Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp xoay chiều hầm lò vùng hoành bồ quảng ninh

Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá và đề xuất một số giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật trong các mạng điện hạ áp hầm lò 660V vùng Hoành Bồ- Quảng Ninh.. Đối tượng

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất hà nội

Mạc đăng hùng

Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp nhằm

đảm bảo điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp xoay chiều hầm lò vùng hoành bồ – quảng ninh

Chuyên ngành: điện khí hoá mỏ

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i Nh÷ng néi dung tr×nh bµy trong luËn v¨n do chÝnh b¶n th©n t«i thùc hiÖn C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ tÝnh to¸n trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Hµ Néi, ngµy 15 th¸ng 10 n¨m 2011

T¸c gi¶ luËn v¨n

M¹c §¨ng Hïng

Thống kê số lượng, nguồn gốc xuất sứ của các rơle rò đang

sử dụng trong mạng điện hạ áp hầm lò vùng Hoành Bồ -

Quảng Ninh

19

1.6 Thông số kỹ thuật các loại rơle rò đang sử dụng trong các

mạng hạ áp hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh 21

1.7 Tác động của dòng điện lên cơ thể người 23

1.8 Quy định giá trị dòng điện rò an toàn lâu dài tại các nước 23

1.9 Công thức tính dòng điện an toàn khoảnh khắc Ia.k 30 1.10 Quan hệ thực nghiệm Gcđ = f(N) và Ccđ = f(L) mạng hạ áp 380V

1.11 Quan hệ thực nghiệm Gcđ = f(N) và Ccđ = f(L) mạng hạ áp

hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh 31

1.12 Quan hệ thực nghiệm Gcđ = f(N,L) mạng hạ áp hầm lò 660V

1.13 Kết quả tính toán thông số cách điện các mạng điện hạ áp

660V hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh 36

2.1 Kết quả tính toán dòng điện giật trong mạng điện hạ áp 660V

hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh 45

2.2 Kết quả tính toán dòng điện qua người khi tiếp xúc với thiết

3.1 Thông số kỹ thuật của máy biến áp TCBП-250 62

Danh mục các hình vẽ

1.2 Cung cấp điện hạ áp qua lò bằng, giếng nghiêng 6

2.1

Dũng điện rũ đi vào đất qua điện cực hỡnh bỏn cầu (a) và

sự phõn bố điện thế, điện ỏp tiếp xỳc tại vựng chạm đất

(b)

40

2.3 Người chạm vào một pha của mạng 3 pha 3 dây trung tính cách l 42

2.4 Sơ đồ thay thế tính dòng điện qua người khi chạm vào một pha

của mạng 3 pha 3 dây trung tính cách ly 43

2.5 Nguy hiểm điện giật khi chạm vào thiết bị điện có điện "chạm

2.6 Sơ đồ tính toán dòng điện qua người khi chạm vào thiết bị điện

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 YAKИ 61

3.2

Sơ đồ thay thế tính toán dòng điện rò 1 pha của mạng điện hạ áp

mỏ 3 pha trung tính cách ly, sử dụng rơle rò YAKИ- 660 63

3.3 Mô hình tính dòng rò một pha mạng hạ áp hầm lò 68 3.4 Đồ thị biểu diễn hàm ir = f(t) và Ir = f(t) 69

3.5 Sơ đồ mô phỏng quan hệ Ir = f(L) ứng với các giá trị khác nhau 70

3.6 Đồ thị Ir = f(L) ứng với các giá trị N khác nhau khi không bù

thành phần điện dung của dòng điện rò 71

3.7 Đồ thị Ir = f(L) ứng với các giá trị N khác nhau khi không bù

thành phần điện dung của dòng điện rò 72

3.8 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 73

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

không bù và có bù thành phần điện dung của dòng điện rò 74 3.10 Các giá trị dòng rò khi có bù và không bù 75 3.11 Sơ đồ mô phỏng quan hệ Lr=f(L) ứng với các giá trị khác nhau 76

3.13 Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink tính dòng rò khi N=16 78 3.14 Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink tính dòng rò khi N=21 79 3.15 Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink tính dòng rò khi N=26 80 3.16 Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink tính dòng rò khi N=31 81 3.17 Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink tính dòng rò khi N=36 82 3.18 Đồ thị quan hệ thực nghiệm Ir=f(L) khi không bù 85 3.19 Đồ thị quan hệ thực nghiệm Ir=f(L) khi bù ở nấc 10H 86 3.20 Đồ thị quan hệ thực nghiệm Ir=f(L) khi bù ở nấc 18H 87

