Cung cấp điện hầm mỏ

Chương Cung cấp điện hầm mỏ 8.1 Khái quát chung Việc khai thác hầm mỏ một công việc nặng nề nhiều nguy hiểm Hiện phần lớn công đoạn sản xuất khu vực hầm mỏ giới hóa điện khí hóa với việc trang bị thiết bị, máy móc chuyên dụng Vấn đề trang bị điện hầm mỏ có nhiều điểm khác biệt, đòi hỏi hệ thống cung cấp điện phải có đặc thù riêng phù hợp với điều kiện khu vực hầm mỏ 8.1.1 Đặc điểm việc thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Hệ thống cung cấp điện hầm mỏ có nét đặc trưng cần xét đến trình thiết kế vận hành, số đặc điểm nhất: 1) Phụ tải khu vực khai thác mỏ phân tán phạm vi rộng độ sâu khác 2) Các thiết bị điện hầm mỏ hầu hết làm việc điều kiện nặng nề: độ ẩm cao, môi trường bụi với hổn hợp khí dễ phát sinh cháy nổ hổn hợp khí metan Độ giàu khí tương đối trung bình hầm mỏ than khỏang 79,6 m3/tấn than Bởi tất thiết bị điện hầm mỏ phải có cấu trúc đặc biệt, tức có khả bảo vệ chống cháy nổ, thiết phải loại bỏ khả phát sinh tia lửa điện hồ quang trình làm việc 3) Sự giới hạn không gian nơi làm việc hầm lò buộc phải sử dụng thiết bị có kích thước nhỏ gọn 4) Những công việc hầm lò đặc trưng nguy hiểm điện giật lớn, việc cung cấp điện phải gắn liền với vấn đề an toàn lao động 5) Sự đa dạng chế độ làm việc thiết bị điện cấu dẫn đến không ổn định phụ tải, dao động điện áp lớn động công suất lớn khởi động gây nên 6) Tuyệt đại đa số cấu máy móc hoạt động với trợ giúp động dị rotor ngắn mạch Các điều kiện vận hành chúng khác biệt so với động bình thường, không điều kiện đặc biệt hầm mỏ mà đặc điểm trình công nghệ hầm lò 8.1.2 Yêu cầu thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Với điều kiện làm việc khắc nghiệt, buộc hệ thống cung cấp điện hầm mỏ phải thiết kế xây dựng phù hợp Cũng hệ thống cung cấp điện nào, hệ thống cung cấp điện cho tầng lò cần thỏa mãn yêu cầu sau: - Chất lượng điện cao nhất, tức giá trị điện áp tần số đầu vào hộ dùng điện nằm giới hạn cho phép; - Cung cấp điện liên tục (độ tin cậy cung cấp điện cao); - Kinh tế an toàn; Ch.8 CCĐHầm mỏ 229 - Tổn thất mạng điện thấp Ngoài yêu cầu trên, đặc điểm khác biệt, mạng điện hầm mỏ đòi hỏi số yêu cầu khác là: - Tính động linh hoạt cho thiết bị điện di động (máy đào, tổ hợp khai thác, máy san, thiết bị bốc dỡ, tời, băng tải v.v.); - Sử dụng thiết bị chế tạo đặc biệt chống cháy nổ, ẩm ướt v.v.; - Kích thước tối thiểu không gian chật hẹp hầm lò; - Độ bền học cao, có khả chống rung cao Hệ thống cung cấp điện cần phải lập kế hoạch để đảm bảo phát triển sản xuất mà không cần đến trình cải tạo hệ thống điện trình vận hành giai đoạn tính toán Thêm vào tham số hệ thống cần phải giám sát điều chỉnh để đảm bảo hiệu kinh tế cao Hệ thống cung cấp điện hầm mỏ phải trang bị phương tiện bảo vệ tác động nhanh, đảm bảo an toàn tối đa làm việc tin cậy phần tử hệ thống Các sơ đồ cung cấp điện phải xây dựng đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho loại phụ tải thích hợp Dưới góc độ tin cậy cung cấp điện phụ tải điện hầm mỏ phân thành ba loại: - Loại I bao gồm: buồng nâng hạ (thang máy, máy quạt tất hệ thống thông thoáng, máy bơm cấu phòng cứu hỏa, thiết bị hệ thống khử khí, thiết bị nồi v.v Phụ tải loại I phép điện không 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 xí nghiệp tuyển khoáng, thiết bị điểm dân cư v.v Phụ tải loại II phép điện không thời gian đóng nguồn dự phòng tay - Loại III gồm: phương tiện giao thông, phân xưởng khí, nhà kho, chiếu sáng nhà v.v 8.2 Các hộ tiêu thụ điện hầm mỏ 8.2.1 Các thiết bị điện hệ thống khai thác Việc khai thác quặng, than thực máy đào, máy xúc v.v Máy đào thiết bị sử dụng rộng rãi để đào bới, xử lý đất (hình 8.1) Chúng có nhiều dạng khác nhau: Máy đào rotor băng truyền có kết cấu đơn giản động Thiết bị khai thác nhờ rotor quay, đồng thời theo chiều dọc chiều ngang Thiết bị cung cấp điện đường cáp mềm lấy từ trạm biến áp di động tĩnh Công suất tiêu thụ máy đào tùy thuộc vào loại, dao động khoảng vài trăm đến vài ngàn kW Các máy đào làm việc theo chế độ liên tục phân loại: máy đào dọc kiểu xích; kiểu quay; kiểu cày máy đào ngang Máy đào dọc có suất cao so với máy đào ngang, có kích thước lớn chúng sử dụng địa hình rộng rãi Máy đào kiểu cày sử dụng địa hình mở chủ yếu để đào kênh dẫn Máy đào kiểu ngang thiết kế với phận làm việc kiểu xích thường sử dụng để khai thác vật liệu xây dựng cát, đất sét v.v.) Ch.8 CCĐHầm mỏ 230 Các máy đào sử dụng để khai thác mỏ cung cấp điện từ trạm biến áp trạm tiếp nối di động điện áp 3÷6 kV Hình 8.1 Dạng bao quát máy đào hầm lò khai thác Bảng 8.1 Tham số kỹ thuật máy đào Tham số kỹ thuật EKG-5A EKG-1500K Tốc độ di chuyển, km/h 0,55 0,88 Năng suất, m /h 1000 5600 Công suất động cơ, kW 250 2500 Điện áp, kV 3,3; 6 ЭР-1500 ЭРШР-4500/25 0,48 0,12 1500 4500 320 1000 8.2.2 Thiết bị vận chuyển hầm mỏ a) Băng tải Trong giới hạn khối từ vỉa làm vỉa chuẩn bị đến bề mặt ngang 620 m đường vận chuyển than áp dụng băng truyền Ở điểm chất tải thường có bố trí khoảng tích trữ Sự vận chuyển khoáng vật vỉa tầng 620 m thực băng truyền kép (băng xuyên vỉa chính) Ở đoạn mở lò chuẩn bị khai thác, băng chuyền kiểu cào loại СР-70 sử dụng tiếp đoạn băng tải kiểu 1L80 2L80 Các thiết bị vật liệu vỉa độ sâu khác đưa đến từ mặt ngang -620 m máy nâng BM-2500 b) Máy nâng hạ di động Ch.8 CCĐHầm mỏ 231 Ở công trường hầm mỏ loại máy nâng hạ di động sử dụng nhiều, phụ thuộc vào độ sâu tầng lò khối lượng thùng nâng hạ máy có công suất khác như: МПП6,3; 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 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 độ nâng, m/s 6,7 Độ cao cực đại, m 390 760 1070 1170 Loại động 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, 1 a) b) Hình 8.2 Vận chuyển sản phẩm khu vực mỏ: a) Tời; b) băng truyền 8.2.3 Các thiết bị thông thoáng Quá trình thông thoáng trì để trao đổi liên tục không khí hầm lò, nhằm loại bỏ bụi than, loại khí độc hại, thải nhiệt lượng ẩm độ thừa v.v Sự trao đổi không khí thực với trợ giúp máy quạt hệ thống dẫn khí Hệ thống thông thoáng là: trung tâm, hút, xả kết hợp Không khí tươi đưa vào để thông gió cho vỉa khai thác, đưa đến đường dẫn đường dẫn phụ Khối máy quạt di động dùng để thông thoáng cho hầm lò độ sâu đến 1400m Nó có cấu tạo gồm máy quạt, khối điều khiển, cấu đảo chiều Máy quạt trang bị động dị kiểu công suất 60÷150 kW, tốc độ 485 ÷ 1480 vòng/phút Ch.8 CCĐHầm mỏ 232 Sơ đồ thông thoáng hầm lò thực theo nhiều phương thức (hình 8.3): Phương pháp xả: Không khí tươi đưa xuống đáy hầm theo đường dẫn từ tự phân tán lên (hình 8.3a); Phương pháp hút: Máy quạt hút không khí từ đáy hầm theo đường dẫn (hình 8.3.b); Phương pháp kết hợp: Trao đổi không khí hầm lò thực máy hút máy xả (hình 8.3c) Dạng bao quát thiết bị hệ thống thông thoáng hầm lò thể 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 thiết bị thông thóng hầm mỏ 8.2.4 Bơm thoát nước Hệ thống thoát nước từ hầm lò (hình 8.4) bao gồm trạm bơm thoát nước 3, hố chứa điều chỉnh hố chứa cố 6, giếng thu nhận nước 8, bể lắng sơ 2, bơm hút thủy động 10, bơm thủy động khai thác 4, hố thu nước thủy động vận chuyển bể lắng bùn Hệ thống thoát nước làm việc theo nguyên lý sau: nước mỏ theo rãnh dồn bể lắng sơ 2, phần tử rắn lắng xuống Từ bể lắng sơ nước dồn đến giếng trung tâm 8, sau chất đầy bể, nước chảy qua rãnh vào bể thu nhận Khi nước ngập đến mức cao vạch giới hạn, máy bơm tự động ddonhs vào làm việc Một phần nước từ chảy phía bơm hút thủy động 10, bơm đưa nước từ hố chứa điều chỉnh đến giếng trung tâm Nếu vào thời điểm khởi động bơm mức nước đạt giới hạn vạch trên, phần từ máy bơm chảy phía hố thu thủy động vận chuyển 7, nước gạn phần tử rắn chuyển vào hố lắng dạng bùn loãng Khi mức nước hố rút xuống thấp ngưỡng máy bơm ngừng hoạt động Sau phần nước từ máy bơm chảy đến bơm thủy động khai thác khoảng thời gian định gạn phần tử rắn vào bể lắng Sau khoảng ấn định trước chuyển nước ngừng trình máy bơm Ch.8 CCĐHầm mỏ 233 bơm hút thủy động 10 làm việc Sau chu trình làm việc tổ hợp thoát nước lặp lại Hình 8.4 Sơ đồ tổ hợp thoát nước hầm mỏ 1- hố chứa điều chỉnh; - bể lắng sơ bộ; - trạm bơm thoát nước chính; - Bơm thủy động khai thác; - Bể lắng bùn; - Hố chứa cố; - Hố thu nước thủy động vận chuyển; – Giếng gom nước; 10 - Bơm hút thủy động Các loại máy bơm sử dụng hầm mỏ có máy bơm trục đứng (hình 8.5a) máy bơm trục ngang (hình 8.5b) công suất từ vài chục đến vài trăm kW Công suất máy bơm lựa chọn phụ thuộc vào chiều cao cột nước H lưu lượng nước Q (hình 8.6) hút xả hút b) a) Ch.8 CCĐHầm mỏ xả Hình 8.5 Các máy bơm nước hầm lò a) Máy bơm trục đứng; b) Máy bơm trục ngang 234 8.2.5 Thiết bị chiếu sáng Ở lối hầm lò bố trí hệ thống chiếu sáng với loại đèn có công suất 100÷500 W, điện áp 127 220 V Sơ đồ kết cấu đèn chiếu sáng thể hình 8.7 Việc tính toán chiếu sáng tầng lò khai thác thực theo phương pháp khác Căn vào độ rọi yêu cầu xác định khoảng cách trung bình đèn sau: Điểm làm việc Hình 8.6 Các đặc tính máy bơm Hình 8.7 Kết cấu đèn chiếu sáng hầm lò: – đầu vào đui đèn; – dây treo đèn; – đui đèn; – bóng đèn; – chụp đèn Đối với tầng khai thác khoảng cách đèn chọn Lđ1 = 5÷8 m, theo đường tời nghiêng L đ2 = 7÷8 m, điểm tập kết không đèn Như số lượng đèn cần thiết xác định theo biểu thức: nđ = l1 l2 + l3 ntk + + ∑ N i đèn; Lđ Lđ 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; Ch.8 