Chương 1 HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1. Khái niệm chung Hệ thống cung điện xí nghiệp công nghiệp nói chung và xí nghiệp mỏ nói riêng đảm nhiệm việc cung cấp điện năng một cách tin cậy, kinh tế và với chất lượng điện đảm bảo các thông số kỹ thuật trong phạm vi cho phép. Phụ tải điện bao gồm chủ là các động cơ truyền động điện, các loại các lò điện, các thiết bị điện phân, hàn điện, thiết bị chiếu sáng v.v … Hệ thống cung điện xí nghiệp mỏ là một bộ phận của hệ thống điện khu vực và quốc gia, nằm trong hệ thống năng lượng chung, phát triển trong qui luật của nền kinh tế quốc dân. Hệ thống điện bao gồm ba khâu: - Nguồn điện; - Đường dây truyền tải; - Hộ tiêu thụ điện.
Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử v.) và các trạm phát điện (điêzen, điện gió, điện mặt trời v.) Hộ tiêu thụ điện bao gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện năng trong các lĩnh vực kinh tế và đời sống : Công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ, phục vụ sinh hoạt. Để truyền tải điện từ nguồn phát đến các hộ tiêu thụ người ta sử dụng lưới điện. Lưới điện bao gồm đường dây tải điện và trạm biến áp. 3 Ngày nay do công nghiệp ngày càng phát triển, hệ thống cung cấp điện tại Việt Nam cũng ngày càng phức tạp, bao gồm các cấp điện áp sau: - Siêu cao áp có cấp điện áp : U=500 kV; - Cao áp có cấp điện áp : U=110kV, 220 kV; - Trung áp có cấp điện áp : U= 6kV, 10kV, 22kV, 35kV; - Hạ áp có cấp điện áp : U 1kV.
Căn cứ vào nhiệm vụ, chia ra lưới cung cấp (500kV, 220kV, 110kV), lưới phân phối (35kV, 22kV, 10kV, 6kV, 0. Ngoài ra còn nhiều cách chia khác như căn cứ vào phạm vi cấp điện, chia ra lưới khu vực, lưới địa phương; căn cứ vào số pha, chia ra lưới một pha, hai pha, ba pha; căn cứ vào đội tượng cấp điện, chia ra lưới công nghiệp, lưới nông nghiệp, lưới đô thị v. Một trong các đặc trưng của xí nghiệp mỏ trong giai đoạn hiện tại là mức độ sử dụng quá trình công nghệ ngày càng tăng, các thiết bị điều khiển hiện đại và hầu hết các xí nghiệp mỏ lớn đều được cung cấp trực tiếp điện năng từ hệ thống điện khu vực. Việc cung điện theo phương án này có rất nhiều ưu điểm như các nhà máy điện được xây dựng tập trung với công suất lớn tại các nguồn nguyên liệu nên giảm được giá thành điện năng, đồng thời việc phân phối điện hợp lý giữa các nhà máy sẽ nâng cao được độ tin cậy cung điện và giảm được độ dữ trữ chung của hệ thống.
Như vậy, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp. Việc qui hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp điện xí nghiệp đòi ngày càng lớn và yêu cầu về kinh tế kỹ thuật ngày càng cao. Những vấn đề cần giải quyết khi thiết kế cung cấp điện xí nghiệp như: - Phương án tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án cung cấp điện cho xí nghiệp, phân xưởng; - Phương pháp xác định phụ tải điện xí nghiệp, cấp điện áp và công suất của các 4 trạm biến áp; - Tính toán bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số cos…. Mục tiêu chính của thiết kế hệ thống cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ đủ điện năng với chất lượng điện nằm trong phạm vi cho phép.
Một phương án cung cấp điện điện được xem là hợp lý khi thoả mãn các yêu cầu sau: - Vốn đầu tư nhỏ; - Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tuỳ theo tính chất của hộ tiêu thụ; - Đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị; - Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa; - Đảm bảo chất lượng điện năng chủ yếu là đảm bảo độ lệch và độ dao động điện áp bé nhất và nằm trong phạm vi cho phép so với định mức. Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn nhau nên người thiết kế phải biết cân nhắc và kết hợp hài hoà tuỳ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể. Ngoài ra, khi thiết kế cung cấp điện cũng phải chú ý đến những yêu cầu khác như: khả năng mở rộng phụ tải sau này, rút ngắn thời gian xây dựng v. Phân loại hộ dùng điện Hộ tiêu thụ là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện.
