Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh
Bộ Giáo dục v Đo tạo Trờng Đại học Mỏ - Địa chất o0o Kim Ngọc Linh Nghiên cứu hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Chuyên ngành: Cơ điện mỏ Mã số: 2.04.12 Tóm tắt Luận án tiến sĩ kỹ thuật H Nội - 2006 Công trình đợc hoàn thành tại: Bộ môn Điện khí hoá, Khoa Mỏ, Trờng Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội. Ngời hớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS Nguyễn Anh Nghĩa 2. TS Đào Đắc Tuyên Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. Phản biện 1: PGS. TS Lê Văn Doanh Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội. Phản biện 2: PGS. TS Võ Quang Lạp Trờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên. Phản biện 3: PGS. TS Lê Tòng Trờng Đại học Giao thông vận tải. Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc họp tại Trờng Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi 9 giờ , ngày tháng năm 2006. Có thể tìm hiểu luận án tại Th viện Quốc gia, Hà Nội hoặc Th viện Trờng Đại học Mỏ - Địa chất. các công trình của tác giả đ công bố có liên quan đến luận án 1. Kim Ngọc Linh (2000), "Về một giải pháp chế tạo công tắc tơ không tiếp điểm dùng trong mỏ hầm lò", Tuyển tập các báo cáo khoa học tại Hội nghị khoa học lần thứ 14 ĐHMĐC, Quyển 1: Các khoa học về Mỏ, Hà Nội, tr. 244-247. 2. Kim Ngọc Linh (2004), "Mô hình mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh về phơng diện an toàn điện giật", Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, 2004(5), tr. 74-78. 3. Kim Ngọc Linh (2004), "Bù thành phần điện dung của dòng điện rò trong điều kiện các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh", Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, 2004(6), tr. 57-61. 4. Kim Ngọc Linh (2006), "Mạch tự động kiểm tra trong các thiết bị bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò". Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, 2006(13), tr. 58-60. 5. Kim Ngọc Linh (2006), "Hạn chế dòng rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện hạ áp mỏ hầm lò", Tạp chí Công nghiệp Mỏ, 2006(1) , tr. 18-20. 6. Kim Ngọc Linh, Nguyễn Thạc Khánh (2006), "Mô hình tính dòng điện rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ có kể đến ảnh hởng của trở kháng tải", Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, 2006(14), tr. 74-77. 7. Kim Ngọc Linh (2006), "Hạn chế dòng điện rò trong các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò bằng giải pháp bù không đối xứng với một cuộn bù", Tạp chí Công nghiệp Mỏ, 2006(3) , tr. 23-26. 8. Kim Ngọc Linh (2006), "Mô hình rơle bảo vệ rò điện dùng cho các mạng điện hạ áp xoay chiều có điện trở cách điện thấp vùng Quảng Ninh", Tuyển tập các báo cáo Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ 18, Đà Nẵng 8/2006, tr. 534-537. 24 quả cao hơn giải pháp dùng ba cuộn bù. Qui luật điều khiển thiết bị bù không đối xứng là: khi ngời chạm phải một pha bất kỳ, chỉ cần bù chính pha đó và pha vợt pha trớc nó, không bù pha chậm pha sau, hoặc chỉ cần bù pha vợt pha trớc nó. 5. Hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh là sử dụng sơ đồ kiểm tra cách điện kiểu hỗn hợp (phối hợp giữa sơ đồ "van" và sơ đồ dùng điện áp thứ tự không) kết hợp với phơng pháp bù không đối xứng thành phần điện dung của dòng điện rò (rơle rò có bù điện dung không đối xứng). 6. Các mô hình rơle bảo vệ rò trong luận án đợc xây dựng trên cơ sở lý thuyết chặt chẽ và xuất phát từ những kết quả kỹ thuật công nghệ đã đợc thực tế kiểm định nên có tính khả thi. Mô hình này có thể làm cơ sở để nghiên cứu chế tạo các rơle rò phù hợp với các mạng hạ áp ba pha trung tính cách ly có điện trở cách điện thấp và điện dung nhỏ nh các mạng hầm lò vùng Quảng Ninh. 7. Phạm vi áp dụng hiệu quả nhất đối với rơle rò có bù điện dung không đối xứng là các mạng điện hạ áp mỏ có điện dung so với đất từ (0,4ữ0,6)F/pha, điện trở cách điện từ (8ữ16)k/pha (đảm bảo dòng rò qua ngời nhỏ hơn dòng an toàn lâu dài cho phép I ald =30 mA). Nếu chỉ xét đến điều kiện an toàn điện giật với dòng an toàn khoảnh khắc I akk =60 mA, trong điều