BÀI GIẢNG MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN MỎ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG  BÀI GIẢNG MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN MỎ Dùng cho hệ Cao đẳng chuyên nghiệp (Lưu hành nội bộ) Người biên soạn: Nguyễn Thị Xuân Hướng Uông Bí, năm 2010 MỤC LỤC NỘI DUNG Trang Mục lục Lời nói đầu Phần 1: TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung hệ thống cung cấp điện 1.1.1 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ 1.1.2 Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện 1.1.3 Các tiêu kỹ thuật cung cấp điện xí nghiệp 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp Chương 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 2.1 Đồ thị phụ tải 11 2.2 Các tham số đặc trung phụ tải 13 2.3 Các phương pháp tính phụ tải điện 15 Chương 3: TRẠM BIẾN ÁP XÍ NGHIỆP 3.1 Các loại trạm điện 26 3.2 Tính toán chọn máy biến áp 26 3.3 Sơ đồ nối dây trạm 30 Chương 4: NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG 4.1 Khái niệm chung 36 4.2 Tính toán ngắn mạch mạng cao áp 38 4.3 Tính toán ngắn mạch mạng hạ áp 46 4.4 Tác hại, hạn chế biện pháp ngăn ngừa ngắn mạch 47 Phần 2: MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương 5: MẠNG ĐIỆN 5.1 Phân loại mạng điện 50 5.2 Các loại dây cáp điện 51 5.3 Tổ chức cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ 53 5.4 Tính toán tổn thất mạng điện 60 5.4.1 Sơ đồ thay lưới cung cấp điện 60 5.4.1 Tính toán tổn thất điện áp 65 5.4.2 Tính toán tổn thất công suất 67 5.4.3 Tính toán tổn thất điện 69 5.5 Tính toán lựa chọn dây dẫn cáp 70 CHƯƠNG 6: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN – BẢO VỆ RƠLE 6.1 Điều kiện lựa chọn thiết bị điện 82 6.1.1 Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài: 83 6.1.2 Các điều kiện kiểm tra thiết bị xảy ngắn mạch: 83 6.1.3 Lựa chọn thiết bị điện 84 6.2 Bảo vệ role 92 6.2.1 Các yêu cầu hệ thống bảo vệ rơle: 93 6.2.2 Các hình thức bảo vệ hệ thống cung cấp điện 93 CHƯƠNG 7: CHIẾU SÁNG XÍ NGHIỆP MỎ 7.1 Khái niệm chung 104 7.2 7.3 8.1 8.2 8.3 9.1 9.2 9.3 9.4 Thiết bị chiếu sáng phụ kiện Tính toán chiếu sáng CHƯƠNG 8: CUNG CẤP ĐIỆN MỘT CHIỀU Đặc điểm cung cấp điện chiều Cung cấp điện cho tầu điện cần vẹt Cung cấp điện cho tầu điện ác qui CHƯƠNG 9: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ số công suất Tổn thất điện Suất tiêu thụ điện Chi phí mạng điện Phụ lục Tài liệu tham khảo 106 107 113 113 116 119 125 126 127 128 134 LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng biên soạn theo đề cương môn học Cung cấp điện mỏ cung cấp kiến thức như: xác định phụ tải, chọn phương án cung cấp, chọn thiết bị, biện pháp bảo vệ cho lưới… cho sinh viên ngành điện mỏ Bài giảng gồm chín chương trình bày vấn đề:  Khái quát hệ thống cung cấp điện trình bày Chương  Chương trình bày phụ tải điện  Trạm điện đề cập chương  Chương trình bày khái niệm cách tính toán ngắn mạch  Tính toán lưới điện lựa chọn thiết bị điện trình bày chương 5,  Thiết kế chiếu sáng trình bày chương  Chương trình bày phương pháp cung cấp điện chiều  Chương đề cập vấn đề bảo vệ hệ thống điện việc nâng cao hệ số công suất Để dễ dàng tiếp cận vấn đề giảng: chương cần đọc từ đến Bài giảng biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên cao đẳng đồng thời phục vụ cho người quan tâm đến kiến thức cung cấp điện Do thời gian trình độ người biên soạn có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận xét, đánh giá góp ý bạn đọc đồng nghiệp Mọi ý kiến xin gửi về: xuanhuong@yahoo.com Quảng Ninh, tháng4 năm 2011 Tác giả PHẦN I: TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung hệ thống cung cấp điện Điện ngày phổ biến dễ dàng chuyển thành dạng lượng khác như: cơ, hóa, nhiệt năng… ; sản xuất trung tâm điện truyền tải đến hộ tiêu thụ với hiệu suất cao Trong trình sản xuất tiêu thụ điện có số đặc tính:  Điện sản xuất thường không tích trữ được, phải có cân sản xuất tiêu thụ điện  Các quy trình điện xảy nhanh nguy hiểm