Nghiên cứu, đề xuất phương án thiết kế rơle bảo vệ trang bị trong khởi động từ mỏ hầm lò vùng cẩm phả quảng ninh

1.1 Sơ đồ tổng quát chung của mạng điện hạ áp mỏ 6 1.2 Mô hình cung cấp điện khu vực khai thác 10 1.3 Biểu đồ thiết bị điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh do các nước

Hμ Néi - 2011

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc

TS NguyÔn Hanh TiÕn

Chuyªn ngμnh: §iÖn khÝ hãa má

dung tr×nh bμy trong luËn v¨n do chÝnh b¶n th©n t«i thùc hiÖn C¸c sè liÖu 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

Lª V¨n Phóc

2 Mục đích của đề tμi 2

4 Nội dung nghiên cứu của đề tμi 2

6 ý nghĩa khoa học vμ thực tiễn của đề tμi 3

Chương 1: Tổng quan về trang bị điện cho mạng hạ

áp mỏ hầm lò

4

1.1 Đăc điểm chung mạng điện hạ áp mỏ hầm lò 4

1.2 Tổ chức cung cấp điện hạ áp trong các mỏ than hầm lò 7

1.3 Trang bị điện trong mạng hạ áp mỏ hầm lò 11

1.4 Các yêu cầu kỹ thuật đối với các thiết bị điều khiển vμ

bảo vệ mỏ hầm lò

14

Chương 2: Các hình thức bảo vệ Rơle trang bị

Chương 3: Nghiên cứu, đề xuất phương án thiết kế

Rơle bảo vệ trang bị trong khởi động từ mỏ hầm

3.2 Các hình thức bảo vệ trang bị trong khởi động từ mỏ 70

3.2.3 Bảo vệ liên động chống đóng điện khi điện trở cách điện

giảm dưới mức cho phép

71

3.3 Đề xuất giải pháp Rơle bảo vệ trang bị cho khởi động từ mỏ 71

3.4.1 Mô phỏng mạch điện bảo vệ liên động chống đóng điện khi

1.1 Số liệu kích thước của cơ cấu bắt chặt đặc biệt 16 1.2 Mômen xoắn tác dụng vμo các cọc đấu dây vμ đầu cốt sử

dụng để đấu nối

hầm lò theo cấp điện hạ áp lμm việc

80

3.2 Điện áp ngưỡng so sánh tính toán theo trở cách điện tối

thiểu

81

1.1 Sơ đồ tổng quát chung của mạng điện hạ áp mỏ 6 1.2 Mô hình cung cấp điện khu vực khai thác 10 1.3 Biểu đồ thiết bị điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Cẩm

Phả - Quảng Ninh do các nước sản xuất

2.1 Biểu đồ tỷ lệ phân bố các khởi động từ theo các nước sản

xuất tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

2.16 Sơ đồ mạch bảo vệ an toμn tia lửa vμ bảo vệ liên động rò

điện

53

2.18 Sơ đồ bảo vệ khỏi chập mạch điều khiển dùng rơle trung

3.2 Nguyên lý mạch kiểm tra điện trở cách điện giữa các bối

dây của động cơ với đất

74

3.3 Sơ đồ thay thế tương đương mạch kiểm tra điện trở cách

điện

74

3.4 Sơ đồ mạch điện điều khiển liên động cho KĐT chống

đóng điện khi điện trở cách điện giảm dưới mức cho phép

điện

3.16 Sơ đồ mô phỏng mạch bảo vệ khỏi chế độ lμm việc thiếu

pha (khi đang lμm việc bình thường)

94

3.17 Sơ đồ mô phỏng mạch bảo vệ khỏi chế độ lμm việc thiếu

pha (khi mất một pha)

96

Mở đầu

Hiện nay, ngμnh công nghiệp khai thác khoáng sản của Việt Nam đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngμy cμng cao của đất nước Việc nâng cao sản lượng than đòi hỏi phải đầu tư mở rộng khai thác vμ tăng cường các thiết bị, máy móc Thiết bị, máy móc sử dụng trong mỏ hầm lò chủ yếu lμ các động cơ điện phòng nổ, như động cơ băng tải,

động cơ máng cμo, động cơ bơm nước, động cơ quạt gió Các động cơ nμy

đều được điều khiển bởi các khởi động từ (KĐT) phòng nổ Có nhiều loại khởi

động từ phòng nổ được sử dụng trong mỏ hầm lò, tại vùng mỏ Cẩm Phả - Quảng Ninh chủ yếu sử dụng các loại khởi động từ của Trung Quốc, của Nga hoặc của Ban lan Mỗi loại KĐT đều có những ưu nhược điểm khác nhau, nhưng nhìn chung các hình thức bảo vệ rơle trong các khởi động từ nμy thường không đồng bộ hoặc không đủ chức năng để bảo vệ động cơ khỏi các

sự cố xẩy ra trong quá trình lμm việc cũng như không có khả năng liên động chống đóng điện khi điện trở cách điện của mạng cáp cấp đến động cơ suy giảm quá mức cho phép Mặt khác, các bộ bảo vệ động cơ thường có thời gian

sử dụng ngắn hơn so với khởi động từ nên khi bộ bảo vệ bị lỗi người sử dụng thường đấu tắt mạch điều khiển của khởi động từ mμ không có biện pháp sửa chữa, thay thế kịp thời Vì vậy, khi có sự cố xảy ra mμ thiết bị bảo vệ không lμm việc thì sẽ lμm hỏng động cơ vμ ảnh hưởng đến vấn đề kiểm soát an toμn lao động