kiện các mạng hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, khi áp dụng rơle rò có bù điện dung không đối xứng, điện trở cắt tới hạn của rơle rò có thể lấy bằng 6 k/pha. II. Kiến nghị Kin ngh áp dng phng pháp bù in dung không i xng v các kt qu nghiên cu ca lun án trong vic thit k, ch to các thit b bo v rò in cho các mng in h áp m hm lò vùng Qung Ninh, nhm m bo điều kiện an ton in git, ng thi to kh nng cho phép tng s l ng thit b v chiu di ca mng cáp u vo mt máy bin áp khu vc mỏ hm lò. 1 Mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài Các công trình nghiên cứu về trạng thái cách điện của các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh đều khẳng định rằng, điện trở cách điện xác lập thực tế là thấp hơn điện trở cắt để chỉnh định rơle bảo vệ rò. Các công trình nghiên cứu về dòng điện rò khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh cũng cho thấy, kể cả khi bù hoàn toàn thành phần điện dung thì dòng rò qua ngời vẫn lớn hơn dòng an toàn khoảnh khắc. Những điều nêu trên cho thấy một vấn đề cấp bách đặt ra là cần phải nghiên cứu để xác định một hình thức bảo vệ rò mới, phù hợp với điều kiện thực tế của các mỏ hầm lò Việt Nam, nhằm đảm bảo an toàn điện giật, an toàn nổ và hoả hoạn. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án Xác định hình thức bảo vệ rò điện phù hợp nhằm đảm bảo an toàn điện giật trong điều kiện vận hành hiện tại của các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng ninh. 3. Đối tợng nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu của luận án là mạng điện hạ áp xoay chiều khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh. 4. Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ của luận án, tác giả chỉ đi sâu nghiên cứu hình thức bảo vệ rò điện - một trong những dạng bảo vệ quan trọng nhất đối với các mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò. 5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về thiết bị bảo vệ rò trong các mạng hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh và trên thế giới. - Nghiên cứu xây dựng mô hình mạng điện hạ áp mỏ hầm lò về phơng diện an toàn điện giật. 2 - Nghiên cứu xác định hình thức bù hợp lý thành phần điện dung của dòng điện rò để hạn chế có hiệu quả dòng rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ. - Nghiên cứu xác định mô hình rơle bảo vệ rò phù hợp với điều kiện mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh. 6. ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án ý nghĩa khoa học - Xây dựng đợc mô hình mạch, mô hình toán và mô hình Simulink Matlab tính dòng rò qua ngời có kể đến các yếu tố ảnh hởng nh trở kháng của biến áp, trở kháng của cáp và chế độ mang tải của mạng - là những yếu tố mà các công trình nghiên cứu trớc đây thờng bỏ qua. - Xây dựng cơ sở lý thuyết của phơng pháp bù hạn chế dòng rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ là phơng pháp bù không đối xứng (bù tự động theo pha). ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án giúp ích cho việc thiết kế, chế tạo các rơle bảo vệ rò điện phù hợp với các mạng điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh, nhm m bo điều kiện an ton in git, ng thi to kh nng cho phép tng s lng thit b điện v chiu di ca mng cáp u vo mt máy bin áp khu v c mỏ hm lò. 7. Những điểm mới của luận án - Đánh giá thực trạng điều kiện an toàn điện giật của mạng điện hạ áp khu vực hầm lò và phân tích, đánh giá các rơle rò hiện đợc trang bị trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. - Giải bài toán tính dòng điện rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện hạ áp mỏ hầm lò có kể đến các yếu tố ảnh hởng nh trở kháng của máy biến áp, trở kháng của cáp và chế độ mang tải của mạng điện. 23 Kết luận v kiến nghị I. Kết luận Nghiên cứu hình thức bảo vệ rò điện phù hợp cho các mạng điện hạ áp xoay chiều mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh là một đề tài có tính cấp thiết về cả lý thuyết và thực tiễn. Những kết quả nghiên cứu chính của luận án đợc thể hiện ở các điểm sau đây: 1. Đánh giá thực trạng điều kiện đảm bảo an toàn điện giật