Úszókotrók villamos berendezése

Úszókotrók villamos berendezésének felújítása frekvenciaváltókkal

Régi cikk: [link]
(2006)

Szerző:
Lippai Mihály villamosmérnök
bányagépészeti és bányavillamossági szakértő
villamossági tervező
Átszerkesztés alatt: 2012. 04. 10-től

BEVEZETÉS

A hazai kavicsbányászatban elterjedt az a módszer, hogy külföldön felszámolt cégek után, vagy más okból használaton kívül helyezett, esetenként több 20-25 éves, általában lerobbant úszókotró berendezéseket vásárolnak meg; ezeket többé-kevéssé felújítják, majd évekig tovább termelnek velük. Ezek többnyire tekercselt forgórészű (csúszógyűrűs, ellenállásos indítású) tartalmaznak az emelőműben.
A felújítások csak a legritkább esetekben történnek korszerű eszközökkel. Általában a 30-40 éves műszaki színvonalnak megfelelő állapotot konzerválják az ilyenkor.

Miről van szó?
a.) A villamos elosztó-kapcsoló berendezés 20-25 év alatt elhasználódik. Különösen a a csúszógyűrűs hajtásokhoz használt mágneskapcsoló-rendszer (általában 2x3-4 forgórész-köri és 2x2 db főáramköri mágneskapcsoló) gyakori hibaforrás.
b.) A forgórész-köri ellenállás (ellenállás szekrény) nehezen javítható, 1-1 ilyen gyártmány ma már alig beszerezhető, drága.
c.) A tekercselt forgórészű motorok állandó kopó alkatrésze, hibaforrása a csúszógyűrűkhöz tartozó keferendszer.
b.) A hajtásban erőteljes szerepe van a mechanikus fékeknek, melyek így szintén sűrűn kopó, állandó beállítást igénylő elemek ebben a rendszerben.
Látszólagos korszerűsítés általában az egyszerű PLC-vel való kiegészítés, amely ugyanazt az indítóellenállás-sort kapcsolgatja, a régi, nagy mágneskapcsolókon keresztül.
Ez tehát az egyik oldal, de miért újítson fel úszókotrót frekvenciaváltókkal, elektronikával, PLC-vel az, akit nem egy másutt hasznavehetetlen szerkezetet akar reaktiválni?
Miért frekvenciaváltó?
A frekvenciaváltó teljesen elektronikus eszköz. Több 100 kW-os motorok indítására alkalmazható nagy áramú, mozgó, elektromechanikus alkatrészek (érintkező) nélkül.
A frekvenciaváltós hajtásban rövidre zárt forgórészű aszinkron motor alkalmazható, amely jóval olcsóbb minden más motorfajtánál, s a csapágyon kívül nincs más kopó alkatrésze. (De a meglévő csúszógyűrűseket is lehet használni; ld. később).
A frekvenciaváltós hajtásnál a hálózat felé nincsenek nagy indítási áramok.
Nincs meddőteljesítmény-fogyasztás.
A hajtás jól szabályozható. Minden üzemállapotnak megfelelően, pillanatról-pillanatra állíthatók a szükséges sebesség, felfutás, fékezés, nyomaték stb. paraméterek.
Külön kiemelendő, hogy a süllyesztési sebesség megnövelhető. (Nagyobb kitermelési mélységhez lehet rá szükség.) Az üresen is több tonnás markolókanál süllyesztésekor keletkező villamos energiát teljes egészében vissza lehet táplálni a villamos hálózatba.

Ez az írás összefoglalja a tapasztalatait egy ilyen felújításnak, fejlesztésnek, amely egy 1985-ben gyártott kotróval kezdődött, ami szintén használtan került az országba. A munka előnye az volt, hogy az üzemben még termelt egy régi, bérelt gép, így a megoldás, a program kidolgozása a viszonylag nyugodt körülmények, a segítőkész környezetben történhetett.

AZ ÚSZÓKOTRÓK FAJTÁI

A felújítás során markolókanalas kotrók közül két főtípussal találkoztam.

1. ábra (kép): billenőgémes úszókotró

Az emelőmű a több pontonból összerakott úszóművön (hajón) található. A kiemelés a középen lévő "kútból" történik, majd markolókanál felső állapotában a gémet hidraulika segítségével megdöntik, s így az a túl nagy részek visszatartására szolgáló kaliberrács felett üríthető. A kaliberrács alatti bunkerből adagolóajtón át jut az anyag a - szükségszerűen szintén az ugyanezen úszóművön elhelyezett - víztelenítő rázóasztalra.

