cung cấp điện cho một hầm mỏ

Chương 8 Cung cấp điện hầm mỏ 8.1. Khái quát chung Việc khai thác ở các hầm mỏ là một một trong những công việc hết sức nặng nề và nhiều nguy hiểm. Hiện nay phần lớn các công đoạn sản xuất trong các khu vực hầm mỏ đã được cơ giới hóa và điện khí hóa với việc trang bị các thiết bị, máy móc chuyên dụng. Vấn đề trang bị điện trong hầm mỏ có rất nhiều điểm khác biệt, đòi hỏi hệ thống cung cấp điện phải có những đặc thù riêng phù hợp với các điều kiện trong khu vực hầm mỏ. 8.1.1. Đặc điểm của việc thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Hệ thống cung cấp điện hầm mỏ có những nét đặc trưng rất cần được xét đến trong quá trình thiết kế và vận hành, dưới đây là một số đặc điểm cơ bản nhất: 1) Phụ tải ở khu vực khai thác mỏ phân tán trên một phạm vi rộng và ở các độ sâu khác nhau. 2) Các thiết bị điện hầm mỏ hầu hết đều làm việc trong các điều kiện nặng nề: độ ẩm cao, môi trường bụi với các hổn hợp khí dễ phát sinh ra cháy nổ như hổn hợp khí metan. Độ giàu khí tương đối trung bình ở các hầm mỏ than khỏang 79,6 m 3/tấn than. Bởi vậy tất cả các thiết bị điện trong hầm mỏ phải có cấu trúc đặc biệt, tức là có khả năng bảo vệ chống cháy nổ, nhất thiết phải loại bỏ khả năng phát sinh tia lửa điện hoặc hồ quang trong quá trình làm việc. 3) Sự giới hạn của không gian nơi làm việc trong hầm lò buộc phải sử dụng các thiết bị có kích thước nhỏ gọn. 4) 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 toàn lao động. 5) Sự đa dạng của các chế độ làm việc của các thiết bị điện và 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. 6) Tuyệt đại đa số các cơ cấu máy móc được hoạt động với sự trợ giúp của các động cơ dị bộ rotor ngắn mạch. Các điều kiện vận hành của chúng rất khác biệt so với các động cơ bình thường, không chỉ vì điều kiện đặc biệt trong hầm mỏ mà còn do đặc điểm của các quá trình công nghệ ở hầm lò. 8.1.2. Yêu cầu đối với thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Với những điều kiện làm việc khắc nghiệt, buộc hệ thống cung cấp điện hầm mỏ phải được thiết kế và xây dựng phù hợp. Cũng như đối với hệ thống cung cấp điện bất kỳ nào, hệ thống cung cấp điện cho các tầng lò cần thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau: - Chất lượng điện cao nhất, tức là giá trị điện áp và tần số trên đầu vào các hộ dùng điện luôn nằm trong giới hạn cho phép; - Cung cấp điện liên tục (độ tin cậy cung cấp điện cao); - Kinh tế và an toàn; Ch.8. CCĐHầm mỏ 229 - Tổn thất trong mạng điện thấp nhất. Ngoài những yêu cầu trên, do đặc điểm khác biệt, mạng điện hầm mỏ còn đòi hỏi một số yêu cầu khác là: - Tính cơ động và linh hoạt cho các thiết bị điện di động (máy đào, tổ hợp khai thác, máy san, thiết bị bốc dỡ, tời, băng tải v.v.); - Sử dụng các thiết bị được chế tạo đặc biệt chống cháy nổ, ẩm ướt v.v.; - Kích thước tối thiểu do không gian chật hẹp trong hầm lò; - Độ bền cơ học cao, có khả năng chống rung cao. Hệ thống cung cấp điện cần phải được lập kế hoạch để đảm bảo sự phát triển của sản xuất mà không cần đến quá trình cải tạo hệ thống điện trong quá trình vận hành ở giai đoạn tính toán. Thêm vào đó các tham số của hệ thống cần phải được giám sát và điều chỉnh để có thể đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất. Hệ thống cung cấp điện hầm mỏ phải được trang bị các phương tiện bảo vệ tác động nhanh, đảm bảo sự an toàn tối đa và sự làm việc tin cậy của các phần tử hệ thống. Các sơ đồ cung cấp điện phải được xây dựng đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các loại phụ tải thích hợp. Dưới góc độ tin cậy cung cấp điện phụ tải điện hầm mỏ được phân thành ba loại: - Loại I bao gồm: buồng nâng hạ (thang máy, máy quạt của tất cả các hệ thống thông thoáng, máy bơm và các cơ cấu phòng cứu hỏa, thiết bị của hệ thống khử khí, thiết bị nồi hơi v.v. Phụ tải loại I chỉ được phép mất điện không quá thời gian tự động đóng nguồn dự phòng. - Loại II bao gồm: xe kíp nâng hạ, máy hút chân không, tổ hợp công nghệ, thiết bị của xí nghiệp tuyển khoáng, các thiết bị chính của các điểm dân cư v.v. Phụ tải loại II chỉ được phép mất điện không quá thời gian đóng nguồn dự phòng bằng tay. - Loại III gồm: các phương tiện giao thông, phân xưởng cơ khí, nhà kho, chiếu sáng trong nhà v.v. 8.2. Các hộ tiêu thụ điện hầm mỏ 8.2.1. Các thiết bị điện trong hệ thống khai thác Việc khai thác quặng, than được thực hiện bởi các máy đào, máy xúc v.v. Máy đào là thiết bị được sử dụng rất rộng rãi để đào bới, xử lý đất (hình 8.1). Chúng có thể có nhiều dạng khác nhau: Máy đào rotor băng truyền có kết cấu đơn giản nhưng rất cơ động. Thiết bị này khai thác nhờ một rotor quay, có thể đồng thời theo chiều dọc và chiều ngang. Thiết bị được cung cấp điện bởi đường cáp mềm lấy từ trạm biến áp di động hoặc tĩnh tại. Công suất tiêu thụ của máy đào tùy thuộc vào từng loại, dao động trong khoảng vài trăm đến vài ngàn kW. Các máy đào làm việc theo chế độ liên tục được phân loại: máy đào dọc kiểu xích; kiểu quay; kiểu cày và máy đào ngang. Máy đào dọc có năng suất cao hơn so với máy đào ngang, nhưng có kích thước lớn hơn vì vậy chúng được sử dụng ở các địa hình rộng rãi. Máy đào kiểu cày được sử dụng ở địa hình mở chủ yếu để đào các kênh dẫn. Máy đào kiểu ngang được thiết kế với bộ phận làm việc kiểu xích và thường được sử dụng để khai thác vật liệu xây dựng như cát, đất sét v.v.). Ch.8. CCĐHầm mỏ 230 Các máy đào sử dụng để khai thác mỏ được cung cấp điện từ trạm biến áp hoặc trạm tiếp nối di động điện áp 3÷6 kV. Hình 8.1. Dạng bao quát của máy đào trong hầm lò khai thác Bảng 8.1. Tham số kỹ thuật của các máy đào Tham số kỹ thuật EKG-5A EKG-1500K Tốc độ di chuyển, km/h 0,55 0,88 Năng suất, m3/h 1000 5600 Công suất động cơ, kW 250 2500 Điện áp, kV 3,3; 6 6 ЭР-1500 ЭРШР-4500/25 0,48 0,12 1500 4500 320 6 1000 6 8.2.2. Thiết bị vận chuyển trong hầm mỏ a) Băng tải Trong giới hạn của các khối từ vỉa làm sạch và vỉa chuẩn bị đến bề mặt ngang 620 m của đường vận chuyển than áp dụng băng truyền. Ở các điểm chất tải thường có bố trí một khoảng tích trữ. Sự vận chuyển khoáng vật ở vỉa tầng 620 m được thực hiện bằng băng truyền kép (băng xuyên vỉa chính). Ở các đoạn mở lò chuẩn bị khai thác, các băng chuyền kiểu cào loại СР-70 được sử dụng và tiếp đó là các đoạn băng tải kiểu 1L80 hoặc 2L80. Các thiết bị và vật liệu của vỉa ở độ sâu khác được đưa đến từ mặt ngang -620 m bằng máy nâng BM-2500. b) Máy nâng hạ di động Ở công trường hầm mỏ các loại máy nâng hạ di động được sử dụng khá nhiều, phụ thuộc vào độ sâu của tầng lò và khối lượng thùng nâng hạ các máy có công suất khác nhau như: МПП- Ch.8. CCĐHầm mỏ 231 6,3; МПП-9; МПП-17,5 v.v. Mỗi loại máy bao gồm từ nhiều bloc dạng cabine, ví dụ: МПП-6,3 – có hai, МПП-9 – bốn, МПП-17,5 – bảy. Các tham số kỹ thuật của máy nâng hạ được thể hiện trong bảng 8.2. Bảng 8.2. Tham số kỹ thuật của các thiết bị nâng hạ Tham số kỹ thuật МПП-6,3 МПП-2,5x2 МПП-6,3 МПП-6,3 Tốc độ nâng, m/s 5 6,7 7 8 Độ cao cực đại, m 390 760 1070 1170 Loại động cơ AK-12-39-6 AKH-2-15-57-10 AKZ-13-46-6 AKZ-13-46-6 Công suất động cơ, kW 320 630 630 630 Số lượng động cơ, cái 1 1 1 2 a) b) Hình 8.2. Vận chuyển sản phẩm ở khu vực mỏ: a) Tời; b) băng truyền 8.2.3. Các thiết bị thông thoáng Quá trình thông thoáng được duy trì để trao đổi liên tục không khí trong hầm lò, nhằm loại bỏ bụi than, các loại khí độc hại, thải nhiệt lượng và ẩm độ thừa v.v. Sự trao đổi không khí được thực hiện với sự trợ giúp của các máy quạt và hệ thống dẫn khí. Hệ thống thông thoáng có thể là: trung tâm, hút, xả hoặc kết hợp. Không khí tươi được đưa vào để thông gió cho các vỉa khai thác, và đưa đến các đường dẫn chính và các đường dẫn phụ. Khối máy quạt di động dùng để thông thoáng cho hầm lò ở độ sâu đến 1400m. Nó có cấu tạo gồm máy quạt, khối điều khiển, cơ cấu đảo chiều. Máy quạt được trang bị động cơ dị bộ kiểu công suất 60÷150 kW, tốc độ 485 ÷ 1480 vòng/phút. Sơ đồ thông thoáng hầm lò có thể được thực hiện theo nhiều phương thức (hình 8.3): Phương pháp xả: Không