các mạng điện hạ áp và phân tích đánh giá các thiết bị bảo vệ rò điện đợc trang bị trong các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh hiện nay. Mạng điện hạ áp các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh có điện trở cách điện thấp, điện dung pha so với đất nhỏ ( FCF 6,0122,0 < < ) và việc sử dụng rơle rò hiện tại tuy có thể đảm bảo đợc khả năng cắt mạng nhng không đảm bảo điều kiện an toàn điện giật. 2. Giải bài toán tìm qui luật của dòng điện rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ, luận án đã nghiên cứu xây dựng một mô hình tính dòng điện rò có kể đến ảnh hởng của các yếu tố nh trở kháng của biến áp, trở kháng của cáp và chế độ mang tải của mạng điện. 3. Đề xuất và xây dựng cơ sở lý thuyết phơng pháp bù điện dung không đối xứng (bù tự động theo pha). Ưu điểm nổi bật của phơng pháp bù không đối xứng là làm giảm dòng rò qua ngời thấp hơn giá trị nhỏ nhất khi bù đối xứng và không cần điều chỉnh tự động điện cảm bù theo điện dung thực tế của mạng. Điều này cho phép có thể giảm điện trở cắt tới hạn của rơle bảo vệ rò điện. 4. Trong điều kiện các mạng hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh thuộc loại có điện trở cách điện thấp, điện dung nhỏ so với đất, phơng pháp bù không đối xứng có hiệu quả hơn bù đối xứng. Với phơng pháp bù không đối xứng thì giải pháp dùng một cuộn bù chung đấu qua điểm trung tính nhân tạo của bộ lọc điện dung có hiệu 22 5.7. Xác định phạm vi áp dụng và điện trở cắt tới hạn khi sử dụng rơle bảo vệ rò có bù điện dung không đối xứng Với mục đích xác định phạm vi áp dụng hiệu quả rơle rò sử dụng phơng pháp bù không đối xứng đã tiến hành thí nghiệm trên phần mềm Electronics Workbench. Kết quả thí nghiệm trong bảng 5.1. Từ kết quả thí nghiệm, xây dựng đợc đồ thị trên hình 5.19. Từ đó cho phép xác định đợc vùng vận hành an toàn khoảnh khắc và điện trở cắt tới hạn của rơle rò. Hình 5.19. Dòng điện rò qua ngời khi bù không đối xứng Dựa trên các kết quả nhận đợc, có thể rút ra nhận xét: Khi chỉ xét đến điều kiện an toàn điện giật, với dòng an toàn khoảnh khắc I akk =60 mA, có thể đề nghị điện trở cắt tới hạn của rơle rò nh sau: - Nếu điện dung so với đất của mạng C0,5 F/pha, có thể cho phép mạng vận hành đến điện trở cắt tới hạn bằng 6 k/pha . - Nếu điện dung so với đất của mạng 0,5<C0,75 F/pha, có thể cho phép mạng vận hành đến điện trở cắt tới hạn bằng 4 k/pha. - Không áp dụng phơng pháp bù điện dung không đối xứng cho mạng có điện dung C 1 F/pha nếu không có thêm giải pháp đặc biệt khác. 3 - Đề xuất và xây dựng cơ sở lý thuyết phơng pháp bù điện dung không đối xứng và chứng minh đợc trong điều kiện thông số cách điện hầm lò vùng Quảng Ninh áp dụng phơng pháp này hiệu quả bù cao hơn so với phơng pháp truyền thống (bù điện dung đối xứng). - Xây dựng hai sơ đồ nguyên lý rơle rò có bù điện dung không đối xứng có thể giúp ích cho việc thiết kế, chế tạo các rơle bảo vệ rò điện phù hợp với các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 8. Các luận điểm bảo vệ 8.1. Mô hình tính dòng điện rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ có kể đến chế độ mang tải của mạng điện có tính chất tổng quát và phản ánh chính xác hơn các hiện tợng vật lý xảy ra trong mạng điện mỏ. 8.2. Với thông số cách điện các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nh hiện tại thì thời gian quá trình quá độ của dòng điện rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng không vợt quá 3 ms. Nếu thời gian trễ của các thiết bị bảo vệ rò lớn hơn 3 ms thì dòng rò quá trình quá độ không ảnh hởng đến chế độ làm việc của thiết bị. 8.3. Đối với các mạng điện hạ áp ba pha trung tính cách ly có điện dung của các pha so với đất (C) và điện dẫn cách điện (g) thoả mãn điều kiện gC .3.314 < , phơng pháp bù không đối xứng thành phần điện dung của dòng điện rò (bù tự động theo pha) có hiệu quả hơn bù điện dung đối xứng. Qui luật điều khiển thiết bị bù tự động theo pha là: khi ngời chạm vào một pha bất kỳ, chỉ cần bù chính pha đó và pha vợt trớc, không bù pha chậm sau. 8.4. Hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh là sử dụng sơ đồ kiểm tra cách điện kiểu hỗn hợp (phối hợp giữa sơ đồ "van" và sơ đồ dùng điện áp thứ tự không) kết hợp với phơng pháp bù không đối xứng thành phần điện dung của dòng điện rò (rơle rò có bù điện dung không đối xứng). 