Nghiên cứu đánh giá, lựa chọn thiết bị bảo vệ rò điện phù hợp với các mạng hạ áp hầm lò vùng uông bí, quảng ninh

Chương 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN SỬ DỤNG THIẾT BỊ BẢO VỆ RÒ ĐIỆN TRONG CÁC MẠNG HẠ ÁP KHU VỰC MỎ HẦM LÒ VÙNG UÔNG BÍ - QUẢNG NINH 3.2... Mục đích nghiên cứu của luận văn Đề xuất

Lê minh khương

Nghiên cứu đánh giá, lựa chọn thiết bị bảo vệ rò điện phù hợp với các mạng hạ

áp hầm lò vùng uông bí, Quảng Ninh

Chuyên ngành: Điện khí hoá mỏ Mã số: 60.52.52

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Người hướng dẫn

TS Kim Ngọc Linh

Hμ Nội – 2011

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt k× c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn v¨n

Lª Minh Kh−¬ng

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Danh mục các bảng

Mở đầu 01

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIấN CỨU VỀ THIẾT BỊ BẢO VỆ Rề TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP KHU VỰC MỎ HẦM Lề 1.1 Tổng quan nghiờn cứu về bảo vệ rũ mạng hạ ỏp mỏ hầm lũ

1.2 Mục tiờu và phương phỏp nghiờn cứu ………

04 07 Chương 2 ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN AN TOÀN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ Rề SỬ DỤNG TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP KHU VỰC MỎ HẦM Lề VÙNG UễNG BÍ - QUẢNG NINH 2.1 Cơ sở lý thuyết bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò 09

2.1.1 Điều kiện an toàn điện giật đối với mạng trung tính cách ly…… 09

2.1.2 Các biện pháp chung để phòng ngừa điện giật……… 10

2.1.3 Nhiệm vụ và yêu cầu của bảo vệ rò điện 11

2.1.4 Các đặc tính của bảo vệ rò điện 12

2.1.5 Các nguyên lý xây dựng sơ đồ bảo vệ khỏi rò điện……… 16

2.2 Đánh giá điều kiện an toàn thiết bị bảo vệ rũ trong cỏc mạng điện hạ ỏp khu vực mỏ hầm lũ vựng Uụng Bớ - Quảng Ninh……… 26

2.2.1 Tổ chức cung cấp điện hạ ỏp trong lũ vựng Uụng Bớ-Quảng ninh… 26 2.2.2 Xỏc định cỏc thụng số cỏch điện của mạng so với đất 32 2.2.3 Xỏc định trị số dũng điện rũ qua người khi chạm phải một pha của 37

áp khu vực mỏ hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh

Chương 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN SỬ DỤNG THIẾT BỊ BẢO

VỆ RÒ ĐIỆN TRONG CÁC MẠNG HẠ ÁP KHU VỰC MỎ

HẦM LÒ VÙNG UÔNG BÍ - QUẢNG NINH

3.2 §Ò xuÊt lùa chän thiÕt bÞ b¶o vÖ rß cho c¸c má hÇm lß vïng U«ng

BÝ-Qu¶ng Ninh 59 3.2.1 Nhiệm vụ vµ yªu cÇu của các thiết bị b¶o vÖ rß ®iÖn má hÇm lß 59 3.2.2 §Ò xuÊt lùa chän thiÕt bÞ b¶o vÖ rß cho c¸c má hÇm lß vïng U«ng BÝ 62 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 73 Tµi liÖu tham kh¶o 74

Hình 2-1 Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ về an toàn điện giật 09

Hình 2-2 Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ khi rò một pha và đặc tính 12

Hình 2-3 Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ khi rò hai pha và đặc tính 13

Hình 2-4 Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ khi rò ba pha và đặc tính 14

Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rò sử dụng điện áp thứ tự không 17

Hình 2-8 Sơ đồ nguyờn lý kiểm tra điện trở cỏch điện dựng bộ lọc

Hình 2-9 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rò sử dụng nguồn đo độc lập 20

Hình 2-10 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rò sử dụng nguồn đo độc lập (sơ đồ 3B) 20

Hình 2-12 Sơ đồ nguyên lý kiểm tra cách điện dùng nguồn đo tần số thấp 23

Hình 2-13 Sơ đồ nguyên lý kiểm tra cách điện của Bôgđanốp R A 23

Hình 2-14 Rơle rò sử dụng sơ đồ hỗn hợp của Saiacberốp N S 25

Hình 2-21 Sơ đồ nguyờn lý mạch bự điện dung trong rơ le rũ АЗAK 53

Hình 2-22 Sơ đồ nguyờn lý khối kiểm tra cỏch điện trong ПВИ-250БТ 55

Hình 3-1 Sơ đồ nguyờn lý rơle rũ có bù điện dung không đối xứng 71

g R V

38

B¶ng 2-6 KÕt qu¶ so s¸nh dßng rß qua ng−êi víi dßng an toµn

B¶ng 2-7 Tæng hîp thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn m¹ng hÇm lß vïng U«ng BÝ 42

B¶ng 2-8 Tæng hîp thiÕt bÞ b¶o vÖ rß m¹ng hÇm lß vïng U«ng BÝ 42

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay toàn ngành than của nước ta nói chung vµ ngành khai thác than hầm lò nói riêng đang từng bước hoàn thiện quá trình cơ giới hóa và điện khí hóa Chiến lược tăng tốc phát triển ngành than nhất là sản xuất than hầm

lò trong những năm gần đây và những năm tới đang đặt ra những yêu cầu cao

về chất lượng cung cấp điện Đi đôi với việc cơ giới hóa công tác khai thác than hầm lò là việc nâng cấp điện áp mạng từ 380 V, lên 660 V và 1140 V Trong điều kiện làm việc khắc nghiệt của các mỏ than hầm lò, việc nâng cấp điện áp càng làm cho vấn đề an toàn điện trở nên hết sức cấp bách

