Nghiên cứu đánh giá và đề xuất một số giải pháp nhằm đảm bảo an toàn điện giật khi vận hành các mạng điện hạ áp 660v công ty than mạo khê tkv

VŨ VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN ĐIỆN GIẬT KHI VẬN HÀNH CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 660V CÔNG TY THAN MẠO KHÊ - TKV LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT N

VŨ VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN ĐIỆN GIẬT KHI VẬN HÀNH CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP

660V CÔNG TY THAN MẠO KHÊ - TKV

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2015

VŨ VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN ĐIỆN GIẬT KHI VẬN HÀNH CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP

660V CÔNG TY THAN MẠO KHÊ - TKV

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Những nội dung được trình bày do chính bản thân tôi thực hiện Tất cả các số liệu thu thập, các kết quả tính toán là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày……tháng… năm…………

Tác giả luận văn

VŨ VĂN HÙNG

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 660V MỎ

MẠO KHÊ, ĐÔNG TRIỀU, QUẢNG NINH

3

1.1 Môi trường làm việc của các thiết bị điện mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông

Triều, Quảng Ninh

3

1.2 Đặc điểm mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều,

Quảng Ninh

4

1.3 Thông số cách điện của mạng hạ áp 660V so với đất ở mỏ hầm lò Mạo

Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

10

Chương 2: ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN AN TOÀN ĐIỆN GIẬT MẠNG

ĐIỆN HẠ ÁP MỎ HẦM LÒ MẠO KHÊ, ĐÔNG TRIỀU, QUẢNG

NINH

18

2.2 Tính toán trị số dòng điện giật khi người chạm trực tiếp vào một pha của

mạng điện hạ áp 660V

30

2.3 Tính toán trị số dòng điện giật khi người chạm vào vỏ thiết bị điện có

điện “chạm vỏ”, vỏ được tiếp đất bảo vệ

40

Chương 3: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ĐIỀU KIỆN

AN TOÀN ĐIỆN GIẬT ĐỐI VỚI MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 660V MỎ MẠO

KHÊ, ĐÔNG TRIỀU, QUẢNG NINH

45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

Bảng Tên bảng Trang

1.1 Thống kê số lượng, nguồn gốc xuất xứ của các rơle rò đang sử dụng

trong mạng điện hạ áp mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

7

1.2 Thông số cấu hình mạng điện hạ áp hầm lò 660V mỏ Mạo Khê, Đông

Triều, Quảng Ninh

8

1.3 Các thông số cấu hình mạng hạ áp hầm lò 660V điển hình mỏ Mạo

Khê, Đông triều, Quảng Ninh

10

1.4 Kết quả tính toán thông số cách điện các mạng điện hạ áp 660V mỏ

hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

14

1.5 Thông số cách điện mạng hạ áp hầm lò 660V mỏ Mạo Khê, Đông

Triều, Quảng Ninh

2.3 Công thức tính dòng điện an toàn khoảnh khắc Ia.k 22

2.5 Sự phụ thuộc giá trị điện trở cơ thể người vào điện áp tiếp xúc và trạng

thái da

26

2.6 Quan hệ giữa giá trị điện áp tiếp xúc và dòng điện an toàn khoảnh

khắc tương ứng với thời gian tác động cho phép của dòng qua người

27

2.7 Điện áp tiếp xúc và dòng điện qua người lớn nhất cho phép ở chế độ

làm việc bình thường của thiết bị điện

27

2.8 Điện áp tiếp xúc lớn nhất cho phép ở chế độ sự cố của thiết bị điện

sản xuất, điện áp lớn hơn 1000V tần số 50Hz, trung tính nối đât trực

27

2.10 Điện áp tiếp xúc Utx và dòng điện qua người In lớn nhất cho phép ở

chế độ sự cố của các thiết bị điện sản xuất có điện áp đến 1000V

trung tính nối đất trực tiếp hoặc cách ly và có điện áp lớn hơn 1000V

trung tính cách ly

29

2.11 Kết quả tính trị số dòng qua người khi không bù và bù hoàn toàn

thành phần điện dung của dòng rò (Ud =660V, Rn = 1000Ω)

