacji geologicznej. Z punktu widzenia inwestorów korzystne są specyficzne uregulowania prawne
m.in. możliwość podwójnego odliczenia kosztów
wydobycia od podatku dochodowego, przyspieszona
amortyzacja dóbr inwestycyjnych i zwolnienie z części
opłat importowych sprzętu górniczego.
Zgodnie z Ustawą o Inwestycjach Górniczych (Ley
de Inversiones Mineras) z 1993 roku inwestorzy
korzystają ze stabilizacji fiskalnej w okresie 30 lat od
momentu podpisania umowy z rządem. W praktyce
ustalenia te jednak nie zawsze są respektowane. Dla
przykładu, w roku 2008 wprowadzono tzw. retenciones, czyli parapodatek rzędu 5-10% na eksport produktów mineralnych, pomimo wcześniejszych gwarancji 14 inwestorów z sektora, m.in. szwajcarskiego
inwestora Xtrata, prowadzącego projekt Alumbrera.
Powyższy przykład nie jest jedynym potwierdzającym niefrasobliwość rządu w traktowaniu zagranicznych w szczególności inwestorów. Kontrowersyjną
decyzją rządu było także niedawne upaństwowienie
51% złóż ropy naftowej YPF (Yacimientos Petrolíferos Fiscales), będących do tej pory w rękach hiszpańskiego przedsiębiorstwa Repsol. Władze argumentowany decyzję rzekomym niewypełnieniem przez
inwestora zobowiązań umownych. Wywłaszczenie
wywołało negatywne komentarze w środowisku międzynarodowym. Głos w sprawie zabrali nawet amerykańska sekretarz stanu Hilary Clinton i Komisarz
ds. Handlu UE Karel de Gucht. Wydaje się, że
35
w dłuższym okresie straty związane z brakiem zaufania ze strony inwestorów mogą przewyższyć chwilowe korzyści z przejęcia złóż.
Pomimo tych kontrowersji Argentyna jest atrakcyjnym rynkiem dla inwestorów z branży wydobywczej.
Do najważniejszych „graczy” na rynku należą: Xstrata (CH), Goldcorp (CA), Yamana (CA), Barrick Gold
(CA), AngloGold Ashanti (RPA), Glencore (CH),
Panamerican Silver (CA), Hochschild (PE), Minera
Andes (AR), Silver Standard (CA), FMC Lithium
(US), Troy Resources (AU), Coeur (US), Rincon
Lithium (AU), Rio Tinto (UK), YMAD Yacimientos
Mineros de Agua de Dionisio (AR), MCC (AR),
YCRT(AR), Vale (BR), Golden Minerals (US), Orocobre (AU), IRL Mining (PE), Patagonia Gold (CA),
Extorre (AR), Mansfield Minerals (CA), Coro Mining (CA), Lithium Americas Corp (CA).
3. TYLKO JEDNA KOPALNIA WĘGLA
Przed rozpoczęciem „górniczego boomu” w Argentynie wydobywano głównie skały użytkowe, a jedynym producentem minerałów metalicznych był El
Aguilar. Kopalnia ta jest czynna po dziś dzień, należy
do szwajcarskiej spółki Glencore i jest najstarszą
czynną kopalnią w Argentynie – 80 lat nieprzerwanej
produkcji.
Jak wspomniano, obecnie w Argentynie wydobycie
odbywa się w ponad 600 miejscach. Rysunek 1.
przedstawia najważniejsze czynne kopalnie wraz
z wydobywanym minerałem.
Argentyna produkuje rocznie ok. 140 tys. ton miedzi. Największa argentyńska kopalnia miedzi i złota,
Alumbrera w rejonie Farallón Negro, znajduje się
w rękach szwajcarskiego przedsiębiorstwa Xstrata
i kanadyjskich Goldcorp i Yamana Gold. Miedź wydobywana będzie także w rozbudowywanych obecnie
kopalniach Agua Rica w prowincji Catamarca oraz El
Pachón.
Wydobycie złota i srebra odbywa się m.in. na południu kraju, w Patagonii, w prowincji Santa Cruz.
W położonym tam masywie Deseado pracują 4 kopalnie:
Cerro Vanguardia, Manantial Espejo, Martha i San Jose.
Produkcja złota w 2010 osiągnęła pułap 63 138 kilogramów. Czołowym producentem jest położona na
południu kraju w prowincji Santa Cruz kopalnia Cerro Vanguardia. Czynna od 1998 roku kopalnia wydobywa metodą odkrywkową i od 2009 – głębinową.
