PL236245B1 - Przeciwwybuchowy system oświetlenia wyrobisk podziemnych w zakładach górniczych - Google Patents

Abstract

Przeciwwybuchowy system oświetlenia wyrobisk podziemnych w zakładach górniczych. Przedstawiony na rysunku zawiera zasilacz centralne źródło zasilania podłączone do trzech żył roboczych miedzianego kabla wielożyłowego, tworząc przy tym trójfazowy układ napięć typu trójkąt o napięciu międzyfazowym 24 VAC. dla przesyłania energii elektrycznej prądem przemiennym. Trasa kabla wielożyłowego jest podzielona na odcinki przez lokalne zasilaczy, które w sposób iskrobezpieczny dokonują zasilania opraw oświetleniowych zbudowanych z wykorzystaniem półprzewodnikowych emiterów światła widzialnego - LED. Ponadto kabel wielożyłowy zawiera odrębne obwody kontroli ciągłości kabla i upływności izolacji. Centralne źródło zasilania, kabel wielożyłowy i zasilaczy lokalne mają wykonanie "Ex d", a oprawy oświetleniowe mają wykonanie "Ex i" i są zasilane z wyjść iskrobezpiecznych tych zasilaczy.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przeciwwybuchowy system oświetlenia wyrobisk podziemnych w zakładach górniczych, zagrożonych wybuchem gazu, par cieczy palnych i pyłu węglowego.

W pracy górników jednym z kluczowych elementów zapewniających bezpieczeństwo jest stosowanie odpowiedniego oświetlenia - zarówno stacjonarnego, jak też przenośnego. Obecnie sieci oświetleniowe w zakładach górniczych mają wykonanie przeciwwybuchowe kategorii Ex d, tak zwane wykonanie ognioszczelne (wg, wymagań Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/34/UE ATEX), są oparte na wykorzystaniu prądu przemiennego (50 Hz) o napięciu 230 VAC (ew. 127 VDC). Dla potrzeb lokalnego oświetlenia sporadycznie stosuje się napięcie o wartości 24 VAC lub 42 VAC, pobierane z transformatora pomocniczego. Jednak są to obwody małej mocy, dla zasilania pojedynczych opraw oświetleniowych na odległość do kilku metrów. Głównie obwody oświetleniowe (chodniki, ściany, warsztaty, pompownie, rozdzielnie itp.) z reguły składają się z dużej liczby opraw oświetleniowych, rozłożonych w terenie. Na przykład, długość ściany wydobywczej może osiągnąć 300 metrów, a liczba opraw oświetleniowych 200 szt. Na całej trasie, od transformatora oświetleniowego do każdej oprawy oświetleniowej, łącznie z oprawą, obwód elektryczny powinien posiadać wykonanie przeciwwybuchowe, z reguły typu Ex d.

Wadami takiego rozwiązanie są niska elastyczność eksploatacyjna, wysokie prawdopodobieństwo porażenia elektrycznego oraz niska niezawodność zabezpieczenia przeciwwybuchowego.

Technologia urabiania z wykorzystaniem ściany zmechanizowanej oparta jest na kolejnym przesunięciu poszczególnych sekcji obudowy. W warunkach dołowych często występują uszkodzenia mechaniczne kabli zasilające oprawy oświetleniowe zainstalowane na poszczególnych sekcjach. W przypadku takiego uszkodzenia następuje wyłączenie oświetlenia całej ściany, co negatywne wpływa na proces wydobywczy i bezpieczeństwo pracy.

Z opisu patentowego EP 2980666 znane jest strukturalne rozwiązanie magistrali zasilającej w wykonaniu przeciwwybuchowym. Magistrala jest przeznaczona dla sterowania i monitorowania parametrów technologicznych procesów przemysłowych, nie jest przeznaczona dla przesyłania zwiększonej wartości energii elektrycznej z wykorzystaniem linii przesyłowych do odbiorników terytorialnie rozproszonych, na przykład opraw oświetleniowych w strefach zagrożonych wybuchem.