khí tươi được đưa xuống đáy hầm theo đường dẫn và từ đó tự phân tán lên trên (hình 8.3a); Phương pháp hút: Máy quạt hút không khí từ đáy hầm theo đường dẫn (hình 8.3.b); Ch.8. CCĐHầm mỏ 232 Phương pháp kết hợp: Trao đổi không khí ở hầm lò được thực hiện bằng cả máy hút và máy xả (hình 8.3c). Dạng bao quát của các thiết bị trong hệ thống thông thoáng hầm lò được thể hiện trên hình 8.3d. a b c d Hình 8.3. Sơ đồ thông thoáng hầm lò a) Phương pháp xả; b) Phương pháp hút; c)Phương pháp hổn hợp; d) Dạng bao quát của thiết bị thông thóng hầm mỏ 8.2.4. Bơm thoát nước Hệ thống thoát nước từ các hầm lò (hình 8.4) bao gồm trạm bơm thoát nước chính 3, hố chứa điều chỉnh 1 và hố chứa sự cố 6, giếng thu nhận nước 8, bể lắng sơ bộ 2, bơm hút thủy động 9 và 10, bơm thủy động khai thác 4, hố thu nước thủy động vận chuyển 7 và bể lắng bùn 5. Hệ thống thoát nước làm việc theo nguyên lý sau: nước mỏ theo các rãnh dồn về bể lắng sơ bộ 2, ở đó các phần tử rắn được lắng xuống. Từ bể lắng sơ bộ nước được dồn đến giếng trung tâm 8, sau khi đã chất đầy bể, nước chảy qua các rãnh vào bể thu nhận 1. Khi nước ngập đến mức cao của vạch giới hạn, máy bơm 3 sẽ tự động ddonhs vào làm việc. Một phần nước từ đó chảy về phía bơm hút thủy động 10, bơm này sẽ đưa nước từ hố chứa điều chỉnh 1 đến giếng trung tâm 8. Nếu vào thời điểm khởi động của bơm mức nước đạt giới hạn vạch trên, thì một phần từ máy bơm chính sẽ chảy về phía hố thu thủy động vận chuyển 7, ở đó nước được gạn ra và các phần tử rắn được chuyển vào hố lắng 5 dưới dạng bùn loãng. Khi mức nước ở hố rút xuống thấp hơn ngưỡng dưới thì máy bơm sẽ ngừng hoạt động. Sau đó một phần nước từ máy bơm sẽ chảy đến bơm thủy động khai thác 4 trong một khoảng thời gian nhất định và nó sẽ gạn các phần tử rắn vào bể lắng 5. Sau một khoảng ấn định trước sự chuyển nước này sẽ ngừng và quá trình tiếp theo chỉ còn một máy bơm chính 3 và bơm hút thủy động 10 làm việc. Sau đó thì chu trình làm việc của tổ hợp thoát nước được lặp lại. Ch.8. CCĐHầm mỏ 233 Hình 8.4. Sơ đồ tổ hợp thoát nước hầm mỏ 1- hố chứa điều chỉnh; 2 - bể lắng sơ bộ; 3 - trạm bơm thoát nước chính; 4 - Bơm thủy động khai thác; 5 - Bể lắng bùn; 6 - Hố chứa sự cố; 7 - Hố thu nước thủy động vận chuyển; 8 – Giếng gom nước; 9 và 10 - Bơm hút thủy động. Các loại máy bơm sử dụng ở hầm mỏ có có thể là máy bơm trục đứng (hình 8.5a) hoặc máy bơm trục ngang (hình 8.5b) công suất từ vài chục đến vài trăm kW. Công suất máy bơm được lựa chọn phụ thuộc vào chiều cao cột nước H và lưu lượng nước Q (hình 8.6) hút xả hút b) a) Ch.8. CCĐHầm mỏ xả Hình 8.5. Các máy bơm thoạt nước hầm lò a) Máy bơm trục đứng; b) Máy bơm trục ngang 234 8.2.5. Thiết bị chiếu sáng Ở các lối đi của hầm lò được bố trí hệ thống chiếu sáng với các loại đèn có công suất 100÷500 W, điện áp 127 hoặc 220 V. Sơ đồ kết cấu đèn chiếu sáng được thể hiện trên hình 8.7. Việc tính toán chiếu sáng trong tầng lò khai thác có thể thực hiện theo các phương pháp khác nhau. Căn cứ vào độ rọi yêu cầu có thể xác định khoảng cách trung bình giữa các đèn như sau: Điểm làm việc Hình 8.6. Các đặc tính của máy bơm 2 1 3 4 5 Hình 8.7. Kết cấu đèn chiếu sáng hầm lò: 1 – đầu vào đui đèn; 2 – dây treo đèn; 3 – đui đèn; 4 – bóng đèn; 5 – chụp đèn Đối với tầng khai thác khoảng cách giữa các đèn được chọn là L đ1 = 5÷8 m, theo đường tời nghiêng là Lđ2 = 7÷8 m, ở điểm tập kết không dưới 3 đèn. Như vậy số lượng đèn cần thiết được xác định theo biểu thức: nđ = l1 l2 + l3 ntk + + ∑ N i đèn; Lđ 1 Lđ 2 i =1 Trong đó: l1 - chiều dài tầng khai thác là, m; l2 - khoảng cách từ cửa sổ tầng khai thác đến đoàn tàu vận chuyển, m; l3 - khoảng cách đến thiết bị chất tải, m; Ni – số lượng đèn cần thiết ở điểm tập kết thứ i; ntk – số lượng điểm tập kết sản phẩm. Ch.8. CCĐHầm mỏ 235 (8.1) Công suất đặt của đèn chiếu sáng: Pcs= nđPđ.10-3, kW; Công suất tính toán của mạng điện chiếu sáng có xét đến hiệu suất của đèn và mạng điện được xác định theo biểu thức: S cs = ∑Р đi 10 ⋅η đ ⋅η mđ ⋅ cos ϕ đ 3 , kVA ; (8.2) Trong đó: Pđi – công suất định mức của đèn, W; ηđ – hiệu suất của bóng đèn; ηmđ – hiệu suất của mạng chiếu sáng; cosϕđ – hệ số công suất của đèn chiếu sáng. 8.2.6. Xác định phụ tải tính toán của hệ thống cung cấp điện hầm mỏ Việc tính toán phụ tải được tiến hành từ đầu vào của các thiết bị dùng điện đến cấp cao nhất của hệ thống ứng với các điểm nút của mạng điện. Bài toán xác định phụ tải trên tầng lò được thực hiện phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, trên cơ sở xác định năng suất của các tổ hợp có xét đến tốc độ gia cố vỉa than và nhân tố thông thoáng. a) Phương pháp xác định phụ tải tính của nhóm thiết bị dùng điện * Phương pháp hệ số nhu cầu: Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị điện trong hầm mỏ có thể được xác định theo phương pháp hệ số nhu cầu: Ptt=kncΣPni. (8.3) Giá trị hệ số nhu cầu được xác định theo các biểu thức (2.35) phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của các thiết bị điện: k nc = k sdΣ + 1 − k sdΣ n hd ; Trong đó: ksdΣ - hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm thiết bị điện; nhd – số lượng hiệu dụng của nhóm thiết bị điện (xem chương 2). Giá trị hệ số sử dụng của một số thiết bị hầm mỏ được cho trong bảng 8.3. Trong trường hợp thiếu thông tin, có thể xác định một cách gần đúng theo các biểu thức thực nghiệm sau: knc = α P + (1 − α P ) k sdM Pn.M n ∑k i =1 P (8.4) sdi n .i Trong đó: PnM – công suất định mức của động cơ lớn nhất trong nhóm; ΣPni – tổng công suất định mức của tất cả các thiết bị trong nhóm không kể thiết bị lớn nhất. ksdM và ksdi – hệ số sử dụng của thiết bị lớn nhất và của thiết bị thứ i; Ch.8. CCĐHầm mỏ 236 αP – hệ số hồi quy, phụ thuộc vào đặc điểm của quá trình công nghệ khai thác, có giá trị trong khoảng αP= 0,286÷0,6 (cận dưới đối với các máy công tác hoạt động không có sự liện động theo trình tự khởi động động cơ và cận trên ứng với quá trình công nghệ khai thác có sự liên động trình tự mở máy các động cơ tham gia trong thành phần của tổ hợp). * Phương pháp hệ số cực đại: Trong thực tế, để đơn giản hóa, đôi khi người ta cũng xác định phụ tải tính toán trheo phương pháp hệ số cực đại: Ptt = ktMΣPni (8.5) Trong đó: ktM – hệ số tham gia vào cực đại của nhóm thiết bị: ktM = 0,75 ÷ 0,85 đối với các nhóm thiết bị dưới hầm lò; ktM = 0,7 ÷ 0,8 đối với các nhóm thiết bị trên mặt đất (cận dưới lấy ứng với nhóm có 20 thiết bị trở lên và cận trên – cho trường hợp dưới 20 thiết bị). Đối với các động cơ công suất lớn, quá trình mở máy được thực hiện với sự trợ giúp của các cơ cấu khởi động. Vì vậy khi xác định phụ tải tính toán cần phải tính đến công suất của các các thiết bị này (thường có giá trị khoảng 0,6÷1% công suất của động cơ). Bảng 8.3. Hệ số sử dụng và hệ số công suất của một số thiết bị hầm mỏ Tên thiết bị ksd Tên thiết bị ksd cosϕ cosϕ Máy nén công suất: Máy đào một gàu 0,7 Dưới 200 kW 0,8 0,75 Máy đào nhiều gàu 0,8 Đến 400 kW 0,85 0,8 Tổ hợp nghiền 0,75 0,85 Trên 400 kW 0,95 0,8 Thiết bị xe goòng điện 0,55 0,9 Máy bơm công suất: Băng tải các loại 0,65 0,7 Dưới 50 kW 0,7 0,75 Máy nâng kiểu thùng hoặc lồng 0,7 0,7 Dưới 200 kW 0,8 0,8 Máy nghiền, máy sàng 0,7 0,7 Dưới 500 kW 0,85 0,8 Tổ hợp công nghệ hầm lò 0,6 0,7 Trên 500 kW 0,9 0,85 Máy biến áp hàn 0,3 0,4 Máy bơm chân không 0,9 0,85 Cần cẩu 0,3 0,7 Máy quạt làm mát cục bộ 0,7 0,8 Xưởng cơ khí 0,3 0,65 Máy quạt chính c. suất: Nhà hành chính 0,6 0,7 Dưới 200 kW 0,8 0,8 Chiếu sáng hầm lò 1 1 Dưới 800 kW 0,9 0,8 Chiếu sáng công nghiệp 0,9 0,95 Trên 800 kW 0,95 0,85 Chiếu sáng sinh hoạt 0,8 0,9 Tổ hợp khai thác 0,8 0,84 Các thiết bị khác 0,6 0,7 Máy bốc dỡ 0,75 0,85 Trạm máy nén di động 0,70 0,70 b) Phụ tải tính toán tại thanh cái tủ phân phối Phụ tải tổng hợp của các nhóm trên thanh cái tủ phân phối và trạm biến áp (hình 8.8) được xác định tương tự như biểu thức (2.59): n−1 Ptt .