Như chúng ta đã biết do có những ưu điểm riêng mà mạng điện áp mỏ hầm lò thường là mạng ba pha trung tính cách ly Đặc điểm của mạng ba pha trung tính cách ly là nếu một pha nào đó chạm đất hoặc điện trở cách điện của

nó giảm xuống thì trước khi có một pha khác chạm đất vẫn không có dấu hiệu

gì về sự cố đó Đặc điểm này làm cho nguy cơ điện giật tăng lên Muốn đề phòng nguy cơ đó phải có biện pháp kiểm tra theo dõi liên tục tình trạng cách điện của mạng Nói cách khác, để nâng cao mức an toàn điện phải không ngừng nâng cao độ tin cậy của các hệ thống bảo vệ rò điện

Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về trạng thái cách điện của các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh nói chung đều khẳng định rằng, điện trở cách điện xác lập thực tế là thấp hơn điện trở cắt để chỉnh định

rơ le bảo vệ rò Vì vậy việc sử dụng các rơ le rò hiện nay ở các mạng hạ áp

mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nói chung và vùng Uông Bí nói riêng là không thật an toàn

Những điều được nêu ở trên cho thấy một vấn đề cấp thiết đặt ra là cần phải nghiên cứu để lựa chọn thiết bị bảo vệ rò sao cho phù hợp với điều kiện

thực tế của các mỏ hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh nhằm đảm bảo an toàn điện giật, an toàn nổ và hỏa hoạn

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Đề xuất lựa chọn được thiết bị bảo vệ rò điện phù hợp nhằm đảm bảo

an toàn điện giật trong các điều kiện vận hành hiện tại của các mạng điện hạ

áp hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là mạng điện hạ áp xoay chiều khu vực hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh và các thiết bị bảo vệ rò thông dụng

4 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuân khổ của luận văn, tác giả không đề cập được tất cả các dạng bảo vệ trong các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò mà chỉ đi sâu nghiên cứu lựa chọn thiết bị bảo vệ rò điện – một trong những dạng bảo vệ quan trọng nhất đối với mạng điện hạ áp khu vực hầm lò

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về thiết bị bảo vệ rò trong các mạng hạ áp mỏ hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh

- Nghiên cứu về lý thuyết bảo vệ rò điện

- Nghiên cứu lựa chọn thiết bị bảo vệ rò phù hợp với điều kiện mạng hạ áp hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh

6 Ý Nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

Đã xây dựng những cơ sở lý luận cho việc lựa chọn thiết bị bảo vệ rò

phù hợp với các mạng điện hạ áp hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh

Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể tham khảo khi lựa chọn và chỉnh định các thiết bị bảo vệ rò trong các mạng hạ áp xoay chiều 660V các

mỏ hầm lò vùng Uông Bí-Quảng Ninh

7 Những kết quả đạt được của luận văn

- Đánh giá điều kiện an toàn điện giật các mạng điện hầm lò vùng Uông Bí

- Đánh giá điều kiện an toàn điện giật các thiết bị bảo vệ rò đang sử dụng trong các mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh

- Đã đề xuất lựa chọn được thiết bị bảo vệ rò phù hợp với điều kiện vận hành các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh

8 Bố cục của luận án

Luận văn được trình bầy gồm Phần mở đầu, Phần kết luận, 03 chương và phần phụ lục

Chương 1: Trình bày về nghiên cứu tổng quan về thông số cách điện của

mạng và thiết bị bảo vệ rò điện hạ áp ở vùng Uông Bí và trên thế giới Trong chương này tác giả phân tích đánh giá các kết quả nghiên cứu đã có liên quan đến đề tài luận văn, nêu ra các vấn đề tồn tại và chỉ ra nhiệm vụ mà luận văn phải nghiên cứu, giải quyết

Chương 2: Trên cơ sở số liệu từ thực tế và sử dụng các công thức thực

nghiệm của các nghiên cứu đã được công bố, tác giả đánh giá điều kiện an toàn của mạng điện hạ áp hầm lò và các rơle bảo vệ rò vùng Uông Bí Kết quả nghiên cứu của chương này là cơ sở để đề xuất lựa chọn thiết bị bảo vệ rò phù hợp với điều kiện mạng hạ áp hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh

Chương 3: Trình bày kết quả nghiên cứu đề xuất lựa chọn thiết bị bảo vệ rò

phù hợp cho mạng hạ áp khu vực hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh

Phần kết luận là tổng kết những kết quả nghiên cứu chủ yếu của luận văn

và một số kiến nghị của tác giả

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ BẢO VỆ RÒ TRONG

Từ những năm 40 của thế kỷ 20, ở Liên xô trước đây, một trong những tác giả đầu tiên nêu vấn đề kiểm tra tự động trạng thái cách điện của mạng ba pha trung tính cách ly là Olecnôvich N.V và Iasnômi V.K nghiên cứu áp dụng cho các mạng điện mỏ là Lêibôv R.M, Relikhovski Kh.M, Murdanov.M., v.v Các nghiên cứu của họ đã xây dựng những cơ sở khoa học đầu tiên cho việc kiểm tra cách điện của mạng trung tính cách ly điện áp dưới 1000V

Rơ le rò loại PYB của Lêibôv R.M nghiên cứu được việc kiểm tra liên tục điện trở Ôm của cách điện và tiến hành cắt tự động mạng khi cách điện của mạng giảm xuống dưới mức quy định PYB sử dụng nguồn đo một chiều của nguồn đo phụ để kiểm tra điện trở cách điện

Về sau, ở các mỏ than hầm lò Liên xô đã sử dụng rộng rãi các loại rơ le

rò УАКИ Khác với rơ le rò loại PYB sử dụng nguồn đo một chiều của nguồn

đo phụ, trong rơ le rò УАКИ dòng đo một chiều nhận được từ việc chỉnh lưu dòng điện xoay chiều của mạng điện được kiểm tra (thường gọi là sơ đồ van)