Większość udziałów w przedsięwzięciu znajduje się
w rękach południowoafrykańskiego przedsiębiorstwa
AngloGold Ashanti Ltd. Co ciekawe, pośród ponad
20 kopalń złota należących do światowego giganta,
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
36
Pirquitas
srebro, cyna i cynk
13
Salar del
Hombre Muerto
lit
Mina Aguilar
ołów, cynk i srebro
5
Farallón Negro
złoto i srebro
10
Bajo La Almubrera
złoto, miedź
i molibden
Gualcamayo
złoto i srebro
Veladero
złoto i srebro
14
1
6
3
Canteras
skały użytkowe
12
San José
złoto i srebro
Manantial Espejo
złoto i srebro
Mina Martha
srebro
Rio Turbio
węgiel
Sierra Grande
żelazo
9
7
2
Cerro Vanguardia
złoto i srebro
8
11
Argentyna
Rys. 1. Najważniejsze kopalnie w Argentynie. Źródło: CAEM
właśnie Cerro Vanguardia jest jedną z generujących
najniższe koszty. Złoto wydobywa się także w kopalni Valadero, położonej w granicach tzw. złotego pasa
„El Indio”.
We wspomnianej kopalni Cerro Vanguardia wydobywa się również srebro. Srebro wydobywa się także
w kopalni Mina Martha położonej w rejonie Bahia
Laura na południu kraju. Kopalnia należy do największego amerykańskiego producenta srebra, przedsiębiorstwa Coeur d’Alene. Na rynku obecne jest
także kanadyjskie przedsiębiorstwo Pan American
Silver, które prowadzi wydobycie w położonej
w obrębie masywu Deseado kopalni Manantial Espejo w prowincji Santa Cruz. Duże złoża srebra znajdują się także w prowincji Jujuy na północy kraju –
kopalnia Pirquitas należy do innej kanadyjskiej firmy, Silver Standard Resources. Kopalnia ta wznowiła produkcję po 20 latach od jej wstrzymania i obecnie należy do 10 największych producentów srebra
na świecie. W roku 2010 produkcja srebra w Argentynie wyniosła ponad 723 tony.
Argentyna jest także znaczącym producentem litu –
zajmuje czwartą pozycję na świecie. Ocenia się, że
85% światowych zasobów litu znajduje się właśnie
w Argentynie oraz w Boliwii i Chile. Rosnący popyt
na ten pierwiastek, zwłaszcza w przypadku upowszechnienia się samochodów z napędem elektrycz-
nym – lit stanowi wszak niezbędny komponent akumulatorów – daje dobre perspektywy rozwoju przemysłu związanego z jego pozyskaniem. Dodatkowo
w przypadku Argentyny korzystny jest fakt, że zasoby
litu znajdują się w słonych jeziorach, co umożliwia
jego pozyskanie relatywnie niskim kosztem. Jeszcze
w 2010 roku jedynym znaczącym producentem litu
z solanki było amerykańskie przedsiębiorstwo FMC
Corporation, właściciel zakładu Salar del Hombre
Muerto na północy kraju. Najnowsze źródła mówią
także o produkcji litu przez firmę Rincón Lithium
w Salar del Rincón. Pod koniec 2010 roku kanadyjskie
przedsiębiorstwo Lithium Americas Corporation ogłosiło, że zgodnie z oceną geologiczną posiadane przez
nie argentyńskie złoża Cauchari-Olaroz mogą być
trzecimi co do wielkości, po złożach Uyuni w Boliwii
i złożach na pustyni Atacama w Chile, złożami na
świecie. W 2010 roku Argentyna wyprodukowała
4,5 tys. ton węglanu litu i 2,4 tys. ton chlorku litu.
Argentyna jest największym w Ameryce Południowej producentem boru. Najbardziej znaczące
złoża boru znajdują się z regionie Puna, położonym
u styku granic czterech krajów: Argentyny, Peru,
Boliwii i Chile. W ostatnich latach wzrosło zapotrzebowanie na bor, zgłaszane w szczególności przez
Azję i Amerykę Północną w związku z zastosowaniem tego pierwiastka w przemyśle ceramicznym
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
37
Agua Rica
miedź, złoto,
srebro, molibden
3
Pascua Lama
złoto i srebro
1
El Pachón
miedź, molibden
5
Potasio
Río Colorado
potas
Cerro Moro
złoto i srebro
2
6
4
Cerro Negro
złoto i srebro
Argentyna
Rys. 2. Realizacja nowych projektów wydobywczych. Źródło: CAEM
i szklarskim. Wiodącym producentem boru jest Borax
Argentina S.A., oddział przedsiębiorstwa Rio Tinto Minerals. Przedsiębiorstwo jest właścicielem m.in. największej kopalni odkrywkowej w Argentynie – położonej na
wysokości 4100 m kopalni Tincalayu. Drugim znaczącym dostawcą jest Minera Santa Rita S.R.L. (MSR).
