Điều kiện sử dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện dùng dòng đo một chiều trong các mạng điện mỏ hỗn hợp

Bài viết Điều kiện sử dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện dùng dòng đo một chiều trong các mạng điện mỏ hỗn hợp được nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng đảm bảo điều kiện an toàn của các thiết bị bảo vệ rò dùng dòng đo một chiều để kiểm tra điện trở cách điện và xác định điều kiện sử dụng chúng trong các mạng điện mỏ hỗn hợp.

CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG AN TOÀN THIẾT BỊ BẢO VỆ RÒ ĐIỆN DÙNG DÒNG ĐO MỘT CHIỀU TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN MỎ HỖN HỢP Kim Ngọc Linh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Email: kimngoclinh@humg.edu.vn TÓM TẮT Từ mơ hình tương đương mạng điện mỏ phương diện an toàn điện giật, áp dụng phương pháp kinh điển phân tích mạch điện, xây dựng biểu thức tình dịng qua cấu đo thiết bị bảo vệ rò sử dụng dòng chiều để kiểm tra điện trở cách điện mạng điện mỏ có sử dụng biến đổi bán dẫn (mạng hỗn hợp) Trên cở sở phân tích biểu thức có được, xác định điều kiện sử dụng an tồn khơng an tồn cho thiết bị bảo vệ rò dùng dòng đo chiều mạng điện mỏ hỗn hợp Kết nghiên cứu sở để đề xuất giải pháp kiểm tra điện trở cách điện mạng điện mỏ có chứa biến đổi bán dẫn ngày sử dụng nhiều mạng điện mỏ hầm lò Việt Nam Từ khóa: mạng điện mỏ hỗn hợp; dịng đo chiều; điện trở cách điện; nguồn tương đương Tevenin ĐẶT VẤN ĐỀ Kiểm tra thường xuyên cách điện công việc thiếu để vận hành an toàn tin cậy hệ thống điện mỏ Trong mạng điện mỏ hầm lò điện áp đến 1140V có trung tính cách ly, thường sử dụng rộng rãi thiết bị bảo vệ rò điện (rơle rò) dùng nguồn đo chiều để kiểm tra điện trở cách điện mạng Ưu điểm phương pháp kiểm tra điện trở cách điện dòng đo chiều cấu trúc đơn giản, đáp ứng nhanh, độ xác cao không nhạy cảm với điện dung mạng so với đất Tuy nhiên, mạng điện mỏ hỗn hợp, tức mạng có chứa phần mạch xoay chiều tần số công nghiệp, phần mạch chiều phần mạch xoay chiều có tần số điều chỉnh, độ an toàn sử dụng rơle rò dùng nguồn đo chiều cần phải nghiên cứu, đánh giá cách khách quan khoa học Nhiều nghiên cứu cho thấy, nguyên nhân cản trở việc vận hành an tồn mạng điện mỏ hỗn hợp rơle rò có nguyên lý làm việc dựa kết xếp chồng dòng đo chiều lên mạng cần bảo vệ, khơng hoạt động phát sinh rị có giảm dần điện trở cách điện phần mạch chiều [3],[4] Trên 54 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 sở xây dựng phân tích biểu thức tính dịng qua cấu đo thiết bị kiểm tra cách điện, mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá khả đảm bảo điều kiện an toàn thiết bị bảo vệ rò dùng dòng đo chiều để kiểm tra điện trở cách điện xác định điều kiện sử dụng chúng mạng điện mỏ hỗn hợp NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Về phương diện an toàn điện giật, mạng điện mỏ hỗn hợp sử dụng nguồn chiều để kiểm tra cách điện thay sơ đồ tương đương hình H.1 [1],[2] CHỈNH LƯU + Uf MTBT A D B C RA E0 I0 RB CA D D5 V1 NGHỊCH LƯU V2 V3 a D4 − RC CB V4 D6 D2 CC ĐC1 R+ C− ufa c V6 R Af R− C+ V5 MSBT b U0 R1 R2 BIẾN TẦN MMC R Bf RCf C Af CBf CCf ĐC2 H.1 Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ hỗn hợp dùng nguồn chiều để kiểm tra cách điện Trong sơ đồ ký hiệu RA, RB, RC, CA, CB, CC điện trở cách điện điện dung pha so với đất phần mạng trước biến tần (MTBT); RAf, RBf, RCf, CAf, CBf, CCf điện trở cách điện điện dung NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ Bảng Điện trở cách điện phần MMC chu kỳ làm việc nghịch lưu TT Góc pha điện áp pha uaf Van dẫn Điện trở cách điện nối cực dương đất Điện trở cách điện nối cực âm đất ÷ π/3 V1, V3, V5 R+, RAf, RCf R-, RBf π / ÷ 2π / V1, V5, V6 R+, RAf R-, RBf, RCf 2π / ÷ π V1, V2, V6 R+, RAf, RBf R-, RCf π ÷ 4π / V2, V4, V6 R+, RBf R-, RAf RCf 4π / ÷ 5π / V2, V3, V4 R+, RBf, RCf R-, RAf 5π / ÷ 2π V3, V4, V5 R+, RCf R-, RAf, RBf pha so với đất phần mạng sau biến tần (MSBT); R+, R-, C+, C- điện trở cách điện điện dung cực dương (+) cực âm (-) so với đất phần mạch chiều (MMC); Uf điện áp pha cuộn thứ cấp máy biến áp khu vực; U0 trị số trung bình điện áp chỉnh lưu cầu ba pha ( ); E0 sức điện động nguồn chiều kiểm tra cách điện; R1 điện trở mạch tạo trung tính để nối nguồn kiểm tra cách điện vào lưới; R2 điện trở nguồn chiều E0 Có sáu giai đoạn hoạt động nghịch lưu chu kỳ điện áp pha phần MSBT (ví dụ ufa) Trong giai đoạn điện trở cách điện cực dương cực âm phần MMC so với mặt đất mô tả Bảng [2] Bảng cho thấy điện trở cách điện nhìn từ cực dương cực âm phần MMC so với đất thay đổi theo chu kỳ làm việc nghịch lưu Từ sơ đồ hình H.1, giả thiết van bán dẫn lý tưởng ta có sơ đồ tương đương để tính dịng chiều qua cấu đo điện trở cách điện hình H.2 [2] Trong sơ đồ để tiện phân tích mạch thay điện trở cách điện điện dẫn cách điện tương ứng (Gi=1/Ri), van bán dẫn V1-V6 thay chuyển mạch lý tưởng S1-S6 U0 / G0 E0 I0 G G G B A C G+ S1 S2 S3 G Af GBf GCf S4 S5 S6 Theo phương pháp nguồn tương đương, sơ đồ H.2 thay sơ đồ đơn giản hình H.3 G0 E0 G tđ I0 E tđ H.3 Sơ đồ tính dịng qua cấu đo Trong sơ đồ (hình H.3) ký hiệu E0 sức điện động điện dẫn nguồn chiều kiểm tra cách điện, Etđ Gtđ sức điện động điện dẫn nguồn tương đương Têvenin Từ sơ đồ (hình H.3) có biểu thức tổng qt để tính dòng qua cấu đo kiểm tra cách điện: E + E tð I0 = (1) / G + / G tð Ta tính thông số nguồn tương đương Têvenin ứng với giai đoạn làm việc nghịch lưu Ø Trong khoảng , hình H.2 khóa S1, S3 S5 đóng, có sơ đồ tính Etđ Gtđ nêu hình H.4 U0 / U0 / U0 / Etđ = Uho GA GB GC G− H.2 Sơ đồ tương đương tính dịng qua cấu đo điện trở cách điện G+ G Af GCf GBf G− H.4 Sơ đồ tính Etđ Gtđ khoảng ÷ π/3 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 55 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Từ sơ đồ (hình H.4) tính điện dẫn nguồn tương đương tổng điện dẫn cách điện mạng Gcd : (2) G tđ1  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf  G cd  Áp dụng phương pháp xếp chồng tính sức điện động nguồn tương đương Etđ1: U0 / U1ho  [1 /(G   G Af  G Cf )]  [1 /(G A  GB  G C  G   G Bf )] (G A  GB  G C  G   G Bf ) U1ho  U0 (G   G Af  G Cf ) / G A  GB  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) U ho   U0 / [1 /(G   G Bf )]  [1 /(G A  G B  G C  G   G Af  G Cf )] (G A  GB  G C  G   G Af  G Cf ) U ho   U0 (G   G Bf  G Cf ) / G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) Vậy