Rơ le rò УАКИ có nhiều ưu điểm hơn so với các thiết bị bảo vệ rò khác như

sơ đồ đơn giản, không cần nguồn nuôi riêng, dòng đo không phụ thuộc vào

điện cảm và điện dung của mạng so với đất, có khả năng tạo ra cả đặc tính chính tắc cũng như đặc tính biến dạng

Thiết bị kiểm tra cách điện hoạt động theo nguyên lý sơ đồ “Van” lần đầu tiên được sản xuất bởi nhà máy cơ điện Kharkov ở Nga vào năm 1939 Sơ

đồ loại này cũng được sử dụng của các mỏ ở Cộng hòa liên bang Đức với các thiết bị của hãng “Kalor-Iemag” và “ Simens-Sukkerch”

Để đảm bảo an toàn cho người khi vận hành thiết bị điện trong mỏ hầm

lò Siskin N.Ph đã đề nghị sau khi rơ le rò cắt mạng phải nối ngắn mạch động

cơ điện Việc thực tế hóa giải pháp này gặp nhiều khó khăn nên chưa được áp dụng rộng rãi

Việc giảm dòng điện rò qua cơ thể con người có thể thực hiện bằng cách

bù thành phần điện dung của dòng rò nhờ cuộn cảm tập chung nối giữa pha của mạng và đất Trong thiết bị УАКИ sử dụng phương pháp bù tĩnh còn trong thiết bị rơ le rò ΑЗАК (cũng do Liên xô trước đây chế tạo) sử dụng phương pháp bù tự động theo điện dung thực tế của mạng

Trong các trạm biến áp di động mỏ, về sau được trang bị rơ le rò loại ΑЗПБ Đặc điểm của loại rơ le này ngoài chức năng kiểm tra liên tục trạng thái cách điện của mạng, tự động bù thành phần điện dung của dòng rò còn có khả năng tự động kiểm tra tình trạng của các phần tử trong sơ đồ

Với chức năng tương tự ΑЗПБ là rơ le rò loại АЗШ do Nga sản xuất Đối với mạng nhiều phân nhánh có trung tính cách ly để bảo vệ rò chọn lọc, một trong những phương pháp hiện đại là phương pháp của các kỹ sư người pháp Benua và Konstanchi sử dụng nguồn đo tần số 4Hz Nhược điểm của phương pháp này là phải sử dụng nguồn đo tần số thấp nên phức tạp và cồng kềnh

Giải pháp đặc sắc giải quyết cắt rò chọn lọc là phương pháp sử dụng dòng

đo một chiều và biến dòng một chiều của Soukur F

Ưu điểm của phương pháp này sử dụng dòng đo một chiều là loại trừ được hoàn toàn ảnh hưởng điện dung của mạng và không yêu cầu cần phải có máy phát tần số thấp Hơn nữa, nguồn đo một chiều có thể sử dụng mạch chỉnh lưu nối đất nên đơn giản

Trong các khởi động từ của Nga, để bảo vệ rò chọn lọc thường dùng khóa liên động bảo vệ rò (АПВ) Nguyên lý làm việc của АПВ là khi hư hỏng cách điện hoặc con Người chạm vào một pha của mạng điện thiết bị thực hiện cắt toàn bộ mạng, sau vài giây đóng lại, phần mạng hư hỏng đã bị khóa liên động không cho đóng điện

Nhược điểm của sơ đồ АПВ là cần phải cắt toàn mạng khi có hư hỏng cách điện ở bất kỳ phần nào của mạng Mặt khác lại phức tạp và cồng kềnh

Để bảo vệ rò chọn lọc còn sử dụng kết hợp giữa thiết bị kiểm tra điện trở cách điện và thiết bị bảo vệ cắt loại УЗО

Trong các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh, hiện nay chủ yếu sử dụng các thiết bị bảo vệ rò của Nga và Trung Quốc sản xuất như : УΑКИ, ΑЗАК, JL, JY Thống kê số lượng và chủng loại rơle rò hiện đang sử dụng trong các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Uông Bí - Quảng Ninh trong bảng 2-8

Những kết quả nghiên cứu về trạng thái cách điện của mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, cho thấy giá trị xác lập điện trở tác dụng cách điện đều có giá trị nhở hơn giá trị điện trở cắt xác lập của các rơle

rò đang sử dụng

Như vậy, mức độ ổn định của điện trở tác dụng cách điện của mạng có giá trị xác lập nhỏ hơn điện trở cắt của rơle bảo vệ rò Điều này có nghĩa là

trạng thái cách điện thực tế của mạng không cho phép sử dụng giá trị điện trở cắt xác lập của các loại rơ le rò hiện có Nếu không giảm điện trở cắt thì rơ le

rò sẽ tác động liên tục, còn nếu giảm điện trở cắt của rơ le rò sẽ rất nguy hiểm khi con người chạm phải một pha của mạng điện Đó là vì việc điều chỉnh điện trở cắt xác lập của rơ le rò cho phù hợp với điều kiện mỏ hầm lò Việt Nam thì rơ le rò sẽ cắt mạng ở giá trị rất lớn của dòng điện qua người

Kết quả nghiên cứu cho thấy, với trạng thái cách điện thực tế của mạng điện hạ áp 380 V khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh, dòng rò qua người khi chạm phải một pha của mạng điện có giá trị trung bình In = 80 - 82 mA Dòng này có giá trị lớn hơn rất nhiều so với dòng an toàn lâu dài cho phép (Iald = 30 mA) và cũng lớn hơn dòng an toàn khoảnh khắc (Iakk = 60 mA) Khi nâng cấp điện áp từ 380 V, dòng rò ổn định trong khoảng từ 25 mA đến 100 mA thì ở điện áp công tác 660 V, dòng rò ổn định trong khoảng từ 100 mA đến 175

mA [2]

