Trang chủ Diễn đàn Nghiên cứu xác định các thông số cách điện so với đất của mạng hạ áp 660v mỏ than hầm lò Quảng Ninh

Nghiên cứu xác định các thông số cách điện so với đất của mạng hạ áp 660v mỏ than hầm lò Quảng Ninh

ThS. Ngô Thanh Tuấn, TS. Nguyễn Hanh Tiến Trường Đại học Mỏ - Địa chất
KS. Nguyễn Đình Hiếu Viện công nghệ - Tổng cục công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng

Tóm tắt:
Nội dung của bài báo này trình bày tóm tắt các kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số cách điện mạng hạ áp 660V mỏ than hầm lò vùng Đông Triều - Uông Bí, vùng Hòn Gai, vùng Cẩm Phả - Mông Dương và cả Quảng Ninh nói chung.

1. Đặt vấn đề:
Việc nâng cấp điện áp từ 380V lên 660V đối với các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò  vùng Quảng Ninh sẽ kéo theo những nguy cơ càng tăng về điện giật và nổ mỏ do dòng điện rò gây ra khi vận hành chúng trong điều kiện môi trường mỏ khắc nghiệt, thiết bị làm việc đã qua nhiều năm sử dụng,... Để nghiên cứu xác định điều kiện đảm bảo an toàn điện giật và phòng chống cháy nổ khi vận hành mạng hạ áp mỏ 660V, trước hết cần phải nghiên cứu xác định được các thông số cách điện của các mạng điện này.
Chính vì vậy, nghiên cứu xác định các thông số cách điện so với đất của mạng hạ áp 660V mỏ than hầm lò vùng Đông Triều - Uông Bí, vùng Hòn Gai, vùng Cẩm Phả - Mông Dương và cả Quảng Ninh nói chung là rất cấp thiết.
2. Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu bằng phương pháp đo thực nghiệm, sử dụng công cụ tính hiện đại - phần mềm Microsoft Excel tính toán theo phương pháp xác suất thống kê.

Hình 1. Sơ đồ đo theo nguyên tắc của phương pháp MGI

3. Các nội dung nghiên cứu

a) Đo, thu thấp số liệu thực nghiệm:
Có nhiều phương pháp đo khác nhau [2], qua phân tích so sánh ưu nhược điểm của chúng chọn phương pháp đo thông số cách điện mạng hạ áp do GS.TSKH L.V. Gladilin đề xuất (còn gọi là phương pháp MGI) được cho trên hình 1.
Khi cho 1 pha ngắn mạch xuống đất (ví dụ pha A), thì dòng ngắn mạch của pha này được xác định theo công thức:

(1)

Điện áp pha A (khi không bị ngắn mạch) so với đất được xác định:

(2)

Chia (1) cho (2), nhận được tổng dẫn cách điện của mạng so với đất, ở dạng số phức:

(3)

và dưới dạng hiệu dụng:

(4)

Để xác định Gcđ, Bcđ, khi đo cần đưa thêm vào sơ đồ điện dẫn tác dụng phụ gp (nếu dung dẫn cách điện trong mạng nổi trội) hoặc điện dẫn phản kháng phụ bphụ (nếu điện dẫn tác dụng cách điện trong mạng nổi trội) và đo điện áp phụ Uphụ của pha so với đất.
Khi đưa vào mạch đo điện dẫn phụ hay dung dẫn phụ thì tổng dẫn cách điện của mạng điện được xác định theo các công thức sau:
• Khi đưa vào mạch đo điện dẫn phụ gphu:

(5)

• Khi đưa vào mạch đo dung dẫn phụ bphu:

(6)

Các thành phần cần tìm của tổng dẫn cách điện toàn phần được xác định theo các biểu thức sau:
• Khi đưa vào mạch đo điện dẫn phụ gphụ:

(7)

• Khi đưa vào mạch đo dung dẫn phụ bphu:

(8)

• Vậy, tại lần đo thứ i sẽ cho tương ứng các giá trị:

(9)

I(f-0).i, U(f-0).i, Uphu.i (Uphu.i là giá trị đo được khi đưa vào mạch đo dung dẫn phụ bphu). Với các giá trị này, tính được:
b) Xây dựng hàm phân bố tần suất các thông số cách điện của mạng hạ áp và xác định khoảng giá trị ổn định của các thông số cách điện này.
Ứng dụng hàm Frequency trong Excel, tính toán được số lần xuất hiện của các thông số cần nghiên cứu với khoảng chia cho trước. Từ đó xác định được tần suất của đại lượng đó bằng cách lấy số lần xuất hiện chia cho tổng số phép đo. Từ đó, xây dựng được đồ thị phân bố tần suất của các thông số cách điện của mạng hạ áp nhờ tính năng Histogram trong Analysis ToolPak của Excel.