Argentyna jest również producentem żelaza. Wydobywa się je m.in. w kopalni Sierra Grande w Patagonii.
Natomiast z punktu widzenia polskiego producenta
istotne znaczenie mogą mieć złoża węgla kamiennego
Río Turbio, gdzie wydobycie prowadzone jest od 1958
w jedynej kopalni węgla kamiennego w Argentynie.
W grudniu 2011 ZM „Bumar-Łabędy” i KOPEX przystąpiły do realizacji kontraktu na dostawę kompletnego
kompleksu ścianowego dla tego zakładu.
4. TO JESZCZE NIE KONIEC
Według słów Jorge Mayoral, Sekretarza ds. Górnictwa, w kolejnych latach Argentyna szczególnie
skupiać będzie się na rozwoju górnictwa miedzi ze
względu na swój potencjał geologiczny, a także na
ogromne inwestycje czynione w zakresie jego rozpoznania. Rysunek 2. przedstawia najważniejsze nowe
projekty w sektorze.
Do projektów, w ramach których produkcja ruszy
w najbliższych latach, należą kopalnia potasu Rio
Colorado w prowincji Mendoza należąca do brazylijskiej firmy Vale S.A. oraz transgraniczne przedsięwzięcie Pascua Lama, mające na celu eksploatację jednego z największych złóż złota na świecie
(wg ocen ok. 800 tys. ton złota).
Realizacja największego międzynarodowego projektu wydobycia złota – Pascua Lama – możliwa
jest dzięki porozumieniu międzyrządowemu z Chile
w zakresie wspólnej realizacji projektów górniczych
w pasie przygranicznym. Przy realizacji projektu
miejsca pracy znajdzie 15 000 osób. Właścicielem
projektu jest kanadyjskie przedsiębiorstwo Barrick.
Produkcja rozpocznie się najprawdopodobniej
w 2013 roku, o ile na drodze do realizacji przedsięwzięcia nie stanie uchwalone pod koniec 2010 roku
prawo zabraniające wydobycia na obszarach lodowcowych, co może dotyczyć argentyńskiej części
projektu.
Kopalnia potasu Rio Colorado jest najdroższym
projektem w historii argentyńskiego górnictwa.
Produkcja ma się rozpocząć w 2014 roku i osiągać
rozmiary 4,3 mln ton rocznie. Wydobycie ma się
odbywać przez 40 lat, a miejsca pracy przy realizacji projektu znajdzie 12 000 osób. Rio Colorado
będzie największą na świecie kopalnią potasu.
38
MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA
5. ORGANIZACJA SEKTORA GÓRNICZEGO
obosieczną, pozwalającą rządowi na daleko posunięty interwencjonizm państwowy, widoczny w posługiwaniu się, wbrew postanowieniu konstytucji, dekretami w sprawach będących normalnie w kompetencji władzy ustawodawczej. Od czasu przyjęcia
ustawy o stanie wyjątkowym rząd wprowadził już ok.
200 przepisów dotyczących zarówno spraw walutowych (dewaluacja peso), jak i tych związanych
z funkcjonowaniem rynku. Rząd, posługując się dekretami, zmusza przedsiębiorstwa do stosowania
niskich cen (tzw. tarifas) na towary i usługi o podstawowym znaczeniu dla ludności (prąd, woda, paliwa, komunikacja miejska) w zamian za subsydia
państwowe. W ostatnim czasie, korzystając z uprawnień związanych ze stanem wyjątkowym, rząd Argentyny znacjonalizował część hiszpańskiego koncernu paliwowego REPSOL. Głośnym echem odbiła
się również wcześniejsza nacjonalizacja wodociągów
w Buenos Aires należących do francuskiego przedsiębiorstwa Suez czy też linii lotniczych Areolineas
Argentinas należących do hiszpańskiej grupy Marsans. Wszystko to wpływa bardzo negatywnie na
obraz argentyńskiej gospodarki i jej stabilności,
kształtujący się w oczach zagranicznych inwestorów.