cố cố xảy ra, thiết bị điện có tính tự động đòi hỏi độ an toàn tin cậy cao Định nghĩa: hệ thống điện bao gồm khâu sản xuất điện năng; khâu truyền tải; phân phối cung cấp điện đến tận hộ dùng điện (xem hình vẽ.) Nl sơ cấp ~ NMĐ1 10 kV 220 kV sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) 110 kV 10 kV ~ NMĐ2 35 kV 6; 10 kV Phân phối & cung cấp điện (ccđ) 0,4 kV Hình1.1 Sơ đồ hệ thống điện Định nghĩa: hệ thống cung cấp điện bao gồm khâu phân phối; truyền tải & cung cấp điện đến hộ tiêu thụ điện Lưới điện việt nam có cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 500kV tương lai cấp: 0,4; 22; 110; 220 500kV Có nhiều cách phân loại lưới điện:  Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10, 6kV) hạ áp (0,4kV)  Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) lưới phân phối (35, 22, 10, 0,4kV)  Ngoài ra, chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp… 1.1.1 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ: Khác với ngành công nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khai thác mỏ có đặc điểm riêng (điều kiện môi trường, trình công nghệ…) Những đặc điểm bao gồm: - Đa số máy móc trình làm việc phải di chuyển thường xuyên định kỳ theo tiến độ gương khai thác Đặc điểm đòi hỏi thiết bị điện phải có khả nối vào mạng điện cắt khỏi mạng điện cách nhanh chóng dễ dàng Việc cung cấp điện nhờ hệ thống cáp mềm ổ cắm điện - Môi trường mỏ có độ ẩm cao, nhiều bụi bẩn, mỏ hầm lò thường xuất khí bụi nổ nguyên nhân gây nổ bầu không khí mỏ có cố, khí hậu thời tiết khắc nghiệt đặc điểm đòi hỏi thiết bị phải có tính chống ẩm, chống rỉ cao, cách điện thiết bị dây dẫn phải cao để thân chúng nguyên nhân gây cháy nổ môi trường mỏ - Không gian làm việc chật hẹp hạn chế, mỏ hầm lò Vì vậy, thiết bị điện cần chế tạo gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, lắp đặt - Áp lực cao hông lò dễ dàng làm cho đất đá bị sập đổ, nguy phá hoại thiết bị điện Đặc điểm đòi hỏi thiết bị điện phải chế tạo có độ bền học cao - Các đường lò ẩm ướt, có hoạt tính hóa học cao, kết hợp với bụi mỏ dẫn điện gây nguy hiểm an toàn điện giật hỏa hoạn Đặc điểm đòi hỏi thiết bị điện mỏ phải có tính chịu ẩm, chống ăn mòn - Phạm vi hoạt động công trường lộ thiên rộng Các máy móc di động có công suất lớn lại vị trí phân tán, tầng công tác vừa sử dụng điện cao áp vừa sử dụng điện hạ áp Vì hệ thống dây dẫn phân phối điện phức tạp Chính đặc điểm trên, việc cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ cần đảm bảo yêu cầu sau: - An toàn: dây dẫn cần chọn cho lúc làm việc bình thường lúc có cố không bị nung nóng mức để tránh gây hỏa hoạn, nổ bầu không khí mỏ hay làm già hóa nhanh chóng cách điện cáp điện - Hợp lý kỹ thuật: dây dẫn cần chọn với tiết diện đủ để đảm bảo mức điện áp cho phép cực phụ tải chế độ làm việc cố - Kinh tế: cần chọn loại dây dẫn hợp lý theo quan điểm kinh tế song phải thỏa mãn yêu cầu an toàn kỹ thuật - Độ bền học: dây dẫn chịu tác dụng ngoại lực, không gây ứng suất nguy hiểm vật liệu làm dây dẫn 1.1.2 Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện: Mục tiêu thiết kế cung cấp điện đảm bảo cho hộ tiêu thụ đủ điện với chất lượng phạm vi cho phép Một phương án cung cấp điện (cho xí nghiệp) xem hợp lý thỏa mãn nhu cầu sau:  Vốn đầu tư nhỏ, ý tiết kiệm ngoại tệ vật tư  Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tùy theo tính chất hộ tiệu thụ  Chi phí vận hành hàng năm thấp  Đảm bảo an toàn cho người thiết bị  Thuận tiện cho vận hành sửa chữa…  Đảm bảo chất lượng điện  Ngoài ra, phải ý đến điều kiện khác như: môi trường, phát triển phụ tải, thời gian xây dựng… Một số bước để thực phương án thiết kế cung cấp điện:  Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu chọn phương thức cung cấp điện  Xác định phương án nguồn điện  Xác định cấu trúc mạng  Chọn thiết bị  Tính toán chống sét, nối đất chống sét nối đất an toàn cho người thiết bị  Tính toán tiêu kinh tế kỹ thuật  Tiếp theo thiết kế kỹ thuật bước thiết kế thi công vẽ lắp đặt, nguyên vật liệu cần thiết… cuối công tác kiểm tra điều chỉnh thử nghiệm trang thiết bị, đưa vào vận hành bàn giao 1.2.3 Các tiêu kỹ thuật cung cấp điện xí nghiệp Chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống cung cấp điện đánh giá chất lượng điện cung cấp, thông qua tiêu U; f; tính liên tục cung cấp điện *Điện áp: độ lệch điện áp điểm hệ thống cung cấp điện độ chênh lệch điện áp thực tế so với điện áp định mức với điều kiện độ biến thiên điện áp nhỏ 1%Uđm/giây U %  U  U đm 100, % U đm Độ lệch điện áp cho phép qui định sau: (ở chế độ làm việc bình thường) + Mạng động lực: [U%] =  % Udm + Mạng chiếu sáng: [U%] =  2, % Udm Trường hợp khởi động động mạng điện tình trạng cố độ lệch điện áp cho phép tới (-10  20 %)Udm Ngoài ra, chất lượng điện áp đánh giá theo đại lượng sau: - Dao động điện áp (khi độ biến thiên điện áp không nhỏ 1%Uđm/giây) U %  U max  U 100, % U đm - Độ không hình sin dạng đường cong điện áp - Độ không đối xứng điện áp - Độ lệch trung tính * Tần số: Độ lệch tần số cho phép qui định  0,5 Hz Để đảm bảo tần số hệ thống điện ổn định công suất tiêu thụ phải nhỏ công suất hệ thống Vậy xí nghiệp lớn phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm thiết bị tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ xí nghiệp thiết bị bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số *Tính liên tục cung cấp điện: tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện Rõ ràng, tiêu điện áp, tần số, đảm bảo, điện không cung cấp liên tục hệ thống điện không đưa lại hiệu kinh tế mà gây thiệt hại lớn cho kinh tế quốc dân Chính vậy, vấn đề độ tin cậy cung cấp điện phải xét tới giai đoạn thiết kế vận hành Độ tin cậy cung cấp điện khả hệ thống cung cấp điện đảm bảo liên tục cung cấp điện với chất lượng điện định trước khoảng thời gian định trước Các tiêu để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện tổn thất kinh tế ngừng cung cấp điện, cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi Một số ký hiệu thường dùng: – Máy phát điện nhà máy điện - Động điện ~ Đ – Máy biến áp cuộn dây – Máy biến áp cuộn dây – Máy biến áp điều chỉnh tải - Kháng điện – Máy biến dòng điện – Máy cắt điện - Cầu chì 10 - Aptômát 11 – Cầu dao cách ly 12 – Máy cắt phụ tải 13 – Tụ điện bù 14 – Tủ điều khiển 15 – Tủ phân phối 16 – Tủ phân phối động lực 17 – Tủ chiếu sáng làm việc 18 - Tủ chiếu sáng cục 19 – Khởi động từ 20 - Đèn sợi đốt 21 - Đèn huỳnh quang 22 – Công tắc điện 23 – Ổ cắm điện 24 – Dây dẫn điện 25 – Dây cáp điện 26 – Thanh dẫn (thanh cái) 27 – Dây dẫn tần số  50 hz 28 – Dây dẫn mạng hai dây 29 – Dây dẫn mạng dây 30 - Đường dây điện áp U  36 V 31 – Đường dây mạng động lực chiều 32 – Chống sét ống 33 – Chống sét van 34 – Cầu chì tự rơi 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác  (nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện theo nhu cầu loại hộ phụ tải) a) Theo điện áp tần số: vào Udm f * Hộ dùng điện pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện pha Udm < 1000 V; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện làm việc với tần số  50 Hz * Hộ dùng dòng điện chiều b) Theo chế độ làm việc: (của hộ dùng điện)  Dài hạn: phụ tải không thay đổi thay đổi, làm việc dài hạn mà nhiệt độ không vượt giá trị cho phép (VD: bơm; quạt gió, trạm khí nén…)  Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ trung bình đạt giá trị qui định (VD: động truyền động cấu phụ máy cắt gọt kim loại, động đóng mở van thiết bị thuỷ lực)  Ngắn hạn lặp lại: thời kỳ làm việc ngắn hạn trung bình xen lẫn với thời kỳ nghỉ ngắn hạn  đặc trưng tỷ số thời gian đóng điện thời gian toàn chu trình sản suất (VD: máy nâng; thiết bị hàn) c) Theo mức độ tin cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng kinh tế xã hội, hộ tiêu thụ điện cung cấp điện với mức độ tin cậy khác phân thành loại * Hộ loại I: hộ mà cố ngừng cung cấp điện gây thiệt hại lớn kinh tế, đe doạ đến tính mạng người, ảnh hưởng, có hại lớn trị – gây thiệt hại đối