Giáo Trình Trang Bị Điện: Tài Liệu Học Tập Cho Sinh Viên Đại Học

Giáo trình nghiên cứu trang bị điện, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên kỹ thuật., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Tiến Sĩ Trần Hữu Phúc
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Giáo Trình Trang Bị Điện Dành Cho Sinh Viên Đại Học
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Quảng Ninh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Các hình thức chế tạo thiết bị điện
• 1.1. Phân loại môi trường mỏ và nguy hiểm do cháy nổ
• 1.2. Các yêu cầu đối với hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ
• 1.3. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức thông thường
• 1.4. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an toàn cao
• 1.5. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức phòng nổ
• 1.6. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an toàn tia lửa
• 1.7. Các hình thức khác bảo vệ khỏi nổ
• 2. CHƯƠNG 2: Thiết bị bảo vệ
• 2.1. Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ
• 2.2. Bảo vệ khỏi các chế độ sự cố
• 2.3. Bảo vệ thiết bị điện khỏi các chế độ làm việc không bình thường
• 2.4. Bảo vệ bằng các bộ lọc thành phần đối xứng
• 2.5. Bảo vệ khỏi chạm đất một pha
• 3. CHƯƠNG 3: Thiết bị điều khiển
• 3.1. Phân loại và các yêu cầu đối với thiết bị điều khiển
• 3.2. Thiết bị điều khiển bằng tay
• 3.3. Thiết bị điều khiển từ xa và tự động
• 3.4. Thiết bị điện cao áp trong mỏ
• 3.5. Các trạm phân phối điện
• 4. CHƯƠNG 4: Thiết bị cung cấp điện
• 4.1. Phân loại và yêu cầu
• 4.2. Máy biến áp và trạm biến áp mỏ hầm lò
• 4.3. Trạm biến áp di động mỏ lộ thiên
• 4.4. Biến áp dùng cho khoan điện cầm tay và chiếu sáng
• 4.5. Trạm kéo và trạm nạp
• 5. CHƯƠNG 5: Cáp điện và dây dẫn
• 5.1. Khái niệm chung
• 5.2. Cáp điện dùng cho mỏ lộ thiên
• 5.3. Cáp bọc thép dùng cho mỏ hầm lò
• 5.4. Cáp mềm dùng cho mỏ hầm lò
• 5.5. Dây dẫn đường dây trên không
• 5.6. Cấu kiện cơ khí đường dây
• 6. CHƯƠNG 6: Kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện
• 6.1. Tổ chức lắp đặt và vận hành thiết bị điện mỏ
• 6.2. Thử nghiệm thiết bị điện
• 6.3. Tổ chức sửa chữa thiết bị điện mỏ
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Trang Bị Điện Dành Cho Sinh Viên Đại Học

Giáo trình "Trang bị điện" được biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cơ bản cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện. Tài liệu này không chỉ phục vụ cho việc học tập mà còn là nguồn tham khảo quý giá cho các chuyên ngành điện khác. Nội dung giáo trình bao gồm các chương trình học thiết yếu, giúp sinh viên nắm vững các khái niệm và ứng dụng trong lĩnh vực trang bị điện.

1.1. Mục tiêu và nội dung chính của giáo trình

Giáo trình bao gồm 6 chương, mỗi chương tập trung vào các khía cạnh khác nhau của trang bị điện. Nội dung được trình bày một cách hệ thống, từ lý thuyết đến thực hành, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và áp dụng.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này không chỉ dành cho sinh viên mà còn cho giảng viên và kỹ thuật viên trong ngành công nghệ kỹ thuật điện. Nó cung cấp kiến thức cần thiết để nâng cao kỹ năng và hiểu biết trong lĩnh vực này.

II. Những Thách Thức Trong Việc Học Trang Bị Điện

Việc học tập về trang bị điện gặp nhiều thách thức, từ việc nắm bắt lý thuyết đến áp dụng thực tiễn. Sinh viên thường phải đối mặt với các vấn đề như thiếu tài liệu tham khảo, khó khăn trong việc hiểu các khái niệm phức tạp và áp lực trong việc thực hành.

2.1. Khó khăn trong việc tiếp cận tài liệu học tập

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập phù hợp. Giáo trình "Trang bị điện" cung cấp một nguồn tài liệu đáng tin cậy, giúp sinh viên có thể tham khảo và học tập hiệu quả.

