Phần 1 của giáo trình Trang bị điện cung cấp cho học viên những kiến thức về: các hình thức chế tạo thiết bị điện; thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an toàn tia lửa; thiết bị bảo vệ; bảo vệ thiết bị điện khỏi các chế độ làm việc không bình thường;... Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Trần Hữu Phúc (Chủ biên) ThS Dương Thị Lan ThS Nguyễn Thanh Tùng GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2021 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Chương Các hình thức chế tạo thiết bị điện 1.1 Phân loại môi trường mỏ nguy hiểm cháy nổ 1.2 Các yêu cầu hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ 17 1.3 Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức thơng thường 18 1.4 Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an toàn cao 20 1.5 Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức phịng nổ 21 1.6 Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an tồn tia lửa 25 1.7 Các hình thức khác bảo vệ khỏi nổ 30 Chương Thiết bị bảo vệ 35 2.1 Các yêu cầu thiết bị bảo vệ 35 2.2 Bảo vệ khỏi chế độ cố 46 2.3 Bảo vệ thiết bị điện khỏi chế độ làm việc khơng bình thường 53 2.4 Bảo vệ lọc thành phần đối xứng 61 2.5 Bảo vệ khỏi chạm đất pha 64 Chương Thiết bị điều khiển 68 3.1 Phân loại yêu cầu thiết bị điều khiển 68 3.2 Thiết bị điều khiển tay 69 3.3 Thiết bị điều khiển từ xa tự động 76 3.4 Thiết bị điện cao áp mỏ 94 3.5 Các trạm phân phối điện 127 Chương Thiết bị cung cấp điện 130 4.1 Phân loại yêu cầu 130 4.2 Máy biến áp trạm biến áp mỏ hầm lò 130 4.3 Trạm biến áp di động mỏ lộ thiên 136 4.4 Biến áp dùng cho khoan điện cầm tay chiếu sáng 137 4.5 Trạm kéo trạm nạp 138 Chương Cáp điện dây dẫn 154 -1- 5.1 Khái niệm chung 154 5.2 Cáp điện dùng cho mỏ lộ thiên 154 5.3 Cáp bọc thép dùng cho mỏ hầm lò 155 5.4 Cáp mềm dùng cho mỏ hầm lị 157 5.5 Dây dẫn đường dây khơng 162 5.6 Cấu kiện khí đường dây 166 Chương Kiểm nghiệm, sửa chữa vận hành thiết bị điện 171 6.1 Tổ chức lắp đặt vận hành thiết bị điện mỏ 171 6.2 Thử nghiệm thiết bị điện 173 6.3 Tổ chức sửa chữa thiết bị điện mỏ 177 Tài liệu tham khảo 182 -2- LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “Trang bị điện” biên soạn với mục đích làm tài liệu học tập cho sinh viên Đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện làm tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành điện khác Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Giáo trình cịn làm tài liệu tham khảo cho cán giảng dạy, cán kỹ thuật, kỹ thuật viên công tác ngành cơng nghệ kỹ thuật điện Giáo trình giới thiệu cách có hệ thống kiến thức bản, thể tương đối đầy đủ nội dung, phục vụ cho việc học tập nghiên cứu sinh viên trang bị điện mỏ xí nghiệp cơng nghiệp Giáo trình gồm chương: Chương Các hình thức chế tạo thiết bị điện Chương Thiết bị bảo vệ mỏ Chương Thiết bị điều khiển Chương Thiết bị cung cấp điện Chương Cáp điện dây dẫn Chương Kiểm nghiệm, sửa chữa vận hành thiết bị điện Giáo trình tập thể tác giả: Tiến sĩ Trần Hữu Phúc chủ biên, ThS Dương Thị Lan ThS Nguyễn Thanh Tùng, Bộ mơn Điện khí hố - Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh biên soạn Tập thể tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Điện, giảng viên mơn Điện khí hóa - Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh phòng ban nghiệp vụ, cá nhân tạo điều kiện giúp đỡ động viên, góp ý để hồn thành tốt giáo trình Trong trình biên soạn, nhóm tác giả cố gắng bám sát chương trình môn học phê duyệt Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy mơn học nhiều năm, đồng thời có ý đến đặc thù đào tạo ngành trường Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian trình độ có hạn, nên sai sót giáo trình khó tránh khỏi Nhóm tác giả mong nhận nhiều -3- đóng góp ý kiến xây dựng để giáo trình hồn