E tđ1  Uho  U1ho  U ho  U0 [(G   G Af  G Cf )  (G   G Bf )] / G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) (3)  Trong khoảng /3  2/3, khóa S1, S5 S6 đóng, sơ đồ tính Etđ Gtđ nêu hình H.5 U0 / U0 / E tđ  Uho GA GB GC G G Af GCf GBf G H.5 Sơ đồ tính Etđ Gtđ khoảng π/3 ÷ 2π/3 Từ sơ đồ (hình H.5) tính điện dẫn nguồn tương đương: Gtđ2  GA  GB  GC  G  G  GAf  GBf  GCf (4) Áp dụng phương pháp xếp chồng tính sức điện động nguồn tương đương Etđ2: U0 / U1ho  [1 /(G   G Af )]  [1 /(G A  GB  G C  G   GBf  G Cf )] (G A  GB  G C  G   GBf  G Cf ) U0 (G   G Af ) / U1ho  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) U ho  U ho  [1 /(G   G Bf  U0 /  G Cf )]  [1 /(G A  G B  G C  G   G Af )] (G A  GB  G C  G   G Af )  U0 (G   G Bf  G Cf ) / G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) Vậy E tđ  U1ho  U2 ho  U0 [(G   G Af )  (G   G Bf  G Cf )] / G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) Tính tốn tương tự khoảng thời gian lại cho kết quả:  Trong khoảng  /   , khóa S1, S2 S6 đóng có:  G tđ G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf 56 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 (5) NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI E tđ  CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ U0 [(G   G Af  GBf )  (G   G Cf )] / G A  G B  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Trong khoảng    / , khóa S2, S4 S6 đóng có: G tđ  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf E tđ  U0 [(G   GBf )  (G   G Af  G Cf )] / G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Trong khoảng  /   / , khóa S2, S3 S4 đóng có: G tđ  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf E tđ  U0 [(G   GBf  G Cf )  (G   G Af )] / G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Trong khoảng  /   , khóa S3, S4 S5 đóng có: G tđ6  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf E tđ6  U0 [(G   G Cf )  (G   G Af  GBf )] / G A  G B  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Suy trị số trung bình điện dẫn sức điện động nguồn tương đương: G tđ  (G tđ1  G tđ  G tđ  G tđ  G tđ  G tđ ) / (6) G tđ  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf  G cd  E tđ  (E tđ1  E tđ  E tđ  E tđ  E tđ  E tđ6 ) / E tđ  U (G   G  ) / U (G  G  )   G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) G cd   Từ (1), (6) (7) có dịng qua cấu đo bằng: E  U0 (G   G  ) / G cd  E  E tđ I0   / G  / G tđ / G  / G cd  (7) (8) Khi G+=G- có: I0  E0 / G  / G cd  THẢO LUẬN, TRAO ĐỔI Ø Các biểu thức (8) (9) cho phép tính dịng điện qua cấu đo thiết bị bảo vệ dòng điện rò dùng dòng đo chiều sử dụng mạng điện mỏ hỗn hợp Biểu thức (7) tính trị số trung bình sức điện động nguồn tương đương Ø Từ (7) (8) suy ra, thành phần Etđ có trị số phụ thuộc vào mức độ đối xứng điện trở cách điện phần mạch chiều Trường hợp điện dẫn cách điện phần mạch chiều G+ G- khác nhiều Etđ lớn nhiều nguồn công tác chiều E0 thiết bị kiểm tra điện trở cách điện Sự xuất thành phần Etđ làm thay đổi đáng kể trị số dòng đo chiều chảy qua cấu đo thiết bị kiểm tra điện trở cách điện (9) Ø Các biểu thức (8) (9) cho thấy rằng, trường hợp điện trở cách điện phần mạch điện chiều đối xứng (G+=G-) dịng qua cấu đo tỷ lệ với điện trở cách điện mạng Nếu G+ ≠ G-, tức phần mạch điện chiều có điện trở cách điện khơng đối xứng, dịng qua cấu đo khơng phản ánh điện trở cách điện thực tế mạng Ø Đối với mạng điện mỏ hỗn hợp mà phần mạch chiều có có điện trở cách điện đối xứng, lựa chọn chọn sơ đồ cung cấp điện cho phần mạch xoay chiều sau biến tần có chiều dài ngắn để điện dung mạng so với đất nhỏ bỏ qua, sử dụng thiết bị bảo vệ dịng điện rị có ngun lý dùng dòng đo chiều để kiểm tra điện trở cách điện CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 57 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ  Đối với mạng điện mỏ hỗn hợp mà phần mạch chiều có có điện trở cách điện khơng đối xứng, thiết bị bảo vệ rò dùng dòng đo chiều có mỏ hầm lị khơng thể sử dụng khơng đảm bảo điều kiện an tồn điện giật  Vấn đề đảm bảo mức an toàn tối thiểu cho mạng điện mỏ hỗn hợp cần phải giải theo hướng nghiên cứu chế tạo hệ thống kiểm tra cách điện bảo vệ rò sử dụng dịng đo xoay chiều khác tần số cơng nghiệp NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KẾT LUẬN Đối với mạng điện mỏ hỗn hợp, điều kiện sử dụng an tồn thiết bị bảo vệ rị điện dùng dịng đo chiều để kiểm tra điện trở cách điện phần mạch điện chiều phải có điện trở cách điện so với đất đối xứng (G+=G-) Nếu G+ ≠ G-, tức phần mạch điện chiều có điện trở cách điện không đối xứng, việc sử dụng thiết bị bảo vệ dòng điện rò dùng dòng đo chiều mạng điện mỏ hỗn hợp không an toàn TÀI LIỆU THAM KHẢO Kim Ngọc Linh, 2018 Nghiên cứu xác định dòng điện rò mạng điện mỏ hầm lị có sử dụng biến đổi Tạp chí Cơng nghiệp Mỏ, số 3-2018, trang 15-19 Piotr Olszowiec (2014), Insulation measurement and supervision in live AC and DC unearthed systems (p171-172) Springer 2014 (second edition) Савицкий В.Н., Стадник Н.И (2013), Защита от токов утечки в комбинированных распределительных сетях угольных шахт, «УкрНИИВЭ» Синчук О.Н., Ликаренко А.Г., Петриченко А.А (2015) Исследование защитных характеристик аппаратов защиты от токов утечки рудничных участковых распределительных сетей на постоянном оперативном токе в условиях дестабилизирующих факторов комбинированных сетей // Гірнича електромеханіка та автоматика − 2015 − №94 − С 3-12 CONDITIONS FOR SAFE USE OF EARTH LEAKAGE CURRENT PROTECTION EQUIPMENT WITH DC MEASUREMENT CURRENT IN COMBINED MINE POWER NETWORKS Kim Ngoc Linh ABSTRACT From the equivalent model of the mine power network in terms of electric shock safety applying the classic integral method, the author has built the expression of current through measuring device of the earth leakage current protection equipment using DC current for monitoring the insulation resistance of underground mine power networks using semiconductor converters (combined networks) On the basis of the analysis of the obtained expressions, the conditions of safe and unsafe use of leakage current protective equipments using DC measurement current have been determined in combined power networks The results of this study are the basis for recommending a new solution to monitor the insulation resistance of combined power networks, which are increasingly widely used in underground mine power