2. ábra (kép): futómacskás úszókotró


A felépítés, működés annyiban különbözik az előzőtől, hogy az emelő, főhajtómű-rendszer a hídon (magasban), a futómacskán van felépítve, melyet villamos motoros hajtás továbbít a kiemelés helyéről (kút) a kaliberrács-bunker-víztelenítő rázóasztal fölé.

A fentieken kívül sokféle más típus, kombináció is létezik, többek között olyan, amelynél a hídon – inkább lábakon – vannak a termelőmű motorjai, hajtóművei, kötéldobjai, és amely nem mozog, hanem a felemelt kanál alá surrantót hajtanak fel (alulról) vagy be (oldalról). Létezik ugyanez fix gémmel, amikor a hajtóművek a fedélzeten vannak. Léteznek tovább más eljárások vedersoros kotróktól a szivattyúval, vízzel termelő kotrókon át a folyón, tavon uszályra termelő katamarán rendszerű kotrókig.

Aki azonban úszókotró felújításra adja a fejét, az egy konkrét típussal rendelkezik. És az országba bekerült régiek közül aligha van - még azonos gyártótól is! - két egyforma típus, amelyre felújítást lehetne tipizálni.

Az úszókotrók hajtásairól általában

Az emelőberendezésekben a hajtások legnagyobb problémája mindig az indításkor szükséges nagy nyomaték. Az markolókanalas úszókotrók emelési folyamataiban ez fokozottan érvényesül: a kanálzárás és az anyag kiemelésének, kiszakításának – figyelembe véve az esetleg jelentkező omlásokat – többszörös a nyomaték-igénye, mivel az emelés első másodperceiben a teher többszörösének megmozdítására lehet szükség. Ebből a szempontból előnyös a záróköteles markoló, mert a zárómotor, illetve kötél az anyag kiemelésében is részt vesz. Míg a hidraulikus zárású kanalakkal ellátott gépeknél nagyobb motorra van szükség. (Konkrétan: ha ugyanolyan biztonsággal akarja kiemelni az anyagot, akkor ugyan 1 db motor szükséges, de kétszeres teljesítménnyel.)
A nagy indítónyomatékot adó hajtások hagyományos módja a tekercselt forgórészű (csúszó-gyűrűs) motorok alkalmazása. Egyes szakirodalmi források szerint, egy időben egyenáramú hajtásokkal is kísérleteztek.

Tekercselt forgórészű (csúszógyűrűs) aszinkron motorok

A tekercselt forgórészű hajtások nagy nyomatéka tehát előny, ugyanakkor a nem körültekintően létesített (horribile dictu: méretezetlen) energiaellátás, hosszú 2-300 m-es kábelvonalak esetén a többszörös nyomatékhoz szükséges többszörös áramok megengedhetetlenül nagy feszültségesést okozhatnak.
E tekintetben kivételt képezhetnek azok a megoldások, amelyeknél a 20/0,4 kV vagy 6/0,4 kV-os transzformátor az úszóművön van.

3. ábra

Rövid magyarázat mellett tekintsük meg a 3. ábra diagramját.
A motor indításakor rendre az 1-2-3-4-5. görbék szerinti karakterisztika adódik a forgórész-köri ellenállások fokozatonkénti kiiktatásakor. A rövidre zárt csúszógyűrűt – tegyük fel – a számmal nem jelölt görbe jelenti. Jól látható, hogy létezik olyan alkalmasan megválasztott ellenállás, amikor a billenőnyomaték eltolódik a nulla fordulatszámig, az indításig. Következésképpen: indításkor a szükséges nagy nyomatékot is létre lehet hozni.
A motorok nagyáramú kapcsolói, a csúszógyűrű, a kefék, az indítóellenállás-rendszer gyakori hibaforrások, illetve rendszeres karbantartást igényelnek.

