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

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 vấn đề phải quan tâm trong quá trình sản xuất.. Với xu hướ

1

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất hà nội

Hoàng hải lịch

Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp nhằm

Nghiên cứu, đề xuất một số giải pháp nhằm

đảm bảo điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện

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

Chuyên ngành: điện khí hoá mỏ

Mã số: 60.52.52

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

2

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 9 n¨m 2010

T¸c gi¶ luËn v¨n

Hoµng H¶i LÞch

bộ phong Cơ điện của các công ty, xí nghiệp than vùng Quảng Ninh Tác giả xin bày lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo, Tiến sĩ Nguyễn Hanh Tiến - Phó trưởng bộ môn Điện khí hoá đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo cho tác giả hoàn thành luận văn; chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa - Trưởng bộ môn Điện khí hoá, TS Đào Đắc Tuyên đã có những ý kiến đóng góp giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn

Qua đây tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ phòng Cơ điện của các Công ty, xí nghiệp than vùng Hòn Gai - Quảng Ninh đã tạo điều kiện giúp đỡ cho tác giả trong quá trình thu thập số liệu thực tế

Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã quan tâm, động viên và giúp

đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song luận văn có thể không tránh được các khiếm khuyết và thiếu sót Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp cho nội dung của luận văn

Tác giả luận văn

4

Mục lục

Trang phụ bìa -

Lời cam đoan -

Mục lục -

Danh mục các bảng -

Danh mục các hình vẽ, đồ thị -

Mở đầu - 1

Chương 1 Tổng quan mạng điện hạ áp trong các mỏ hầm lò vùng hòn gai - quảng ninh - 3

1.1 Tổng quan về các phương pháp tổ chức cung cấp điện cho các mỏ khai thác than vùng Hòn Gai-Quảng

Ninh - 3 1.1.1 1.1.1 Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho trạm biến áp chính của các mỏ vùng Hòn Gai - Quảng Ninh 3 1.1.2 1.1.2 Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho các khu vực khai thác hầm lò vùng Hòn Gai - Quảng Ninh 5 1.1.3 Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho lò chợ và lò chuẩn bị 8 1.2 Đặc điểm môi trường làm việc của các thiết bị điện mỏ hầm lò vùng Hòn Gai-Quảng Ninh - 10

1.3 Đặc điểm của mạng điện hạ áp hầm lò vùng Hòn Gai - Quảng Ninh - 10

5

1.3.5 Các thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ 13

1.3.7 Thông số cấu hình của mạng hạ áp hầm lò 660V vùng

1.3.8 Thiết bị bảo vệ rò mạng điện hạ áp trong hầm lò 18

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

1.4.1 Tác hại của dòng điện đối với cơ thể con người - 23 1.4.2 Các nghiên cứu về an toàn điện giật mỏ hầm lò 24 1.4.2.1 Các nguyên nhân gây nguy hiểm điện giật 24 1.4.2.2 Dòng điện an toàn lâu dài và dòng điện an toàn khoảnh

1.4.2.3 Xác định các thông số cách điện của mạng điện hạ áp hàm

Chương 2 đánH giá điều kiện an toàn điện giật ở các

mạng điện Hạ áp mỏ hầm lò vùng hòn gai - quảng ninh

39

2.1.1 Khi chạm trực tiếp vào các bộ phận mang điện của mạng 39

6

điện - 2.1.2 Khi chạm vào vỏ kim loại hay bộ phận bằng kim loại của

2.1.3 Khi đi vào vùng chịu tác dụng của từ trường tản do dòng

2.2 Tính toán dòng điện qua người khi chạm trực tiếp vào bộ

2.3 Tính toán dòng điện qua người khi chạm vào vỏ thiết bị

Chương 3 NghiÊn cứu Đề xuất các giải pháp nhằm

Đảm BảO ĐIềU kiện an TOàN ĐIệN GIậT ở CáC MạNG ĐIệN Hạ áP HầM Lò 660V VùNG HòN GAI