thiện Những ý kiến đóng góp xin gửi địa chỉ: Bộ mơn Điện khí hố Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh Xin chân thành cảm ơn! Quảng Ninh, tháng 04 năm 2021 Tác giả -4- Chương CÁC HÌNH THỨC CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN 1.1 Phân loại môi trường mỏ mức độ nguy hiểm cháy nổ 1.1.1 Đặc điểm làm việc thiết bị điện mỏ Các đặc điểm làm việc thiết bị điện mỏ là: - Đa số máy móc thời gian làm việc thường xuyên định kỳ di chuyển - Khí hậu thời tiết khắc nghiệt, mưa nắng, nhiệt độ cao, khơng khí có nhiều bụi dẫn điện - Không gian chật hẹp - Áp lực đất, đá, sạt lở - Cơng tác nổ mìn dễ phá hoại thiết bị điện 1.1.2 Phân loại môi trường mỏ Các thiết bị điện mỏ chế tạo để làm việc mơi trường: - Ngồi trời mỏ lộ thiên - Đặc biệt nguy hiểm hỏa hoạn, điện giật mỏ hầm lò Để phân loại hỗn hợp nổ người ta sử dụng tiêu chuẩn giá trị khe hẹp an toàn lớn xác định thực nghiệm Giá trị khe hẹp an toàn lớn giá trị mặt ghép phẳng có bề rộng 25 mm thân nắp hộp để cho nổ hỗn hợp có nồng độ xảy bện hộp không gây nổ hỗn hợp bên Hỗn hợp nổ phân loại bảng 1.1 Bảng 1.1 Phân loại hỗn hợp nổ mỏ Cấp hỗn hợp nổ I Khí mê tan mỏ II Khí cơng nghiệp Giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất, mm 1,0 II A 0,9 II B Từ 0,5 – 0,9 II C 0,5 Hỗn hợp khí chất lỏng dễ cháy với khơng khí phân loại dựa sở nhiệt độ tự bốc cháy chúng (Bảng 1.2) -5- Bảng 1.2 Phân loại nhóm hỗn hợp nổ nhiệt độ tự bốc cháy Nhóm hỗn hợp nổ Nhiệt độ tự bốc cháy, 0C T1 450 T2 300-450 T3 200-300 T4 135-200 T5 100-135 T6 85-100 1.1.3 Điều kiện gây nổ môi trường dòng điện Năng lượng tối thiểu để đốt cháy thể tích khí tối thiểu hình cầu đường kính d = 0,08 a/Vn, 𝐸 = 6,3𝑑 = 10−2 𝑎2 /𝑉𝑛2 đó: a – hệ số truyền nhiệt hỗn hợp khí , m2/s; Vn – tốc độ truyền loan cháy, m/s Tính chất hỗn hợp khí cháy áp suất P = 101 kPa nhiệt độ T= (1520)0C cho bảng 1.3 Bảng 1.3 Bảng phân loại hỗn hợp nổ theo cấp nhóm Khí cháy Giới hạn nồng độ Dưới Trên Năng lượng Nhiệt độ gây gây cháy tối cháy, 0K thiểu, mJ Mê tan 5,0 15,0 0,28 2316 Êtan 3,22 12,45 0,26 2370 Prôpan 2,37 9,5 0,25 2383 Butan 1,86 8,41 0,24 2392 Peptan 1,4 7,8 0,24 2391 Hecxan 1,25 6,9 0,23 2397 Heptan 1,0 6,0 0,232 2399 Êtilen 2,75 28,6 0,1 2557 Propilen 2,4 11,1 0,25 2557 Oxitotilen 3,0 80,0 0,062 2557 -6- Tôluôn 1,27 6,75 0,062 2484 Axêtilen 2,5 81,0 0,019 2893 Hyđro 4,0 74,2 0,019 2483 Xăng σ-70 0,79 5,16 0,23 2483 Axêton 2,5 12,8 0,23 2483 Nhiệt độ ban đầu hỗn hợp cao giới hạn nồng độ nổ mở rộng Đối với hỗn hợp mêtan – khơng khí thay đổi cho bảng 1.4 Bảng 1.4 Bảng quan hệ giới hạn nổ với nhiệt độ ban đầu Nhiệt độ ban đầu hỗn Giới hạn dưới, % thể tích Giới hạn trên, % thể tích 17 6,3 12,9 100 5,95 13,7 200 5,5 14,6 400 4,8 16,6 hợp nổ, 0C Trong bảng 1.5 trình bày thay đổi giới hạn nồng độ nổ tùy theo áp suất ban đầu hỗn hợp mêtan – không khí Bảng 1.5 Bảng quan hệ giới hạn nổ với áp suất ban đầu Áp suất ban đầu hỗn Giới hạn dưới, % thể tích Giới hạn trên, % thể tích 6,6 12,7 21 7,5 12,0 400 5,2 46,0 hợp nổ, At Trong phạm vi giới hạn nổ, tồn giá trị nồngđộ tối nguy, nồng độ dễ gây nổ Nồng độ tối nguy loại hỗn hợp nổ không giống nguồn gây nổ khác Ví dụ hỗn hợp mêtan – khơng khí dễ nổ nồng độ khoảng 8,5% nguồn gây nổ phóng điện (tia lửa hồ quang điện); 9,8% nguồn gây nổ sợi tóc bóng đèn; (6,4 ÷7,4 ) % nguồn gây nổ tia lửa -7- ma sát Áp suất nổ lớn xảy hỗn hợp mê tan – khơng khí có nồng độ (9 ÷10)% bị kích nổ tia lửa điện Muốn cho hỗn hợp nổ được, cần phải nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ cháy Giá trị nhiệt độ thay đổi tùy theo nồng độ hỗn hợp Nhiệt độ gây cháy hỗn hợp mêtan – khơng khí vào khoảng 6750C Khi tiếp xúc với nguồn gây nổ, hỗn hợp nổ không nổ mà chậm sau Hiện tượng gọi nổ muộn thường dùng để đánh giá độ nhạy hỗn hợp nổ Thời gian nổ muộn nhỏ hỗn hợp