37

2.12 Bội số dòng rò qua người trong các trường hợp không bù và bù hoàn

toàn thành phần điện dung của dòng điện rò

39

2.13 Kết quả tính toán dòng điện qua người khi tiếp xúc với vỏ thiết bị có

điện “chạm vỏ”, vỏ được nối đất bảo vệ

42

3.1 Sơ đồ nguyên lý bù thành phần điện dung của dòng điện rò qua cơ thể

người bằng điện cảm của cuộn cản trong rơle rò loại YAKИ

50

3.3 Sơ đồ thay thế tính toán dòng điện rò một pha mạng hạ áp mỏ hầm lò 54

3.5 Đồ thị biểu diễn hàm ir=f(t) và Ir=f(t) khi không bù thành phần điện

dung của dòng điện rò

phần điện dung của dòng điện rò

3.11 Đồ thị Ir=f(L) ứng với các giá trị N khác nhau khi bù thành phần điện

dung của dòng điện rò ở nấc 18H

61

3.12 Đồ thị Ir=f(L) ứng với các giá trị N khác nhau khi bù thành phần điện

dung của dòng điện rò ở nấc 18H

61

3.13 Đồ thị Ir=f(L) ứng với các giá trị N khác nhau khi bù thành phần điện

dung của dòng điện rò ở nấc 10H

62

3.14 Đồ thị Ir=f(L) ứng với các giá trị N khác nhau khi bù thành phần điện

dung của dòng điện rò ở nấc 10H

62

3.15 Vùng vận hành đảm bảo an toàn điện giật trong các trường hợp bù

thành phần điện dung của dòng điện rò

63

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sản xuất than trong tương lai chủ yếu tập trung vào khai thác hầm lò Sản xuất than hầm lò phải đảm bảo an toàn, trong đó đảm bảo an toàn điện giật cho người là một trong những mối quan tâm hàng đầu Trong điều kiện môi trường mỏ khắc nghiệt, thiết bị quá cũ,…vấn đề nghiên cứu các giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật đối với mạng điện hạ áp mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh là đề tài mang tính thời sự và cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá, đề xuất một số giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật khi vận hành các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

Phạm vi nghiên cứu đề tài: nghiên cứu các giải pháp nhằm đảm bảo an toàn điện giật cho con người khi vận hành các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

4 Nội dung đề tài

 Tổng quan về các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

 Đánh giá điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

 Kết luận và kiến nghị

5 Phương pháp nghiên cứu

 Thống kê số liệu thực tế và sử lý số liệu

 Ứng dụng phần mềm mô phỏng Matlab-Simulink để nghiên cứu điều kiện đảm bảo an toàn điện giật các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Đề tài nghiên cứu đánh giá điều kiện an toàn điện giật khi vận hành các mạng điện hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh, và đề xuất các biện pháp đảm bảo an toàn điện giật đối với các mạng điện này khi vận hành, vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

7 Cơ sở tài liệu

Luận văn được thực hiện dựa trên cơ sở các tài liệu sau:

 Các sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của mạng điện hạ áp 660V mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

 Bảng số liệu đo kiểm tra tình trạng nối đất hàng quý của thiết bị điện trong các mạng điện hạ áp 660V của công ty;

 Các công trình nghiên cứu về an toàn điện giật ở trong nước và nước ngoài;

 Quy phạm trang bị điện (TCVN 2328, ) và Quy phạm an toàn điện

8 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm 3 chương, 19 bảng, 20 hình vẽ được trình bày trong 66 trang Sau đây là nội dung luận văn

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 660V MỎ MẠO KHÊ, ĐÔNG

TRIỀU, QUẢNG NINH 1.1 Môi trường làm việc của các thiết bị điện mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

Môi trường vi khí hậu trong các hầm lò khai thác than rất khắc nghiệt: nhiệt

độ 20÷35ºC, độ ẩm không khí rất cao 98÷100%, có rất nhiều bụi bẩn, nấm mốc Nước mỏ có tính axit hoặc kiềm, trong nước có thể chứa cả các khí có hại

Trong quá trình khai thác than bằng công nghệ khoan, nổ mìn, khấu than bằng máy khấu phát sinh rất nhiều bụi than Nồng độ bụi than trong không khí các đường lò rất cao, ngoài ra bụi than còn lắng đọng bám trên nóc lò, vì chống và phủ trên nền lò

Trong không khí mỏ có các thành phần chủ yếu là khí mêtan CH4, các đồng đẳng của khí mêtan và một vài khí khác Trong đó khí mêtan là khí nguy hiểm nhất

dễ gây ra cháy nổ bầu không khí mỏ Đặc tính và cường độ thoát khí mêtan trong khai thác than phụ thuộc chủ yếu vào chiều sâu khai thác, sự tích tụ khí trong vỉa than, áp lực khí trong vỉa, độ biến chất của than, khả năng thẩm thấu khí, đồng thời còn phụ thuộc vào hệ thống khai thác, trình tự khai thác, tiến độ đi lò

Điều kiện môi trường làm việc khắc nghiệt dẫn tới làm giảm nhanh cách điện của thiết bị điện Độ ẩm của môi trường làm tăng cường quá trình già hóa cách điện Ngoài ra, nước mỏ mang tính axit hoặc kiềm tác dụng trực tiếp lên cách điện, làm tăng quá trình hỏng hóc thiết bị

Các phần tử bụi bẩn trong không khí lắng đọng trên bề mặt cách điện thiết bị điện kết hợp với hơi nước làm giảm đáng kể điện trở bề mặt vật liệu cách điện và có thể dẫn tới hiện tượng phóng điện trên bề mặt Phụ thuộc vào các thành phần vật chất trên bề mặt vật liệu có thể xuất hiện các phản ứng hóa học và phản ứng điện hóa khác nhau Để loại trừ bụi bẩn cần sử dụng các biện pháp: dùng cách điện đặc biệt, che chắn, chế tạo dưới dạng kín, vệ sinh thường kỳ cách điện Khi độ ẩm của

môi trường cao có thể làm xuất hiện các nấm mốc tạo ra sự tác động axit làm phân hủy các vật liệu cách điện Sự thay đổi hóa học của vật liệu cách điện còn có thể xảy ra do sự trao đổi vật chất của một số loại vi khuẩn và côn trùng trong môi trường