loạn qui trình công nghệ Hộ loại I phải cung cấp điện từ nguồn độc lập trở lên Xác suất ngừng cung cấp điện nhỏ, thời gian ngừng cung cấp điện thường phép thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy hóa chất, văn phòng phủ, phòng mổ bệnh viện… Xí nghiệp mỏ: + Quạt gió thiết bị phục vụ cho + Các thiết bị thông gió đặt giếng gió phụ, quạt thông gió cục cho gương lò cụt mỏ có khí bụi nổ loại siêu hạng + Trạm thoát nước cục + Trạm ép khí mỏ khai thác vỉa dốc đứng trường hợp quạt cục truyền động khí ép + Bơm cứu hỏa thiết bị để hạn chế xuất khí nổ từ vỉa than + Trục tải trở người thiết bị phục vụ cho * Hộ loại II: hộ có tầm quan trọng lớn ngừng cung cấp điện dẫn đến thiệt hại kinh tế hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất v.v… Như S đặc trưng cho công suất thiết kế thiết bị điện  việc tăng giảm P, Q không tuỳ tiện Vậy công suất S (cố định) cos lớn (tức  nhỏ) tức công suất tác dụng lớn, lúc người ta nói TB khai thác tốt Như với thiết bị, cos lớn tức thiết bị đòi hỏi lượng Q Đứng phương diện truyền tải lượng Q (đòi hỏi từ nguồn) giảm giảm lượng tổn thất Vì thực chất việc nâng cao hệ số cos đồng nghĩa với việc giảm đòi hỏi Q hộ phụ tải 9.1.2 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất: Nâng cao hệ số công suất mốt biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện Do động không đồng bộ, máy biến áp với đường dây không thiết bị chủ yếu tiêu thụ công suất phản kháng Q hệ thống điện Để tránh truyền tải lượng Q lớn đường dây, thiết bị bù đặt gần phụ tải để cung cấp Q trực tiếp cho phụ tải gọi bù công suất phản kháng, làm nâng cao hệ số công suất cosφ Việc nâng cao hệ số công suất đưa đến hiệu quả:  Giảm tổn thất công suất mạng điện: P  S2 P2 Q2 R  R  R  P(P )  P(Q ) U2 U2 U2 Thực Q giảm  P(Q) giảm  P giảm  A giảm  Giảm tổn thất điện áp mạng điện: U  PR QX   U(P )  U(Q) U U  Tăng khả truyền tải đường dây máy biến áp, khả truyền tải phụ thuộc vào tình trạng phát nóng tỷ lệ với bình phương dòng điện, I P2  Q2 3U  Ngoài ra, dẫn đến giảm chi phí kim loại màu, góp phần ổn định điện áp, tăng khả phát điện máy phát… 9.1.3 Các giải pháp bù cosφ: Thực chất việc nâng cao hệ số công suất nhằm giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải đường dây mạng Để làm điều tông phương pháp + Nâng cao hệ số cos tự nhiên: (biện pháp tự nhiên) nhóm phương pháp cách vận hành hợp lý thiết bị dùng điện nhằm giảm lượng Q đỏi hỏi từ nguồn + Nâng cao hệ số công suất cách đạt thiết bị bù: (không yêu cầu giảm lượng Q đòi hỏi từ thiết bị dùng điện mà cung cấp Q hộ dùng điện nhằm 117 giảm lượng Q phải truyền tải đường dây)  phương pháp thực sau thực biện pháp thứ mà chưa đạt kết mơi thực việc bù Các giải pháp bù cosφ tự nhiên: a) Thay động thường xuyên non tải động có công suất bé b) Giảm điện áp cho động làm việc non tải c) Hạn chế động chạy không tải d) Dùng dộng đồng thay động không đồng e) Nâng cao chất lượng sửa chữa động f) Thay máy biến áp làm việc non tải máy biến áp dung lượng nhỏ Các thiết bị bù: Thiết bị để phát Q thường dùng lưới điện máy bù tụ bù Máy bù đồng bộ: thực chất loại động đồng chạy không tải có số đặc điểm (ưư nhược điểm) Vừa có khả phát lại vừa tiêu thụ công suất phản kháng Công suất phản kháng phát không phụ thuộc vào điện áp đặt vào nó, mà chủ yếu phụ thuộc vào dòng kích từ (có thể điều chỉnh dẽ dàng) Lắp đặt vận hành phức tạp, đễ gây cố (vì có phần quay) Máy bù đồng tiêu thụ lượng công suất tác dụng lớn khoảng 0,015 – 0,02 kW/kVA Giá tiền đơn vị công suất phản kháng phát thay đổi theo dung lượng Nếu dung lợng bé đát Vì sản xuất với dung lượng lớn MVAr trở lên Tụ điện tĩnh: có ưu nhược điểm gần trái ngược với máy bù đồng Giá tiền đơn vị công suất phản kháng phát không thay đổi theo dung lượng điều thuận tiện cho việc chia nhỏ nhiều nhóm nhỏ đặt sâu phía phụ tải Tiêu thụ công suất tác dụng khoảng 0,003 – 0.005 kW/kVAr Vận hành lắp đặt đơn gian, gây cố Công suất phản kháng phát phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ Chỉ phát công suất phản kháng khả điều chỉnh Vậy mạng XN nên sử dụng tụ điện tĩnh, máy bù đồng dùng phía hạ áp (6-10 kV) trạm trung gian Vị trí đặt thiết bị bù xí nghiệp: Có thể đặt nhiều điểm khác HV 35110 kV 610 kV Đ 0,4 kV Đ 0,4 kV 118 Đ + Đặt tập trung: đặt hạ áp trạm BA-PX (0,4 kV) trạm BA trung tâm (6-10 kV), ưu điểm dễ quản lý vận hành, giảm vốn đầu tư + Đặt phân tán: TB bù phân nhỏ thành nhóm đặt tủ động lực phân xưởng Trường hợp động công suất lớn, tiêu thụ nhiều Q đặt ĐC Khi đặt TB bù điểm giảm lượng tổn thất P A phải truyền tải Q Tuy nhiên việc đặt TB bù phía hạ áp lúc có lợi, giá tiền kVAr tụ hạ áp thường đắt gấp lần kVAr tụ 6-10 kV Ngay việc phân nhỏ dung lượng bù để đặt theo nhóm riêng lẻ luôn có lợi, lúc có làm giảm thêm A nhiều hơn, Xong lại làm tăng chi phí lắp đặt, quản lý vận hành 9.1.4 Xác định dung lượng bù kinh tế hộ tiêu thụ: Hộ tiêu thụ xí nghiệp, trạm trung gian, hộ dùng điện khác) Chúng ta biết đặt thiết bị bù giảm A Tuy nhiên tiêu tốn lượng vốn, đồng thời thiết bị bù gây nên lượng tổn thất P thân cần đến chi phí vận hành Vậy đặt dung lượng hợp lý? Để giải vấn đề phải thiết lập quan hệ Qbu với Ztt  tìm Qbu? để Z  min, ta gọi dung lượng Qbu kinh tế tối ưu R, X Qbu P + jQ Z = Z1 + Z2 + Z3 Trong đó: Z1 – thành phần chi phí liên quan đến vốn đầu tư Z1 = (avh + atc) k0.Qbu avh – hệ số vận hành (khấu hao) atc - hệ số hiệu kinh tế việc thu hồi vốn đầu tư k0 - giá tiền đơn vị công suất đặt TB bù [đ/1kVAr] Qbu – dung lượng bù (mà chung ta cần tìm) [kVAr] Z2 - Thành phần liên quan đến tổn thất điện TB bù tiêu tốn Z2 = P0.Qbu.T.C P0 - Suất tổn hao công suất tác dụng TB bù [kW/1kVAr] T - Thời gian làm việc TB bù (thời gian đóng tụ vào lưới) C - giá tiền điện tổn thất [đ/kWh] Z3 - Thành phần tổn thất điện hệ thống (sau bù) (Q  Qbu ) R. C Z3  U2 R - Điện trở mạng U - điện áp mạng 119 Q - Công suất phản kháng yêu cầu hộ tiêu thụ  - Thời gian tổn thất công suất cực đại Như ta xây dựng Z = f(Qbu)  Qkt  Zmin Z  (avh  atc ).k Q bu  P0 Q bu T C  C. R (Q  Q bu ) 2 U 2.C. R Z  (avh  atc ).k  P0 T C  (Q  Qbu )  Qbu U2 Qbukt U [(avh  atc ).k  C.T P0 ] Q 2.C. R Tương tự ta lập biểu thức hàm chi phí tính toán tình dung lượng bù kinh tế cho mạng đường dây CC cho số họ phụ tải Lúc ta có Z = f(Qbu1; Qbu2 ; …….) Z = (avh + atc).k0.(Qbu1+Qbu2 + ) + C.T.P0 (Qbu1 + Qbu2+ )+ c. U2  R (Q Q01; Qbu01 ij ij  Qbuij ) Q12; Qbu12 Q1; Qbu1 Q23; Qbu23 Q2; Qbu2 n Q3; Qbu3 Qn; Qbun Để tìm dung lượng bù kinh tế đặt hộ tiêu thụ ta lấy đạo hàm riêng chi phí tính toán theo Qbj ; Qb2 …v.v cho không Giải hệ phương trình ta tìm dung lượng bù kinh tế đặt điểm khác Trị số Qb giải âm chứng tỏ việc đặt tụ điện bù hộ không kinh tế, ta thay Qb không phương trình lại giải hệ (n-1) phương trình lần Ví dụ : Hai xí nghiệp công nghiệp cung cấp điện từ N theo HV Giả sử tính điện trở đoạn đường dây 10 kV  Hãy xác định dung lượng bù kinh tế 10 kV xí nghiệp N 3000 + j3000 4000 + j2000 N 2 2000-Qb1 3 3000-Qb2 120 Tại xí nghiệp 1; ta đặt Qb1 ; Qb2 sau thành lập hàm chi phí tính toán theo biến số đó: Z = (avh + atc ).(Qb1 + Qb2).k0 + C.T.P0(Qb1 +Qb2) + c. R12 c. RN1 (Q2  Qb2 )  (Q1  Q2  Qb1  Qb2 )2 2 U U Đạo hàm Z theo Qb1 Qb2 cho không 2C. RN1 Z (Q1  Q2  Qb1  Qb2 )   (avh  atc )k  CT P0  Qb1 U2 2C. R12 Z  (avh  atc )k  CT P0  (Q2  Q b )  Q b U2  2C. RN1 (Q1  Q2  Qb1  Qb2 )  U2 Nếu lấy k0 = 70 đ/kVAr ; P0 = 0,005 kW/kVAr; avh = 0,1 ; atc = 0,125 C = 0,1 đ/kWh ;  = 2500 h Gải hệ phương trình được: Qb1 = 200 kVAr Qb2 = 3000 kVAr Vì Qb1 < chứng tỏ không nên đặt thiết bị bù xí nghiệp thay Qb1 = vào phương trình thứ hai, cuối giải Qb2 = 2900 kVAr Vậy muốn mạng điện vận hành kinh tế nên đặt TB bù xí nghiệp với dung lượng 2900 kVAr 9.2 Tổn thất điện Tổn thất điện hệ thống cung cấp điện xí nghiệp mỏ chủ yếu tổn thất máy biến áp, mạng điện cao hạ áp 9.2.1 Tổn thất điện máy biến áp: Việc xác định tổn thất điện máy biến áp tiến hành xuất phát từ thông số kỹ thuật, mức độ mang tải số sử dụng Tổn thất lượng tính: - Tổn