1 Tính cấp thiết của đề tμi :

Việc sửa chữa, thay thế động cơ điện phòng nổ, đặc biệt lμ loại động cơ

có công suất lớn lμ rất tốn kém vμ mất nhiều thời gian, gây ảnh hưởng đến tiến

độ sản xuất Trước những vấn đề cấp thiết nêu trên nên rất cần thiết phải có một thiết bị bảo vệ thích hợp để bổ sung, thay thế cho các loại bảo vệ cũ nhằm bảo vệ cho động cơ điện khỏi các trường hợp sự cố như mất pha, quá tải, ngắn mạch, vμ kiểm tra điện trở cách điện của mạng cáp cấp điện cho động cơ

trước khi khởi động Do đó đề tμi: Nghiên cứu, đề xuất phương án thiết kế Rơle bảo vệ trang bị trong khởi động từ mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh có tính cấp thiết vμ mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như tăng

cường khả năng kiểm soát an toμn trong quá trình khai thác mỏ

2 Mục đích của đề tμi:

- Tìm hiểu, đánh giá hiện trạng việc sử dụng các khởi động từ phòng nổ

mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

- Nghiên cứu , đề xuất phương án thiết kế Rơle bảo vệ trang bị trong

khởi động từ mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

3 Đối tượng vμ phạm vi nghiên cứu :

Các khởi động từ phòng nổ dùng trong các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

4 Nội dung nghiên cứu của đề tμi :

- Tổng quan về trang bị điện cho mạng hạ áp mỏ hầm lò

- Các hình thức bảo vệ Rơle trang bị trong khởi động từ mỏ hầm lò

- Nghiên cứu, đề xuất phương án thiết kế Rơle bảo vệ trang bị trong khởi

động từ mỏ hầm lò Gia công số liệu trên cơ sở sử dụng các thông tin thu thập

được tại các mỏ, kết hợp với các thông số kinh nghiệm trong quá trình công tác nghiên cứu khoa học của tác giả vμ tμi liệu tham khảo ở trong nước vμ ngoμi

6 ý nghĩa khoa học vμ thực tiễn của đề tμi

Với việc tìm hiểu điều kiện hoạt động của các thiết bị điện ở các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh vμ dựa trên các số liệu thực tế thu thập

được trong quá trình nghiên cứu, luận văn có ý nghĩa khoa học vμ tính thực tiễn sau:

- Đánh giá tổng quan các hình thức bảo vệ rơle trang bị trong các khởi

- Chương 1: Tổng quan về trang bị điện cho mạng hạ áp mỏ hầm lò

- Chương 2: Các hình thức bảo vệ Rơle trang bị trong khởi động từ mỏ

hầm lò

- Chương 3: Nghiên cứu, đề xuất phương án thiết kế Rơle bảo vệ trang

bị trong khởi động từ mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

- Chương 4: Kết luận vμ Kiến nghị

Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Điện khí hóa, Trường Đại học Mỏ

- Địa chất Trong quá trình thực hiện tác giả nhận được sự tận tình chỉ bảo của

người hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Hanh Tiến, cũng như các ý kiến

đóng góp quý báu của các nhμ khoa học trong lĩnh vực Điện khí hoá, các cán

bộ giảng dạy của Bộ môn Điện khí hoá cùng các bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thμnh cảm ơn vμ mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các độc giả, các nhμ khoa học để luận văn được hoμn thiện hơn

Tác giả xin chân thμnh cám ơn!

Chương 1 Tổng quan về trang bị điện cho mạng hạ áp mỏ hầm lò.

1.1 Đăc điểm chung mạng điện hạ áp mỏ hầm lò

1.1.1 Hệ thống cung cấp điện trên phạm vi mỏ

Hiện nay các mỏ hầm lò chủ yếu được cấp điện từ hệ thống điện Quốc gia (gồm các nhμ máy nhiệt điện vμ thuỷ điện hòa với nhau) Điện năng từ hệ thống điện Quốc gia được đưa về trạm biến áp khu vực bằng hai đường dây tải

điện kép điện áp 110kV hoặc 220kV Tại trạm biến áp khu vực đặt các máy biến áp 110(220)/35/6kV, ở phía hạ áp có hai cấp điện áp lμ 35kV vμ 6kV Trong tương lai gần (từ năm 2010 vμ các năm tiếp theo) Tập đoμn Công nghiệp than vμ Khoáng sản Việt Nam sẽ đưa vμo vận hμnh các nhμ máy nhiệt

điện than để cung cấp cho vùng mỏ đồng thời hoμ vμo lưới điện quốc gia

Điện năng cung cấp cho xí nghiệp mỏ có thể thực hiện theo hai phương thức:

- Với các xí nghiệp ở gần trạm biến áp vùng vμ công suất tiêu thụ không lớn thì lấy trực tiếp điện 6kV, bằng một hoặc hai tuyến 6kV (tuỳ theo yêu cầu về nhu cầu cung cấp điện liên tục hay không liên tục) Tại xí nghiệp lắp đặt trạm phân phối chính để phân phối điện năng 6kV cho nội bộ xí nghiệp Trường hợp chỉ có một đường dây 6kV thì nguồn dự phòng có thể lấy từ nguồn điện của xí nghiệp lân cận

- Với các xí nghiệp ở xa trạm biến áp vùng thì điện năng từ trạm biến áp vùng được dẫn đến xí nghiệp theo hai đường dây 35kV dự phòng nóng, tại xí nghiệp xây dựng trạm biến áp chính 35/6kV gồm hai máy biến áp dự phòng nóng hoặc nguội

1.1.2 Hệ thống cung cấp điện trong nội bộ xí nghiệp mỏ

Hệ thống cung cấp điện trong hầm mỏ nhìn chung đều có những đặc

điểm cơ bản sau:

Các mỏ được cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia, bằng các đường dây 110kV dẫn về các trạm biến áp vùng 110/35/6kV; từ các trạm biến áp vùng, điện năng theo hai tuyến đường dây 35kV (một lμm việc, một dự phòng)

