Giáo trình Cung cấp điện mỏ

ù.
Máy bù đồng bộ: thực chất là loại động cơ đồng bộ chạy không tải có một số
đặc điểm (ưư nhược điểm).
1. Vừa có khả năng phát ra lại vừa tiêu thụ được công suất phản kháng.
2. Công suất phản kháng phát ra không phụ thuộc vào điện áp đặt vào nó,
mà chủ yếu là phụ thuộc vào dòng kích từ (có thể điều chỉnh được dẽ
dàng).
3. Lắp đặt vận hành phức tạp, đễ gây sự cố (vì có bộ phần quay).
4. Máy bù đồng bộ tiêu thụ một lượng công suất tác dụng khá lớn khoảng
0,015 – 0,02 kW/kVA.
5. Giá tiền đơn vị công suất phản kháng phát ra thay đổi theo dung lượng.
Nếu dung lợng bé thì sẽ đát. Vì vậy chỉ được sản xuất ra với dung lượng
lớn 5 MVAr trở lên.
Tụ điện tĩnh: có ưu nhược điểm gần như trái ngược với máy bù đồng bộ.
1. Giá tiền 1 đơn vị công suất phản kháng phát ra hầu như không thay đổi
theo dung lượng. điều này thuận tiện cho việc chia nhỏ ra nhiều nhóm nhỏ
đặt sâu về phía phụ tải.
2. Tiêu thụ rất ít công suất tác dụng khoảng 0,003 – 0.005 kW/kVAr.
3. Vận hành lắp đặt đơn gian, ít gây ra sự cố.
4. Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ.
5. Chỉ phát ra công suất phản kháng và không có khả năng điều chỉnh.
Vậy ở mạng XN chỉ nên sử dụng tụ điện tĩnh, còn máy bù đồng bộ chỉ được
dùng ở phía hạ áp (6-10 kV) của các trạm trung gian
Vị trí đặt thiết bị bù trong xí nghiệp:
Có thể đặt được ở nhiều điểm khác nhau như HV.
Đ
Đ
Đ
610 kV
35110 kV
0,4 kV
0,4 kV
119
+ Đặt tập trung: đặt ở thanh cái hạ áp trạm BA-PX (0,4 kV) hoặc thanh cái trạm
BA trung tâm (6-10 kV), ưu điểm dễ quản lý vận hành, giảm vốn đầu tư.
+ Đặt phân tán: TB. bù được phân nhỏ thành từng nhóm đặt tại các tủ động lực
trong phân xưởng. Trường hợp động cơ công suất lớn, tiêu thụ nhiều Q có thể
đặt ngay tại các ĐC. đó.
Khi đặt TB. bù tại điểm nào đó thì sẽ giảm được lượng tổn thất P và A do đó
phải truyền tải Q. Tuy nhiên việc đặt TB. bù ở phía hạ áp không phải lúc nào
cũng có lợi, bởi giá tiền 1 kVAr tụ hạ áp thường đắt gấp 2 lần 1 kVAr tụ ở 6-10
kV. Ngay cả việc phân nhỏ dung lượng bù để đặt theo nhóm riêng lẻ cũng không
phải luôn luôn có lợi, bởi vì lúc đó có làm giảm thêm được A nhiều hơn, Xong
lại làm tăng chi phí lắp đặt, quản lý và vận hành.
9.1.4 Xác định dung lượng bù kinh tế tại các hộ tiêu thụ:
Hộ tiêu thụ có thể là các xí nghiệp, các trạm trung gian, các hộ dùng điện
khác). Chúng ta đều biết khi đặt thiết bị bù giảm được A. Tuy nhiên cũng tiêu
tốn một lượng vốn, đồng thời các thiết bị bù cũng gây nên một lượng tổn thất P
ngay trong bản thân nó và cũng cần đến 1 chi phí vận hành. Vậy thì sẽ đặt một
dung lượng nào đó là hợp lý? Để giải quyết vấn đề này chúng ta phải thiết lập
được quan hệ của Qbu với Ztt. rồi tìm Qbu? để Z min, ta gọi dung lượng đó
là Qbu kinh tế hoặc tối ưu.
 Z = Z1 + Z2 + Z3
Trong đó:
Z1 – thành phần chi phí liên quan đến vốn đầu tư. Z1 = (avh + atc). k0.Qbuavh – hệ số vận hành (khấu hao).atc - hệ số hiệu quả kinh tế của việc thu hồi vốn đầu tư.k0 - giá tiền đơn vị công suất đặt TB. bù [đ/1kVAr].Qbu – dung lượng bù (mà chung ta đang cần tìm) [kVAr].
Z2 - Thành phần liên quan đến tổn thất điện năng do TB bù tiêu tốn.
 Z2 = P0.Qbu.T.C
 P0 - Suất tổn hao công suất tác dụng trong TB. bù [kW/1kVAr].
T - Thời gian làm việc của TB. bù. (thời gian đóng tụ vào lưới).
C - giá tiền điện năng tổn thất [đ/kWh].
Z3 - Thành phần tổn thất điện năng trong hệ thống (sau bù).
CRU
QQZ 2
2
bu
3 ...)(  
R - Điện trở của mạng.
U - điện áp của mạng.
R, X
P + jQ
Qbu
120
Q - Công suất phản kháng yêu cầu của hộ tiêu thụ.
 - Thời gian tổn thất công suất cực đại.
Như vậy ta đã xây dựng được Z = f(Qbu) Qkt Zmin.
2
bu2bu0bu0tcvh QQU
RCCTQPQkaaZ )(......).( 
0QQU
RC2CTPkaaQ
Z
bu200tcvh
bu
 