Những điều trên cho phép kết luận: Các rơ le rò đang sử dụng trong các

mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nói chung và Uông Bí nói riêng dùng để bảo vệ

an toàn cho người khi chạm phải một pha của mạng điện là không thật an toàn Vấn đề cấp thiết đặt ra là cần phải nghiên cứu để lưa chọn một thiết bị bảo vệ rò phù hợp với điều kiện thực tế của các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh, nhằm đảm bảo an toàn điện giật, an toàn nổ và hỏa hoạn

1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu của đề tài luận văn

Xây dựng được các luận cứ khoa học cho việc đề xuất lựa chọn thiết bị bảo vệ rò điện phù hợp với điều kiện các mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Uông Bí -Quảng Ninh cụ thể là:

- Đánh giá được điều kiện an toàn điện giật của mạng và các thiết bị bảo

vệ rò điện mạng hạ áp khu vực hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh

- Lựa chọn thiết bị bảo vệ rò phù hợp trong điều kiện vận hành hiện tại của các mạng điện hạ áp hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện mục tiêu của luận văn, tác giả sử dụng các phương pháp sau: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; Phương pháp thống kê, phân tích về phương diện bảo vệ rò trong mỏ hầm lò

Chương 2 ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN AN TOÀN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ Rề SỬ DỤNG TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP KHU VỰC MỎ HẦM Lề

VÙNG UễNG BÍ - QUẢNG NINH 2.1 Cơ sở lý thuyết bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò

2.1.1 Điều kiện an toàn điện giật đối với mạng trung tính cách ly

Trong công nghiệp mỏ thường sử dụng mạng điện xoay chiều có trung tính cách ly Sơ đồ tương đương đơn giản của mạng điện mỏ về phương diện

an toàn điện giật như hình 2-1

Hình 2-1 Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ về an toàn điện giật

Nếu giả thiết thiết điện trở cách điện và điện dung so với đất của mạng

là đối xứng R1 = R2 = R3 =R;C1 =C2 =C3 =C, khi người chạm vào một pha của mạng điện, dòng qua người được xác định theo công thức :

Z Z

U I

ng

f ng

+

=3

U I

+ Trường hợp người chạm vào một pha :

Từ (2-2) suy ra điện trở cách điện an toàn để dòng qua người không vượt quá dòng an toàn lâu dài cho phép bằng :

atld

f atld

atld ng f

I

U I

I R U

Nếu lấy R ng = 1000Ω; I atld =30mAta có :

- Đối với mạng ba pha 380 V : R cdat = ư3.1000=19.000Ω=19kΩ

03,0

220.3

- Đối với mạng ba pha 660 V : R cdat = ư3.1000=35.000Ω=35kΩ

03,0

380.3

qua người bằng :

ng

d ng

f ng

R

U R

U

Trường hợp mạng có điện dung lớn (mạng dài, phân nhánh), dòng qua người được xác định theo công thức :

2 2 2 2

)1

(9

)6(1

1

ng

ng ng

f ng

R C R

R R R R

U I

ω+

++

Thay U f =220V;R ng =1000Ω;R=19kΩ;C=1μF tính được I ng =140mA Như vậy, cùng một điện trở cách điện R 19 = kΩ, khi điện dung mạng là 1 Fμ

03,0

14,0

2.1.2 Các biện pháp chung để phòng ngừa điện giật

Như đã thấy ở trên, giá trị dòng điện rò trong mạng trung tính cách ly khi

điện áp mạng cố định chỉ còn phụ thuộc và điện trở cách điện và điện dung của mạng so với đất Để giảm giá trị dòng rò cần phải tăng điện trở cách điện

của mạng và giảm ảnh hưởng của điện dung C Có các biện pháp chính sau

đây để phòng ngừa điện giật :

- Không để người có thể chạm vào các bộ phận có điện bằng cách treo cao, đặt trong vỏ kín

- Sử dụng cấp điện áp thấp đối với các thiết bị dễ gây điện giật như khoan

điện cầm tay, chiếu sáng, tín hiệu, đo lường

- Bọc cách điện các bộ phận bằng kim loại của thiết bị điện

- Sử dụng các dụng cụ an toàn khi tiếp xúc với mạng điện như thảm cách

điện, ủng, găng tay Sử dụng các biện pháp khoá liên động, kiểm tra và vệ sinh thường kỳ cách điện

- Ngoài các biện pháp kể trên, trong các mạng điện mỏ bắt buộc phải áp dụng một số biện pháp kỹ thuật nhằm tăng cường tính an toàn như sử dụng rơ

le rũ, tiếp đất bảo vệ, bù thành phần điện dung của dòng rò, dùng máy biến áp phân ly 1:1 để giảm bớt chiều dài mạng

2.1.3 Nhiệm vụ và yêu cầu của bảo vệ rò điện

Nhiệm vụ của các rơle bảo vệ rò điện là:

- Khi con người chạm trực tiếp vào một pha của mạng có trung tính cách

ly sẽ xuất hiện một dòng điện rò qua người, rơle phải tự động cắt nhanh mạng khỏi nguồn cung cấp để làm giảm thời gian tồn tại của dòng điện qua cơ thể người, đảm bảo điều kiện an toàn

- Khi điện trở cách điện của mạng giảm, điện dung lớn, dòng rò từ mạng vào đất tăng quá mức, rơle cũng phải tự động cắt mạng nhằm làm giảm xác suất gây cháy bầu không khí mỏ do tia lửa điện trong mạch rò gây ra

Các yêu cầu của rơle bảo vệ rò là:

1 Kiểm tra liên tục và ngắt tự động mạng điện khi phát sinh dòng rò ≥30mA

2 Tác động nhanh để giảm thời gian tồn tại của dòng rò qua người (t C ≤0,2s)

3 Hệ thống bảo vệ cần phải chỉ kiểm tra điện trở tác dụng hoặc điện trở ôm không phản ứng với điện dung của mạng

4 Phản ứng cả khi rò đối xứng và không đối xứng

5 Điện trở trong phải lớn để không làm giảm điện trở cách điện của mạng và không làm tăng nguy cơ điện giật