được dẫn về trạm biến áp chính 35/6kV của từng mỏ, luân phiên theo chu kỳ

ca sản xuất

Với hệ thống lưới điện như vậy thì việc cung cấp điện cho các mỏ than

đến thanh cái phía 35kV của trạm biến áp chính lμ liên tục, thời gian mất điện chỉ bằng thời gian cần thiết để đóng nguồn dự phòng nên thoả mãn yêu cầu cung cấp điện liên tục đối với mỏ than hầm lò

Do đặc thù vμ điều kiện địa chất mỏ, hiện nay việc cung cấp điện cho các

mỏ hầm lò được thực hiện chủ yếu qua lò giếng Từ trạm biến áp chính điện năng được cung cấp trực tiếp cho các động cơ cao áp 6kV (quạt gió chính, trục tải) vμ qua các biến áp 6/0,4(0,69)kV để cung cấp cho các phụ tải trên mặt

mỏ Đồng thời cũng từ trạm biến áp chính điện năng được dẫn đến miệng giếng bằng hai đường dây trên không hoặc cáp vμ cung cấp cho trạm phân phối trung tâm hầm lò bằng hai tuyến cáp đặt trong giếng Từ trạm phân phối trung tâm hầm lò cung cấp cho các khu vực khai thác thông qua đường cáp vμ các trạm biến áp di động 6/0,4(0,69)kV để cung cấp điện cho các máy khoan,

động cơ máng cμo, động cơ băng tải, quạt gió cục bộ vμ các máy biến áp 660/380/127V dùng cho chiếu sáng mỏ Sơ đồ tổng quát chung của mạng điện hạ áp của mỏ từ 6KV trở xuống như sau:

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát chung của mạng điện hạ áp mỏ

1.1.3 Các đặc điểm về cung cấp điện trong các xí nghiệp mỏ:

- Phụ tải ở khu vực khai thác mỏ phân tán trên một phạm vi rộng vμ ở các

- Sự giới hạn của không gian nơi lμm việc trong hầm lò buộc phải sử dụng các thiết bị có kích thước nhỏ gọn

- Những công việc trong các hầm lò được đặc trưng bởi sự nguy hiểm điện giật lớn, bởi vậy việc cung cấp điện phải gắn liền với vấn đề an toμn lao

động

- Sự đa dạng của các chế độ lμm việc của các thiết bị điện vμ các cơ cấu dẫn đến sự không ổn định của phụ tải, sự dao động điện áp lớn do các

động cơ công suất lớn khởi động gây nên

- Tuyệt đại đa số các cơ cấu máy móc được hoạt động với sự trợ giúp của các động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc Các điều kiện vận hμnh của chúng rất khác biệt so với các động cơ bình thường, không chỉ vì

điều kiện đặc biệt trong hầm mỏ mμ còn do đặc điểm của các quá trình công nghệ ở hầm lò

1.2 Tổ chức cung cấp điện hạ áp trong các mỏ than hầm lò

1.2.1 Yêu cầu tổ chức cung cấp điện hạ áp

Đa số các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh đều đang ở giai đoạn vừa khai thác vừa đầu tư xuống sâu, dẫn đến hệ thống cung cấp điện mỏ cũng liên tục thay đổi Hiện tại các mỏ than hầm lò đã áp dụng cả phương pháp mở vỉa bằng

lò bằng, bằng giếng đứng vμ giếng nghiêng Phương pháp cung cấp điện hạ áp của các mỏ gần như giống nhau: Cung cấp điện cho các gương khai thác (lò chợ) vμ lò chuẩn bị, sử dụng trạm biến áp 6/0,4ữ1,14KV di chuyển theo tiến

độ của gương lò cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải Điện năng với cấp

điện áp 380V, 660V hặc 1140V được dẫn tới trạm phân phối lò chợ vμ từ đó phân phối cho các phụ tải trong khu vực bằng các đường cáp mềm Tuỳ theo góc nghiêng của vỉa vμ phương pháp cung cấp điện cho khu khai thác mμ thiết

bị trong khu vμ 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, chủ yếu các lò chợ vẫn được khai thác theo công nghệ cũ lμ khoan, nổ mìn vμ sử dụng cột chống thủy lực đơn nên yêu cầu về cung cấp điện vận hμnh không quá phức tạp Trong thời gian gần đây, tập đoμn CN Than vμ Khoáng sản Việt

Nam đã cho triển khai các dự án lò chợ cơ giới hóa dùng máy khấu than kết hợp với dμn chống tự hμnh, với xu hướng đó, việc nâng cấp điện áp từ 380V lên 660V hoặc 1140V ở nhiều mạng hạ áp mỏ hầm lò lμ tất yếu

Công nghệ khai thác than hầm lò tạo ra những đặc điểm đòi hỏi việc tổ chức cung cấp điện vμ trang thiết bị điện phải phù hợp với những đặc điểm đó, chủ yếu gồm:

- Độ ẩm vμ độ chứa bụi trong bầu không khí ở các đường lò cao đòi hỏi các thiết bị điện phải được lắp đặt trong vỏ đặc biệt để bảo vệ khỏi ẩm vμ bụi

- Không gian chật hẹp, khả năng sập lò vμ đất đá sụt lở đòi hỏi thiết bị

điện phải có kích thước tối thiểu vμ độ bền cơ học cao

- Khả năng cháy nổ bầu không khí mỏ đòi hỏi thiết bị điện phải được chế tạo đặc biệt để không thể lμ nguyên nhân gây cháy, nổ

- Khả năng dễ gây ra điện giật đòi hỏi phải sử dụng loại mạng điện riêng (mạng trung tính cách ly) vμ phải sử dụng từng hình thức bảo vệ riêng để kiểm tra thường xuyên cách điện vμ cắt điện bảo vệ

Những đặc điểm kể trên ngoμi các yêu cầu đòi hỏi trang thiết bị phải thoả mãn, còn đặt ra các yêu cầu đối với tổ chức hệ thống cung cấp điện Hệ thống cung cấp điện ngoμi việc phải thoả mãn các yêu cầu về chất lượng điện năng, còn phải thoả mãn một số yêu cầu chủ yếu gồm:

- Tăng năng suất của các máy móc khai thác bằng cách tăng công suất

động cơ truyền động, nhưng không vì thế mμ tăng kích thước của động cơ Vì thế xu hướng chung lμ tăng cường phẩm chất của cách điện, tăng cấp điện áp cung cấp cho động cơ công suất lớn, tăng cường lμm nguội

động cơ theo hướng thổi khí có áp suất đủ

- Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục theo hướng chọn lọc thụ động

- Đảm bảo dòng rò nhờ kết hợp mạng hợp lý nhằm hạn chế chiều dμi mạng cáp vμ số lượng thiết bị đấu vμo mạng trên cơ sở sử dụng các trạm biến

áp di động công suất không lớn

- Sử dụng thiết bị khởi động mềm vμ tự động điều chỉnh tốc độ

1.2.2 Phương pháp tổ chức cung cấp điện

Do đặc thù hoạt động sản xuất vμ các yếu tố đe dọa tới điều kiện an toμn lao động (cháy nổ khí, bục nước, sập lò…), nên mỏ than hầm lò luôn được coi

lμ hộ tiêu thụ điện đặc biệt quan trọng Không giống như phần lớn các xí nghiệp công nghiệp sản xuất tập trung, các xí nghiệp mỏ thường được cung cấp điện theo mô hình: lưới cao áp quốc gia -> lưới phân phối -> lưới hạ áp Hiện nay ở Việt Nam, lưới phân phối có các cấp điện áp được áp dụng như sau: 6,10,22,35kV; lưới hạ áp khu vực có: 380, 660V

Tùy theo độ sâu, diện tích của vỉa than vμ cấp điện áp lμm việc của các thiết bị sử dụng trong hầm lò, trên thế giới từ lâu nay phổ biến hai phương pháp cung cấp điện như sau:

1.2.2.1 Cấp điện qua giếng

Phương pháp nμy được áp dụng cho mỏ sâu Trạm chính của mỏ nhận

điện cao áp từ lưới quốc gia, chuyển hạ cấp điện áp xuống lưới phân phối, thường lμ 6kV Điện áp nμy được dẫn từ trạm biến áp chính (T.B.A.C) hoặc trạm phân phối trên mặt bằng qua lò giếng (thường lμ giếng phụ) tới các trạm biến áp di động (T.B.D) hoặc cố định (T.B.C) trong lò, với mô hình chung như minh họa nêu trên hình 1.1a Trạm phân phối trung tâm hầm lò (T.P.T.H) thường được bố trí lắp đặt cạnh sân giếng, lân cận với trạm bơm thoát nước chính vμ trạm chỉnh lưu

1.2.2.2 Cấp điện qua lỗ khoan

Phương pháp nμy nói chung chỉ áp dụng cho các mỏ nông, khi các vỉa than nằm sâu nhất không quá 300m Theo phương pháp nμy, điện hạ thế được

cấp thẳng từ trạm chính hoặc từ các biến áp phân phối đặt trên mặt bằng đến tận lò chợ, dẫn cáp qua lỗ khoan hoặc thượng thông gió Như vậy sơ đồ nμy không có trạm phân phối ngầm Mô hình cung cấp điện theo phương án nμy

được minh họa trên hình 1.1b

Hình 1.2 Mô hình cung cấp điện khu vực khai thác

Phương pháp cung cấp điện đối với mỗi khu vực, kết cấu vμ thông số mạng điện hạ áp khu vực mỏ được tính toán dựa trên phương pháp mở vỉa; phương pháp khai thác, vận chuyển than, đất đá; chiều dμi vỉa, sản lượng vỉa; mức độ trang bị cơ giới hoá khai thác than… Mỗi đơn vị khai thác được cấp

điện từ trạm biến áp khu vực 6/0,4kV Chủ yếu các trạm biến áp khu vực đặt trong hầm lò, được cung cấp điện qua lò bằng, giếng nghiêng hoặc giếng đứng

từ trạm biến áp chính trên mặt bằng theo đường dây trên không vμ cáp điện 6kV Các trạm đặt trong hầm lò chủ yếu sử dụng các máy biến áp phòng nổ của Nga (TKШBП vμ TCШBП -160, 180, 240, 320kVA), Ba Lan (JTZSB -315kVA), Trung Quốc (KBSGZJ)… Có thể đặt chúng cố định hoặc di chuyển

định kỳ nhằm cung cấp điện áp 380V hoặc 660V đến các điểm phân phối điện

hạ áp của các công trường khai thác bằng cáp cứng vμ cáp mềm đặt theo

đường lò Có một số trường hợp trạm biến áp khu vực 6/0,4(0,69)kV đặt ở ngoμi cửa lò, sử dụng máy biến áp kiểu thông thường

1.3 Trang bị điện trong mạng hạ áp mỏ hầm lò

1.3.1 Tổng quan về tình hình trang bị thiết bị điện

Các thiết bị điện trang bị trong mạng điện hạ áp mỏ hầm lò hiện nay chủ yếu được nhập ngoại, từ những nước có ngμnh công nghiệp mỏ phát triển Thống kê tại vùng mỏ Quảng Ninh cho thấy:

Các thiết bị đóng cắt vμ bảo vệ:

Aptomat của Nga gồm: (AΦB-1A, AΦB-2A, AΦB-1AT, A B-2AT ),

Trung Quốc có các loại (DW-80, 200, 350, BKD-200, 400 )

Φ

Các khởi động từ chủ yếu lμ các thiết bị của Nga (ПBИ-63, 125Б, 250 ПMBИ-41, 61, 125, ПMBИP-41T…), Trung Quốc (BQD-4, 5, 7…QBZ-120, QJZ-120, QC83-80, 120, 225…), Ba Lan (KWSOI-160, OWD-106…)

Các thiết bị khởi động (biến áp khoan vμ biến áp chiếu sáng) chủ yếu cũng của Nga (AПШ –M01, AП- 4, …), Trung Quốc (ZXZ8, BZZ, KSGZ-2,