3.21 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=0,1km 89

3.22 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=0,6km 90

3.23 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=1,1km 91

3.24 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=1,6km 92 3.25 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=2,1km 93

3.26 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=2,6km 94

3.27 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=3,1km 95

3.28 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=3,6km 96

3.29 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=4,1km 97 3.30 M« h×nh m« pháng Matlab-Simulink tÝnh dßng rß khi L=4,6km 98

3.31 §å thÞ quan hÖ thùc nghiÖm Ir=f(N) khi kh«ng bï 102 3.32 §å thÞ quan hÖ thùc nghiÖm Ir=f(N) khi bï ë nÊc 10H 103 3.33 §å thÞ quan hÖ thùc nghiÖm Ir=f(N) khi bï ë nÊc 18H 104 3.34 §å thÞ vïng vËn hµnh an toµn ®iÖn giËt khi bï ë nÊc 10H vµ 18H 105

C¸c ch÷ viÕt t¾t

Tr¹m biÕn ¸p chÝnh – T.B.A.C Tr¹m ph©n phèi trung t©m – T.P.P.T Tr¹m biÕn ¸p khu vùc – T.B.A.K.V

1

mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

An toàn điện giật trong lĩnh vực công nghiệp mỏ nói chung và khai thác than hầm lò nói riêng luôn là một trong những vấn đề phải quan tâm hàng đầu trong quá trình sản xuất Với xu hướng khai thác than trong tương lai gần của Tập đoàn Công nghiệp than - Khoáng sản Việt Nam là tập trung chủ yếu vào khai thác hầm lò và các mỏ hầm lò ngày càng xuống sâu thì vấn đề đảm bảo

an toàn điện giật trong các mỏ hầm lò là vấn đề mang tính cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá và đề xuất một số giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật trong các mạng điện hạ áp hầm lò 660V vùng Hoành Bồ- Quảng Ninh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các mạng hạ áp hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá thực trạng và đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn điện giật trong các mạng hạ áp hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan các mạng điện hạ áp trong các mỏ hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

- Đánh giá điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn

điện giật ở các mạng điện hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

- Kết luận và kiến nghị

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 mạng điện hạ áp hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - 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 Cấu trúc luận văn

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan mạng điện hạ áp trong các mỏ hầm lò vùng Hoành

Bồ - Quảng Ninh

Chương 2: Đánh giá điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp

mỏ hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

Chương 3: Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nhằm đảm bảo điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

Kết luận và kiến nghị

Tổng cộng gồm 107trang, 16 bảng biểu, 45 hình vẽ

Sau đây là nội dung luận văn

3

Chương 1 Tổng quan mạng điện hạ áp trong các mỏ hầm lò

vùng hoành Bồ - quảng ninh

1.1 Tổng quan về phương pháp tổ chức cung cấp điện cho các mỏ hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

1.1.1 Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho trạm biến áp khu vực của các mỏ vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

Vùng Hoàng Bồ - Quảng Ninh được cấp điện từ hệ thống lưới điện Quốc gia Điện năng điện áp 110kV hoặc 220kV từ hệ thống lưới điện Quốc gia

được đưa về trạm biến áp vùng, máy biến áp biến đổi thành điện áp 35(22)(6)

kV để cấp điện cho các xí nghiệp mỏ

Các xí nghiệp mỏ vùng Hoàng Bồ - Quảng Ninh, như: mỏ than Thăng Long, Hoành Bồ, X45, Dân chủ, Quảng La được cung cấp điện cao áp, với hai cấp điện áp 22 và 6 kV đến các TBA dầu 22/0,69(0,4)kV đặt ngoài mặt bằng, hoặc TBA phòng nổ 6/0,69(0,4)kV đặt trong hầm lò, để cung cấp điện cho các phụ tải Các TBA dầu 22/0,69(0,4)kV đặt ngoài mặt bằng của các mỏ vùng Hoành Bồ đều có kết cấu chung: phần thiết bị đóng cắt phía 22kV được lắp

đặt ngoài trời, còn tủ phân phối, tủ bù, tủ điều khiển, máy biến áp tự dùng…

4

- Phương pháp tổ chức cung cấp điện hạ áp cho các khu vực mỏ hầm lò:

Điện áp 22 kV từ TBA 110/35(22)kV được truyền tải đến các máy biến

áp dầu 22/0,69(0,4) kV đặt trên mặt bằng ngoài cửa lò (hình 1.1) Điện năng

điện áp 0,66(0,38)kV từ các máy biến áp khu vực này được truyền qua đường cáp hạ áp đặt trong lò bằng đến các cụm thiết bị phân phối hạ áp của khu vực khai thác, để phân phối cho các phụ tải Theo phương pháp tổ chức cung cấp

điện này, bắt buộc phải trang bị bảo vệ rò (gồm rơle rò phối hợp với áptômát)

để bảo vệ rò điện trong mạng điện hạ áp Phương pháp tổ chức cung cấp điện hạ áp này đang áp dụng cho các mỏ Thăng long, X45, Dân chủ, Quảng La và cho một số khu vực của mỏ Hoành Bồ

- Phương pháp tổ chức cung cấp điện cao áp cho các khu vực mỏ hầm lò:

Điện áp 6 kV từ TBA 35/6kV ở lân cận mỏ được truyền tải bằng đường dây trên không hoặc đường cáp đến tủ cao áp 6kV đặt ngoài cửa lò, sau đó

được truyền tải qua cáp 6kV đến các máy biến áp di động phòng nổ khu vực hầm lò 6/0,69(0,4) kV để cung cấp cho các phụ tải hạ áp Phương pháp tổ chức cung cấp điện cao áp này đang áp dụng cho mỏ Hoành Bồ

Đến trạm phân phối

lò chợ, lò chuản bị

TBA ngoài trời

5

1.1.3 Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho lò chợ và lò chuẩn bị

Để cung cấp điện cho các phụ tải điện hạ áp trong các khu vực lò chợ và

lò chuẩn bị, sử dụng trạm biến áp khu vực 6/0,69(0,4)kV đặt cố định hoặc di chuyển theo tiến độ gương lò

Hiện nay do chiều dài lò chợ, cũng như công suất máy khai thác của các diện khai thác đều tăng, cho nên mỗi lò chợ và lò chuẩn bị thường được cung cấp từ một trạm máy biến áp di động Trạm biến áp này được di chuyển theo tiến độ lò chợ Điện năng điện áp 660V được dẫn tới trạm phân phối lò chợ, và

từ đó phân phối cho các phụ tải bằng các đường cáp mềm

Tùy thuộc vào độ dốc hay góc nghiêng của vỉa, mà tổ chức cung cấp điện cho khu khai thác có khác nhau

- Khi khai thác vỉa dốc thoải, phụ tải điện tập trung ở lò vận chuyển và lò chợ nên trạm biến áp di động và trạm phân phối lò chợ cũng được bố trí ở lò vận chuyển như hình 1.2

- Khi khai thác vỉa dốc nghiêng, phụ tải điện được bố trí ở lò thông gió và

lò vận chuyển, do đó để cung cấp điện cho chúng cần phải bố trí trạm biến áp

di động và trạm phân phối ở cả hai lò, trong đó việc cung cấp từ lò thông gió

là chủ yếu Một số diện khai thác chỉ bố trí trạm biến áp di động ở lò thông gió, còn các phụ tải ở lò vận chuyển được cung cấp điện từ trạm biến áp đặt tại

lò thông gió bằng cáp mềm qua lò chợ

Bụi mỏ là những khoáng chất có khả năng dẫn điện hoặc ăn mòn, là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến trạng thái cách điện của thiết

bị điện

Hình 1.2: Sơ đồ cung cấp điện cho các phụ tải lò chợ

7

Trong quá trình khai thác, các đường lò thường xuyên ẩm ướt, thậm chí

bị ngập nước mỏ Nước mỏ (nước ngầm và nước ngấm từ sông suối trên bề mặt xuống) có tính axít hoặc kiềm, trong nước có thể có chứa cả các vi sinh vật sống có hại Các yếu tố này là nguyên nhân phá hỏng cách điện của cáp

điện mỏ

Bụi than và các khí mỏ than, một mặt chúng gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, và mặt khác chúng có thể gây cháy nổ mỏ Các công trình nghiên cứu thực tế chứng tỏ rằng trong các hầm lò vùng Quảng Ninh nói chung và vùng Hoành Bồ nói riêng đều có chứa khí CH4 hoà lẫn trong bầu không khí

mỏ

1.3 Đặc điểm của mạng điện hạ áp hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh 1.3.1 Sơ đồ cung cấp điện mạng hạ áp