6 Có độ nhạy đủ lớn

7 Không tác động nhầm khi quá trình quá độ đóng cắt thiết bị điện

8 Tác động chính xác không phụ thuộc và sự dao động của điện áp lưới

9 Có hình thức tự động kiểm tra tình trạng làm việc của các phần tử trong mạch Khi hư hỏng thiết bị phải ở trạng thái cắt

2.1.4 Các đặc tính của bảo vệ rò điện

Bảo vệ rò điện cần phải cắt mạng khi trong mạng xuất hiện dòng rò vượt quá dòng an toàn lâu dài cho phép Yêu cầu này có thể được biểu thị qua các

đặc tính bảo vệ rò và không phụ thuộc vào loại thiết bị bảo vệ

C

B A

atld f I U

3

atld f I U

0 )

U I

r

f r

+

33

Để đảm bảo dòng rò có giá trị bằng dòng an toàn lâu dài cho phép, điện trở rò một pha cần phải cắt mạng với giá trị được xác định bằng cách thay

atld

33

/

R I

U R R R

U I

atld

f r r

- Các giá trị R& R r/ nằm dưới đường thẳng có I > r I atldphải cắt mạng

- Khi mạng có điện trở cách điện

b Xét khi rò hai pha

Bỏ qua điện dung của mạng đối với đất có sơ đồ thay thế khi rò hai pha như hình 2-3a

R

0

1 2 3

R R

C B A

atld

f

I U

0 )

Khi rò hai pha, để đơn giản, xây dựng đặc tính bảo vệ rò hai pha qua hai

điểm đặc biệt : R=∞& R=0

f r

R R

U I

r r r

I

U R

R R

atld

f r

r

f r

I

U R

I

U I

I U

0 )

Hình 2-4 Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ khi rò ba pha và đặc tính Tương tự, khi rò ba pha có điện trở rò của ba pha bằng nhau là nguy hiểm nhất Từ sơ đồ ta có :

r

f r

atld r

I

U R

I

Suy ra đường đặc tính bảo vệ khỏi rò ba pha là đường song song với trục hoành (đường a hình 2-4b)

Tuy nhiên, nếu mạng được cắt khi rò ba pha với

atld

f r

U

những khi điện trở rò thấp mà còn được cắt cả khi điện trở cách điện thấp Từ

đó có khái niệm " điện trở cắt tới hạn " :

atld

f th I

U R

r

Như vậy, đặc tính cần thiết đối với bảo vệ rò còn là đường thẳng đứng đi

qua điểm có toạ độ

atld

f

I

U

và ba pha khi kể đến điện trở Rth

)

c

th

R a b

Hình 2-5 Đặc tính của bảo vệ rò khi kể đến Rth

Do các điện trở R& R r/// mắc song song nhau nên mạng còn được cắt khi:

atld f atld f

r atld

f

r r

I

U R

R I

U

R I

U R

đường đặc tính bảo vệ rò thoả

mãn cả bảo vệ rò 1 pha, 2 pha và 3 pha phải là đường b trong hình 2-5c Các thiết bị thoả mãn yêu cầu trên sẽ đảm bảo được điều kiện an toàn đầy đủ nhất

Đặc tính thoả mãn các yêu cầu đó gọi là đường đặc tính chính tắc Để bảo vệ làm việc ổn định tránh nhầm lẫn thì R od ≥(1,5ữ2)R th(Rth trong mạng 380 là 7,3k Ω, mạng 660V là 12,7k Ω)

2.1.5 Các nguyên lý xây dựng sơ đồ bảo vệ khỏi rò điện [4]

Trong mạng hạ áp mỏ ba pha trung tính cách ly, dòng rò thường rất nhỏ (khoảng 30 mA) so với dòng tải (cỡ hàng trăm A), cho nên việc phát hiện và

đo dòng rò thường theo phương phỏp giỏn tiếp

Hiện nay với loại mạng hạ áp ba pha trung tính cách ly thường dùng hai phương pháp :

- Theo áp hoặc dòng thứ tự không xuất hiện trong mạng khi rò;

- Theo giá trị điện trở giữa mạng và đất bằng cách đặt vào giữa mạngvà

đất một nguồn đo độc lập

Ngoài ra có thể sử dụng các sơ đồ phối hợp dựa trên cả hai nguyên lý trên

1 Sơ đồ bảo vệ khỏi rò dựa trên cơ sở sử dụng điện áp thứ tự không và dòng điện thứ tự không

Sơ đồ sử dụng bộ lọc điện áp thứ tự không thường là ba điện trở có giá trị như nhau nối thành hình sao Giữa điểm trung tính của hình sao này và đất là cơ cấu thực hiện P (hình 2-6)

Khi rò một pha (ví dụ người chạm vào pha A), điện trở cách điện mất đối xứng, giữa điểm trung tính 0 và đất xuất hiện áp thứ tự 0, điện áp này đủ để rơle tác động

CC P

Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rò sử dụng điện áp thứ tự không

Khi rò hai pha đồng thời, mạng ít mất đối xứng, điện áp U0 nhỏ, bảo vệ kém nhạy hơn Khi rò ba pha, áp thứ tự 0 không xuất hiện, rơle không tác

động Điều này chứng tỏ rơ le loại này không nhạy cảm đối với dòng rò ba pha Khi bỏ qua điện dung C và các điện trở R0, RP có điện áp chỉnh định rơle bằng :

→+

=

R R

U U

U

U U

R

cd

cd f

3

.)