5, 4…), Ba Lan (OZTU-3, 5; KZOWO-3, 5…)

Các phụ tải điện sử dụng ở các mỏ hầm lò Quảng Ninh lμ các động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc kiểu phòng nổ (BAO, BP, MA-36, ЭДKO-4 …)

có công suất không quá 75kW, cũng chủ yếu do các nước: Nga, Trung Quốc,

Ba Lan vμ Việt Nam sản xuất

Trong mạng hạ áp hầm lò việc sử dụng rơle rò loại YAKИ, JY-82 để cắt

điện khi có dòng rò vμ chỉ cho mạng lμm việc khi có điện trở cắt điện đủ lớn (điện trở cắt tới hạn bằng 10,5kΩ/pha đối với mạg 380V; 30k /pha đối với mạng 660V)

Ω

ở mạng điện hầm lò 1140V bảo vệ khỏi rò lμ tổ hợp thiết bị gồm 2 khối, Khối cắt bảo vệ ПЗО -1140 sẽ tác động lên máy ngắt tự động để cắt mạng khi

điện trở cách điện giảm thấp hơn giá trị 60kΩ/pha vμ khi phát sinh dòng rò nguy hiểm Khối bù thμnh phần điện dung của dòng rò vμ nối ngắn mạch pha hư hỏng ra đất БKЗ-1140 Chức năng chủ yếu của khối nμy lμ giảm dòng rò khoảnh khắc bằng cách đấu sun chỗ rò nguy hiểm với đất, cũng như để bù tĩnh thμnh phần điện dung của dòng rò Các khối ПЗО -1140 vμ БKЗ-1140 được lắp đặt trong trạm biến áp di động 6/1,2kV

1.3.2 Phân loại các thiết bị điện hạ áp được sử dụng trong các mỏ

Để định hướng cho việc nghiên cứu về các thiết bị bảo vệ trang bị trong các khởi động từ hầm mỏ vùng Cẩm Phả – Quảng Ninh, cần khảo sát, thống

kê cụ thể tình hình sử dụng các thiết bị điện mỏ tại các mỏ than hầm lò: Thống Nhất, Quang Hanh, Dương Huy

Qua kết quả thống kê ta thấy được việc sử dụng các thiết bị điện ở các

mỏ hầm lò Việt Nam vẫn chủ yếu do Nga vμ Trung Quốc sản xuất Cụ thể như sau:

Máy biến áp khu vực:

- Thiết bị của Nga chế tạo: có 123 máy gồm các loại (TCBП, KTПB, TM, THЗ, KTП…) chiếm 76% tổng số

- Thiết bị do Trung Quốc chế tạo có 32 máy (TBHDP) chiếm 20%

- Thiết bị do Ba Lan chế tạo có 7 máy loại (KBSGZY) chiếm 4%;

- Rơle rò: của Nga có 101 (YAKИ-127, YAKИ-380, YAKИ-660 …) chiếm 61,2%; của Trung Quốc có 64 máy chiếm 38,8% tổng số (JY82-

380, JY82A-380 …)

Aptomat phòng nổ:

- Thiết bị của Nga chế tạo: có 287 máy gồm các loại (AΦB-1A, AΦ

B-2A, AΦB-3A, AΦB-1AT, AΦB-2AT…) chiếm 40,1%

- Thiết bị do Trung Quốc chế tạo: có 429 máy gồm các loại (DW80-200, DW80-350, DW80-500 …), chiếm 59,9%;

- Thiết bị do Balan chế tạo: có 43 máy gồm: (KWSOI-160, OWD-106…) chiếm 3,57%

- Các nước khác sản xuất có 2 máy, chiếm 0,17% tổng số

Tổng hợp toμn bộ thiết bị trong các mỏ ta thấy, mức độ trang bị thiết bị

điện nước ngoμi dùng riêng cho hệ thống cung cấp điện mỏ hầm lò ở nước ta

lμ 3797 thiết bị trong đó có 1138 thiết bị do Nga sản xuất chiếm 29,97%, do Trung Quốc lμ 2155 chiếm 56,76%, do Ba Lan lμ 161 chiếm 4,24% vμ các nước khác lμ 343 chiếm 9,03% vμ được thể hiện trên hình 1.3

Nga Trung Quốc Ba Lan Nước khỏc

Hình 1.3 Biểu đồ thiết bị điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả -

Quảng Ninh do các nước sản xuất

1.4 Các yêu cầu kỹ thuật đối với các thiết bị điều khiển vμ bảo vệ mỏ

hầm lò

Thiết bị điều khiển được sử dụng để điều khiển mạng điện, máy móc dùng điện theo các chế độ lμm việc cần thiết của chúng như: đóng cắt, đảo mạch

Thiết bị điện dùng trong mỏ hầm lò phải tuân theo các qui định trong tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7079-xx Những yêu cầu chủ yếu đối với thiết bị điện dùng trong mỏ hầm lò có thể tóm tắt như sau:

- Vỏ thiết bị điện không thể mở nhanh hơn thời gian cần thiết đủ để phóng hết điện tích dư của các tụ điện trong thiết bị với tổng năng lượng dư thừa

lμ 0,2mJ, phải có nhãn trên vỏ thiết bị ghi rõ thời gian trễ cần thiết trước khi mở vỏ

- Thiết bị điện có chứa các phần tử thoát ẩm phải tuân theo các qui định của tiêu chuẩn nμy vμ các qui định trong phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ liên quan

Chú thích: Các thiết bị nμy thường dùng tại lò chợ hoặc gần lò chợ, đặc

biệt lμ khi cọ xát với kim loại có thể tạo tia lửa gây nguy hiểm

Các biện pháp bảo vệ áp dụng cho các vỏ thiết bị điện nhằm mục đích:

- Bảo vệ cho con người khỏi chạm vμo các phần tử mang điện vμ tránh tiếp xúc với các bộ phận chuyển động bên trong vỏ (trừ những trục quay vμ

bộ phận tương tự) vμ bảo vệ chống các vật rắn ngoại lai xâm nhập vμo thiết bị:

- Bảo vệ chống nước xâm nhập vμo trong vỏ thiết bị thường từ IP54 trở lên (cấp bảo vệ tuân theo IEC 529)

1.4.1 Yêu cầu về nhiệt độ

a) Nhiệt độ xung quanh

Thiết bị điện lμm việc trong môi trường khí nổ thường được thiết kế để vận hμnh ở nhiệt độ xung quanh từ -20oC đến +40oC Nếu thiết bị điện lμm việc trong phạm vi nhiệt độ khác với phạm vi nμy thì phải ghi vμo nhãn phạm

vi nhiệt độ tương ứng

b) Nhiệt độ tối đa trên bề mặt thiết bị

Nhiệt độ tối đa trên bề mặt thiết bị không được vượt quá:

- 150oC khi có bụi than bám thμnh lớp;

- 450oC nếu tránh được bụi than nguy hiểm nêu trên bám vμo

1.4.2 Yêu cầu về cơ cấu bắt chặt

Cơ cấu bắt chặt nhằm đáp ứng các yêu cầu bảo vệ hoặc sử dụng để ngăn không cho tiếp xúc với các phần tử mang điện mμ không được cách điện, phải dùng dụng cụ mới tháo hoặc mở ra được

Bu-lông của cơ cấu bắt chặt cho vỏ bằng hợp kim nhẹ phải được chế tạo bằng hợp kim nhẹ hoặc bằng các vật liệu khác, thích hợp với vật liệu của vỏ Các lỗ có ren của vỏ cho các cơ cấu bắt chặt, những nắp an toμn của chúng dự kiến mở ra khi hiệu chỉnh, kiểm tra vμ thực hiện những thao tác khác phải được tráng hợp kim nhẹ có dạng ren thích hợp với vật liệu của vỏ

a) Cơ cấu bắt chặt đặc biệt

- Khi có một phần tử nμo đó đòi hỏi cơ cấu bắt chặt đặc biệt, thì cơ cấu

nμy phải lμ loại chỉ có dụng cụ chuyên dùng mới mở ra được

- Có thể dùng các cơ cấu bắt chặt sau đây:

+ Bu lông sáu cạnh không xẻ rãnh, có đầu tiêu chuẩn phù hợp với ISO

262 vμ ISO 272, hoặc đai ốc sáu cạnh phù hợp với ISO 262 hoặc ISO

272 lắp vμo những bu lông có ren phù hợp với ISO 262, hoặc bu lông

sáu cạnh đầu chìm phù hợp với ISO 262 vμ ISO 4762

+ Các nắp bảo vệ hoặc lỗ khoét che chắn mỗi đầu bu lông hoặc đai ốc với

toμn bộ chiều cao vμ ít nhất hai phần ba chu vi đường tròn của chúng

Các nắp bảo vệ phải được coi lμ:

Phần không thể tách rời của vỏ,

Phần gắn với vỏ vμ đảm bảo vững chắc cho vỏ,

Được cố định với vỏ vμ không thể xoay rời ra được

Đối với những giải pháp nêu trên, các kích thước của bulông, của nắp vμ

lỗ khoét bảo vệ ghi trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Số liệu kích thước của cơ cấu bắt chặt đặc biệt

Đường kính danh định Vμnh hoặc lỗ khoét bảo vệ

Các bulông vμ đai ốc có đường kính ren danh định lớn hơn M24 không

cần có nắp hoặc lỗ khoét bảo vệ

Các cơ cấu liên động phải được thiết kế vμ chế tạo phù hợp với dạng bảo

vệ vμ không thể bị mất tác dụng bởi các dụng cụ thông thường

c) Cọc đấu dây vμ đầu cốt

Các cọc đấu dây vμ đầu cốt dùng lμm phương tiện đấu nối phải chịu được

mômen xoắn khi đấu nối vμ phải được lắp vμo sao cho không tự nới lỏng ra

Việc thử nghiệm mômen xoắn cho các cọc đấu dây vμ đầu cốt được qui

định như sau:

Các cọc đấu dây vμ đầu cốt sử dụng để nối chịu một mômen xoắn khi

xiết chặt hoặc nới lỏng phải được thử khả năng chống xoắn vμ chống xoay với

mômen xoắn ứng với giá trị nêu trong bảng 1.6

Bảng 1.2 Mômen xoắn tác dụng vμo các cọc đấu dây vμ đầu cốt sử dụng để

d) Vật liệu hμn kín vμ lấp đầy

Các vật liệu hμn kín vμ lấp đầy, ngoại trừ các gioăng đệm cao su, phải lμ những hợp chất ổn định hoá học, trơ vμ bền vững đối với những tác động bên ngoμi (ví dụ như nước, đầu vμ các dung môi khác), hoặc có tính năng bảo vệ khỏi những tác động đó Chúng phải có tính ổn định nhiệt khi thường xuyên lμm việc ở nhiệt độ mμ chúng phải chịu tuỳ thuộc vμo chủng loại của thiết bị

điện

Tính ổn định nhiệt của các vật liệu nμy được coi lμ đạt nếu vật liệu ổn

định với hai nhiệt độ sau đây:

- Chịu được nhiệt độ thấp nhất với thang nhiệt độ lμm việc của thiết bị;

- Chịu được quá 20oK so với nhiệt độ lμm việc lớn nhất của thiết bị hoặc lμ chịu được 120oC, lấy giá trị cao hơn

e) Đầu nối

áp lực tiếp xúc trên các đầu nối điện phải chịu được sự thay đổi kích thước của các vật liệu cách điện khi lμm việc (do nhiệt độ, độ ẩm v.v )

f) Cơ cấu đấu nối để tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế

- Cơ cấu đấu nối hoặc phương tiện đấu nối để tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế phải được bố trí bên trong các khoang đầu cáp của thiết bị điện vμ gần với các đầu nối khác