Hình 2. Đồ thị phân bố tần suất của các thông số cách điện:
1 - Hàm phân bố P(Rcđ); 2 - Hàm phân bố P(Zcđ);       
3 - Hàm phân bố P(Xcđ)

4. Kết quả nghiên cứu
a) Đối với vùng Đông Triều - Uông Bí
Đồ thị phân bố tần suất các thông số cách điện P(Rcđ), P(Zcđ), P(Xcđ) của các mạng hạ áp 660V mỏ than hầm lò khu vực Đông Triều - Uông Bí cho trên hình 2.
Từ hình 2 cho thấy, phân bố của điện trở cách điện là đối xứng, một đỉnh; còn phân bố của tổng trở cách điện và dung kháng cách điện là không đối xứng. Mức độ ổn định của điện trở cách điện nằm trong khoảng (2,2÷2,6)kΩ với tần suất P(Rcđ)>0,3; của tổng trở cách điện trong khoảng (3,5÷6,6)kΩ với tần suất P(Zcđ) > 0,3 và của dung kháng cách điện trong khoảng (2,5÷5,5)kΩ với tần suất P(Xcđ) > 0,3.
Đồ thị phân bố tần xuất P(Gcđ), P(Ycđ), P(Bcđ) cho trên hình 3. Đồ thị của các hàm phân bố thường là không đối xứng, một đỉnh. Mức độ xuất hiện ổn định của điện dẫn cách điện nằm trong khoảng (0,4÷0,48)mS với tần suất P(Gcđ) > 0,3; của tổng dẫn cách điện trong khoảng (0,47÷0,55)mS với tần suất P(Ycđ) > 0,3; của dung dẫn cách điện trong khoảng (0,23÷0,35)mS với tần suất P(Bcđ) > 0,25.

Hình 3. Đồ thị phân bố tần suất của Gcđ, Ycđ, Bcđ:
1- Hàm phân bố P(Gcđ); 2- Hàm phân bố P(Ycđ);
3- Hàm phân bố P(Bcđ)
Hình 4. Đồ thị phân bố tần suất điện dung cách điện Ccđ.

Đồ thị phân bố tần suất của điện dung cách điện so với đất Ccđ cho trên hình 4. Qua đồ thị nhận thấy rằng phân bố P(Ccđ) là không đối xứng, có hai đỉnh với độ dốc như nhau. Mức độ ổn định của điện dung cách điện nằm trong khoảng (0,7÷1,2)μF với tần suất P(Ccđ) > 0,3.

Bảng 1. Khoảng giá trị ổn định các thông số cách điện của mạng 660V mỏ hầm lò.

b) Đối với vùng Hòn Gai

Hình 5. Đồ thị phân bố tần suất của các thông số cách điện:
1-  Hàm phân bố P(Rcđ); 2- Hàm phân bố P(Zcđ);
3- Hàm phân bố P(Xcđ)
Hình 6. Đồ thị phân bố tần suất của Gcđ, Ycđ, Bcđ:
1- Hàm phân bố P(Gcđ); 2- Hàm phân bố P(Ycđ);
3- Hàm phân bố P(Bcđ)

Đồ thị phân bố tần suất các thông số cách điện P(Rcđ), P(Zcđ), P(Xcđ) của các mạng hạ áp 660V mỏ than hầm lò khu vực Hòn Gai cho trên hình 5; đồ thị phân bố tần xuất P(Gcđ), P(Ycđ), P(Bcđ) cho trên hình 6; còn đồ thị phân bố tần suất P(Ccđ) cho trên hình 7.
Dựa vào đồ thị phân bố tần suất trên hình 5, 6, 7, xác định được khoảng giá trị ổn định của các thông số cách điện của mạng hạ áp cho trong bảng 2.