nhạy Thời gian trễ có ý nghĩa đặc biệt hỗn hợp mêtan – khơng khí đạt tới số giây giảm nhanh tăng nhiệt độ nguồn gây nổ khoảng vài mili giây nhiệt độ 10000C Khi bầu khơng khí nằm giới hạn nổ nổ có nguồn kích nổ thích hợp Nguồn kích nổ dịng điện hồ quang, tia lửa điện phận dẫn điện bị nung q nóng Theo lý thuyết nhiệt tất khối khí bốc cháy thể tích định nung nóng đến nhiệt độ cháy Khi có nguồn nhiệt khối khí bị nung nóng nhiệt độ khối khí giảm từ tâm (nguồn gây cháy) đến biên giới Nếu nhiệt độ gây cháy thể tích phân tố làm cháy tồn khối khí nguồn gây cháy khơng tồn Để nung nóng thể tích khí đến nhiệt độ cháy cần phải có nhiệt lượng định gọi nhiệt lượng gây cháy tối thiểu Giá trị lượng xác định thí nghiệm 0,019 mJ hỗn hợp hyđro – khơng khí 0,28 mJ hỗn hợp mêtan – khơng khí Điều kiện để gây cháy hỗn hợp khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là: - Năng lượng gây cháy thông số mạch gây lượng điện áp, dịng điện, loại mạch điện (điện trở, điện cảm, điện dung) - Kích thước, hình dạng vật liệu làm tiếp điểm nơi xảy phóng tia lửa - Khoảng cách tiếp điểm tốc độ cắt mạch v.v -8- Nếu tăng điện áp đặt vào mạch giá trị dịng điện có khả gây cháy giảm Ví dụ: điện áp mạch 25V dịng điện tối thiểu cần để đốt cháy hỗn hợp mêtan – khơng khí 1,18 A, cịn điện áp 140 V dịng gây cháy cịn 0,12 A Trong mạch có điện cảm khơng đổi, tăng tần số dòng điện từ kHz đến 200 kHz khả gây cháy dòng điện giảm nhiều Nhưng tiếp tục tăng tần số lên cao khả gây cháy dịng điện lại tăng Điện cảm mạch điện có ảnh hưởng lớn đến khả gây cháy tia lửa Khi tăng điện cảm mạch giá trị dịng gây cháy tối thiểu giảm cách rõ rệt, lượng tia lửa phụ thêm phần lượng tích lũy điện cảm Thực nghiệm cho thấy giá trị dòng gây cháy nhỏ nhiệt độ chảy vật liệu làm tiếp điểm thấp, diện tích tiếp điểm thời điểm cắt mạch nhỏ tốc độ cắt mạch lớn giới hạn định Do tính phức tạp trình gây cháy hỗn hợp khí khó xây dựng sở lý thuyết cho phép xác định giải tích tính an tồn tia lửa mạch điện, mà chủ yếu phải đánh giá sở thực nghiệm Các cơng trình nghiên cứu nhà khoa học Liên Xô (VX.Craptrenco) cho thấy tia lửa mạch điện có khả gây nổ, tính đa dạng yếu tố tạo khả nổ, mối quan hệ yếu tố tạo khả nổ mà lượng gây cháy dòng gây cháy mạch điện tuân theo luật thống kê phụ thuộc vào số lần phát tia lửa để quan sát Thực nghiệm chứng tỏ mạch điện với thông số định hỗn hợp nổ có điều kiện định, giá trị dịng gây cháy tối thiểu mạch giảm số lần thử nghiệm tăng Nếu gọi tỷ số số lần gây nổ với số lần phát tia lửa tần suất gây cháy tần suất xác suất số thử nghiệm đủ lớn, xác định từ định luật giới hạn Laplaxơ Trên sở nhiều thí nghiệm phân tích kết thí nghiệm V.X Craptrenco xác định tính xác suất việc gây cháy hỗn hợp mêtan – không -9- Icđ = kcc.Itt (2.11) đó: kcc – hệ số chắn; Itt – dòng làm việc thực tế động Đối với máy ngắt tự động tủ đường dây: 𝐼𝑐đ = 𝑘𝑐𝑐 ∑ 𝐼𝑡𝑡 (2.12) Việc khống chế thời gian cần đảm bảo cho thời gian khống chế lớn thời gian tồn dòng mở máy động Điều thực đơn giản cách mắc sun tiếp điểm rơ le cực đại thời gian mở máy Tuy nhiên nhược điểm loại rơ le cực đại có khống chế thời gian khơng có khả bảo vệ khỏi ngắn mạch thời gian động mở máy Tốt sử dụng loại rơ le cực đại có thời gian khống chế phụ thuộc vào giá trị dòng điện, nghĩa rơ le có đặc tuyến dịng – thời gian phụ thuộc Cho đến tính phức tạp rơ le mà loại chưa sử dụng mỏ mà sử dụng phối hợp với số hình thức bảo vệ: cầu chì để bảo vệ khỏi ngắn mạch lớn, rơ le cực đại thông thường rơ le nhiệt để bảo vệ tải 2.3 Bảo vệ thiết bị điện khỏi chế độ làm việc khơng bình thường Bảo vệ sử dụng cầu chì rơ le cực đại bảo vệ ngắn mạch mà không bảo vệ khỏi chế độ làm việc khơng bình thường thiết bị điện Các chế độ làm việc khơng bình thường q tải, điện áp q thấp, mở máy kéo dài, pha…làm tăng dòng điện khơng lớn, khơng