Nie jest również tajemnicą, że interwencjonizm państwowy jest jedną z przyczyn nierównowagi finansowej Argentyny, a państwo stara się leczyć sytuację
zakłamywaniem danych statystycznych podawanych
przez państwowy urząd statystyczny INDEC m.in.
w kwestii inflacji. Inflacja w Argentynie ma obecnie
najwyższy wskaźnik w Ameryce Południowej.
Planując wprowadzenie produktu na rynek argentyński, warto wiedzieć, że Polskę i Argentynę wiąże
podpisana 2 października 1982 r. Umowa o współpracy w dziedzinie górnictwa. Polscy eksporterzy
korzystają również z uregulowań zawartych w Umowie o współpracy handlowej i gospodarczej między
EWG i Republiką Argentyńską z 1990 r. oraz polskoargentyńskiego porozumienia rządowego ws. unikania podwójnego opodatkowania w transporcie morskim z 1950 r. i umowy o popieraniu i wzajemnej
ochronie inwestycji z 1991 r. W 2007 roku podpisano
również umowę o współpracy w dziedzinie nauki
i techniki między Ministerstwem Nauki i Szkolnictwa Wyższego RP i Sekretariatem Nauki, Technologii i Innowacji Republiki Argentyńskiej.
Przed podjęciem decyzji o wejściu na rynek Argentyny warto wziąć pod uwagę fakt, że w imporcie
argentyńskim występuje wiele barier dla handlu,
a argentyńskie procedury importowe są bardzo skomplikowane. Przydatne informacje na ten temat oferuje
strona internetowa WPHI Ambasady RP w Buenos
Aires (www.buenosaires.trade.gov.pl). Utrudnieniem
w eksporcie jest też panująca w Argentynie korupcja.
Najważniejszym organem w branży wydobywczej
jest Secretaría de Minería de la Nación, czyli Sekretariat Górniczy. Sekretariatowi podlegają Dirección
Nacional de Planificación Estratégica Regional, Dirección Nacional de Minería i Servicio Geológico
Minero Argentino (SEGEMAR). W Argentynie działają również stowarzyszenia branżowe, jak: Camara
Argentina de Empresarios Mineros (CAEM), Grupo
de Empresas Mineras Exploradoras de la República
Argentina (GEMERA) czy też Asosiación Obrera
Minera Argentina (AOMA) – organizacja zrzeszająca
górników. Zagadnieniami związanymi z rozwojem
branży górniczej zajmuje się Fundacja FUNDAMIN.
W sektorze górniczym obowiązują następujące akty prawne: Kodeks górniczy z 25 listopada 1886, jego
nowelizacje w postaci Ustaw 22.224, 24.228, 24.498,
24.523, 24.585 i 25.225.
Kwestie bezpieczeństwa w górnictwie regulują
Ustawa o higienie i bezpieczeństwie w pracy nr
19.587 oraz Dekret 249/2007 „Higiena i bezpieczeństwo w działalności górniczej”. Część V ustawy dotyczy górnictwa węgla. Wynika z niej, że funkcje
nadzorcze w kwestiach związanych z bezpieczeństwem sprawuje Superintendencia de Riesgos Del
Trabajo.
6. WEJŚCIE NA RYNEK
– ADMINISTRACYJNY HORROR
Gospodarka Argentyny od paru lat rozwija się
w tempie ok. 7-8% GDP rocznie, nie licząc załamania
w roku 2009 (wzrost PKB o zaledwie 0,9%). Sektor
wydobywczy nie stanowi znaczącego składnika PKB
(ok. 9% w 2010, pod uwagę brano jedynie produkcję).
Spośród 500 największych przedsiębiorstw z wszystkich branż oprócz finansowej w sektorze wydobywczym zaangażowanych było 8%.
Sytuacja gospodarcza Argentyny zdaje się poprawiać systematycznie od załamania gospodarczego
w latach 2001-2002. Poprawa ta związana jest po
części z wprowadzeniem przez władze stanu wyjątkowego (Ley de emergencia económica, ocupacional
y sanitaria) i podjęciem radykalnych środków mających na celu polepszenie wskaźników ekonomicznych. Jak wspomniano, w latach 2002-2008 argentyńskie PKB wzrastało rocznie w tempie pomiędzy
7-9%, a bezrobocie obniżyło się z 22,5% do 9,2%.