Đất đá cũng gây ảnh hưởng tới vật liệu cách điện, dung dịch muối ở trong đất có thể làm tăng cường tác động hóa học và điện hóa, các loại côn trùng ở trong đất gây ra quá trình tác động vi sinh lên vật liệu cách điện Đất đá làm giảm nhanh các tính chất cách điện của vật liệu, nhất là đối với các loại cao su tự nhiên và cao

mỏ ẩm ướt có điện trở cách điện ổn định ở mức 1-4kΩ và điện dung dao động trong phạm vi 1,2 – 1,8µF [7] Vì vậy, đối với mạng điện mỏ cần phải sử dụng cách điện

có khả năng chống ẩm cao, các động cơ và thiết bị điện cần chế tạo dạng kín, bên trong thiết bị nên đặt các phương tiện chống ẩm Vật liệu cách điện của các thiết bị điều khiển và bảo vệ cần được phủ kín bằng các lớp sơn chống ẩm

Khởi động từ là thiết bị sử dụng khá nhiều trong mạng điện mỏ Nước cùng với bụi than ngưng tụ trên bề mặt ở phía trong khởi động từ, gây ảnh hưởng trực tiếp tới trạng thái cách điện của khởi động từ Trong các mỏ than thường có các hạt bụi lưu huỳnh tác động xấu đến khả năng cách điện của cáp điện mỏ

1.2 Đặc điểm mạng điện hạ áp trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

1.2.1 Cấp điện áp sử dụng

Trong vài năm gần đây, được sự chỉ đạo của Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam, hầu hết các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò sử dụng cấp điện áp 660V

1.2.2 Máy biến áp khu vực

Các trạm biến áp khu vực đặt trong hầm lò ở mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh sử dụng máy biến áp phòng nổ di động trọn bộ chủ yếu của Nga (mã hiệu TKIIIBII, TCIIIBII và KTBII - 160, 180, 240, 250, 320, 400kVA), Trung Quốc (KBSGZY ), Việt Nam (TBHPP, TBHDP) điện áp 6/0,69(0,4)kV cung cấp đến các điểm phân phối điện hạ áp của công trường khai thác bằng cáp cứng và cáp mềm đặt trong đường lò Vì là các trạm biến áp phòng nổ, nên không phải xây dựng hầm trạm đặc biệt, giảm nguy cơ cháy nổ Mặt khác trạm biến áp loại này di chuyển

dễ dàng trên đường ray nên chẳng những đảm bảo được giá trị điện áp cho phép trên cực phụ tải mà còn giảm được tổng chiều dài mạng cáp hạ áp, do đó giảm được dòng rò để đảm bảo an toàn điện giật và an toàn nổ Hiện nay, các máy biến áp khu vực hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh làm việc với hệ số mang tải chủ yếu nằm trong khoảng β=0,420,84

1.2.3 Mạng cáp điện

Hiện nay mạng điện hạ áp mỏ hầm lò Mạo Khê thường sử dụng các loại cáp

có điện áp đến 1000V, chủ yếu do Nga sản xuất (ГPШH, ΓPIIIЭ) Mạng điện hạ áp

mỏ hầm lò thường dùng loại cáp cứng 3 lõi điện lực vỏ chì bọc thép và cáp mềm có màn chắn 3 lõi lực và một lõi nối đất

Đối với cáp mềm thường có những hư hỏng là do: cáp bị kéo trên nền lò có nhiều cục than và đá sắc cạnh làm xước cáp, đứt hoặc dập cáp, xoắn, do đất đá sập

lở, vì chống lò đổ rơi vào, bị cắt do các máy di chuyển, hư hỏng do ảnh hưởng của

Để bảo vệ cáp khỏi hư hỏng do tác động cơ học, cần lắp đặt cáp theo qui phạm

và thường xuyên theo dõi tình trạng vận hành của nĩ

1.2.4 Phụ tải điện hạ áp

Các thiết bị điện khu vực khai thác than lị chợ (ví dụ các động cơ băng tải, máng cào, quạt giĩ cục bộ, bơm cấp dịch ) cĩ điện áp 660(380)V, cĩ cơng suất đến 75 kW Đây đều là những thiết bị điện do Nga, Trung Quốc chế tạo theo kiểu phịng nổ

Các phụ tải điện khu vực đào lị chuẩn bị chủ yếu là các máy khoan khí ép, máy đào lị, các máy nén khí di động, máy xúc đất đá và các quạt thơng giĩ cục bộ Đây cũng là những thiết bị kiểu phịng nổ do Nga, Trung Quốc chế tạo

1.2.5 Thiết bị đĩng cắt, điều khiển, bảo vệ

- Để đĩng cắt và bảo vệ các tuyến cáp chính, mỏ Mạo Khê sử dụng các

Áptơmát phiđe do Nga và Trung Quốc sản xuất cĩ mã hiệu ÀB, ABB, DWG80

- Để đĩng cắt, điều khiển và bảo vệ các tuyến cáp cấp điện cho các phụ tải, mỏ Mạo Khê sử dụng các khởi động từ do Nga, Trung Quốc chế tạo cĩ mã hiệu: ПMBи, QJZ, BQZ, BKD,

Các thiết bị đĩng cắt, điều khiển và bảo vệ nĩi trên đa số đã qua nhiều năm sử dụng, nhiều thiết bị đã bị loại bỏ bớt các chức năng phụ trợ, chỉ giữ lại các chức năng cơ bản

1.2.6 Nối đất bảo vệ

Việc tuân thủ các quy định về nối đất bảo vệ cho các thiết bị điện được thực hiện nghiêm túc tại mỏ Mạo Khê, Đơng Triều, Quảng Ninh Kết quả đo điện trở nối đất bảo vệ của các khu vực trong mỏ Mạo Khê trong thời gian gần đây đều đạt yêu cầu với trị số điện trở tiếp đất tối đa nhỏ hơn 2 Ω theo Qui phạm [9]