phá hoại nhanh chóng thiết bị điện dòng ngắn mạch, mà làm cho cách điện bị già hóa nhanh dẫn đến ngắn mạch Bởi vậy, bảo vệ khỏi chế độ làm việc khơng bình thường không cần thiết phải cắt nhanh nhằm lợi dụng khả tải cho phép thiết bị điện Sau xem xét số hình thức bảo vệ thường sử dụng công nghiệp mỏ 2.3.1 Bảo vệ tải rơle nhiệt, nhiệt độ Quá tải động phát theo giá trị dịng điện theo nhiệt độ động có q tải hai thơng số tăng so với giá trị định mức Thông thường tăng tính chịu nhiệt cách điện bảo vệ khỏi tải không cần thiết, với động phịng nổ, tăng tính chịu nhiệt cách điện - 53 - đồng thời nhiệt độ vỏ động tăng Nếu nhiệt độ vỏ động đạt tới giá trị định gây nguy hiểm hỏa hoạn nổ bầu khơng khí mỏ, với động làm việc mỏ hầm lò việc trang bị bảo vệ tải điều bắt buộc Để bảo vệ khỏi tải dùng rơ le cực đại chỉnh định dịng định mức có khống chế thời gian để tránh dòng mở máy, bảo vệ loại tác động có tải khoảnh khắc lớn mà thực tế khơng cần phải cắt Đích chủ yếu bảo vệ khỏi tải cắt không cho động làm việc nhiệt độ tăng tới mức có làm cháy cách điện Nhằm mục đích đó, bảo vệ khỏi q tải phải ghi nhận nhiệt lượng động sinh nhiệt độ Rơ le ghi nhận nhiệt lượng gọi rơ le nhiệt, rơ le lại gọi rơ le nhiệt độ 2.3.1.1 Bảo vệ tải rơ le nhiệt Rơ le nhiệt làm việc dựa vào giãn nở dài khác vật liệu khác bị nung nóng dịng điện động bảo vệ Sơ đồ nguyên lý cấu tạo rơ le nhiệt trình bày hình 2.9 Nguyên lý làm việc rơ le sau: Khi dòng điện tải qua phần tử gia nhiệt lớn giá trị định mức kéo dài làm cho kim loại kép nóng lên Thanh nóng làm cho giãn nở dài Do làm kim loại kép có hệ số giãn nở dài khác nên cong lên phía Khi dịng điện đạt tới giá trị tác động, sau thời gian định kim loại kép cong lên trượt khỏi động Dưới tác động lò xo quay mở tiếp điểm Lúc mạch điều khiển động mở, động cắt khỏi nguồn cung cấp Nút phục hồi số làm nhiệm vụ đưa rơ le trạng thái ban đầu Dòng tác động rơ le nhiệt điều chỉnh cách uốn cong kim loại kép nhờ vít điều chỉnh Hình 2.9 Rơ le nhiệt - 54 - Sau tác động rơ le nhiệt không tự trở mà phải có tác động người Khi điều khiển động từ xa muốn đưa rơ le trở cần có thêm cấu riêng Để đưa rơ le trở cần có thời gian để kim loại kép nguội lại trở trạng thái ban đầu, thời gian tương ứng với thời gian để động kịp nguội trước đưa vào làm việc Trong thực tế, tải pha rơ le nhiệt chế tạo thành thiết bị để lắp kèm với cơng tắc tơ Trong sử dụng phần tử gia nhiệt pha Sơ đồ nguyên lý cấu tạo rơ le nhiệt pha biểu diễn hình 2.10 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo rơ le nhiệt pha 1- Đòn bẩy; 2- Tiếp điểm thường đóng; 3- Tiếp điểm thưởng mở; 4- Vít điều chỉnh dịng tác động; 5- Thanh kim loại kép; 6- Phần tử gia nhiệt; 7- Cần gạt; 8- Nút phục hồi Rơ le nhiệt để bảo vệ khỏi q tải cho động khơng chắn thơng thường đặt thiết bị điều khiển từ xa nên khó đảm bảo cho đặc tuyến nhiệt rơ le động giống nhau, nghĩa rơ le nhiệt khơng cắt động nóng cắt nhầm nhiệt độ động giới hạn cho phép - 55 - Chọn rơ le nhiệt theo điều kiện sau: Đối với rơle nhiệt không điều chỉnh được: - 𝐼đ.𝑟 ≥ 𝐼đ𝑛 ≈ 𝐼đ.đ𝑐 (2.13) Đối với rơ le điều chỉnh được: - 𝐼đ.đ𝑐 𝑘𝑚𝑖𝑛 > 𝐼đ.𝑛 > 𝐼đ.đ𝑐 (2.14) 𝑘𝑚𝑎𝑥 đó: Iđ.r – dịng định mức rơ le nhiệt; Iđ.n – dòng định mức phần tử gia nhiệt, với dịng rơ le khơng tác động; Iđ.