2.2. Thách thức trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn

Việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn là một thách thức lớn. Sinh viên cần có sự hướng dẫn và thực hành thường xuyên để có thể hiểu rõ và vận dụng kiến thức đã học.

III. Phương Pháp Học Hiệu Quả Trong Giáo Trình Trang Bị Điện

Để học hiệu quả giáo trình "Trang bị điện", sinh viên cần áp dụng các phương pháp học tập tích cực. Việc kết hợp lý thuyết và thực hành sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.

3.1. Kết hợp lý thuyết và thực hành

Việc thực hành là rất quan trọng trong quá trình học. Sinh viên nên tham gia các buổi thực hành để áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế, từ đó nâng cao khả năng hiểu biết.

3.2. Sử dụng tài liệu tham khảo bổ sung

Ngoài giáo trình, sinh viên nên tìm kiếm thêm tài liệu tham khảo từ các nguồn khác nhau như sách, bài báo và tài liệu trực tuyến để mở rộng kiến thức.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Giáo Trình Trang Bị Điện

Giáo trình "Trang bị điện" không chỉ là tài liệu học tập mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Các kiến thức từ giáo trình giúp sinh viên có thể làm việc hiệu quả trong các lĩnh vực liên quan đến điện.

4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp điện

Sinh viên có thể áp dụng kiến thức từ giáo trình vào thực tế công việc trong ngành công nghiệp điện, từ thiết kế đến bảo trì thiết bị điện.

4.2. Nghiên cứu và phát triển công nghệ mới

Giáo trình cũng cung cấp nền tảng cho sinh viên tham gia vào các nghiên cứu và phát triển công nghệ mới trong lĩnh vực trang bị điện, góp phần vào sự phát triển của ngành.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Trang Bị Điện Dành Cho Sinh Viên

Giáo trình "Trang bị điện" là một tài liệu quan trọng cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện. Nó không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp tương lai.

5.1. Tương lai của ngành trang bị điện

Ngành trang bị điện đang phát triển mạnh mẽ, và giáo trình này sẽ là nền tảng vững chắc cho sinh viên trong việc nắm bắt các xu hướng mới và công nghệ tiên tiến.

5.2. Khuyến nghị cho sinh viên

Sinh viên nên chủ động tìm hiểu và áp dụng kiến thức từ giáo trình vào thực tiễn. Việc tham gia các hoạt động ngoại khóa và thực tập sẽ giúp nâng cao kỹ năng và kinh nghiệm làm việc.

Nội dung chính

Đánh Giá Học Thuật: Giáo Trình Trang Bị Điện Dùng Cho Bậc Đại Học

Tổng quan về giáo trình

• Môn học và vị trí trong chương trình đào tạo: Giáo trình Trang bị điện dùng cho bậc đại học (Lưu hành nội bộ) do tập thể giảng viên Bộ môn Điện khí hóa – Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh biên soạn, xuất bản năm 2021 tại Quảng Ninh. Tác phẩm do TS. Trần Hữu Phúc làm chủ biên, cùng các đồng tác giả ThS. Dương Thị Lan và ThS. Nguyễn Thanh Tùng. Đây là tài liệu giảng dạy phục vụ trực tiếp học phần Trang bị điện trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật điện, đồng thời đóng vai trò học phần cơ sở chuyên ngành cho các ngành kỹ thuật liên quan đến điện mỏ và công nghiệp.
• Mục tiêu học tập (Learning Outcomes): Giáo trình cung cấp hệ thống lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính toán thông số kỹ thuật của các thiết bị điện chuyên dụng trong môi trường công nghiệp đặc thù; giúp người học phân tích được các chế độ sự cố, chế độ làm việc không bình thường và thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, điều khiển, cung ứng điện năng đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ.
• Cấu trúc và cách tiếp cận: Nội dung giáo trình gồm 6 chương với dung lượng 182 trang, phát triển tuần tự từ phân tích điều kiện môi trường, tiêu chuẩn chế tạo thiết bị, kỹ thuật bảo vệ, thiết bị điều khiển, thiết bị nguồn, đường dây dẫn điện cho đến quy trình kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành. Cách tiếp cận của tài liệu dựa trên sự kết hợp giữa mô hình phân tích giải tích kỹ thuật điện và các phương pháp thực nghiệm chuyên sâu ngành mỏ.
• Điểm đặc sắc của giáo trình: Khác với các tài liệu trang bị điện công nghiệp thông thường, giáo trình này đi sâu vào kỹ thuật an toàn điện trong môi trường nguy hiểm về khí mêtan ($CH_4$) và bụi nổ than của mỏ hầm lò và mỏ lộ thiên, chuẩn hóa hệ thống phân loại thiết bị theo các tiêu chuẩn phòng nổ quốc tế và quy phạm an toàn mỏ.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình phân bổ toàn bộ khối lượng kiến thức qua 6 chương trọng tâm:

1. Chương 1: Các hình thức chế tạo thiết bị điện (Trang 5 - 34): Trình bày đặc điểm làm việc khắc nghiệt của thiết bị điện mỏ (ẩm ướt, không gian chật hẹp, chịu áp lực đất đá và nổ mìn); phân loại hỗn hợp nổ theo khe hẹp an toàn lớn nhất (Cấp I: Mêtan mỏ $\le 1,0\text{ mm}$; Cấp II: Khí công nghiệp IIA, IIB, IIC) và nhóm nhiệt độ tự bốc cháy (T1: $>450^\circ\text{C}$ đến T6: $85-100^\circ\text{C}$). Chương này phân tích chi tiết các hình thức chế tạo: thiết bị thông thường, an toàn cao (bảo vệ dạng "e"), vỏ không thấm nổ (dạng "d"), mạch an toàn tia lửa (dạng "i"), thiết bị ngâm dầu (dạng "o"), vùi cát thạch anh (dạng "q") và các phương thức bảo vệ đặc biệt (dạng "s").
2. Chương 2: Thiết bị bảo vệ trong mỏ (Trang 35 - 67): Khảo sát các chế độ sự cố (ngắn mạch 3 pha, 2 pha, chạm đất 1 pha, ngắn mạch vòng dây) và chế độ làm việc không bình thường (quá tải đối xứng, thiếu pha, sụt áp). Chương này thiết lập 4 yêu cầu kỹ thuật đối với bảo vệ rơle: tính chọn lọc (chọn lọc theo vùng, chọn lọc từng phần), tính tác động nhanh ($t_{\text{bảo vệ}} \le 0,05\text{ s}$, $t_{\text{cắt tổng}} \le 0,1\text{ s}$), độ nhạy ($k_n \ge 1,5$ trong hầm lò, $k_n \ge 1,25$ lộ thiên) và độ tin cậy. Nội dung bao gồm tính toán bảo vệ cực đại bằng cầu chì, bảo vệ bằng rơle cực đại, bộ lọc thành phần đối xứng và bảo vệ chạm đất một pha.
3. Chương 3: Thiết bị điều khiển (Trang 68 - 129): Phân loại và yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị điều khiển bằng tay, điều khiển từ xa, tự động hóa; khảo sát thiết bị điện cao áp trong mỏ và cấu trúc các trạm phân phối điện mỏ hầm lò/lộ thiên.
4. Chương 4: Thiết bị cung cấp điện (Trang 130 - 153): Trình bày các chỉ tiêu kỹ thuật của máy biến áp và trạm biến áp mỏ hầm lò, trạm biến áp di động mỏ lộ thiên, biến áp chiếu sáng, biến áp phục vụ khoan điện cầm tay, cùng các hệ thống trạm kéo và trạm nạp ắc quy.
5. Chương 5: Cáp điện và dây dẫn (Trang 154 - 170): Khái niệm chung, đặc tính kỹ thuật cáp điện mỏ lộ thiên, cáp bọc thép mỏ hầm lò, cáp mềm có màn chắn dẫn điện bán dẫn/lưới đồng tiếp đất, dây dẫn đường dây trên không và cấu kiện cơ khí đường dây.
6. Chương 6: Kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện (Trang 171 - 181): Quy trình tổ chức lắp đặt, thí nghiệm cách điện, đo lường các thông số phòng nổ, thử nghiệm nghiệm thu và quy trình tổ chức sửa chữa định kỳ thiết bị điện mỏ.

