Умови експлуатації електрообладнання під час виконання підземних гірничих робіт

Специфічні умови гірничих робіт визначають спеціальні вимоги до конструкції електрообладнання, ізоляції струмоведучих його частин, способів монтажу та експлуатації обладнання.

Наявність вибухонебезпечної атмосфери у вигляді суміші повітря з метаном та іншими газами (вугільні шахти), повітря з метаном та воднем (калійні рудники), повітря з метаном та сірководнем (озокеритові шахти) потребує спеціального пожежо- та вибухобезпечного виконання електрообладнання. Для цього використовують різні види вибухозахисту обладнання в поєднанні з контролем складу атмосфери виробок та електричних заходів захисту.

Наявність вологи та пилу в місцях установлення електрообладнання потребує спеціального конструктивного виконання оболонок, що запобігають проникненню вологи і пилу в середину оболонок, та використання вологостійкої ізоляції струмоведучих частин, антикорозійного покриття оболонок і окремих елементів.

У гірничих виробках глибоких шахт температура повітря становить приблизно 35⁰ С, у камерах – 40⁰ С, відносна вологість повітря – 95–98 %. В умовах високої вологості після ряду циклів нагрівання – охолодження машин чи апаратів у середині їх оболонок накопичується водяна пара, яка конденсується на поверхні ізоляторів, кабелів, обмоток і ме-талевих частин. Наявність вологи призводить до утворення плівок вологи на ізоляції, що, в свою чергу, спричиняє поверхневі електричні розряди та збільшення струмів витоку на землю, навіть виникнення коротких замикань. Крім цього, волога проникає в середину ізоляції і тим самим сприяє її пошкодженню. Покриття вологою металевих поверхонь за підвищеної температури посилює корозію, яка особливо шкідлива для дрібних деталей релезахисту та керування, а також для вибухозахисних поверхонь оболонок.

Поряд з цим, вугільний пил легко проникає в середину оболонок електрообладнання і є струмопровідним (особливо у вологих умовах), а також сприяє збільшенню струму витоку, поверхневих розрядів і виникненню струмів короткого замикання. Осідання вугільного пилу на вологих поверхнях реле знижує їх чутливість і з часом вони повністю виходять з ладу. Ці негативні явища спричиняються й тим, що шахтна вода здебільшого агресивна – кислотна або лужна.

Тиск бокових порід і пов’язане з ним можливе їх обвалювання потребують підвищеної механічної стійкості оболонок електрообладнання, здатного протистояти силі тиску без деформацій і руйнувань.

Виконання вибухових робіт потребує як підвищеної механічної стійкості, так і зручностей, швидкого демонтажу обладнання і забирання його із зони дії вибуху та подальшого повторного монтажу.

Обмеженість простору в підземних виробках потребує мінімальних розмірів електрообладнання, що обмежує їх потужність. Для досягнення потрібної потужності обладнання використовують ізоляції з високою допустимою температурою нагрівання, поліпшують умови його охолодження (наприклад зовнішнє обдування або водяне охолодження двигунів).

Пересувний характер роботи більшості машин і механізмів пов’язаний з безперервним або періодичним переміщенням їх в процесі роботи. Ця обставина потребує гнучкої ланки в системі електропостачан-ня для забезпечення можливості переміщення машин відносно нерухомого пункту живлення, рознімних пристроїв для швидкого і легкого від’єднання електрообладнання від електромережі і подальшого приєднання після переміщення. При цьому саме обладнання має бути присто-соване до частих переміщень, тобто, по можливості, мати менші розміри та бути компактним.

Велика площа підземних гірничих робіт і територіальна розкиданість окремих робочих машин за великої споживаної потужності ускладнюють систему розподілу електроенергії та підведення її до робочих машин. Необхідність використання високої напруги для розподілу електроенергії і низької напруги для живлення машин і механізмів також ускладнює систему електропостачання та експлуатацію електрогосподарства.

Оскільки проводити ремонт електрообладнання неможливо і важко замінювати обладнання в шахтних умовах, потрібно використовувати більш надійні елементи і блочність монтажу апаратури. Необхідність швидкої заміни «блоків», у свою чергу, потребує використання в апаратах кришок, які швидко відкриваються, оскільки наявність блокової сис-теми несумісна з багатоболтовим кріпленням кришок і для їх установлення та знімання, потрібно багато часу.

