Bộ Giáo dục Đào tạo Trờng Đại học Mỏ - Địa chất -* - Kim Ngọc Linh Nghiên cứu hình thức bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2006 Bộ Giáo dục Đào tạo Trờng Đại học Mỏ - Địa chất * Kim Ngäc 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 Mà số: 2.04.12 Ln ¸n tiÕn sÜ kü tht Ng−êi h−íng dÉn khoa học: PGS TS Nguyễn Anh Nghĩa TS Đào Đắc Tuyên Hà Nội 2006 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực cha đợc công bố công trình khác Tác giả luận án Kim Ngọc Linh Lời cảm ơn Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Nghĩa, Phó Giáo s Tiến sĩ Chủ nhiệm Bộ môn Điện khí hoá, Thầy Đào Đắc Tuyên, Tiến sĩ Chủ nhiệm Bộ môn Kỹ thuật điện-Điện tử, Khoa Mỏ Trờng Đại học MỏĐịa chất đ hớng dẫn tận tình bảo suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy Trần Bá Đề, Tiến sĩ - nguyên Chủ nhiệm Bộ môn Cơ điện mỏ, ngời đ góp nhiều ý kiến có tính chất định hớng nghiên cứu cho tác giả Cảm ơn Thạc sĩ Nguyễn Thạc Khánh đ giúp đỡ trình hoàn thành luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô giáo Bộ môn Kỹ thuật điện-Điện tử, Bộ môn Điện khí hoá, Bộ môn Tự động hoá, Giáo s, Phó Giáo s, Tiến sĩ đồng nghiệp Khoa Mỏ, cảm ơn Phòng chức Trờng Đại học Mỏ-Địa chất, cảm ơn Cơ quan Cơ sở sản xuất, đ quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi đóng góp nhiều ý kiến xác đáng cho nội dung luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Gia đình bè bạn, đ động viên, giúp đỡ vật chất tinh thần để tác giả có điều kiện học tập nghiên cứu Do nhiều hạn chế mặt nên chắn luận án nhiều thiết sót Tác giả xin chân thành mong muốn nhận đợc đóng góp quí báu nội dung hình thức luận án Mọi ý kiến xin gửi : Bộ môn Kỹ thuật điện-Điện tử, Trờng đại học Mỏ-Địa chất, Từ Liêm, Hà Nội, ĐT: 04.8384972 Tác giả luận án a Mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Môc lôc Danh mục hình vẽ ®å thÞ Danh mục bảng Mở đầu Ch−¬ng Nghiên cứu tổng quan trạng thái cách điện bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 1.1 Nghiên cứu tổng quan trạng thái cách điện mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 1.2 Nghiên cứu tổng quan bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò 1.3 Mục tiêu phơng pháp nghiên cứu Chơng Đánh giá tổng quan điều kiện an toàn mạng thiết bị bảo vệ rò hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1 Đánh giá điều kiện an toàn điện giật mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1.1 Điều kiện môi trờng đặc điểm vận hành thiết bị điện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1.2 Tổ chức cung cấp điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh 2.1.3 Xác định thông số cách điện mạng so với đất theo công thức thùc nghiÖm 2.1.4 Xác định trị số dòng rò qua ngời chạm vào pha mạng điện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 2.2 Đánh giá điều kiện an toàn thiết bị bảo vệ rò mạng điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 2.2.1 Thiết bị bảo vệ rò thông dụng mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh 2.2.1.1 Rơle rò mạng 380V, 660V 2.2.1.2 Rơle rò mạng 127 V 2.2.2 Đánh giá rơle rò sử dụng mạng điện hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh Chơng Nghiên cứu xây dựng mô hình mạng điện hạ áp mỏ hầm lò phơng diện an toàn điện giật 3.1 Mục đích xây dựng mô hình a d g 01 07 07 12 16 20 20 20 21 25 29 32 32 33 40 44 48 48 b 3.2 Mô hình mạch mô hình toán xác định dòng qua ngời chạm vào pha mạng điện mỏ 3.2.1 Các mô hình đ có để giải toán tìm dòng điện qua ngời chạm vào pha mạng điện mỏ 3.2.2 Xây dựng mô hình tính dòng rò qua ngời chạm phải pha mạng điện mỏ có kể tới ảnh hởng trở kháng tải 