Σ = Ptt .M + ∑ ktMi Ptt.i 1 Ch.8. CCĐHầm mỏ 237 Trong đó: Рtt..M – giá trị phụ tải tính toán lớn nhất trong các nhóm thiết bị được cung cấp từ tủ phân phối; Рtt.i, – giá trị phụ tải tính toán của nhóm thứ i (trừ nhóm lớn nhất); n – số nhóm tải; ktMi – hệ số tham gia vào cực đại của nhóm thiết bị thứ i, có thể lấy theo gợi ý trong bảng 8.4. Bảng 8.4 Hệ số tham gia vào cực đại ktM của các nhóm thiết bị hầm mỏ Nhóm thiết bị điện Dưới hầm lò Trên mặt đất Động lực 0,85 0,8 Chiếu sáng 1 0,7 Hình 8.8. Sơ đồ phân phối điện hầm mỏ Tủ phân phối M Công suất phản kháng và công suất toàn phần được xác định theo các biểu thức (2.62): QttΣ = PttΣ.tgϕtb và S ttΣ = PttΣ cos ϕ tb 8.3. Trang thiết bị điện hầm mỏ 8.3.1 Nguồn điện Cung cấp điện hầm mỏ được thực hiện từ các nguồn cơ bản sau: - Từ nguồn cung cấp điện độc lập; - Từ các trạm phát điện địa phương, có liên hệ với hệ thống năng lượng quốc gia; - Từ hệ thống điện quốc gia; - Từ các trạm phát điện Diezel di động. Phụ tải trong mạng điện phụ thuộc vào vị trí của các điểm nút, có thể được cấp điện từ: - Trạm biến áp chính; - Trạm phân phối chính; - Trạm phân phối; - Trạm biến áp phân phối. Theo kết cấu của thiết bị có thể phân loại các trạm biến áp và trạm phân phối như sau: - Trạm biến áp và trạm phân phối tĩnh tại; - Trạm biến áp và trạm phân phối di động; - Trạm biến áp và trạm phân phối trong nhà; - Trạm biến áp và trạm phân phối ngoài trời; - Trạm biến áp hợp bộ; - Trạm biến áp treo trên cột. 8.3.2. Trạm biến áp hợp bộ di động Ch.8. CCĐHầm mỏ 238 Do đặc điểm phụ tải phân bố trên phạm vi rộng và vị trí khai thác luôn thay đổi, nên việc sử dụng các trạm biến áp tĩnh tại thông thường sẽ gây tốn kém và làm giảm chất lượng điện. Thêm vào đó, sự thay đổi liên tục vị trí làm việc của các thiết bị khai thác hầm mỏ đòi hỏi phải có các trạm biến áp di động để đáp ứng các yêu cầu cung cấp điện. Việc áp dụng các trạm biến áp di động cho phép đưa sâu điện áp cao vào tâm tải để cung cấp điện cho các thiết bị lớn. Các trạm biến áp di động được chế tạo theo kiểu hợp bộ 10÷35/0,4 kV. Sơ đồ trạm biến áp hợp bộ di động được thể hiện trên hình 8.9a). Trạm biến áp trạm biến áp được bảo vệ bởi cầu chảy cao áp và các thiết bị bảo vệ chống sét, mắc ngay trên đầu vào. Các thiết bị mạch thứ cấp bao gồm hệ thanh góp, các aptomat tổng, aptomat nhánh, các thiết bị đo lường gồm các máy biến dòng, apemet, vonmet, công tơ, thiết bị kiểm tra cách điện v.v. Tất cả các thiết bị được lắp đặt hợp bộ trong một công tơ nơ có bánh xe để có thể dễ dàng di chuyển (hình 8.9b). Các đặc tính kỹ thuật của một số trạm biến áp hợp bộ được thể hiện trong bảng 8.5. Bảng 8.5. Các đặc tính kỹ thuật của máy biến áp hợp bộ Loại TBA SnB, kVA KТПH 250/6/0,4 KТПH 400/6/0,4 KТПH 630/6/0,4 ТСВП 400/6/0,69 ТСВП 1000/6/1,2 250 400 630 400 1000 Điện áp, V Uk, % Sơ cấp Thứ cấp 6000 400 4,5 6000 400 4,5 6000 400 4,5 6000 690 3,5 6000 1200 5,5 I0, % 4 3,5 3 3 4 Tổn thất, kW ∆Pk ∆P0 3,7 0,66 5,5 0,92 7,6 1,31 20,70 3,60 26,30 6,00 8.3.3. Trạm phân phối Trạm phân phối có nhiệm vụ tiếp nhận và phân phối điện năng. Phụ thuộc vào kết cấu, các trạm phân phối được phân ra hai loại: trạm phân phối trong nhà và trạm phân phối ngoài trời. 8.3.3.1. Trạm phân phối trong nhà Trạm phân phối trong nhà có thể được phân biệt: trạm phân phối một hệ thanh góp, trạm phân phối hai hệ thanh góp, trạm phân phối có hoặc không có cuộn kháng điện. Tất cả các thiết bị của trạm phân phối được lắp đặt trong nhà xây gạch hoặc đổ bê tông tại vị trí của điểm tải. Hiện nay, với việc áp dụng các công nghệ mới, các trạm phân phối được chế tạo hợp bộ, lắp ráp ngay tại các nhà máy sản xuất dưới dạng một tủ có vỏ bằng kim loại. Việc áp dụng các trạm phân phối hợp bộ cho phép giảm kích thước và đơn giản hóa trong quá trình lắp đặt và vận hành. Điều đó cho phép giảm chi phí tính toán. Trong các trạm phân phối ngoài các thiết bị cơ bản như hệ thanh góp, thiết bị đóng cắt, còn có các thiết bị bảo vệ, điều khiển, đo lường và tín hiệu. Ch.8. CCĐHầm mỏ 239 Ch.8. CCĐHầm mỏ 240 b) a) Xuất tuyến Hình 8.9 Sơ đồ trạm biến áp hợp bộ di động a) Sơ đồ nguyên lý; b) – Dạng bao quát Chú thích OSI FV1-FV4 FU1-FU3 AL P1 VTV TA1-TA2 TXS ROF1-OF5 OF SA1 - Cầu dao hạ áp Chống sét hạ áp Cầu chảy hạ áp Đèn chiếu sáng ngăn hạ áp Công tơ điện năng tác dụng Volmet 0-500V Máy biến áp 220/36V Máy biến dòng Máy biến áp điện lực Ổ cắm 36V Điện trở sấy Aptomat mạch thứ cấp Aptomat Bộ kiểm tra điện áp 8.3.3.2. Trạm phân phối ngoài trời Trạm phân phối ngoài trời gồm các thiết bị tiếp nhận và phân phối điện năng, giống như đối với tram phân phối trong nhà. Các thiết bị của trạm phân phối ngoài trời có thể làm việc trong điều kiện môi trường nhiệt độ trung bình của không khí đến 35 0C ở độ cao trên 1000m so với mặt biển. Trạm phân phối ngoài trời không áp dụng cho những nơi có nhiều bụi bẩn, các khí có hoạt tính hóa học và có độ ẩm lớn. Các trạm phân phối ngoài trời cũng có thể được chế tạo dưới dạng tủ tĩnh tại hoặc di động. Ch.8. CCĐHầm mỏ 241 Việc phân phối điện năng đến các thiết bị điện trong hầm lò được thực hiện bới các đường dây cáp mềm. Các dây cáp được chế tạo theo kiểu nhiều sợi, lõi cáp bằng đồng hoặc nhôm với các loại cách điện khác nhau. Các cấp cách điện và vật liệu cách điện được áp dụng tùy thuộc vào cấp điện áp thiết kế. 8.4. Sơ đồ cung cấp điện hầm mỏ Cũng như tất cả các hệ thống cung cấp điện khác, hệ thống điện hầm mỏ phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản là: đảm bảo cung cấp cho các hộ tiêu thụ đầy đủ khối lượng điện năng chất lượng, tin cậy, kinh tế an toàn và linh hoạt. Các thiết bị điện hầm mỏ được cung cấp từ lưới quốc gia hoặc từ các trạm phát điện địa phương. Điện năng được truyền tải đến các trạm biến áp phân phối chính và từ đó sẽ được đưa đến các trạm phân phối và từ thanh cái các trạm phân phối điện năng được dẫn đến các thiết bị dùng điện. Hệ thống cung cấp điện cho các vỉa tầng dọc được xác định có xét đến vị trí của trạm biến áp vùng, sự hiện diện của các nguồn dự phòng và khả năng truyền tải của các phần tử mạng điện. Để đảm bảo an toàn trong trường hợp sự cố mất điện, cần trang bị các cầu thang máy có cơ cấu truyền động bằng tời đặc biệt quay tay, hoặc sử dụng mạng điện từ trạm phát Diesel. Công suất cực đại xuất hiện trong giai đoạn mở tầng lò, nó có thể đạt đến 0,8÷1,2 MW cho mỗi vỉa tầng. 8.4.1. Các dạng sơ đồ cung cấp điện cơ bản Trong thực tế có hai loại sơ đồ được áp dụng rộng rãi là sơ đồ hình tia và sơ đồ đường trục hoặc sơ đồ hỗn hợp (kết hợp hai dạng sơ đồ trên). 1. Ở sơ đồ hình tia, điện năng được đưa đến mỗi hộ tiêu thụ theo một đường dây độc lập. Sơ đồ này thường áp dụng có hiệu quả khi cần cung cấp điện cho cụm phụ tải tập trung. Dạng sơ đồ này cho phép vận hành thuận tiện, trang bị các cơ cấu bảo vệ đơn giản. 2. Hệ thống đường trục được áp dụng để cung cấp cho một số điểm tải qua một hoặc hai đường dây song song với một hoặc hai nguồn cung cấp. Sơ đồ này cho phép sử dụng có hiệu quả theo nguyên lý phân trạm biến áp. 3. Sơ đồ hổn hợp được áp dụng ở các xí nghiệp lớn, nơi có các điểm tải khác nhau về số lượng hộ dùng điện cũng như công suất tiêu thụ với các yêu cầu về độ tin cậy khác nhau. Sơ đồ cung cấp điện dẫn sâu được áp dụng rất rộng rãi ở các xí nghiệp mỏ. Sơ đồ này cho phép tiếp cận điện áp cao đến của điểm tải với số cấp điện áp tối thiểu. Phụ thuộc vào độ sâu của các tầng khai thác và khả năng lắp đặt đường dây trên không và đường cáp phân biệt hai phương pháp cung cấp điện cho các thiết bị từ trạm biến áp chính là: - Nếu tầng lò ở sâu (300÷ 350) và không có tuyến dây trên bề mặt thì xây dựng đường dây cáp dọc theo tầng khai thác; - Nếu tầng lò không quá sâu (dưới 300m) và có sự hiện diện của các tuyến dây trên bề mặt, thì dùng cáp đặt dọc theo các giếng khoan. 