9. Bố cục của luận án 4 Luận án đợc trình bày gồm Phần mở đầu, kết luận, 05 chơng trong 140 trang và phần phụ lục. Chơng 1 nghiên cứu Tổng quan về trạng thái cách điện v thiết bị bảo vệ rò mạng hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 1.1. Nghiên cứu tổng quan về trạng thái cách điện mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh ở Liên Xô trớc đây và rất nhiều nớc khác, vấn đề nghiên cứu toàn diện về trạng thái cách điện của các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò đã đợc tiến hành từ những năm 50 của thế kỷ trớc [36], [40], [41], [48], [54], [55]. ở nớc ta, từ những năm 80 của thế kỷ XX, đã có nhiều tác giả trong nớc tiến hành các công trình nghiên cứu về trạng thái cách điện và điều kiện an toàn điện giật của các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh [2], [4], [5], [9], [11], [12], [15], [16], [21], [22], [32]. 1.2. Nghiên cứu tổng quan về bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò Từ những năm 40 của thế kỷ XX, ở Liên Xô trớc đây, một trong những tác giả đầu tiên nêu vấn đề kiểm tra tự động trạng thái cách điện của mạng ba pha trung tính cách ly là Olecnôvich N. V. và Iasnômi V. K. Nghiên cứu áp dụng cho các mạng điện mỏ là Lêibôv R. M., Relikhovski Kh. M., Murdanov Iu. M., v.v [40]. Trong các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh, hiện nay chủ yếu sử dụng các thiết bị bảo vệ rò của Nga, Ba Lan và Trung Quốc sản xuất nh : , , , , , JL, JY, v.v Tổng hợp các loại rơle rò nêu trong bảng 2.7. 21 5.6. Xây dựng mô hình rơle bảo vệ rò điện phù hợp với mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu tác giả đề nghị một mô hình bảo vệ rò phù hợp với các mạng điện hạ áp vùng Quảng Ninh là: Mạch kiểm tra cách điện và bảo vệ cắt đợc xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa sơ đồ "van" và sơ đồ dùng điện áp thứ tự không, mạch bù thành phần điện dung theo phơng pháp bù không đối xứng. Hình 5.16 là sơ đồ nguyên lý của rơle rò sử dụng rơle điện từ để điều khiển mạch bù không đối xứng. Z KT CC k 1 R 1 R 1 R 2 R 2 R 2 R 0 1V A B 1 D 1 D 1 D K dZ Z C h W lv W 1 C K Z M BA 0 C 0 C 0 C b L 2V OptoTriac 3 C 2 C 6 R 7 R 7 R A J B J C J B J A J C J T Z B ADL 5 R 3 R 4 R Hình 5.16. Sơ đồ nguyên lý rơle rò I Hình 5.17 là sơ đồ nguyên lý rơle rò sử dụng các phần tử không tiếp điểm để điều khiển mạch bù không đối xứng. + + Z K T CC VOA15 + 1 R 1 R 1 R 3 R 2 R 2 R 2 R 4 R 0 2 V 1V A B C 5 R 6 R 2 C 3 C 4 C 5 C 7 R 8 R 9 R 1 D 2 D 12 R 3 D 4 D K Th K 13 R 14 R dZ T + 3V 6 C D z V24 + D H 1IC 2IC 10 R 11 R 16 R Z k M BA Z OptoTriac 15 R BAN Z B ADL 1 D 1 D Z b L 0 C 0 C 0 C C A Mod B Mod C Mod Hình 5.17. Sơ đồ nguyên lý rơle rò II 20 5.2. Nhiệm vụ và yêu cầu của các thiết bị kiểm tra liên tục điện trở cách điện của mạng ba pha trung tính cách ly 5.3. Các phơng pháp kiểm tra liên tục điện trở cách điện của mạng ba pha có trung tính cách ly Nhà khoa học ngời Nga Sapencô E. Ph đã phân loại các sơ đồ kiểm tra cách điện của mạng ba pha trung tính cách ly điện áp dới 1000 V thành 05 loại cơ bản [50]: các sơ đồ làm việc với dòng hoặc điện áp thứ tự không (sơ đồ hình 5.1 và 5.2); các sơ đồ làm việc với dòng điện chỉnh lu từ mạng cần kiểm tra cách điện (sơ đồ hình 5.3); các sơ đồ làm việc với nguồn công tác một chiều độc lập (sơ đồ hình 5.4 và 5.5); các sơ đồ làm việc với dòng điện tạo bởi một nguồn xoay chiều khác tần số công nghiệp (sơ đồ hình 5.6 và 5.7); các sơ đồ hỗn hợp (sơ đồ hình 5.8). 