3(

3

)3(

0

/ 0 0

0 /

R R

RR U

U U R

R R

R R

R U

U U R

cd

cd f

P

p

cd

cd f

r

+

−

=+

/ 0

R U

U U

cd

cd

Hình 2-7 Đặc tính bảo vệ rò sử dụng điện áp thứ tự không

Hiện nay sơ đồ này chỉ đ−ợc dùng để bảo vệ khỏi chạm đất một pha, để bảo vệ

rò điện hạ áp nó chỉ là một phần của sơ đồ phức tạp hơn

Hỡnh 2-8 là sơ đồ nguyờn lý thiết bị kiểm tra cỏch điện dựng bộ lọc dũng điện thứ tự khụng của Barụn A.E

A B C

Cuộn thứ cấp của biến dũng thứ tự khụng cung cấp cho một rơ le dũng điện RI Rơ le dũng RI cú tiếp điểm thường mở trong mạch hai rơ le điện ỏp RU1 và RU2

Khi rũ ra một pha (vớ dụ pha A) xuất hiện dũng thứ tự khụng làm rơ le

RI tỏc động Nú đúng tiếp điểm RI nối điểm trung tớnh 0 xuống đất Kết quả làm cho điện ỏp trờn rơ le điện ỏp RU1 giảm và điện ỏp trờn rơ le R2 tăng Rơ

le RU2 tỏc động làm hở mạch tiếp điểm RU2 trong mạch điều khiển khiến cho cụng tắc tơ K mất điện Khi rũ pha B làm điện ỏp trờn RU1 tăng cũng dẫn đến hở mạch điều khiển Khi rũ pha C sẽ làm tăng điện ỏp trờn cả hai rơ le và

cả hai rơ le RU1 và RU2 tỏc động

Đặc điểm của sơ đồ là khi trạng thỏi cỏch điện của mạng bỡnh thường thỡ điểm 0 được cỏch ly với đất nờn khụng làm ảnh hưởng đến cỏch điện của mạng Việc sử dụng hai rơ le điện ỏp đảm bảo độ tin cậy cao vỡ khi cú dũng khụng cõn bằng làm rơ le dũng điện tỏc động, nếu khụng xảy ra rũ một pha bảo vệ cũng khụng tỏc động do điện ỏp trờn hai rơ le điện ỏp RU1 và RU2 khi

đú bằng nhau Chỉ khi rơ le dũng tỏc động và cú rũ một pha điện ỏp trờn hai rơ

le mới thay đổi và bảo vệ mới tỏc động

Ưu điểm, của loại sơ đồ này đơn giản và tỏc động nhanh Nhực điểm, của loại sơ đồ này là khụng thể cú độ nhạy cao, khụng phản ứng khi rũ đối xứng và dễ tỏc động nhẫm khi điện trở bộ lọc thứ tự khụng lớn Vỡ vậy, chỳng thường được sử dụng rộng rói như là một phần tử của sơ đồ phối hợp

2 Sơ đồ bảo vệ khỏi rò dùng nguồn đo độc lập

Nguồn đo độc lập được đấu giữa mạng và đất để đo điện trở cách điện của mạng so với đất Để dòng đo không ghi nhận gía trị điện dung thường sử dụng nguồn đo một chiều (hình 2-9)

Z

Hình 2-9 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rò sử dụng nguồn đo độc lập

giảm áp nhờ bộ chia áp như hình 2-10

d d

R R

U I

+

với Rsđ là điện trở của sơ đồ, R là điện trở rò một pha r/

Nếu thay Iđ=IcđR suy ra điện trở cắt khi rò một pha với R=∞:

Khi rß hai pha t−¬ng tù cã : sd C

R r

R R

R R R

R

R R R R

r r

r

r

/ /

/

33

3.3

→ +

+

+

= + +

=

R R R R R R

R R U

R R

R R R

U I

r sd sd r

r d

r

r sd

( 3

C C

sd cdR d

sd cdR d

rCAT

R R

R R

R I

U R

R I

U R R

3 3

C

C rCAT

R R

RR R

R R

RR R

3

3

;3

vÖ khái rß thÊy r»ng chóng phï hîp nhau (h×nh 2-11)

Tuy nhiên, ở các mạng điện mỏ, đặc biệt mạng dài có nhiều phân nhánh, việc giữ cho điện trở cách điện đủ cao là rất khó Để sử dụng các bảo vệ có

đặc tính chính tắc cần phải giảm giá trị chỉnh định điện trở cắt tới hạn Rthxuống đủ thấp phù hợp với điện trở cách điện của mạng Tuy nhiên, việc giảm

điện trở Rth thì một cách tự nhiên rơ le cũng sẽ chỉ tác động khi có rò một pha

và hai pha với điện trở rò thấp hơn và hậu quả là kém an toàn hơn Bởi vậy cần phải tạo ra các bảo vệ có đặc tính biến dạng, nghĩa là giảm giá trị Rth xuống thấp hơn so với đặc tính chính tắc, nhưng đồng thời phải tăng giá trị điện trở cắt khi rò một pha và ba pha

3 Sơ đồ làm việc với dòng công tác xoay chiều khác tần số công nghiệp

Trong các sơ đồ này thường sử dụng nguồn có tần số cao hơn tần số công nghiệp Cũng có trường hợp sử dụng nguồn tần số thấp khoảng vài Hz Ưu

điểm của các sơ đồ loại này là có thể đảm bảo bảo vệ rò chọn lọc Nhược điểm của chúng là phải sử dụng máy phát tần số khác công nghiệp nên thường có cấu tạo phức tạp Hình 2-12 là sơ đồ kiểm tra cách điện sử dụng nguồn đo tần

số 4 Hz của Benua và Konstanchi

Do tần số thấp nên điện kháng điện dung tăng hơn 12 lần so với tần số 50

Hz Tương ứng thành phần điện dung của dòng rò cũng giảm khoảng 12 lần

Như vậy khi có rò, dòng điện dung chỉ làm giảm không đáng kể dòng rò chạy qua điện trở Rro Tức là dòng rò chỉ phụ thuộc vào điện áp của máy phát