Progression logic của tài liệu đi từ bản chất vật lý của môi trường làm việc đến kết cấu thiết bị, từ các giải pháp bảo vệ an toàn đến phân phối, điều khiển và quản lý kỹ thuật vận hành toàn hệ thống.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết nhiệt và xác suất gây nổ: Khái niệm năng lượng gây cháy tối thiểu hình cầu đường kính $d = 0,08a/V_n$ với công thức $E = 6,3d^2 = 4 \cdot 10^{-2} a^2 / V_n^2$ ($a$: hệ số truyền nhiệt, $V_n$: tốc độ truyền lan sự cháy). Năng lượng gây cháy tối thiểu của hỗn hợp mêtan - không khí xác định bằng thực nghiệm là $0,28\text{ mJ}$, dải nồng độ gây nổ $5,0 - 15,0%$, nhiệt độ gây cháy $675^\circ\text{C}$, nồng độ tối nguy từ $8,5 - 9,8%$.
• Mô hình xác suất gây cháy V.X. Craptrenco: Ứng dụng định luật giới hạn Laplace xác định xác suất gây cháy của tia lửa điện qua quan hệ logarit: $$I_n = I_0 \left( \frac{P_n}{P_0} \right)^{\frac{1}{\text{tg}\alpha}}$$ Định nghĩa dòng an toàn tia lửa $I_{at} \le I_c / k_{at}$ (với $k_{at} = 2$ cho xác suất cháy quy ước $p = 2 \cdot 10^{-8}$; $k_{at} = 2,5$ cho $p = 0,14 \cdot 10^{-8}$).
• Tiêu chuẩn gây cháy B.M.: Tiêu chuẩn $\xi = A_p B_p^\alpha U_p^\beta$ (với hỗn hợp mêtan - không khí: $\alpha = 0,5$; $\beta = 1,137$; $\xi = 0,575$).
• Nguyên lý bảo vệ cắt sớm của Viện Mỏ Scontrinski: Hệ thống cách ly năng lượng điểm sự cố trong thời gian $\Delta t_{\text{cắt}} = \Delta t_{\text{psc}} / \gamma$, tác động sau khoảng $1/4$ chu kỳ ($0,005\text{ s}$) để dập tắt phóng điện trước khi đạt công suất kích nổ.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Tính toán lựa chọn dây chảy cầu chì cho động cơ rôto lồng sóc ($I_{đd} \ge I_{m.1} / (1,6 \div 2,5)$) và mạng thắp sáng ($I_{đd} \ge I_{lm}$); tính toán thông số sun dập tia lửa (sun điện trở, điện dung, chỉnh lưu, hỗn hợp); tính chiều dày lớp cát bảo vệ thiết bị điện đến $6\text{ kV}$: $$H_h = 1,26 \sqrt[3]{I_h^2 \cdot t_{ng}}$$
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đánh giá đặc tuyến Ampe - giây của phần tử bảo vệ so với đặc tính chịu nhiệt của động cơ/cáp điện; phân tích nguyên nhân sự cố ngắn mạch hồ quang (cần nhiệt lượng $30\text{ kWs}$ làm cháy cáp, công suất hồ quang máy biến áp TMW-100 từ $1000 - 1800\text{ kW}$).
• Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Đọc hiểu ký hiệu ghi nhãn phòng nổ (ví dụ: 2ExeI, 1ExdI, 0ExiaI); thực hiện quy trình thử nghiệm thủy lực vỏ phòng nổ ở áp suất $100 - 150\text{ kPa}$ trong 10 giây; thử tính không thấm nổ trong buồng kích nổ (tối thiểu 5 lần thử nghiệm); quy trình lấy mẫu thử nghiệm tính chất hóa lý của dầu máy biến áp định kỳ 6 - 12 tháng.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