Egyenáramú hajtások

Az egyenáramú hajtásokban az egyenirányító rendszer különlegessége, a kapcsolórendszer, a kommutátor stb. jelenthet problémát, lehet karbantartás-igényes.
Figyelemre méltó, hogy az egyik szakirodalmi forrásom (a nyers-fordítása: itt van) éppen egyenáramú hajtásokkal gyártott berendezéseknek aszinkron motorosra, frekvenciaváltósra való átalakítását taglalja. Nyilván a fenti hátrányok miatt, és mert az egyenáramú motor sokkal drágább, mint az aszinkron. A vezérelt egyenirányító miatt az egyenáramú hajtások hálózati áramának felharmonikus tartalma rendkívül nagy. Az egyenáramú is képes visszatáplálni a hálózatba, de ehhez ennél is egy másik egységre (ld.: majd a „Frekvenciaváltós hajtások”) van szükség, egy második vezérelt egyenirányítóra.
Az egyenáramú hajtással kapcsolatban érdemes múlt időben beszélni. Sok gyártó már megszüntette a gyártását, mivel a frekvenciaváltós aszinkron hajtások jellemzői ma már messze túlszárnyalják az egyenáramú hajtásokét.

Frekvenciaváltós hajtások

Mivel én kifejezetten ilyen hajtásokkal foglalkozom; bármilyen felújítás tervezése, programozása részemről csak ilyen megoldásokkal képzelhető el. Ezért e fejezet egyben a lehetséges megoldásokat is tartalmazza.
A frekvenciaváltós hajtások esetében a másik forrásból [link] származó 4. ábra szolgál segítségül. A frekvenciaváltóval történő táplálás esetén az aszinkron motor felfuttatása (akár rövidre zárt forgórészű csúszógyűrűs, akár kalickás motor) a frekvencia folyamatos növelésével történik. Ezzel a táplálási móddal megvalósítható a névleges motorárammal, de legalább is a más indítási módokhoz képest azokénál jóval kisebb árammal történő felfuttatás (a motor terhelésétől függően). Ez azért lehetséges, mert a frekvenciaváltóval táplált motor munkapontja felfuttatás alatt is a nyomaték– fordulatszám-karakterisztika üzemi szakaszán marad.

4. ábra

Szélső esetben – „0” fordulaton a motornak szintén üzemi munkapontja van.
Szemben minden más indítási móddal: a lágyindítástól kezdve a csillag-háromszög indításon és az ellenállásos csúszógyűrűs indításon keresztül a kalickás motorok direkt indításáig, a frekvenciaváltós indítás soha nem a billenőnyomaték alatti (rövidzárási) tartományban történik, hanem az adott frekvenciához tartozó munkapontban.
Feltétlenül rögzíteni kell még, hogy frekvenciaváltóval a motorok indítási árama mindaddig nem lépi át a névleges értéket, amíg azok nincsenek túlterhelve. Természetesen indítási túlnyomatékhoz megnövekedett áram is szükséges a gyakorlatban, de soha nem a más esetben előfordulható 7-8x-os rövidzárlati tartományba tartozó érték!
A frekvenciaváltós hajtás cosφ értéke a teljes felfutás és üzem alatt végig 1 marad, mert a hálózat felé a szűrőkondenzátorokkal ellátott egyenirányító egy változó ohmos ellenállásnak tekinthető.
Kétségtelen viszont, hogy a kondenzátorok félperiódusonként előálló töltőárama felharmónikusokat termel, amelyek az erre érzékeny más készülékeket zavarhatják. A bányák - esetenként még maga a hajó is - önálló transzformátorállomásról üzemelnek, melyek hálózatán a kompenzálás kondenzátorai (ha vannak), esetleg a rendszerben lévő más elektronikus készülékek lehetnek felharmónikus-érzékenyek. Ezért – és általában – fojtótekercses, ún. bemeneti fojtós szűrésektől nem ajánlatos eltekinteni.
Az emelőhajtásokat tekintve mindig felvetődik a fékezés problémája süllyesztéskor, amit hagyományosan, frekvenciaváltókkal is ellenállásos fékező egységgel oldanak meg, ami veszteséget jelent.
A süllyesztéskor szükséges fékező teljesítményt teher tömege (esetünkben az üres kanál) és a süllyesztési sebesség határozza meg.
Tapasztalataim a névleges fordulatszámmal történő süllyesztéskor a két motor összteljesítményének 35-40%-a a keletkező teljesítmény (de mindig csak az emelőmotor táplál vissza), amely elég jelentős ahhoz, hogy valamely visszatáplálási eljárásban gondolkozzunk.
Kotró utáni, illetve a kotró elosztójáról (transzformátoráról) üzemeltetett mögöttes technológiát lehetséges szintén frekvenciaváltóról táplálni. Majd minden frekvenciaváltó típusnak van "közbenső köri", kivezetett egyenáramú kapcsa, melyeket összekötve DC-sínt lehet képezni. Alkalmasan megválasztott típusok közül a technológia hajtásához és az emelőműhöz tartozó frekvenciaváltókat tehát DC-sínen keresztül össze lehet kötni.