đc – dòng định mức động cơ; kmin, kmax – giới hạn điều chỉnh nhỏ lớn (với rơ le TPH có kmin = 0,75, kmax = 1,25) Nếu nhiệt độ môi trường khác nhiệt độ mơi trường định mức rơ le nhiệt dòng định mức phần tử gia nhiệt hiệu chỉnh cách nhân với √(1,6 − 1,7)𝑇𝑚𝑡 với Tmt – nhiệt độ thực tế môi trường, 0C Rơ le nhiệt phân loại theo tiêu chí sau: - Phân loại theo kết cấu: Kiểu hở kiểu kín - Phân loại theo số pha mạng điện: Loại pha loại pha - Phân loại theo phương thức đốt nóng: Đốt nóng trực tiếp, đốt nóng gián tiếp đốt nóng hỗn hợp Lựa chọn rơ le nhiệt theo cơng suất động có tham số tham khảo bảng 2.1 sau: Bảng 2.1 Chọn rơ le nhiệt theo công suất động (200-220) VAC Ngưỡng tác động (380-400)VAC kW HP kW HP Rơ le nhiệt (A) 0,2 0,25 0,4 0,5 0,7-1,1 0,3 0,4 0,75 1,3-2,1 0,4 0,5 1,1 1,5 1,6-2,6 0,75 1,5 2,5-4,1 1,1 1,5 2,2 3,4-5,4 - 56 - 1,5 5,0-8,0 2,2 3,7 7,0-11 5,5 7,5 9,0-13 3,7 7,5 10 12-18 5,5 7,5 12 15 17-24 7,5 10 15 20 22-34 12,5 19 25 28-38 11 15 22 30 32-48 15 20 30 40 43-65 19 25 37 50 54-80 22 30 45 60 60-100 25 35 55 75 80-130 30 40 65 80 80-130 37 50 75 100 100-160 45 60 90 125 120-200 55 75 110 150 150-250 65 85 132 180 200-320 75 100 150 200 200-320 90 125 160 220 260-440 110 150 220 300 400-600 315 420 400-600 2.3.1.2 Bảo vệ khỏi tải rơ le nhiệt độ Rơ le nhiệt độ thiết bị sử dụng cảm biến bán dẫn, nhiệt điện trở, rezistor đặt lòng động cần bảo vệ, nhờ mà kiểm tra tình trạng nhiệt độ động xác so với rơ le nhiệt Sơ đồ rơ le nhiệt độ đơn giản trình bày hình 2.11 - 57 - Đến rơ le cực tiểu Hình 2.11 Rơ le nhiệt độ Rơ le có kích thước nhỏ gồm: đĩa kim loại kép 3, tâm đĩa gắn tiếp điểm động Tiếp điểm cố định vít điều chỉnh cách điện với vỏ Khi nhiệt độ động tăng, đĩa kim loại kép trũng xuống, tiếp điểm mở dẫn đến khởi động từ cắt mạch động Khi nhiệt độ giảm xuống, đĩa trở trạng thái ban đầu, tiếp điểm 1-2 đóng mạch điều khiển động phục hồi Rơ le nhiệt độ cần phải đặt vị trí nóng động Thơng thường phần đầu dây quấn phía đối diện với quạt gió áp vào vỏ động Để bảo vệ động pha nên đặt ba rơ le nhiệt độ, dây quấn pha Việc sử dụng rơ le nhiệt độ cho thấy chúng hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu bảo vệ tải đến 150% dòng định mức với chế độ làm việc động Tuy nhiên rơ le nhiệt độ bảo vệ không tốt khỏi tải lớn chế độ mở máy kéo dài, lúc nhiệt độ cách điện tăng không kịp Để khắc phục nhược điểm cần sử dụng rơ le nhiệt độ có cấu tạo đặc biệt nhiệt đưa vào rơ le hai hai nguồn: - Trực tiếp từ cuộn dây động - Từ phần tử nung nóng đặt rơ le gồm đĩa kim loại kép, phần tử nung nóng nhận dòng điện tỷ lệ với dòng điện làm việc động 2.3.2 Bảo vệ khỏi điện áp giảm thấp Trong trình làm việc thiết bị điện, điện áp mạng cung cấp cho thay đổi phạm vi tương đối rộng ảnh hưởng không đến đến làm việc bình thường phụ tải Tùy theo loại phụ tải điện mà giới hạn điện áp phép làm việc khác có hai hình thức bảo vệ khỏi điện áp thấp: Bảo vệ cực tiểu bảo vệ điện - 58 - Bảo vệ cực tiểu bảo vệ tự động cắt tải điện áp mạng giảm (60-70)% điện áp định mức Uđ bảo vệ điện cần cắt điện áp hẳn điện áp giảm (0,15-0,4)Uđ lúc động tự dừng lại Từ giới hạn điện áp vậy, rõ ràng bảo vệ điện sử dụng để bảo vệ cho động roto lồng sóc có chạy U = 0,15 Uđ chịu xung dòng điện lớn điện áp dao động mà không bị hư hỏng Bảo vệ cực tiểu dùng để bảo vệ cho động roto dây quấn hư hỏng sau chịu dòng điện lớn điện áp giảm thấp điện trở phụ cắt hết khỏi mạch roto Bảo vệ cực tiểu điện thường thực rơ le điện áp đấu vào hai pha mạng Bình thường rơ le trạng thái đóng, điện áp thấp hẳn rơle cắt cắt điện cho động Trong khởi động từ cuộn dây công tắc tơ thực chức rơ le cực tiểu Đối với thiết bị quan trọng để tránh cắt điện nhiều điện áp dao động nên sử dụng bảo vệ cực tiểu có khống chế thời gian Một trường hợp điện áp nguy hiểm điện áp pha Khi bị pha tải động P ≤ (0,5-0,6)Pđ động tiếp tục làm việc, tải động tải định mức P = Pđ động tự dừng lại dòng động khoảng 0,86 Im.