• Tiếp cận sư phạm: Giáo trình xây dựng theo phương pháp tích hợp kỹ thuật công nghệ với tiêu chuẩn an toàn mỏ. Bài giảng kết hợp phân tích bản chất vật lý của hồ quang/tia lửa điện với các giải pháp thiết kế cơ khí và sơ đồ mạch điện.
• Hệ thống câu hỏi ôn tập: Cuối mỗi chương đều có hệ thống câu hỏi định hướng tổng hợp kiến thức (ví dụ: Chương 1 có 6 câu hỏi tự luận yêu cầu trình bày phân loại môi trường, đặc điểm thiết bị thông thường, an toàn cao, phòng nổ và an toàn tia lửa).
• Bài tập và tính toán thực nghiệm: Cung cấp bài toán chọn lựa thiết bị đóng cắt, tính toán phối hợp đặc tính bảo vệ quá dòng có khống chế thời gian phụ thuộc theo nhiệt độ động cơ, tính toán thông số mạch hạn chế công suất dùng điốt ổn áp và tiristor.
• Phương pháp đánh giá:
  • Đánh giá quá trình qua các bài tập tính toán thiết kế sơ đồ cấp điện hầm lò/lộ thiên, tính chọn thiết bị bảo vệ.
  • Đánh giá kết thúc học phần qua đề thi tự luận lý thuyết kết hợp bài toán ứng dụng thực tế.
  • Phục vụ làm cơ sở lý thuyết cho đồ án môn học Trang bị điện và Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Điện.
• Hướng dẫn tự học: Người học cần bám sát hệ thống bảng tra cứu thông số kỹ thuật (Bảng 1.1 đến 1.8), phân tích đồ thị quan hệ xác suất cháy nổ và đặc tuyến V-A để tự giải các bài toán thực hành thiết kế mạch điện an toàn.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tính chuyên biệt hóa ngành: Không dừng lại ở các kiến thức trang bị điện dân dụng hay nhà máy thông thường, tài liệu tập trung toàn diện vào các giải pháp công nghệ đáp ứng môi trường mỏ có bụi than dẫn điện, độ ẩm cao ($97 - 100%$), áp lực sạt lở và nguy cơ phụt khí mêtan bất ngờ.
• Chuẩn hóa hệ thống tiêu chuẩn phòng nổ: Trình bày chi tiết hệ thống ký hiệu cấp bảo vệ ($0, 1, 2$), hình thức bảo vệ ($d, i, e, o, q, s$) và phân nhóm thiết bị theo điện áp định mức cùng dòng ngắn mạch hồ quang (Bảng 1.7 phân nhóm 1B, 2B, 3B, 4B; Bảng 1.8 phân nhóm 1M, 2M, 3M, 4M).
• Ứng dụng vật liệu và công nghệ mới: Đề xuất giải pháp sử dụng cáp điện có màn chắn cao su bán dẫn kết hợp rơle rò để triệt tiêu ngắn mạch giữa các pha; ứng dụng chất điện môi khô (cát thạch anh, máy biến áp khô) thay thế dầu cách điện dễ cháy trong hầm lò; sử dụng thiết bị bán dẫn (diode, tiristor) để tạo đặc tính V-A phi tuyến cho nguồn an toàn tia lửa.
• Gắn kết thực tiễn sản xuất vùng mỏ: Nội dung giáo trình phản ánh trực tiếp điều kiện kỹ thuật và các quy trình an toàn vận hành đang áp dụng tại các đơn vị khai thác than, khoáng sản thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam tại Quảng Ninh.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên bậc Đại học: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật điện, Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa, Điện khí hóa xí nghiệp mỏ của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh và các trường đào tạo khối kỹ thuật công nghiệp mỏ.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần: Lý thuyết mạch điện, Máy điện, Khí cụ điện, Kỹ thuật đo lường điện và An toàn điện.
• Cán bộ giảng dạy: Làm tài liệu giảng dạy chính khóa học phần Trang bị điện; xây dựng bài giảng, đề cương môn học, đề thi và hướng dẫn thực hành đồ án chuyên ngành.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Dùng làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư cơ điện, cán bộ kiểm định an toàn, kỹ thuật viên vận hành lưới điện và thiết bị phân phối tại các công ty khai thác mỏ hầm lò, mỏ lộ thiên, nhà máy tuyển than và các cơ sở công nghiệp hóa chất, dầu khí.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Tài liệu được biên soạn cho sinh viên bậc đại học ngành Công nghệ kỹ thuật điện, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên, kỹ sư cơ điện và kỹ thuật viên công tác tại các xí nghiệp khai thác khoáng sản và công nghiệp chế biến.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần có kiến thức cơ sở vững chắc về mạch điện xoay chiều, máy điện đồng bộ/không đồng bộ, khí cụ đóng cắt hạ áp - cao áp, hiện tượng phóng điện hồ quang và các định luật truyền nhiệt cơ bản.

3. Điểm khác biệt căn bản so với các tài liệu trang bị điện thông thường là gì?

Giáo trình tập trung sâu vào các tiêu chuẩn chế tạo và tính toán an toàn nổ (Ex d, Ex e, Ex i, Ex o, Ex q), các mạch dập tia lửa điện, nguyên lý bảo vệ rơle cho mạng điện trung tính cách ly trong mỏ hầm lò và cấu trúc trạm biến áp di động chuyên dụng.

4. Phương pháp nào giúp tự học và nghiên cứu giáo trình hiệu quả?

Cần nghiên cứu song song phần lý thuyết chế tạo thiết bị với hệ thống công thức giải tích; đối chiếu các thông số bảng tra cứu kích thước khe hở không thấm nổ ($L_1, L_2, W_1, W_d$) và trả lời chi tiết hệ thống câu hỏi ôn tập cuối mỗi chương.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ nào đi kèm?

