Se r i a : G Ó R N I C T W O z. 133 Nr kol. 834
S t e f a n G I E R L O T K A
K W K " W u j e k " w K e t o w i c a c h
A W A R Y J N O Ś Ć G Ó R N I C Z Y C H P R Z E W O Ź N Y C H S T A C J I T R A N S F O R M A T O R O W Y C H
S t r e s z c z e n i e . W r e f e r a c i e o m ó w i o n o s p r a w y z w i ą z a n e z a w a r y j n o ś ci ę- przew33nycTi s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h , k t ó r e z a s i l a j ; sieć e l e k t r o e n e r g e t y c z n e r e j o n ó w w y d o b y w c z y c h kopalni. P r z e d s t a w i o n o t y powe u s z k o d z e n i a s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h o r a z p r z y c z y n y ich w y s t ę p o wania. P r z e a n a l i z o w a n o u s z k o d z e n i a w s t a c j a c h o g n l o s z c z e l n y c h J a k i o k a p t u r z o n y c h o n a p i ę c i u d o l n y m 1 0 0 0 V oraz 5 0 0 V. M a t e r i a ł o p r a c o w a n o w o p a r c i u o z a i s t n i a ł e a w a r i e i p r z e p r o w a d z o n e o b s e r w a c j e na k o p a l n i Wujek.
P r z e w o ź n e s t a c j e t r a n s f o r m a t o r o w e s t a n o w i ę na d o l e k o p a l n i p o d s t a w ę z a s i l a n i a s i e c i 5 00 V i 1000 V. M i m o że u d z i a ł a w a r i i i u s z k o d z e ń s t ac j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h w z a w o d n o ś c i u k ł 8 d u e l e k t r o e n e r g e t y c z n e g o na d o l e k o
p a l n i Jest s t o s u n k o w o m ały, to J e d n a k w p r z y p a d k u ich o b e c n o ś c i w y s t ę p u j ę po s t o j e s p o w o d o w a n e b r a k i e m n a p i ę c i a w i ę k s z e j l i c z b y m a s z y n gór n i c zy c h.
C zas p o t r z e b n y na p r z y w r ó c e n i e s p r a w n o ś c i o r a z u s u n i ę c i e u s z k o d z e ń s ta c ji n i e k i e d y Jest długi. D l a t e g o też s p r a w y z w l ę z a n e z a w a r y j n o ś c i ; s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h Jak 1 ich p r z y c z y n y sę z p u n k t u w i d z e n i a ruchu e l e k t r y c z n e g o k o p a l n i z a g a d n i e n i e m ważny m , w z a l e ż n o ś c i od p o m i e s z c z e n i a i J ego s t o p n i a n i e b e z p i e c z e ń s t w a w y b u c h u m e t a n u s t o s u j e się na d o l e k o p a l n i s t a c j e o g n l o s z c z e l n e typu: I T 3 S b o ra z o k a p t u r z o n e typu: ITb, ITc, I T d , ITe, I T f , ITp.
Na p o d s t a w i e o b s e r w a c j i u s z k o d z e ń w y s t ę p u j ę c y c h w s t a c j a c h m o ż n a o k r e ś lić, że s t a c j e t r a n s f o r m a t o r o w e w w y k o n a n i u o k a p t u r z o n y m p o s i a d a j ; w i ę k - sz; liczbę u s z k o d z e ń n iż w w y k o n a n i u o g n i o s z c z e l n y m . A w a r i e w y s t ę p u j ę c e w s t a c j a c h m o ż n a z l o k a l i z o w a ć 1 r o z d z i e l i ć na: r o z ł ę c z n i k w y s o k i e g o n a p i ę cia, t r a n s f o r m a t o r m o c y o r a z k o n s t r u k c j ę s t a c j i w r a z z a p a r a t u r ; d o l n e g o napię cia.
R o z ł ę c z n i k w y s o k i e g o n a p i ę c i a 0 K R 6 / 6 p o z w a l a z a ł ę c z a ć i w y ł ę c z a ć nie- o b c i ę ź o n ; s ta cję t r a n s f o r m a t o r o w ę . O b c i ą ż a l n o ś ć z n a m i o n o w a r o z ł ę c z n i k a 0 K R 6 / 6 w y n o s i 6 3 0 A. R o z ł ę c z n i k ma b u d o w ę d w u p r z e r w o w ; o p r o s t o l i n i o w y m ruchu styków. S t y k i r u c h o m e w y k o n a n e w form ie d w ó c h r ó w n o l e g ł y c h n o ż y sę u m o c o w s n e na izo la c y j n e j t r a w e r s i e , k t ór a p r z e z r ó w n o l e g ł o b o c z n y układ d ź w i g n i p o d n o s z o n a Jest p r z y o b r o c i e w a ł u n a p ę d o w e g o . U k ł a d g a e z ę c y r o z łęc z n i k a s k ł a d a się z p ł aski e j k o m o r y u m o c o w a n e j do s t y k u s t a ł e g o i o pa l - n ego p o ł ą c z o n e g o s w o r z n i e m z z e s p o ł e m s t y k ó w r u chomych.
116 S. G i e r l o t k a
W s t an ie z a m k n i ę t y m s ty k i r u c h o m e z w l e r s j ę s t y k i stałe, a s t yk i o p s l n e zo s t a n ę z a r y g l o w a n e w kom o r a c h gaszę c y c h. W p o c z ę t k o w e j fazie o t w i e r a n i a r o z ł ę c z n i k a g łów ne styki ro z s u w a j ę się, a s ty k i o p s l n e p o z o s t a j ę z a r y g l o w a n e w k o m o r a c h g a s z ę c y c h , p r z e w o d z ę c dalej p ł y n ę c y pręd. Po r o z s u n i ę c i u się s t y k ó w g ł ó w n y c h na 3/4 pełnej p r z e r w y i z o l a c y j n e j r y g l o w a n i e s t y k ó w o p a l n y c h ust ę p u j e , po c z y m o t w i e r s j ę się one z dużę s z y b k o ś c i ę p o wo d u j ę c z g a s z e n i e p o w s t a ł e g o łuku e le k tr y c z n e g o .
N a j b a r d z i e j a w a r y j n y m e l e m e n t e m r o z ł ę c z n l k ó w sę styki, k tóre u l e g a j ę c z ę s t y m w ypa l e n i o m . P o w o d o w a n e to Jest g ł ó w n i e p r z e z źle d o m k n i ę t y roz- łęcznik p r z y z a łęczanlu.
N a g r z e w a n i e się s t y k ó w p r ze z p r z e p ł y w a j ę c y pręd z a l e ż y od J e g o o p o r n o ści przejścia. P r z y z n a c z n y m z m n i e j s z e n i u się d o c i s k u s t y k ó w o p o r n o ś ć p r z e j ś c i a może w z r o s n ę ć do tego stop n ia , że p o w s t a n i e łuk w y p a l a j ę c y s t y ki, a nawet sp o t y k a się pr zy p a d k i , g d zi e k o n s e k w e n c j ę jest z w a r c i e mię- d z yfazowe . Z a c h o d z ę r ó w n i e ż p r z y p a d k i z n i s z c z e n i a i z o l a c j i ż y ł y pr z y ł ę - czonej do z a c i s k u s t a ł e g o s p o w o d o w a n e g o w y s o k ę t e m p e r a t u r ę styków. Na o p o r n o ś ć p r z e j ś c i a ma r ó w n i e ż w p ł y w u t l e n i e n i e i z a n i e c z y s z c z e n i e p o w i e r z c h n i styków. P rzy p r a w i d ł o w y m d o c i s k u i s t a n i e s t y k ó w s p a d e k n a p i ę cia na n i ch nie p o w i n i e n być w i ę k s z y n i ż 6 mV, a ich t e m p e r a t u r a nie p o w i n n a p r z e k r a c z a ć 358 °K [4 J.