5.4. Xây dựng sơ đồ kiểm tra cách điện phù hợp với mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh Phân tích u nhợc điểm của các sơ đồ kiểm tra liên tục điện trở cách điện ở trên cho thấy, để đáp ứng các yêu cầu đối với bảo vệ rò mạng hạ áp hầm lò Quảng Ninh không thể sử dụng đơn giản một dạng sơ đồ riêng nào mà phải sử dụng sơ đồ hỗn hợp. Hình 5.10 là sơ đồ nguyên lý phần mạch kiểm tra cách điện và bảo vệ cắt của rơle rò do tác giả đề xuất. 5.5. Xây dựng sơ đồ xác định pha chạm đất điều khiển thiết bị bù tự động theo pha Trong chơng 4 tác giả đã đề nghị phơng pháp bù hợp lý thành phần điện dung của dòng điện rò cho các mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh là bù không đối xứng (bù tự động theo pha). Để điều khiển thiết bị bù không đối xứng phải xác định đợc chính xác pha con ngời chạm phải hoặc có rò (sẽ gọi chung là pha chạm đất). Sơ đồ khối thiết bị bù không đối xứng mô tả trên hình 5.13. 5 Những kết quả nghiên cứu về trạng thái cách điện của mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh [2], [9], [16] cho thấy giá trị xác lập điện trở tác dụng cách điện đều có giá trị nhỏ hơn giá trị điện trở cắt xác lập của các rơle rò đang sử dụng. 1.3. Mục tiêu và phơng pháp nghiên cứu 1.3.1. Mục tiêu của đề tài luận án Xây dựng đợc các luận cứ khoa học cho việc lựa chọn hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với điều kiện các mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 1.3.2. Phơng pháp nghiên cứu: Trong quá trình thực hiện mục tiêu của luận án, tác giả sử dụng các phơng pháp sau: Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết; Phơng pháp mô hình vật lý và mô hình toán để mô hình hóa các mạng điện mỏ về phơng diện an toàn điện giật; Phơng pháp mô phỏng bằng các phần mềm kỹ thuật. Từ kết quả nghiên cứu ở chơng 1 cho phép rút ra những nhận xét sau đây: 1. Các công trình nghiên cứu về trạng thái cách điện của các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh đều khẳng định rằng điện trở cách điện xác lập thực tế là thấp hơn điện trở cắt để chỉnh định rơle bảo vệ rò điện. Vì vậy, việc sử dụng các rơle rò hiện nay tuy có khả năng cắt mạng nhng là không thật an toàn. 2. Các công trình nghiên cứu về dòng điện rò khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ cũng cho thấy kể cả khi bù hoàn toàn thành phần điện dung thì dòng rò qua ngời vẫn lớn hơn dòng an toàn khoảnh khắc. Điều này cho thấy phơng pháp bù truyền thống (bù đối xứng) đối với các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò Quảng Ninh là không đảm bảo điều kiện an toàn điện giật. 6 3. ở nớc ta, hiện tại cha có một công trình nào đầu t một cách thích đáng để nghiên cứu toàn diện về hệ thống bảo vệ rò điện trong mỏ hầm lò. Vì vậy, một vấn đề cấp bách đặt ra là cần phải nghiên cứu một hình thức bảo vệ rò mới, phù hợp với điều kiện thực tế của các mạng điện hạ áp khu vực các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. Chơng 2 đánh giá điều kiện an ton của mạng v các thiết bị bảo vệ rò hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1. Đánh giá điều kiện an toàn điện giật của các mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Phân tích 55 sơ đồ cung cấp điện hạ áp các mỏ hầm lò Quảng Ninh cho các đặc trng của mạng trong bảng 2.1. Tổng hợp cấu hình mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh nêu trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Tổng hợp cấu hình mạng điện hạ áp hầm lò Quảng ninh Mỏ L min L max L tb L xn n max N min N max N tb Mạo Khê 0,371 1,984 0,833 0,789 3 8 31 18,5 Vàng Danh 0,502 2,022 0,924 0,830 4 10 40 24,2 Thống Nhất 1,320 1,375 1,347 0,700 3 21 30 25,5 Khe Chàm 0,455 1,355 1,068 0,670 3 8 26 16,8 Hồng Thái 0,869 1,648 1,296 1,058 2 16 22 19,7 Nam Mẫu 0,370 2,059 1,054 0,970 3 10 35 21,0 Từ bảng 2.2 cho thấy cấu hình mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh hiện nay có chiều dài kmL )022,2371,0( ữ = , số thiết bị đấu vào mạng )408( ữ=N . Cấu hình tiêu biểu: L tb =0,967 km; N tb =21; L xntb =0,670 km. Tổng hợp thông số cách điện mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh nêu trong bảng 2.4. Mạng tiêu biểu: L tb =0,967 km; N tb =21 ứng với: .139,4 = kR cd ; FC cd 6003,0= ; ./200,0;/34,12 phaFCphakr = = 19 Từ kết quả nghiên cứu ở chơng 4 rút ra những nhận xét sau đây: 1. Trong các trờng hợp thông số cách điện của mạng đối xứng hoặc không đối xứng, đối với mạng ba pha trung tính cách ly có điện trở cách điện thấp và điện dung nhỏ, nếu áp dụng phơng pháp bù đối xứng