networks in Vietnam Keywords: combined power networks, DC measurement current, insulation resistance, equivalent voltage, Thevenin Ngày nhận bài: 12/6/2021; Ngày gửi phản biện: 15/6/2021; Ngày nhận phản biện: 21/6/2021; Ngày chấp nhận đăng: 25/7/2021 Trách nhiệm pháp lý tác giả báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm số liệu, nội dung công bố báo theo Luật Báo chí Việt Nam 58 CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO TRONG KHAI THÁC MỎ Đỗ Như Ý Trường Đại học Mỏ - Địa chất Email: donhuy.humg@gmail.com TÓM TẮT Trong năm vừa qua nhiều nghiên cứu đưa giải pháp để nâng cao hiệu sử dụng điện cho cấu truyền động ngành khai thác mỏ, giải pháp sử dụng động hiệu suất cao thay cho động không đồng rotor lồng sóc sử dụng rộng rãi mỏ Để áp dụng cách hợp lý hiệu cần thiết phải có phân tích hiệu việc thay sử dụng loại động yếu tố kinh tế kỹ thuật Bài báo phân tích hiệu sử dụng động đồng nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao thay cho động không đồng khai thác mỏ Kết phân tích giúp ích người quản lý vận hành chiến lược tiết kiệm sử dụng lượng hiệu ngành khai thác mỏ Từ khóa: động đồng nam châm vĩnh cửu, động không đồng bộ, IM, LSPMSM ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện vấn đề tiết kiệm sử dụng lượng hiệu vấn đề cấp bách, quan trọng để phát triển bền vững ngành khai thác mỏ Phần lớn điện tiêu thụ khai thác mỏ thuộc hệ truyền động điện Động điện thiết bị động lực dùng để tạo truyền động cho thiết bị khai thác mỏ Trong cơng nghiệp 70% lượng điện tiêu thụ hệ truyền động, khai thác mỏ Việt Nam lượng điện tiêu thụ hệ truyền động chiếm 75% tổng điện tiêu thụ mỏ Theo tiêu chuẩn IEC60034-30 hiệu suất động phân thành cấp: IE1 - động hiệu suất tiêu chuẩn (IE1-Standard Efficiency), IE2-động hiệu suất cao (IE2- High  Efficiency), IE3- động có hiệu suất cao cấp (IE3-Premium Efficiency), IE4-động hiệu siêu cao (IE4 -Super Premium Efficiency) IE5- động hiệu suất cực cao (IE5-Ultra Premium Efficiency) Theo tiêu chuẩn IEC60034-30 mức hiệu suất từ IE1 đến IE5 động có đồ thị phụ thuộc hình H.1 Động truyền thống sử dụng khai thác mỏ động khơng đồng rotor lồng sóc (IM) Loại động có nhiều ưu điểm như: Cấu tạo đơn giản, độ bền cao, mômen khởi động lớn, giá thành rẻ Tuy nhiên, nhược điểm lớn H.1 Quan hệ phụ thuộc mức hiệu suất công suất động loại động khó có khả nâng cao hiệu suất tồn tổn thất điện rotor trình làm việc Việc nâng cao hiệu suất động IM lên mức IE2, IE3 theo tiêu chuẩn IEC60034-30 thực khó khăn [1] Cơng trình nghiên cứu [7] để nâng cao hiệu sử dụng điện cấu truyền động ngành khai thác mỏ Hoa Kỳ sử dụng động tiết kiệm lượng hiệu suất cao Theo phân tích tác giả việc sử dụng động tiết kiệm lượng có chi phí ban đầu tăng nhanh chóng thu hồi vốn nhờ tiết kiệm chi phí điện q trình hoạt động Theo phân tích tạp chí Machinedesign tiếng thiết kế động điện, khâu tiêu thụ lượng lớn có u cầu cao hiệu CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 59 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI suất động hiệu suất cao thay cho động IM Việc đầu tư động hiệu suất cao làm tăng chi phí ban đầu, tương quan chênh lệch chi phí đầu tư mua động chi phí vận hành động điện