- QUảNG NINH

55

3.1 Các giải pháp chung - 55 3.2 Nối đất bảo vệ - 56 3.3 Nâng cao hiệu quả sử dụng của bảo vệ rò điện 57 3.3.1 Bù thành phần điện dung của dòng điện rò 58

7

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Tµi liÖu tham kh¶o

Phô lôc

1.11 Quan hÖ thùc nghiÖm Gc® = f(N) vµ Cc® = f(L) m¹ng h¹ ¸p

1.12 Quan hÖ thùc nghiÖm Gc® = f(N,L) m¹ng h¹ ¸p hÇm lß 660V

1.13 KÕt qu¶ tÝnh to¸n th«ng sè c¸ch ®iÖn c¸c m¹ng ®iÖn h¹ ¸p 660V hÇm lß vïng Hßn Gai - Qu¶ng Ninh 34 1.14 Tæng hîp th«ng sè c¸ch ®iÖn m¹ng h¹ ¸p hÇm lß vïng Hßn Gai - Qu¶ng Ninh 37 2.1 KÕt qu¶ tÝnh to¸n dßng ®iÖn giËt trong m¹ng ®iÖn h¹ ¸p 660V hÇm lß vïng Hßn Gai - Qu¶ng Ninh 45 2.2 KÕt qu¶ tÝnh to¸n dßng ®iÖn qua ng−êi khi tiÕp xóc víi thiÕt bÞ cã ®iÖn ¸p ch¹m vá 51

68

9

Danh mục các hình vẽ

70

1.2 Cung cấp điện hạ áp qua lò bằng, giếng nghiêng 7

1.6

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

2.1

Dũng ủiện rũ ủi vào ủất qua ủiện cực hỡnh bỏn

cầu (a) và sự phõn bố ủiện thế, ủiện ỏp tiếp xỳc

tại vựng chạm ủất (b)

41

2.3 Người chạm vào một pha của mạng 3 pha 3 dây trung tính cách l 43 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 44

2.5

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

"chạm vỏ" do cách điện bị chọc thủng 49 2.6 Sơ đồ tính toán dòng điện qua người khi chạm vào thiết bị điện có điện chạm vỏ. 50

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

58

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

61

10

3.3 Mô hình tính dòng rò một pha mạng hạ áp hầm lò 65 3.4 Đồ thị biểu diễn hàm ir = f(t) và Ir = f(t) 66

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

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 7

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 9

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 20

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

21

11

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

12

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

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu 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 Hòn Gai- Quảng Ninh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

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

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan mạng điện hạ áp trong các mỏ hầm lò 660V vùng Hòn Gai

- Quảng Ninh

- Đánh giá điều kiện an toàn điện giật ở các mạng điện hầm lò 660V vùng Hòn Gai - 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 Hòn Gai - 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 hạ áp hầm lò 660V vùng Hòn Gai - Quảng Ninh và đề xuất các biện pháp đảm bảo an toàn điện giật đối với các mạng 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 Hòn Gai - Quảng Ninh

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

mỏ hầm lò 660V vùng Hòn Gai - 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 Hòn Gai - Quảng Ninh

Kết luận, kiến nghị

Tổng cộng gồm 76 trang, 16 bảng biểu, 21 hình vẽ

Sau đây là nội dung luận văn

14

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

vùng hòn gai - quảng ninh

1.1 Tổng quan về phương pháp tổ chức cung cấp điện cho các khu vực mỏ hầm lò vùng Hòn Gai - Quảng Ninh

1.1.1 Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho trạm biến áp chính của các

mỏ vùng Hòn Gai - Quảng Ninh

Hiện nay các mỏ hầm lò vùng Hòn Gai - Quảng Ninh được cấp điện từ

hệ thống lưới điện Quốc gia Điện năng từ hệ thống lưới điện Quốc gia được

đưa về trạm biến áp vùng với cấp điện áp 110kV hoặc 220kV Tại trạm biến

áp vùng, đặt các máy biến áp 110(220)/35(22)/6(0,4)kV để cấp điện cho các

mỏ và các phụ tải của vùng

Đặc điểm nổi bật của hệ thống cung cấp điện cao áp các mỏ vùng Hòn Gai - Quảng Ninh là sự đa dạng trong phương án cung cấp điện và cấp điện áp cao áp của các mỏ trong vùng