Tuỳ theo yêu cầu mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được phân làm 3 loại sau: 1. Hộ tiêu thụ loại 1 Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế, ảnh hưởng lớn đến chính trị, quốc phòng của quốc gia v. 5 Các hộ dùng điện loại I bao gồm: + Đối với các xí nghiệp công nghiệp: Nhà máy hoá chất, văn phòng chính phủ, phòng mổ bệnh viện, lò luyện thép v.v + Đối với các xí nghiệp mỏ: - Quạt gió chính và các thiết bị phục vụ cho nó; - Các thiết bị thông gió đặt ở giếng gió phụ trong các mỏ có khí nổ loại 3 và siêu hạng, quạt thông gió cục bộ cho các gương lò cụt; - Trạm thoát nước chính và cục bộ; - Trạm ép khí ở các mỏ khai thác vỉa dốc đứng trong trường hợp quạt cục bộ được truyền động bằng khí ép; - Bơm cứu hoả và các thiết bị để hạn chế sự xuất khí nổ từ các vỉa than; - Trục tải trở người và các bị phục vụ cho nó. Các phụ tải loại một kể trên phải được cung cấp từ hai nguồn độc lập và có trang bị hệ thống tự động đóng nguồn dự phòng vào làm việc.
Hộ tiêu thụ loại 2 Là hộ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế như hư hỏng các bộ phận các máy móc thiết bị, gây phế phẩm, sản xuất bị ngừng trị, công nhân phải nghỉ việc. Các hộ dùng điện loại 2 bao gồm: * Đối với các xí nghiệp công nghiệp: Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu. * Đối với xí nghiệp mỏ: 6 - 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 khoáng; - Trong hầm lò các phụ tải loại 2 là tất cả các máy móc thiết bị tham gia vào dây chuyền sản xuất. Đối với các hộ loại 2 cho phép ngừng cung điện trong thời gian đóng nguồn dự phòng vào làm việc bằng tay.
Việc cung cấp cho các phụ tải loại 2 được phép bằng một đường dây trên không, nếu là đường cáp 6 kV thì ít nhất phải có 2 đường. Hộ tiêu thụ loại 3 Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sản xuất của xí nghiệp, phụ tải loại 3 bao gồm: tất cả các máy móc phụ trợ, phân xưởng cơ điện, nhà kho, khu dân cư v.v… Đối với hộ tiêu thụ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian tương đối dài để sửa chữa và khắc phục sự cố, nhưng không quá 1 ngày đêm. Với các phụ tải loại này không cần có nguồn dự phòng. Đặc điểm cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ 1.1 Đặc điểm cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ Khác với các ngành công nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khai thác mỏ có những đặc điểm riêng, do điều kiện môi trường và quá trình công nghệ quyết định.
Những đặc điểm đó bao gồm: - Đa số các máy móc trong quá trình làm việc phải di chuyển thường xuyên hoặc định kỳ theo tiến độ của gương khai thác. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải có khả năng nối vào mạng điện hoặc cắt ra khỏi mạng điện một cách nhanh chóng và dễ dàng. Việc cung cấp điện nhờ hệ thống cáp mềm và các ổ cắm điện. - Môi trường mỏ có độ ẩm cao, nhiều bụi bẩn nhất là trong các mỏ hàm lò thường xuất hiện các khí bụi nổ là nguyên nhân gây nổ bầu không khí mỏ khi sự cố khí hậu thời 7 tiết khắc nghiệt.
Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị phải có tính chống ẩm, chống rỉ cao, cách điện của thiết bị và dây dẫn phải cao để bản thân chúng không phải là nguyên nhân gây ra cháy nổ môi trường mỏ. - Không gian làm việc chật hẹp và hạn chế, nhất là trong các mỏ hàm lò. Vì vậy các thiết bị điện cần phải chế tạo gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, lắp đặt. - Áp lực cao ở nóc và hông lò dễ dàng làm cho đất đá bị sập đổ là nguy cơ phá hoại thiết bị điện.
Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải được chế tạo có độ bền cơ học cao. - Các đường lò ẩm ướt, có hoạt tính hoá học cao kết hợp với bụi mỏ dẫn điện gây nguy hiểm về an toàn điện giật và hoả hoạn. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện trong mỏ phải có tính chịu ẩm, chịu được nước mỏ. - Phạm vi hoạt động của công trường lộ thiên rất rộng.
Các máy móc di động có công suất lớn lại ở các vị trí phân tán, vì vậy hệ thống dây dẫn và phân phối điện rất phức tạp, trên các tầng công tác vừa phải sử dụng cả điện cao áp lẫn điện hạ áp. Chính vì những đặc điểm trên việc cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ phải đảm bảo các yêu cầu sau: - An toàn: Dây dẫn cần chọn sao cho cả lúc làm việc bình thường cũng như lúc có sự cố không bị nung nóng quá mức để có thể gây hoả hoạn, nổ bầu không khí mỏ và làm già hoá nhanh chóng cách điện của cáp điện. - Hợp lý về kỹ thuật: Dây dẫn cần chọn với tiết diện đủ để đảm bảo mức điện áp cho phép trên cực phụ tải trong mọi chế độ làm việc cũng như sự cố. - Kinh tế: Cần chọn loại dây dẫn hợp lý theo quan điểm kinh tế đòi hỏi thoả mãn các yêu cầu về an toàn và kỹ thuật.
- Độ bền cơ học: Tác dụng của ngoại lực không được gây ra ứng suất nguy hiểm trong vật liệu làm dây dẫn. Các phương pháp cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ 1.