MF và điện trở cách điện của mạng Để đo dòng này ở các tuyến lắp các biến dòng thứ tự không hiệu chỉnh ở tần số 4 Hz Khi rò ở một phân nhánh nào đó, chỉ riêng trong biến dòng phân nhánh đó có dòng thứ tự không làm rơle phân nhánh đó tác động

1 2

9

10

5

11K3

4

Hình 2-13 Sơ đồ nguyên lý kiểm tra cách điện của Bôgđanốp R A Thiết bị bảo vệ gồm nguồn kiểm tra 1, bộ điều chỉnh 2, bộ lọc 3, biến dòng thứ tự không 4, bộ khuếch đại 5 Cuộn cảm 6 và tụ điện 7 là mạch cộng hưởng nối tiếp có tần số cộng hưởng bằng tần số của nguồn công tác Vì vậy, mạch cộng hưởng có trở kháng nhỏ đối với nguồn đo nhưng lại có trở kháng lớn đối với dòng thứ tự không (có tần số 50 Hz) Cuộn dây của biến dòng thứ

tự không và tụ điện 9 được tính toán cộng hưởng với tần số của nguồn kiểm

tra Do vậy làm giảm đ−ợc 9 lần sức điện động không cân bằng và sức điện

động thay đổi điện áp nguồn kiểm tra sao cho điện áp trên điện trở rò có giá trị không đổi

Nguyên lý làm việc của sơ đồ:

Khi phát sinh rò trong phần mạng đ−ợc kiểm tra, qua điện trở rò sẽ có dòng công tác mà trị số của nó phụ thuộc vào điện trở rò Dòng này làm xuất hiện sức điện động trong biến dòng thứ tự không và đ−ợc khuếch đại Tín hiệu này làm rơle điện từ 11 tác động đóng tiếp điểm K trong mạch cuộn cắt của máy cắt

4 Các sơ đồ hỗn hợp

Trong các sơ đồ này sử dụng kết hợp dòng thứ tự không, sơ đồ "van" và sơ đồ sử dụng nguồn độc lập Ưu điểm của các sơ đồ hỗn hợp là có thể tạo ra các thiết bị bảo vệ rò có đặc tính bảo vệ rò chính tắc cũng nh− biến dạng Rơle

rò УАКИ của Nga là một ví dụ về sự kết hợp giữa sơ đồ "van" và sơ đồ sử dụng điện áp thứ tự không

Hình 2-14 là sơ đồ nguyên lý một loại rơle rò sử dụng sơ đồ "van", kết hợp với sơ đồ dùng điện áp và dòng điện thứ tự không do Saiacberốp N S đề xuất Bộ lọc điện áp thứ tự không tạo bởi ba điện trở R2 đấu hình sao Ba điện trở R2 vừa là bộ lọc điện áp thứ tự không vừa là điện trở hạn chế đối với các

điôt D Dòng điện thứ tự không lấy qua biến dòng thứ tự không, qua bộ lọc R1, C1 và đ−ợc khuếch đại bởi tranzito T Rơle RL có hai cuộn dây: một cuộn

làm việc Wlv và một cuộn hãm Wh Tụ C2 được mắc nối tiếp với cuộn hãm có tác dụng tạo thời gian trễ cho rơle

A B C

Hình 2-14 Rơle rò sử dụng sơ đồ hỗn hợp của Saiacberốp N S

Ưu điểm của sơ đồ là phản ứng với cả rò đối xứng và không đối xứng Mặt khác có thể tạo được đặc tính bảo vệ rò chính tắc cũng như biến dạng

Để bảo vệ rò chọn lọc, một trong những giải pháp đặc sắc là phương pháp sử dụng dòng đo một chiều và biến dòng một chiều của Soukur F có sơ

đồ nguyên lý hình 2-15

DP

D R

Ưu điểm của phương pháp sử dụng dòng đo một chiều là loại trừ được hoàn toàn ảnh hưởng điện dung của mạng và không yêu cầu có máy phát tần

số thấp Hơn nữa, nguồn đo một chiều có thể sử dụng mạch chỉnh lưu nối đất

Nguyên lý làm việc của sơ đồ là khi có rò một pha ở vị trí bất kỳ sẽ xuất hiện dòng chỉnh lưu Trị số của dòng này phụ thuộc vào áp trên cuộn lọc

DP và điện trở rò tác dụng

Do trị số của dòng này không thể đo bằng các ampemét thông thường nên ở đây sử dụng cuộn cảm bão hoà gồm hai biến dòng thứ tự không mắc ngược nhau Nếu qua các dây dẫn nằm trong cửa sổ của các biến dòng này không có dòng một chiều hoặc dòng chỉnh lưu, ampemét sẽ chỉ không Nếu trong các dây dẫn có dòng xoay chiều thứ tự không, do hai cuộn dây mắc ngược nhau nên ampemét cũng chỉ không Chỉ trong trường hợp có dòng một chiều làm cho điện cảm của hai cuộn dây thay đổi ampemet sẽ chỉ thị một giá trị xác định