CCĐHầm mỏ 235 (8.1) l3 - khoảng cách đến thiết bị chất tải, m; Ni – số lượng đèn cần thiết điểm tập kết thứ i; ntk – số lượng điểm tập kết sản phẩm Công suất đặt đèn chiếu sáng: Pcs= nđPđ.10-3, kW; Công suất tính toán mạng điện chiếu sáng có xét đến hiệu suất đèn mạng điện xác định theo biểu thức: S cs = ∑Р 10 ⋅η đ ⋅η mđ ⋅ cos ϕ đ , kVA ; (8.2) Trong đó: Pđi – công suất định mức đèn, W; ηđ – hiệu suất bóng đèn; ηmđ – hiệu suất mạng chiếu sáng; cosϕđ – hệ số công suất đèn chiếu sáng 8.2.6 Xác định phụ tải tính toán hệ thống cung cấp điện hầm mỏ Việc tính toán phụ tải tiến hành từ đầu vào thiết bị dùng điện đến cấp cao hệ thống ứng với điểm nút mạng điện Bài toán xác định phụ tải tầng lò thực phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, sở xác định suất tổ hợp có xét đến tốc độ gia cố vỉa than nhân tố thông thoáng a) Phương pháp xác định phụ tải tính nhóm thiết bị dùng điện * Phương pháp hệ số nhu cầu: Phụ tải tính toán nhóm thiết bị điện hầm mỏ xác định theo phương pháp hệ số nhu cầu: Ptt=kncΣPni (8.3) Giá trị hệ số nhu cầu xác định theo biểu thức (2.35) phụ thuộc vào điều kiện cụ thể thiết bị điện: k nc = k sdΣ + − k sdΣ n hd ; Trong đó: ksdΣ - hệ số sử dụng tổng hợp nhóm thiết bị điện; nhd – số lượng hiệu dụng nhóm thiết bị điện (xem chương 2) Giá trị hệ số sử dụng số thiết bị hầm mỏ cho bảng 8.3 Trong trường hợp thiếu thông tin, xác định cách gần theo biểu thức thực nghiệm sau: knc = α P + (1 − α P ) k sdM Pn.M n ∑k i =1 Ch.8 CCĐHầm mỏ 236 P sdi n i (8.4) Trong đó: PnM – công suất định mức động lớn nhóm; ΣPni – tổng công suất định mức tất thiết bị nhóm không kể thiết bị lớn ksdM ksdi – hệ số sử dụng thiết bị lớn thiết bị thứ i; αP – hệ số hồi quy, phụ thuộc vào đặc điểm trình công nghệ khai thác, có giá trị khoảng αP= 0,286÷0,6 (cận máy công tác hoạt động liện động theo trình tự khởi động động cận ứng với trình công nghệ khai thác có liên động trình tự mở máy động tham gia thành phần tổ hợp) * Phương pháp hệ số cực đại: Trong thực tế, để đơn giản hóa, người ta 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 nhóm thiết bị: ktM = 0,75 ÷ 0,85 nhóm thiết bị hầm lò; ktM = 0,7 ÷ 0,8 nhóm thiết bị mặt đất (cận lấy ứng với nhóm có 20 thiết bị trở lên cận – cho trường hợp 20 thiết bị) Đối với động công suất lớn, trình mở máy thực với trợ giúp cấu khởi động Vì xác định phụ tải tính toán cần phải tính đến công suất các thiết bị (thường có giá trị khoảng 0,6÷1% công suất động cơ) Bảng 8.3 Hệ số sử dụng hệ số công suất số thiết bị hầm mỏ Tên thiết bị ksd Tên thiết bị ksd cosϕ cosϕ Máy nén công suất: Máy đào 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 loại 0,65 0,7 Dưới 50 kW 0,7 0,75 Máy nâng kiểu thùng 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 0,7 0,8 Xưởng khí 0,3 0,65 Máy quạt c suất: Nhà hành 0,6 0,7 Dưới 200 kW 0,8 0,8 Chiếu sáng hầm lò 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 tủ phân phối Ch.8 CCĐHầm mỏ 237 Phụ tải tổng hợp nhóm tủ phân phối trạm biến áp (hình 8.8) xác định tương tự biểu thức (2.59): n−1 Ptt Σ = Ptt M + ∑ ktMi Ptt.i Trong đó: Рtt M – giá trị phụ tải tính toán lớn nhóm thiết bị cung cấp từ tủ phân phối; Рtt.i, – giá trị phụ tải tính toán nhóm 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 bị điện Dưới hầm lò Trên mặt đất Động lực 0,85 0,8 Chiếu sáng 0,7 Hình 8.8 Sơ đồ phân phối điện hầm mỏ Tủ phân phối M Công suất phản kháng công suất toàn phần xác định theo biểu thức (2.62): QttΣ = PttΣ.tgϕtb S ttΣ = PttΣ cos ϕ tb 8.3 Trang thiết bị điện hầm mỏ 8.3.1 Nguồn điện Cung cấp điện hầm mỏ thực từ nguồn sau: - Từ nguồn cung cấp điện độc lập; - Từ trạm phát điện địa phương, có liên hệ với hệ thống lượng quốc gia; - Từ hệ thống điện quốc gia; - Từ trạm phát điện Diezel di động Phụ tải mạng điện phụ thuộc vào vị trí điểm nút, cấp điện từ: - Trạm biến áp chính; - Trạm phân phối chính; - Trạm phân phối; - Trạm biến áp phân phối Theo kết cấu thiết bị phân loại trạm biến áp trạm phân phối sau: - Trạm biến áp trạm phân phối tĩnh tại; - Trạm biến áp trạm phân phối di động; - Trạm biến áp trạm phân phối nhà; - Trạm biến áp trạm phân phối trời; Ch.8 CCĐHầm mỏ 238 Sơ đồ hình 8.11b sử dụng máy bơm trạm tháo nước có động 1000V (thường kV) Các động nhận điện trực tiếp từ tủ phân phối kV trạm biến áp phân xưởng, thiết bị lại sân giếng nhận điện từ hai máy biến áp TBAPX Công suất máy cần tính chọn cho đảm bảo cung cấp cho phụ tải thiết bị hạ áp sân giếng c) Sơ đồ cung cấp điện hầm lò Cung cấp điện cho thiết bị hầm lò thực từ trạm biến áp qua trạm biến áp trung tâm lòng đất số trường hợp – trực tiếp từ trạm biến áp qua giếng khoan Trong trường hợp cần thực việc