Điện năng cung cấp cho xí nghiệp mỏ vùng Hòn Gai hiện nay thực hiện theo hai phương thức:

- Với các xí nghiệp ở gần trạm biến áp vùng và công suất tiêu thụ không lớn thì lấy trực tiếp điện 35(22)(6) kV, bằng một hoặc hai tuyến dây (tuỳ theo yêu cầu về cung cấp điện liên tục) Tại xí nghiệp lắp đặt trạm phân phối chính

để phân phối điện năng cho nội bộ xí nghiệp Trường hợp chỉ có một đường dây 35(22)(6) kV thì nguồn dự phòng có thể lấy từ nguồn điện của xí nghiệp lân cận hoặc máy phát điện dự phòng

- Với các xí nghiệp ở xa trạm biến áp vùng, điện năng từ trạm biến áp vùng được dẫn đến xí nghiệp theo hai đường dây 35kV dự phòng nóng, tại xí

đều lấy điện 22 kV trực tiếp từ trạm biến áp 40MVA-110/35-22kV E52 Giáp Khẩu, truyền tải đến mặt bằng các công trường sản xuất Tại mỗi khu vực sản xuất đều được lắp đặt 01 trạm biến áp sử dụng máy biến áp 22/0,69(0,4) để biến đổi trực tiếp điện áp 22kV xuống 0,69(0,4) kV cung cấp cho các phụ tải

điện của khu vực

Tiêu biểu cho phương thức cung cấp điện thứ hai tại vùng Hòn Gai là hệ thống điện cao áp của Công ty than Hà Lầm Công ty được Điện lực Quảng Ninh cấp điện từ hai nguồn 35kV, bằng hai đường dây, từ cột 3 và cột 8 về, với chiều dài 5km Cả hai tuyến đều dùng loại dây AC-95 để truyền tải Nguồn thứ nhất lấy từ nhà máy Nhiệt điện Uông Bí được truyền tải trên lộ 373

đưa đến trạm biến áp (TBA) Hòn Gai 2 Nguồn thứ hai lấy từ nhà máy Nhiệt

điện Phả Lại truyền tải trên lộ 374 đưa đến TBA Hòn Gai 3 Từ các trạm biến

áp này, điện áp 35kV cùng dẫn vào TBA 35/6kV của công ty Trạm gồm hai MBA T1, T2 có cùng công suất là 2500kVA mã hiệu BT- 2500 kVA-35(22)/6,3kV Một máy làm việc, một máy dự phòng nóng Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 35/6 kV Công ty than Hà Lầm được giới thiệu trên hình PL1.1 Các trạm biến áp 35/6kV, 22/0,69(0,4)kV của các mỏ hầm lò vùng Hòn Gai đều có kết cấu chung như sau: Phần thiết bị đóng cắt phía 35(22) kV được lắp đặt ngoài trời, tủ phân phối, tủ bù, tủ điều khiển, máy biến áp tự dùng…

được đặt trong nhà bằng bê tông cốt thép

16

Số lượng và công suất các máy biến áp trong trạm biến áp chính tại một

số mỏ trong khu vực được thống kê trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Số lượng và công suất máy biến áp của trạm biến áp chính

Số lượng MBA (cái)

Công suất định mức mỗi máy (kVA)

Điện áp định mức (kV)

1.1.2 Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho các khu vực khai thác hầm

lò vùng Hòn Gai - Quảng Ninh

Để tổ chức cung cấp điện cho các khu vực khai thác hầm lò, vùng Hòn Gai - Quảng Ninh đang sử dụng hai phương pháp sau:

- Phương pháp thứ nhất: Cung cấp điện cao áp 6kV cho các khu vực khai thác hầm lò từ trạm biến áp chính 35/6 kV đặt trên mặt bằng mỏ qua giếng