Wprowadzenie stanu wyjątkowego w 2002 roku
i coroczne przedłużanie go okazało się jednak bronią
Nr 8(498) SIERPIEŃ 2012
W rankingu Transparency International Argentyna
zajęła 100. miejsce na 183 kraje, co oznacza, że w 99
krajach na świecie poziom korupcji jest mniejszy niż
w Argentynie.
W Argentynie szeroko stosowane są ograniczenia
importowe, tj. głównie licencje automatyczne, dotyczące grupy ok. 1200 towarów, i nieautomatyczne –
te drugie w praktyce są bardzo trudne do uzyskania.
Szczególnie uciążliwy jest eksport towarów należących do następujących grup towarowych: samochody, rowery, buty, zestawy audio, aparaty fotograficzne, opony, narzędzia, zabawki, telefony, zegarki.
Również w polityce celnej bardzo wyraźnie przejawia się interwencjonizm państwa. Cłem obłożony
jest nie tylko import, ale również eksport. Opłaty
eksportowe, tzw. retenciones, i inne instrumenty
administracyjne (blokady eksportu poszczególnych
grup towarowych) mają na celu kształtowanie pożądanej struktury handlu zagranicznego oraz wpływanie na poziom cen na rynku wewnętrznym. Należy
jednak zwrócić uwagę na to, że w imporcie rząd Argentyny czasowo obniża lub zawiesza cła na niektóre
towary, co może okazać się korzystne dla polskiego
producenta – dotyczy to m.in. niektórych maszyn,
sprzętu medycznego i leków.
Poszukując kanałów dystrybucji na rynku argentyńskim, warto zastanowić się nie tylko nad podpisaniem umowy z agentem lub dystrybutorem, ale też
nad nawiązaniem kontaktu z tzw. domem importowym. Dom importowy stanowi specyficzne rozwiązanie – jest instytucją, która sprowadza towar na
własny rachunek lub w oparciu o prowizję od producenta. Instytucje te zwykle posiadają własną sieć
dystrybucji i przedstawicielstw, czasem też specjalizują się w danej branży, w związku z czym posiadają
aktualne informacje nt. sytuacji rynkowej.
Zdaniem Wydziału Promocji Handlu i Inwestycji
Ambasady RP w Buenos Aires polscy przedsiębiorcy, w szczególności firmy duże, mają mimo wszystko
szanse na odniesienie sukcesu na rynku argentyńskim. Najlepiej świadczy o tym przykład przedsiębiorstwa Kopex. Przeszkodą może okazać się brak
dostępu do atrakcyjnego finansowania eksportu ze
względu na niestabilną sytuację finansową Argentyny
i jej brak wiarygodności kredytowej.
W Argentynie odbywa się wiele imprez branżowych.
Najważniejszą z nich jest Argentina Mining (www.
argentinamining.com.ar, w tym roku planowana na 4-6
września). Cyklicznie organizowany jest także kongres
poświęcony zagadnieniom prawa górniczego (www.
derechominerolatin.com.ar), seminarium poświęcone
pozyskiwaniu litu (www.litioensudamerica.com.ar) oraz
targi górnicze w prowincji San Juan (www.sanjuanminera.com.ar). Informacje na temat aktualnej sytuacji
39
na rynku dostępne są m.in. na stronach www.miningpress.com, www.minera-net.com.ar czy www.latinomineria.com.
7. CIEKAWOSTKI
W Argentynie świętem w branży górniczej jest
7 maja na pamiątkę uchwalenia Ley de Fomento
Minero w 1813 roku – pierwszego dokumentu, który
wyrażał wolę władz państwowych do rozwoju górnictwa.
Argentyna jest największym na świecie producentem i trzecim z kolei eksporterem biopaliw.
Literatura
1.
2.
Minería en números, Informe de Secretaría de Minería, 2011.
Minería argentina – oportunidades de inversión, Informe de
Secretaría de Minería, 2011.
3. 2010 Minerals Yearbook. Argentina, United States Geological
Survey, 2012.
4. Argentina – land of opportunities, Panorama Minero nr 376, luty
2011.
5. Oportunidades y desafíos de la minería Argentina, Prezentacja
CAEM, marzec 2012.
6. Rynki zagraniczne dla polskiego biznesu. Kraje Ameryki Łacińskiej: Argentyna, Brazylia, Kolumbia, IBRKK, 2010.
7. Przewodnik po rynku. WPHI Ambasady RP w Argentynie [online]. Dostępny w Internecie: www.buenosaires.trade.gov.pl (dostęp 20 lipca 2012).