Tài liệu tích hợp hệ thống 8 bảng thông số kỹ thuật tiêu chuẩn, danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành tại trang 182, cùng các sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ cắt sớm, mạch sun dập tia lửa và cấu tạo mặt ghép không thấm nổ.

---

Kết luận

Giáo trình Trang bị điện dùng cho bậc đại học (Lưu hành nội bộ) của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh là công trình tài liệu học thuật có cấu trúc hoàn chỉnh, cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về thiết bị điện trong môi trường công nghiệp đặc thù và mỏ khai thác. Lộ trình học tập khuyến nghị bắt đầu từ việc nắm vững lý thuyết an toàn cháy nổ và hình thức chế tạo thiết bị (Chương 1), chuyển sang tính toán hệ thống rơle bảo vệ (Chương 2), thiết bị điều khiển và nguồn cấp (Chương 3, 4), thiết kế mạng cáp dẫn (Chương 5), kết thúc bằng quy trình kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị (Chương 6). Để củng cố kiến thức, người học nên kết hợp tra cứu các tiêu chuẩn quy phạm an toàn mỏ và tài liệu tham khảo chuyên ngành được nêu tại trang 182 của giáo trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Các hình thức chế tạo thiết bị điện Chương 2. Thiết bị bảo vệ trong mỏ Chương 3. Thiết bị điều khiển Chương 4.

Thiết bị cung cấp điện Chương 5. Cáp điện và dây dẫn Chương 6. Kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện Giáo trình do tập thể tác giả: Tiến sĩ Trần Hữu Phúc chủ biên, ThS Dương Thị Lan và ThS Nguyễn Thanh Tùng, Bộ môn Điện khí hoá - Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh biên soạn. Tập thể tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Điện, các giảng viên bộ môn Điện khí hóa - Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh cùng các phòng ban nghiệp vụ, các cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ động viên, góp ý để hoàn thành tốt giáo trình này.

Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã cố gắng bám sát chương trình môn học đã được phê duyệt của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học này trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù đào tạo các ngành của trường. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song vì thời gian và trình độ có hạn, nên sai sót trong cuốn giáo trình này là khó tránh khỏi. Nhóm tác giả mong nhận được nhiều -3- đóng góp ý kiến xây dựng để cuốn giáo trình được hoàn thiện hơn. Những ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Bộ môn Điện khí hoá Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh.

Xin chân thành cảm ơn! Quảng Ninh, tháng 04 năm 2021 Tác giả. CÁC HÌNH THỨC CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN 1.1 Phân loại môi trường mỏ và mức độ nguy hiểm do cháy nổ 1.1 Đặc điểm làm việc của các thiết bị điện mỏ Các đặc điểm làm việc của thiết bị điện mỏ là: - Đa số máy móc trong thời gian làm việc thường xuyên hoặc định kỳ di chuyển. - Khí hậu và thời tiết khắc nghiệt, mưa nắng, nhiệt độ cao, trong không khí có nhiều bụi dẫn điện. - Không gian chật hẹp.

- Áp lực đất, đá, sạt lở. - Công tác nổ mìn dễ phá hoại thiết bị điện.2 Phân loại môi trường mỏ Các thiết bị điện mỏ được chế tạo để làm việc trong các môi trường: - Ngoài trời đối với mỏ lộ thiên. - Đặc biệt nguy hiểm về hỏa hoạn, điện giật trong mỏ hầm lò. Để phân loại hỗn hợp nổ người ta sử dụng tiêu chuẩn giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất xác định bằng thực nghiệm.

Giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất là giá trị mặt ghép phẳng có bề rộng 25 mm giữa thân và nắp hộp để sao cho sự nổ của hỗn hợp có nồng độ bất kỳ xảy ra bện trong hộp không gây nổ hỗn hợp bên ngoài. Hỗn hợp nổ được phân loại trong bảng 1.1 Phân loại hỗn hợp nổ trong mỏ Cấp và hỗn hợp nổ Giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất, mm I. Khí mê tan mỏ 1,0 II. Khí và hơi công nghiệp II A.