Znany jest, na przykład z opisu patentowego Rosyjskiej Federacji RU 2009330 sposób oświetlenia podziemnych wyrobisk górniczych polegający na podaniu napięcia prądu przemiennego o częstotliwości 5000 Hz do obwodu zasilającego w postaci pętli indukcyjnej. Przewód pętli przechodzi przez kolejne transformatory w każdej oprawy oświetleniowej, przy tym we wtórnych uzwojeniach tych transformatorów indukuje się napięcie dostateczne dla pracy oprawy oświetleniowej. Wadą takiego rozwiązania jest niska kompatybilność elektromagnetyczna, ponieważ zasilająca pętla indukcyjna o dużym natężeniu prądu przy częstotliwości akustycznej 5000 Hz stwarza zakłócenia w równoległych obwodach elektrycznych systemów telekomunikacji i automatyki.

Znany jest również, na przykład z rosyjskiego opisu patentowego RU 2265971 układ awaryjnego oświetlenia zawierający źródło zasilania i oprawy oświetleniowe. W tym rozwiązaniu, celem zmniejszenia strat energii, każda oprawa oświetleniowa dodatkowo zawiera szeregowo połączone detektor częstotliwości, sterownik konwertera napięcia, konwerter napięcia i emiter światła. Pomiędzy źródłem zasilania a linią przesyłową włączony jest sterowany amplitudowy modulator, po to by zapewnić włączenie opraw oświetleniowych według ustalonego algorytmu. Wadą takiego rozwiązania jest zbyt skomplikowana realizacja techniczna urządzenia, niska kompatybilność elektromagnetyczna i mała liczba opraw oświetleniowych w jednej sekcji zasilania.

Znany jest z opisu patentowego US 4293799 system zasilania odbiorników energii elektrycznej, zwłaszcza fluorescencyjnych lamp, ulokowanych w strefie zagrożenia wybuchem. Budowa systemu jest oparta na stosowaniu przemiennego prądu w zakresie od 1 kHz do 500 kHz. Każdy odbiornik jest zasilany z wtórnego uzwojenia odrębnego transformatora, a pierwotne uzwojenia tych transformatorów są połączone szeregowo poprzez kondensatory. Rozwiązanie według patentu US 42993799 jest modernizacja technicznego rozwiązania znanego z opisu patentowego GB 1401628. Wadą takiego systemu jest możliwość zasilania małej liczby odbiorników energii elektrycznej, ponieważ obecność znaczącej sumarycznej indukcyjności w obwodzie elektrycznym zmniejsza stosunek indukcyjności do rezystancji tego obwodu, co skutkuje zmniejszeniem iskrobezpiecznej mocy przekazywanej na odległość, wysoka wartość napięcia doprowadzana do opraw oświetleniowych oraz niska kompatybilność elektromagnetyczna.

PL 236 245 B1

Z opisu patentowego PL 203392 znany jest sposób przesyłania iskrobezpiecznej energii elektrycznej, poprzez tor przesyłowy, polegający na rozdzielaniu tego toru na odcinki za pomocą przelotowych konwerterów napięcia i utrzymaniu na wyjściu tych konwerterów największej wartości napięcia, dopuszczonej przepisami bezpieczeństwa pracy pod napięciem, w którym część energii elektrycznej, odebranej na końcu poszczególnych odcinków toru przesyłowego, doprowadza się do następnego odcinka tego toru jednokierunkowo bez przetwarzania, a pozostałą część energii elektrycznej przetwarza się w dodawczym konwerterze i doprowadza się do następnego odcinka, tak aby przy szeregowym dodaniu napięć, na wejściu następnego odcinka zostało utrzymane napięcie o żądanej wartości. Wadą takiego rozwiązania jest niska energia elektryczna doprowadzana do rozproszonych w terenie odbiorników energii elektrycznej oraz jego skomplikowana realizacja techniczna.