đứng hoặc giếng nghiêng (hình 1.1) Phương pháp này được áp dụng thích hợp cho những mỏ khai thác dưới sâu, sản lượng khai thác tương đối lớn như mỏ than Hà Lầm

17

Phương pháp cung cấp điện thứ nhất được áp dụng cho các khu vực khai thác hầm lò có độ sâu lớn hơn 300m Sơ đồ cung cấp điện theo phương pháp này trình bày trên hình 1.1

2

L 380/220V

7 7

18

Từ thanh cái 6kV của trạm biến áp chính (TBAC) trên mặt bằng mỏ, điện năng theo 2 tuyến cáp đặt trong giếng (thường là giếng phụ) được dẫn đến 2 phân đoạn thanh cái của trạm phân phối trung tâm hầm lò (TPPTTHL) bố trí ở sân giếng Số lượng cáp mỗi tuyến đặt trong giếng phụ thuộc vào: số tầng công tác trong mỏ, công suất truyền tải (dòng định mức của tủ đầu vào TPPTTHL) và yêu cầu dự phòng

Từ các thanh cái của TPPTTHL, điện được lấy ra để cung cấp cho các phụ tải cao áp ở sân giếng hoặc được truyền tải theo các đường cáp cao áp 6kV đến các trạm biến áp di động, cố định 6/0,69kV ở các khu khai thác và chuẩn bị, biến đổi hạ xuống thành 660V để cung cấp cho các phụ tải hạ áp Khi khoảng cách đủ lớn và số phụ tải điện trong mỗi khu vực đủ nhiều, yêu cầu phải có nhiều trạm biến áp di động Trong trường hợp này việc cung cấp điện cho các trạm di động không phải trực tiếp từ TPPTTHL mà là từ trạm phân phối cao áp chung của cả khu vực

- Phương pháp thứ hai: Sử dụng các máy biến áp khu vực loại 22/0,69(0,4)kV đặt ở cửa lò ngoài mặt bằng để cung cấp điện 0,66(0,38)kV

Đến trạm phân phối

lò chợ, lò chuản bị

TBA ngoài trời

19

cho các khu vực khai thác hầm lò qua lò bằng, giếng nghiêng (hình 1.2) Phương pháp này được áp dụng thích hợp cho những mỏ nhỏ, có độ sâu khai thác không lớn như các mỏ Cao Thắng, Giáp Khẩu, Thành Công của công ty than Hòn Gai

Điện cao áp 22 kV từ trạm biến áp vùng được truyền tải đến các máy biến áp khu vực 22/0,69(0,4) kV đặt trên mặt bằng cửa lò Từ hệ thống thanh cái hạ áp trong các trạm biến áp khu vực này, điện năng điện áp 660(380)V

được cấp đến các khu vực khai thác qua các đường cáp đặt trong lò bằng, giếng nghiêng

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

Tại mỏ Hà Lầm, 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

Tổ chức cung cấp điện cho khu khai thác phụ thuộc vào độ dốc hay góc nghiêng của vỉa

- 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 1.3

20

- Khi khai thác vỉa dốc nghiêng, phụ tải điện đ−ợc 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 đ−ợc cung cấp điện từ trạm biến áp đặt tại

lò thông gió bằng cáp mềm qua lò chợ

Tại các mỏ Cao Thắng Giáp Khẩu, Thành Công, điện hạ áp từ các máy biến áp đặt trên cửa lò đ−ợc đ−a tới các tủ phân phối hạ áp đặt tại lò thông gió hoặc lò vận chuyển bằng một hay nhiều sợi cáp Từ các tủ này, điện áp hạ áp 660(380)V cấp cho các phụ tải tại lò chợ và lò chuẩn bị

Hình 1.3: Sơ đồ cung cấp điện cho 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

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

bị nước do nước mỏ Nước mỏ (nước ngầm và nước ngấm từ ao hồ, 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 các tác nhân gây hại cho cách diện 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 tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nói chung và Hòn Gai nói riêng đều chỉ ra rằng tất cả các mỏ hầm lò đều có khí CH4 hoà lẫn trong bầu không khí mỏ