đ (dòng khởi động định mức) tiếp tục quay dịng khoảng 200% dịng định mức Do vậy, cần phải cắt động khỏi mạch lúc pha Để bảo vệ pha cho động sử dụng phương pháp: - Trong mạch có trung tính cách ly, cuộn dây cơng tắc tơ đấu vào hai pha (ví dụ A B) cịn rơ le trung gian điều khiển cơng tắc tơ đấu vào pha lại hai pha (ví dụ C A C B) bảo vệ pha khả bảo vệ hạn chế - Dùng rơ le nhiệt độ: Phương pháp phải đặt rơ le nhiệt độ dây quấn pha động Việc bảo vệ pha chắn thực phức tạp động kiểu phòng nổ - Dùng bảo vệ lọc thành phần thứ tự nghịch: pha, mạng đối xứng nên xuất thành phần thứ tự nghịch Sử dụng bảo vệ loại có độ nhạy cao sơ đồ bảo vệ phức tạp - 59 - 2.3.3 Bảo vệ động khỏi mở máy thường xuyên Nếu số lần mở máy thời gian liên tiếp lần mở máy phạm vi cho phép động khơng q nóng dịng mở máy Nhưng số máy cơng tác máy khấu than có số lần mở máy nhiều, khoảng cách hai lần mở máy ngắn nên cần trang bị bảo vệ khỏi trạng thái mở máy thường xuyên, xác khỏi q nóng dịng mở máy Bảo vệ khỏi mở máy thường xuyên thực theo hai phương pháp: - Sử dụng bảo vệ khỏi tải - Sử dụng sơ đồ đặc biệt để tăng cưỡng thời gian nghỉ lần mở máy liên tiếp Việc sử dụng bảo vệ khỏi tải (rơ le nhiệt, rơ le nhiệt độ) để bảo vệ khỏi mở máy thường xuyên có khả nhiệt độ rơ le đạt tới giá trị tác động tải hay dịng mở máy q thường xun tác động Để rơ le trở trạng thái ban đầu cần có thời gian để rơ le động nguội Trong thời gian khơng thể đưa động vào hoạt động Bảo vệ chắn đặc tuyến nhiệt rơ le động giống Với phụ tải trang bị bảo vệ tải cách chắn chắn khó khăn nên để bảo vệ khỏi mở máy thường xuyên phải sử dụng sơ đồ theo phương án thứ hai Hình 2.12 sơ đồ bảo vệ theo phương án Khi đóng cơng tắc tơ để đưa động vào làm việc, tiếp điểm K1 đồng thời đóng mạch rơ le thời gian PB Rơ le PB làm việc để đóng mạch điều khiển Sau cắt khởi động từ, tiếp điểm K2 đóng lại, cịn K1 mở tiếp điểm PB đóng, khơng thể đóng rơ le trung gian PTG để đóng cơng tắc tơ được, chừng tụ C chưa phóng hết để ngừng cung cấp cho rơ le PB Thời gian khống chế khoảng 3s, nghĩa tần số đóng khởi động từ hạn chế đến 1200 lần/h Ngoài chức chủ yếu này, sơ đồ cịn ngăn khơng cho rơ le liên động rị điện tác động nhầm lẫn động quay đóng trở lại - 60 - Hình 2.12 Sơ đồ bảo vệ động khỏi mở máy thường xuyên a, Mạch điều khiển khởi động từ; b, Mạch rơ le khống chế thời gian 2.4 Bảo vệ lọc thành phần đối xứng Trong mạch điện gặp số cố làm việc khơng bình thường làm tăng dịng điện khơng đủ để bảo vệ thông thường tác động Các chế độ chạm đất pha, ngắn mạch pha, ngắn mạch số vòng dây động cơ, máy biến áp, điện pha Khi dẫn đến đối xứng mạng pha, tùy trường hợp cụ thể mà xuất thành phần dịng áp thứ tự nghịch khơng Bảo vệ ghi nhận thành phần đối xứng gọi bảo vệ lọc thành phần đối xứng Khi đặt hệ thống sức điện động đối xứng lên tải ba pha không đối xứng đặt hệ thống sức điện động không đối xứng lên tải ba pha đối xứng dịng áp hệ thống không đối xứng Trong trường hợp tổng quát chúng chứa thành phần đối xứng thứ tự thuận, nghịch không Thiết bị dùng để tách thành phần đối xứng dòng áp mạch ba pha gọi lọc thành phần đối xứng Trong trường hợp tổng quát, dòng áp đầu lọc chứa tất thành phần đối xứng, biểu thị công thức: 𝐼𝑟𝑎̇ = 𝐾̇1 𝐼1̇ + 𝐾̇2 𝐼2̇ + 𝐾̇0 𝐼0̇ ̇ 𝑈̇𝑟𝑎 = 𝐾̇1 𝑈̇1 + 𝐾̇2 𝑈̇2 + 𝐾̇0 𝑈̇0 đó: - 61 - (2.15) ̇ – áp dòng đầu lọc áp dòng; 𝑈̇𝑟𝑎 , 𝐼𝑟𝑎 𝐼̇1, 𝐼2̇ , 𝐼0̇ – giá trị phức dịng thứ tự thuận, nghịch khơng quy pha A; 𝑈̇1 , 𝑈̇2 , 𝑈̇0 – giá trị phức áp thứ tự thuận, nghịch không quy pha A; 𝐾̇1 , 𝐾̇2 , 𝐾̇0 – hệ số phức tỷ lệ thành phần tươnng ứng Để có lọc thành phần phần tử sơ đồ cần chọn để làm cho không hai hệ số tỷ lệ thành phần lại Ví dụ để có lọc thành phần thứ tự nghịch cần đảm bảo điều kiện k1= k0 = Nếu làm cho hệ số (ví dụ k0 = 0) ta có lọc hỗn hợp lọc kép Các lọc thành phần thứ tự không sử dụng bảo vệ ngắn mạch chạm đất pha Các lọc thành phần thứ tự nghịch sử dụng để bảo vệ khỏi chế độ cố làm việc khơng bình thường khơng đối xứng Trện hình 2.13 ví dụ lọc dịng thứ tự nghịch Bộ lọc gồm máy biến dòng trung gian TTA TTC, hai điện trở tác dụng RA RC, dung kháng XA Hình 2.13 Bộ lọc dịng thứ tự nghịch a, Sơ đồ lọc b, c, đồ thị véc tơ Nhờ phần tử RA, RC XA thỏa mãn điều kiện: RA = 0,5 RC; 𝑋𝐴 = √3𝑅𝐴 = √3 𝑅𝐶 