- Các thiết bị điện có vỏ bằng kim loại cần phải có các cơ cấu đấu nối bổ sung để tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế Không cần có các cơ cấu nối ngoμi đối với các thiết bị điện di động khi đ−ợc cấp điện bằng cáp có lõi tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế

- Đối với thiết bị điện có cách điện kép không cần tới cơ cấu tiếp đất ngoμi hay tiếp đất trong hoặc nối dây đẳng thế Đối với thiết bị có vỏ kim loại dùng lμm các hệ thống truyền dẫn cũng không cần đến tiếp đất bổ sung

- Việc tiếp đất hoặc nối dây đẳng thế trong các khoang đầu cáp phải phù hợp với lõi dây có tiết diện qui định trong IEC 364.5.54

- Để đảm bảo tiếp xúc điện tốt, các cơ cấu đấu nối phải đ−ợc chống rỉ có hiệu quả vμ phải thiết kế sao cho các dây dẫn đảm bảo không tự nới lỏng, không bị vặn, xoắn vμ duy trì đ−ợc áp lực tiếp xúc

- Phải có biện pháp phòng ngừa đặc biệt để chống rỉ nếu sử dụng các phần tiếp xúc có chứa hợp kim nhẹ

g) Cơ cấu đấu nối vμ khoan đầu cáp

- Thiết bị điện chế tạo để nối với các mạch điện ngoμi phải có các cớ cấu

đấu nối, trừ các thiết bị điện đ−ợc chế tạo đã có sẵn cáp nối với chúng

- Khoang đầu cáp vμ các lỗ luồn cáp vμo phải đ−ợc thiết kế sao cho các dây dẫn có thể nối đ−ợc dễ dμng

- Khoang đầu cáp phải phù hợp các qui định trong phần riêng của TCVN

7079 về dạng bảo vệ liên quan

- Khoang đầu cáp phải đ−ợc thiết kế sao cho sau khi đấu nối đúng cách với các dây dẫn, các khe hở vμ khoảng cách rò phải đáp ứng các qui định trong phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ liên quan

- Khoang đầu cáp phải đ−ợc thiết kế sao cho sau khi đầu nối đúng cách với các dây dẫn, các khe hở vμ khoảng cách rò phải đáp ứng các qui định trong phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ liên quan

Cao su cứng hoặc nhựa tổng hợp;

Vòng đệm kim loại (khi dùng cáp có vỏ bọc kim loại);

Amiăng hoặc các dây bện bằng amiăng

- ống luồn cáp phải đảm bảo để:

+ Luồn cáp qua vỏ thiết bị mμ không lμm hư hỏng cáp;

+ Kẹp được cáp, nối ghép vỏ bọc thép, vỏ hoặc mμn chắn kim loại

5 4 3 2

Hình 1.5 Minh họa sử dụng ống luồn cáp có vòng đệm

- ống luồn cáp phải có khả năng kẹp chặt cáp điện đề phòng bị kéo, giật tụt cáp ra hoặc xoắn vặn cáp dẫn đến các cơ cấu đấu nối

- ống luồn cáp phải không có cạnh sắc để khỏi lμm hư hỏng cáp khi đưa chúng vμo thiết bị theo bất cứ hướng nμo kể cả góc 90o so với trục vμo

Miệng ống luồn cáp phải được loe tròn với bán kính cong của miệng loe không nhỏ hơn một phần tư đường kính của cáp lớn nhất mμ đầu vμo cáp

có thể cho cáp đi qua

- ống luồn cáp có thể được bắt vít vμo trong các lỗ có ren hoặc gắn vμo các lỗ phẳng:

+ Trên thμnh, vách vỏ thiết bị;

+ Trên tấm phẳng được thiết kế vừa khít vμo trong hoặc trên vách của vỏ; + Trong một khoang được hμn hoặc gắn với vách vỏ như một bộ phận của thiết bị

- Lỗ hở trên vỏ thiết bị điện dùng để lắp ống luồn cáp phải được thiết sao cho nếu không sử dụng đến một lỗ hở nμo thì nó phải được che chắn một cách tin cậy bằng phần tử ngăn cách theo qui định ở phần riêng của TCVN 7079 về dạng bảo vệ thiết bị vμ thoả mãn mức bảo vệ của nó

- Phần tử ngăn cách nμy chỉ có thể tháo ra được bằng các dụng cụ chuyên dùng

- Trong trường hợp ngoại lệ, khi nhiệt độ vượt quá 70oC tại điểm luồn cáp, hoặc 80oC tại điểm rẽ nhánh của lõi cáp, phải gắn nhãn bên ngoμi thiết bị

để chỉ dẫn cho người sử dụng cách chọn cáp hoặc đi dây trong ống luồn cáp

(a) (b)

Hình 1.6: áptômát phòng nổ;

(a): KBZ-500 (b): KBZ-630

Điện áp đầu ra của aptômát tổng đ−ợc dẫn tới các áptômát nhánh (KBZ) hoặc các cầu dao (DW80) để cấp điện cho các cụm phụ tải cục bộ Mỗi một thiết bị sử dụng điện sẽ đ−ợc cấp nguồn vμ điều khiển đóng, cắt bằng một bộ khởi động từ riêng

Hình 1.7: Khởi động từ phòng nổ loại QJZ;

Chương 2 Các hình thức bảo vệ Rơle trang bị trong khởi động từ

Do đặc thù riêng về môi trường lμm việc của các thiết bị điện mỏ cũng như đặc điểm vận hμnh của chúng nên các bảo vệ rơle cần thỏa mãn các yêu cầu chung đặt ra như sau:

động từ của một số mỏ trong năm 2010 Số liệu thống kê thể hiện trong bảng 2.1:

Ba Lan

Nước khác

27 2

83 360

Ba Lan Nước khác

Hình 2.1 Biểu đồ tỷ lệ phân bố các khởi động từ theo các nước sản xuất tại

các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Qua thống kê các KĐT ở mỏ ta thấy tình trạng sử dụng số lượng KĐT ở

các mỏ có quy mô lớn (Thống Nhất, Dương Huy) tập trung nhiều hơn ở các

mỏ có qui mô trung bình (Quang Hanh)

Bảng 2.2 Bảng thống kê số lượng các thiết bị điều khiển tại các mỏ hầm lò vùng Cẩm Phả - Quảng Ninh

Nước sản xuất Nga Trung Quốc Ba Lan Nước khác

đã cũ Các loại khởi động từ mỏ nêu trên có nhiều dải công suất khác nhau tùy vμo yêu cầu của phụ tải Bên trong mỗi khởi động từ thường có một bộ bảo vệ

động cơ Riêng loại KĐT QC83-80 thì không được trang bị bộ phận bảo vệ từ nhμ sản xuất, nhưng loại thiết bị nμy hiện vẫn đang sử dụng phổ biến trong các

mỏ Nói chung, các hình thức bảo vệ trang bị trong các loại khởi động từ nμy thường lμ bảo vệ quá tải, bảo vệ cực đại vμ kiểm tra cách điện trước khi khởi

động, một vμi thiết bị có thêm chức năng bảo vệ mất pha

Dạng bảo vệ

Dòng chỉnh

định ;A

Dòng ngắt hiệu quả;A

Điều khiển tại chỗ: Nối 2-9 trên hộp đấu cáp, nối cầu 5-2 trong KĐT,

đóng cầu dao HGK, KĐT có điện ấn nút OA – XA rơ le JZ có điện tác động

đóng tiếp điểm trên mạch điều khiển công tắc tơ XLC XLC có điện tác động

đóng tiếp điểm mạch lực cung cấp điện cho động cơ (phụ tải) Đồng thời đóng tiếp điểm XLC1 trên mạch điều khiển để duy trì mạch điều khiển khi rời tay khỏi nút bấm, đóng tiếp điểm XLC2 để liên động với KĐT khác hoặc mạch tín hiệu Muốn dừng động cơ ta ấn nút TA, lúc nμy rơle JZ mất điện cắt công tắc tơ XLC, XLC cắt tiếp điểm mạch lực, động cơ dừng lμm việc

Điều khiển từ xa: Nối hộp nút bấm với 1, 2, 9 (di), bỏ cầu nối 5-2 Nguyên lý điều khiển tương tự như điều khiển tại chỗ

Dòng chỉnh

định ;A

Dòng ngắt hiệu quả;A

660 30/55

Rơ le cực đại

2.2.2.2 Nguyên lý lμm việc

Để điều khiển cho KĐT phải nối hộp nút bấm điều khiển KYB theo sơ

đồ Cấp điện vμo KĐT, đóng cầu dao P, máy biến áp điều khiển TP có điện, máy biến áp điều khiển CT2 có điện cấp điện áp 18V cho rơle trung gian PΠ mạch điều khiển chuẩn bị chờ lμm việc

Điều khiển quay thuận: Ta ấn nút B ở hộp nút bấm, rơle trung gian PΠ1 lμm việc, đóng tiếp điểm PΠ1 ở mạch cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ K1, công tắc tơ K1 lμm việc, đóng 3 tiếp điểm mạch lực cấp điện cho động cơ,

đóng tiếp điểm K1-1, nối mạch điều khiển liên động, mở tiếp điểm K1-2 ngắt mạch điện trở sấy Roc, mở tiếp điểm K1-3 ngắt mạch của rơle rò điện, đóng tiếp điểm K1-4 để duy trì cho mạch điều khiển của rơle trung gian khi bỏ tay

ra khỏi nút ấn khởi động Mở tiếp điểm K1-6 để khoá mạch cấp điện cho rơle trung gian PΠ2

Điều khiển quay ng−ợc: ấn nút H ở hộp nút bấm, rơle trung gian PΠ2 lμm việc dẫn đến công tắc tơ K2 lμm việc Do mạch cấp điện cho động cơ ở công tắc tơ K2 bị đổi vị trí 2 pha nên động cơ lμm việc với chiều quay ng−ợc lại Dừng động cơ: ấn nút C ở hộp nút bấm, mạch điều khiển của rơle trung gian bị gián đoạn nên công tắc tơ không lμm việc nữa Việc cấp điện cho động cơ bị ngừng

Tác dụng của điốt lắp ở hộp nút bấm điều khiển lμ không cho KĐT tự lμm việc khi cáp điều khiển bi chập mạch

Tác dụng của điện trở R9 lμ hạn chế dòng điện qua cuộn dây rơle trung gian sau khi đã lμm việc, tăng tuổi thọ cho cuộn dây

2.2.2.3 Mạch bảo vệ mất pha

Sơ đồ nguyên lý rơle PO đ−ợc thể hiện nh− hình 2.6

Khi dây chảy đứt (bảo vệ quá tải lớn hay ngắn mạch) thông qua dây quấn

động cơ sẽ lμm xuất hiện điện áp ở hai đầu của cầu chì lμm cho cuộn dây PO

hút Rơle nμy sẽ mở tiếp điểm PO rồi khoá lại lμm cho công tắc tơ nhả ra bảo

vệ không cho động cơ lμm việc thiếu pha Khi rơle nμy hút cơ cấu cơ khí khóa lại để không cho động cơ lμm việc trở lại ở trạng thái thiếu pha, người vận hμnh phải mở nắp thiết bị để kiểm tra, thay thế dây chảy, phục hồi PO rồi tiến hμnh đậy nắp vμ điều khiển trở lại

2.2.2.4 Mạch bảo vệ rò trước khi đóng điện (БPY- 2C)

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý rơle rò БPY- 2C