1.3 Đặc điểm của mạng điện hạ áp hầm lò vùng Hòn Gai - 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 Hòn Gai - Quảng Ninh trình bày trong các hình phụ lục PL1.3 1.3.2 Cấp điện áp sử dụng trong mạng hạ áp

Thống kê số lượng và cấp điện áp sử dụng của các mạng điện hạ áp hầm

lò các mỏ vùng Hòn Gai - Quảng Ninh trình bày trong bảng 1.2

áp

Tỉ lệ

% mạng 1140V

Tỉ lệ

% mạng 660V

Tỉ lệ

% mạng 380V

Các mỏ hầm lò vùng Hòn Gai - Quảng Ninh hiện vẫn vận hành song

song các mạng điện hạ áp với cả hai cấp điện áp là 380V và 660V, tuy nhiên

mạng hạ áp 660V là chủ yếu, chiếm 71% (Xem bảng 1.2) Điều đó phù hợp với xu thế phát triển và sự chỉ đạo của Tập đoàn công nghiệp than - khoáng sản Việt Nam Các mạng hạ áp 380V trong khu vực hiện nay đều thuộc các diện khai thác nhỏ, không có kế hoạch phát triển lâu dài và đa số đ−ợc giữ lại

sử dụng để tận dụng các thiết bị điện loại 380V còn lại của các mỏ

Theo bảng 1.2 cho thấy số mạng hạ áp khu vực có Ud = 380V chiếm

29%, số mạng hạ áp khu vực có Ud = 660V chiếm 71% Điều kiện đảm bảo

an toàn điện giật đối với các mạng hạ áp hầm lò 380V đã đ−ợc nghiên cứu và

đánh giá trong các công trình [1], [3], [5], [6], [8] Vì vậy, trong luận văn này chỉ nghiên cứu đánh giá điều kiện an toàn điện giật đối với mạng 660V trên cơ

23

sở kế thừa các kết quả nghiên cứu gần đây về mạng hạ áp 660V hầm lò vùng Hòn Gai - 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 biện pháp cung cấp điện được dùng phổ biến Đặc điểm chủ yếu của loại trạm biến áp này là không có thiết bị chứa dầu, do đó không cần xây dựng hầm trạm đặc biệt và có thể di chuyển dễ dàng trên đường ray theo tiến độ của khu khai thác Điều này có ý nghĩa quan trọng vì chẳng những đảm bảo được giá trị điện áp cho phép trên cực phụ tải mà còn giảm

được tổng chiều dài mạng cáp hạ áp, do đó giảm được dòng rò để đảm bảo an toàn điện giật và an toàn nổ 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

Hiện nay, các máy biến áp khu vực hầm lò Quảng Ninh làm việc với hệ

số mang tải chủ yếu nằm trong khoảng β=0,35ữ0,87

Thông số một số loại máy biến áp ku vực đang sử dụng tại các mỏ vùng Hòn Gai thống kê trong phụ lục PL1.3

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

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 và 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 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 kiểu phòng nổ do Nga, Trung Quốc chế tạo

N (cái)

Tổng chiều dài mạng

L (km)

Chiều dài mạng đến phụ tải xa nhất

L xn (km)

Số nhánh

n (nhánh)

12 Khu III vØa 10 møc -150 42 2,32 0,55 5

14 TuyÕn b¨ng t¶i khu IB vØa

Bảng 1.4: Tổng hợp các thông số cấu hình mạng hạ áp hầm lò 660V các mỏ

vùng Hòn Gai - Quảng Ninh

STT Tên mỏ

Tổng chiều dài mạng trung bình

LtổngTB (km)

Chiều dài mạng đến phụ tải xa nhất (km)

Tổng số thiết

bị đấu vào mạng trung bình (cái)

Trung bình số nhánh

29

Từ số liệu trong bảng 1.3 cho thấy:

- Tổng chiều dài mạng hạ áp nối điện trực tiếp với nhau L = 0,175ữ2,32 (km)

- Số thiết bị đấu vào mạng N = 5ữ56 (cái)