1.2.7 Bảo vệ rị điện

Hiện nay trong các mạng điện hạ áp 660V mỏ Mạo Khê, Đơng Triều, Quảng Ninh sử dụng các loại rơle rị chủ yếu do Nga và Trung Quốc sản xuất như YAKИ, JY-82 (bảng 1.1)

Bảng 1.1: Thống kê số lượng, nguồn gốc xuất sứ của các rơle rò đang sử

dụng trong mạng điện hạ áp hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

Ở hầm lò

Nước sản xuất

Cộng Trung Quốc Nga

JY-82 660V

JJB 660V

JY-82 380V

YAKИ 660V A3KA Mạo Khê 30 2 4 6 1 43

Ưu nhược điểm của loại rơle JY-82:

- Rơle rò JY82 có ưu điểm là trong mạch sử dụng các phần tử bán dẫn có điều

khiển như Tiristo (SCR), dùng khuếch đại thuật toán làm phần tử so sánh và tạo thời gian trễ làm tăng độ nhạy và độ tin cậy Chế độ làm việc ít phụ thuộc vào sự dao động của điện áp lưới Cuộn bù có nhiều nấc nên có thể lựa chọn điện cảm bù

phù hợp với điện dung của mạng Nhược điểm của loại rơle này là không tạo được

đặc tính biến dạng và không có khả năng tự động kiểm tra tình trạng của các phần

tử trong sơ đồ bảo vệ, mạch bù điện dung thuộc loại bù tĩnh nên không hiệu quả nếu điện dung mạng thay đổi nhiều trong quá trình làm việc

- Rơle rò YAKИ có ưu điểm là đa năng, có thể tạo ra được đặc tính chính tắc

và biến dạng, tác động chính xác không nhầm lẫn Nhược điểm của loại rơle này là

độ nhạy thấp, khả năng bù thấp và không có khả năng tự động kiểm tra tình trạng của các phần tử trong sơ đồ [3]

Như vậy, trong hai loại rơle rò dùng phổ biến ở mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh thì chỉ có rơle rò YAKИ là có khả năng tạo được đặc tính bảo vệ rò biến dạng Rơle rò JY82 chỉ có khả năng tạo đặc tính bảo vệ rò chính tắc Nhược điểm của hai loại rơle rò trên là đều không có khả năng tự động kiểm tra tình trạng của các phần tử trong sơ đồ

1.2.8 Cấu trúc các mạng điện hạ áp 660V mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

Các thông số cấu hình mạng điện hạ áp hầm lò 660V của mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh được thống kê trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Thông số cấu hình mạng điện hạ áp hầm lò 660V mỏ Mạo Khê,

Đông Triều, Quảng Ninh

TT Tên mạng điện

Tổng số thiết bị đấu vào mạng

N (cái)

Chiều dài mạng đến phụ tải

xa nhất Lxn (m)

Tổng chiều dài mạng L (m)

Số nhánh n (nhánh)

37 Vỉa 8 quay đông XV TBII (-80) 6 143 311 2

38 Vỉa 8 quay đông XV TBII

39 Vỉa 9B đông tầng -80 5 350 405 2

40 Vỉa 9B đông tầng -150 12 520 890 3

41 Vỉa 8 tây TBII mức -150 8 312 537 2

42 Vỉa 8 tây TBII mức -80 3 370 489 2

43 Hầm bơm -150 4 110 210 1

Từ số liệu trong bảng 1.2 cho thấy:

- Tổng chiều dài mạng hạ áp nối điện trực tiếp với nhau L = 210÷1600m

- Số thiết bị đấu vào mạng N = 3÷25 (Cái)

- Chiều dài đến phụ tải xa nhất: Lmax = 110 ÷ 1033 (m)

- Số nhánh trong mạng n = 1÷4 (nhánh)

Dựa vào các số liệu trên, ta có trị số các thông số cấu hình của mạng điện hạ

áp 660V điển hình mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh cho trong bảng 1.3

Bảng 1.3: Các thông số cấu hình mạng hạ áp hầm lò 660V điển hình

mỏ Mạo Khê, Đông triều, Quảng Ninh

Tên mỏ

Chiều dài mạng đến phụ tải xa nhất trung bình L xntb, m

Tổng chiều dài mạng trung bình

L tổngtb, m

Tổng số thiết bị đấu vào mạng trung bình

N tb , Cái

Số nhánh trung bình

n tb , nhánh

Mạo Khê 554 789 9 2

1.3 Thông số cách điện của mạng hạ áp 660V so với đất ở mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

1.3.1 Các phương pháp đo thông số cách điện của mạng hạ áp xoay chiều

- Phương pháp sử dụng vôn kế và ampe kế (phương pháp MGI);

- Phương pháp sử dụng vôn kế và ampe kế (biến thể của phương pháp MGI);

- Phương pháp điểm trung tính nhân tạo;

- Phương pháp sử dụng dụng cụ nhạy pha;

- Phương pháp xác định độc lập các thành phần của tổng dẫn cách điện;

- Phương pháp sử dụng ampe kế - vôn kế - oát kế;

- Phương pháp sử dụng 3 vôn kế

1.3.2 Thông số cách điện của mạng hạ áp 660V trong mỏ hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô (trước đây) đã xác định được mối quan hệ giữa điện dẫn cách điện tác dụng với tổng số thiết bị đấu

vào mạng và điện dung của mạng với tổng chiều dài mạng như sau:

Gcđ = a1.N + b1, (1.1)

Ccđ = a2 L + b2 (1.2)

Gcđ = a3.N + b3.L + c3 (1.3)

Trong đó:

a1 - Hệ số, kể tới điện dẫn cách điện trung bình của động cơ điện, thiết bị điện

và điện dẫn cách điện tập trung của cáp trong từng điều kiện cụ thể

b1 - Hệ số thực nghiệm kể tới chiều dài trung bình của mạng và điện dẫn cách điện rải đều của cáp trong từng điều kiện cụ thể

a2 - Hệ số kể tới điện dung trung bình rải đều của cáp

b2 - Hệ số kể tới điện dung trung bình của các thiết bị điện đấu vào mạng và số lượng thiết bị trong từng điều kiện cụ thể

a3 - Hệ số kể tới giá trị trung bình của điện dẫn tập trung và thiết bị điện

b3 - Hệ số kể tới điện dẫn trung bình rải đều của cáp

c3 - Hệ số kể tới trình độ vận hành và điều kiện môi trường

Các công trình nghiên cứu thực nghiệm [2], [8] đã sử dụng phương pháp đo vôn kế và ampe kế do giáo sư L.V.Gradilin đề xuất (còn gọi là phương pháp MGI) được giới thiệu dưới đây

Khi ngắn mạch một pha xuống đất, ví dụ pha A thì dòng điện ngắn mạch của pha này được xác định theo công thức:

)]

1()1(

C B

f f

Y Y Y

a Y

a Y

C j G Y Y Y Y U

U

I B G

Hình 1.1: Sơ đồ đo thông số cách điện của mạng sử dụng vôn kế

và ampe kế (Phương pháp MGI)

Như vậy, khi dùng Vôn kế đo điện áp pha A so với đất và miliAmpe kế đo dòng ngắn mạch của pha này xuống đất, sau đó đem kết quả đo của miliAmpe kế chia cho kết quả đo của Vôn kế ta sẽ nhận được giá trị tổng dẫn cách điện của mạng

so với đất

Để xác định Gcđ, Bcđ, khi đo cần đưa thêm vào sơ đồ điện dẫn tác dụng phụ

gphụ (nếu dung dẫn trong mạng nổi trội) hoặc dung dẫn phản kháng phụ bphụ (nếu điện dẫn tác dụng cách điện trong mạng nổi trội) và đo điện áp phụ Uph của pha so với đất

Khi đưa điện dẫn tác dụng phụ vào mạch đo, tổng dẫn cách điện của mạng điện xác định theo công thức:

2 2 2 2

cd cd cd

phu

phu cd

phu cd

G Y B

g

g Y Y G

2 2 2 2

cd cd cd

phu

phu cd phu cd

G Y B

b

b Y Y G

(1.11)

Để giảm sai số khi đo cần dùng miliampe kế có điện trở trong nhỏ, vôn kế có điện trở trong lớn và đưa vào sơ đồ đo điện dẫn tác dụng phụ (hoặc dung dẫn phản kháng phụ) có giá trị thoả mãn điều kiện:

cd phu

cd phu

Y b

Y g

)22

1(

)22

1(

Bảng 1.4: Kết quả tính toán thông số cách điện các mạng điện hạ áp 660V mỏ

hầm lò Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh

L

G cđ (mS)

R cđ (kΩ)

r (kΩ/pha )

C cđ (μF)

C (μF/ph a)

6 DV than thượng V10 tây

Kết quả tính toán thông số cách điện mạng hạ áp 660V hầm lò mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh được tổng hợp trong bảng 1.5

Bảng 1.5: Thông số cách điện mạng hạ áp hầm lò 660V mỏ Mạo Khê, Đông

Triều, Quảng Ninh

Thông số

Tên mỏ

r min (kΩ/pha)

r max (kΩ/pha)

r tb (kΩ/pha)

C min (μF/pha)

C max (μF/pha)

C tb (μF/pha)

* (100%) mạng được khảo sát đều có giá trị điện dung lớn hơn điện dung tới hạn (Cth 0,07F/pha), từ (0,133 ÷ 0,507(F/pha)), với giá trị điện dung của mạng như vậy, khi xảy ra sự cố người chạm vào một pha của mạng điện, giá trị dòng điện qua người sẽ lớn hơn giá trị dòng an toàn lâu dài cho phép bất kể điện trở cách điện

của mạng lớn hay nhỏ Do vậy đối với mỏ Mạo Khê, Đông Triều, Quảng Ninh cần phải chỉnh định dòng tác động của rơ le rò theo trị số dòng an toàn khoảnh khắc cho phép

Chương 2 ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN AN TOÀN ĐIỆN GIẬT MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP MỎ

HẦM LÒ MẠO KHÊ, ĐÔNG TRIỀU, QUẢNG NINH

2.1 Tóm lược về an toàn điện giật trong mỏ

Khi làm việc trong mỏ, con người có thể bị tai nạn điện giật là do [6]:

- Chạm trực tiếp vào một pha của mạng điện;

- Chạm vào vỏ kim loại hay bộ phận bằng kim loại của thiết bị điện có điện chạm vỏ do cách điện bị chọc thủng;

- Chạm vào hai điểm trên mặt đất hay trên sàn có điện thế khác nhau do từ trường tản của dòng ngắn mạch đi vào đất sinh ra, tức là chịu tác dụng của điện áp bước;