thất lượng tác dụng: Wa BA  Pkt T0   Pn T p , kW h Trong đó: ΔPkt – Tổn thất công suất không tải MBA, kW ΔPn – Tổn thất công suất ngắn mạch, kW T0 – Tổng số đấu MBA vào mạng thời gian tính toán, h Tp – Tổng số MBA làm việc với tải trung bình thời gian tính toán, h β – Hệ số mang tải MBA:  Wa2  W p2 S d T p 121 Wa, Wp – lượng tác dụng phản kháng tiêu thụ từ MBA xác định tính toán theo số đồng hồ vận hành Sđ – Công suất định mức MBA, kVA - Tổn thất lượng phản kháng: W p BA  S d Trong đó: I kt U T0  S d n T p  , kVAr.h 100 100 Ikt – dòng không tải MBA, % Un – điện áp ngắn mạch tương đối, % 9.2.2 Tổn thất điện mạng(trừ MBA) tb Wa  3.I R.T p 10 Trong đó: 3  S tb2 R.T p 10 3 U đ2  Ptb2 R.T p 10 3 Itb – dòng tải trung bình mạng: I tb  U đ2  Qtb2 R.T p 10 3 U đ2 Wa2  W p2 3.U d T p Wa, Wp – lượng tác dụng phản kháng phụ tải đấu vào mạng tiêu thụ thời gian Tp Uđ – điện áp định mức mạng, V Stb – công suất trung bình truyền tải mạng, kVA Ptb, Qtb – Công suất tác dụng phản kháng trung bình truyền tải mạng 9.3 Suất tiêu thụ điện Lượng điện tiêu thụ xí nghiệp sản xuất đơn vị sản phẩm tiêu quan trọng để đánh giá việc sử dụng hợp lý điện Suất tiêu thụ điện đặc trưng cho việc sử dụng phương tiện giới hóa tự động hóa xí nghiệp, việc tăng cường trang bị cho trình công nghệ Việc tổ chức không hoàn hảo trình sản xuất sử dụng không hết khả phương tiện giới hóa, dẫn đến hậu suất giảm suất tiêu thụ điện tăng Suất tiêu thụ điện tính: a Trong đó: Wa , kW h / đ vi sp Z Wa – lượng điện tiêu thụ thời gian tính toán, kWh Z – sản phẩm xí nghiệp thời gian tính toán Tuy nhiên, sở suất tiêu thụ điện để đánh giá trình độ sử dụng điện xí nghiệp không hoàn toàn xác, công nghiệp mỏ, suất tiêu thụ điện phụ thuộc vào điều kiện địa chất mỏ, độ chứa khí, chiều sâu vỉa, độ xâm nhập nước ngầm Việc tiêu thụ điện cho thiết bị không tham gia vào sản xuất (bơm, quạt ) xí nghiệp khác đáng kể, thiết bị có tham gia vào sản xuất có khác tiêu thụ điện Bởi vậy, lập kế hoạch cung cấp cho công nghiệp mỏ xây dựng định mức suất tiêu thụ điện năng, cần phải tính đến đặc điểm vùng nhóm mỏ loại 122 Từ phân tích ta phân lượng điện xí nghiệp mỏ tiêu thụ thành thành phần: - Thành phần không đổi, không phụ thuộc vào suất mỏ - Thành phần thay đổi tỷ lệ thuận với suất mỏ Trong suất tiêu thụ điện cần phân loại: suất tiêu thụ điện cho công nghệ suất tiêu thụ điện chung mỏ Do có nhiều yếu tố ảnh hưởng, nên suất tiêu thụ điện công nghệ khai thác mỏ thay đổi phạm vi rộng Lượng điện tiêu thụ số công nghệ điển hình mỏ than hầm lò, tính theo phần trăm tổng lượng điện toàn mỏ tiêu thụ, nằm giới hạn sau: Khấu than xúc bốc: 5-20 Vận chuyển: 2-10 Trục tải: 15-30 Thoát nước: 20-40 Thông gió: 20-30 Chiếu sáng công nghiệp: 2-5 Suất tiêu thụ điện chung mỏ than hầm lò dao động phạm vi rộng từ 15-80kW.h cao Thông thường suất tiêu thụ điện cho khai thác thann khoảng 30kW.h/tấn, khai thác hầm lò khoảng 35kW.h/tấn, khai thác lộ thiên khoảng 12kW.h/tấn, khai thác sức nước khoảng 105kW.h/tấn Tuy có nhiều khó khăn, song việc áp dụng phương pháp khác để xác định suất tiêu thụ điện cần thiết để lập kế hoạch cung cấp điện năng, để dự báo phát triển hệ thống cung cấp điện quốc gia 9.4 Chi phí mạng điện Tiền điện xí nghiệp (hộ tiêu thụ) phải trả tính theo giá biểu đơn giá biểu kép Theo giá biểu đơn, tiền điện phải trả sau khoảng thời gian định (1 tháng, năm), tính số lượng điện (kWh) tiêu thụ khoảng thời gian (theo số đồng hồ đo điện tác dụng) nhân với đơn giá điện (đ/kWh) Cách tính nên áp dụng với hộ tiêu thụ xí nghiệp công nghiệp xí nghiệp công nghiệp có công suất nối mạng nhỏ Với xí nghiệp công nghiệp lớn, tiền điện thường tính theo giá biểu kép áp dụng hai phương thức sau: Tính theo công suất tiêu thụ cực đại xí nghiệp (phần chính) lượng điện tiêu thụ thực tế: C = (a.Pmax +b.Wa)(1±K), đ/năm Trong đó: Pmax – Công suất tiêu thụ cực đại xác định theo số đồng hồ đo, kW a – Đơn giá 1kW công suất cực đại năm, đ/kW.năm b – Đơn giá điện năng, đ/kW.h Wa – Lượng điện xí