G ł ó w n ę p r z y c z y n ę w y p a l a n i a się s t y k ó w i n i s z c z e n i a r o z ł ę c z n l k ó w Jest n i e p r a w i d ł o w e jego z a ł ę c z e n i e p rzez o b sł u g ę , p o l e g a j ę c e na zbyt słab y m d o c i s k u j e g o styków. Innę p r z y c z y n ę n i s z c z e n i a r o z ł ę c z n l k ó w jest p o z o s t a w i e n i e d ź w i g n i z a ł ę c z a j ę c e j w g n i e ź d z i e s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w e j , k t óra po p r z e z swoję m a s ę i dr g a n i a s t a c j i p o w o d u j e s a m o o t w l e r a n l e styków, a w k o n s e k w e n c j i w y p a l e n i e ich.
T r a n s f o r m a t o r m o c y po s i a d a iz o l a c j ę u z w o j e ń w y k o n a n ę w k l a s i e H z wł ó k n a s z k l a n e g o i m p r e g n o w a n e g o l a k i e r e m e l e k t r o i z o l a c y j n y m s i l i k o n o w y m , a w p r z y p a d k u s t a c j i typu I T 3 S b o m o c y 4 0 0 kVA oraz 6 3 0 k V A w y k o n a n ę w k l a s i e C. R d z e ń t r a n s f o r m a t o r a w y k o n a n y Jest z b l a c h y o niskiej s t r a t n o ś - ci i z olow anej cerami c z n i e . T e m p e r a t u r a r z e c z y w i s t e u z w o j e ń t r a n s f o r m a t o r a z a s i l a j ę c e g o sieć d o ł o w ę nie s t w a rz a z a g r o ż e n i a d l a t e r m i c z n e g o z n i s z c z e nia J e g o izolacji. S t a c j e t r a n s f o r m a t o r o w e e k s p l o a t o w a n e w p o d z i e m i a c h kopalni, a s z c z e g ó l n i e o n a p i ę c i u d o l n y m 1000 V z a s i l a j ę c e k o m b a j n i p r z e n o ś n i k ś c i a n o w y sę w w i ę k s z o ś c i p r z y p a d k ó w m o c o w o n i e d o c i ę ź o n e . P od czas n i e n o r m a l n y c h s y t u a c j i e k s p l o a t a c y j n y c h Jak p r z e c i ę ż e n i a i p r z e w z b u - d z e n i a m og ę w y s t ę p i e w t r a n s f o r m a t o r z e l ok a ln e p r z e g r z a n i a m a g n e t y c z n y c h m a s y w n y c h e l e m e n t ó w k o n s t r u k c y j n y c h w s k u t e k n a d m i e r n e g o w z r o s t u strat m ocy w m i e j s c a c h k o n c e n t r a c j i s t r u m i e n i a m a g n e t y c z n e g o . P r z e g r z a n i a te p o w o d u j ę o s ł a b i e n i e i z olacj i, a p rz y c z ę s t y m p o w t a r z a n i u s i ę m o g ę d o p r o wa d z i ć do u s z k o d z e n i a tra n s f o r m a t o r a . O e d n ę z p r z y c z y n p r z e c l ę ż e ń t r a n s f o rm atora sę z w a r c i a w y s t ę p u j ę c e na s z y n a c h p o m i ę d z y u z w o j e n i e m d o l n e g o nap i ę c i a a w y ł ę c z n i k i e m . Z w a r c i a te c z ę s t o w y s t ę p u j ę w s t a c j a c h typu IT nad w y ł ę c z n i k i e m WIS. Z w a r c i e t akie m oż e t rwać nawet k ilka sekund, g d yż