5. ábra

DC-sínen összekapcsolt frekvenciaváltós hajtások - Schneider-Electric gyári ajánlásAmikor az emelőmotor DC-kapcsain megnövekszik a feszültség, a DC-sínen lévő többi frekvenciaváltó hálózati oldali egyenirányítói zárnak, a frekvenciaváltók inverterei a DC-sínről veszik az áramot, és a keletkező energiát így a technológia használja el. (Addig az így táplált technológia-rész hálózatból nem vesz fel áramot.) Ez a működő berendezés betáplálási árammérőjén is jól követhető.

A DC-kapcsokra (DC-sínre) hálózati visszatápláló-fékező egységet is lehet kapcsolni, mely egy invertert tartalmaz: a keletkező egyenáramot cosφ=1 értékkel a hálózat háromfázisú váltóáramává alakítja, s így jön létre a visszatáplálás.
Általában a technológia csak a keletkező energia 45-50%-át lenne képes felhasználni, de ez egyedi vizsgálatot igényel.
A tapasztalatok 2 x 55-90 kW-os főmotor teljesítményekre vonatkoznak. Valami arányosság azonban van, mert ilyenkor 22-30 kW víztelenítő vibrátor-teljesítmény lehet, illetve 5,5-11 kW-os szalag-motorok vannak (cca: 4-6 db). Nem szabad azonban ezzel direktben számolni: a motorok adattábla-teljesítménye egyrészt tengelyteljesítmény, és a felvett hatásos teljesítmény ennél nagyobb is lehetne (hatásfok), de a legtöbb esetben a hajtásokban a szükségesnél nagyobb teljesítményű motorokat alkalmaztak. Egy konkrét tapasztalatom szerint, ahol a tervezett állapothoz képest még az ékszíjas hajtóműveket is kicserélték időközben, a számított 70-75 kW hatásos teljesítmény helyett a visszatáplálásban részt vevő gépek végül – teljesen rakottan, szalag felgyorsítva stb. – csak 30-31 kW-ot vettek fel. A süllyesztés, az emelőmotor generátoros üzeme közben viszont – névleges fordulaton is – 52 kW-ot táplált (volna) vissza.
A motorok hajtása frekvenciaváltókkal mindenképpen előnyös egyrészt a cosφ=1 érték miatt, másrészt szükség lehet pl. a vibrátorok pontos frekvenciájának beállítására, vagy célszerű lehet a szalagok sebességének változtatása, megnövelése. (Konkrét esetben az 50/60hz-es motorok tápláló frekvenciáját kellett 60 Hz-re emelni, mert így nagyobb hatásos teljesítményfelhasználásuk volt.)
Megjegyzendő, hogy – miként az általában két hajtómotoros vízleválasztó vibrátorok – a szalagok is táplálhatók páronként 1 db frekvenciaváltóról, ami egyrészt kényszer, mert némely frekvenciaváltó típusoknál csak bizonyos teljesítmény felett van kivezetett DC-kapocs, másrészt előny, mert az ár/teljesítmény arány így jobb.
Legtöbbször a vegyes megoldás látszik célravezetőnek, amelynek elvi rajzát a 6. ábra mutatja.

6. ábra

(Katt a képre a nagyításhoz!)
Nem mindig lehet azonban előre eldönteni technológiai frekvenciaváltók és a hálózati visszatáplálás arányát csupán a kedvező ár érdekében. Minimálisan a víztelenítő vibrátort mindig be lehet vonni ebbe a rendszerbe. A cosφ minimalizálás, az esetleges frekvenciaváltoztatási igény miatt, de a visszatáplálás bármely módja mellett a vibrátor leállási lengései is csökkenthetők a rendelkezésre álló fékezési lehetőséggel.
Azokban az esetekben, amikor a mögöttes technológia táplálásához, vezérléséhez nem lehet, vagy nem érdemes hozzányúlni (pl. a szalagok gerinckábeles ellátása esetén, vagy a közelmúltban újították fel) akkor a fékezés 100%-ához hálózati visszatápláló-fékező egységet kell használni.
A hálózati fékező, visszatápláló egység sajnos mindig drágább, mint a hasonló teljesítményű frekvenciaváltó, ára alkalmasint azok kétszerese is lehet.