8.4.2. Thực hiện sơ đồ cung cấp điện cho các khu vực đặc trưng Khi thiết kế mạng điện hầm mỏ cần chú ý đến một số yêu cầu phụ sau: Ch.8. CCĐHầm mỏ 242 1. Sơ đồ cung cấp điện cần được thiết kế trên cơ sở là ở chế độ bình thường tất cả các đường dây và máy biến áp phải ở trạng thái làm việc. Các đường dây và máy biến áp dự phòng chỉ xét đến khi có sự hiện diện của phụ tải loại I (nhất thiết phải có ít nhất hai nguồn cung cấp) Dự phòng cung cấp cho các hộ phụ tải loại II cho phép lấy từ trạm phân phối lân cận với điều kiện các trạm phân phối này được cung cấp từ phân đọa thanh cái khác của TBAC. 2. Mỗi đường trục điện áp 6 (10) kV cấp cho không quá hai trạm biến áp công suất 1600 kVA; không quá 3 trạm biến áp công suất 1000 kVA và không quá 4 trạm biến áp công suất dưới 1000 kVA. 3. Ở các tầng khai thác nên chọn sơ đồ cung cấp của các trạm biến áp di động (TBAD) và các thiết bị di động khác lấy điện từ một đường trục chung. Việc đấu nối vào mỗi đường dây di động cần được tuân thủ theo các điều kiện như sau: - Không quá ba máy đào một gàu thể tích đến 5 m3 và 2÷3 a TBAPX công suất mỗi trạm đến 630 kVA; - Không quá một máy đào một gàu thể tích 15 m3 và một TBAPX công suất đến 630 kVA; - Không quá năm TBAPX công suất mỗi trạm đến 630 kVA; - Không quá hai máy đào rotor năng suất lý thuyết đến 1300m 3/h và một TBAPX công suất đến 630 kVA; - Không quá một máy đào kiểu rotor năng suất trên 1300 m3/h và b một TBAPX công suất đến 630 kVA. c Hình 8.10. Sơ đồ cung cấp điện hầm mỏ: a – Trạm biến áp chính; b – Cung cấp điện cho các thiết bị trên mặt đất; c – Trạm phân phối chính cung cấp điện cao áp; cho các thiết bị dưới hầm lò; d – Cung cấp điện cho các thiết bị tĩnh tại và bán tĩnh tại; d e e – Cung cấp điện cho các thiết bị phụ trợ. 4. Việc đấu nối các thiết bị điện vào đường dây trên không và đường cáp điện áp đến 35 kV cần thực hiện theo các điều kiện sau: - Đối với các máy di động (không phụ thuộc vào khoảng cách đến các đường dây) qua trạm đấu nối di động (TĐN) với cầu dao, máy cắt và các thiết bị bảo vệ; - Đối với các thiết bị khác – bằng trạm biến áp di động qua (TĐN) với dao ngắt mạch và cầu chảy. Nếu TBA gần đường dây cung cấp (dưới 10m) thì không cần sử dụng trạm đấu nối di động. Tổ hợp cung cấp điện hầm mỏ bao gồm một số mắt xích cơ bản có đặc thù riêng, bởi vậy theo nguyên lý, tổ hợp cung cấp điện có thể phân ra các tiểu hệ thống sau: (hình 8.10): 1. Các hộ tiêu thụ trên mặt đất; 2. Hệ thống cung cấp điện cao áp dưới hầm mỏ; Ch.8. CCĐHầm mỏ 243 3. Hệ thống cung cấp điện cho các thiết bị tĩnh tại; 4. Hệ thống cung cấp điện cho các thiết bị di động. a) Sơ đồ cung cấp điện cho khu vực mỏ lộ thiên Đối với các thiết bị điện ở mỏ lộ thiên, việc cung cấp điện có thể được thực hiện theo sơ đồ hình tia, sơ đồ đường trục, hoặc sơ đồ hổn hợp. Đường trục chính có thể xây dựng dọc hoặc ngang mặt cắt khu vực mỏ. Các thiết bị điện được đấu vào qua trạm phân phối lộ thiên và qua các cơ cấu chuyển đổi. Các nhánh rẽ được xây dựng dưới dạng đường dây trên không hoặc đường cáp. b) Cung cấp điện cho các thiết bị sân giếng Trong buồng trạm biến áp phân xưởng và trạm tháo nước chính và ở khu vực sân giếng có thể lắp đặt các thiết bị sau: máy bơm thoát nước chính, các cơ cấu vận chuyển và bốc dỡ (băng truyền, máy đẩy, máy đảo), các thiết bị phục vụ giếng khoan (máy bơm, máy đào), các thiết bị cung cấp cho mạch tín hiệu, tự động, chiếu sáng v.v. Các thiết bị này được cung cấp điện từ TBAPX. Phụ thuộc vào loại động cơ máy bơm của trạm tháo nước chính (cao hay hạ áp) người ta áp dụng các sơ đồ cung cấp cho thiết bị sân giếng (hình 8.11). TBAC TBAC TBAPX TBAPX M M MB M MB b) a) Hình 8.11. Sơ đồ cung cấp điện cho các thiết bị sân giếng: a) – Khi có các trạm bơm hạ áp; b) – Khí có các trạm bơm cao áp TBAC – trạm biến áp chính; TBAPX – trạm biến áp phân xưởng; MB – Máy bơm thoát nước M Ở sơ đồ hình 8.11a tất cả các thiết bị dưới 1000 V được cung cấp từ hai máy biến áp làm việc đặt tại trạm biến áp phân xưởng. Công suất mỗi máy được tính toán với điều kiện đảm bảo cung cấp cho tất cả các thiết bị sân giếng, kể cả các động cơ của máy bơm tháo nước chính. Để thực hiện sơ đồ này thường người ta sử dụng các máy biến áp di động (hoặc trạm biến áp di động) công suất 400÷ 630 kVA. Sơ đồ hình 8.11b sử dụng khi các máy bơm của trạm tháo nước chính có các động cơ trên 1000V (thường là 6 kV). Các động cơ nhận điện trực tiếp từ thanh cái tủ phân phối 6 kV của trạm biến áp phân xưởng, các thiết bị còn lại của sân giếng nhận điện từ hai máy biến áp của TBAPX. Ch.8. CCĐHầm mỏ 244 Công suất của mỗi máy cần được tính chọn sao cho đảm bảo cung cấp cho phụ tải của các thiết bị hạ áp ở sân giếng. c) Sơ đồ cung cấp điện dưới hầm lò Cung cấp điện cho các thiết bị dưới hầm lò được thực hiện từ trạm biến áp chính qua trạm biến áp trung tâm dưới lòng đất và trong một số trường hợp – trực tiếp từ trạm biến áp chính qua các giếng khoan. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng cần thực hiện việc cung cấp riêng biệt cho các thiết bị điện dưới hầm lò, tức là mạng cung cấp cho các thiết bị dưới đất độc lập với các mạng điện cung cấp cho các thiết bị trên bề mặt. Cung cấp riêng biệt là một trong những biện pháp nâng cao độ an toàn và tin cậy cung cấp điện dưới hầm lò, nó nhất thiết phải được áp dụng để thiết kế hệ thống cung cấp cho các thiết bị mới và cải tạo mạng điện đang hoạt động. Việc cung cấp riêng biệt cho các thiết bị dưới hầm cho phép: - Ngăn ngừa sự hư hỏng cách điện khi xẩy ra sự cố ở các thiết bị điện trên mặt đất hoặc trong các mạng điện của các đối tượng cung cấp điện khác (ngắn mạch chạm đất, quá điện áp khí quyển v.v.); - Tự động kiểm tra và cắt dòng điện rò (ngắn mạch chạm đất) bởi các cơ cấu bảo vệ chống ngắn mạch chạm đất; - Hạn chế điện thế trên vỏ thiết bị điện; - Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện; - Giảm ảnh hưởng xấu của các thành phần sóng hài bậc cao đối với mạng điện dưới hầm lò và hạn chế sự dao động điện áp khi đóng cắt các thiết bị công suất lớn; Thiết kế cung cấp điện riêng biệt cho các thiết bị dưới hầm cần sử dụng số lượng tối thiểu máy biến áp. Thường các máy biến áp được sử dụng là loại điều biến ba pha ba cuộn dây, máy biến áp với cuộn dây phân tách phía hạ áp và máy biến áp cách ly. Phụ thuộc vào độ sâu của hầm, có thể áp dụng các sơ đồ cung cấp điện sau: 1. Các thiết bị dưới hầm có độ sâu trên 300m được cung cấp điện theo sơ đồ điện áp 6 kV đặt trong ống dẫn; 2. Các thiết bị dưới hầm có độ sâu dưới 300m và ở cách xa đường dẫn được cung cấp điện qua các lỗ khoan. Đặc điểm khác biệt của hầm cụt là sự gián đoạn cung cấp điện có thể dẫn đến sự tích lũy khí đốt và sẽ dẫn đến sự cháy nổ, đe dọa đến tính mạng người thợ mỏ, do đó tất cả các thiết bị tiêu thụ điện ở đây được coi là phụ tải loại I. Sơ đồ cung cấp điện nhất thiết phải có nguồn dự phòng. Sơ đồ cung cấp điện phải có độ tin cậy cao như phân đoạn thanh cái, phân đoạn đường dây v.v. d) Sơ đồ cung cấp điện cho tổ hợp máy đào Đặc điểm của máy đào là luôn luôn thay đổi vị trí trong quá trình làm việc, vì vậy sơ đồ cung cấp điện cho các thiết bị này được thực hiện với sự trợ giúp của các rulo cáp mềm, có thể thay đổi chiều dài đường dây. Có thể áp dụng ba phương án xây dựng sơ đồ cấp điện cho các tổ hợp máy đào: Ch.8. CCĐHầm mỏ 245 Phương án 1: Cung cấp điện trực tiếp từ trạm giảm áp chính (hình 8.12a) với đường dây phân phối 6÷10kV. Điểm kết nối dùng để liên kết đường dây phân phối với đường cáp mềm. Phương án 2: Cấp điện cho tổ hợp máy đào qua trạm biến áp dẫn sâu 35/6÷10kV (hình 8.12b) với rulô cáp mềm gắn ngay trên máy đào. Phương án 3: Cấp điện cho tổ hợp máy đào với sự tham gia của trạm biến áp dẫn sâu đặt ngay trên tổ hợp máy (hình 8.10c). Phương án này thường áp dụng cho các tổ hợp máy công suất rất lớn. ∼ ∼ ∼ 1 2 3 3 4 4 5 6 6 6 7 a) 1 1 8 7 b) c) Hình 8.12. Sơ đồ cung cấp điện cho tổ hợp máy đào: a) Trực tiếp từ trạm biến áp chính; b) Qua trạm biến áp di động dẫn sâu; c) Với trạm biến áp dẫn sâu gắn ngay trên máy đào. 1 – Trạm biến áp chính; 2 - ĐD 6÷10kV; 3 - ĐD 35kV; 4 - Điểm kết nối; 5 TBA dẫn sâu 35/6÷10kV; 6 - Cáp mềm; 7 - Máy đào; 8 - TBA 35/6 kV lắp trên máy đào. 8.5. Lựa chọn phương án cung cấp điện hầm mỏ 8.5.1. Khái quát chung Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho các thiết bị dưới hầm lò phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố: - Công suất và vị trí của các thiết bị điện dưới hầm và trên mặt đất; - Chiều sâu của hầm lò, kích thước của khoảng làm việc, hệ thống khai thác, độ xa của các vỉa tầng so với sân giếng của hầm lò (nguồn cung cấp chính); - Phương pháp mở vỉa và số lượng vỉa tầng khai thác; - Điện áp cung cấp cho các thiết bị trong hầm lò; - Số lượng và công suất các thiết bị dùng điện và loại phương tiện vận chuyển trong hầm lò; - Điện áp trên thanh cái trạm biến áp của hệ thống điện quốc gia gần vùng mỏ v.v. Ch.8. CCĐHầm mỏ 246 Các trạm biến áp phân phối chủ yếu được chọn loại hợp bộ. Mạng điện cung cấp và phân phối tạm thời được xây dựng bằng các đường cáp với tiết diện chọn theo dòng điện đốt nóng có xét đến điều kiện đặt cáp. Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện trong nhà và ngoài trời phụ thuộc vào yêu cầu độ tin cậy, liên quan đến loại phụ tải (loại I, II và III). Bài toán lựa chọn sơ đồ cung cấp điện được thực hiện theo các điều kiện sau: - Ở chế độ bình thường tất cả các đường dây và máy biến áp phải ở trạng thái làm việc; - Ưu tiên cho các sơ đồ đường trục; - Mỗi đường trục cấp cho tối đa hai trạm biến áp công suất 1600 kVA, hoặc ba trạm biến áp công suất 1000 kVA, hoặc bốn trạm biến áp công suất dưới 1000kVA. - Cung cấp điện cho phụ tải loại I và loại II phải được thực hiện từ các trạm biến áp hai máy, việc cung cấp điện cho các trạm biến áp phải được bố trí với hai đường dây từ các nguồn độc lập. Ở chế độ bình thường cả hai máy biến áp đều ở trạng thái đóng và làm việc độc lập. Công suất của mỗi máy biến áp phải đáp ứng đủ nhu cầu của tông phụ tải loại I và II. - Nên lựa chọn các máy biến áp cùng công suất; Không nên dùng cấp ngầm, mà áp dụng phương pháp treo trên thành tường, hoặc dải dọc theo các đường kênh dẫn. 8.5.2. Chọn cấp điện áp tối ưu của mạng điện Việc lựa chọn điện áp cho mạng điện cung cấp từ nguồn đến các thiết bị phụ thuộc vào công dụng và vị trí của chúng. Hiện nay ở các hầm lò người ta sử dụng các cấp điện áp 0,66; 1,14 và 6 (10) kV. Cấp điện áp 6 kV dùng để cung cấp cho các thiết bị tĩnh tại công suất 200 kW trở lên; Cấp điện áp 0,66 và 1,14 kV – cho các thiết bị công suất nhỏ. Các thiết bị cầm tay được cung cấp từ lưới 127 V, còn thiết bị chiếu sáng – 127 và 220 V. Một số thiết bị dùng điện sử dụng dòng điện một chiều như xe điện, các phần tử tín hiệu giao thông và biển báo, thiết bị điều khiển v.v. Việc lựa chọn cấp điện áp được tiến hành theo phương pháp tính toán kinh tế-kỹ thuật, trong đó phân tích 2÷ 3 phương án cạnh tranh. Để cung cấp điện cho các hầm mỏ chủ yếu người ta sử dụng hệ thống điện áp xoay chiều ba pha 10/22/35/110/220kV, tần số công nghiệp 50 Hz. Đối với mạng điện hạ áp trên mặt đất ở khu vực hầm mỏ có thể sử dụng các cấp điện áp 127/220/380/660 V. Các thiết bị dưới hầm lò có thể được cung cấp từ lưới có cấp điện áp 127/220/380/660/1140 V. Để tính toán so sánh kinh tế-kỹ thuật cần xét tối thiểu hai phương án điện áp tiêu chuẩn. Nếu chỉ tiêu kinh tế giữa các phương án không chênh lệch nhiều ( dưới 5%) thì phương án có điện áp cao sẽ được ưu tiên hơn. Cấp điện áp không tiêu chuẩn có thể xác định theo các biểu thức thực nghiệm: - Đối với nhóm thiết bị có mô men tải (M=P.l) trong khoảng 0,5÷ 25MW.có thể áp dụng biểu thức: U = 4 P.l , kV (8.6) Trong đó: P – công suất truyền tải, MW; l – chiều dài đường dây, km. - Đối với nhóm thiết bị có mô men tải (M=P.l) trong khoảng 25÷50MW có thể áp dụng biểu thức: Ch.8. CCĐHầm mỏ 247 U = 16.4 P.l , kV (8.7) Các kết quả tính toán và phân tích cho thấy cấp điện 22 kV có ưu thế kinh tế kỹ thuật đối với mạng điện phân phối trên bề mặt; Cấp điện áp 1140 V dùng để cấp điện cho các thiết bị động lực dưới hầm lò; Cấp điện áp 600 V dùng để cung cấp điện cho các thiết bị động lực hạ áp dưới hầm; Cấp 380/220 – cung cấp điện cho các thiết bị động lực hạ áp và thiết bị chiếu sáng trên bề mặt. Cấp điện áp 127 V được áp dụng cung cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng dưới hầm và các thiết bị cầm tay. 8.5.3. Chọn vị trí, số lượng và công suất trạm biến áp Các trạm biến áp chính (TBAC) cung cấp điện cho khu vực mỏ phải được cung cấp ít nhất từ hai nguồn độc lập. Vị trí của trạm biến áp chính được chọn trên cơ sở yêu cầu sau: - Thuận tiện cho việc bố trí các xuất tuyến của mọi cấp điện áp; - Gần đến mức có thể các tuyến đường vận chuyển của khu vực mỏ; - Không có sự hiện diện trên lãnh thổ kể cả hành lang của các xuất tuyến trên không các công trình kỹ thuật khác; - Nằm trong phạm vi giới hạn của khu vực an toàn; - Có khả năng phát triển mở rộng trong tương lai. Khi lựa chọn vị trí của các trạm biến áp chính cần tính đến đặc điểm của biểu đồ gió, nồng độ bụi bẩn và các khí độc hại v.v. Khoảng cách tối thiểu từ các thiết bị phân phối của trạm biến áp mở 35÷110kV đến các nguồn sinh bụi là: - Đến bãi thải không dưới 100 m; - Đến quạt khuếch tán, kho quặng và của điểm bốc dỡ - 50m; - Đến các trang thiết bị kỹ thuật khác – 30m. Phụ thuộc vào sơ đồ chung của hệ thống cung cấp điện ngoài trời, giá trị phụ tải tính toán, vị trí của các điểm tải, việc cung cấp điện của hầm mỏ có thể được thực hiện qua một hoặc hai trạm phân phối chính. Sơ đồ có từ hai trạm phân phối chính trở lên được sử dụng khi: - Có ít nhất hai nhóm tải công suất lớn hoặc rất lớn; - Sự phát triển của hầm mỏ theo các giai đoạn; - Trong mọi trường hợp nếu việc áp dụng nhiều trạm phân phối chính có hiệu quả kinh tế. Việc chọn cấp điện áp cho đường dây cung cấp và cùng với nó là loại trạm phân phối, nhìn chung phụ thuộc vào phụ tải tính toán và cấp điện áp của các nguồn cung cấp. Ở khoảng cách gần (1,5÷ 3km) đến các nguồn cung cấp và nếu cấp điện áp của đường dây cung cấp (6 hoặc 10 kV) giống với cấp điện áp của mạng phân phối hầm mỏ, thì việc cung cấp điện được thực hiện không cần qua biến áp. Trong trường hợp này TBAC sẽ là trạm phân phối cấp điện cho các thiết bị của các phân xưởng gần ở trên mặt đất. Ở các trạm biến áp chính thường số lượng máy biến áp được chọn không dưới hai, công suất của mỗi máy bằng 0,65÷0,75 tổng công suất tính toán. Trạm biến áp chính đồng thời cũng có Ch.8. CCĐHầm mỏ 248 thể là trạm phân phối trung tâm (PPTT). Từ thanh cái 6(10kV) cấp điện trực tiếp đến các thiết bị công suất lớn như thiết bị nâng hạ, máy nén, quạt và các thiết bị khác. Công suất của máy biến áp động lực được chọn có xét đến tổn thất trong máy biến áp và hệ số dự trữ: S nB > k dt .k ∆ Ptt2 + Qtt2 (8.8) trong đó: kdt – hệ số dự trữ, có thể lấy trong khoảng 1,04 ÷ 1,08; k∆ - hệ số tính đến tổn thất trong máy biến áp: đối với các máy biến áp công suất dưới 400kVA thì lấy k∆ = 1,07; đối với các máy biến áp công suất trên 400 kVA thì lấy k∆ = 1,05. Máy biến áp sau khi chọn cần kiểm tra điều kiện làm việc ổn định. Để máy biến áp làm việc ổn định, tổng công suất đặt của các thiết bị mắc vào máy biến áp phải không được vượt quá giá trị giới hạn và giá trị cho phép của phụ tải mắc vào máy biến áp, tức là: ΣРn.i ≤ Pgh và ΣРn.i ≤ Pcp Trong đó: ΣРn.i – tổng công suất đặt của các thiết bị điện được cung cấp bởi máy biến áp; Pgh – công suất giới hạn của các thiết bị mắc vào trạm biến áp, xác định theo biểu thức: S ⋅ cos ϕ tb − (1 − α P ) ⋅ k sdM ⋅ Ρn.M Pgh = nB (8.9) αP Trong đó: αP – hệ số, phụ thuộc vào đặc điểm của quá trình công nghệ; S nB – công suất định mức của máy biến áp chọn; ksdM– hệ số sử dụng của thiết bị điện lớn nhất; Р n.M – công suất của thiết bị lớn nhất; сosϕtb – hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị. Pcp – công suất cho phép của các thiết bị mắc vào trạm biến áp, có xét đến điều kiện vi khí hậu, xác định theo biểu thức: Pcp = k kh ⋅ S nB ⋅ cos ϕ tb − (1 − α P ) ⋅ k sdM ⋅ Ρn.M αP (8.10) Trong đó: kкh – hệ số tính đến ảnh hưởng của vi khí hậu, có thể lấy bằng kкh = 1,12. 