0,9 II B Từ 0,5 – 0,9 II C 0,5 Hỗn hợp khí và hơi của chất lỏng dễ cháy với không khí được phân loại dựa trên cơ sở nhiệt độ tự bốc cháy của chúng (Bảng 1. Phân loại nhóm hỗn hợp nổ và nhiệt độ tự bốc cháy Nhóm hỗn hợp nổ Nhiệt độ tự bốc cháy, 0C T1 450 T2 300-450 T3 200-300 T4 135-200 T5 100-135 T6 85-100 1. Điều kiện gây nổ môi trường do dòng điện Năng lượng tối thiểu để đốt cháy một thể tích khí tối thiểu hình cầu đường kính d = 0,08 a/Vn, bằng 𝐸 = 6,3𝑑 2 = 4. 10−2 𝑎2 /𝑉𝑛2 trong đó: a – hệ số truyền nhiệt của hỗn hợp khí , m2/s; Vn – tốc độ truyền loan sự cháy, m/s.

Tính chất của các hỗn hợp khí cháy ở áp suất P = 101 kPa và nhiệt độ T= (15- 20)0C cho trong bảng 1.3 Bảng phân loại hỗn hợp nổ theo cấp và nhóm Khí cháy Giới hạn nồng độ Năng lượng Nhiệt độ gây Dưới Trên gây cháy tối cháy, 0K thiểu, mJ Mê tan 5,0 15,0 0,28 2316 Êtan 3,22 12,45 0,26 2370 Prôpan 2,37 9,5 0,25 2383 Butan 1,86 8,41 0,24 2392 Peptan 1,4 7,8 0,24 2391 Hecxan 1,25 6,9 0,23 2397 Heptan 1,0 6,0 0,232 2399 Êtilen 2,75 28,6 0,1 2557 Propilen 2,4 11,1 0,25 2557 Oxitotilen 3,0 80,0 0,062 2557 -6- Tôluôn 1,27 6,75 0,062 2484 Axêtilen 2,5 81,0 0,019 2893 Hyđro 4,0 74,2 0,019 2483 Xăng σ-70 0,79 5,16 0,23 2483 Axêton 2,5 12,8 0,23 2483 Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp càng cao thì giới hạn nồng độ nổ càng được mở rộng. Đối với hỗn hợp mêtan – không khí sự thay đổi đó được cho trong bảng 1. Bảng quan hệ giới hạn nổ với nhiệt độ ban đầu Nhiệt độ ban đầu của hỗn Giới hạn dưới, % thể tích Giới hạn trên, % thể tích hợp nổ, 0C 17 6,3 12,9 100 5,95 13,7 200 5,5 14,6 400 4,8 16,6 Trong bảng 1.5 trình bày sự thay đổi các giới hạn của nồng độ nổ tùy theo áp suất ban đầu của hỗn hợp mêtan – không khí.5 Bảng quan hệ giới hạn nổ với áp suất ban đầu Áp suất ban đầu của hỗn Giới hạn dưới, % thể tích Giới hạn trên, % thể tích hợp nổ, At 1 6,6 12,7 21 7,5 12,0 400 5,2 46,0 Trong phạm vi giới hạn nổ, tồn tại một giá trị nồngđộ tối nguy, là nồng độ dễ gây nổ nhất. Nồng độ tối nguy của cùng một loại hỗn hợp nổ không giống nhau khi nguồn gây nổ khác nhau.

Ví dụ hỗn hợp mêtan – không khí dễ nổ nhất khi nồng độ khoảng 8,5% nếu nguồn gây nổ là sự phóng điện (tia lửa hoặc hồ quang điện); bằng 9,8% nếu nguồn gây nổ là sợi tóc của bóng đèn; bằng (6,4 ÷7,4 ) % nếu nguồn gây nổ là tia lửa -7- do ma sát. Áp suất nổ lớn nhất xảy ra khi hỗn hợp mê tan – không khí có nồng độ (9 ÷10)% bị kích nổ bằng tia lửa điện. Muốn cho hỗn hợp nổ được, cần phải nâng nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ cháy. Giá trị nhiệt độ này thay đổi tùy theo nồng độ của hỗn hợp.

Nhiệt độ gây cháy hỗn hợp mêtan – không khí vào khoảng 6750C. Khi tiếp xúc với nguồn gây nổ, hỗn hợp nổ không nổ ngay mà chậm sau đó một ít. Hiện tượng như vậy gọi là sự nổ muộn và nó thường được dùng để đánh giá độ nhạy của hỗn hợp nổ. Thời gian nổ muộn càng nhỏ thì hỗn hợp càng nhạy.