Nagyobb mélységből történő termelés esetén lehetőség van a süllyesztési sebesség növelésére (persze, a régi motor, hajtómű stb. ennek határt szabhat); és ilyenkor feltétlenül nagyobb fékezőteljesítményre van szükség.

Az energiaellátással szemben támasztott követelmények

A frekvenciaváltók kapcsain a feszültség nem csökkenhet 380 V alá, ami -5% feszültségesésre vonatkozó követelményt jelent 400 V-os néveleges feszültség mellett. Más gépek indítása sem okozhatja a feszültség 380 V érték alá csökkenését. Ezért előnyös a technológia más gépeinek frekvenciaváltós táplálása, mert ez a hátrányos eset nem fordulhat elő.
Szokás a táptranszformátor kapcsain a feszültséget megnövelni 410-415 V-ra, és előny az is, hogy a frekvenciaváltós hajtás önmaga eleve jóval kisebb feszültségesést okoz a kábelvégen.
A úszóművön lévő transzformátor esetén ilyen feszültségesési problémák aligha fordulnak elő, de kisfeszültségű kábeles táplálás kritikus lehet.

A hálózati táplálás rendszere általában TN-rendszer. (Úszóműveken más ellátási rendszer nem alkalmazható.)

A motorokkal szemben támasztott követelmények

Fontos tudni, hogy meglévő kotrón a termelőművön a tekercselt forgórészű (csúszógyűrűs) motorokat néhány módosítással fel lehet használni. De a megoldás legfontosabb előnye, hogy teljes felújítás, új beszerzés esetén az olcsóbb, rövidre zárt forgórészű motorokat lehet alkalmazni.

Felújítás a gyakorlatban

A motorokkal kapcsolatos munkákat általában a Megrendelőnek célszerű elvégezni, vagy elvégeztetni, megfelelő útmutatás alapján, más munkákkal összehangoltan.

  • Frekvenciaváltós üzemeltetéshez a csúszógyűrűket belül, a forgórészen rövidre kell zárni. (Forrasztás, keményforrasztás, sínes áthidalás.) A kefék nem maradhatnak meg, mert elkopásuk működési zavarokat okozhat.
  • A motor (és egyébként a rendszerbe bevont, DC-sínen összekötött összes motor) szigetelésének kifogástalan állapotban kell lennie. (A nagyon régi motorok szigetelése esetleg nem bírja a frekvenciaváltós üzemet, ami az ilyen gépek gyors tönkremenetelét okozhatja.)
  • A motoroknak belső hővédelemmel kell rendelkeznie (a frekvenciaváltó kezeli; utólag is beépíthető bár nem lesz annyira korrekt, mint a gyári, pl. tekercsfejbe épített érzékelőkkel).
  • Szükséges lehet forszírozott szellőzés (külső ventilátor ráépítése). Új motort célszerű így rendelni, a meglévő csúszógyűrűs motorok pedig általában jól kiegészíthetők ventilátorral.
    Ilyeneknél nem az axiális, hanem éppen a kefetartó ház-részre ráépített rásegítő megoldás jöhet szóba. A szerkezeti megoldást a gyártói katalógusokból lehet ellesni.
    (A ventilátoroknak nem szükséges állandóan üzemelni, ha a motor tekercsfejébe nem csak a szokásos PTC-vel, hanem folyamatos, analóg hőmérséklet-érzékelővel rendeljük.
  • A motorok tengelyvégeire inkrementális enkódert (digitális, irányérzékeny, impulzus-adót) kell szerelni. (1-2 katalóguslap enkóderekről itt).
  • A hajtásláncnak kiegyensúlyozottnak, műszerrel beállított módon együttfutónak, egytengelyűnek, rezgésmentesnek kell lennie.
  • A kötélhelyzet-másoló kapcsolónak (Kopierschalter) legalább újszerű (felújított) állapotúnak kell lennie, mert biztonsági véghelyzeti funkciókra továbbra is fel kell használni.