- Chạm trực tiếp vào các bộ phận đã được cắt khỏi nguồn điện, song vẫn có điện áp do sự tích điện, do cảm ứng điện từ, hay cảm ứng tĩnh điện từ các thiết bị khác đặt gần chúng

2.1.1 Tác hại của dòng điện đối với cơ thể người

Khi dòng điện chạy qua người, cơ thể có thể bị tổn thương do các tác động sau đây:

+Tác động nhiệt: Làm cháy bỏng thân thể, thần kinh, tim não và các cơ quan

nội tạng khác gây ra các rối loạn nghiêm trọng về chức năng;

+Tác động điện phân: Biểu hiện ở việc phân ly máu và các chất hóa lỏng

hữu cơ dẫn đến phá hủy thành phần hóa lý của máu và tế bào;

+Tác động sinh lý: Gây ra sự hưng phấn và kích thích các tổ chức sống dẫn

đến co rút bắp thịt trong đó có tim và phổi, có thể làm ngừng hẳn hoạt động hô hấp

và tuần hoàn

Đa số các công trình nghiên cứu đều thống nhất cho rằng: tác hại của dòng điện đối với cơ thể con người phụ thuộc chủ yếu vào:

- Giá trị và thời gian tồn tại của dòng điện qua cơ thể

- Ngoài ra còn phụ thuộc vào: đường đi, loại và tần số dòng điện qua cơ thể, điện trở cơ thể người, tình trạng sức khỏe và đặc điểm tâm sinh lý con người

- Ảnh hưởng của giá trị dòng điện qua cơ thể

Dòng điện qua cơ thể người có giá trị càng lớn, mức độ nguy hiểm điện giật đối với người càng tăng

Khi bị điện giật mức độ tác động chủ yếu được nghiên cứu theo tác động kích thích vì phần lớn các trường hợp chết người là do tác động kích thích Dòng điện gây chết bởi kích thích tương đối bé (25-100)mA và điện áp không lớn, thời gian tác động khoảng vài giây

Khi mới chạm vào điện, điện trở của người còn lớn, dòng điện qua người chỉ gây kích thích cơ bắp làm ngón tay và tay co quắp lại Nếu không kịp thời tách khỏi vật mang điện, điện trở của người giảm dần, dòng điện tăng lên, sự co quắp cũng tăng lên đến mức cơ thể không còn khả năng tách khỏi vật mang điện, hệ tuần hoàn,

hệ hô hấp bị tê liệt Khi bị chết bởi dòng điện kích thích sẽ không thấy rõ chỗ dòng điện đi vào người và không gây thương tích

Các mức tác động của dòng điện đối với cơ thể người được thể hiện trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Các mức tác động của dòng điện đối với cơ thể người

STT Dòng điện,

1 0,9 Bắt đầu có cảm giác

2 0,9 – 1,2 Chỉ có cảm giác ở các điểm tiếp xúc với các bộ phận có điện

3 1,2 – 1,6 Có cảm giác tê ngón tay

4 1,6 – 2,2 Có cảm giác ở các khớp nối của các ngón tay

5 2,2 – 2,8 Ngón tay tê mạnh

6 2,8 – 3,5 Ngón tay tê rất mạnh

7 3,5 – 4,5 Mệt mỏi ở khuỷu tay, đối với người nhậy cảm đã thấy hơi đau

8 4,5 – 5,0 Hơi run tay

9 4,5 – 5,5 Đau ở khuỷu tay

10 5,5 – 7,0 Bắp thịt co lại và run, đau nhẹ, cảm giác khó chịu

11 7,0 – 8,0 Tay bắt đầu đau, cảm giác khó rời vật mang điện

12 8,0 – 9,5 Đau ở cánh tay

13 10

Cảm thấy đau ở toàn thể cánh tay gồm ngón, khớp và bàn tay Cảm giác tay khó rời vật mang điện tăng lên, nhưng có thể rời được

14 11 – 13 Cảm giác đau nhiều hơn trước Tay khó rời vật mang điện

15 13 – 15 Cảm giác đau rất khó chịu Tay rất khó rời vật mang điện

16 15 Cảm giác đau càng tăng Tay chỉ có thể rời vật mang điện

nếu dùng một lực khác kéo ra

17 20 Tình trạng sức khỏe rất xấu, tay không thể rời vật mang

điện, đau tăng lên, khó thở

18 50 – 80 Hô hấp tê liệt, tim đập mạnh

19 90 – 100 Hô hấp tê liệt, nếu kéo dài với thời gian t3s thì tim bị tê

liệt ngừng đập

-Ảnh hưởng thời gian tác động của dòng điện qua cơ thể

Thời gian tác động của dòng điện qua cơ thể người càng lâu điện trở cơ thể người càng giảm dần, cường độ dòng điện sẽ càng tăng, mức độ nguy hiểm càng lớn Mặt khác, thờii gian tác dụng của dòng điện càng lâu thì xác xuất trùng hợp của dòng điện với pha T (là pha dễ tổn thương nhất của chu trình tim) tăng lên và càng nguy hiểm

+ Dòng điện an toàn lâu dài Ia.l

Dòng điện tác động qua cơ thể người trong thời gian quá 3s và lâu tùy ý không làm chết người hoặc mất khả năng lao động của con người gọi là dòng điện

an toàn lâu dài (Ia.l)