- Chiều dài đến phụ tải xa nhất: Lmax = 0,1ữ0,89 (km)

- Số nhánh trong mạng n = 1ữ7 (nhánh)

Từ số liệu tổng hợp trong bảng 1.4 ta có các thông số cấu hình của mạng

điện hạ áp điển hình vùng Hòn Gai - Quảng Ninh như sau:

L = 1,2 (km)

Lxn = 0,65 (km)

N = 29 (cái)

n = 4 (nhánh)

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], 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

B¶ng 1.5: Thèng kª sè l−îng, nguån gèc xuÊt sø cña c¸c r¬le rß ®ang

sö dông trong m¹ng ®iÖn h¹ ¸p hÇm lß vïng Hßn Gai - Qu¶ng Ninh

31

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 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 dây CC

ưu điểm của rơle rò YAKИ 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 dược việc bù hoàn toàn thành phần điện dung của dòng

điện rò

I II

V3 V1 V2

Iv4 I0

RL RL-2

- L

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý rơle rò YAKИ

32

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 1.5 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

tử thực hiện dùng tiristo V19 Bù thành phần điện dung của dòng điện rò bằng cách sử dụng cuộn bù LD qua việc tính chọn và đặt nấc bù cho phù hợp

Ưu điểm của rơle là độ nhạy cao, có cấu tạo đơn giản, ít hỏng hóc, dễ vận hành sửa chữa Nhược điểm của rơle là không thể tạo đặc tính biến dạng

33

Th«ng sè kü thuËt c¸c lo¹i r¬le rß nh− b¶ng 1.6

B¶ng 1.6: Th«ng sè kü thuËt c¸c lo¹i r¬le rß ®ang sö dông trong c¸c

m¹ng h¹ ¸p hÇm lß vïng Hßn Gai - Qu¶ng Ninh

Lo¹i r¬le Stt C¸c th«ng sè УАКИ-380 УАКИ-660 JY82A-660

Kh«ng ph©n nh¸nh

34

1.3.9 Nối đất bảo vệ

Việc tuân thủ các quy định về nối đất bảo vệ cho các thiết bị điện được thực hiện nghiêm túc tại các mỏ vùng Hòn Gai - Quảng Ninh Kết quả đo diện trở nối đất của hệ thống điện trở đất các khu vực trong vùng trong thời gian gần đây nhất đều đạt yêu cầu với trị số điện trở nối đất tối đa nhỏ hơn 2Ω theo quy định (Xem phụ luc 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 như bảng 1.7 [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 tim)

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

1.4.2.1 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

36

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

điện chạm vỏ do cách điện của thiết bị 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 các thiết bị đang mang điện đặt gần chúng

1.4.2.2 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 1.6) [1], [12] Với mạng hầm lò Việt Nam, do đa số sử dụng các thiết bị của Liên Xô (trước đây) nên thường áp dụng theo tiêu chuẩn của Liên Xô

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

Liên Xô (trước đây)

- Không bù tự động thành phần điện dung của dòng điện rò 30

- Bù tự động thành phần điện dung của dòng điện 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

38

4

I a.k = 7,1 Liên Xô (V.I Suski, M.I Baras, Iu.G

Basezeb, A.I Naiđenov)

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

Lukovkin; V.I Telenkov)

13

t

I a.k =10+10 Hội đồng Kỹ thuật quốc tế và Hiệp hội các

nhà sản xuất và phân phối điện năng, 1972

I a k =

Liên Xô trước đây (N.V Sipuvov; A.I Rebiakin)

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

gian tác động của dòng điện Ia.k

39

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 [3], thời gian này

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

điện giật được đảm bảo [8]

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

40

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 Đó là các công trình [1], [2], [3]; [4], [5], [6], [9], [10], 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 cùng các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số cách

điện đó

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 vào mạng và điện dung của mạng với tổng chiều dài mạng Các quan hệ này biểu diễn bằng các hàm tuyến tính sau:

Gcđ = a1.N + b1, (1-1)

Gcđ = a3.N + b3.L + c3 (1-3)

trong đó:

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

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

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

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