cung cấp riêng biệt cho thiết bị điện hầm lò, tức mạng cung cấp cho thiết bị đất độc lập với mạng điện cung cấp cho thiết bị bề mặt Cung cấp riêng biệt biện pháp nâng cao độ an toàn tin cậy cung cấp điện hầm lò, thiết phải áp dụng để thiết kế hệ thống cung cấp cho thiết bị cải tạo mạng điện hoạt động Việc cung cấp riêng biệt cho thiết bị hầm cho phép: - Ngăn ngừa hư hỏng cách điện xẩy cố thiết bị điện mặt đất mạng điện đối tượng cung cấp điện khác (ngắn mạch chạm đất, điện áp khí v.v.); - Tự động kiểm tra cắt dòng điện rò (ngắn mạch chạm đất) cấu bảo vệ chống ngắn mạch chạm đất; - Hạn chế điện vỏ thiết bị điện; - Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện; - Giảm ảnh hưởng xấu thành phần sóng hài bậc cao mạng điện hầm lò hạn chế dao động điện áp đóng cắt thiết bị công suất lớn; Thiết kế cung cấp điện riêng biệt cho thiết bị hầm cần sử dụng số lượng tối thiểu máy biến áp Thường máy biến áp sử dụng loại điều biến ba pha ba cuộn dây, máy biến áp với cuộn dây phân tách phía hạ áp máy biến áp cách ly Phụ thuộc vào độ sâu hầm, áp dụng sơ đồ cung cấp điện sau: Các thiết bị hầm có độ sâu 300m cung cấp điện theo sơ đồ điện áp kV đặt ống dẫn; Các thiết bị hầm có độ sâu 300m cách xa đường dẫn cung cấp điện qua lỗ khoan Đặc điểm khác biệt hầm cụt gián đoạn cung cấp điện dẫn đến tích lũy khí đốt dẫn đến cháy nổ, đe dọa đến tính mạng người thợ mỏ, tất thiết bị tiêu thụ điện coi phụ tải loại I Sơ đồ cung cấp điện thiết phải có nguồn dự phòng Sơ đồ cung cấp điện phải có độ tin cậy cao phân đoạn cái, phân đoạn đường dây v.v Ch.8 CCĐHầm mỏ 244 d) Sơ đồ cung cấp điện cho tổ hợp máy đào Đặc điểm máy đào luôn thay đổi vị trí trình làm việc, sơ đồ cung cấp điện cho thiết bị thực với trợ giúp rulo cáp mềm, thay đổi chiều dài đường dây Có thể áp dụng ba phương án xây dựng sơ đồ cấp điện cho tổ hợp máy đào: Phương án 1: Cung cấp điện trực tiếp từ trạm giảm áp (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 máy đào Phương án 3: Cấp điện cho tổ hợp máy đào với tham gia trạm biến áp dẫn sâu đặt tổ hợp máy (hình 8.10c) Phương án thường áp dụng cho tổ hợp máy công suất lớn ∼ ∼ ∼ 3 4 6 a) 1 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 máy đào – Trạm biến áp chính; - ĐD 6÷10kV; - ĐD 35kV; - Điểm kết nối; TBA dẫn sâu 35/6÷10kV; - Cáp mềm; - Máy đào; - TBA 35/6 kV lắp 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 thiết bị hầm lò phụ thuộc vào nhiều nhân tố: - Công suất vị trí thiết bị điện hầm mặt đất; Ch.8 CCĐHầm mỏ 245 - Chiều sâu hầm lò, kích thước khoảng làm việc, hệ thống khai thác, độ xa vỉa tầng so với sân giếng hầm lò (nguồn cung cấp chính); - Phương pháp mở vỉa số lượng vỉa tầng khai thác; - Điện áp cung cấp cho thiết bị hầm lò; - Số lượng công suất thiết bị dùng điện loại phương tiện vận chuyển hầm lò; - Điện áp trạm biến áp hệ thống điện quốc gia gần vùng mỏ v.v Các trạm biến áp phân phối chủ yếu chọn loại hợp Mạng điện cung cấp phân phối tạm thời xây dựng 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 nhà trời phụ thuộc vào yêu cầu độ tin cậy, liên quan đến loại phụ tải (loại I, II III) Bài toán lựa chọn sơ đồ cung cấp điện thực theo điều kiện sau: - Ở chế độ bình thường tất đường dây máy biến áp phải trạng thái làm việc; - Ưu tiên cho sơ đồ đường trục; - Mỗi đường trục cấp cho tối đa hai trạm biến áp công suất 1600 kVA, ba trạm biến áp công suất 1000 kVA, bốn trạm biến áp công suất 1000kVA - Cung cấp điện cho phụ tải loại I loại II phải thực từ trạm biến áp hai máy, việc cung cấp điện cho trạm biến áp phải bố trí với hai đường dây từ nguồn độc lập Ở chế độ bình thường hai máy biến áp trạng thái đóng làm việc độc lập Công suất máy biến áp phải đáp ứng đủ nhu cầu tông phụ tải loại I II - Nên lựa chọn máy biến áp công suất; Không nên dùng cấp ngầm, mà áp dụng phương pháp treo thành tường, dải dọc theo đường kênh dẫn 8.5.2 Chọn cấp điện áp tối ưu mạng điện Việc lựa chọn điện áp cho mạng điện cung cấp từ nguồn đến thiết bị phụ thuộc vào công dụng vị trí chúng Hiện hầm lò người ta sử dụng cấp điện áp 0,66; 1,14 (10) kV Cấp điện áp kV dùng để cung cấp cho thiết bị tĩnh công suất 200 kW trở lên; Cấp điện áp 0,66 1,14 kV – cho thiết bị công suất nhỏ Các thiết bị cầm tay cung cấp từ lưới 127 V, thiết bị chiếu sáng – 127 220 V Một số thiết bị dùng điện sử dụng dòng điện chiều xe điện, phần tử tín hiệu giao thông biển báo, thiết bị điều khiển v.v Việc lựa chọn cấp điện áp tiến hành theo phương pháp tính toán kinh tế-kỹ thuật, phân tích 2÷ phương án cạnh tranh Để cung cấp điện cho 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 mặt đất khu vực hầm mỏ sử dụng cấp điện áp 127/220/380/660 V Các thiết