trị số hiệu dụng của dòng rò qua ngời không phải là nhỏ nhất. 2. Trong điều kiện vận hành các mạng điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh, bù không đối xứng (bù tự động theo pha) có hiệu quả tốt hơn bù điện dung đối xứng. Để đảm bảo bù không đối xứng có hiệu quả phải bù tự động theo qui luật sau đây: Khi ngời chạm phải một pha bất kỳ, chỉ cần bù chính pha đó và pha vợt trớc, không bù pha chậm sau, hoặc chỉ cần bù pha vợt pha trớc nó. 3. Theo phơng pháp bù không đối xứng thì giải pháp dùng một cuộn bù chung đấu qua điểm trung tính nhân tạo đợc tạo bởi bộ lọc điện dung có hiệu quả cao hơn khi bù bằng ba cuộn bù từng pha đấu trực tiếp. 4. Khi thoả mãn điều kiện bù theo pha thì hiệu quả bù càng cao nếu điện dung của mạng lớn. Điều này rất có ý nghĩa khi các mạng hạ áp vùng Quảng Ninh có xu hớng nâng cấp điện áp lên 660V. Chơng 5 Nghiên cứu xác định mô hình rơle bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 5.1. Đặt vấn đề Việc xác định hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh bao gồm hai nội dung: - Xác định một phơng pháp kiểm tra liên tục điện trở cách điện và bảo vệ cắt phù hợp đảm bảo các yêu cầu của bảo vệ rò điện. - Xác định một phơng pháp bù điện dung hợp lý để hạn chế hiệu quả dòng điện rò trong điều kiện các mạng hạ áp hầm lò Quảng Ninh. 18 Xét giải pháp bù không đối xứng bằng một cuộn bù đấu qua điểm trung tính nhân tạo của bộ lọc điện dung C 0 , có sơ đồ tính toán khi giả thiết con ngời chạm vào pha A nh hình 4.7. A r B r C r A C B C C C fA U & fB U & fC U & A B C C U & B U & A U & 0 U & n g 0 C 0 C 0 C L Hình 4.7. Sơ đồ bù không đối xứng bằng một cuộn bù Trờng hợp chạm vào pha A không bù pha B (cầu dao pha B trong hình 4.7 hở mạch) có sơ đồ tính toán tơng đơng hình 4.9. Trị hiệu dụng của dòng điện qua ngời trong trờng hợp này: 0 0 22 2 0 2 0 222 0 0 2 0 2 0 222 2 36 )2( 4 19)3( )33( 2 9 )2( 3 199 CC CC CC C Cgg Cg CC CC CC C Cg gUI n nfnoB + +++ + + ++ = (4.37) Từ biểu thức (4.37) chứng minh đợc với thông số của mạng thoả mãn gC 3< , khi ngời chạm vào pha A, nếu không bù pha B, dòng qua ngời sẽ có giá trị nhỏ hơn khi bù đối xứng. Để nghiệm lại kết quả trên đã tiến hành thí nghiệm trên mô hình Electronics Workbench, kết quả thí nghiệm trong các bảng 4.7 và 4.8. Bảng 4.7. Trị số dòng qua ngời khi chạm vào pha A của mạng có thông số .1;75,19;2,0;.10 0 FCHLFCkrrr CBA = ===== Điện áp pha so với đât, V Trạng thái bù Dòng rò qua ngời, I n , mA U A U B U C Không bù 59,59 59,59 321,9 349,4 Bù hoàn toàn 50,83 50,83 338,0 338,1 Không bù pha B 35,69 35,69 347,8 354,3 7 Bảng 2.6 là kết quả so sánh dòng rò qua ngời với dòng an toàn lâu dài và dòng an toàn khoảnh khắc. Phân tích kết quả trong bảng 2.6 cho phép rút ra đợc những nhận xét sau đây: - Hầu hết các mạng điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh đều có dòng rò qua ngời lớn hơn dòng an toàn lâu dài I n >I ald =25 mA (mạng có bù) hoặc I n >I ald =30 mA (mạng không bù), tức là bắt buộc các mạng phải đợc trang bị rơle bảo vệ rò để cắt mạng khi con ngời chạm vào một pha của mạng điện. - Có 11/52 tức 21,15 % số mạng điện khu vực hầm lò đợc khảo sát có dòng rò qua ngời lớn hơn dòng an toàn khoảnh khắc I n >I akk =60 mA. Điều này có nghĩa là gần một phần t số mạng điện khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh không đảm bảo vùng vận hành an toàn khoảnh khắc. Kết quả trên cho thấy rằng nếu ngời chạm vào một pha của mạng điện sẽ rất nguy hiểm về điều kiện an toàn điện giật. Vì vậy đặt ra vấn đề cần nghiên cứu để có các giải pháp làm giảm dòng điện rò và xác định đợc hình thức bảo vệ rò phù hợp với điều kiện thực tế của các mỏ hầm lò Việt Nam. 2.2. Đánh giá điều kiện an toàn các thiết bị bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Nghiên cứu 8 loại rơle rò mạng 380V, 660V (các sơ đồ hình 2.1, 2.2, 2,3, 2.4, 2.6, 2.5, 2.7, 2.8) và 6 loại rơle rò mạng 127 V (các sơ đồ hình 2.9, 2.10, 2.11, 2.12, 2.13 và 2.14) hiện đang đợc sử dụng trong các mạng hạ áp hầm lò Quảng Ninh cho những nhận xét sau: - Rơle rò của Nga loại vẫn là loại rơle đợc sử dụng nhiều nhất chiếm khoảng