trình sử dụng lâu dài thể hình H.2 [1] H.2 Hiệu động tiêu chuẩn động hiệu suất cao Từ H.1 thấy rằng, việc phải gánh thêm chi phí ban đầu khoảng thời gian sử dụng ngắn động tiêu chuẩn có lợi mặt chi phí Nhưng sau khoảng thời gian làm việc Tlv việc tiết kiệm điện trình sử dụng động hiệu suất cao có hiệu kinh tế cao Theo nghiên cứu [4] giải pháp thay cho động IM sử dụng động đồng nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp từ lưới (Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor) (LSPMSM) khởi động trực tiếp từ lưới loại động hiệu suất cao Nội dung báo phân tích hiệu sử dụng động hiệu suất cao LSPMSM thay động IM khai thác mỏ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Khái quát động hiệu suất cao lspmsm Động LSPMSM ứng dụng nhiều khâu khai thác mỏ, khâu mà có cấu điện tiêu thụ lớn như: Thơng gió, bơm nước, máy nén khí, vận tải, sàng tuyển cịn ứng dụng triển khai cho phụ tải khác Động LSPMSM động lai với dây quấn ba pha phân bố rãnh stator (tương tự động IM), rotor động LSPMSM sử dụng lồng sóc với nhơm có gắn thêm nam châm vĩnh cửu, cấu trúc động đưa hình H.3 60 CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 H.3 Động LSPMSM cấu trúc rotor L-shape [2] Động IM tổn hao rotor chiếm 20%, nhiên với động LSPMSM hoạt động ổn định làm việc chế độ đồng nên khơng có tổn thất rotor động Ngoài tổn thất stator động LSPMSM giảm đáng kể giảm dòng điện từ hóa động Do vậy, động LSPMSM có hiệu suất cao IE3 lên tới hiệu suất siêu cao IE4 Động LSPMSM thương mại với công suất từ 0,55kW đến 7,5kW đạt hiệu suất IE4 Động LSPMSM có kết cấu rotor lồng sóc nên động khởi động trực tiếp kết nối lưới mà không cần sử dụng điều khiển, sau động khởi động làm việc với tốc độ đông với mômen cao, quán tính thấp [7] 2.2 Phân tích yếu tố kinh tế sử dụng động hiệu suất cao LSPMSM Động IM sử dụng khai thác mỏ Việt Nam thường có hiệu suất đạt ngưỡng IE1 [1] Giả sử hệ truyền động thiết bị khai thác mỏ thay động IM có hiệu suất IE1 sử dụng động hiệu suất cao có hiệu suất IEn (với n=2, 3, 4) Theo [3] chi phí vận hành tiết kiệm năm sử dụng động hiệu suất cao thay cho động hiệu suất IE1 tính theo cơng thức (1) Trong đó: Pout - cơng suất động (kW); C- giá bán điện (đồng/kWh); T- số làm việc năm (h); En, E1 - hiệu suất động theo chuẩn IEn IE1 Chênh lệch chi phí ban đầu hai động hiệu suất cao IEn động thông thường IE1được xác định theo cơng thức [5] [6]: ∆C=m.Y (2) đó: m - Chênh lệch khối lượng, vật liệu; Y – chênh lệch đơn giá Thời gian thu hồi vốn: NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ Tc=∆C/S (3) Từ sở lý thuyết trên, so sánh hiệu kinh tế thu giả sử quạt thơng gió cục mỏ hầm lị sử dụng động IM 5,5kW có hiệu suất IE1 thay động LSPMSM 5,5kW có hiệu suất cao IE2, động có thơng số kỹ thuật Bảng Bảng Thông số động IM động LSPMSM TT Thông số động IM LSPMSM 5,5kW 5,5kW Công suất (kW) Điện áp (V) 380/660 380/660 Tần số (Hz) 50 50 Tốc độ (v/phut) 1400 1400 Mômen (N.m) 48 48 Hiệu suất động (%) 83 (IE1) 86,5(IE2) Theo tài liệu [5], khối lượng nam châm điện cần dùng cho động LSPMSM 5,5kW khoảng mPM=0,65kg, giá bán nam châm NdFeB43l PPM=200$/kg tương đương 4,7triệu đồng/kg Theo tài liệu [6] chênh lệch chi phí sử