8.6. Các tham số kinh tế-kỹ thuật của mạng điện hầm mỏ 8.6.1. Chế độ mở máy của các động cơ mạng điện Ở chế độ mở máy của các động cơ công suất suất lớn, cường độ dòng điện trong mạng có thể đạt đến giá trị rất cao, điều đó dẫn đến giá trị điện áp giảm, làm ảnh hưởng xấu đến chế độ mở máy của các động cơ làm việc trong mạng. Giá trị lớn của dòng mở máy còn dẫn đến sự quá nhiệt, làm tăng quá trình hao mòn cách điện và giảm tuổi thọ của thiết bị. Tuổi thọ trung bình của cách Ch.8. CCĐHầm mỏ 249 điện N phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường xung quanh và hệ số mang tải có thể biểu thị dưới dạng biểu thức sau: N = Ce-bθ (8.11) Trong đó: C và b là các hàng số, xác định trên cơ sở số liệu thống kê. Độ lão hóa cách điện ứng với nhiệt độ nhất định được xác định theo biểu thức: 1 M = e bθ (8.12) C và ứng với nhiệt độ thay đổi theo thời gian: t M= 1 bθ e dt C ∫0 Trong thực tế người quan tâm đến không phải là giá trị lão hóa tương đối M, mà là đại lượng lão hóa tổng hợp Z=M.C. Sự lão hóa phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố như: hằng số thời gian đốt nóng, sự mang tải của thiết bị, nhiệt độ của môi trường xung quanh. Một cách gần đúng có thể xác định độ lão hóa của cách điện cuộn dây động cơ theo biểu thức: T 2 e bθn Z= [4e b∆θ n ( k qt2 − 1)t qt b∆θ n ( kqt2 −1) tqt 2T +e b∆θ n ( k qt2 −1) tqt T (1 + t qt T )−5− t qt T ] (8.13) Trong đó: T – hằng số thời gian đốt nóng cuộn dây động cơ, s; θn - nhiệt độ đốt nóng cuộn dây động cơ ứng với phụ tải định mức, 0C; ∆θn – chênh lệch nhiệt độ giữa cuộn dây vói nhiệt độ trung bình của môi trường ở chệ độ tải định mức, 0C; kqt – hệ số quá tải; tqt – thời gian quá tải, s. Có thể coi ở chế độ mang tải định mức với nhiệt độ môi trường xung quanh là 35 0C, nhiệt độ của cuộn dây θn = 950C. Hằng số thời gian đốt nóng của các cuộn dây stator T s và rotor Tr tương ứng là: 150∆θ n Ts = ; (8.14) jn2 Tr = Ts ; 2 (8.15) Trong đó: jn – mật độ dòng điện của cuộn dây stator ở chế độ mang tải định mức, A/mm 2. Cuộn dây rotor có hằng số thời gian đốt nóng nhỏ hơn so với của cuộn dây stator, nên khi quá tải nhiệt độ tăng cao hơn, do đó dễ bị gây hại hơn. Ch.8. CCĐHầm mỏ 250 Tần suất mở máy tăng sẽ là giảm tuổi thọ cách điện của các động cơ. Số lần mở máy của các thiết bị hầm mỏ phụ thuộc vào quá trình công nghệ khai thác, sơ đồ vận chuyển, sơ đồ mạng điện, cường độ sự cố của các phần tử, công suất của các thiết bị, chất lượng điện v.v. Việc áp dụng các biện pháp hạn chế tối thiểu số lầm mở máy không chỉ cho phép nâng cao tuổi thọ thiết bị mà còn tiết kiệm được điện năng rất đáng kể. 8.5.2. Chất lượng điện ở mạng điện hầm mỏ Với sự hiện diện của các thiết bị công suất lớn, các chế độ làm việc của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến các tham số của mạng điện và ngược lại, một sự thay đổi bất kỳ của các tham số mạng điện cũng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của các điểm tải. Điều đó đỏi hỏi sự lưu ý đặc biệt trong quá trình thiết kế và vận hành mạng điện hầm mỏ. Sự tác động lớn nhất đối với các tham số của mạng điện xẩy ra trong quá trình mở máy. Mức độ giảm điện áp cho phép phụ thuộc vào tần suất mở máy và tự mở máy và đặc tính của các thiết bị điện. Các động cơ công suất lớn của máy đào có thể gây dao động và độ lệch điện áp lớn hơn giá trị cho phép. Ngoài ra ở chế độ mở máy các động cơ này có thể gây sự mất đối xứng, mà được đánh giá theo biểu thức: k kđđ = U A + a 2 U B + aU C .100 3.U n % (8.16) Trong đó: a – toán tử quay: a = −0,5 + j 3 3 ; a 2 = −0,5 − j . 2 2 U A , U B , U C - vectơ điện áp các pha A, B và C; Un – điện áp định mức của mạng điện. Sự phi đối xứng sẽ làm tăng tổn thất trong mạng điện và tăng sự đốt nóng của các thiết bị, đôi khi có thể dẫn đến sự tác động nhầm của các thiết bị bảo vệ và tự động điều khiển trong mạng điện. Tổn thất điện áp trong mạng điện phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tham số của các máy biến áp và đường dây, đặc tính của phụ tải, tỷ lệ giữa công suất tác dụng và chiếu sáng phản kháng. Ở mạng điện cung cấp cho các thiết bị hầm mỏ với đa số là động cơ dị bộ, độ lệch điện áp độ lệch điện áp thường mang dấu âm, tức là giá trị điện áp U tại các điểm tải nhỏ hơn giá trị định mức U n (độ lệch điện áp v=(U-Un).100/Un). Để hạn chế ảnh hưởng của chất lượng điện, trong thực tế người ta sử dụng nhiều các động cơ đồng bộ. Như đã biết, các động cơ đồng bộ có khả năng điều chỉnh sự tiêu thụ công suất phản kháng phụ thuộc vào dòng kích từ, tứ là có khả năng điều chỉnh điện áp trong mạng. Khả năng phát công suất cực đại vào lưới của các động cơ đồng bộ được đánh giá bởi biểu thức: sin ϕ qmax = [sin ϕ + (1 − k mt )( + 0,4)]100, % (8.17) 48 sin ϕ − 32 Trong đó: Ch.8. CCĐHầm mỏ 251 kmt – hệ số tải tác dụng của động cơ: kmt=P/Pn.đc. Do phụ tải của các máy đào luôn luôn thay đổi, nên trong quá trình làm việc của các thiết bị này, điện áp trong mạng luôn luôn thay đổi. Phụ thuộc vào tỷ lệ giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng và tỷ lệ giữa các điện trở của mạng điện, độ dao động điện áp có thể đạt giá trị khá lớn. Sự thay đổi của phụ tải mang tính ngẫu nhiên, bởi vậy việc đánh giá chất lượng điện phải được thực hiện theo phương pháp xác suất thông kê: Giá trị độ lệch trung bình của điện áp (hay kỳ vọng toán của độ lệch điện áp) νtb được xác định bởi tích phân hàm độ lệch điện áp ν(t) trong khoảng thời gian T. T +t 100 T vtb = ∫ v(t )dt % ; (8.18) t Phương sai độ lệch điện áp xác định theo biểu thức: σ v2 = T +t 1 T ∫ [v(t ) − v tb ]2 dt % t Tuy nhiên, giá trị trung bình của độ lệch điện áp đôi khi cho chúng ta những kết luận nhầm lẫn, vì ở một thời điểm nhất định giá trị độ lệch điện áp ν có thể âm hoặc dương, dẫn đến sự triệt tiêu lẫn nhau khi thực hiện phép tích phân. Đặc trưng đầy đủ hơn của chất lượng điện áp là độ lệch trung bình bình phương của nó hay thường gọi là độ bất định của điện áp (H). Nó được xác định theo biểu thức. T H= 10 4 [v(t )]2 dt , (%)2 ; T ∫0 (8.19) H - Độ bất định trung bình của điện áp trong khoảng thời gian T. Giá trị H có thể xác định theo biểu thức: H = ν2 + σ v2 ; (8.20) Các giá trị của ν và H, trong thực tế có thể đo bằng Vôn kế tích phân đặc biệt, đặt tại các điểm nút cần xét. Giá trị trung bình tổng hợp của ν và H trong toàn mạng điện được xác định theo biểu thức: n vtbΣ ∑ Pv = ∑P i =1 i i % ; (8.21) i n H tbΣ = ∑PH ∑P i =1 i i ; (8.22) i Pi - Công suất của thụ điện ở tải điểm i n - Số lượng các điểm xét. * Thiệt hại do giảm chất lượng điện áp Ch.8. CCĐHầm mỏ 252 Điện áp có ảnh hưởng rất lớn đến chế độ làm việc của các thiết bị điện và gián tiếp ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ này tương đối phức tạp. Có nhiều phương pháp tính toán nhưng thông dụng nhất là phương pháp sử dụng lý thuyết xác suất và thống kê. Suất chi phí quy đổi của xí nghiệp phụ thuộc vào giá trị điện áp có thể biểu diễn dưới dạng: Zu =Z0+ 1 ∂nZ n 1 ∂ 2Z 2 1 ∂3Z 3 ∂Z ν+ ν + ν + . . + ν , đ/kWh; n ∂U 2! ∂U 2 3! ∂U 3 n! ∂U (8.23) Zu – suất chi phí ứng với điện áp U; Z0 – suất chi phí ứng với điện áp định mức Un; ν – độ lệch điện áp so với giá trị định mức. Suất thiệt hại do độ lệch điện áp. y0 = Zu - Z0 Nếu bỏ qua thành phần bậc cao của chuỗi ta có thể viết. y0 = ∂Z 1 ∂2Z 2 v+ v = a1v + a2 H ; ∂U 2! ∂U 2 (8.24) Tổn thất kinh tế phụ thuộc vào chất lượng điện: Y = (a1νtb + a2H)A = y0.A ; (8.25) Trong đó: a1 , a2 - các hệ số hồi quy, phụ thuộc vào loại phụ tải điện; A - tổng điện năng tiêu thụ trong năm. 8.5.3. Hệ số công suất Phần lớn các thiết bị động lực ở khu vực hầm mỏ thường có hệ số công suất thấp, vì vậy nguồn công suất phản kháng cần được bổ sung bằng cách lắp đặt các cụm tụ bù. Phương pháp xác định dung lượng thiết bị bù đã được trình bày ở mục 6.6.4 chương 6. Cần lưu ý là việc lắp đặt thiết bị bù không phải là để triệt tiêu công suất phản kháng Tụ bù Q như nhiều người từng lầm tưởng, mà là để sử dụng nguồn công suất phản kháng tại chỗ, không cần phải truyền Hình 8.13. Sơ đồ bù công suất tải từ các nhà máy điện tới (hình 8.13), do đó cho phép phản kháng giảm tổn thất trên đường dây. Mặc dù công suất phản kháng tiêu thụ bởi các động cơ là Q 1 (hình 8.13), nhưng công suất