Napięcia w kopalniach KGHM – zastosowanie i przykłady 400 V, sieci IT, silniki Ex

Pytanie

Napiecia stosowane w kopaniach, zakladach gornictwa podziemnego , w tym w kghm. w tym potwierdzenie i przyklady zastosowania napiecia 400 V

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• W polskich kopalniach podziemnych (w tym w zakładach KGHM Polska Miedź S.A.) stosuje się hierarchię poziomów napięć: 110 kV → 6 kV (rzadziej 10 kV) → 1 kV / 500 V → 400 V / 230 V → < 50 V.
• Napięcie 400 V (3 × 400 V AC, 50 Hz) jest potwierdzone i powszechnie używane, lecz głównie do zasilania urządzeń pomocniczych i średniej mocy, a nie do ciężkich maszyn urabiających.
• Przykłady z KGHM: kruszarki KGHM ZANAM (silniki 132 kW/400 V), zestawy kontenerowe 400 V, pompy odwadniające, wentylatory lokalne, stacje klimatyzacji wyrobisk.

Szczegółowa analiza problemu

1. Struktura sieci elektroenergetycznej kopalni
   • 110 kV – przyłącze do KSE, Główny Punkt Zasilania (GPZ).
   • 6 kV (coraz częściej 10 kV) – magistrale szybowe i dalekie ciągi podziemne.
   • 1 kV / 500 V – mobilne maszyny górnicze (kombajny, przenośniki zgrzebłowe, ładowarki).
   • 400 V / 230 V – „standard przemysłowy” dla: pomp, wentylatorów lutniowych, warsztatów, układów HVAC, oświetlenia i automatyki.
   • < 50 V AC/DC (obwody iskrobezpieczne Ex i) – metanometria, sterowanie, łączność.

2. Dlaczego 400 V jest potrzebne pod ziemią?
   • Dostępność silników i aparatury w klasie Ex, wysoka efektywność przy mocach 1–160 kW.
   • Mniejszy ciężar i koszt kabli niż dla 230 V przy tej samej mocy.
   • Łatwość integracji z typowymi napędami pomp / wentylatorów z falownikami 400 V.

3. Układ sieci IT 400 V w kopalni
   • Punkt gwiazdowy transformatora izolowany od ziemi – pierwsze doziemienie nie przerywa pracy.
   • Ciągły monitoring rezystancji izolacji (SKI).
   • Wyłączniki różnicowoprądowe o czułości ≤ 30 mA w obwodach końcowych.

4. Typowe transformatory górnicze dla 400 V
   • 6 kV/400 V, 6 kV/500 V/400 V (tzw. trójuzwojeniowe), moc 160–1600 kVA.
   • Wykonanie hermetyczne, IP54–IP55, chłodzenie ONAN, obudowa stal nierdz. lub cynkowana.

5. Przykłady potwierdzone w KGHM
   • ZG „Lubin” – transformatory 500/400 V dla zasilania warsztatów i agregatów pomp.
   • KGHM ZANAM – kruszarki i zestawy kontenerowe zasilane 400 V (katalog 2023).
   • Wentylatory miejscowe 7,5–22 kW/400 V, pompy odwadniające 5,5–15 kW/400 V.

Aktualne informacje i trendy

• Przejście z 6 kV na 10 kV w głębszych polach wydobywczych (mniejsze straty).
• Wzrastająca popularność sieci 995 V (standard anglosaski) w nowych maszynach o dużej mobilności.
• Masowe wdrażanie napędów o zmiennej prędkości (VSD) 400 V w pompach i wentylatorach – oszczędność 15-35 % energii.
• Monitorowanie on-line jakości energii (harmoniczne THD, zapady) w sieci 400 V dla redukcji awarii falowników.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Różnica 380 V → 400 V: od 1990 r. Europa podniosła napięcie znamionowe do 400 V (+/-10 %), stąd w dokumentacji kopalnianej spotyka się obie wartości.
• Spadki napięcia: przy 400 V dłuższe odcinki kabla (>150 m) wymagają przekrojów ≥ 5×35 mm² lub kompen­sacji w transformatorze regulowanym ± 5 %.
• Wyroby Ex: silniki 400 V w wykonaniu Ex d(e) I Mb wg PN-EN IEC 60079-0/1/7.

Aspekty etyczne i prawne

• Podstawa prawna: Rozporządzenie Ministra Energii z 23 XI 2016 r. w sprawie BHP w zakładach górniczych; § 615-650 – wymagania dla instalacji nn oraz SN.
• Normy: PN-G-42009 (instalacje elektryczne w kopalniach), PN-EN 60079 (atmosfery wybuchowe).
• Etyka inżynierska: minimalizacja ryzyka porażenia i zapłonu metanu; projektowanie w filozofii „fail-safe”.

Praktyczne wskazówki

• Dobór transformatora: moc ≥ 1,25 × ΣP kW odbiorników, rezerwa na rozruchy DOL.
• Zabezpieczenia 400 V: wyłączniki kompaktowe z wyzwalaczem bezzwłocznym 5-8 In; falowniki z filtrami wejściowymi du/dt < 500 V/µs.
• Testy: pomiar impedancji pętli zwarciowej w sieci IT (metoda impedancyjna); kontrola rezystancji izolacji ≥ 0,5 MΩ.
• Dokumentacja Ex: karta A-tex, instrukcja użytkowania, protokół iskrobezpieczeństwa dla obwodów < 50 V zasilanych z 400 V przez barierę.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Niektóre kopalnie węgla kamiennego preferują 500 V zamiast 400 V z powodu tradycji i unifikacji osprzętu; w KGHM dominują konfiguracje mieszane 500/400 V.
• Przy dużych mocach (≥ 200 kW) 400 V staje się nieekonomiczne – zaleca się 1 kV lub 6 kV.
• Dane katalogowe muszą być weryfikowane z aktualnym wykazem dopuszczeń WUG/CSRG.

Sugestie dalszych badań

• Analiza korzyści z wprowadzenia 690 V jako kompromisu między 400 V a 1 kV.
• Implementacja rozproszonych magazynów energii (Li-ion) 400 V DC dla zasilania awaryjnego sekcji wydobywczych.
• Modelowanie cyfrowego bliźniaka sieci 400 V w środowisku górniczym na potrzeby predykcyjnej diagnostyki kabli.

Krótkie podsumowanie

W kopalniach podziemnych – również w KGHM – obowiązuje wielopoziomowy system zasilania. Napięcie 400 V stanowi ważny, choć pomocniczy segment tej struktury: zasila średnio-mocowe silniki, oświetlenie i automatykę, a jego stosowanie potwierdzają zarówno krajowe przepisy, jak i przykłady sprzętu produkowanego dla KGHM. Wraz z rozwojem technologii obserwuje się wzrost udziału falowników 400 V, rozwiązań energooszczędnych oraz monitoringu jakości energii, przy równoczesnym trendzie podnoszenia napięcia przesyłowego do 10 kV i 995 V dla cięższych maszyn.