Giá trị lớn nhất cho phép của dòng điện an toàn lâu dài tần số công nghiệp, không làm cho thiết bị bảo vệ tác động là cơ sở để chọn làm giá trị đặt chỉnh định của bảo vệ rò, được cho trong bảng 2.2 [6]

Trong luận văn này, chọn giá trị dòng điện an toàn lâu dài để tính toán lấy theo tiêu chuẩn của Liên xô(trước đây): Ia.l= 30 mA

Bảng 2.2 Giá trị lớn nhất cho phép của dòng điện an toàn lâu dài tần số công nghiệp

Tên nước

Giá trị lớn nhất cho phép của (I a.l ) tần số công nghiệp, mA

Liên Xô (trước đây)

- Không bù tự động thành phần điện dung của

dòng điện rò

30

- Bù tự động thành phần điện dung của dòng điện

Để ngăn ngừa điện giật có hiệu quả, đảm bảo cho con người tự thoát ra khỏi

bộ phận mang điện khi chạm phải, thì giá trị dòng điện xoay chiều tần số 50Hz phải được hạn chế 6mA, còn dòng điện một chiều 15mA

+ Dòng điện an toàn khoảnh khắc Ia.k

Dòng điện tác động qua cơ thể người trong thời gian từ 1-3s không làm chết người hoặc mất khả năng lao động của con người gọi là dòng an toàn khoảnh khắc (Ia.k)

Đa số các công trình nghiên cứu xây dựng mối quan hệ (xem bảng 1.6) giữa dòng điện an toàn khoảnh khắc với thời gian theo hai quan điểm [6]:

+ Quan điểm thứ nhất coi rằng I2ak..t= const, nghĩa là:

Iak =

t A

trong đó: A – là hằng số được xác định bằng thực nghiệm, A.s1/2;

t – thời gian dòng điện chạy qua cơ thể người, s

+ Quan điểm thứ hai coi rằng Iak t = const, nghĩa là:

Iak =

t A

Bảng 2.3 Công thức tính dòng điện an toàn khoảnh khắc Ia.k [10]

I a.k  50 Liên xô trước đây (Kiselop A.P,Trirkin P.T)

Cộng hoà Liên bang Đức (S Kepen, G Tolasi)

I a.k 18 Liên Xô trước đây (T.I Krivova; V.V

Lukovkin; V.I Telenkov)

13

t

I a.k 1010 Hội đồng Kỹ thuật quốc tế và Hiệp hội các nhà

sản xuất và phân phối điện năng, 1972

. arch t

I a k 

Liên Xô trước đây (N.V Sipuvov; A.I

Rebiakin)

(*) Ia.k (mA)-giá trị hiệu dụng dòng điện an toàn khoảnh khắc; t (s)-thời gian tác

động của dòng điện Ia.k Trong luận văn này để tính toán giá trị của dòng an toàn khoảnh khắc có thể sử dụng công thức của Hội kỹ thuật điện quốc tế Giơnevơ- 1962:

Thời gian tác động t của dòng điện Ia.k được quyết định bởi thời gian cắt mạng của thiết bị bảo vệ và thời gian suy giảm sức điện động dư của các động cơ điện đấu vào mạng điện này đến giá trị an toàn Thời gian tác động t được xác định như sau:

t = tc + ted = 0,15 + (0,6÷1) = 0,75÷1,15 (s) trong đó:

tc: thời gian cắt điện của thiết bị bảo vệ rò (s)

tc = trl + tmc

trong đó:

trl = 0,1s là thời gian tác động của rơle rò;

tmc = 0,05s là thời gian tác động của máy cắt

ted: thời gian giảm sức điện động dư của các động cơ, phụ thuộc vào công suất tải, tham số của động cơ điện, chế độ làm việc của mạng Các động cơ làm việc trong các khu vực khai thác mỏ thường có công suất dưới 75kW nên ted = 0,6÷1s

Để tính toán lấy t= 1,15s, ta có: Ia.k=65 65 60

- Ảnh hưởng đường đi của dòng điện qua cơ thể

Tùy theo đường đi của dòng điện qua người mà mức độ nguy hiểm có thể khác

nhau (xem bảng 2.4)

Bảng 2.4 Đường đi của dòng điện qua cơ thể người [6]

STT Đường đi của dòng điện Tỷ lệ dòng qua tim, %

1 Chân – chân 0,69

4 Tay trái – chân 3,7

5 Tay phải – chân 6,7

6 Đầu – chân phải 9,7

Trong trường hợp dòng điện đi từ chân đến chân ít nguy hiểm nhưng nếu không bình tĩnh, bị ngã thường có thể chuyển thành các trường hợp nguy hiểm hơn

- Ảnh hưởng của tần số dòng điện qua cơ thể

Khi cùng cường độ, tùy theo tần số mà dòng điện có thể nguy hiểm hoặc an toàn Nguy hiểm nhất về mặt điện giật là dòng điện xoay chiều dùng trong công nghiệp

có tần số từ 40-60Hz Khi tần số tăng lên hay giảm xuống thì độ nguy hiểm giảm, dòng điện có tần số 3.106 – 5.105 hoặc cao hơn nữa thì dù cường độ lớn bao nhiêu cũng không giật nhưng có thể bị hỏng