Nên điện áp máy biến dòng TTA UA chậm sau 60o so với dịng IA gây điện áp Điện áp biến dòng TTC UC trùng pha với IC Tổng trở ZA = ZC nên IA = IC UA = UC Đồ thị véc tơ giải thích hành vi sơ đồ đặt vào dòng thứ tự thuận cho hình 2-13 ̇ vượt trước dịng 𝐼𝐴1 ̇ 120o, nên áp 𝑈̇𝐴1 𝑈̇𝐶1 ngược pha Vì dịng 𝐼𝐶1 Điện áp đầu lọc lọc tổng hình học 𝑈̇𝐴1 𝑈̇𝐶1 : - 62 - 𝑈̇𝑛𝑚1 = 𝑈̇𝐶1 = 𝑘̇1 𝐼1̇ = (2.16) Rõ ràng hệ số phức thành phần thứ tự thuận 𝑘̇1 = Đồ thị véc tơ lọc đặt vào dịng thứ tự nghịch trình bày ̇ vượt trước 𝐼𝐶2 ̇ , nên điện áp lọc: hình 2-13 Do dịng 𝐼𝐴2 ̇ 𝑈𝑛𝑚2 = 𝑈̇𝐴2 + 𝑈̇𝑐2 = √3𝑈̇𝐴2 𝑒 −𝑗30 = √3 𝐼2̇ 𝑍𝐴 𝑒 −𝑗30 = 𝑘̇2 𝐼2̇ (2.17) Từ hệ số phức 𝐾̇2 = √3𝑍𝐴 𝑒 −𝑗30 Tổng quát, đặt vào lọc dòng thứ tự thuận nghịch, áp đầu 𝑈̇𝑛𝑚 tổng hai chế độ tỷ lệ với dòng thứ tự nghịch: 𝑈̇𝑛𝑚 = 𝑈̇𝑛𝑚1 + 𝑈̇𝑛𝑚2 = 𝑘̇2 𝐼2̇ (2.18) Bảo vệ sử dụng lọc dòng áp thành phần đối xứng, so với bảo vệ đơn giản ghi nhận khơng thay đỏi lượng thông số điện thiết bị bảo vệ mà ghi nhận thay đổi chất Bảo vệ sử dụng lọc dòng thứ tự nghịch tác động trường hợp sau: - Ngắn mạch không đối xứng cuộn dây Stator đường cáp cung cấp cho động - Mất pha cung cấp cho động đứt không tiếp xúc mạch pha - Ngắn mạch vòng dây cuộn Stator hỏng cách điện rãnh cách điện phần đầu bối dây - Cọ xát rotor Stator đối xứng khe hở khơng khí - Hỏng dẫn rotor lồng sóc cuộn dây rotor dây quấn Dịng tác động bảo vệ có kể đến tính khơng đối xứng tự nhiên xác định theo điều kiện: 𝐼𝑐đ = 𝐾𝑐𝑐 𝜀𝐼đ (2.19) đó: Kcc = 1,5 – hệ số chắn; 𝜀 = 0,1 − 0,15 – hệ số không đối xứng theo dịng điện mạng làm việc bình thường (khơng đối xứng tự nhiên); Iđ - dòng định mức động - 63 - Để bảo vệ khỏi chế độ hư hỏng đối xứng không đối xứng thường sử dụng lọc ghép Ở lọc hai cực cho tín hiệu thành phần thứ tự thuận cịn hai cực khác cho tín hiệu thành phần thứ tự nghịch Tín hiệu thứ tự thuận cho phép ghi nhận hư hỏng đối xứng Các bảo vệ sử dụng lọc kép có nhược điểm bảo vệ tác động khó phán đốn ngun nhân mà có tác động nên việc tìm kiếm khắc phục cố chế độ khơng bình thường nhiều thời gian Nhược điểm không cho phép điều kiện mỏ hầm lị, bảo vệ loại cịn sử dụng 2.5 Bảo vệ khỏi chạm đất pha Dạng hư hỏng phổ biến mạng trung áp (6-10) kV chạm đất pha Do cần thiết phải đặt bảo vệ chạm đất pha Việc sử dụng bảo vệ chạm đất pha tác động nhanh có chọn lọc làm giảm xác suất ngắn mạch kép đất tăng mức độ an tồn điện Việc sử dụng bảo vệ có chọn lọc cịn cần thiết để khơng cắt điện hàng loạt phụ tải gây an toàn thiệt hại kinh tế Trong mạng điện ba pha trung tính cách ly nối đất qua cuộn kháng việc phát hiện tượng chạm đất thường ba vôn mét đấu vào ba pha ba máy biến áp pha máy biến áp đặc biệt ba pha năm trụ Nếu cần báo tín hiệu dùng rơ le đấu vào cuộn tam giác hở máy biến áp ba pha năm trụ hình 2.14 Hình 2.14 Sơ đồ kiểm tra cách điện mạng cao áp Các thiết bị bảo vệ thường dùng có sơ đồ phản ứng với thành phần điện áp thứ tự khơng Đối với mạng có dịng chạm đất nhỏ, số lượng phụ tải khơng q 5-6 việc bảo vệ chạm đất pha chọn lọc phức tạp - 64 - Sơ đồ bảo vệ logic sử dụng nguyên tắc khóa liên động phụ tải khơng cố biểu diễn hình 2.15 Khi xuất cố chạm đất pha khởi hành bất kỳ, chẳng hạn khởi hành 1, bên cuộn thứ cấp tất máy biến dòng xuất dòng tỷ lệ với dòng thứ tự khơng (i1, i2, i3) Dịng thứ tự khơng khởi hành có cố i01 có giá trị tổng dịng thứ tự khơng khởi hành khơng cố: i02 i03 Các dịng khuếch đại qua khối chỉnh lưu qua khối thành dòng chiều để đưa tới cửa vào cửa khối trì thời gian (khối 3) Phần tử chủ yếu khối tụ điện C3 bắt đầu nạp điện, tụ C3 có chủng loại với C3’ C3” nên điện áp đặt vào tụ C3 khởi hành có cố đạt tới giá trị xác lập nhanh Tín hiệu xuất cửa vào khối sớm cửa 4’ 4” Khối phần tử logic “và-khơng” – khối xuất tín hiệu cửa vào “1”, cửa tín hiệu “0” Khối khối trigơ, tín hiệu vào “0”, trigơ chế độ chờ đợi, tín hiệu