Znany jest także, na przykład z polskiego opisu patentowego PL 179742 sposób oświetlenia wyrobiska ścianowego dotyczy umieszczenia opraw oświetleniowych w wyrobisku ścianowym pod względem uzyskania maksymalnego strumienia światła i nie jest przedmiotem niniejszego rozwiązania.

Ponadto z polskich opisów patentowych PL 158382, PL 205356, PL 205480 oraz PL 229204 znane są sposoby i układy iskrobezpiecznego zasilania terminali elektrycznych funkcjonujących w środowisku wybuchowym, tzw. strefa Ex. Wadą tych rozwiązań jest niska wartość energii elektrycznej doprowadzonej do obciążenia za pomocą linii przesyłowej.

Przeciwwybuchowy system oświetlenia wyrobisk podziemnych w zakładach górniczych, według wynalazku, zawiera zasilacz centralne źródło zasilania podłączone do trzech żył roboczych miedzianego kabla wielożyłowego, tworząc przy tym trójfazowy układ napięć typu trójkąt o napięciu międzyfazowym 24 VAC dla przesyłania energii elektrycznej prądem przemiennym. Trasa kabla wielożyłowego jest podzielona na odcinki przez lokalne zasilaczy, które w sposób iskrobezpieczny dokonują zasilania opraw oświetleniowych zbudowanych z wykorzystaniem półprzewodnikowych emiterów światła widzialnego - LED. Ponadto kabel wielożyłowy zawiera odrębne obwody kontroli ciągłości kabla i upływności izolacji. Centralne źródło zasilania, kabel wielożyłowy i zasilaczy lokalne mają wykonanie Ex d, a oprawy oświetleniowe mają wykonanie Ex i i są zasilane z wyjść iskrobezpiecznych tych zasilaczy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, przedstawiający schemat strukturalny systemu oświetlenia wyrobisk podziemnych w zakładach górniczych.

System oświetlenia wyrobisk podziemnych w zakładach górniczych składa się z centralnego źródła 1 zasilającego trójfazowy obwód typu trójkąt dla przesyłania energii elektrycznej z wykorzystaniem trzech żył roboczych wielożyłowego kabla 2. Centralne źródło zasilania 1 zawiera trójfazowy transformator separujący 5, wykonany zgodnie z wymaganiami wyżej wymienionej dyrektywy ATEX, połączony przez trójfazowy stycznik mocy 6 i trójfazowy blok miękkiego startu 7 z trzema żyłami roboczymi wielożyłowego kabla miedzianego 2. Centralne źródło zasilania 1 dodatkowo zawiera jednofazowy separujący transformator 8, również wykonany wg. wymagań dyrektywy ATEX, jego wyjście jest związane z wejściem iskrobezpiecznego zasilacza prądu stałego 9, wyjście którego jest związane z wejściem zasilającym układu kontroli i sterowania 10, którego jedno wyjście sterujące związane jest z wejściem sterującym trójfazowego stycznika mocy 6, drugie wyjście sterujące związane jest z wejściem sterującym trójfazowego bloku miękkiego startu 7, a wyjście-wejście pomiarowe z żyłami, kontrolnymi wielożyłowego kabla miedzianego 2.

System działa w sposób następujący. Przesyłanie energii elektrycznej oparte jest na wykorzystaniu trzech żył roboczych wielożyłowego kabla miedzianego 2. Napięcie zasilania w układzie trójfazowym typu trójkąt o wartości międzyfazowej 24 VAC przez trójfazowy stycznik mocy 6 i trójfazowy blok miękkiego startu 7 jest podawane do trzech żył roboczych wielożyłowego kabla miedzianego 2, tworząc przy tym trójfazowy układ przesyłania energii elektrycznej prądem przemiennym. Trasa wielożyłowego kabla 2 jest podzielona za pomocą typowych lokalnych zasilaczy iskrobezpiecznych 3, przy czym jedna trzecia tych zasilaczy jest podłączona do napięcia Ulil2, jedna trzecia - do Ulil3 i jedna trzecia - do Ulil3, dla zapewnienia równo miernego obciążenia międzyfazowego. Pojedynczy lokalny zasilacz iskrobezpieczny 3 posiada n wyjść dla zasilania w sposób iskrobezpieczny odpowiednej liczby opraw oświetleniowych 4, zbudowanych z wykorzystaniem półprzewodnikowych emiterów światła widzialnego - LED.