3.2.3 Mô hình có kể đến tính chất điện dung trở kháng ngời 3.3 Xây dựng Mô hình Simulink Matlab tính dòng điện rò qua ngời chạm vào pha mạng điện mỏ Chơng Nghiên cứu xác định hình thức bù hợp lý thành phần điện dung dòng điện rò mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh 4.1 Nguyên lý bù thành phần điện dung dòng rò 4.1.1 ảnh hởng điện dung mạng đến ®iỊu kiƯn an toµn ®iƯn giËt 4.1.2 Nguyªn lý bù thành phần điện dung dòng điện rò 4.2 Phơng pháp bù thành phần điện dung dòng điện rò mạng điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh 4.2.1 Bù không đối xứng ba cuộn bù 4.2.2 Bù không đối xứng cuén bï 4.3 Nghiªn cøu ảnh hởng bù không hoàn toàn đến trị số dòng điện rò 4.3.1 Trờng hợp bù không đối xøng b»ng ba cn bï 4.3.2 Tr−êng hỵp bù không đối xứng cuộn bù 4.4 Khảo sát ảnh hởng tụ điện C0 đến hiệu bù Chơng Nghiên cứu xác định mô hình rơle bảo vệ rò điện phù hợp với mạng hạ áp hầm lò vùng Quảng Ninh 5.1 Đặt vấn đề 5.2 Nhiệm vụ yêu cầu thiết bị kiểm tra liên tục điện trở cách điện mạng ba pha trung tính cách ly 5.3 Các phơng pháp kiểm tra liên tục điện trở cách điện mạng ba pha trung tÝnh c¸ch ly 5.3.1 Các sơ đồ làm việc với dòng điện áp thứ tự không 5.3.2 Các sơ đồ làm việc với dòng điện chỉnh lu từ mạng kiểm tra 5.3.3 Các sơ đồ làm việc với nguồn công tác chiều độc lập 5.3.4 Các sơ đồ làm việc với dòng điện công tác xoay chiều khác tần số công nghiệp 5.3.5 Các sơ đồ hỗn hỵp 49 49 51 61 63 73 73 73 74 79 81 95 101 101 104 106 109 109 109 110 111 113 114 115 117 c 5.4 Xây dựng sơ đồ kiểm tra cách điện phù hợp với mạng hạ áp hầm lò Quảng Ninh 5.5 Xây dựng sơ đồ xác định pha chạm đất điều khiển thiết bị bù tự ®éng theo pha 5.5.1 Điện áp pha điện áp thứ tự không rò pha 5.5.2 Các nguyên lý xây dựng thiết bị phát pha chạm đất mạng ba pha trung tính cách ly 5.5.3 Xây dựng sơ ®å ®iỊu khiĨn thiÕt bÞ bï tù ®éng theo pha 5.6 Xây dựng sơ đồ rơle bảo vệ rò điện phù hợp với mạng hạ áp hầm lò Qu¶ng Ninh 5.7 Xác định phạm vi áp dụng điện trở cắt tới hạn sử dụng rơle bảo vệ rò có bù điện dung không đối xứng Kết luận kiến nghị Các công trình đà công bố liên quan đến đề tài luận án Tài liệu tham kh¶o Phơ lơc 120 122 122 124 129 133 136 139 141 142 146 d Danh mục hình vẽ đồ thị Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 H×nh 2.4 H×nh 2.5 H×nh 2.6 H×nh 2.7 H×nh 2.8 H×nh 2.9 H×nh 2.10 H×nh 2.11 H×nh 2.12 H×nh 2.13 H×nh 2.14 H×nh 3.1 H×nh 3.2 H×nh 3.3 H×nh 3.4 H×nh 3.5 H×nh 3.6 H×nh 3.7 H×nh 3.8 H×nh 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý rơle rò -380 Sơ đồ nguyên lý mạch bù điện dung rơle rò Sơ đồ nguyên lý rơle rò JL-82 Sơ đồ nguyên lý rơle rò JY-82 Sơ đồ nguyên lý rơle rò JY-82B Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ rò 660/380 Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ rò -T ABB-400/250 Sơ đồ nguyên lý mạch kiểm tra cách điện 380 Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ rò KSGZ 2,5 Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ rò OZTU (K7) Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ rò OZTU (K8) Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ rò biến áp khoan BZ-80 Mạch kiểm tra cách điện biến áp khoan BZZ-2,5/4 Mạch bảo vệ rò thiết bị khoan BZZ - 2.5/4 Mô hình đơn giản tính dòng rò qua ngời Mô hình đơn giản tính dòng rò có kể đến trở kháng biến áp cáp Sơ đồ tơng đơng tính dòng rò qua ngời chạm vào pha mạng điện mỏ Sơ đồ nguồn tơng đơng tính dòng rò qua ngời Sơ đồ tính trở kháng nguồn tơng đơng Mô hình tổng quát tính dòng rò qua ngời Mô hình tính dòng rò qua ngời coi trở kháng ngời trở Mô hình gần tính dòng rò qua ngời Mô hình gần tính dòng rò qua ngời