p rz ed s k u t k a m i tego z w a r c i a po s t r o n i e d o l n e g o n a p i ę c i a z a b e z p i e c z e n i a nie ma. Z o s t a j e ono w y ł ę c z o n e d o p i e r o p rz e z z a b e z p i e c z e n i e p r z e c i ą ż e n i o w e w polu r o z d z i e l c z y m 6 kV. N a j w i ę k s z y d o p u s z c z a l n y c z a s t r w a n i a z w ar c i a dla s t acji t r a n s f o r m a t o r o w e j typu IT o n a p i ę c i u z w a r c i a u 2 = 3 % w y n o s i 1,2 s, zaś d la s t a c j i o g n i o s z c z e l n y c h o n a p i ę c i u z w a r c i a u z = 4 , 5 % czas w y n o s i 2 s [2], Inną p r z y c z y n ę u s z k o d z e ń t r a n s f o r m a t o r a m o c y p o dc z as z w a r c i a m oż e być p o w s t a j ą c a siła o d d z i a ł y w a n i a d y n a m i c z n e g o na c e w k i u z w o j e ń oraz układ połączeń. P r z y c z y n ą sił n i s z c z ą c y c h kark a s w r a z z u z w o j e n iem i u k ł a d e m k o n s t r u k c y j n y m Jest o d d z i a ł y w a n i e pola r o z p r o s z e n i a m a g n e t y c z n e g o na u z w o j e n i e z p r ą d e m p o d c z a s zwarc i a . Prąd z w a r c i a p o w od u je w z r o s t p ola m a g n e t y c z n e g o p rz e z z w i ę k s z a j ą c y się s t r u m i e ń roz p r o s ze n ie . W w y n i k u d z i a ł a n i a tych sił po z a i s t n i a ł y m z w a r c i u są ś l a d y p r z e m i e s z c z a nia się k a r k a s u z u z w o j e n i e m w z g l ę d e m u k ł a d u k o n s t r u k c y j n e g o . I n n y m i s p o ty k a n y m i z w a r c i a m i w t r a n s f o r m a t o r z e są z w a r c i a w e w n ę t r z n e w cewce. Są one g r o ź n i e j s z e od p o p r z e d n i c h pod w z g l ę d e m c i e p l n y m i d y n a m i c z n y m . W y n i ka to z tego, że p rzy z w a r c i a c h w e w n ę t r z n y c h w y s t ę p u j ą w e l e m e n t a c h z w a r tych u z w o j e n i a w i ę k s z e g ę s t o ś c i p r ą d u niż p r z y z w a r c i a c h z e w n ę t rz n yc h .
N a j b a r d z i e j n a r a ż o n a na c z ę s t e u s z k o d z e n i a jest k o n s t r u k c j a i os łona s t a c j i o k a p t u r z o n y c h . Przez n i e s z c z e l n o ś c i oraz n i e d o m k n i ę c i e d rz w i do środka w n i k a pył w ę g l o w y , k t ó r y m i ę d z y i nn y mi o s a d z a się nad w y ł ą c z n i k i e m 500 V t y p u WIS. W c h w i l i D o j a w i e n i a się łuku D o d c z a s p r a c y w y ł ą c z n i k a n a s t ę p u j e z a p a l e n i e się pyłu i w y s t ę p u j e w s p o m n i a n e w y ż e j z w a r c i e d w u - lub tró jf a z o w e . P o dc zas ta k i e g o z w a r c i a a p a r a t u r a d o l n e g o n a p i ę c i a z n a j d u j ą c a się w p o b l i ż u o r az k o n s t r u k c j a u l e g a j ą z n i s z c z e n i u . P o w s t a j ą c y łuk w y p a l a d z i u r ę w os ł o n i e s t a c j i nad w y ł ą c z n i k i e m n i s z c z ą c jej k o n s t r u k c j ę , a w e w n ą t r z p o w s t a ł y p o ż a r n i s z c z y osprzęt.
W y s t ę p u j ą na dole ko p a l n i t akże p r z y p a d k i z a l a n i a s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h w o d ą lub e m u l s j ą dla o b u d ó w z m e c h a n i z o w a n y c h , m i m o że są u s y t u o w a ne w s p e c j a l n y c h w n ę k a c h o c i os o w y ch . T a k ie z a l a n i a p o w o d u j ą w y s t ę p o w a n i e z w a r ć d o z i e m n y c h g ł ó w n i e po s t r o n i e d o l n e g o napięcia.
Innymi p r z y p a d k a m i u s z k o d z e ń stacji, g d z i e z n i s z c z e n i u u lega k o n s t r u k cja i w e w n ę t r z n a a p a r a t u r a . Jest nie z a w s z e p r a w i d ł o w y s p o s ó b transportu.