Az enkóderről

Alkalmazásával a pontos megállás, a kanálzárás érintkező nélküli vezérlése és a mélységmérés valósítható meg, illetve a rögzítőfékek szerepe korlátozható (enkóderrel a frekvenciaváltós hajtás a terhet fék nélkül is képes megtartani).
A fékek – általában elektrohidraulikus féklazítókkal – biztonsági rögzítő funkciója vészleállás, áramszünet esetére megmarad.
Enkóder nélkül a berendezést nehéz biztonságosra építeni; a fék kioldás változó, definiálatlan, illetve nem pontosan beállítható ideje miatt. De mindenképpen szükséges véghelyzetkapcsolós féklazító beszerzése, olyan, amelyet az eredeti féklazító-gyártók kínálnak.
A bizonyos frekvenciaváltókból nem olvashatók ki az enkóder adatai, ezért ilyenek alkalmazása esetén a hajtás elemeire valahol (pl. a tengelykapcsoló csavarjait felhasználva) induktív közelítés-érzékelőket kell szerelni, melyek által a mélységmérést és a kanálzárás műveleteket szintén meg lehet oldani. (Ez is nagyon egyszerű megoldás.)

Fékek

Az általában elektrohidraulikus féklazítók villamos motorosak, kifogástalan állapotúaknak kell lenniük. Célszerű, ha a kioldott/zárt állapotát véghelyzetkapcsolóval lehet a rendszernek visszaadni. Gyártó itt: http://www.emg-eltma.de/docs/elhy1.html

Villamos berendezés, kábelezés

Általában szükséges a teljes villamos berendezés cseréje is, értve ez alatt az úszókotróról vezérelt minden gép motorvédelmét (visszajelzéssel, segédérintkezőkkel), a gépek forgásérzékelőkkel egészítendők ki, illetve a különféle régi véghelyzetkapcsolók cseréjére sem kerülhető el.
A kábelezés cseréje csak annak rossz állapota (ami nagyon valószínű) esetén szükséges, valamint ki kell egészíteni a rendszert megfelelő védelemmel ellátott mérő (enkóder, hőmérő) és vezérlőkábelekkel (forgásérzékelő, véghelyzetek stb.).
A termelőmű motor-kábeleinek a cseréje a futómacskás típusoknál nem egyszerű és drága, ezért a hossz-problémáknál toldani célszerű. Egyéb gépeknél ez nem szempont; így általában a kábelek cseréje ajánlatos.

Vezérlőrendszer

Az előző pontban leírtakra (villamos berendezés cseréje) azért van szükség, mert ilyen felújítás csak PLC-s vezérléssel vállalható, aminél a legkevesebb, hogy a kapcsolórendszer állapotáról és a gépi berendezés minden működéséről legyen visszajelzés.

7. ábra

Terminal - illusztráció  - Schneider-Electric A hibajelzéshez, hibakereséshez, konfiguráláshoz alfanumerikus vagy egyszerű grafikus terminált használhatunk. Pl. ilyet; ez érintőképernyős (ld.: 7. ábra), de olcsóbb, billentyűzetes is lehet.
Az új berendezésekben a PLC fölött újabban ipari számítógépet és külön megjelenítést is alkalmaznak, de ezt hazai (felújítási) viszonylatban nem látom szükségesnek.
Ajánlható viszont az internetes kapcsolat biztosítása, egy - az alkalmankénti megjelenés helyett távolról megvalósítható - felügyeleti tevékenységhez.
A PLC-nek a frekvenciaváltókkal egybeépített típust is lehet választani, lévén, hogy így olcsóbbnak tűnik, és ha frekvenciaváltó meghibásodik, vagy akár a kiesik táplálása, a PLC függetlenül működik tovább.
A frekvenciaváltók, a PLC és a terminál valamilyen adatbuszon kommunikál, lévén, hogy fordulatszám, áram-, nyomaték-, teljesítmény stb. értékek folyamatos olvasására és írására, valamint a frekvenciaváltó paramétereinek üzem közbeni megváltoztatására (pl. indítási rámpa típusa, felfutási idő stb.) van szükség. A technológia szerkezetén és megrendelés igényességén múlik, hogy a kommunikáció még mire terjed ki.
Pl. a technológia további részeinek táplálása gerincvezeték jellegű is lehet (kivéve a frekvenciaváltóval ellátott, DC-sínre csatlakoztatott részekét), és minden indítás a helyi mágneskapcsolókkal történhet. Ehhez rendelkezésre állnak egyszerű buszvezérlésű programozható eszközök (kis PLC-k, illetve egészen konkrétan még buszvezérlésű mágneskapcsolók is[!], melyek által összesen 1 érpáron kezelhetők az eszközök.