Sơ đồ nguyên lý một số mạng điện hạ áp tiêu biểu khu vực hầm lò các

mỏ vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh trình bày trong các hình phụ lục PL1.1 1.3.2 Cấp điện áp sử dụng trong mạng hạ áp

Thống kê số lượng và cấp điện áp sử dụng trong các mạng điện hạ áp hầm lò các mỏ vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Thống kê các mạng hạ áp hầm lò các mỏ vùng

Hoành Bồ - Quảng Ninh

Số lượng mạng hạ

áp và cấp điện áp tương ứng Stt Tên mỏ

áp

Tỉ lệ (%) mạng 1140V

Tỉ lệ (%) mạng 660V

Tỉ lệ (%) mạng 380V

Các mỏ hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh hiện vẫn vận hành song

song các mạng điện hạ áp với cả hai cấp điện áp là 380V và 660V Theo bảng

1.1 cho thấy số mạng hạ áp khu vực có điện áp Ud = 660V chiếm đa số (81%),

còn số mạng hạ áp khu vực có điện áp Ud = 380V chiếm tỷ lệ rất nhỏ (19%)

Điều này phù hợp với sự chỉ đạo của Tập đoàn Công nghiệp than - Khoáng sản Việt Nam, nhằm tăng sản lượng than khai thác và giảm kích thước của máy móc thiết bị Sở dĩ vẫn còn các mạng hạ áp 380V vì các mỏ muốn tận dụng lại các thiết bị điện 380V do không thể cải hoán chúng để sử dụng ở điện áp 660V được, mặt khác các mạng điện hạ áp này vẫn có thể sử dụng thích hợp ở những nơi có diện khai thác nhỏ, không có kế hoạch phát triển lâu dài

Điều kiện đảm bảo an toàn điện giật đối với các mạng hạ áp hầm lò 380V đã được nghiên cứu và đánh giá trong các công trình [1], [2], [3], [5], [13], Vì vậy, trong luận văn này chỉ nghiên cứu đánh giá điều kiện an toàn

điện giật đối với mạng 660V trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu gần

đây về mạng hạ áp 660V hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

1.3.3 Máy biến áp khu vực hầm lò

Có hai cách cung cấp điện cho khu vực khai thác lò chợ, lò chuẩn bị của mỏ hầm lò

1 Cung cấp điện cho các khu vực khai thác lò chợ, lò chuẩn bị từ trạm biến áp phòng nổ di động trọn bộ có xuất sứ từ Nga (mã hiệu TKШBП và TCШBП- 60, 180, 240, 320kVA), Ba Lan (JTZSB–315kVA), Trung Quốc (KBSGZY…) Đây là phương pháp cung cấp điện được dùng phổ biến Các

rò để đảm bảo an toàn điện giật và an toàn nổ Các máy biến áp khu vực thực hiện biến đổi điện áp 6kV thành 0,69(0,4)kV cung cấp đến các điểm phân phối điện hạ áp của khu vực khai thác lò chợ, lò chuẩn bị bằng cáp cứng và cáp mềm đặt dọc theo đường lò

2 Cung cấp điện cho các khu vực khai thác lò chợ, lò chuẩn bị từ trạm biến áp khu vực đặt ở ngoài cửa lò, sử dụng máy biến áp dầu kiểu thông thường do Việt Nam, Trung Quốc chế tạo, biến đổi điện áp 22(6)kV thành

điện áp 0,69(0,4)kV để cung cấp cho các phụ tải Trong trường hợp này để bảo vệ rò điện trong mạng hạ áp 0,69(0,4)kV bắt buộc phải lắp đặt bảo vệ rò

điện phối hợp với aptômát

Hiện nay, các máy biến áp khu vực hầm lò vùng Hoành bồ-Quảng Ninh,

có thông số kỹ thuật thống kê trong phụ lục PL1.2, làm việc với hệ số mang tải chủ yếu nằm trong khoảng β=0,35-0,87

1.3.4 Mạng cáp hạ áp mỏ

Mạng điện hạ áp mỏ hầm lò thường sử dụng các loại cáp cứng 3 lõi lực vỏ chì bọc thép hoặc cáp mềm có màn chắn 3 lõi lực và 1 lõi nối đất, điện áp đến 1000V do Nga, Trung Quốc và Hàn Quốc sản xuất như ГPΦH; PΠШH, MYP, KPUI; KGESH-T