Z d a r z a j ą się p r z y p a d k i s p a d n i ę c i a s t a cj i z w c i ą g a r k i , c z y p ę k n i ę c i e łań
c uc ha p o d c z a s transportu. P o w o d u j e to p ę k a n i e i z o l a t o r ó w , o b r y w a n i e a p a r atur y oraz p og i ę c i e osłon. U s z k o d z e n i a z w i n y t r a n s p o r t u s t a n o w i ą 2 0%
u d z i a ł u w a w a r y j n o ś c i s tacji t r a n s f o r m a t o r o w y c h .
A w a r i e s tac ji t r a n s f o r m a t o r o w y c h o r a z w y n i k ł e z tego p r z e r w y w d o s t a w i e e n e r g i i do m a s z y n g ó r n i c z y c h p o w i n n y być r o z p a t r z o n e z p u n k t u ich ni e z a w o d n o ś c i . Ola pełnej a n a l i z y u s z k o d z e ń n a l e ż y się p o s ł u ż y ć teorią n i e z a w o d n o ś c i o par tą na s t a t y s t y c e i ra c h u n k u p r a w d o p o d o b i e ń s t w a . U z y s k a nie pełnej i n f o r m a c j i n i e z a w o d n o ś c i o w e j w p r a k t y c z n y c h z a g a d n i e n i a c h i n ż y n i e r s k i c h jest s k o m p l i k o w a n e i p r a c o c h ł o n n e , d l a t e g o dla p r z e p r o w a d z e nia a n a l i z a w a r y j n o ś c i s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h w y s t a r c z y r o z p a t r z e ć średnią c z ę s t o t l i w o ś ć uszkod ze ń . P r z e p r o w a d z a j ą c u p r o s z c z o n ą a n a l i z ę awa-
118 S. G i e r l o t k a
r y j n o ś c i m ożna zał o ż y ć , te r oz kład n i e z a w o d n o ś c i Jest r o z k ł a d e m w y k ł a d n i c zym o stałej i n t e n s y w n o ś c i u s z k o d z e ń [3 ].
O s z a c o w a n i e średniej c z ę s t o ś c i u s z k o d z e ń d r o g ę b a d a ń s t a t y s t y c z n y c h Jest m o ż l i w e za p o m o c ę e s t y m a t o r ó w w y z n a c z o n y c h z z a o b s e r w o w a n y c h a w ar i i w o k r e ś l o n y m p r z e d z i a l e czasu.
j, ______ 2 m śr (np ♦ n k ) i t '
g d z i a :
- ś redn ia c z ę s t o ś ć u s z k o d z e ń , m - l ic zba u s z k o d z e ń ,
n p - liczba z a i n s t a l o w a n y c h s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h na p o c z ę t k u o k r e s u o b s e r w a c j i ,
n^ - l icz ba z a i n s t a l o w a n y c h s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h na k o ń c u o k r e su o b s e r w a c j i ,
A t - p r z e d z i a ł c zasu, w k t ó r y m p r o w a d z o n o o b s e r w a c j e .
P rzy k ł a d o w o , m o ż n a p odać, że w k o p a l n i 'Wujek'' o w y d o b y c i u 10 0 0 0 ton na d obę śr e d n i a c z ę s t o ś ć u s z k o d z e ń , w z g l ę d e m k t ó r y c h z a c h o d z i ł a p o t r z e b a w y m i a n y na n owę s t a c j ę , w y n o s i : dla s t a c j i o g n l o s z c z e l n y c h * Är ■ 0 . 0 2 l/a o raz d la o k a p t u r z o n y c h & ir » 0 . 0 7 l/a, g d z i e a « 8 7 6 0 godzin.
W N I O S K I
1. S t a c j e t r a n s f o r m a t o r o w e o k a p t u r z o n e w y k a z u j ę w i ę k s z ę c z ę s t o ś ć u s z k o d z e ń od s t a c j i w w y k o n a n i u o g n l o s z c z e l n y m .
2. T r a n s f o r m a t o r m o c y w s i e c i d o łowej jest z a z w y c z a j n i e d o c i ę ż o n y i nla o b s e r w u j e się p r z y p a d k ó w s p a l a n i a i z o l a c j i u z w o j e ń w w y n i k u p r z ec i ęż e n i a.