truyền tải trên đường dây chỉ là Q2 < Q1, phần còn lại được cung cấp bởi thiết bị bù: Q1=Q2+Qc Do phụ tải phản kháng thay Q1 đổi, nên vào thời điểm cực tiểu, nếu giá trị Q c là cố định, thì có thể dẫn đến hiện tượng thừa công suất phản kháng, gây ảnh hưởng sấu đến chất lượng điện năng Ch.8. CCĐHầm mỏ 253 và làm tăng tổn thất. Vì vậy để nâng cao hiệu quả bù công suất phản kháng cần phải lắp đặt cơ cấu tự động điều chỉnh dung lượng bù, phụ thuộc vào phụ tải phản kháng của hầm mỏ. Giá trị công suất bù được xác định theo biểu thức (6.58) (xem mục 6.6.4 chương 6). Hệ số cosϕ2 cần đạt được thường nằm trong giới hạn 0,90÷0,94. Việc bù công suất phản kháng để nâng hệ số cosϕ2 lên quá cao là không cần thiết, vì khi đó hiệu quả bù sẽ giảm nhiều. Sự có mặt của các thiết bị bù công suất phản kháng có thể gây ra hiện tượng công hưởng. Các tụ điện là thiết bị bù mang tính dung tuyến tính, do đó chúng không tạo nên sóng hài, tuy nhiên, việc lắp đặt các tụ điện vào trong hệ thống điện (với tổng trở mang tính cảm) có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng hoàn toàn hoặc cộng hưởng riêng với một trong số các sóng hài. Bậc của sóng hài HO (HO –Harmonic Order) của cộng hưởng tần số tự nhiên giữa cảm kháng hệ thống điện và bộ tụ là: HO = Sk Q nc (8.26) Trong đó: Sk – công suất ngắn mạch của hệ thống tại vị trí đặt tụ, tính bằng kVA; Qnc - công suất định mức của tụ, kVAR; HO – bậc của sóng hài tần số riêng (fo). Ví dụ: khi HO=2,93 nghĩa là tần số riêng của bộ tụ điện – cảm kháng hệ thống điện gần bằng tần số hài bậc 3 của hệ thống điện. Do H O = fo/50, suy ra: fo = 50.HO = 50.2,93=146,5Hz. Tần số riêng càng gần tới tần số của một sóng hài nào đó của hệ thống thì ảnh hưởng bất lợi càng lớn. Trong ví dụ vừa nêu trên, điều kiện cộng hưởng với thành phần sóng hài bậc 3 của một sóng biến dạng chắc chắn xảy ra. Trong những trường hợp như vậy cần tiến hành những biện pháp để thay đổi tần số riêng đến một giá trị mà nó không thể cộng hưởng với bất cứ thành phần sóng hài nào hiện diện trong hệ thống. Điều này được thực hiện bằng cách thêm vào cuộn cảm triệt sóng hài nối tiếp với các bộ tụ điện. Đối với hệ thống điện tần số 50Hz, các cuộn kháng nêu trên được điều chỉnh sao cho tần số cộng hưởng của hệ thống tụ điện – cuộn dây dịch chuyển đến 190Hz. Đối với hệ thống 60Hz tần số cộng hưởng cần chỉnh đến 228Hz. Các tần số này tương ứng với giá trị của bậc sóng hài HO bằng 3,8 đối với hệ thống lưới 50Hz tức là nằm khoảng giữa các sóng hài bậc 3 và bậc 5 của lưới. Với kiểu bố trí này sự có mặt của cuộn kháng sẽ làm tăng dòng điện tần số cơ bản lên một lượng nhỏ từ 7÷ 8% và do đó điện áp đặt trên tụ cũng theo tỉ lệ tương ứng. Tính chất này được xem xét, ví dụ, khi sử dụng tụ thiết kế ở điện áp 440V cho hệ thống lưới 400V. Khi tiến hành bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cosϕ bằng thiết bị tụ mà có sự hiện diện của các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp và dòng điện, thì sẽ có nguy cơ gây quá tải cho tụ bởi các dòng điện cao tần do hiện tượng công hưởng gây ra. Ngoài ra các thành phần sóng hài cũng gây ảnh hưởng đến chế độ làm việc của các thiết bị tự động điều chỉnh công suất tụ. Các kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ không sin của điện áp trong mạng điện khá cao. Quá trình vận hành thiết bị bù cho thấy các cụm tụ thường bị cắt do sự quá nhiệt bởi dòng điện. Ch.8. CCĐHầm mỏ 254 Nguyên nhân quá tải của tụ là do sự xuất hiện chế độ cộng hưởng ứng với tỷ lệ giữa điện trở cảm kháng máy biến áp và điện trở dung kháng của tụ. Kết quả nghiên cứu chế độ làm việc của các cụm tụ bù trong điều kiện điện áp không sin cho thấy cần phải đánh giá sự giảm hiệu quả bù của tụ do sự gia tăng độ méo của điện áp và dòng điện. Sự giảm hiệu quả bù của các bộ tụ khi tăng hệ số công suất của phụ tải từ giá trị cosϕ1 đến cosϕ2 dẫn đến sự cần thiết phải tăng thêm công suất của các thiết bị bù một lượng ∆Qky, phụ thuộc vào hệ số γ=THD, biểu thị mức độ không sin của điện áp và dòng điện phụ tải: γ = U1.I1. pt U .I , (8.27) Trong đó: U1, I1pt – giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện phụ tải tần số cơ bản; U, I - giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện phụ tải có tính đến các thành phần sóng hài bậc cao. U= n ∑ U h2 ; I = h =1 n ∑I h =1 2 h (8.28) Nếu biểu thị Qky là công suất bù cần thiết để nâng giá trị của hệ số công suất từ cos ϕ1 lên cosϕ2, thì khi xét đến sự không sin của điện áp và dòng điện phụ tải tỷ lệ k mtQ sẽ là: ∆QkY tg[arccos(γ . cos ϕ1 )] − tgϕ1 k mtQ = = (8.29) QkY tgϕ1 − tgϕ 2 Đây là hệ số biểu thị sự giảm hiệu quả bù của các tụ điện trong điều kiện không sin của điện áp và dòng điện. Ch.8. CCĐHầm mỏ Tên thiết bị tiêu thụ điện cosϕn, ksd T T 1 2 3 4 5 6 7 Pn, kW 8.6. Ví dụ và bài tập Ví dụ 8.1: Hãy xác định công suất tính toán của tầng lò khai thác với các dữ kiện về thiết bị tiêu thụ điện cho trong bảng sau. Coi quá trình công nghệ khai thác sự liên động trình tự mở máy các động cơ: Bảng VD 8.1 Tham số kỹ thuật của các thiết bị điện ở tầng khai thác Tổ hợp khai thác Băng truyền tầng lò Máy bốc xếp dỡ Máy bơm Cần cẩu 17ЛС2С Máy nén ЗИФ–ШВ-5М Máy đào «Unizen» 200 110 55 33 33 55 37 0,84 0,85 0,86 0,9 0,7 0,75 0,88 0,78 0,65 0,7 0,75 0,3 0,8 0,7 255 Tổng công suất đặt 523 Giải: Phương pháp 1: Xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu Trước hết ta xác định hệ số sử dụng tổng hợp của các thiết bị điện ở tầng khai thác theo biểu thức: k sdΣ = ∑ Pk ∑P i sdi = i 200.0,78 + 110.0,65 + 55.0,7 + 33.0,75 + 33.0,3 + 55.0,8 + 37.0,7 370,55 = = 0,709 200 + 110 + 55 + 33 + 33 + 55 + 37 523 Do số lượng thiết bị n = 7 > 4 nên ta xác định số lượng hiệu dụng theo các điều kiện: Tỷ lệ giữa thiết bị lớn nhất và thiết bị nhỏ nhất: k= Pmax = 220 = 6,06 33 Pmin Tỷ lệ này tra trong bảng 2.pl. ứng với ksd∑ = 0,709 là kb = 8, tức là k < kb vậy số lượng hiệu dụng đúng bằng số lượng thiết bị thực tế nhd = n = 7. Xác định hệ số nhu cầu theo biểu thức k nc = k sdΣ + 1 − k sdΣ nhd = 0,709 + 1 − 0,709 = 0,819 7 Công suất tính toán của tầng lò khai thác: Ptl = knc∑Pi = 0,819. 523 = 428,17 kW Vì tất cả các thiết bị là các động cơ, nên cần xét đến công suất của các thiết bị mở máy (khoảng 1% công suất tính toán), như vậy kết quả cuối cùng của công suất tính toán sẽ là: Ptt = 1,01.Ptl = 1,01.428,17 = 432,45 kW Xác định hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị điện: ∑ Pi cosϕ i cos ϕ tb = ∑P i 200.0,84 + 110.0,85 + 55.0,86 + 33.0,9 + 33.0,7 + 55.0,75 + 37.0,88 435,41 = = 0,83 200 + 110 + 55 + 33 + 33 + 55 + 37 523 Công suất biểu kiến Ptt 432,45 S tt = = = 519,45 kVA ; cos ϕ tb 0,83 = Công suất phản kháng: Qtt= Ptt.tgϕ = 432,45.0,665 = 287,77 kVAr. Phương pháp 2: Xác định phụ tải tính toán theo công thức thực nghiệm: Hệ số nhu cầu xác định theo biểu thức: k nc = α P + (1 − α P ) k sdM Pn.M n ∑k i =1 Ch.8. CCĐHầm mỏ sdi Pn.i = 0,6 + (1 − 0,6) 256 0,78.200 = 0,768 370,55 Hệ số αP lấy bằng 0,6; Công suất tính toán theo phương pháp 2: Ptt = kncΣPni = 0,768.523 = 401,87 kW; Đánh giá sai số giữa hai phương pháp: 428,17 − 401,87 ss % = 100 = 6,14% 428,17 Nhận xét: Ta thấy kết quả tính toán theo hai phương pháp không sai lệch nhau nhiều, tuy nhiên, trong trường hợp này ta đã gặp may. Thực ra phương pháp thực nghiệm chỉ đáng tin cậy trong một điều kiện nhất định và chỉ nên sử dụng khi thiếu thông tin. Vì vậy trong thực tế thiết kế việc thu thập đầy đủ thông tin về các thiết bị điện là điều hết sức cần thiết, điều đó cho phép nâng cao độ chính xác của phép tính. Ví dụ 8.2. Chọn máy biến áp cung cấp cho nhóm thiết bị ở tầng khai thác với số liệu như bài 8.1 Giải: Theo kết quả tính toán phụ tải (ví dụ 8.1) sơ bộ chọn trạm biến áp hợp bộ công suất 630kVA. Ta kiểm tra chế độ làm việc ổn định của máy biến áp. Xác định công suất đặt giới hạn của thiết bị điện: Pgh = S nB ⋅ cos ϕ tb − (1 − α P ) ⋅ k sd ⋅ Ρn.M 630 ⋅ 0,83 − (1 − 0,6) ⋅ 0,78 ⋅ 200 = = 770,15 kW αP 0,6 Xác định công suất cho phép của thiết bị có thể mắc vào trạm biến áp, có xét đến vi khí hậu: Pcp = k kh ⋅ S nB ⋅ cos ϕ tb − (1 − α P ) ⋅ k sd ⋅ Ρn.M 1,12.630 ⋅ 0,83 − (1 − 0,6) ⋅ 0,78 ⋅ 200 = = 875,05 kW αP 0,6 Như vậy: và ΣРi = 523 kW < Рgh.