Tuổi thọ của cáp điện mỏ ở những đường lò chịu tác động của đất đá, hay phải chịu sự di chuyển thường xuyên khoảng 2ữ3 năm, còn khi đặt tĩnh tại ở

đường lò, nơi ít bị tác động phá hoại trực tiếp của môi trường khoảng 8ữ15 năm

10

1.3.5 Các thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ

- Để đóng cắt và bảo vệ các tuyến cáp chính, các mỏ sử dụng các aptômát phiđe do Nga, Trung Quốc sản xuất có mã hiệu AФB, ABB, DW80

- Để đóng cắt, điều khiển và bảo vệ các tuyến cáp cấp điện cho các phụ tải, các mỏ sử dụng các khởi động từ do Nga, Trung Quốc và Ba Lan chế tạo có mã hiệu ΠMBИ, ΠBИ, QC, BQZ, KWSO

Các thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ nói 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

1.3.6 Các phụ tải điện của mạng hạ áp mỏ

Các thiết bị điện khu vực khai thác than lò chợ (ví dụ các động cơ băng tải, máng cào, quạt gió cục bộ, bơm cấp dịch ) có điện áp 0,66(0,4)kV, có công suất đến 75 kW Đây đều là những thiết bị điện do Nga, Trung Quốc chế tạo theo kiểu phòng nổ

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

1.3.7 Thông số cấu hình của mạng hạ áp hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

Thông số cấu hình mạng điện hạ áp hầm lò 660V của các mỏ vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh đ−ợc thống kê trong bảng 1.2

N (cái)

Tổng chiều dài mạng

L (km)

Chiều dài mạng đến phụ tải xa nhất

L xn (km)

Số nhánh

n (nhánh)

Bảng 1.3 Phạm vi thay đổi các thông số cấu hình mạng hạ áp hầm lò 660V

các mỏ vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

Tổng chiều dài mạng L (km)

Chiều dài mạng đến phụ tải xa nhất (km)

Tổng số thiết

bị đấu vào mạng (cái)

- Tổng chiều dài mạng hạ áp 660V nối điện trực tiếp với nhau L = 0,20ữ2,085 (km)

15

- Số thiết bị đấu vào mạng N = 5ữ46 (cái)

- Chiều dài đến phụ tải xa nhất: Lmax = 0,25ữ0,89 (km)

1.3.8 Thiết bị bảo vệ rò mạng điện hạ áp trong hầm lò

Theo Quy phạm an toàn, tất cả các mạng điện hạ áp hầm lò đều phải

được trang bị rơle bảo vệ mạng khỏi sự cố rò điện

Theo [1], [5], [8], thiết bị bảo vệ rò hoạt động mang tính thường trực, có nhiệm vụ:

- Đo, kiểm tra liên tục điện trở cách điện của mạng so với đất trong suốt quá trình làm việc

- Tín hiệu hoá bằng âm thanh hoặc ánh sáng và cắt điện tự động mạng khi xuất hiện rò điện (điện trở cách điện giảm thấp hơn ngưỡng đặt) ở bất kỳ

điểm nào trong mạng được giao cho nó phải bảo vệ, nhằm ngăn ngừa nguy hiểm về điện giật, xảy ra ngắn mạch kép, phát sinh hồ quang, tia lửa trong mạch rò có thể gây cháy, nổ mỏ

Các rơle bảo vệ rò điện đang sử dụng trong mạng điện hạ áp tại các mỏ vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh chủ yếu do Liên Xô (trước đây) và Trung Quốc chế tạo (xem bảng 1.4)

16

Bảng 1.4 Thống kê số lượng, nguồn gốc xuất sứ của các rơle rò đang sử

dụng trong mạng điện hạ áp hầm lò vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh

Rơle rò УАКИ do Liên Xô (trước đây) sản xuất, có sơ đồ nguyên lý cho trên hình 1.3

YAKИ được xây dựng trên cơ sở phối hợp của sơ đồ "van" và sơ đồ sử dụng điện áp thứ tự không Rơle RL là loại có hai cuộn dây: cuộn làm việc I

và cuộn hãm II Cuộn làm việc I được cung cấp qua chỉnh lưu V1, V2, V3 và các điện trở R1, R2 mắc giữa các pha của lưới và cọc tiếp đất Tđ Cuộn cản CC trong mạch làm nhiệm vụ bù thành phần điện dung của dòng điện rò Thay đổi