dụng thép mật độ từ thông cao cho động LSPMSM 5,5kW m’PM=3,5kg, giá bán chênh lệch P’PM=10$/kg tương đương khoảng 0,235 triệu đồng/kg Từ công thức (2) xác định chênh lệch chi phí ban đầu động hiệu suất cao LSPMSM động tiêu chuẩn IM là: ∆C=[mPM.PPM+m’PM.P’PM]=[0,65.4,7+3,5.0,235] =3,88tr đồng Chi phí vận hành tiết kiệm năm thay động LSPMSM 5,5kW cho động IM 5,5kW theo công thức (1) = 1,95tr đồng Trong đó: Giá bán điện C=1.600đồng/kWh; xí nghiệp mỏ làm việc ba ca T=5.000h/năm Thời gian thu hồi vốn thay động LSPMSM 5,5kW cho động IM 5,5kW quạt thơng gió cục xác định theo cơng thức (1): Tc=∆C/S=3,88/1,95=2 năm 2.3 Phân tích yếu tố kỹ thuật sử dụng động hiệu suất cao LSPMSM Ngồi tính hiệu kinh tế, phải xét tới yếu tố kỹ thuật động để đánh giá phù hợp thay Theo [2] đưa hình động LSPMSM xây dựng mơ hình mơ để đánh giá thơng số kỹ thuật làm việc hai loại động đưa hình H.4 H.4 Mơ hình đánh giá động LSPMSM với động IM Trên mô hình mơ gồm động LSPMSM động IM có thơng số Bảng Hai động cung cấp nguồn điện, với hệ số mang tải Kết khảo sát dòng điện stator, tốc độ mômen động hệ tương đối (pu) cho kết hình H.5, hình H.6 hình H.7 H.5 Đặc tính dịng điện stator H.6 Đặc tính tốc độ động H.7 Đặc tính mơmen động CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 61 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết từ phân tích kinh tế thấy rằng, việc tiết kiệm điệm quá trình sử dụng nên việc thay động LSPMSM 5,5kW cho động IM 5,5kW mang lại hiệu kinh tế cao Sau so sánh chi phí chênh lệch vốn đầu tư ban đầu chi phi tiết kiệm từ việc giảm điện tiêu thụ thời gian thu hồi vốn ngắn khoảng năm Ngoài việc thay động LSPMSM hiệu suất cho cho động IM còn chưa kể đến hiệu từ việc việc nầng cao hệ số cơng suất cosφ động LSPMSM có hệ số công suất cosφ từ 0,9 trở lên so với đợng IM thường có hệ sớ cosφ chỉ khoảng 0,85 từ giảm tổn hao đường dây truyền tải Từ kết khảo sát dòng điện stator, tốc độ mômen động hệ tương đối (pu) cho kết hình H.5, H.6 H.7, thấy thông số kỹ thuật hai động tương đương Trên hình H.5 dịng điện stator động IM có giá trị lớn dòng điện stator độngc LSPMSM, cộng thêm với việc khơng có NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI tổn hao rotor điều giải thích lý động LSPMSM có hiệu suất cao động IM Về tốc độ mơmen hình H.6 H.7 cho thấy hai loại động tương tự nhau, nhiên thời gian dao động, độ đập mạch động LSPMSM lớn động IM dẫn tới làm việc động LSPMSM gây rung độnglớn lâu ổn định động IM KẾT LUẬN Từ phân tích kinh tế kỹ thuật kể nhận thấy rằng, việc ứng dụng động hiệu suất cao LSPMSM khai thác mỏ mang lại hiệu kinh tế việc tiết kiệm lượng Tuy nhiên đặc tính kỹ thuật sử dụng động LSPMSM dẫn tới trình độ diễn dài hơn, độ rung động xảy lớn Do đó,để áp dụng có hiệu động hiệu suất cao LSPMSM khai thác mỏ cần phải phân tích lựa chọn thay cho khâu khai thác phù hợp với đặc tính kỹ thuật động cơ, thiết bị có chế độ làm việc không thường xuyên phải khởi động, thiết bị có yêu cầu mức độ rung động không cao❏ TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Minh Định (2016) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo động điện tiết kiệm lượng sử dụng vật liệu có mật độ từ cảm