nghiệp tiêu thụ 1năm, kW.h k – Hệ số (thưởng (-), phạt (+) tùy theo hệ số cosφ thực tế xí nghiệp) 123 Trả theo công suất nối mạng lượng điện tiêu thụ: C = [a(ΣSđ BA + ΣSđ đc) + b.Wa](1±K), đ/năm Trong đó: ΣSđ BA – Tổng công suất MBA đấu vào mạng, kVA ΣSđ đc - Tổng công suất động cao áp (trừ động phép dự phòng theo luật an toàn động đấu vào mạng với mục đích bù công suất phản kháng) a – Đơn giá công suất nối mạng năm, đ/kVA.năm 124 PHỤ LỤC Bảng 1: Bảng hệ số yêu cầu hệ số công suất trung bình phụ tải mỏ hầm lò STT Nhóm phụ tải kyc Cosφ Ở sân giếng: Không kể trạm bơm 0,6-0,7 0,7 Có kể trạm bơm 0,75-0,85 0,8 Công tác khai thác mỏ: Vỉa dốc thoải 0,4-0,5 0,6 Vỉa dốc đứng 0,5-0,6 0,7 Công tác chuẩn bị 0,3-0,4 0,6 Vận tải tầu điện: Tầu cần vẹt 0,45-0,65 0,9 Tầu ác qui 0,8 0,9 Các phụ tải khác (băng tải, máng cào, tời ) 0,5-0,65 0,7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Trục cũi skip Trạm quạt Tổ hợp công nghệ Chất hàng vào gòong Nhà đun nước Xưởng khí Kho gỗ Trạm bơm cấp nước Khu vực hành Kho than Các thiết bị nhỏ khác Chiếu sáng trời Chiếu sáng nhà Khu dân cư Máy xúc gầu truyền động theo hệ F-Đ Bốc đất đá - mở vỉa Khai thác Máy xúc nhiều gầu Máy xúc roto Băng chuyền có chiều rộng băng Đến 1400mm Lớn 1400mm 0,7 0,5 0,6-0,7 0,55 0,75 0,3 - 0,35 0,35 0,75 0,6 0,5 0,65 0,8 0,75 0,7 0,7 0,7 0,7 0,75 0,65 0,65 0,7 0,75 0,7 0,7 1 0,95 0,5-0,7 0,5-0,75 0,45-0,6 0,6-0,7 0,65 0,7 0,6 0,6-0,8 0,7-0,8 0,8-0,85 0,75 0,8 125 STT 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 Nhóm phụ tải Khoan đập cáp Khoan xoay Băng chuyền cầu thải Bơm bùn Công suất 200kW Công suất 200kW-2000kW Bơm nước Công suất 500kW Công suất lớn 500kW Máy ép khí cố định Công suất 400kW Công suất lớn 400kW Trục tải có công suất 1000kW Quạt gió có công suất nhỏ 200kW Máy nghiền má Máy nghiền côn Chỉnh lưu thủy ngân: kim loại Thủy tinh kyc 0,5-0,6 0,5-0,7 0,6-0,7 Cosφ 0,65 0,7 0,5-0,65 0,6 0,8 0,75 0,9 0,75-0,85 0,85-0,9 0,8 0,85 0,8-0,85 0,9-0,95 0,75 0,6 0,5-0,6 0,75-0,8 0,9 0,9 0,75 0,75 0,75 0,75 0,85 0,8 0,9 0,75 126 Bảng 2: Trị số nhq  f ( n ; p ) * * * 127 Bảng 3: Bảng tra Kmax 128 Bảng 4: Thông số kỹ thuật máy biến áp liên xô chế tạo 129 Bảng 5: Điện trở điện kháng dây nhôm lõi thép: AC- AC- AC- Loại dây 10 16 25 Điện trở 3,12 2,06 1,38 Khoảng cách trung bình hình học dây dẫn, mm 2000 2500 3000 - AC35 AC50 AC70 AC95 AC120 AC150 AC185 0,85 0,65 0,46 0,33 0,27 0,21 0,17 Điện kháng 0,403 0,392 0,382 0,371 0,365 0,358 0,417 0,406 0,396 0,385 0,379 0,372 0,429 0,418 0,408 0,397 0,391 0,384 0,377 Bảng 6: Điện trở điện kháng dây nhôm trần: Loại dây A-6 A-10 A-16 Điện trở 5,26 3,16 1,98 Khoảng cách trung bình hình học dây dẫn, mm 600 0,358 800 0,377 1000 0,391 1250 0,405 1500 - A-25 1,28 A-35 0,92 A-50 0,64 A-70 0,46 A-95 0,34 A120 0,27 A150 0.21 0,297 0,313 0,327 0,341 0,352 0,288 0,305 0,319 0,333 0,344 Điện kháng 0.345 0,363 0,377 0,391 0,402 0,336 0,352 0,366 0,380 0,391 0,325 0,341 0,355 0,369 0,380 0.315 0,331 0,345 0,359 0,370 0,303 0,319 0,334 0,347 0,358 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]; Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Bội Khuê; Cung cấp điện; NXB KH KT, Hà Nội; 1998 [2] PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa; Điện khí hóa mỏ; NXB GD – Hà Nội; 1997 [3] Lê Thành Bắc; Thiết bị điện; NXB KHKT – Hà Nội; 2001 [4]; Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch; Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp, đô thị nhà cao tầng; NXB KH KT; 2005 [5]; Trần Quang Khánh; Hệ thống cung cấp điện, Tập 1+2; NXB KH KT; 2005 [6]; Bùi Ngọc Thư; Mạng cung cấp phân phối điện; NXB KH KT; 2002 [7]; A A Fedorov G.V Sxerbinovxli; Sách tra cứu cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp - Mạng lưới điện công nghiệp & Trang thiết bị điện tự động hoá; Nhà xuất Thanh niên [8]; Trần Đình Long; Bảo vệ hệ thống điện; NXB KH KT; 2000 131 [...]