2.2 Đánh giá điều kiện an toàn thiết bị bảo vệ rũ trong cỏc mạng điện hạ

ỏp khu vực mỏ hầm lũ vựng Uụng Bớ - Quảng Ninh

2.2.1 Tổ chức cung cấp điện hạ ỏp trong lũ vựng Uụng Bớ-Quảng Ninh

Cũng như cỏc mỏ hầm lũ vựng Quảng Ninh núi chung, đa số cỏc mỏ hầm

lũ vựng Uụng Bớ – Quảng Ninh đều đang ở giai đoạn vừa khai thỏc vừa đầu tư xuống sõu dần trong lũng đất dẫn đến hệ thống cung cấp điện trong lũ cũng liờn tục thay đổi Tuy nhiờn, hiện tại việc mở vỉa của cỏc mỏ chủ yếu bằng cỏc

lũ bằng nờn phương phỏp cung cấp điện hạ ỏp của cỏc mỏ gần như giống nhau Cung cấp điện cho cỏc gương khai thỏc và lũ chuẩn bị cú đặc điểm chung là sử dụng trạm biến ỏp 6/0,4 ữ 0,69 kV di chuyển theo tiến độ của gương lũ để cung cấp điện trực tiếp cho cỏc phụ tải Trạm biến ỏp được di chuyển theo tiến độ lũ chợ Điện năng với điện ỏp 380V hoặc 660V được dẫn tới trạm phõn phối lũ chợ và từ đú phõn phối cho cỏc phụ tải trong khu vực

bằng các đường cáp mềm Tuỳ theo góc nghiêng của vỉa và phương pháp cung cấp điện cho khu vực khai thác mà thiết bị trong khu và trạm phân phối

hạ áp lò chợ được bố trí ở lò vận chuyển hoặc một bộ phận ở lò vận chuyển, một bộ phận ở lò thông gió Hiện tại có một số lò chợ và lò chuẩn bị cơ giới hoá sử dụng điện áp 1140V, còn hầu hết các khu khai thác khác trong các mỏ hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh đều sử dụng điện áp 660, còn điện áp 380V sử dụng rất ít và một ngày không xa sẽ không dùng nữa Trừ một số lò chợ được cơ giới hoá còn đa số lò chợ vẫn theo công nghệ cũ nên trình độ vận hành không cao Trong thời gian gần đây, Tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam đang cho triển khai các dự án dùng máy khấu than cho các lò chợ các công ty than Dương Huy, Thống Nhất, Uông Bí, Mạo Khê, Vàng Danh, Hà lầm, Hòn Gai

Trong bối cảnh như vậy, việc chấm dứt không sử dụng mạng 380 V và nâng điện áp từ lên 660V hoặc 1140V ở phần lớn mạng hạ áp hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh là tất yếu

Phân tích sơ đồ cung cấp điện của các mỏ than hầm lò vùng Uông Bí – Quảng Ninh cho các đặc trưng của mạng điện hạ áp khu vực hầm lò trong bảng 2-1 (số liệu theo sơ đồ cung cấp điện hạ áp quý II năm 2011)

Bảng 2-1 Cấu hình mạng hạ áp hầm lò vùng Uông Bí-Quảng Ninh

TT Tên mạng điện

Số phân nhánh,

n

Chiều dài mạng xa nhất Lxnh,

km

Tổng chiều dài mạng L,

km

Tổng số thiết bị đấu vào mạng,

N

I Công ty than Vàng Danh

1.1 Khu vực mặt bằng giếng phụ +120 4 0,113 0,341 11 1.2 Ga lò +105 giếng Vàng Danh 1 0,325 0,48 7 1.3 Khu vực mặt bằng cửa lò giếng chính Vàng Danh 4 0,16 0,393 9

1.14 Lò chợ II-7-3 giếng Vàng Danh (cung cấp điện lò V7

1.18 Lò phân tầng số 2 khoảnh IV V5 Đông Vàng Danh 1 0,630 1,143 22

2.9 Khu vực lò DV IV-8-1 mức +260, khu vực lò mức +300 2 0,3 0,93 20

3.14 Lò thượng thông gió +125/+248 2 0,095 0,45 8

1 Công ty than Vàng Danh 0,341 2,137 0,954 0,693 4 5 31 13,52

2 Công ty than

3 Công ty than

4 Công ty than Nam Mẫu 0,421 1,885 1,032 1,0 3 5 25 11,375

Từ bảng 2.2 cho thấy cấu hình mạng điện áp khu vực hầm lò vùng Uông Bí –Quảng Ninh hiện nay có chiều dài L = (0,26 ÷ 2,632) km, số thiết

bị đấu vào mạng N = ( 3÷34) Cấu hình mạng tiêu biểu : Ltb = 1,141 km; Ntb = 14; Lxnhtb = 1,137 km

2.2.2 Xác định các thông số cách điện của mạng so với đất theo các công thức thực nghiệm

Hiện tại chưa có những nghiên cứu về qui luật thay đổi thông số cách điện mạng 660V mạng hầm lò vùng Quảng Ninh theo chiều dài và số thiết bị Vì vậy, để đánh giá tình trạng an toàn mạng hạ áp 660 V của các Công ty than vùng Uông Bí – Quảng Ninh sẽ sử dụng các công thức thực nghiệm từ kết quả nghiên cứu mạng 380V [2]:

1.1 Khu vực mặt bằng giếng phụ +120 11 0,341 6,868 20,747 0,359 0,1191.2 Ga lò +105 giếng Vàng Danh 7 0,48 9,328 28,248 0,413 0,1371.3 Khu vực mặt bằng cửa lò giếng chính Vàng Danh 9 0,393 7,911 23,923 0,379 0,126

1.10 Khu vực CII-7-1 GVD 31 1,486 2,962 10,912 0,8 0,266

1.14 Lò chợ II-7-3 giếng Vàng Danh (cung cấp điện lò V7

cánh tây mức +0) 5 0,615 11,363 34,482 0,464 0,154

1.16 Khu vực sân ga mặt bằng mức +139 7 0,39 9,328 28,248 0,378 0,126

1.18 Lò phân tầng số 2 khoảnh IV V5 Đông Vàng Danh 22 1,143 3,98 11,99 0,668 0,222

2.6 Lò DV8 mức +340 LCIV-8-2P, lò DV8 +385

2.7 Khu vực lò V7 mức +320 và +280 18 1,325 4,699 14,164 0,738 0,2452.8 Lò XV +260 6 1,135 10,245 31,055 0,665 0,221

2.9 Khu vực lò DV IV-8-1 mức +260, khu vực lò mức +300 20 0,93 4,31 12,987 0,586 0,195