coi trở kháng ngời trở Mô hình thay thông số điện ngời Mô hình tính dòng điện rò coi trở kháng ngời có tính chÊt ®iƯn dung Trang 33 Trang 35 Trang 35 Trang 36 Trang 37 Trang 38 Trang 39 Trang 40 Trang 41 Trang 42 Trang 42 Trang 43 Trang 44 Trang 44 Trang 50 Trang 51 Trang 52 Trang 52 Trang 53 Trang 57 Trang 57 Trang 58 Trang 59 Trang 62 Trang 62 e H×nh 3.12 H×nh 3.13 H×nh 3.14 H×nh 3.15 H×nh 3.16 H×nh 3.17 H×nh 3.18 H×nh 3.19 H×nh 3.20 H×nh 3.21 H×nh 3.22 H×nh 4.1 H×nh 4.2 H×nh 4.3 H×nh 4.4 H×nh 4.5 H×nh 4.6 H×nh 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Mô hình Simulink Matlab tính dòng điện rò qua Trang 64 ngời coi trở kháng ngời trở Môđun tính thông số máy biến áp, cáp Trang 65 động Môđun tính điện áp nguồn tơng đơng ung Trang 65 Mô hình Simulink Matlab tính dòng điện rò qua ng−êi coi trë kh¸ng ng−êi cã tÝnh chÊt điện Trang 66 dung Mô hình Simulink Matlab khảo sát ảnh hởng Trang 66 trở kháng tải đến dòng điện rò qua ngời Dòng trình độ qua ngời ứng với chế độ Trang 67 mang tải khác Thời gian trình độ dòng điện rò ứng Trang 68 với trờng hợp r = 4,33k / pha; C = 0,34àF / pha Mô hình Simulink Matlab khảo sát ảnh hởng Trang 69 điện trở cách điện mạng đến dòng rò qua ngời ảnh hởng điện trở cách điện mạng đến Trang 69 dòng trình độ qua ngời Mô hình Simulink Matlab khảo sát ảnh hởng Trang 70 điện dung mạng đến dòng rò qua ngời ảnh hởng điện dung mạng đến dòng Trang 70 trình độ qua ngời Quan hệ dòng điện rò qua ngời điện trở cách điện mạng với trị số điện dung Trang 73 khác Nguyên lý bù thành phần điện dung dòng Trang 74 điện rò Bù thành phần điện dung dòng rò nhiều Trang 77 cuộn bù phụ Bù thành phần điện dung dòng rò Trang 78 cuộn bù Sơ đồ tơng đơng tính dòng rò qua ngời chạm vào pha mạng ba pha trung tính Trang 79 cách ly Sơ đồ nguyên lý bù không đối xứng ba cuộn Trang 81 bù Sơ đồ bù không đối xứng cuộn bù Trang 95 Sơ đồ tơng đơng bù đối xứng Trang 95 Sơ đồ tơng đơng bù không đối xứng Trang 97 Mô hình Simulink Malatb tính dòng điện rò theo Trang 102 chế độ bù 137 trở cách điện thấp Với mục đích xác định phạm vi áp dụng hiệu rơle rò sử dụng phơng pháp bù không đối xứng đ tiến hành thí nghiệm phần mềm Electronics Workbench Kết thí nghiệm cho bảng 5.1 Bảng 5.1 Dòng rò qua ngời bù đối xứng (BĐX) bù không đối xứng (BKĐX), mA C µF/pha r, kΩ/pha 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 10 12 15 18 20 0,3 0,4 0,5 0,6 0,75 1,0 B§X BK§X B§X BK§X B§X BK§X B§X BK§X B§X BK§X B§X BK§X 132 110 94 73 60 51 44 37 31 29 120 94 76 53 38 27 20 12 8,0 6,9 132 110 94 73 60 51 44 37 31 29 114 88 69 44 28 17 10 5,0 8,4 11.2 132 110 94 73 60 51 44 37 31 29 108 80 60 34 17 5,3 3,4 13 19 23 132 110 94 73 60 51 44 37 31 29 101 72 51 23 7,0 9,5 18 27 34 37 132 110 94 73 60 51 44 37 31 29 89 58 36 18 26 36 44 54 60 64 132 110 94 73 60 51 44 37 31 29 69 49 49 67 82 92 100 108 114 118 Từ kết bảng 5.1, xây dựng đợc đồ thị mô tả quan hệ dòng điện rò qua ngời điện trở cách điện mạng bù không đối xứng với giá trị điện dung khác (hình 5.19) Hình 5.19 Dòng điện rò qua ngời bù không đối xứng 138 Dựa kết nhận đợc, rút nhận xét nh sau: Phạm vi áp dụng hiệu rơle rò có bù điện dung không đối xứng mạng hạ áp mỏ có điện dung so với đất từ (0,4ữ0,6)àF/pha, điện trở cách điện từ (8ữ16)k/pha Khi vận hành vùng này, đảm bảo dòng rò qua ngời chạm vào pha mạng điện mỏ nhỏ dòng an toàn lâu dài Iald=30 mA Khi xét đến điều kiện an toàn điện giật, với dòng an toàn khoảnh khắc Iakk =60 mA, đề nghị điện trở cắt tới hạn rơle rò nh sau: - Nếu điện dung so với đất mạng C0,5 àF/pha, cho phép mạng vận hành đến điện trở cắt tới hạn k/pha - Nếu điện dung so với đất mạng 0,5