... điện: Các trạm điện của xí nghiệp là nguồn cung cấp điện cho các phụ tải trong nội bộ xí nghiệp Tuỳ theo nguồn cung cấp điện năng mà trạm điện của xí nghiệp có thể phân thành: a, Trạm phát điện cục bộ: trạm gồm các máy phát điện để cung cấp đủ điện năng cho các phụ tải dùng điện trong xí nghiệp Trạm phát điện cục bộ chủ yếu chỉ có ở trong các xí nghiệp không thể cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia... A  m 2 pi K hdp  m 1 Ap Ap - điện năng tác dụng tiêu thụ 1 ngày đêm Api - điện năng tác dụng tiêu thụ trong kho ng t=t/m t - thời gian khảo sát, thường lấy là 1 ngày đêm m – kho ng chia của đồ thị phụ tải thường lấy là 24 giờ (tức t = 1 giờ) Hệ số hình dạng có giá trị nằm trong kho ng 1,1  1,2 6) Xác định phụ tải đỉnh nhọn: “ là phu tải cực đại xuất hiện trong thời gian ngắn 1  2 giây”; thường...hộ loại II được cung cấp điện từ 1 hoặc 2 nguồn – thời gian ngừng cung cấp điện cho phép bằng thời gian để đóng thiết bị dự trữ bằng tay Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu… Xí nghiệp mỏ: + Các thiết bị trên mặt mỏ: trục tải, trạm ép khí, các thiết bị chất dỡ và vận chuyển, các thiết bị ở xưởng tuyển kho ng… + Trong hầm lò: tất... BA không chi đảm bảo an toàn cung cấp điện, đảm bảo tuổi thọ mà còn ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế ký thuật của sơ đồ cung cấp điện: 50; 100; 180; 320; 560; 750; 1000; 1800; 3200; 5600 kVA … Chú ý: Trong cùng một xí nghiệp nên chọn cùng một cỡ công suất vì Ptt khác nhau (cố gắng không nên vượt quá 2-3 chủng loại) điều này thuận tiện cho thay thế, sửa chữa, dự trữ trong kho Máy BA phân xưởng nên chọn... nguyên lý phải thoả mãn các yêu cầu chặt chẽ của các phụ tải được trạm biến áp cung cấp điện trong vận hành bình thường, sửa chữa và khi sự cố Sơ đồ nguyên lý cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện: tuỳ theo tính chất của phụ tải lấy điện từ trạm biến áp, sơ đồ nguyên lý phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện với chất lượng điện năng cao trong suốt quá trình sử dụng - Đảm bảo... tải bằng phẳng (VD – chiếu sáng, các lò điện trở 1 pha …) có thể xem kM =1 Ptttđ = Ptb td ; Qtt tđ = Qtbtđ g) Phụ tải tính toán của nút hệ thống cung cấp điện: (tủ phân phối, đường dây chính, tram biến áp, trạm phân phối điện áp < 1000 V) Nút phụ tải này cung cấp cho n nhóm phụ tải n P Ptt = kM tbi n  Qtt = 1,1  Qtbi khi nhq  10 nhq > 10 Qtt =  n Q tbi Stt  Ptt2  Qtt2 trong đó: Ptbi = Qtbi... thuật và kinh tế (phí đầu tư và vận hành) 3.2.1 Vị trí: Vị trí của trạm biến áp trong xí nghiệp phải thoả mãn các yêu cầu chính sau: - Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đưa đến - An toàn, liên tục cung cấp điện - Thao tác vận hành và quản lý dễ dàng 26 - Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm bé nhất - Ngoài ra, cần lưu ý đến những yêu cầu đặc biệt như: khí ăn mòn,... tải quan trọng để đảm bảo cung cấp điện tin cậy thường sử dụng hệ thống thanh cái kép phân đoạn bằng máy cắt (d) Đối với công nghiệp mỏ ít sử dụng sơ đồ loại này vì cồng kềnh, sử dụng nhiều máy cắt kinh nghiệm vận hành các trạm biến áp ở mỏ cho thấy, khi áp dụng chế độ sửa chữa 31 thường xuyên và định kỳ hệ thống thanh cái đơn, phân đoạn bằng máy cắt thích hợp cho công việc cung cấp điện tin cậy cho... cấu tạo đơn giản, chi phí không cao Hình 3-4: Trạm có một MBA và Trạm nhiều MBA *) Trạm hạ áp với nhiều máy biến áp: phục vụ cho tất cả các loại hộ dùng điện Tùy theo số máy biến áp, số lộ cung cấp, loại hộ được cung cấp mà có một số dạng sơ đồ phổ biến như hình 3-4 d *) Trạm hạ áp dùng các tủ chế tạo sẵn: Các tủ chế tạo sẵn thường được chế tạo thành nhiều ngăn (Hình 3-5) Mỗi ngăn bao gồm: máy cắt,... thỏa các điều kiện vận hành  Tôn trọng kho ng cách giữa các phần dẫn điện với nhau và với xung quanh  Khả năng loại nhanh hỏa hoạn và các sự cố khác  Thuận tiện trong thao tác và các hành lang thi công, sửa chữa  Phải thực hiện nối đất bảo vệ  Phải sử dụng các tín hiệu cần thiết *) Trạm hạ áp phân xưởng ngoài trời: Thường áp dụng cho xí nghiệp bé, lưới điện cung cấp từ đường dây trên không có hai