cao Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Quốc gia, KC-05 Lê Anh Tuấn, Phạm Văn Cường, Nguyễn Thị Minh Hiền, Vũ Thị Kim Nhị (2019) Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến khả khởi động động đồng nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp pha, 2,2kW Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ, số 55 Hiroaki Toda, Kunihiro Senda, Shigeo Morimoto, Tatsuhiko Hiratani (2013) Influence of Various NonOriented Electrical Steels on Motor Efficiency and Iron Loss in Switched Reluctance Motor IEEE Journals & Magazines, Volume: 49, Issue:7 Michael J Melfi Stephen D Umans Judith E Atem (2014) Viability of highlyefficient multi-horsepower line-start permanent-magnet motors Petroleum and Chemical Industry Technical Conference, Record of Conference Papers Industry Applications Society 60th Annual IEEE, pp 1-10 M A Rahman (2014) Status Review of Advances in Hybrid Electric Vehicles Professor M A Rahman Memorial Memorial University of Newfoundland Ramesh Ugale, Gaurav Singh, Srinivas Baka, B.N Chaudhari (2009).Effective energy conservation for the agricultural sector using line start permanent magnet synchronous motors Conference: TENCONIEEE Region 10 Conference Riyaz Papar, P.E, Andrew Szady, P.E, William D Huffer, Vern Martin, P.E, Aimee McKane (1999) Increasing Energy Efficiency of Mine Ventilation Systems Conference: 8th US Mine Ventilation Symposium, Rolla, MO (United States) 62 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ ANALYSIS OF EFFECTIVELY USING HIGH PERFORMANCE ELECTRIC MOTORS IN MINING Do Nhu Y ABSTRACT In recent years, the studies have provided solutions to improve the power efficiency in mining One of the new solutions is the use high efficiency motors o replace the cage rotor asynchronous motor widely used in mines For effective application, It is necessary to have an analysis for the effectiveness of the replacement of these motors The content of this article analyzes the efficiency of using line start permanent magnet synchronous motor instead of asynchronous one in mining The analysis results will help managers and operators save and useenergy efficiently in mining industry Keywords: Line start permanent magnet synchronous motor, asynchronous motor, IM, LSPMSM Ngày nhận bài: 8/6/2021; Ngày gửi phản biện: 10/6/2021; Ngày nhận phản biện: 28/6/2021; Ngày chấp nhận đăng: 18/7/2021 Trách nhiệm pháp lý tác giả báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm số liệu, nội dung công bố báo theo Luật Báo chí Việt Nam CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 63 ... LUẬN Đối với mạng điện mỏ hỗn hợp, điều kiện sử dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện dùng dòng đo chiều để kiểm tra điện trở cách điện phần mạch điện chiều phải có điện trở cách điện so với đất... Nếu G+ ≠ G-, tức phần mạch điện chiều có điện trở cách điện không đối xứng, việc sử dụng thiết bị bảo vệ dòng điện rò dùng dòng đo chiều mạng điện mỏ hỗn hợp khơng an tồn TÀI LIỆU THAM KHẢO... mạch chiều có có điện trở cách điện không đối xứng, thiết bị bảo vệ rị dùng dịng đo chiều có mỏ hầm lị khơng thể sử dụng khơng đảm bảo điều kiện an toàn điện giật  Vấn đề đảm bảo mức an toàn