Kapcsolófülke

8. ábra


Kapcsolófülke méretével szemben támasztott követelmény alaphelyzetben (kb. 2 x 55-90 kW termelőművi motorteljesítményig) 1,80-2,2 m x 3,5-4,0 m alapterület és min 2,20-2,30 m belmagasság, valamit teljes víz elleni védettség. A frekvenciaváltókat ugyanis a fülke falára célszerű szerelni, mert a fülke légterének légcseréjét egyszerűbb együtt megoldani, mintha az eszközök még egy szekrényen belül lennének.
Üzem közben hűtés szükséges 1000-2000 m3/h légcserével, lehetőleg zárható zsalukkal. (be-szívó-oldali és ventilátor oldali zsaluk.) A külső hőmérsékletnek +10 °C alá való csökkenése esetén, s üzemszünetben kb. 1-2000 W fűtés kell a páralecsapódások elkerülése végett.
Ha nem áll rendelkezésre ekkora fülke, akkor a betápláló elosztó, motoros, távvezérelt megszakítóval, az említett zavarszűrő fojtók (nem tartalmaznak elektronikus elemeket) a fedélzeten is elhelyezhető, míg a PLC rendszer és a frekvenciaváltók számára feltétlenül járható-zárható, fűthető fülkerész kell. (Nem lehet műhely, raktár stb. Viszonylagos tisztaság, por és rágcsálómentesség szükséges.)
A kábelezésnek padozat alatt célszerű a haladni. (Az eddig látottaknál dupla padozat volt, és a fülke a hajótesttől is el volt emelve. Más esetben – szekrények feletti kábeltálca, vagy hasonló - a belmagasság függvényében.)

Kezelőhelyiség

9. ábra


A régi gépek meglévő kezelőhelyiségei általában elég szűkösek. ezért alkalmasint az ilyenekből minden más célú szekrényt, villamos berendezést (pl. erősáramú betáplálást, főkapcsolót) célszerű eltávolítani. A pult(-ok) többnyire megfelelő alakúak, azonban a kezelőfelületek, panelek cseréjére minden esetben sor kerül. Ez összefüggésben van a vezérlőrendszer változtatásával.

10. ábra

A 9. ábra egy régit, a 10. ábra a felújított pult tervét mutatja.
A vezérlés egyszerűbb, mert pl. nincs szükség a szalagrendszer pultról történő egymás utáni indítására, mert karbantartáshoz helyi indítás kell, az üzemeltetéshez lehet automatikus, illetve frekvencia váltóról történő indítás más filozófia szerint történik. (Külön kijáratás üzemmód stb.)
A felújításra kerülő berendezéseknél a kezelőfülke fűtése/hűtése (klíma) általában anélkül biztosított, hogy ezt tervezőként külön elő kellene írni.
Minden esetben szükség van olyan felületre (asztal), ahol a laptopot el lehet helyezni, programozni, dolgozni lehet (nem csak a kezelőnek).
Általában célszerű tájékozódni, hogy milyen rendelet vonatkozik az egy fő munkavégző számára szükséges légtérfogatra, és annak figyelembevételével, hogy a hajón 2 (kettő) személynek kell jelen lenni, dolgozni, melegedni stb., és a meglévő fülkét esetleg idejekorán cserélni kell.

Átalakítás menete

Cégünkben ilyen rendszereket tervezek, programozok, mint önálló tervező, miközben ilyen és más munkák kivitelezését szoktam irányítani. A tervezés és kivitelezés fázisa ketté is válhat, illetve az utolsó csavar kiírásáig nem szoktunk tudni árat adni a kivitelezésre. Motorcserék, gépészeti átalakítások, kábelezés, jól elhatárolt feladatait célszerű helyben tartani, különös tekintettel arra, hogy az átalakítás ideje alatt a személyzetnek nincs termelési feladata.
Csak a szükséges szekrények gyártásánál, illetve a rendszer helyszíni telepítésénél célszerű a bevált kapcsolatainkat igénybe venni, mert megoldásainkat (csak egyszerűsítés végett, és nem titkolózás okán) nem célszerű mindig műhelyrajz formájában új kivitelezőknek kiadni, illetve esetleg 2-300 km-t utazgatni tervezői művezetés céljából.

