Linie kablowe znajdują zastosowanie w wielu sektorach, między innymi w górnictwie. Konieczny jest jednak ich właściwy dobór, pod uwagę trzeba wziąć przede wszystkim koszty budowy i eksploatacji. Trzeba znaleźć kompromis między jak najniższą ceną inwestycji oraz obniżeniem strat energii.
Dlaczego w górnictwie wykorzystuje się linie kablowe?
Linie kablowe są kluczową częścią instalacji elektroenergetycznej w kopalniach, ale stosunkowo wysokie koszty inwestycji i eksploatacji sprawiają, że są sporym obciążeniem dla budżetu. Trzeba więc dobrze rozważyć dobór podzespołów, szczególnie że duża żywotność linii kablowej oznacza inwestycję na lata. Linie kablowe zapewniają bezpieczeństwo i niewielkie ryzyko awarii, ale trzeba dobrze przeanalizować względy ekonomiczne, żeby koszt eksploatacji nie stał się dla kopalni zbyt dużym obciążeniem. Przy projektowaniu często pomija się straty energii, które od momentu jej wyprodukowania do odbiorcy mogą wynosić od 8 aż do 15%.
Jakie są koszty zastosowania linii kablowych?
Podstawą kontroli nad kosztami inwestycji oczywiście jest wykorzystywanie prawidłowej technologii układania, aby uniknąć uszkodzenia kabli. Stosuje się więc taki sprzęt, jak przyczepa kablowa, dzięki której można bezpiecznie transportować bębny. Niektóre proponowane metody ograniczania strat energii, takie jak zastosowanie materiałów przewodzących o wysokiej konduktywności czy kabli o dużej powierzchni chłodzenia, niestety są trudne do wdrożenia w praktyce. Stawia się więc raczej na zwiększenie napięcia sieci przesyłowej i poprawę współczynnika mocy.
Trudno jest precyzyjnie przewidzieć koszty eksploatacji, ponieważ nie ma pewności co do przyszłych cen energii i obciążenia kabla. Oprócz tego, są one zależne od wielu czynników, przede wszystkim:
- Strat mocy podczas przepływu prądu przez żyły robocze,
- Strat dielektrycznych w izolacji,
- Konieczności konserwacji, napraw i remontów linii kablowej,
- Przekroju żył roboczych - im większy przekrój, tym wyższy koszt zakupu, transportu, ułożenia kabla i osprzętu. Przy większym przekroju spadają za to koszty związane z przepływem prądu obciążenia.
Dobór linii kablowych w górnictwie
Dobór kabla powinien być kompromisem między wszystkimi czynnikami, które warto wziąć pod uwagę. Pierwszym z nich zazwyczaj jest obciążalność prądowa długotrwała, zależna przede wszystkim od konstrukcji kabla, rezystancji, przekroju i materiału wykonania żył oraz dopuszczalnej temperatury materiału izolacyjnego. Niezależnie od wielkości kabla elektroenergetycznego, do jego cięcia wykorzystuje się nożyce do przewodów, aby bezpiecznie i precyzyjnie przeciąć żyły. Na obciążalność w mniejszym stopniu wpływa np. temperatura w pomieszczeniu. W górnictwie wykorzystuje się obecnie głównie kable elektroenergetyczne z roboczymi żyłami miedzianymi oraz izolacją z polwinitu lub polietylenu usieciowanego.
Chociaż razem ze wzrostem przekroju żył spadają koszty przepływu prądu, dąży się do wyboru kabla o jak najmniejszych żyłach, możliwego do wykorzystywania przy konkretnym obciążeniu. Zapewnia to wiele korzyści: niższą cenę kabla, łatwy transport i układanie, niewielki koszt osprzętu i ewentualnych napraw oraz mniejsze narażenie na działanie prądów ziemnozwarciowych. Kable o niewielkim przekroju żył roboczych mają mniejszą masę, średnicę zewnętrzną i promień zgięcia. Podczas ich układania wciąż wykorzystuje się np. włókno do kabli, ale jest to znacznie łatwiejsze. Trzeba się jednak liczyć z faktem, że podczas 20-30 lat eksploatacji linii kablowej, zbiorą się znaczne straty energii elektrycznej, które przy kablach o niewielkim przekroju żył są dość znaczne.
Od czego zależą straty energii w liniach kablowych?
Oczywiście straty energii nie są zależne wyłącznie od przekroju żył roboczych. Wynikają ze strat dielektrycznych w izolacji oraz powstawania ciepła w żyłach roboczych, kiedy przepływa prąd obciążenia. Ciepło, w mniejszym stopniu, powstaje również w innych elementach przewodzących np. ekranach i pancerzach. W żyłach roboczych straty różnią się w zależności od rezystancji i wartości prądu obciążenia. W żyłach o niewielkim przekroju rezystancja jest wyższa, co prowadzi do większych strat. Właśnie dlatego, w górnictwie wykorzystuje się kable elektroenergetyczne o miedzianych żyłach roboczych, aby możliwie ograniczyć straty energii. Oszczędnością jest też wykorzystywanie kabli o izolacji z polietylenu usieciowanego, ponieważ współczynnik strat dielektrycznych wynosi dla tego materiału zaledwie 0,004, a dla polwinitu – 0,1.
Koszt strat energii elektrycznej jest oczywiście zależny od aktualnej ceny prądu. Zdarza się jednak, że już po kilku latach eksploatacji, koszty strat przekraczają początkową cenę zakupu kabla. Co ciekawe, kable elektroenergetyczne można zaliczyć do środków trwałych, dlatego podlegają odpisom amortyzacyjnym. Roczne koszty użytkowania linii kablowej wynikają z amortyzacji, utrzymania linii i strat energii. Przyjmuje się, że konserwacja linii, obejmująca m.in. ewentualne naprawy, to ok. 1% kosztu zakupu kabla elektroenergetycznego. Stawkę amortyzacji można przyjąć na 8%, chociaż jest zależna od sytuacji na rynku oraz czasu użytkowania linii kablowej.
Infrastruktura elektroenergetyczna jest tak istotna w przemyśle górniczym, że niewłaściwy dobór kabla może wiązać się z naprawdę wysokimi kosztami, dlatego konieczne są szczegółowe kalkulacje.