Kontrole parametrów elektrycznych wielożyłowego kabla miedzianego 2 przed podaniem energii zasilania i w trakcie pracy systemu dokonuje się za pomocą układu kontroli i sterowania 10. Przed podaniem napięcia zasilania do trójfazowego obwodu zasilania dokonuje się w sposób iskrobezpieczny pomiaru ciągłości kabla 2 oraz upływności izolacji. W przypadku kiedy kontrolowane wskaźniki nie przekraczają wartości dopuszczalne jest inicjowane podanie energii zasilania za pomocą trójfazowego stycznika mocy 6 i trójfazowego bloku miękkiego startu 7, z wykorzystaniem ich wejść sterujących.

PL 236 245 B1

W przypadku przerwania żył kabla miedzianego 2 lub zmniejszenia ich rezystancji izolacji poniżej wartości dopuszczalnej układ kontroli i sterowania 10 odłączy trójfazowy obwód zasilania od centralnego źródła zasilania 1.

Wymagania dyrektywy ATEX są spełnione wskutek tego, że centralne źródło zasilania 1 wraz z wielożyłowym kablem miedzianym 2 mają wykonanie przeciwwybuchowe typu Ex d, a lokalne zasilaczy 3 i zespoły oświetleniowe 4 są wykonane jako urządzenia elektryczne kategorii Ex m i Ex i.

Wyeliminowanie możliwości porażenia elektrycznego osiągnięto drogą stosowania prądu przemiennego o napięciu SELV, tzn. o napięciu 24 VAC.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przeciwwybuchowy system oświetlenia wyrobisk podziemnych w zakładach górniczych, zawierający centralne źródło zasilania wyposażone w trójfazowy transformator separujący połączony przez trójfazowy stycznik mocy z wielożyłowym kablem miedzianym dla przesyłania energii zasilania prądem przemiennym, znamienny tym, że pomiędzy stycznikiem mocy a wymienionym kablem wielożyłowym ulokowany jest trójfazowy blok miękkiego startu (7), trasa wielożyłowego kabla jest podzielona na odcinki za pomocą lokalnych zasilaczy iskrobezpiecznych (3), każdy z których posiada n wyjść, każde z których zasila w sposób iskrobezpieczny odrębny zespół oświetleniowy (4), a centralne źródło zasilania dodatkowo zawiera jednofazowy separujący transformator (8), wyjście którego związane jest z wejściem iskrobezpiecznego zasilacza prądu stałego (9), wyjście którego związane jest z wejściem zasilającym układu kontroli, i sterowania (10), którego jedno wyjście sterujące związane jest z wejściem sterującym trójfazowego stycznika mocy, drugie wyjście sterujące związane jest z wejściem sterującym bloku miękkiego startu (7), a wyjście-wejście pomiarowe z żyłami kontrolnymi wielożyłowego kabla zasilającego.
2. 2. System według zastrz. 1, znamienny tym, że centralne źródło zasilania wraz z wielożyłowym kablem miedzianym mają wykonanie przeciwwybuchowe typu Ex d.
3. 3. System według zastrz. 1, znamienny tym, że lokalne zasilacze i zespoły oświetleniowe posiadają wykonanie typu Ex m i Ex i.
4. 4. System według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada trójfazowy obwód zasilający w układzie typu trójkąt.
5. 5. System według zastrz. 1, znamienny tym, że napięcie międzyfazowe w obwodzie zasilającym wynosi 24 VAC.