bị hầm lò 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 tiêu kinh tế phương án không chênh lệch nhiều ( 5%) phương án có điện áp cao ưu tiên Cấp điện áp không tiêu chuẩn xác định theo biểu thức thực nghiệm: Ch.8 CCĐHầm mỏ 246 - Đối với nhóm thiết bị có mô men tải (M=P.l) khoảng 0,5÷ 25MW.có thể áp dụng biểu thức: U = 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) khoảng 25÷50MW áp dụng biểu thức: U = 16.4 P.l , kV (8.7) Các kết tính toán phân tích cho thấy cấp điện 22 kV có ưu kinh tế kỹ thuật mạng điện phân phối bề mặt; Cấp điện áp 1140 V dùng để cấp điện cho thiết bị động lực hầm lò; Cấp điện áp 600 V dùng để cung cấp điện cho thiết bị động lực hạ áp hầm; Cấp 380/220 – cung cấp điện cho thiết bị động lực hạ áp thiết bị chiếu sáng bề mặt Cấp điện áp 127 V áp dụng cung cấp điện cho thiết bị chiếu sáng hầm thiết bị cầm tay 8.5.3 Chọn vị trí, số lượng công suất trạm biến áp Các trạm biến áp (TBAC) cung cấp điện cho khu vực mỏ phải cung cấp từ hai nguồn độc lập Vị trí trạm biến áp chọn sở yêu cầu sau: - Thuận tiện cho việc bố trí xuất tuyến cấp điện áp; - Gần đến mức tuyến đường vận chuyển khu vực mỏ; - Không có diện lãnh thổ kể hành lang xuất tuyến không công trình kỹ thuật khác; - Nằm phạm vi giới hạn khu vực an toàn; - Có khả phát triển mở rộng tương lai Khi lựa chọn vị trí trạm biến áp cần tính đến đặc điểm biểu đồ gió, nồng độ bụi bẩn khí độc hại v.v Khoảng cách tối thiểu từ thiết bị phân phối trạm biến áp mở 35÷110kV đến nguồn sinh bụi là: - Đến bãi thải không 100 m; - Đến quạt khuếch tán, kho quặng điểm bốc dỡ - 50m; - Đến trang thiết bị kỹ thuật khác – 30m Phụ thuộc vào sơ đồ chung hệ thống cung cấp điện trời, giá trị phụ tải tính toán, vị trí điểm tải, việc cung cấp điện hầm mỏ thực qua hai trạm phân phối Sơ đồ có từ hai trạm phân phối trở lên sử dụng khi: - Có hai nhóm tải công suất lớn lớn; - Sự phát triển hầm mỏ theo giai đoạn; - Trong trường hợp việc áp dụng nhiều trạm phân phối có hiệu kinh tế Việc chọn cấp điện áp cho đường dây cung cấp với loại trạm phân phối, nhìn chung phụ thuộc vào phụ tải tính toán cấp điện áp nguồn cung cấp Ch.8 CCĐHầm mỏ 247 Ở khoảng cách gần (1,5÷ 3km) đến nguồn cung cấp cấp điện áp đường dây cung cấp (6 10 kV) giống với cấp điện áp mạng phân phối hầm mỏ, việc cung cấp điện thực không cần qua biến áp Trong trường hợp TBAC trạm phân phối cấp điện cho thiết bị phân xưởng gần mặt đất Ở trạm biến áp thường số lượng máy biến áp chọn không hai, công suất máy 0,65÷0,75 tổng công suất tính toán Trạm biến áp đồng thời trạm phân phối trung tâm (PPTT) Từ 6(10kV) cấp điện trực tiếp đến thiết bị công suất lớn thiết bị nâng hạ, máy nén, quạt thiết bị khác Công suất máy biến áp động lực chọn có xét đến tổn thất máy biến áp hệ số dự trữ: S nB > k dt k ∆ Ptt2 + Qtt2 (8.8) đó: kdt – hệ số dự trữ, lấy khoảng 1,04 ÷ 1,08; k∆ - hệ số tính đến tổn thất máy biến áp: máy biến áp công suất 400kVA lấy k∆ = 1,07; máy biến áp công suất 400 kVA lấy k∆ = 1,05 Máy biến áp sau chọn cần kiểm tra điều kiện làm việc ổn định Để máy biến áp làm việc ổn định, tổng công suất đặt thiết bị mắc vào máy biến áp phải không vượt giá trị giới hạn giá trị cho phép phụ tải mắc vào máy biến áp, tức là: ΣРn.i ≤ Pgh ΣРn.i ≤ Pcp Trong đó: ΣРn.i – tổng công suất đặt thiết bị điện cung cấp máy biến áp; Pgh – công suất giới hạn thiết bị mắc vào trạm biến áp, xác định theo biểu thức: S ⋅ cosϕ tb − (1 − α P ) ⋅ k sdM ⋅ Ρn.M Pgh = nB (8.9) αP Trong đó: αP – hệ số, phụ thuộc vào đặc điểm trình công nghệ; S nB – công suất định mức máy biến áp chọn; ksdM– hệ số sử dụng thiết bị điện lớn nhất; Рn.M – công suất thiết bị lớn nhất; сosϕtb – hệ số công suất trung bình nhóm thiết bị Pcp – công suất cho phép 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 ⋅ cosϕ tb − (1 − α P ) ⋅ k sdM ⋅ Ρn.M αP Trong đó: kкh – hệ số tính đến ảnh hưởng vi khí hậu, lấy kкh = 1,12 Ch.8 CCĐHầm mỏ 248 (8.10) 8.6 Các tham số kinh tế-kỹ thuật mạng điện hầm mỏ 8.6.1 Chế độ mở máy động mạng điện Ở chế độ mở máy động công suất suất lớn, cường độ dòng điện mạng đạt đến giá trị cao, điều dẫn đến giá trị điện áp giảm, làm ảnh hưởng xấu đến chế độ mở máy động làm việc mạng Giá trị lớn dòng mở máy dẫn đến nhiệt, làm tăng trình hao mòn cách điện giảm tuổi thọ thiết bị Tuổi thọ trung bình cách điện N phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh hệ số mang tải biểu thị dạng biểu thức sau: N = Ce-bθ (8.11) Trong đó: C b hàng số, xác định sở số liệu thống kê Độ lão hóa cách điện ứng với nhiệt độ định xác định theo biểu thức: M = e bθ (8.12) C ứng với nhiệt độ thay đổi theo thời gian: t M= bθ e dt C ∫0 Trong thực tế người quan tâm đến giá trị