ИБП для горнодобывающих предприятий. Особенности проектирования для подземных выработок и открытых карьеров

Горнодобывающая отрасль предъявляет особые требования к системам бесперебойного питания. Экстремальные условия эксплуатации — от подземных выработок с повышенной влажностью и метаноопасностью до открытых карьеров с абразивной пылью и вибрациями — требуют специализированных решений. Протяжённость кабельных линий в шахтах может достигать нескольких километров, что создаёт дополнительные сложности при расчёте мощности и выборе оборудования. Компания "Юниджет" имеет опыт внедрения промышленных ИБП на горнодобывающих предприятиях, обеспечивая надёжное электроснабжение критически важных систем безопасности и технологического оборудования.

Обратите внимание: представленная информация носит ознакомительный характер. Параметры системы бесперебойного питания для конкретного объекта определяются на основе геологических условий, технологических схем добычи и требований промышленной безопасности. Для разработки проектного решения обращайтесь к специалистам компании "Юниджет" www.uni-jet.com — проведём обследование объекта и подберём оптимальную конфигурацию с учётом специфики вашего предприятия.

Специфика электроснабжения подземных выработок

Подземные горные выработки характеризуются уникальными условиями для электрооборудования. Относительная влажность достигает 95-98%, температура колеблется от +8С до +28С в зависимости от глубины, присутствует капёж и агрессивные шахтные воды с pH 3-5.

Согласно "Правилам безопасности при ведении горных работ", в шахтах опасных по газу и пыли применяется рудничное взрывозащищённое оборудование с маркировкой РВ (ExdI) или РО (ExiaI). Для ИБП, размещаемых в подземных камерах, требуется исполнение не ниже IP54 с дополнительной антикоррозионной защитой.

Протяжённость выработок создаёт проблему падения напряжения. При длине магистрального кабеля 2-3 км и токе нагрузки 100 А падение напряжения на кабеле сечением 95 мм² составит: ΔU = √3 × I × L × (R×cosφ + X×sinφ) = √3 × 100 × 3 × (0.193×0.8 + 0.075×0.6) = 103 В

Это составляет 15% от номинального напряжения 660 В, что недопустимо. Требуется либо увеличение сечения кабеля, либо установка промежуточных подстанций.

Расчёт мощности с учётом длинных кабельных линий

При проектировании ИБП для шахт необходимо учитывать:

• Индуктивное сопротивление длинных кабелей
• Ёмкостные токи утечки (до 1 А/км для кабелей 6 кВ)
• Дополнительные потери в кабелях
• Искажения формы напряжения

Полная мощность ИБП рассчитывается с учётом компенсации реактивной мощности кабельных линий: S(ИБП) = √(P²нагр + (Qнагр + Qкаб)²) × Kзап

где Qкаб = ω × C × U² × L — реактивная мощность кабеля, C — удельная ёмкость (0.3-0.4 мкФ/км для кабелей 1 кВ), L — длина линии.

Для компенсации индуктивности длинных линий в состав ИБП включаются корректоры коэффициента мощности с автоматической подстройкой.

Системы вентиляции и водоотлива — критические нагрузки

Главные вентиляторные установки (ГВУ) обеспечивают проветривание выработок и являются системами I категории. Мощность ГВУ составляет 500-3000 кВт, пусковые токи — до 7 Iном. Остановка вентиляции недопустима из-за риска накопления метана.

Водоотливные установки откачивают до 500 м³/ч шахтных вод. Насосы мощностью 200-800 кВт работают в тяжёлом режиме с частыми пусками. При отключении водоотлива затопление горизонта происходит за 2-4 часа.

Время автономии ИБП для этих систем определяется временем эвакуации персонала (30-60 минут) плюс запас 50%. Ёмкость батарей с учётом работы при температуре +10С и коэффициента старения 1.25: C = P × t × Kтемп × Kстар / (U × η × DOD) = 500 × 0.75 × 1.15 × 1.25 / (400 × 0.9 × 0.8) = 1880 А·ч

Условия открытых карьеров — пыль и вибрации

В карьерах основные негативные факторы:

• Абразивная пыль с концентрацией до 50 мг/м³
• Вибрации от взрывных работ (до 50 мм/с)
• Температура от -50С до +45С
• Прямое солнечное излучение

Для защиты от пыли применяются:

• Корпуса с высочайшей степенью защиты IP
• Лабиринтные уплотнения на валах вентиляторов
• Фильтры класса F7-F9 на воздухозаборниках
• Избыточное давление внутри корпуса 20-50 Па

Виброустойчивость обеспечивается:

• Установкой ИБП на виброизоляторы с собственной частотой 3-5 Гц
• Применением безвинтовых соединений (пружинные клеммы)
• Заливкой компаундом чувствительных элементов
• Усиленными конструкциями печатных плат

Температурная адаптация оборудования

Для работы при отрицательных температурах применяются:

• Предпусковой подогрев батарей до +10С
• Конденсаторы с расширенным температурным диапазоном
• Специальные смазки подшипников вентиляторов
• ЖК-дисплеи с подогревом

При высоких температурах требуется:

• Принудительное охлаждение с резервированием N+1
• Снижение номинальной мощности (деградация 2% на каждые 5С свыше +40С)
• Применение компонентов класса Industrial (-40...+85С)

Тепловой расчёт для ИБП 160 кВА в контейнерном исполнении при +45С: Qтепл = Pпотерь + Qсолн - Qвент = 9600 + 2000 - 8000 = 3600 Вт

Требуется дополнительная система кондиционирования мощностью не менее 4 кВт.

Конструктивные решения ENTEL для горнодобычи

Промышленные ИБП серии ENTEL HPX модифицируются для горнодобывающих предприятий:

• Рудничное исполнение РВ-ИБП с сертификатом Ростехнадзора
• Усиленные корпуса с порошковым покрытием толщиной 120 мкм
• Тропическое исполнение печатных плат (влагозащитное покрытие)
• Расширенный диапазон входного напряжения ±20%

Для карьеров применяются контейнерные решения:

• Утеплённые контейнеры с системой поддержания микроклимата
• Сейсмоустойчивое исполнение до 9 баллов MSK-64
• Автоматическая очистка фильтров обратным потоком воздуха

Интеграция с системами диспетчеризации

ИБП интегрируются с АСУ ТП горных предприятий через промышленные протоколы:

• OPC UA для современных SCADA-систем
• Modbus TCP/RTU для связи с контроллерами
• DNP3 для систем телемеханики
• Profibus/Profinet для интеграции с ПЛК Siemens

Передаются параметры: входное/выходное напряжение, ток нагрузки, ёмкость батарей, температура, наработка, журнал событий. Время обновления данных — не более 1 с.

Нормативная база и требования безопасности

Проектирование выполняется согласно:

• ПБ 05-618-03 "Правила безопасности в угольных шахтах"
• ПБ 03-553-03 "Единые правила безопасности при разработке рудных месторождений"
• ГОСТ Р 51330 "Электрооборудование взрывозащищённое"
• РД 05-334-99 "Нормы безопасности на электроустановки угольных разрезов"

Обязательна сертификация оборудования в системе сертификации на соответствие требованиям промышленной безопасности.

Проектирование систем бесперебойного питания для горнодобывающих предприятий требует учёта множества специфических факторов и глубокого понимания технологических процессов добычи. Специалисты "Юниджет" имеют опыт реализации проектов на угольных шахтах, рудниках цветных металлов и карьерах нерудных материалов.

За консультацией обращайтесь на сайт www.uni-jet.com или по телефону 8-800-707-98-45.