 )(.....).( 
RC2
PTCkaaUQQ 00tcvh
2
bukt ...
]..).[(

Tương tự ta có thể lập biểu thức hàm chi phí tính toán và tình dung lượng bù
kinh tế cho mạng đường dây chính CC. cho một số họ phụ tải. Lúc đó ta có Z =
f(Qbu1; Qbu2 ; .).
Z = (avh + atc).k0.(Qbu1+Qbu2 +..) + C.T. P0 .(Qbu1 +
Qbu2+..)+  2buijijij2 QQRUc )(.
Để tìm được dung lượng bù kinh tế đặt tại từng hộ tiêu thụ ta lần lượt lấy
đạo hàm riêng của chi phí tính toán theo Qbj ; Qb2 v.v. và cho bằng không.Giải hệ phương trình đó ta tìm được dung lượng bù kinh tế đặt ở các điểm khác
nhau.
Trị số Qb giải ra là âm chứng tỏ việc đặt tụ điện bù ở hộ đó là không kinhtế, ta thay Qb đó bằng không ở những phương trình còn lại và giải hệ (n-1)phương trình đó một lần nữa.
Ví dụ :
Hai xí nghiệp công nghiệp 1 và 2 được cung cấp điện từ N theo HV. Giả
sử đã tính được điện trở các đoạn đường dây 10 kV là 2 và 3 . Hãy xác định
dung lượng bù kinh tế tại thanh cái 10 kV của 2 xí nghiệp.
0 1 2 3 n
Q1; Qbu1 Q2; Qbu2 Q3; Qbu3 Qn; Qbun
Q01;
Qbu01
Q12;
Qbu12 Q23;Qbu23
4000 + j2000 3000 + j3000
N 1 2
1 2N 2 3
2000-Qb1 3000-Qb2
121
Tại mỗi xí nghiệp 1; 2 ta đặt Qb1 ; Qb2 sau đó thành lập hàm chi phí tính toántheo biến số đó:
Z = (avh + atc ).(Qb1 + Qb2).k0 + C.T. P0(Qb1 +Qb2) +
2
2b1b212
1N
2b22
12 QQQQU
RcQQU
Rc )(..)(.. 
Đạo hàm Z theo Qb1 và Qb2 rồi cho bằng không.
0QQQQU
RC2PCTkaaQ
Z
2b1b212
1N
00tcvh
1b
 