lão hóa tương đối M, mà đại lượng lão hóa tổng hợp Z=M.C Sự lão hóa phụ thuộc vào nhiều nhân tố như: số thời gian đốt nóng, mang tải thiết bị, nhiệt độ môi trường xung quanh Một cách gần xác định độ lão hóa cách điện cuộn dây động theo biểu thức: T 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 – số thời gian đốt nóng cuộn dây động cơ, s; θn - nhiệt độ đốt nóng cuộn dây động ứng với phụ tải định mức, 0C; ∆θn – chênh lệch nhiệt độ cuộn dây vói nhiệt độ trung bình môi trường chệ độ tải định mức, 0C; kqt – hệ số tải; tqt – thời gian tải, s Có thể coi chế độ mang tải định mức với nhiệt độ môi trường xung quanh 35 0C, nhiệt độ cuộn dây θn = 950C Hằng số thời gian đốt nóng cuộn dây stator Ts rotor Tr tương ứng là: 150∆θ n Ts = ; (8.14) jn2 Ch.8 CCĐHầm mỏ 249 Tr = Ts ; (8.15) Trong đó: jn – mật độ dòng điện cuộn dây stator chế độ mang tải định mức, A/mm2 Cuộn dây rotor có số thời gian đốt nóng nhỏ so với cuộn dây stator, nên tải nhiệt độ tăng cao hơn, dễ bị gây hại Tần suất mở máy tăng giảm tuổi thọ cách điện động Số lần mở máy thiết bị hầm mỏ phụ thuộc vào trình công nghệ khai thác, sơ đồ vận chuyển, sơ đồ mạng điện, cường độ cố phần tử, công suất thiết bị, chất lượng điện v.v Việc áp dụng biện pháp hạn chế tối thiểu số lầm mở máy không cho phép nâng cao tuổi thọ thiết bị mà tiết kiệm điện đáng kể 8.5.2 Chất lượng điện mạng điện hầm mỏ Với diện thiết bị công suất lớn, chế độ làm việc chúng có ảnh hưởng 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 điện xẩy trình mở máy Mức độ giảm điện áp cho phép phụ thuộc vào tần suất mở máy tự mở máy đặc tính thiết bị điện Các động công suất lớn máy đào gây dao động độ lệch điện áp lớn giá trị cho phép Ngoài chế độ mở máy động gây đối xứng, mà đánh giá theo biểu thức: k kđđ = U A + a U B + aU C 100 3.U n % (8.16) Trong đó: a – toán tử quay: a = −0,5 + j 3 ; a = −0,5 − j 2 U A , U B , U C - vectơ điện áp pha A, B C; Un – điện áp định mức mạng điện Sự phi đối xứng làm tăng tổn thất mạng điện tăng đốt nóng thiết bị, dẫn đến tác động nhầm thiết bị bảo vệ tự động điều khiển mạng điện Tổn thất điện áp mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tham số máy biến áp đường dây, đặc tính phụ tải, tỷ lệ công suất tác dụng chiếu sáng phản kháng Ở mạng điện cung cấp cho thiết bị hầm mỏ với đa số động dị bộ, độ lệch điện áp độ lệch điện áp thường mang dấu âm, tức giá trị điện áp U điểm tải nhỏ giá trị định mức Un (độ lệch điện áp v=(U-Un).100/Un) Ch.8 CCĐHầm mỏ 250 Để hạn chế ảnh hưởng chất lượng điện, thực tế người ta sử dụng nhiều động đồng Như biết, động đồng có khả điều chỉnh tiêu thụ công suất phản kháng phụ thuộc vào dòng kích từ, tứ có khả điều chỉnh điện áp mạng Khả phát công suất cực đại vào lưới động đồng đánh giá biểu thức: sin ϕ qmax = [sin ϕ + (1 − k mt )( + 0,4)]100, % (8.17) 48 sin ϕ − 32 Trong đó: kmt – hệ số tải tác dụng động cơ: kmt=P/Pn.đc Do phụ tải máy đào luôn thay đổi, nên trình làm việc thiết bị này, điện áp mạng luôn thay đổi Phụ thuộc vào tỷ lệ công suất tác dụng công suất phản kháng tỷ lệ điện trở mạng điện, độ dao động điện áp đạt giá trị lớn Sự thay đổi phụ tải mang tính ngẫu nhiên, việc đánh giá chất lượng điện phải thực theo phương pháp xác suất thông kê: Giá trị độ lệch trung bình điện áp (hay kỳ vọng toán độ lệch điện áp) νtb xác định tích phân hàm độ lệch điện áp ν(t) khoảng thời gian T vtb = T +t 100 T ∫ v(t )dt % ; (8.18) t Phương sai độ lệch điện áp xác định theo biểu thức: σ = T v T +t ∫ [v(t ) − v tb ]2 dt % t Tuy nhiên, giá trị trung bình độ lệch điện áp cho kết luận nhầm lẫn, thời điểm định giá trị độ lệch điện áp ν âm dương, dẫn đến triệt tiêu lẫn thực phép tích phân Đặc trưng đầy đủ chất lượng điện áp độ lệch trung bình bình phương hay thường gọi độ bất định điện áp (H) Nó xác định theo biểu thức T H= 10 [v(t )] dt , (%)2 ; ∫ T (8.19) H - Độ bất định trung bình điện áp khoảng thời gian T Giá trị H xác định theo biểu thức: H = ν2 + σ v2 ; (8.20) Các giá trị ν H, thực tế đo Vôn kế tích phân đặc biệt, đặt điểm nút cần xét Giá trị trung bình tổng hợp ν H toàn mạng điện xác định theo biểu thức: n vtbΣ ∑ Pv = ∑P i =1 i i % ; (8.21) i Ch.8 CCĐHầm mỏ 251 n H tbΣ ∑PH = ∑P i =1 i i ; (8.22) i Pi - Công suất thụ điện tải điểm i n - Số lượng điểm xét * Thiệt hại giảm chất lượng điện áp Điện áp có ảnh hưởng lớn đến chế độ làm việc thiết bị điện gián tiếp ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ tương đối phức tạp Có nhiều phương pháp tính toán thông dụng phương pháp sử dụng lý thuyết xác suất thống kê Suất chi phí quy đổi xí nghiệp phụ thuộc vào giá trị điện áp biểu diễn dạng: Zu =Z0+ ∂nZ n ∂ 2Z ∂3Z ∂Z ν+ ν + ν + + ν , đ/kWh; n ∂U 2! ∂U 3! ∂U 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 độ lệch điện áp y0 = Zu - Z0 Nếu bỏ qua thành phần bậc cao chuỗi ta viết y0 = ∂Z ∂2Z v+ v = a1v + a2 H ; ∂U 2! ∂U (8.24) Tổn thất kinh tế phụ thuộc vào chất lượng điện: Y = (a1νtb + a2H)A = y0.A ; (8.25) Trong đó: a1 , a2 - hệ số hồi quy, phụ thuộc vào loại phụ tải điện; A - tổng điện tiêu thụ năm 8.5.3 Hệ số công suất Phần lớn thiết bị động lực khu vực hầm mỏ thường có hệ số công suất thấp, nguồn công suất phản kháng cần bổ sung cách lắp đặt cụm tụ bù Phương pháp xác định dung lượng thiết bị bù trình bày mục 6.6.4 chương Cần lưu ý việc lắp đặt thiết bị bù để triệt tiêu công suất phản kháng Tụ bù Q nhiều người lầm tưởng, mà để sử dụng nguồn công suất phản kháng chỗ, không cần phải truyền Hình 8.13 Sơ đồ bù công suất tải từ nhà máy điện tới (hình 8.13), cho phép phản kháng giảm tổn thất đường dây Ch.8 CCĐHầm mỏ 252 Mặc dù công suất phản kháng tiêu thụ động Q1 (hình 8.13), công suất truyền tải đường dây Q2 < Q1, phần lại cung cấp thiết bị bù: Q1=Q2+Qc Do phụ tải phản kháng thay Q1 đổi, nên vào thời điểm cực tiểu, giá trị Q c cố định, dẫn đến tượng thừa công suất phản kháng, gây ảnh hưởng sấu đến chất lượng điện làm tăng tổn thất Vì để nâng cao hiệu bù công suất phản kháng cần phải lắp đặt cấu tự động điều chỉnh dung lượng bù, phụ thuộc vào phụ tải phản kháng hầm mỏ Giá trị công suất bù xác định theo biểu thức (6.58) (xem mục 6.6.4 chương 6) Hệ số cosϕ2 cần đạt thường nằm giới hạn 0,90÷0,94 Việc bù công suất phản kháng để nâng hệ số cosϕ2 lên cao không cần thiết, hiệu bù giảm nhiều Sự có mặt thiết bị bù công suất phản kháng gây tượng công hưởng Các tụ điện thiết bị bù mang tính dung tuyến tính, chúng không tạo nên sóng hài, nhiên, việc lắp đặt tụ điện vào hệ thống điện (với tổng trở mang tính cảm) gây nên tượng cộng hưởng hoàn toàn cộng hưởng riêng với số sóng hài Bậc sóng hài HO (HO –Harmonic Order) cộng hưởng tần số tự nhiên cảm kháng hệ thống điện tụ là: HO = Sk Q nc (8.26) Trong đó: Sk – công suất ngắn mạch hệ thống vị trí đặt tụ, tính kVA; Qnc - công suất định mức tụ, kVAR; HO – bậc sóng hài tần số riêng (fo) Ví dụ: HO=2,93 nghĩa tần số riêng tụ điện – cảm kháng hệ thống điện gần tần số hài bậc hệ thống điện Do HO = fo/50, suy ra: fo = 50.HO = 50.2,93=146,5Hz Tần số riêng gần tới tần số sóng hài hệ thống ảnh hưởng bất lợi lớn Trong ví dụ vừa nêu trên, điều kiện cộng hưởng với thành phần sóng hài bậc sóng biến dạng chắn xảy Trong trường hợp cần tiến hành biện pháp để thay đổi tần số riêng đến giá trị mà cộng hưởng với thành phần sóng hài diện hệ thống Điều thực cách thêm vào cuộn cảm triệt sóng hài nối tiếp với tụ điện Đối với hệ thống điện tần số 50Hz, cuộn kháng nêu điều chỉnh cho tần số cộng hưởng 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 tương ứng với giá trị bậc sóng hài HO 3,8 hệ thống lưới 50Hz tức nằm khoảng sóng hài bậc bậc lưới Với kiểu bố trí có mặt cuộn kháng làm tăng dòng điện tần số lên lượng nhỏ từ 7÷ 8% điện áp đặt tụ theo tỉ lệ tương ứng Tính chất xem xét, ví dụ, sử dụng tụ thiết kế điện áp 440V cho hệ thống lưới 400V Ch.8 CCĐHầm mỏ 253 Khi tiến hành bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cosϕ thiết bị tụ mà có diện thành phần sóng hài bậc cao điện áp dòng điện, có nguy gây tải cho tụ dòng điện cao tần tượng công hưởng gây Ngoài thành phần sóng hài gây ảnh hưởng đến chế độ làm việc thiết bị tự động điều chỉnh công suất tụ Các kết nghiên cứu cho thấy mức độ không sin điện áp mạng điện cao Quá trình vận hành thiết bị bù cho thấy cụm tụ thường bị cắt nhiệt dòng điện Nguyên nhân tải tụ xuất chế độ cộng hưởng ứng với tỷ lệ điện trở cảm kháng máy biến áp điện trở dung kháng tụ Kết nghiên cứu chế độ làm việc cụm tụ bù điều kiện điện áp không sin cho thấy cần phải đánh giá giảm hiệu bù tụ gia tăng độ méo điện áp dòng điện Sự giảm hiệu bù tụ tăng hệ số công suất phụ tải từ giá trị cosϕ1 đến cosϕ2 dẫn đến cần thiết phải tăng thêm công suất thiết bị bù lượng ∆Qky, phụ thuộc vào hệ số γ=THD, biểu thị mức độ không sin điện áp dòng điện phụ tải: γ = U1.I1 pt U I , (8.27) Trong đó: U1, I1pt – giá trị hiệu dụng điện áp dòng điện phụ tải tần số bản; U, I - giá trị hiệu dụng điện áp dòng điện phụ tải có tính đến thành phần sóng hài bậc cao U= n ∑ U h2 ; I = h =1 n ∑I h =1 h (8.28) Nếu biểu thị Qky công suất bù cần thiết để nâng giá trị hệ số công suất từ cosϕ1 lên cosϕ 2, xét đến không sin điện áp dòng điện phụ tải tỷ lệ kmtQ là: ∆QkY tg[arccos(γ cos ϕ1 )] − tgϕ1 k mtQ = = (8.29) QkY tgϕ1 − tgϕ Đây hệ số biểu thị giảm hiệu bù tụ điện điều kiện không sin điện áp dòng điện Ch.8 CCĐHầm mỏ 254 ksd Tên thiết bị tiêu thụ điện cosϕn, T T Pn, kW 8.6 Ví dụ tập Ví dụ 8.1: Hãy xác định công suất tính toán tầng lò khai thác với kiện thiết bị tiêu thụ điện cho bảng sau Coi trình công nghệ khai thác liên động trình tự mở máy động cơ: Bảng VD 8.1 Tham số kỹ thuật thiết bị điện 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» Tổng công suất đặt 200 110 55 33 33 55 37 523 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 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 thiết bị điện 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 = > nên ta xác định số lượng hiệu dụng theo điều kiện: Tỷ lệ thiết bị lớn thiết bị nhỏ nhất: k= Pmax = 220 = 6,06 33 Pmin Tỷ lệ tra bảng 2.pl ứng với ksd∑ = 0,709 kb = 8, tức k < kb số lượng hiệu dụng số lượng thiết bị thực tế nhd = n = Xác định hệ số nhu cầu theo biểu thức k nc = k sdΣ + − k sdΣ nhd = 0,709 + − 0,709 = 0,819 Công suất tính toán tầng lò khai thác: Ptl = knc∑Pi = 0,819 523 = 428,17 kW Vì tất thiết bị động cơ, nên cần xét đến công suất thiết bị mở máy (khoảng 1% công suất tính toán), kết cuối công suất tính toán là: Ptt = 1,01.Ptl = 1,01.428,17 = 432,45 kW Xác định hệ số công suất trung bình 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 ; cosϕ tb 0,83 = Ch.8 CCĐHầm mỏ 255 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 sdi Pn.i = 0,6 + (1 − 0,6) 0,78.200 = 0,768 370,55 Hệ số αP lấy 0,6; Công suất tính toán theo phương pháp 2: Ptt = kncΣPni = 0,768.523 = 401,87 kW; Đánh giá sai số hai phương pháp: 428,17 − 401,87 ss % = 100 = 6,14% 428,17 Nhận xét: Ta thấy kết tính toán theo hai phương pháp không sai lệch nhiều, nhiên, trường hợp ta gặp may Thực phương pháp thực nghiệm đáng tin cậy điều kiện định nên sử dụng thiếu thông tin Vì thực tế thiết kế việc thu thập đầy đủ thông tin thiết bị điện điều cần thiết, điều cho phép nâng cao độ xác phép tính Ví dụ 8.2 Chọn máy biến áp cung cấp cho nhóm thiết bị tầng khai thác với số liệu 8.1 Giải: Theo kết tính toán phụ tải (ví dụ 8.1) sơ chọn trạm biến áp hợp công suất 630kVA Ta kiểm tra chế độ làm việc ổn định máy biến áp Xác định công suất đặt giới hạn 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 thiết bị 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: ΣРi = 523 kW < Рgh.= 770,15 kW; ΣРi = 523 kW < Рcp.= 875,05 kW Công suất đặt thiết bị nhỏ giá trị giới hạn giá trị cho phép trạm biến áp, trạm biến áp làm việc ổn định, 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 chọn tiết diện dây dẫn cho mạng điện Biết chiều dài tầng khai thác l1= 245 m, khoảng cách từ cửa sổ tầng khai thác đến đoàn tàu vận chuyển l2= 65 m; khoảng cách đến thiết bị chất tải l3=123 m; số điểm tập kết ntk=2 Giải: Ch.8 CCĐHầm mỏ 256 Chọn loại đèn Halogen loại MR16 (Р đ= 50 W,ηd= 0,8) Xác định số lượng đèn cần thiết tầng khai thác dọc theo băng truyền theo độ rọi tiêu chuẩn Đối với tầng khai thác khoảng cách đèn chọn Lđ1 = m, theo đường tời nghiêng Lđ2 = m, điểm đổ không đèn nđ = l +l l1 245 123 + 65 + + ntk ⋅ = + + ⋅ = 73,69 đèn; Lđ Lđ Ta chọn nđ=74 đèn Công suất tính toán 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 Xác định tiết diện cáp chiếu sáng: Fcs = М 801,05 = = 9,71 mm С ⋅ ∆U cp 16,5 ⋅ 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 thiết bị tầng lò khai thác than cho bảng BT 8.1 sau Coi trình công nghệ khai thác liên động trình tự mở máy động 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 hai phương pháp Bảng BT 8.1 Số liệu thiết bị điện mỏ than (bài tập 8.1) cosϕ STT Tên phụ tải số lượng Pn, kW P tổng ksd máy bơm 75 75 0,8 0,65 tời kéo 22 22 0,7 0,6 tời vét bùn 25 25 0,75 0,62 bơm dầu thủy lực 55 55 0,8 0,67 quạt cục 14 28 0,8 0,75 máng cào 15 30 0,8 0,63 Băng tải 15 15 0,78 0,6 Bài tập 8.2 Chọn máy biến áp cung cấp cho nhóm thiết bị tầng khai thác với số liệu tập 8.1 Bài tập 8.3 Hãy xác định phụ tải tính toán cho mạng điện chiếu sáng chọn tiết diện dây dẫn cho mạng điện Biết chiều dài tầng khai thác l1= 108 m, khoảng cách từ cửa sổ tầng khai thác đến Ch.8 CCĐHầm mỏ 257 đoàn tàu vận chuyển l2= 86 m; khoảng cách đến thiết bị chất tải l3=194 m; số điểm tập kết ntk=3 Câu hỏi ôn tập chương Hãy cho biết đặc điểm yêu cầu thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Hãy trình bày khái quát thiết bị tiêu thụ điện hầm mỏ Hãy cho biết phương pháp xác định phụ tải điện hầm mỏ Hãy trình bày khái quát trang thiết bị hầm mỏ Hãy trình bày sơ đồ cung cấp điện hầm mỏ Hãy trình bày phương pháp lựa chọn phương án cung cấp điện hầm mỏ Hãy trình bày chế độ mở máy động ảnh hưởng tuổi thọ thiết bị Hãy cho biết khái quát chất lượng điện mạng điện hầm mỏ Khái quát nét hệ số công suất mạng điện hầm mỏ Ch.8 CCĐHầm mỏ 258