hơn 40% (bảng 2.7). Sau đó là rơle rò của Trung Quốc loại JI82 chiếm khoảng hơn 30%. Tỷ lệ phổ biến của hai loại rơle trên cho thấy trong điều kiện làm việc khắc nghiệt của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, loại rơle có cấu tạo và vận hành đơn giản đợc các cơ sở a sử dụng. 8 - Kết quả nghiên cứu các loại rơle mới đợc đa vào sử dụng trong các mỏ hầm lò nớc ta những năm gần đây cho thấy về nguyên lý làm việc không có sự thay đổi đáng kể. Chúng vẫn đợc thiết kế trên cơ sở hoặc sơ đồ "van", hoặc sơ đồ dùng nguồn đo độc lập cách ly qua biến áp chỉnh lu. Sự cải tiến của các loại rơle mới chỉ ở phần sử dụng nhiều phần tử IC và các phần tử bán dẫn để tăng độ nhạy và độ tin cậy. - Hầu hết các rơle hiện đang sử dụng bù thành phần điện dung của dòng rò bằng phơng pháp bù tĩnh. Hai loại rơle có khả năng bù tự động là và đợc sử dụng rất hạn chế (12,5%) và thực tế phần bù điện dung tự động do có cấu tạo rất phức tạp nên thờng mất tác dụng sau một thời gian ngắn đa vào sử dụng. Tóm lại, đánh giá điều kiện an toàn của mạng và thiết bị bảo vệ rò hạ áp khu vực mỏ hàm lò vùng Quảng Ninh đợc thể hiện ở các ý chính sau đây: 1. Các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò Quảng Ninh hiện nay thuộc loại mạng ngắn, ít phân nhánh, có điện trở cách điện thấp và điện dung pha so với đất nằm trong giới hạn ( FCF 6,0122,0 < < ). 2. Có 13/52 tức 24,53% trong tổng số 52 mạng điện khu vực đợc khảo sát của các Công ty than vùng Quảng Ninh có điện trở cách điện phakr /5,10 < . Điều này có nghĩa là các mạng điện này có điện trở cách điện thực tế thấp hơn mức độ cần thiết để chỉnh định điện trở cắt của bảo vệ rò. 3. Kể cả khi bù hoàn toàn thành phần điện dung của dòng rò thì ở nhiều mạng điện khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh dòng qua ngời vẫn lớn hơn nhiều dòng an toàn khoảnh khắc. Điều này cho thấy việc sử dụng rơ le rò hiện nay tuy có thể đảm bảo đợc khả năng cắt mạng nhng cha chắc đảm bảo điều kiện an toàn điện giật. 17 - Khi chạm vào pha A: nnoAnoB III < < , tức là khi chạm vào pha A, hiệu quả bù tốt nhất là chỉ bù thành phần điện dung của dòng rò pha A và C, không bù pha B. - Khi chạm vào pha B: nnoBnoC III < < , tức là khi chạm vào pha B, hiệu quả bù tốt nhất là chỉ bù thành phần điện dung của dòng rò pha A và B, không bù pha C. - Khi chạm vào pha C: nnoCnoA III < < , tức là khi chạm vào pha C, hiệu quả bù tốt nhất là chỉ bù thành phần điện dung của dòng rò pha B và C, không bù pha A. Để kiểm tra những kết quả nhận đợc từ lý thuyết, tác giả đã tiến hành thí nghiệm trên mô hình bằng phần mềm Electronics Workbench [7], [37]. Mô hình thí nghiệm đợc thực hiện với thông số cách điện của mạng: HLkRphaFCphakr n 41,49;1;/2,0;/10 = = = = . Kết quả thí nghiệm đợc ghi trong các bảng 4.2, 4.3 và 4.4. Bảng 4.2. Trị số dòng rò khi con ngời chạm vào pha A Điện áp pha so với đất, V Trạng thái bù Dòng rò qua ngời I n , mA U A U B U C Không bù 59,82 59,82 321,6 349,6 Bù hoàn toàn 51,17 51,17 337, 338,1 Không bù pha A 51,10 51,10 338,8 336,9 Không bù pha B 45,18 45,18 336,9 352,8 Không bù pha A và B 45,01 45,01 337,5 351,1 Có thể thấy rằng kết quả thí nghiệm nhận đợc hoàn toàn trùng với những kết quả đã chứng minh từ phần lý thuyết. Những kết luận đã có đợc ở trờng hợp mạng đối xứng cũng đợc chứng minh là đúng cho trờng hợp mạng có thông số cách điện không đối xứng. 4.2.2. Bù không đối xứng bằng một cuộn bù [...]... hình có kể đến tính chất điện dung của trở kháng ngời Mô hình mạch tính dòng qua ngời nh hình 3.11 điện dung của dòng điện rò trong các mạng điện un L/bac / Rbac hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh L/t Rt/ u ng i3 u2 i2 R // Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc kiểm tra tự động điện trở cách Rn iRn i1 u1 4.1 Nguyên lý bù thành phần điện dung của dòng rò điện của mạng bằng rơle rò có thể đảm bảo cắt mạng. .. dựng Mô hình Simulink Matlab tính dòng điện rò qua Hình 3.17 ảnh hởng chế độ mang tải của mạng đến dòng rò Hình 3.18 Thời gian quá trình quá độ của dòng rò qua ngời Hình 3.20 ảnh hởng điện trở cách điện mạng đến dòng rò Hình 3.22 