- Ảnh hưởng của loại dòng điện đến tổn thương điện giật

Các công trình nghiên cứu cho thấy dòng điện một chiều thường ít nguy hiểm hơn dòng điện xoay chiều Cường độ dòng điện xoay chiều có trị số từ 8mA trở xuống

có thể coi là an toàn Cường độ dòng điện một chiều được coi là an toàn là dưới 70mA

và dòng điện một chiều không gây ra co rút bắp thịt mạnh Nó có tác dụng lên cơ thể dưới dạng nhiệt Tuy nhiên sự nguy hiểm này thay đổi khá nhiều tùy theo điện áp đặt vào cơ thể và thời gian tồn tại của nó Ở điện áp 500V sự nguy hiểm do dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều tần số 50Hz gây ra là như nhau, còn khi tăng dần điện lên trên 500V thì dòng điện một chiều lại nguy hiểm hơn

- Tình trạng sức khỏe của cơ thể người

Cùng chạm vào vào một điện áp như nhau, người bị bệnh tim, thần kinh, người sức khỏe yếu sẽ nguy hiểm hơn vì hệ thống thần kinh chóng tê liệt Con người rất khó

tự giải phóng ra khỏi nguồn điện

- Điện trở cơ thể người

Điện trở cơ thể người có ảnh hưởng hết sức quan trọng Điện trở cơ thể người khi có dòng điện chạy qua khác với vật dẫn là nó không cố định và không chỉ phụ thuộc vào trạng thái sức khỏe của cơ thể từng lúc mà còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh, điều kiện tổn thương;

Lớp da, đặc biệt là lớp sừng có điện trở lớn nhất bởi vì trên lớp da này không

có mạch máu và tế bào thần kinh Điện trở của da người giảm không tỷ lệ với sự tăng điện áp Khi điện áp là 36V thì sự hủy hoại lớp da xảy ra chậm, còn khi điện áp là 380V thì sự hủy hoại lớp da xảy ra đột ngột Khi lớp da khô và sạch, lớp sừng không bị phá hoại, điện trở vào khoảng 8.104 – 40.104 Ω/cm2, khi da ướt có mồ hôi thì giảm xuống còn 1000 Ω/cm2 và ít hơn

Bảng 2.5 Sự phụ thuộc giá trị điện trở cơ thể người vào

điện áp tiếp xúc và trạng thái da

STT Điện áp tiếp xúc, V

Trị số điện trở cơ thể người, Ω

Da khô Da ẩm Da ướt Da ướt sũng

1 25 5000 2500 1000 500

2 50 4000 2000 875 440

3 250 1500 1000 650 325

4 > 250 1000 1000 650 325 Trong điều kiện môi trường mỏ ẩm ướt, có nhiều bụi bẩn có khả năng dẫn điện,

cơ thể thoát nhiều mồ hôi nên trong tính toán thực tế để tìm giải pháp đảm bảo an toàn người ta thường lấy giá trị cơ thể người Rng = 1000Ω

2.1.2 Tiêu chuẩn an toàn điện giật

- Điện áp an toàn cho phép đối với thiết bị điện

Tiêu chuẩn an toàn cho phép đối với thiết bị điện của một số nước như sau [8]:

- Ba Lan, Thụy Sĩ, Tiệp Khắc (trước đây) điện áp cho phép là 50V;

- Hà Lan, Thụy Điển điện áp cho phép là 24V;

- Pháp điện áp xoay chiều cho phép là 24V;

- Liên Xô (trước đây) tùy theo môi trường làm việc trị số điện áp cho phép có thể có trị số khác nhau 65V, 36V, 12V

- Quan hệ I ak , U tx.cp và thời gian tác động cho phép của dòng điện qua người

Theo tiêu chuẩn của nhà nước Liên Xô (trước đây), với điện áp xoay chiều tần

số 50Hz, quan hệ giữa dòng điện an toàn khoảnh khắc tương ứng với thời gian tác động cho phép của dòng qua người được quy định như trong bảng 2.6, quan hệ giữa điện áp tiếp xúc, thời gian tác động dòng điện qua người và dòng điện qua người lớn nhất cho phép ở các chế độ được quy định trong bảng 2.7 đến 2.10 [9]:

Bảng 2.6 Quan hệ giữa giá trị điện áp tiếp xúc và dòng điện an toàn khoảnh

khắc tương ứng với thời gian tác động cho phép của dòng qua người[6] Thông

Bảng 2.7 Điện áp tiếp xúc và dòng điện qua người lớn nhất cho phép ở

chế độ làm việc bình thường của thiết bị điện[6]

Loại và tần số dòng điện

Giá trị lớn nhất cho phép Điện áp tiếp xúc, V Dòng điện qua người, mA

Xoay chiều 50Hz 2 0,3

Bảng 2.8 Điện áp tiếp xúc lớn nhất cho phép ở chế độ sự cố của thiết bị điện

sản xuất, điện áp lớn hơn 1000V tần số 50Hz, trung tính nối đât trực tiếp[6]

Thời gian tác động của

dòng điện, s Đến 0,1 0,2 0,5 0,7 1,0 1,0÷5,0

Điện áp tiếp xúc lớn nhất 500 400 200 130 100 65

cho phép V

Bảng 2.9 Điện áp tiếp xúc và dòng điện qua người lớn nhất cho phép ở chế độ

sự cố của các thiết bị điện sinh hoạt, điện áp đến 1000V tần số 50Hz[6]

Utx, V 220 200 100 70 55 50 40 35 30 27 25 12

In,mA 220 200 100 70 55 50 40 35 30 27 25 2