na przykładzie stacji kontenerowej zwałowarki
mgr inż. Dariusz Niekrawiec

Omówiony w artykule sposób rozwiązania blokad technologicznych w rozdzielnicy śn 6kV przedstawiono na przykładzie nowo powstałej maszyny zwałującej zwanej dalej zwałowarką zmontowanej i uruchomionej na terenie jednej z kopalń odkrywkowych węgla brunatnego na obszarze Polski.

Skutki błędnych operacji łączeniowych



W nowopowstałych rozdzielnicach i stacjach transformatorowych każde pola posiada uziemnik stacjonarny, oczywiście zgoda na jego zamknięcie jest uzależniona od braku napięcia na jego stykach, zapobiega to uziemieniu pola pod napięciem, co może mieć fatalne skutki ekonomiczne (uszkodzenie lub zniszczenie rozdzielnicy), a przede wszystkim stanowi ogromne niebezpieczeństwo dla obsługi z zagrożeniem zdrowia lub życia włącznie W celu wyeliminowania błędnego łączenia uziemnika stosuje się zarówno blokady mechaniczne, elektromagnetyczne (z wykorzystaniem sygnału położenia odłącznika lub wyłącznika), a ostatnio coraz częściej stosuje się w polach rozdzielnic średniego napięcia przekaźniki blokady łączeniowej uziemnika PB, które przystosowane są do współpracy z izolatorami wsporczymi wyposażonymi w dzielniki reaktancyjne lub rezystancyjne. Przekaźniki te współpracują z cewką blokującą załączenie uziemnika, pozwalając na operację zamknięcia uziemnika jedynie w przypadku braku napięcia na jego stykach. Wykorzystanie przekaźnika PB eliminuje dodatkowo sytuację, gdy istnieje możliwość pojawienia się napięcia zwrotnego na uziemniku (pola zasilające, liniowe czy transformatorowe) [1].

W artykule [2] autorzy dzielą skutki zwarć łukowych na straty pierwotne (powodują utratę zdrowia, poparzenie, utratę wzroku, a w krańcowych przypadkach nawet śmierć) oraz straty wtórne (straty technologiczne wynikające z przerwy w zasilaniu ważnych urządzeń i napędów, których wartości niejednokrotnie przewyższają koszt całej rozdzielnicy czy stacji kontenerowej), a w publikacji [3] autorzy stwierdzają, że spośród możliwych rodzajów zwarć, jakie mogą się pojawić podczas pracy urządzeń, dla rozdzielnic średniego i niskiego napięcia oraz stacji transformatorowych śn/nn szczególnie groźne są wewnętrzne zwarcia łukowe, które w przypadku odłączników, rozłączników i uziemników są skutkami błędnego łączenia.

Funkcje zabezpieczające są realizowane zazwyczaj przez pętle blokad i elementów wykonawczych, a zadaniem tych funkcji jest doprowadzenie danego procesu do stanu bezpiecznego, najczęściej poprzez jego zatrzymanie lub zablokowanie. Zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa SIL (z ang. Safety Integrity Level) przekłada się bowiem na zmniejszenie pojawienia się ryzyka realizowanego przez daną funkcję zabezpieczającą [4].



Charakterystyka maszyny zwałującej



Cała nowa zwałowarka składa się z trzech niezależnych maszyn połączonych ze sobą kablami zasilającymi, a mianowicie: wózka kablowego, zwałowarki i wózka zrzutowego. Wózek kablowy zasila zwałowarkę kablem na napięcie 20kV, zwałowarka wyposażona została w stację kontenerową 20kV (transformator 20/0,4kV 250kVA; rozdzielnica 20kV, rozdzielnica główna 400/230V, rozdzielnica prądu stałego 220V), kontener z transformatorem głównym 20/6kV 5MVA oraz stację kontenerową 6/0,5kV (rozdzielnica 6kV, transformator 6/0,5kV 630kVA, rozdzielnicę 500V i rozdzielnice 400/230V) znajdujące się na nadwoziu maszyny. Na podwoziu maszyny natomiast znajduje się stacja kontenerowa 6/0,5kV (transformator 6/0,5kV 1000kVA oraz rozdzielnica 500V). Jedno z pól rozdzielnicy 6kV nadwozia zasila kablem wózek zrzutowy [5].