Тяжкі й часті пуски обладнання потребують використання пускової апаратури високої комутаційної здатності і електродвигунів з високою тепловою та динамічною стійкістю. Важкі енергетичні режими негативно впливають на терміни служби двигунів.

Зважаючи на специфічні особливості умов роботи електрообладнання для підземних гірничих виробок, промисловість випускає рудникове вибухозахищене електрообладнання, що відповідає вимогам чинних стандартів.

Умови роботи електрообладнання в підземних гірничих виробках різ-номанітні і виготовити якесь «універсальне» електрообладнання, яке б за-довольняло всі вимоги та можливі умови роботи, було б економічно недоцільно, а в окремих випадках  технічно неможливо. Тому нормативні документи передбачають різні види виконання рудникового електрообладнання, яке використовують залежно від конкретних умов його роботи.

2. Умови експлуатації електрообладнання на денній поверхні геотехнічних виробництв

До таких виробництв належать кар’єри, вугільні розрізи, будівництво підземних споруд відкритим способом.

Сучасний кар’єр – це підприємство з високим рівнем механізації виробничих процесів на базі електрифікованого обладнання. Безперервне переміщення фронту очисних та розкривних вибоїв потребує переміщення основних машин і механізмів – екскаваторів, бурильних машин, вибійних конвеєрів і т. ін. Для їх живлення необхідні пересувні трансформаторні підстанції, пересувні силові й освітлювальні лінії електропередач, пересувні пункти підключення (ПП) і т. ін. Це значно ускладнює підведення електроенергії до машин і комплексів, електропостачання кар’єру в цілому.

Частими є переключення екскаваторних кабелів з одного на інший ПП, змотування і намотування гнучкого кабелю на барабан, підтягування кабелів. Необхідність переключення апаратів, кабелів, проводів ліній підвищує механічне спрацювання контактних з’єднань. Багаторазове пересування призводить до підвищення механічних навантажень на корпуси електрообладнання, на кріплення електроапаратів та ізоляторів.

Сучасні кар’єри займають величезний простір  до 5 км2 і більше, а глибина їх досягає 500 м. На таких кар’єрах розробка ведеться одночасно на багатьох уступах, кількість яких досягає 50. Розташування гірничих машин і механізмів по всьому фронту робіт, як по площині, так і по глибині виробок, ускладнює систему розподілу електричної енергії. Необхідно споруджувати розгалужені повітряні і кабельні мережі, значну кількість пересувних підстанцій і пунктів підключення. Це, в свою чергу, потребує використання пересувного електрообладнання, мереж, виконання та експлуатація котрих складніші від стаціонарних.

Наявність вибухових робіт на кар’єрах являє собою значну небезпеку пошкодження електрообладнання, що потребує створення надійного механічного захисту електрообладнання від ударів каменями, додаткових переміщень обладнання під час вибухових робіт, ускладнює експлуатацію повітряних і кабельних ліній і т. ін.

Усе електрообладнання кар’єрів працює під відкритим небом цілий рік, і вдень, і вночі за будь-яких погодних умов, що становить до його виконання та експлуатації відповідні вимоги. Експлуатація електрообладнання визначається кліматичними умовами зони, в якій розміщено кар’єр.

На експлуатацію і надійність електрообладнання значно впливає різкий перепад температур і вологість зовнішнього середовища. Так, в південних районах максимальна температура повітря може досягати 45–55⁰ С, що на 10–20⁰ С вище від умовної для проектування електричних машин і апаратів. У цих умовах необхідно занижувати припустиме навантаження на провідники і обладнання.

За низьких температур (наприклад, в північних районах Росії) ускладнюється експлуатація кабелів і апаратів з масляним заповненням, ізоляція яких стає крихкою, мастило застигає і порушується нормальна робота апаратів. За низьких температур знижується надійність механічних вузлів електромашин. Волога в повітрі за певних умов конденсується на обмотках і інших частинах електрообладнання, що може призвести до пошкодження ізоляції.