Bảng 2. Khoảng giá trị ổn định các thông số cách điện của mạng 660V mỏ hầm lò.

c) Đối với vùng Cẩm Phả - Mông Dương

Hình 7. Đồ thị phân bố tần suất điện dung cách điện Ccđ. Hình 8. Đồ thị phân bố tần suất của các thông số cách điện:
1- Hàm phân bố P(Rcđ);2- Hàm phân bố P(Xcđ);
3- Hàm phân bố P(Zcđ)

Đồ thị phân bố tần suất các thông số cách điện P(Rcđ), P(Zcđ), P(Xcđ) của các mạng hạ áp 660V mỏ than hầm lò khu vực Cẩm Phả - Mông Dương cho trên hình 8.
Từ hình 8 cho thấy, phân bố của điện trở cách điện, tổng trở cách điện và dung kháng cách điện là phân bố không đối xứng một đỉnh. Với tần suất lớn hơn 0,3 mức độ ổn định của điện trở cách điện nằm trong khoảng (1,8÷2,6)kΩ, của tổng trở cách điện trong khoảng (3,4÷4,1)kΩ và của dung kháng cách điện trong khoảng (2,6÷4,2)kΩ.
Đồ thị phân bố tần xuất P(Gcđ), P(Ycđ), P(Bcđ) cho trên hình 9. Đồ thị của các hàm phân bố đều là đối xứng, một đỉnh. Với tần suất lớn hơn 0,3, mức độ ổn định của điện dẫn cách điện nằm trong khoảng (0,48÷0,65)mS, của tổng dẫn cách điện trong khoảng (0,55÷0,75)mS và của dung dẫn cách điện trong khoảng (0,3÷0,44)mS
Trên hình 10 là đồ thị phân bố tần suất của điện dung cách điện so với đất Ccđ và tang của góc tổn hao điện môi tgδ. Đồ thị cho thấy rằng phân bố P(Ccđ) là phân bố không đối xứng. Với tần suất lớn hơn 0,3, mức độ ổn định của điện dung cách điện nằm trong khoảng (0,95÷1,35)μF.

Hình 9. Đồ thị phân bố tần suất của Gcđ, Ycđ, Bcđ:
1- Hàm P(Bcđ); 2- Hàm P(Gcđ); 3- Hàm P(Ycđ)
Hình 10. Đồ thị phân bố tần suất điện dung cách điện Ccđ và tg:
1- Hàm phân bố P(tg); 2- Hàm phân bố P(Ccđ)

d) Đối với cả vùng Quảng Ninh nói chung
Trên hình 11, thấy rằng phân bố của điện trở cách điện tại các khu vực Đông Triều - Uông Bí, Hòn Gai, Cẩm Phả - Mông Dương hay của vùng Quảng Ninh nói chung là phân bố chuẩn, đối xứng một đỉnh. Tại mỗi một khu vực, mức độ ổn định của điện trở cách điện không khác nhau nhiều, với vùng Quảng Ninh nói chung, điện trở cách điện nằm trong khoảng (1÷4)kΩ, nhưng mức độ ổn định nằm trong khoảng (2÷2,8)kΩ với tần suất P(Rcđ)>0,3.
Tương tự, xây dựng được đồ thị phân bố tần suất của tổng trở cách điện Zcđ của các mạng hạ áp 660V mỏ than hầm lò ở các khu vực vùng Quảng Ninh.

Hình 11. Đồ thị phân bố tần suất của P(Rcđ) mạng hạ áp 660V mỏ hầm lò Quảng Ninh: Hình 12. Đồ thị phân bố tần suất của P(Zcđ) mạng hạ áp 660V mỏ hầm lò Quảng Ninh:
1- Đông Triều_Uông Bí; 2- Hòn Gai; 3- Cẩm Phả_Mông Dương;
4- Quảng Ninh.

Trên hình 12, thấy rằng phân bố của tổng trở cách điện tại các khu vực Đông Triều - Uông Bí, Hòn Gai, Cẩm Phả - Mông Dương có hình dáng khác nhau. Nhìn chung dạng phân bố là một đỉnh và không đối xứng. Có thể lý giải sự khác nhau về phân bố của chúng là do ảnh hưởng của môi trường làm việc ở các khu vực khác nhau, độ dài mạng cáp, cũng như mức độ sử dụng kỹ thuật của thiết bị điện khác nhau,... Tại mỗi một khu vực, mức độ ổn định của tổng trở cách điện không khác nhau nhiều, với vùng Quảng Ninh nói chung, tổng trở cách điện nằm trong khoảng (1,5÷15,5)kΩ, giá trị tổng trở cách điện ổn định nằm trong khoảng (3÷7)kΩ với tần suất P(Zcđ)>0,3.