W artykule ograniczono się jedynie do opisu dwóch pól rozdzielnicy 6kV stacji kontenerowej nadwozia zwałowarki i występujących w nich blokad technologicznych gwarantujących prawidłowe czynności łączeniowe i bezpieczną eksploatację maszyny.




Rozdzielnica średniego napięcia i jej blokady



Rozdzielnica 6kV znajdująca się w stacji kontenerowej nadwozia maszyny składa się z 11 pól. Pole nr 1 to pole zasilające (zasilanie z transformatora mocy 5MVA), pole nr 2 pole pomiaru napięcia, pole nr 3 to zasilanie transformatora 1000kVA stacji podwozia, pole nr 4 zasilanie wózka zrzutowego, pole nr 5 zasilanie dwóch silników przenośnika zwałującego P3M1 i P3M2 o mocy 630kW każdy, pola 6, 8 i 10 to pola baterii kondensatorów, pole nr 7 zasilanie silnika przenośnika odbierającego P2M1 o mocy 1000kW, pole nr 9 to zasilanie drugio silnika przenośnika odbierającego P2M2 o mocy 1000kW, a pole nr 11 zasila transformator stacji nadwozia 630kVA. Na rysunku 2 przedstawiono widok wnętrza stacji kontenerowej, a dokładnie omawianą powyżej rozdzielnicę 6kV typu J-7.
Pole 3 tej rozdzielnicy zostało wyposażone w odłącznik szynowy, wyłącznik i uziemnik. Na rysunku 3 pokazano schemat jednokreskowy obwodów pierwotnych pola 3. W tak skonstruowanym polu zaprojektowano i zamontowano kilka blokad zapewniających bezpieczną pracę obsłudze stacji. Należy dodać, że żadne z pól nie posiada omawianego wcześniej przekaźnika blokady łączeniowej PB.

Zgodnie z zasadami bezpieczeństwa i wymogami normy [6] w takim polu muszą znajdować się następujące rodzaje blokad. Manewrowanie odłącznikiem AO1Q4 w celu jego otwarcia możliwe jest dopiero wtedy, gdy wyłącznik jest otwarty (wyłącznik w omawianym polu nie posiada położenia „praca” „próba”), zrealizowano to w ten sposób, że na cewkę blokady elektromagnetycznej 3RE-1 napięcie dostaje się poprzez styki otwartego wyłącznika, dopiero wtedy możliwe jest manewrowanie odłącznikiem. Na rysunku 4 pokazano obwody wtórne pola z zaznaczonymi blokadami elektromagnetycznymi i elektrycznymi. Przy otwartym odłączniku pola możliwe jest zamknięcie uziemnika AO1Q12, gdyż blokada elektromagnetyczna 3RE-2 dostaje napięcie przez styki otwartego odłącznika, zapobiega to wszelkim próbom uziemienia pola pod obciążeniem. Blokada zapobiegająca załączeniu wyłącznika AO1Q5 przy zamkniętym uziemniku, czyli załączeniu wyłącznika na zwarcie została zrealizowana w ten sposób, że w szereg z cewką załączającą wyłącznika został wprowadzony styk uziemnika, a mianowicie, gdy uziemnik jest zamknięty, styk jest otwarty i uniemożliwia załączenie wyłącznika z przycisku elewacji pola rozdzielnicy, dopiero otwarcie uziemnika daje tzw. „zgodę” na załączenie wyłącznika. Styk ten został wprowadzony, gdyż przy zamkniętym uziemniku możliwe było zamknięcie odłącznika, bowiem pole nie zostało wyposażone w blokadę mechaniczną przeciwdziałającą manewrowaniu odłącznikiem przy zamkniętym uziemniku. Styk AO1F3 zabezpieczenia MICOM P123 powoduje wyłączenie wyłącznika w przypadku wystąpienia zwarcia (dwa stopnie nadprądowe), przeciążenia lub doziemienia w polu. Dodatkowo wyłączenie pola następuje od zadziałania zabezpieczenia termicznego transformatora, zastosowano czujniki PTC współpracujące z przekaźnikiem kontroli temperatury RTT 14. Przekroczenie nastawionego progu temperatury powoduje najpierw sygnalizację (I stopień), a przy dalszym wzroście temperatury pobudzenie przekaźnika AO1K33 i wyłączenie pola (II stopień). Otwarcie drzwi komory transformatora na podwoziu maszyny jest możliwe dopiero, gdy odłącznik w polu AO1Q4 zostanie otwarty, a uziemnik AO1Q12 zamknięty, wtedy to cewka blokady drzwi 31NO-5 znajdzie się pod napięciem. Blokada ta zapobiega przypadkowemu wejściu do komory transformatora, gdy ten jest pod napięciem.