khối “0”, tín hiệu đưa lại tới cửa vào khối 4’ 4” để khóa liên động khởi hành khơng cố, đồng thời tín hiệu đưa tới phần tử thực để cắt khởi hành cố Nguyên lý làm việc sơ đồ bảo vệ chạm đất pha sơ đồ logic sau: tín hiệu thứ tự khơng từ cuộn thứ cấp máy biến dòng đưa tới lọc RC gồm: R1, R2, C1, C2 Bộ lọc cho phép tín hiệu có tần số 50 Hz qua tới cửa vào khuếch đại thuật tốn DA1, tín hiệu qua chỉnh lưu V1, V2 thành dòng chiều nạp cho tụ C3 (các trị số R1, R2, C1, C2, C3 lựa chọn theo thực tế) Các tranzistor V3 dùng dể biến đổi tín hiệu logic “0,1” mã hiệu K155 LAZ, K-55 LA4 Bóng bán dẫn V5 khuếch đại tín hiệu mã hiệu MP-25b; điot V4 mã hiệu Đ-226; ot V1, V2 dùng loại D-310, rơ le thực loại PE-21 YZ Hiện sử dụng rộng rãi loại rơ le bảo vệ định hướng dịng áp thứ tự khơng hãng Siment 7SN09300 Thực tế chứng minh loại bảo vệ hồn tồn có tính chọn lọc độ tin cậy cao Sơ đồ dùng linh kiện bán dẫn tiristor có độ nhạy cao, cơng suất tiêu thụ bé, đảm bảo tính chọn lọc có độ tin cậy biểu diễn hình 2.15 Nguyên lý làm việc sơ đồ sau: - 65 - Hình 2.15.Sơ đồ bảo vệ chạm đất pha “logic” a, Sơ đồ khối b, Sơ đồ nguyên lý Khi có chạm đất, lọc dịng thứ tự khơng đưa tín hiệu đến đầu vào chỉnh lưu CL1 Sau khuếch đại bóng bán dẫn T1, T2 tín hiệu chạm đất đưa tới cực điều khiển tiristor T3 T3 mở Đồng thời có chạm đất xuất thành phần thứ tự khơng (3U0), qua cầu chỉnh lưu CL3, tín hiệu đưa tới cực điều khiển T4 T4 mở Khi T3 T4 mở, rơ le RL có điện tác động đóng tiếp điểm gửi mạch rơ le trung gian, cuộn cắt có điện, máy cắt dầu tác động cắt mạng khỏi nguồn cung cấp Hiện doanh nghiệp sử dụng rộng rãi rơ le PTZ-50 có sơ đồ biểu diễn hình 2.16 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý rơ le PTZ-50 Rơ le PTZ-50 có phạm vi đặt dòng tác động: (0,01-0,02) A dòng sơ cấp A - 66 - (0,015-0,03) A dòng sơ cấp 3A; (0,03-0,06) A dòng sơ cấp 6A Rơ le làm việc bảo vệ mạng điện xoay chiều có tần số công nghiệp 50Hz, cấp điện áp sau: đầu 4-2 có điện áp đặt vào 100 V xoay chiều; đầu 4-8 có điện áp đặt vào 220 V chiều Công suất tiêu thụ rơ le điện áp định mức là: 5W (đối với dòng xoay chiều); 10 W (đối với dòng chiều) Nguyên lý làm việc sơ đồ sau: Hai tranzistor VT1 VT2 làm việc chế độ đóng mở Khi bình thường chưa có cố chạm đất, mặt ghép E-B VT1 có thiên áp thuận lấy từ nguồn nuôi cầu chỉnh lưu BM2, VT1 mở, lúc mặt tiếp giáp E-B VT2 có thiên áp ngược, VT2 bị khóa, khơng có dịng quan rơ le PП Khi xuất cố chạm đất pha, cửa biến dòng thứ tự khơng xuất dịng 3I0 qua biến áp TP cầu chỉnh lưu BM1 nắn thành dòng chiều, tín hiệu dương đưa tới cửa vào VT1 làm cho VT1 khóa lại dẫn tới VT2 mở, dòng điện chạy quan rơ le PП làm cho PП tác động đóng tiếp điểm chuyển tín hiệu đến cuộn cắt, cắt chọn lọc khởi hành bị cố Bảo vệ chạm đất pha PTZ-50 có sơ đồ đơn giản, làm việc ổn định đảm bảo độ tin cậy chọn lọc CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Câu Trình bày yêu cầu thiết bị bảo vệ? Câu Trình bày hình thức bảo vệ cực đại cầu chì? Câu Trình bày hình thức bảo vệ tải nhỏ lâu dài bẳng rơ le nhiệt? Câu Trình bày phương pháp bảo vệ động khỏi mở máy thường xuyên? Câu Trình bày phương pháp bảo vệ khỏi chạm đất pha? - 67 - ... >10 0 Ghép động Tất ? ?10 0 trục máy điện có 12 ,5 - - 0,60 ổ bi nhóm 25,0 - - 0,75 12 ,5 - - 0,6 25,0 - - 0,75 6,0 - - 0,3 >10 0 Ghép động trục Tất ? ?10 0 máy điện với ổ 12 ,5 - - 0,4 trượt nhóm 25,0 -. .. chúng (Bảng 1. 2) -5 - Bảng 1. 2 Phân loại nhóm hỗn hợp nổ nhiệt độ tự bốc cháy Nhóm hỗn hợp nổ Nhiệt độ tự bốc cháy, 0C T1 450 T2 30 0-4 50 T3 20 0-3 00 T4 13 5-2 00 T5 10 0 -1 3 5 T6 85 -1 0 0 1. 1.3 Điều kiện... trên, thiết bị điện bảo vệ khỏi nổ đánh dấu sau: - Dấu hiệu mức độ bảo vệ khỏi nổ thiết bị điện: 2- An toàn cao 1- An toàn nổ 0- An toàn nổ đặc biệt - 17 - - Dấu “Ex” rõ phù hơp thiết bị với qui