điện cảm bù thông qua việc thay đổi đầu đấu của cuộn cản CC

17

ưu điểm của rơle rò УАКИ là có cấu tạo tương đối đơn giản, làm việc tin cậy không cần nguồn nuôi riêng, có thể tạo được đặc tính bảo vệ rò chính tắc cũng như biến dạng Nhược điểm của loại rơle này là chế độ làm việc bị ảnh hưởng bởi sự dao động của điện áp lưới, thực hiện bù theo phương pháp bù tĩnh nên khó thực hiện được việc bù hoàn toàn thành phần điện dung của dòng

điện rò

Rơle rò JY82 do Trung Quốc chế tạo, dùng cho các mỏ hầm lò có khí và bụi nổ,

có sơ đồ nguyên lý cho trên hình 1.4 Rơle rò JY-82 có nhiều loại Mạch kiểm tra cách điện của rơle dùng nguồn đo độc lập tạo bởi cầu chỉnh lưu V4-V7 Trong sơ

đồ dùng vi mạch thuật toán N1 làm phần tử so sánh và N2 tạo thời gian trễ Phần

I II

V3 V1 V2

A V4

Rkt

Kiểm tra

R’g2R”g2

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo rơle rò YAKИ

15+

19

B¶ng 1.5 Th«ng sè kü thuËt c¸c lo¹i r¬le rß ®ang sö dông trong c¸c

m¹ng h¹ ¸p hÇm lß vïng Hoµnh Bå - Qu¶ng Ninh

Lo¹i r¬le Stt C¸c th«ng sè УАКИ-380 УАКИ-660 JY82-660

Kh«ng ph©n nh¸nh

20

1.3.9 Nối đất bảo vệ

Các mỏ vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh thực hiện nối đất bảo vệ cho các thiết bị điện tuân thủ theo các quy định trong Qui phạm an toàn Kết quả đo

điện trở nối đất của các thiết bị điện trong mạng hạ áp trong thời gian gần đây

đều đảm bảo yêu cầu qui định Rtđ ≤2Ω (xem phụ lục PL1.3)

1.4 Tổng quan các nghiên cứu về an toàn điện giật trong mỏ hầm lò

1.4.1 Tác hại của dòng điện đối với cơ thể con người

Con người bị điện giật khi có dòng điện đi qua cơ thể người

Dòng điện đi qua cơ thể người gây nên các phản ứng sinh, lý, hoá phức tạp như làm huỷ hoại bộ phận thần kinh điều khiển các giác quan bên trong của con người, làm tê liệt hệ cơ, huỷ hoại cơ quan hô hấp và tuần hoàn

Các công trình nghiên cứu đều thống nhất rằng: tổn thương điện giật đối với con người phụ thuộc chủ yếu vào giá trị và thời gian tồn tại của dòng điện

đi qua cơ thể người Ngoài ra còn phụ thuộc vào đường đi, loại và tần số dòng

điện qua cơ thể, điện trở cơ thể, cũng như tình trạng sức khoẻ và đặc điểm tâm sinh lý con người

Điện trở cơ thể người là điện trở giữa hai điện cực đặt trên mặt ngoài cơ thể Khi tính toán điều kiện an toàn điện giật cho người làm việc trong môi trường mỏ, điện trở cơ thể người lấy bằng 1000Ω

Tác động của dòng điện xoay chiều tần số 50 Hz đối với người khỏe mạnh cho trong bảng 1.6 [1]

2 0,6ữ3 Cảm thấy, nhưng là cảm giác yếu

3 3ữ8 Cảm giác đau đớn, có thể tự giải phóng,

thoát khỏi bộ phận mang điện chạm phải

4 8ữ16 Cảm giác rất đau đớn, bị co cơ, không tự

thoát khỏi bộ phận mang điện chạm phải

5 25ữ50 Co giật chân tay và toàn thân, mất nhận

Theo các công trình nghiên cứu về an toàn điện giật, dòng điện theo

đường từ đầu đến tay, chân là đặc biệt nguy hiểm Xếp sau về mức độ nguy hiểm là đường đi của dòng điện qua tim (từ tay phải đến tay trai, hoặc từ tay

nọ chân kia)