Wyłączenie jednego z napędów przenośników odbierającego i zwałującego, wyłączenie napędów wózka zrzutowego, awaria w polu zasilającym wózek zrzutowy, awaria w polu zasilającym transformator 5MVA pole 2 rozdzielnicy 20kV, czy też doziemienie na szynach rozdzielnicy 6kV powinno zatrzymać całą maszynę, dlatego sygnały te powodują wyłączenie pola zasilającego rozdzielnicę 6kV. Dodatkowo wyłącznik został wyposażony w cewkę podnapięciową i zanik napięcia sterowniczego 220V DC również powoduje wyłączenie pola zasilającego.
Pole 4 rozdzielnicy 6kV zostało wyposażone w rozłącznik AO1Q6, który pełni funkcje głównego zabezpieczenia pola i uziemnik AO1Q7. Konstrukcja rozdzielnicy uniemożliwia manewrowanie uziemnikiem, gdy rozłącznik jest zamknięty (blokada mechaniczna), natomiast, gdy w polu uziemnik jest zamknięty nie ma możliwości zamknięcia rozłącznika (blokada mechaniczna).

W polu zastosowano zabezpieczenie MICOM P127, którego styk AO1F4 zostaje pobudzany i powoduje otwarcie rozłącznika. W zabezpieczeniu ustawiono trzy człony nadmiarowo-prądowe (dwa zwarciowe i jeden przeciążeniowy) oraz człon ziemnozwarciowy (I stopień na sygnalizację, a II stopień na wyłączenie pola). Pole 4 zasila osobną maszynę (wózek zrzutowy), dlatego wszelkie zakłócenia w pracy wózka (zadziałanie jakiegoś zabezpieczenia w rozdzielnicy 6kV na wózku, wypięcie kabla zasilającego ze złącza krańcówka AO1S1) skutkują wyłączeniem pola zasilającego i pozbawieniem zasilania całego wózka.














Najważniejszym i podstawowym zadaniem stawianym konstruktorom i projektantom rozdzielnic i stacji transformatorowych jest wykonanie i zaprojektowanie ich w taki sposób, aby wszelkie czynności łączeniowe dla nich przewidziane i wchodzące w zakres normalnej ich obsługi mogły się odbywać w sposób przede wszystkim bezpieczny dla obsługi i nie dopuszczający do nieprawidłowych czynności łączeniowych. Jeżeli jednak doszłoby do błędnego manewrowania jakimś łącznikiem pola to skutki wynikające z tego faktu należy w jak najkrótszym czasie wyeliminować (szybkie wykrycie i wyłączenie zwarcia).





mgr inż. Dariusz Niekrawiec

ELEKTROBUDOWA S.A.

Oddział Spółki

Rynek Wytwarzania Energii

46-021 Brzezie - na terenie PGE Elektrowni Opole S.A.
niekrawiecdariusz@op.pl





Literatura



[1] KOCHEL Z., RODOŃ F. „Przekaźnik blokady łączeniowej uziemnika PB”
Energetyka 2001r. nr 3 s.144-146

[2] KOCHEL Z., PROCHOWNIK P., RODOŃ F. „Światłowodowe zabezpieczenie
łukochronne typu ZŁ stacji transformatorowych i rozdzielnic śn/nn”
Energetyka 2000r. nr 2 s.77-80

[3] MAZIARZ S., SZYNOL J. „Zwarcia łukowe wewnątrz rozdzielnic i stacji
transformatorowych. Problem nadal groźny” Energetyka 2001r. nr 1 s.39-41

[4] JEZIOROWSKI M. „Wstęp do bezpieczeństwa funkcjonalnego. Blokady. Systemy
zabezpieczające wg IEC 61508 i IEC 61511”
Pomiary, Automatyka, Robotyka 2004r. nr 3 s.39-41

[5] Dokumentacja techniczna „Zwałowarka ZGOT (Z48)” Projekt POLTEGOR Sp. z o.o.
sierpień 2007r., dokumentację powykonawczą poprawił i opracował autor, praca
niepublikowana

[6] Polska Norma PN-E-04700 „Urządzenia i układy elektryczne w obiektach
elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań
odbiorczych”