鉱山変圧器の防爆およびシールド技術
採掘作業において、変圧器は送電のバックボーンです。{0}地下採掘装置に電力を供給する場合でも、地表の鉱石処理プラントの稼働を維持する場合でも、変圧器は信頼性を維持する必要があります。しかし、鉱山環境は厳しいものです。地下にはメタン、石炭粉塵、その他の可燃物が存在します。地上では埃っぽく湿気が多く、機械からの振動が常にあります。さらに、掘削機や破砕機などの機器が起動すると、負荷が常に急増します。ここで適切な保護が施されていない通常の変圧器は、火花爆発や短絡によっても簡単に故障する可能性があります。{4}}したがって、電力の安全と安定した生産を維持するには、鉱山変圧器の防爆とシールドを適切に行うかどうかが重要です。--
I. 採掘環境が変圧器に突きつける特有の課題
鉱山の「高リスク + 高摩耗」条件では、変圧器には通常の産業環境よりもはるかに多くのことが要求されます。主な頭痛は次の 3 つに要約されます。
爆発の危険は現実的です。地下では、メタン (主な可燃性ガス) と石炭の粉塵が爆発性濃度に達する可能性があります。変圧器の内部に絶縁破壊があり、アークが発生したり、変圧器の表面が 650 度 (メタンの発火点) を超えたりすると、爆発が起こります。
環境被害は深刻です。地下湿度はしばしば 85% を超え、硫化水素などの腐食性ガスが発生します。地上では、鉱石の粉塵と石炭の粉塵が急速に堆積しており、-これにより変圧器のシェルが錆び、冷却部品が詰まり、絶縁体が浸み込みます。
動作条件はあらゆる場所で発生します。採掘装置はノンストップで起動および停止するため、負荷が突然跳ね上がります。地下空間も狭いため、-トロッコや爆発による振動により、変圧器内の部品が緩んだり、絶縁体が摩耗したりする可能性があります。
II.鉱山変圧器のコア防爆技術
鉱山用変圧器は、炭鉱安全規則や GB 3836.1 (爆発性環境 - パート 1: 機器の一般要件) などの規則に従う必要があります。防爆の主なタイプは「耐燃性」と「安全性の向上」の 2 つです。-それぞれが異なる高リスク領域に適合します。-
1. 耐圧防爆変圧器：爆発に対する「安全壁」
耐圧防爆モデル（「Ex d」のマークが付いている）は、メタン噴出のある炭鉱や可燃性ガスのある金属鉱山など、非常に危険な採掘地域-に最適です。-ここでの主な考え方は、「内部で爆発しても、火は外部に広がらない」ということです。主な設計上の動きは次のとおりです。
丈夫な耐燃性シェル: シェルは溶接鋼または鋳鋼です。{0}厚さはサイズによって異なります（100kVA 変圧器には少なくとも 8 mm の厚さのシェルが必要です）。また、「難燃性接合面」-を備えており、カバーと本体は0.15～0.25mmの隙間でぴったりとフィットします（メタン地域の場合）。隙間から火が漏れるのを防ぎます。
内部の防爆対策-: 巻線には、高温エポキシ樹脂に浸した H- クラス（180 度以上）の絶縁材が使用されています。-これにより、過負荷時の絶縁破壊やスパークを防ぎます。また、鉄心と巻線の間には難燃層があり、アークのリスクを軽減します。{6}}
圧力解放：シェルの上部には「破裂ディスク」（通常はアルミホイル）があります。故障により内部の圧力が高まりすぎると (通常は 0.15MPa に設定されます)、ディスクが最初に壊れて圧力を解放します。-そうすることでシェルが吹き飛ばされることはありません。
これらは、地下採掘切羽やメタン抽出ステーションに最適です。{0}これらは炭鉱の地下変圧器として最も一般的なタイプです。
2. 安全性の向上した変圧器: 発火リスクを軽減する「アクティブ保護」
安全性向上モデル (「Ex e」とマーク) は、「火花が発生したり、熱くなりすぎたりする可能性のある部品を取り除く」ことで機能します。地表の鉱石処理工場や採掘補助作業場など、可燃性ガスのないほこりの多い場所に適しています。-コア技術には次のものが含まれます。
スパーク部品なし: タップチェンジャー (通常の変圧器の一般的なスパーク源) を省略し、代わりに固定巻線タップを使用します。端子台は火花を防ぐために密閉されており、電線は圧着端子で接続されており、火花の原因となる接続の緩みを防ぎます。
厳密な温度制御: 巻線には銅線 (アルミニウムよりも優れた放熱性) が使用されており、追加の冷却スペース (少なくとも 15 mm 間隔のヒートシンクなど) を備えています。全負荷で動作している場合、巻線の温度上昇は 60K 未満にとどまります。-したがって、屋外が 40 度の場合、最高温度は 100 度となり、石炭粉塵の発火点 (700 度以上) をはるかに下回ります。
より強力な絶縁：鉄心とシェルの間に絶縁パッドがあり、全体が絶縁塗料に浸されているため、ほこりの蓄積による漏電を防ぎます。
Ⅲ． -鉱山変圧器向けのオールラウンドシールド技術
防爆に加えて、変圧器を長持ちさせ、非防爆故障を避けるために、塵、湿気、振動、負荷スパイクから保護する必要があります。{0}}以下に 4 つの主要なシールド動作を示します。
1.防塵：蓄積や詰まりを防ぎます。