1.4.2 Thống kê về tai nạn điện giật của vùng Hoành Bồ – Quảng Ninh

Qua thống kê từ năm 2002 đến nay, vùng than Hoành Bồ đã xảy ra hai

vụ tai nạn điện giật chết người Vụ thứ nhất xảy ra vào ngày 20 tháng 3 năm

22

2007 tại xí nghiệp than Hoành Bồ, khi công nhân leo thượng do tay bám vào cáp điện bị hở và bị điện giật chết Vụ thứ hai xảy ra vào tháng 8 năm 2009 tại

xí nghiệp than Thăng Long Trong khi sử dụng khoan điện tiến khương, khoan

điện bị rò điện, rơle rò 127V không tác động làm điện giật chết một thợ lò

1.4.3 Các nghiên cứu về an toàn điện giật mỏ hầm lò

1.4.3.1 Các nguyên nhân gây nguy hiểm điện giật

Khi làm việc trong mỏ hầm lò, con người có thể bị tai nạn điện giật do những nguyên nhân sau:

- Do chạm trực tiếp vào các bộ phận mang điện của thiết bị điện

- Do chạm vào vỏ kim loại hay bộ phận bằng kim loại của thiết bị điện có

điện chạm vỏ do điện trở cách điện bị chọc thủng (chạm gián tiếp)

- Do điện áp bước khi đi vào vùng có từ trường tản do dòng ngắn mạch đi vào đất

- Chạm trực tiếp vào các bộ phận mang điện đã được cắt khỏi nguồn điện song vẫn có điện áp do sự tích điện hay do cảm ứng điện từ từ các thiết bị

đang mang điện đặt gần chúng

1.4.3.2 Dòng điện an toàn lâu dài và dòng điện an toàn khoảnh khắc

- Dòng rò an toàn lâu dài, ký hiệu Iatl, không gây nguy hiểm đến tính mạng và gây ra thương tật vĩnh viễn đối với con người, không gây ra tác động cho thiết bị bảo vệ rò, vì thế có thể chảy trong thời gian lâu tuỳ ý Giá trị lớn nhất cho phép của dòng rò an toàn lâu dài ở các nước khác nhau, quy định khác nhau (xem bảng 1.7) [1] Với mạng hầm lò Quảng Ninh, do đa số sử dụng các thiết bị của Liên Xô (trước đây) nên thường áp dụng theo tiêu chuẩn của Liên Xô

- Bù tự động thành phần điện dung của dòng điện rò 25

- Dòng điện tác động qua cơ thể người trong thời gian 1ữ3s được gọi là dòng điện khoảnh khắc Dòng điện an toàn khoảnh khắc, kí hiệu Ia.k, là dòng

điện khoảnh khắc tác động lên cơ thể con người nhưng không làm chết hoặc mất khả năng lao động của con người

Kết quả nghiên cứu của các tác giả ở nhiều nước khác nhau về mối quan

Mỹ (Daziel 1946- 1960) Công thức này

đúng với dòng điện trên 40ữ50(mA) và thời gian tồn tại của dòng điện qua cơ thể người từ 0,03ữ3 (s)

24

I a k 165. =víi k>1

Liªn x« tr−íc ®©y (N.A Kizimov)

5

t

I a k 65. = Héi nghÞ Kü thuËt ®iÖn quèc tÕ Gi¬nev¬-

1962

6

4

Basezeb, A.I Nai®enov)

8

t

I a k 4,6. = (*) Liªn X« tr−íc ®©y (M.I Baras)

9

t

I a k 70. = Céng hoµ Liªn bang §øc (S Kepen, P

Osipka)

10

t

I a k 50. =

Liªn x« tr−íc ®©y (Kiselop A.P,Trirkin P.T) Céng hoµ Liªn bang §øc (S Kepen,

G Tolasi)

11

t

I a k 30. = Céng hoµ Liªn bang §øc (P Osipka)

25

12

t

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

Lukovkin; V.I Telenkov)

13

t

I a k 1010. = + Hội đồng Kỹ thuật quốc tế và Hiệp hội các

nhà sản xuất và phân phối điện năng, 1972

14

t

I a k 50

6. = + Liên Xô trước đây (V.I Suski; Iu.G

Basezev; G.Ph Gorbatrev)

15

100020

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

gian tác động của dòng điện Ia.k

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 Theo [1], [9], [12], thời gian này được xác định như sau:

tr.k = tc + ted = 0,15 + (0,6ữ1) = 0,75ữ1,15 (s) (1.1) trong đó:

tc: thời gian cắt điện cấp cho mạng của thiết bi bảo vệ rò

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 = 0,6ữ1s

điện giật được đảm bảo

Để đánh giá trạng thái cách điện của mạng cần xác định tổng trở cách

điện, điện trở cách điện tác dụng, điện trở ôm và thành phần điện kháng của mạng Giá trị tổng trở cách điện của mạng quyết định đến giá trị dòng điện rò tổng trong mạng, do đó là thông số xác định tiêu chuẩn chung về an toàn điện