8. Cerro Vanguardia: minería en la Patagonia [online]. Dostępny
w Internecie: www.latinomineria.com (dostęp 20 lipca 2012).
9. Argentina: potencial minero que espera su desarrollo [online].
Dostępny w Internecie: www.latinomineria.com (dostęp 20 lipca
2012).
10. http://www.austrade.gov.au/Mining-to-Argentina/default.aspx
(dostęp 20 lipca 2012).
11. Polskie barwy Rio Turbio [online]. W: Art of Mining. Miesięcznik internetowy Grupy Kopex nr 12(65). Dostępny
w Internecie: http://www.kopex.com.pl (dostęp 20 lipca 2012).
Lista osób przeszkolonych na kursach organizowanych
przez Ośrodek Szkolenia EMAG
w czerwcu 2012 r.
Prawo komputerowe
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Piotr Lepich
Łukasz Bownik
Michał Gościniewicz
Wojciech Górka
Andrzej Halama
Marek Kryca
Piotr Loska
KWK Mysłowice-Wesoła
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
8. Ryszard Makola
9. Piotr Mazik
10. Anna Pałka
11. Michał Socha
12. Piotr Szymała
13. Beata Zasada
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
ITI EMAG
Obsługa i eksploatacja zabezpieczeń upływowych sieci do 1 kV
1.
2.
3.
4.
5.
Rafał Chaberek
Piotr Niezgoda
Łukasz Nowak
Marcin Mielczarek
Noel Oleksiak
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
6. Krystian Pniok
7. Mariusz Herdzin
8. Marcin Janiak
9. Krzysztof Palej
10. Łukasz Sobiewicz
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Knurów-Szczygłowice
KWK Knurów-Szczygłowice
KWK Knurów-Szczygłowice
KWK Knurów-Szczygłowice
Bezpieczeństwo informacji – wymogi bezpieczeństwa firmy w obliczu wzrostu globalnego zagrożenia
1. Henryk Fajkis
KWK Mysłowice-Wesoła
2. Wojciech Saternus
KWK Mysłowice-Wesoła
Technologie naprawy i łączenia kabli oraz przewodów oponowych na znamionowe napięcia do 6 kV
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Piotr Kubeczko
Tomasz Meisel
Marek Pilszek
Flawiusz Ślązak
Mateusz Kasprzyk
Rafał Ławczys
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
7. Adrian Michalik
8. Łukasz Sajdak
9. Jordan Kaluza
10. Rudolf Krzyszczyk
11. Jarosław Nieszporek
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Mysłowice-Wesoła
KWK Bobrek Centrum
KWK Bobrek Centrum
EKO-BUD Sp. z o.o.
Górnicze kable i przewody oponowe (do 6 kV) oraz technologie ich łączenia i regeneracji
1. Wojciech Dyrcz
KWK Knurów-Szczygłowice
2. Piotr Zieliński
KWK Knurów-Szczygłowice
Bezpieczeństwo funkcjonalne – poziom zapewnienia bezpieczeństwa „PL”
1. Henryk Achtelik
2. Tomasz Bujoczek
3. Maciej Cader
4. Marcin Doroz
5. Marek Gradzik
6. Sławomir Kamiński
7. Zbigniew Marciniak
8. Grzegorz Mirek
9. Adam Balicki
10. Marek Bogacz
11. Włodzimierz Boroń
12. Adam Broja
13. Rafał Ciumcia
14. Andrzej Dzikowski
15. Dariusz Felka
16. Leszek Heliosz
17. Jan Jagła
18. Cezary Kaczmarski
Politechnika Opolska
Kopex Electric Systems S.A.
Przem. Inst. Auto. i Pom.
Kopex Electric Systems S.A.
Biuro Zaopa. Tech. BEZET
Kopex Electric Systems S.A.
Politechnika Opolska
TELVIS PUP Sp. z o.o.
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
19. Wojciech Korski
20. Bożena Kuśmierz
21. Piotr Loska
22. Bartłomiej Łojek
23. Michał Łojek
24. Michał Mitas
25. Andrzej Opuszyński
26. Adam Piasecki
27. Roman Pietrzak
28. Aleksandra Puchała
29. Dariusz Puchała
30. Szymon Robak
31. Stanisław Rysiecki
32. Adam Salwerowicz
33. Waldemar Sobierajski
34. Paweł Szwejkowski
35. Piotr Szymała
36. Jan Śliwa
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG
Instytut EMAG

Podobne dokumenty