= 770,15 kW; ΣРi = 523 kW < Рcp.= 875,05 kW . Công suất đặt của các thiết bị nhỏ hơn giá trị giới hạn và giá trị cho phép đối với trạm biến áp, do đó trạm biến áp làm việc ổn định, vậy ta chọn máy biến áp loại ТСВП630/6/0,69. Ví dụ 8.3 Hãy xác định phụ tải tính toán cho mạng điện chiếu sáng và chọn tiết diện dây dẫn cho mạng điện này. Biết chiều dài tầng khai thác là l 1= 245 m, khoảng cách từ cửa sổ tầng khai thác đến đoàn tàu vận chuyển là l2= 65 m; khoảng cách đến thiết bị chất tải là l 3=123 m; số điểm tập kết ntk=2. Giải: Chọn loại đèn Halogen loại MR16 (Рđ= 50 W,ηd= 0,8). Xác định số lượng đèn cần thiết trong tầng khai thác và dọc theo băng truyền theo độ rọi tiêu chuẩn. Đối với tầng khai thác khoảng cách giữa các đèn được chọn là L đ1 = 6 m, theo đường tời nghiêng là Lđ2 = 7 m, ở điểm đổ không dưới 3 đèn. Ch.8. CCĐHầm mỏ 257 nđ = l +l l1 245 123 + 65 + 2 3 + ntk ⋅ 3 = + + 2 ⋅ 3 = 73,69 đèn; Lđ 1 Lđ 2 6 7 Ta chọn nđ=74 đèn. Công suất tính toán của mạng điện chiếu sáng: Pcs = nđ.Pđ = 74.50.10-3 = 3,7 kW Xác định mômen tải: M = Ptt l1 + l2 + l3 245 + 123 + 65 = 3,7 = 801,02 kWm ; 2 2 Xác định tiết diện cáp chiếu sáng: Fcs = М 801,05 = = 9,71 mm 2 С ⋅ ∆U cp 16,5 ⋅ 5 Hệ số C = 16,5 tra bảng 26.pl; ∆Ucp =5%. Vậy ta chọn dây cáp nhôm XPLE tiết diện 10 mm2. Bài tập 8.1: Số liệu về các thiết bị của tầng lò khai thác than cho trong bảng BT 8.1 sau. Coi quá trình công nghệ khai thác sự liên động trình tự mở máy các động cơ. Hãy xác định công suất tính toán theo hai phương pháp: a) phương pháp hệ số nhu cầu; b) Phương pháp thực nghiệm; Đánh giá sai số giữa hai phương pháp. Bảng BT 8.1. Số liệu về các thiết bị điện mỏ than (bài tập 8.1) STT Tên phụ tải số lượng Pn, kW P tổng cosϕ ksd 1 máy bơm 1 75 75 0,8 0,65 2 tời kéo 1 22 22 0,7 0,6 3 tời vét bùn 1 25 25 0,75 0,62 4 bơm dầu thủy lực 1 55 55 0,8 0,67 5 quạt cục bộ 2 14 28 0,8 0,75 6 máng cào 2 15 30 0,8 0,63 7 Băng tải 1 15 15 0,78 0,6 Bài tập 8.2. Chọn máy biến áp cung cấp cho nhóm thiết bị ở tầng khai thác với số liệu như bài tập 8.1 Bài tập 8.3 Hãy xác định phụ tải tính toán cho mạng điện chiếu sáng và chọn tiết diện dây dẫn cho mạng điện này. Biết chiều dài tầng khai thác là l 1= 108 m, khoảng cách từ cửa sổ tầng khai thác đến đoàn tàu vận chuyển là l2= 86 m; khoảng cách đến thiết bị chất tải là l 3=194 m; số điểm tập kết ntk=3. Câu hỏi ôn tập chương 8 1. Hãy cho biết những đặc điểm và yêu cầu đối với thiết kế cung cấp điện hầm mỏ. Ch.8. CCĐHầm mỏ 258 2. Hãy trình bày khái quát các thiết bị tiêu thụ điện hầm mỏ. 3. Hãy cho biết phương pháp xác định phụ tải điện hầm mỏ. 4. Hãy trình bày khái quát về trang thiết bị hầm mỏ. 5. Hãy trình bày các sơ đồ cung cấp điện hầm mỏ. 6. Hãy trình bày phương pháp lựa chọn phương án cung cấp điện hầm mỏ. 7. Hãy trình bày chế độ mở máy của các động cơ và ảnh hưởng của nó đối với tuổi thọ thiết bị. 8. Hãy cho biết khái quát về chất lượng điện của mạng điện hầm mỏ. 9. Khái quát những nét cơ bản về hệ số công suất ở mạng điện hầm mỏ. Ch.8. CCĐHầm mỏ 259 [...]... phân tích cho thấy cấp điện 22 kV có ưu thế kinh tế kỹ thuật đối với mạng điện phân phối trên bề mặt; Cấp điện áp 1140 V dùng để cấp điện cho các thiết bị động lực dưới hầm lò; Cấp điện áp 600 V dùng để cung cấp điện cho các thiết bị động lực hạ áp dưới hầm; Cấp 380/220 – cung cấp điện cho các thiết bị động lực hạ áp và thiết bị chiếu sáng trên bề mặt Cấp điện áp 127 V được áp dụng cung cấp điện cho các... chương 8 1 Hãy cho biết những đặc điểm và yêu cầu đối với thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Ch.8 CC Hầm mỏ 258 2 Hãy trình bày khái quát các thiết bị tiêu thụ điện hầm mỏ 3 Hãy cho biết phương pháp xác định phụ tải điện hầm mỏ 4 Hãy trình bày khái quát về trang thiết bị hầm mỏ 5 Hãy trình bày các sơ đồ cung cấp điện hầm mỏ 6 Hãy trình bày phương pháp lựa chọn phương án cung cấp điện hầm mỏ 7 Hãy trình... cung cấp (dưới 10m) thì không cần sử dụng trạm đấu nối di động Tổ hợp cung cấp điện hầm mỏ bao gồm một số mắt xích cơ bản có đặc thù riêng, bởi vậy theo nguyên lý, tổ hợp cung cấp điện có thể phân ra các tiểu hệ thống sau: (hình 8.10): 1 Các hộ tiêu thụ trên mặt đất; 2 Hệ thống cung cấp điện cao áp dưới hầm mỏ; Ch.8 CC Hầm mỏ 243 3 Hệ thống cung cấp điện cho các thiết bị tĩnh tại; 4 Hệ thống cung cấp. .. việc cung cấp riêng biệt cho các thiết bị điện dưới hầm lò, tức là mạng cung cấp cho các thiết bị dưới đất độc lập với các mạng điện cung cấp cho các thiết bị trên bề mặt Cung cấp riêng biệt là một trong những biện pháp nâng cao độ an toàn và tin cậy cung cấp điện dưới hầm lò, nó nhất thiết phải được áp dụng để thiết kế hệ thống cung cấp cho các thiết bị mới và cải tạo mạng điện đang hoạt động Việc cung. .. nhau Các cấp cách điện và vật liệu cách điện được áp dụng tùy thuộc vào cấp điện áp thiết kế 8.4 Sơ đồ cung cấp điện hầm mỏ Cũng như tất cả các hệ thống cung cấp điện khác, hệ thống điện hầm mỏ phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản là: đảm bảo cung cấp cho các hộ tiêu thụ đầy đủ khối lượng điện năng chất lượng, tin cậy, kinh tế an toàn và linh hoạt Các thiết bị điện hầm mỏ được cung cấp từ lưới quốc... và một TBAPX công suất đến 630 kVA; - Không quá một máy đào kiểu rotor năng suất trên 1300 m3/h và b một TBAPX công suất đến 630 kVA c Hình 8.10 Sơ đồ cung cấp điện hầm mỏ: a – Trạm biến áp chính; b – Cung cấp điện cho các thiết bị trên mặt đất; c – Trạm phân phối chính cung cấp điện cao áp; cho các thiết bị dưới hầm lò; d – Cung cấp điện cho các thiết bị tĩnh tại và bán tĩnh tại; d e e – Cung cấp điện. .. chính có hiệu quả kinh tế Việc chọn cấp điện áp cho đường dây cung cấp và cùng với nó là loại trạm phân phối, nhìn chung phụ thuộc vào phụ tải tính toán và cấp điện áp của các nguồn cung cấp Ở khoảng cách gần (1,5÷ 3km) đến các nguồn cung cấp và nếu cấp điện áp của đường dây cung cấp (6 hoặc 10 kV) giống với cấp điện áp của mạng phân phối hầm mỏ, thì việc cung cấp điện được thực hiện không cần qua biến... Để cung cấp điện cho các hầm mỏ chủ yếu người ta sử dụng hệ thống điện áp xoay chiều ba pha 10/22/35/110/220kV, tần số công nghiệp 50 Hz Đối với mạng điện hạ áp trên mặt đất ở khu vực hầm mỏ có thể sử dụng các cấp điện áp 127/220/380/660 V Các thiết bị dưới hầm lò có thể được cung cấp từ lưới có cấp điện áp 127/220/380/660/1140 V Để tính toán so sánh kinh tế-kỹ thuật cần xét tối thiểu hai phương án điện. .. máy biến áp cách ly Phụ thuộc vào độ sâu của hầm, có thể áp dụng các sơ đồ cung cấp điện sau: 1 Các thiết bị dưới hầm có độ sâu trên 300m được cung cấp điện theo sơ đồ điện áp 6 kV đặt trong ống dẫn; 2 Các thiết bị dưới hầm có độ sâu dưới 300m và ở cách xa đường dẫn được cung cấp điện qua các lỗ khoan Đặc điểm khác biệt của hầm cụt là sự gián đoạn cung cấp điện có thể dẫn đến sự tích lũy khí đốt và sẽ... suất; Không nên dùng cấp ngầm, mà áp dụng phương pháp treo trên thành tường, hoặc dải dọc theo các đường kênh dẫn 8.5.2 Chọn cấp điện áp tối ưu của mạng điện Việc lựa chọn điện áp cho mạng điện cung cấp từ nguồn đến các thiết bị phụ thuộc vào công dụng và vị trí của chúng Hiện nay ở các hầm lò người ta sử dụng các cấp điện áp 0,66; 1,14 và 6 (10) kV Cấp điện áp 6 kV dùng để cung cấp cho các thiết bị tĩnh ... dụ: МПП-6,3 – có hai, МПП-9 – bốn, МПП-17,5 – bảy Các tham số kỹ thuật máy nâng hạ thể bảng 8.2 Bảng 8.2 Tham số kỹ thuật thiết bị nâng hạ Tham số kỹ thuật МПП-6,3 МПП-2,5x2 МПП-6,3 МПП-6,3 Tốc... lớn đến tham số mạng điện ngược lại, thay đổi tham số mạng điện ảnh hưởng đến độ ổn định điểm tải Điều đỏi hỏi lưu ý đặc biệt trình thiết kế vận hành mạng điện hầm mỏ Sự tác động lớn tham số mạng... thứ i (trừ nhóm lớn nhất); n – số nhóm tải; ktMi – hệ số tham gia vào cực đại nhóm thiết bị thứ i, lấy theo gợi ý bảng 8.4 Bảng 8.4 Hệ số tham gia vào cực đại ktM nhóm thiết bị hầm mỏ Nhóm thiết