Giá trị điện trở cách điện tác dụng và điện trở Ôm cần thiết để chỉnh định các

thiết bị bảo vệ rò điện Thành phần điện kháng xác định mức bù thành phần

điện dung của dòng rò

Trên thế giới, trạng thái cách điện của mạng hạ áp mỏ hầm lò đã được quan tâm nghiên cứu từ lâu

ở nước ta, mãi cho tới những năm cuối thập niên 70 thế kỷ XX, trạng thái cách điện tại các mạng hạ áp mỏ hầm lò mới được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [2], [4], [11],

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước chủ yếu đi theo hướng nghiên cứu các phương pháp đo xác định thông số cách điện của mạng khi

đang làm việc bình thường, cũng như nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố

đến các thông số cách điện của mạng

Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô (trước đây) đã xây dựng được mối quan hệ giữa điện dẫn cách điện tác dụng, tổng số thiết bị đấu

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

2 Phương pháp đo thực nghiệm bằng Vôn kế và Ampe kế

Để xác định được các hệ số trong các công thức (1.3), (1.4) và (1.5) sử dụng phương pháp đo bằng vôn kế và ampe kế do giáo sư L.V Gladilin đề xuất, còn gọi là phương pháp MGI

Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo này được biểu diễn trên hình 1.5

Khi cho ngắn mạch một pha xuống đất, ví dụ pha 1, thì dòng ngắn mạch của pha này được xác định theo công thức:

)]

1()1(

−

=

C B A

C B

f f

Y Y Y

a Y

a Y

cd d

C B A cd f

f

jB G

C j G Y Y Y Y

2

−

−

=+

=

f

f cd cd cd

U

I B

G

Nh− vậy, khi dùng Vôn kế đo điện áp pha 1 so với đất và miliAmpe kế

đo dòng ngắn mạch của pha này xuống đất, sau đó đem kết quả đo của

Hình 1.5 Sơ đồ đo thông số cách điện của mạng sử dụng vôn kế

bphụ (nếu điện dẫn tác dụng cách điện trong mạng nổi trội) và đo điện áp phụ

Uph của pha so với đất

Khi đ−a 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

2 2 2

2

cd cd

cd

phu

phu cd

phu cd

G Y B

b

b Y Y

G

Để giảm sai số khi đo cần dùng miliampe kế có điện trở trong nhỏ, vôn

kế có điện trở trong lớn và đ−a vào sơ đồ đo điện dẫn tác dụng phụ (hoặc dung dẫn phản kháng phụ) có giá trị thoả mãn điều kiện:

30

cd phu

cd phu

Y b

Y g

)22

1(

)22

1(

3 Kết quả đo và xác định các hệ số trong quan hệ G cđ =f(N), C cđ =f(L)

Bằng phương pháp đo thực nghiệm MGI, các công trình nghiên cứu trong nước đã xác định được giá trị của các hệ số trong các công thức (1.3), (1.4) và

(1.5) Đối với mạng hạ áp hầm lò 380V vùng Quảng Ninh, kết quả cho trong bảng 1.9

Bảng 1.9 Quan hệ thực nghiệm Gcđ = f(N) và Ccđ = f(L)

mạng hạ áp 380V hầm lò vùng Quảng Ninh

G cđ = a 1 N + b 1 C cđ = a 2 L + b 2 Công trình

Hệ số tương quan r của Gcđ theo L là rất nhỏ (xem bảng 1.11), vì vậy

những nghiên cứu dưới đây với mạng hạ áp 660V chỉ sử dụng các quan hệ

thực nghiệm cho trong bảng 1.10

4 Tính toán xác định các thông số cách điện của mạng hạ áp hầm lò

660V các mỏ vùng Hoàng Bồ - Quảng Ninh

áp dụng các kết quả nghiên cứu trên, tiến hành tính toán thông số cách

điện các mạng hạ áp hầm lò 660V vùng Hoành Bồ - Quảng Ninh Kết quả tính

toán cho trong bảng 1.12 (số liệu theo sơ đồ cung cấp điện hạ áp quý III/2010

Mỏ than Thăng Long