На відкритих роботах застосовують переважно електрообладнання в нормальному загальнопромисловому виконанні. Ізоляцію провідників електроустановок виконують зі звичайних матеріалів: гуми, фарфору, скла, капрону, слюди, ізоляційних рідин і т. ін. Ізоляція з цих матеріалів по-різному зберігає стабільність за впливу на них кліматичних умов зовнішнього середовища. Підвищена вологість потребує використання електрообладнання з вологостійкою ізоляцією, яка, в свою чергу, просочена вологостійкими лаками. Під впливом зовнішнього середовища в кар’єрі погіршуються ізоляційні якості гуми екскаваторних кабелів. Гума має значну вологопоглинальну здатність (сорбцію), тому концентрація вологи в гумі стає значною навіть за відносної вологості 60–70 %. Наявність в гумі водорозчинних домішок (тальку, каоліну) збільшує її розчинність, а наявність озону в повітрі прискорює процес окиснення гуми і призводить до утворення мікротріщин на поверхні ізоляції. Зі зміного температури зовнішнього середовища в кар’єрі від плюсової (вдень) до мінусової (вночі) волога заповнює мікротріщини і в результаті замерзання збільшує їх розміри. Крім цього, за низьких температур у результаті кристалізації каучуку гумова ізоляція втрачає еластичність, стає крихкою і її згин призводить до утворення тріщин.

Через високу запиленість повітря на кар’єрі на ізоляторах і ізоляційних деталях утворюється стійкий шар пилу. Під час дощу, мокрого снігу цей пил стає причиною однофазних замикань на землю. У районах з частими грозами й сильними вітрами ускладнюється встановлення переносних і пересувних ліній електропередач (ЛЕП), тому що в цьому випадку потрібно встановлювати допоміжні засоби захисту від грозових розрядів і механічні пристосування для закріплення опор ЛЕП.

В умовах сильних туманів необхідно встановлювати допоміжне освітлення. Обслуговування електроустановок і електромереж під відкритим небом під час негоди пов’язано з підвищеною небезпекою ураження електричним струмом. Тому слід враховувати також і те, що виконання захисного заземлення і забезпечення його надійної роботи на кар’єрах значно ускладнюється, що потребує підвищеної уваги безпеці обслуговування електроустановок.

Навантаження машин і механізмів на кар’єрах змінюється в широких межах. Електрообладнання на екскаваторах, бурових верстатах і інше обладнання експлуатуються в умовах постійного трясіння, поштовхів, вібрацій. Ось чому до нього, зокрема до електромашин, ставляться вимоги підвищеної механічної міцності. Всі ротори і якорі електромашин для гірничого обладнання повинні мати посилені бандажі та короткозамкнуті кільця. Обмотки статорів мають бути надійно закріпленими як в пазовій, так і в лобовій частинах.

Електричні машини повинні мати корпуси, які б виключали можли-вість попадання в них крапель води й сторонніх предметів. Для кар’єрних установок, розташованих під відкритим небом, слід застосовувати електромашини і апарати з водонепроникним виконанням. На екскаваторах і інших гірничих машинах потрібно установлювати трансформатори, масляні вимикачі та інше обладнання підвищеної механічної міцності, яке б забезпечувало нормальну роботу під час трясіння.

За відкритого способу спорудження перегінних тунелів, станцій, пасажирських машинних приміщень метрополітенів та інших підземних споруд виконують у котлованах з укосами, з вертикальними стінками, які кріпляться забивним (пальовим, шпунтовим) або пересувним кріпленням (щитами), а також у траншеях способом «стіна в ґрунті». Послідовність робіт, периметри котлованів, відповідний набір обладнання та електрообладнання і будова тимчасових систем електропостачання визначаються вибраною технологією робіт та конкретними гірничо-геологічними умовами. Вимоги до електрообладнання, що працює тимчасово та здебільшого на відкритому повітрі багато в чому збігаються з вимогами до електрообладнання, що працює на кар’єрах.

Лекція № 7

Тема 8. Електропостачання дільниць при напрузі 1140 В, дільниць рудних шахт. (2 години)