ESTUDIO DE ACCIONAMIENTO ELÉCTRICO PARA SISTEMA DE VENTILACIÓN EN MINA SUBTERRÁNEA

Abstract

Mining is the engine of the economy in our country, where underground mines have become very important in the last decade. This due to lower grades of copper of open pit mines. Sernageomin requires to have the air flow necessary for the safety of the people working inside underground mines. That is why the ventilation system, studied in this paper, is a critical issue for mining companies. This report presents a technical and economic evaluation, that allow us to justify the option to control air flow of the ventilators of mine Punta del Cobre to different hours of day. For this it is proposed to use multilevel inverters, this for the advantages that this team has on respect of energy savings and control over motor operation. Where the results of the economic evaluation, with recovery times of two years and nine months, were satisfactory on a stage with lower copper prices. Are discussed some of the topologies of multilevel inverters utilized and existing mo- dulation techniques to obtain the voltage and frequency desired at the inverter output. The advantages and disadvantages of the equipment are presented more performing a technique comparison regarding them. Being the cascade multicell converter the equip- ment selected for the motor of fan. This due to its superior performance compared to other equipments, in relation to its reliability, simplicity, technical support and lower cost. One of the main objectives of this report is to analyze the interactions that occur between the inverter output and the motor, especially with potential problems that may arise. It studied the damage in the motor insulation due to overvoltages appearing at its terminals due the use of long cables, especially between coil ends. The problem by leakage currents also is analyzed, these circulate through different paths, including the existent bearings, caused by the occurrence of common mode voltages. To overcome these drawbacks some mitigation measures were indicated. Among this there are, in each case, technical solutions that relate to procedures and installation modes. Depending on the magnitude of the problem, different types of independent or combined filters are proposed. These were compared with a simulation in high frequencies. This allowed to define the type of filter to be used as part of the proposed change.La minería constituye uno de los motores más importantes para la economía de nuestro país. Donde las minas explotadas de forma subterránea han tomado un papel relevante en la última década por la disminución de las leyes, que se están presentando, en las minas de cielo abierto. Sernageomin exige como requisito contar con el caudal de aire necesario para resguardar la seguridad de las personas que trabajan en minas sub- terráneas. Es por ello que el sistema de ventilación, como el estudiado en este trabajo, es un tema crítico para las empresas mineras. El trabajo aporta con la evaluación técnica y económica, la cual permite justificar la opción de variar el caudal de aire en los ventiladores principales de Mina Punta del Cobre a diferentes horas del día. Para lo anterior se propone utilizar convertidores de frecuencia multinivel, por las ventajas que este equipo posee respecto al ahorro de ener- gía y control sobre el funcionamiento del motor. Lo más destacable es el resultado de la evaluación económica que, con tiempos de recuperación de dos años y nueve meses, fueron satisfactorios en un escenario con un bajo precio del cobre. Se estudiaron algunas de las topologías de inversores multinivel más conocidas y, ade- más, parte de las técnicas de modulación para la obtención de la tensión y frecuencia deseada en la salida del inversor. Se presentan las ventajas y desventajas de los equipos, realizando una comparación técnica respecto a estos. El resultado señalaría al inversor multicelda en cascada como el equipo seleccionado para el control de los motores de 1.000 HP. Esto debido a sus prestaciones superiores respecto a otros equipos, en rela- ción a su confiabilidad, simplicidad, soporte técnico y menor costo. Uno de los objetivos centrales de esta memoria fue el análisis de las interacciones que ocurren entre el inversor y el motor, especialmente lo relacionado a posibles problemas que pueden surgir. Se estudió el daño en la aislación del motor, como el que afecta a los extremos de bobina, a causa de sobretensiones que aparecen en los terminales debido a la utilización de cables largos. Se analiza también el problema que representan las corrientes de fuga, las que circulan por distintas trayectorias, incluida la existente por los rodamientos originadas por la aparición de la tensión de modo común. Para redu- cir o eliminar estos inconvenientes se indicaron algunas medidas de mitigación. Entre ellas existen, para cada caso, soluciones técnicas que tienen relación con procedimientos y modos de instalación. Adicional a ello, dependiendo de la magnitud del problema, se plantean distintos tipos de filtros independientes o combinados, los cuales fueron comparados gracias a la simulación de modelos del sistema en alta frecuencia. Esto per- mitió definir el tipo de filtro para ser utilizado como parte del cambio de accionamiento planteado