A munka részei

Tervezés

  • Legtöbbször az egész termelőmű üzemi méretezését (fordulatszámok, nyomatékok, emelési sebesség stb.) is el kell végezni, különösen ha már eleve nem az eredeti motor, nem az eredeti kanál van fent, esetleg társtervező, tanácsadó bevonásával.
  • Szükséges lehet az energiaellátás ellenőrzése, előzetes mérések stb.
  • Az energia-ellátás feltételeinek megteremtése
  • Betáplálás, motorok kábelezése stb.
  • Az új erősáramú ellátó, illetve automatika rendszer gyártatása, szállítása
  • Elosztó-kapcsolószekrény, frekvenciaváltók, PLC, vezérlőpult átalakítás
  • Helyszíni telepítés
    Fenti szállított rendszer beépítése, bekötése
  • Programozás
    PLC illetve – szükség esetén – grafikus megjelenítés.
  • Üzembe helyezés, próbaüzem 15-20 műszakos jelenlét.

Ártájékoztató

A frekvenciaváltó rendszer ára – tájékoztatólag – 55-90 kW-os motorokig 2-3 MFt (nettó) lehet. De mint említettem, nincs kopás, ellenállás, ellenállás-hiba, kapcsolórendszeri meghibásodás stb. És egy rövidrezárt forgórészű aszinkron motor mindig olcsóbb minden más rendszerűnél.
A többi berendezés – technológia kapcsolórendszere – elosztószekrények, PLC, vagy további helyi vezérlők költségei 4-5 MFt-t tehetnek ki.
A tervezés, programozás díja a szokásos Mérnöki Kamarai díjszabások szerint állapítódik meg s attól is függ, hogy mi mindenféle előkészítős számításokat kell elvégezni, energiaellátást, stb. hogyan, s miként kell méretezni, illetőleg – a programozást tekintve – mennyi egyedi probléma adódik. A tervezői, programozói jelenlét a beüzemelésnél könnyen átlátható, elszámolható.
De hangsúlyozni kell: az ilyen felújítás nem szériamunka; két azonos gépet aligha találunk az országban. Azon kívül igazodni kell a technológiához, kezelők helyi szokásaihoz, amelyeket befolyásolnak a gépeken időközben létrehozott változtatások is.A tapasztalataim a behozott gépek állapotával kapcsolatban nagyon rosszak. A helyzet hasonló lehet egy új korától 25-30 éve Magyarországon üzemelő gép esetében is. Korszerű berendezést létrehozni csak teljes felújítás esetén lehet.

Hajózási Felügyelet - engedélyezés

Amennyiben a hajónak van már felügyeleti engedélye, lajstromszáma stb., a hajózási felügyeleti előírások részleges ismerete mellett jelzem, hogy villamos berendezés átalakításáról a dokumentációt legkésőbb egy ellenőrzés során ők maguk fogják bekérni. Ha nincs, akkor a az egyéb engedélyek mellett a biztonságosan kivitelezett, dokumentált villamos berendezés elfogadtatása nem ütközik nehézségbe.

A munka időigénye

Egy ilyen felújítás teljes időigénye 3-4 hónap is lehet. A felmérés, a tervezés-előkészítő szakasza után a beszerzések, elosztók gyártatása stb., melyeket - meglévő gép esetén - még szezonban, termelési időszakra lehet időzíteni. A kültéri munkák - motorcserék, kábelezés, de még a szekrények beépítése is - időjárásfüggőek, ezért egy korábban befejezett szezont kell kalkulálni. Szeptember-október még megfelelhet, de ha az időjárás nem engedi, és novemberben nem lehet eljutni a befejezéséig, a szerelés véglegesítése, egyszerű próbák téli időszakban is lehetségesek (mert mind fent írtam, a kapcsolófülkének és a kezelőhelynek is fűthetőnek kell lennie), de próbaüzemet alighanem csak a következő szezon kezdetekor lehet tartani.

Függelék

Ez a leírás a 2006-ban közzétett cikk 1.50-as verziója alapján, annak kiegészítésével készült. Az eredeti elérési úton már nem frissítem.

Jegyzet

Enkóder

http://dubble.extra.hu/tudasbazis/dcmotor.htm

Előadás

a "Bányagépészet a Műszaki Fejlődésért Alapítvány" 2005. szeptember 30-án elhangzott előadás (Rónyai Sándor - Lippai Mihály - Korszerű, energiatakarékos villamos hajtásrendszerek a kő- és kavicsbányászatban) volt a később szerkesztett cikk alapja
2006