ảnh hởng của điện dung mạng đến dòng điện rò ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ Trờng hợp coi trở kháng ngời là thuần trở, từ mô hình toán (3.9) lập đợc mô hình Simulink... các trờng hợp con ngời chạm vào pha B và C Từ kết quả nghiên cứu rút ra đợc những kết luận sau đây: - Nếu thông số cách điện của mạng thoả mãn C < 3g (mạng có điện dung nhỏ, điện trở cách điện thấp), trị số hiệu dụng của dòng qua ngời tuân theo qui luật sau đây: Chơng 3 Nghiên cứu Xây dựng Mô hình mạng điện hạ áp mỏ hầm lò trên phơng diện an ton điện giật 3.1 Mục đích xây dựng mô hình 3 2 Mô hình mạch... điện trở cắt qui định hiện tại mà vẫn đảm bảo điều kiện an toàn điện giật 4 Trong điều kiện thông số cách điện mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh, thời gian quá trình quá độ của dòng điện rò không vợt quá 3 ms Vì vậy, nếu thiết bị kiểm tra cách điện và bảo vệ cắt có thời gian trễ lớn hơn 3 ms thì dòng quá trình quá độ không ảnh hởng đến chế độ làm việc của thiết bị Chơng 4 nghiên cứu Xác định hình thức. .. hình 3 2 Mô hình mạch và mô hình toán xác định dòng qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ 3.2.1 Các mô hình đã có để giải bài toán tìm dòng điện qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ Trong [34], [54] đã nghiên cứu quá trình phát sinh khi con ngời chạm vào một pha của mạng điện mỏ với các giả thiết: Nguồn có công suất vô cùng lớn; bỏ qua trở kháng của máy biến áp và của lới; coi tại một... ngời chạm vào pha A của mạng điện mỏ hình 3.3 thành phần điện dung dòng qua ngời vẫn lớn hơn dòng an toàn khoảnh khắc Điều này sẽ rất nguy hiểm nếu con ngời chẳng may chạm vào một pha của mạng điện Mặt khác, việc bù tự động dẫn đến thiết bị bù rất phức tạp và có thể gây ra quá điện áp do cộng hởng làm chọc thủng cách điện của thiết bị điện 4.2 Phơng pháp bù thành phần điện dung của dòng điện rò trong... C n iCn iC R/ cách điện nhng cha chắc đảm bảo đợc điều kiện an toàn điện giật nếu không giải quyết vấn đề bù thành phần điện dung của dòng rò Phơng pháp bù truyền thống là bù đối xứng Tuy nhiên, với mạng điện có điện trở cách điện thấp thì ngay cả khi bù hoàn toàn Hình 3.11 Mô hình tính dòng rò khi coi trở kháng ngời có tính chất điện dung C/ 12 13 Từ sơ đồ hình 3-11 lập đợc mô hình toán mô tả quá...16 9 2 Trờng hợp chỉ bù pha A và C (giả thiết bù hoàn toàn), không bù pha B Trờng hợp này trị hiệu dụng của dòng qua ngời: I noB = U f g n 9 g 2 + 3(C ) 2 3 3gC (4.15) 4 Với chế độ bù tĩnh và điện trở cắt là 10,5 k / pha , điều kiện cách điện thấp của nhiều mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh không thể sử dụng rơle rò Việc giảm điện trở cắt của rơle rò thấp hơn giá trị trên... trờng hợp không bù pha Hình 3.7 Mô hình tính dòng rò khi coi trở kháng ngời là thuần trở A, dòng qua ngời nhỏ hơn khi bù ba pha cộng hởng 14 Từ kết quả nghiên cứu ở chơng 3 rút ra những nhận xét sau: 1 Mô hình tính dòng điện rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ có kể đến trở kháng của tải có tính chất tổng quát và phản ánh chính xác hơn các hiện tợng vật lý xảy ra trong mạng điện mỏ 2... bằng ba cuộn bù N Hình 3.3 Sơ đồ tơng đơng tính dòng rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ áp dụng phơng pháp nguồn tơng đơng tính đợc dòng điện rò qua ngời : & I ro = ( Z cd Z ba c + Z cd Z t + Z ba c Z t )( Z cd + 3Rro ) + 2 Z cd Z ba c Z t (3.4) Biểu thức (3.4) cho phép tính đợc trị số của dòng điện qua ngời trong trờng hợp tổng quát có kể đến trở kháng của biến áp, của cáp và trở kháng . hình rơle bảo vệ rò điện phù hợp với mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu tác giả đề nghị một mô hình bảo vệ rò phù hợp với các mạng điện hạ áp vùng Quảng Ninh. rò điện phù hợp với mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 5.1. Đặt vấn đề Việc xác định hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh bao gồm hai nội. các rơle bảo vệ rò điện phù hợp với các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 8. Các luận điểm bảo vệ 8.1. Mô hình tính dòng điện rò qua ngời khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ có kể