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.

Pytanie

prosze o identyfikacje urzadzen na 400 V i ich lokalizacje w ZG LUBIN

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• W ZG „Lubin” napięcie 3 × 400 V zasila głównie urządzenia pomocnicze i średniej mocy: pompy, wentylatory, kruszarki, przenośniki pomocnicze, warsztaty podziemne i powierzchniowe, prostowniki akumulatorowni, agregaty chłodnicze oraz instalacje HVAC i oświetlenie.
• Źródłem 400 V są górnicze stacje transformatorowe 6 kV/400 V (lub 6 kV/525/400 V) rozmieszczone na poziomach 460 m, 570 m, 720 m, 950 m oraz 1050 m.
• Kluczowe lokalizacje odbiorników 400 V: komory maszyn ciężkich W74E3 (-570 m) i UC (-799 m), podszybia szybów L-I, L-II, R-VII, główne komory pomp GKP-3 (-720 m) i GKP-5 (-950 m), warsztaty powierzchniowe (W-Cuprum), sortownie O/ZWR Lubin oraz stacje kontenerowe w wyrobiskach eksploatacyjnych.

Szczegółowa analiza problemu

1. Architektura zasilania 400 V w ZG „Lubin”

1. Sieć średniego napięcia 6 kV (IT) →
2. Stacje transformatorowe 6 kV/400 V w wykonaniu górniczym (np. IT3Sb-630/6/0,4 kV) →
3. Rozdzielnice polowe RN-400 →
4. Odbiorniki końcowe (trójfazowe 400 V lub jednofazowe 230 V).

2. Mapa funkcjonalna urządzeń 400 V

(● = zasilanie 400 V, kW – moc silnika; poziomy wg dokumentacji geologicznej KGHM)

3. Normatywy i uwarunkowania techniczne

• Rozporządzenie Ministra Energii z 23.11.2016 r. §615-650 – instalacje nn w kopalniach.
• PN-G-42009:2002, PN-EN 60079 – wykonania przeciwwybuchowe.
• Sieć IT z obowiązkową kontrolą rezystancji izolacji (SKI) oraz wyłącznikami różnicowoprądowymi ≤ 30 mA dla obwodów 400 V.

4. Integracja danych on-line vs off-line

• Informacje forów (Elektroda, 2023-2024) potwierdzają użycie 400 V w warsztatach KMC i na przenośnikach pomocniczych.
• Materiały PeBeKa (2016) wskazują szczegółowo KMC W74E3 i UC wraz z listą odbiorników 400 V.
• Katalog KGHM ZANAM 2023 wykazuje kruszarki, pompy i zestawy kontenerowe z silnikami 400 V dedykowane ZG „Lubin”.

Aktualne informacje i trendy

• Trend wzrostu mocy pomocniczej przenosi część odbiorników z 500 V na 400 V (niższy prąd, kompatybilność z komponentami EU).
• W nowych projektach (poziom 1050 m) wprowadza się zdalny monitoring rozdzielnic 400 V (IoT).
• Kopalnia testuje hybrydowe zasilanie maszyn akumulatorowych + ładowarki 400 V/200 A (rok 2024, pilotaż z Epiroc).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Silniki 400 V w wykonaniu Ex d/e lub Ex nA stosuje się jedynie w strefach pyłowych; ZG „Lubin” nie jest kopalnią metanową, więc wymagania są niższe niż w KWK.
• Typowy transformator IT3Sb-630/6/0,4 kV ma odczepy 400/231 V i 500/290 V – umożliwia zasilanie starszych urządzeń 500 V i nowych 400 V równolegle.

Aspekty etyczne i prawne

• Dane o dokładnych lokalizacjach są objęte ochroną informacji przedsiębiorstwa – w zestawieniu podano lokalizacje uogólnione, zgodne z wymogami bezpieczeństwa.
• Zakład musi zapewnić zgodność z Dyrektywą ATEX i polskimi przepisami WUG; każde urządzenie 400 V w strefie zagrożonej wybuchem wymaga certyfikacji Ex.

Praktyczne wskazówki

• Przy projekcie nowej instalacji 400 V stosuj układ IT i zabezpieczenia typu UKE-30/U (kontrola rezystancji izolacji).
• Przewody o żyłach pięcio-żyłowych (4 × żyła czynna + PE) zaleca się dla mobilnych pomp i wentylatorów – umożliwiają pomiar prądu upływu.
• Testy: pomiary impedancji pętli zwarcia, SKI < 50 kΩ, wyzwolenie RCD ≤ 30 mA/40 ms.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Spis nie obejmuje urządzeń wysokospecjalistycznych (np. stacje WiFi 400 V PoE) ze względu na brak publicznych danych.
• Rzeczywista konfiguracja sieci 400 V ulega częstym zmianom wraz z postępem frontów eksploatacyjnych.

Sugestie dalszych badań

• Audyt efektywności energetycznej sieci 400 V w kontekście planowanych maszyn bateryjnych.
• Analiza harmonicznych THDi w sieciach 400 V zasilających falowniki pomp i wentylatorów.
• Ocena możliwości przejścia z 6 kV/500 V na 11 kV/690 V zgodnie z trendem światowym.

Krótkie podsumowanie

W ZG „Lubin” napięcie 400 V zasila szerokie spektrum urządzeń pomocniczych – od pomp, wentylatorów i przenośników, po warsztaty i akumulatorownie. Źródłem są lokalne stacje 6 kV/400 V zlokalizowane na wszystkich kluczowych poziomach wydobywczych. Dane potwierdzają m.in. komory maszyn ciężkich (-570 m, ‑799 m), komory pomp (-720 m, ‑950 m) i podszybia szybów jako główne centra odbiorców 400 V. Modernizacja sieci koncentruje się na monitoringu online, integracji z IoT i przygotowaniu do zasilania floty maszyn akumulatorowych.