3. N a j b a r d z i e j n i e b e z p i e c z n e w s k u t k a c h dla s t a c j i Jest z w a r c i e p o m i ę d z y w y ł ę c z n l k i e m d o l n e g o n a p i ę c i a a t r a n s f o r m a t o r e m . C e l o w e b y b y ł o o p r a c o w a n i e z a b e z p i e c z e n i a p rzed t a k i m i z w a r c i a m i , k t ó r e o d d z i a ł u j ę na s t ro n ę g ó r n e g o n a p i ę c i a t ransfor m a t o r a .
4. D u ż y u d z i a ł a w a r i i s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h w y n i k a z b r a ku s y s t e m a t y c z n e j k o n t r o l i i n i e w ł a ś c i w e j o b e ł u g i p r z e z e l e k t r o m o n t e r ó w .
L I T E R A T U R A
[lj G i e r l o t k a S . : O k r e ś l e n i e z a g r o ż e n i a d o ł o w y c h s t a c j i t r a n s f o r m a t o r o w y c h w y w o ł a n e g o p r z e c i ą ż e n i e m pręd o w y m. M e c h a n i z a c j a 1 A u t o m a t y z a c j a G ó r n i c t w a nr 143 10/1980.
[ 2J G l u z i ń c k i W.: E l e k t r y f i k a c j e p o d z i e m i kopalń. C z ę ś ć 1. Wyd. ślęsk, K a t o w i c e 1977.
[ 3 ] S o z a ń s k l O. : N i e z a w o d n o ś ć z a s i l a n i a e n e r g i ę e l e k t r y c z n ę . W N T , W a r s z a wa 1982.
[ 4] O g n i o s z c z e l n e s t a c j e t r a n s f o r m a t o r o w e o m o c y 2 0 0 - 6 3 0 kVA. I n s t r u k c j a t e c h n i c z n o - r u c h o w a M E F T A 1979.
R e c e n z e n t : Prof. dr hab. inż. F l o r i a n K R A S U CK I
W p ł y n ę ł o d o R e d a k c j i w p a ź d z i e r n i k u 1984 r.
ABAPHdHOCTb IÜAXTHhUC ÜEPEB
03
HHX TPAHCS>OAMAIOPHHX HOflCIAHIBlilP e 3 10
u
eB p a O o T e n p H B O A a ic H T H n o B a e o i K a s u T p aH C < |)o p u aT o p H H X n o A C ia H n jilt
hn pm iH H H a x B 0 3 H H K K 0 B eB H a. flaH a n a jiH 3 o T K a s o B
a jiho r H e H e 3 a n m H H x n o A C T aH U H # a
iio a- c ra H K H ii c M a cK a u H c
h h jch h mH a n p a x e H H e a 1 0 0 0
b h5 0 0
b. 0 6 p a 6 o T a H H tifl a a i e - p a a j i B K JH o a a e t 0 T K a3 H a H a6 ji» A eH H fl n o jiy a e H H u e
bm a x T e " B y e ic " .
TH E S U S C E P T I B I L I T Y T O FA I L U R E OF T H E M O B I L E T R A N S F O R M E R S T A T I O N S
S u m m a r y
In the p a p e r are d i s c u s s e d the m a t t e r s c o n n e c t e d w i t h the s u s c e p t i b i l i ty to failur e of m o b i l e t r a n s f o r m e r s t a t i o n s w h i c h e n e r g i z e the elec- t r o e n e r g e t i c n e t w o r k of the m i n i n g r e g i o n s of mines. The t y p i c a l da m a g e s of the t r a n s f o r m e r s t a t i o n s a nd the c a u s e s of t h e i r a c c u r e n c e have been presented. The d a m a g e s in f i r e - p r o o f s t a t i o n s as w e l l as the h o o d e d ones w i t h the low v o l t a g e 1000 V and 5 0 0 V have been a nalyzed. The m a t e r i a l has been p r e p a r e d on the b as is of f ai l u r e s a n d o b s e r v a t i o n c o n d u c t e d in the ”W u J e k " c o a l mine.