鉱山粉塵-特に石炭粉塵や鉱石微粉-は冷却フィンや断熱材に付着し、放熱を損ない、絶縁抵抗を低下させます。これを修正するには:
シーリングとフィルタリング: 変圧器の空気入口には防塵フィルタ (ナイロン メッシュと活性炭層) があり、出口には塵の逆流を防ぐ一方向弁が付いています。-シェルには少なくとも IP54 の保護が適用されています。-これは、ほこりのほとんどをシャットアウトし、侵入した粉塵が動作に影響を与えることはありません。
アクティブなダスト クリーニング: 大きな表面変圧器には、時限式パルス集塵機を取り付けることができます。{0}2 時間ごとに空気を吹き込んで清掃します。地下のものは滑らかな殻と、ほこりが積もらないように傾斜した上部を持っています。作業員は毎月、圧縮空気（最大0.4MPa）を使って冷却フィンを吹き飛ばします。
2. 防湿および防錆: 湿気と腐食との戦い
地下の湿気と腐食性ガス（硫化水素など）により、シェルが錆び、断熱材が浸み込みます。解決策は「湿気を遮断して乾燥させる」ことです。
-防食コーティング: シェルには 3 層のサンドブラスト処理が施され、-錆を除去し、次にエポキシ亜鉛-を豊富に含むプライマーを塗布し、次にポリウレタン トップコートを塗布します。全体の厚さは少なくとも 80μm で、1000 時間の塩水噴霧試験に耐えることができます。内側の鉄心と巻枠には耐湿性の絶縁塗料が施されています。-
除湿と監視: 油-で満たされた変圧器には、油が空気に触れないようにするための「ブラダー-} タイプの油保護器」が付いています。また、吸湿剤も含まれています (色が変化するシリカゲル-が含まれており-、濡れると青からピンクに変わるため、交換する必要があります)。地下変圧器には、-温度-湿度センサー-が組み込まれており、湿度が 90% 以上になると除湿器が作動します。
3. 振動保護: 機械的損傷をカット
鉱山機械 (掘削機やトロッコなど) からの振動により、巻線や端子が緩む可能性があります。これを防ぐには:
安全な設置: 地中変圧器は、厚さ 20-30 mm のゴム製ショック パッド (ニトリルゴム、減衰率 0.3 以上) を備えた鋼製ブラケットに設置され、振動を吸収します。表面変圧器は、クラッシャーなどの振動源から少なくとも 5 メートル離れた鉄筋コンクリートの基礎の上に設置されます。
内部補強：巻線はガラス繊維テープでしっかりと巻かれており、巻線と鉄心の間には弾性絶縁があります。タップチェンジャーが付いている場合は、変速時の振動を防ぐロックが付いています。
4. 過負荷と温度保護: 負荷のスパイクに対処する
採掘装置は頻繁に起動および停止するため、突然の負荷スパイクが発生し、変圧器が過熱したり、絶縁が劣化したりする可能性があります。解決策は「監視 + 冷却」です。
負荷監視: 低電圧側には、電流を追跡するスマート電流計が付いています。{0}}電流が定格の 120% を超えると (20% 過負荷)、アラームが鳴ります。 150% に達すると、自動的に電源がオフになります。
冷却の向上: 地中変圧器は「油浸式自己冷却-+強制空冷」-を使用しており、過負荷になるとファンが作動します。大型の地上変圧器 (500kVA 以上) には水冷システムを搭載できます。目標は、オイルの最高温度上昇を 55K (GB 1094.2 あたり) 未満に抑え、過熱を防ぐことです。-
IV.現実世界で使用するための重要なヒント-
地域に適した変圧器を選択してください。メタンを使用する地下炭鉱の場合は、耐圧防爆 (Ex d I) を選択してください。ガスのない粉塵の多い金属鉱山地域では、安全性の向上 (Ex e II) が機能します。表面の非危険エリア（オフィスなど）では、通常の変圧器を使用できますが、防塵と湿気からの保護を追加できます。
定期的なメンテナンスを欠かさないようにしてください。耐火接合部の表面を毎週チェックし、-錆や大きすぎる隙間がないか確認してください。絶縁抵抗を毎月テストしてください (高電圧から低電圧まで、接地は 250MΩ 以上である必要があります)。-吸湿剤のシリカゲルがピンク色になったら4分の1ごとに交換してください。
緊急時の対処法を知っておいてください。変圧器から奇妙なノイズが発生したり、油温が急上昇したりした場合は、すぐに電源を切ります。地下ではまずガスレベルを確認してください-メタンが 0.5% 未満の場合にのみカバーを開けてください。通電中の変圧器では決して作業しないでください。-ここでの火花は致命的です。
V. まとめ-
結局のところ、鉱山用変圧器の防爆とシールドは 1 つのものではなく、{0}}システム全体に関わるものです。爆発を防ぐための耐圧防爆設計または安全性を強化した設計に加えて、稼働を維持するための塵、湿気、振動、過負荷に対する保護が必要です。テクノロジーだけではありません。-適切なモデルを選択し、メンテナンスを継続することも必要です。これらすべてを実行すると、変圧器は厳しい採掘条件でも安全で信頼性が保たれ、生産のために電力を供給し続けることができます。