Thời gian trễ này có ý nghĩa đặc biệt đối với hỗn hợp mêtan – không khí vì nó có thể đạt tới một số giây nhưng sẽ giảm nhanh khi tăng nhiệt độ của nguồn gây nổ và chỉ còn khoảng một vài mili giây khi nhiệt độ bằng 10000C. Khi bầu không khí nằm trong giới hạn nổ thì nó có thể nổ nếu có nguồn kích nổ thích hợp. Nguồn kích nổ do dòng điện có thể là hồ quang, tia lửa điện hoặc các bộ phận dẫn điện bị nung quá nóng. Theo lý thuyết nhiệt thì tất cả khối khí có thể bốc cháy nếu một thể tích nhất định được nung nóng đến nhiệt độ cháy.

Khi có nguồn nhiệt thì khối khí bị nung nóng và nhiệt độ khối khí sẽ giảm từ tâm (nguồn gây cháy) đến biên giới. Nếu nhiệt độ này gây cháy được một thể tích phân tố thì sẽ làm cháy được toàn bộ khối khí mặc dù nguồn gây cháy không tồn tại nữa. Để nung nóng được một thể tích khí như vậy đến nhiệt độ cháy cần phải có một nhiệt lượng nhất định gọi là nhiệt lượng gây cháy tối thiểu. Giá trị năng lượng này được xác định bằng thí nghiệm và bằng 0,019 mJ đối với hỗn hợp hyđro – không khí và 0,28 mJ đối với hỗn hợp mêtan – không khí.

Điều kiện để gây cháy hỗn hợp khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là: - Năng lượng gây cháy và các thông số của mạch gây ra năng lượng đó như điện áp, dòng điện, loại mạch điện (điện trở, điện cảm, điện dung). - Kích thước, hình dạng và vật liệu làm tiếp điểm nơi xảy ra phóng tia lửa. - Khoảng cách giữa các tiếp điểm và tốc độ cắt mạch v. -8- Nếu tăng điện áp đặt vào mạch thì giá trị của dòng điện có khả năng gây cháy giảm.

Ví dụ: nếu điện áp của mạch là 25V thì dòng điện tối thiểu cần để đốt cháy hỗn hợp mêtan – không khí là 1,18 A, còn khi điện áp là 140 V thì dòng gây cháy chỉ còn 0,12 A. Trong mạch có điện cảm không đổi, khi tăng tần số dòng điện từ 4 kHz đến 200 kHz khả năng gây cháy của dòng điện giảm đi khá nhiều. Nhưng nếu tiếp tục tăng tần số lên cao nữa thì khả năng gây cháy của dòng điện lại tăng. Điện cảm của mạch điện có ảnh hưởng lớn đến khả năng gây cháy của tia lửa.

Khi tăng điện cảm của mạch thì giá trị dòng gây cháy tối thiểu giảm đi một cách rõ rệt, vì năng lượng của tia lửa được phụ thêm một phần năng lượng tích lũy trong điện cảm. Thực nghiệm cho thấy rằng giá trị dòng gây cháy càng nhỏ nếu nhiệt độ chảy của vật liệu làm tiếp điểm càng thấp, diện tích của tiếp điểm tại thời điểm cắt mạch càng nhỏ và tốc độ cắt mạch càng lớn trong một giới hạn nhất định. Do tính phức tạp của quá trình gây cháy hỗn hợp khí cho nên khó có thể xây dựng được một cơ sở lý thuyết cho phép xác định bằng giải tích tính an toàn tia lửa của mạch điện, mà chủ yếu vẫn phải đánh giá trên cơ sở thực nghiệm. Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô (VX.Craptrenco) cho thấy rằng tia lửa của bất kỳ mạch điện nào cũng đều có khả năng gây nổ, nhưng do tính đa dạng của các yếu tố tạo ra khả năng nổ, cũng như mối quan hệ giữa các yếu tố tạo ra khả năng nổ mà năng lượng gây cháy hoặc dòng gây cháy của một mạch điện tuân theo luật thống kê và phụ thuộc vào số lần phát tia lửa để quan sát.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi cùng một mạch điện với các thông số nhất định và khi cùng một hỗn hợp nổ có điều kiện nhất định, thì giá trị dòng gây cháy tối thiểu của mạch sẽ càng giảm nếu số lần thử nghiệm càng tăng. Nếu gọi tỷ số giữa số lần gây nổ với số lần phát tia lửa là tần suất gây cháy thì tần suất này sẽ là xác suất khi số thử nghiệm đủ lớn, được xác định từ định luật giới hạn của Laplaxơ. Trên cơ sở nhiều thí nghiệm và phân tích các kết quả thí nghiệm V.