Hình 13. Đồ thị phân bố tần suất P(Xcđ) mạng hạ áp 660V mỏ hầm lò Quảng Ninh:
1- Đông Triều_Uông Bí; 2- Hòn Gai; 3- Cẩm Phả_Mông Dương;
4- Quảng Ninh.
Hình 14. Đồ thị phân bố tần suất của Gcđ mạng hạ áp 660V mỏ hầm lò Quảng Ninh:
1- Đông Triều_Uông Bí; 2- Hòn Gai; 3- Cẩm Phả_Mông Dương;
4- Quảng Ninh
Hình 15. Đồ thị phân bố tần suất của Ccđ mạng hạ áp 660V mỏ hầm lò Quảng Ninh:
1- Đông Triều_Uông Bí; 2- Hòn Gai; 3- Cẩm Phả_Mông Dương;
4- Quảng Ninh.

Tương tự như phân bố P(Zcđ), dạng phân bố của dung kháng cách điện ở các khu vực khác nhau cũng tương đối khác nhau (hình 13). Ở Quảng Ninh nói chung, dung kháng cách điện nằm trong khoảng (1÷15)kΩ, giá trị dung kháng cách điện ổn định nằm trong khoảng (2,5÷6,1)kΩ với tần suất P(Xcđ)>0,3.

Tương tự như phân bố P(Rcđ), dạng phân bố của điện dẫn cách điện ở các khu vực khác nhau cũng tương đối khác nhau (hình 14). Mức độ ổn định của điện dẫn cách điện nằm trong khoảng (0,42÷0,62)mS với tần suất phân bố P(Gcđ)>0,3.
Trên hình 15 là đồ thị phân bố P(Ccđ) của các khu vực ở Quảng Ninh. Đồ thị của các hàm phân bố đều là không đối xứng. Điện dung cách điện so với đất nằm trong khoảng (0,1÷2,9)μF, giá trị điện dung cách điện ổn định nằm trong khoảng (0,8÷1,45)μF với tần suất phân bố P(Ccđ) >0,3.
5. Kết luận:
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong bảng 1, 2, 3, và 4 có thể xác định được giá trị dòng điện rò khi người chạm phải một pha của mạng hạ áp 660V mỏ hầm lò của vùng Đông Triều - Uông Bí, vùng Hòn Gai, vùng Cẩm Phả - Mông Dương và cả Quảng Ninh nói chung, tức là xác định được mức độ nguy hiểm điện giật đối với con người khi vận hành mạng hạ áp này; và cũng từ kết quả này, cho phép xác định được nấc bù hợp lý của rơ le rò.

Bảng 3. Khoảng giá trị ổn định các thông số cách điện của mạng 660V mỏ hầm lò.
Bảng 4. Khoảng giá trị ổn định các thông số cách điện của mạng 660V mỏ hầm lò.

Môi trường làm việc của thiết bị điện mỏ hầm lò Quảng Ninh khắc nghiệt, chứa chiều bụi, nước, hơi ẩm, thiết bị điện sử dụng đã nhiều năm,... có ảnh hưởng lớn đến trạng thái cách điện của mạng hạ áp mỏ.
Các mạng điện hạ áp khu vực có tổng chiều dài nối mạng nằm trong khoảng (0,85÷2,97)km. Phần đa số các mạng điện thường ngắn, điện dung cách điện của mạng so với đất không lớn.
Các mạng điện hạ áp khu vực có điện trở cách điện còn thấp, vì vậy cần thiết sử dụng các biện pháp sau đây để nâng cao điện trở cách điện: giảm số lượng thiết bị đấu vào mạng, thay thế các đoạn cáp quá cũ bằng cáp mới, chặt bỏ đoạn cáp ở phần đầu nối (với chiều dài tùy thuộc vào thời gian đưa vào sử dụng), đấu nối cáp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật,…
Tài liệu tham khảo:
[1]    Nguyễn Anh Nghĩa (1997), An toàn điện mỏ, Bài giảng cho học viên cao học ngành Hệ thống điện, Cung cấp điện và Điện khí hóa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội.
[2]    Glađilin L.V, Sutski V.I, Bashezev Iu.G, Trebotraev N.I (1977), An toàn điện trong công nghiệp khai thác mỏ. Mátxcơva, “Nheđra” (nguyên bản tiếng Nga).
[3]    L.Z. Rumshiski (1971), Phương pháp toán học xử lý các số liệu thực nghiệm, Mátxcơva, “Nauka” (nguyên bản tiếng Nga).

Số 111 (12/2009)♦Tự động hóa ngày nay


Tin cũ hơn:

 

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết




 



 

 

Mới cập nhật