 )(...)( 
 
 )(...)( 2b22 1200tcvh
2b
QQU
RC2PCTkaaQ
Z 
0QQQQU
RC2
2b1b212
1N )(..
Nếu lấy k0 = 70 đ/kVAr ; P0 = 0,005 kW/kVAr; avh = 0,1 ; atc = 0,125
C = 0,1 đ/kWh ;  = 2500 h.
Gải hệ phương trình trên được: Qb1 = 200 kVAr Qb2 = 3000 kVArVì Qb1 < 0 chứng tỏ không nên đặt thiết bị bù tại xí nghiệp 1 thay Qb1 = 0 vàophương trình thứ hai, cuối cùng giải ra được Qb2 = 2900 kVAr.Vậy muốn mạng điện trên vận hành kinh tế chỉ nên đặt TB bù tại xí
nghiệp 2 với dung lượng 2900 kVAr.
9.2 Tổn thất điện năng.
Tổn thất điện năng trong hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp mỏ chủ
yếu là tổn thất trong các máy biến áp, trong mạng điện cao và hạ áp.
9.2.1 Tổn thất điện năng trong máy biến áp:
Việc xác định tổn thất điện năng trong máy biến áp được tiến hành xuất
phát từ các thông số kỹ thuật, mức độ mang tải và số giờ sử dụng. Tổn thất năng
lượng được tính:
- Tổn thất năng lượng tác dụng:
hkWTPTPW pnktBAa .,... 20 
Trong đó: ΔPkt – Tổn thất công suất không tải của MBA, kWΔPn – Tổn thất công suất ngắn mạch, kWT0 – Tổng số giờ đấu MBA vào mạng trong thời gian tính toán, hTp– Tổng số giờ MBA làm việc với tải trung bình trong thời gian tính toán, hβ – Hệ số mang tải của MBA:
pd
pa
TS
WW
.
22 
122
Wa, Wp – năng lượng tác dụng và phản kháng tiêu thụ từ
MBA được xác định bằng tính toán hoặc theo chỉ số đồng hồ
khi vận hành
Sđ – Công suất định mức của MBA, kVA- Tổn thất năng lượng phản kháng:
hkVArTUSTISW pndktdBAp .,..100.100
2
0  
Trong đó: Ikt – dòng không tải của MBA, %Un – điện áp ngắn mạch tương đối, %9.2.2 Tổn thất điện năng trong mạng(trừ MBA)
2
32
2
32
2
32
32 10...10...10...10....3
đ
ptb
đ
ptb
đ
ptb
ptba U
TRQ
U
TRP
U
TRSTRIW
Trong đó: Itb – dòng tải trung bình của mạng:
pd
pa
tb TU
WWI ..3
22 
Wa, Wp – năng lượng tác dụng và phản kháng của các phụ tải đấu
vào mạng tiêu thụ trong thời gian TpUđ – điện áp định mức của mạng, VStb – công suất trung bình truyền tải trong mạng, kVAPtb, Qtb – Công suất tác dụng và phản kháng trung bình truyền tảitrong mạng.
9.3 Suất tiêu thụ điện năng.
Lượng điện năng tiêu thụ của xí nghiệp sản xuất ra một đơn vị sản phẩm
là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá việc sử dụng hợp lý điện
năng. Suất tiêu thụ điện năng đặc trưng cho việc sử dụng các phương tiện cơ
giới hóa và tự động hóa ở xí nghiệp, việc tăng cường trang bị cho các quá trình
công nghệ.
Việc tổ chức không hoàn hảo các quá trình sản xuất và sử dụng không hết
khả năng của các phương tiện cơ giới hóa, dẫn đến hậu quả là năng suất giảm và
suất tiêu thụ điện năng có thể tăng. Suất tiêu thụ điện năng được tính:
spviđhkWZ
Wa a ./., 
Trong đó: Wa – lượng điện năng tiêu thụ trong thời gian tính toán, kWhZ – sản phẩm của xí nghiệp trong thời gian tính toán.
Tuy nhiên, chỉ trên cơ sở suất tiêu thụ điện năng để đánh giá trình độ sử
dụng điện năng của xí nghiệp thì không hoàn toàn chính xác, vì trong công
nghiệp mỏ, suất tiêu thụ điện năng còn phụ thuộc vào điều kiện địa chất mỏ, độ
chứa khí, chiều sâu vỉa, độ xâm nhập nước ngầm...Việc tiêu thụ điện năng cho
các thiết bị không tham gia vào sản xuất (bơm, quạt..) ở các xí nghiệp khác nhau
là đáng kể, ngay cả các thiết bị có tham gia vào sản xuất cũng có sự khác nhau
về tiêu thụ điện năng. Bởi vậy, khi lập kế hoạch cung cấp cho công nghiệp mỏ
và xây dựng định mức suất tiêu thụ điện năng, cần phải tính đến đặc điểm của
từng vùng hoặc nhóm mỏ cùng loại.
123
Từ phân tích trên ta có thể phân lượng điện năng xí nghiệp mỏ tiêu thụ
thành 2 thành phần:
- Thành phần không đổi, không phụ thuộc vào năng suất của mỏ
- Thành phần thay đổi tỷ lệ thuận với năng suất của mỏ
Trong suất tiêu thụ điện năng cũng cần phân ra 2 loại: suất tiêu thụ điện
năng cho từng công nghệ và suất tiêu thụ điện năng chung của mỏ
Do có nhiều yếu tố ảnh hưởng, nên suất tiêu thụ điện năng của các công
nghệ trong khai thác mỏ thay đổi trong phạm vi khá rộng.
Lượng điện năng tiêu thụ của một số công nghệ điển hình ở trong mỏ than
hầm lò, tính theo phần trăm tổng lượng điện năng toàn mỏ tiêu thụ, nằm trong
giới hạn sau:
Khấu than và xúc bốc: 5-20
Vận chuyển: 2-10
Trục tải: 15-30
Thoát nước: 20-40
Thông gió: 20-30
Chiếu sáng công nghiệp: 2-5
Suất tiêu thụ điện năng chung của mỏ than hầm lò cũng dao động trong
phạm vi rộng từ 15-80kW.h và cao hơn. Thông thường suất tiêu thụ điện năng
cho khai thác thann khoảng 30kW.h/tấn, trong đó khai thác hầm lò khoảng
35kW.h/tấn, khai thác lộ thiên khoảng 12kW.h/tấn, khai thác bằng sức nước
khoảng 105kW.h/tấn.
Tuy có nhiều khó khăn, song việc áp dụng các phương pháp khác nhau để
xác định suất tiêu thụ điện năng là cần thiết để lập kế hoạch cung cấp điện năng,
cũng như để dự báo sự phát triển của hệ thống cung cấp điện quốc gia.
9.4 Chi phí của mạng điện.
Tiền điện một xí nghiệp (hộ tiêu thụ) phải trả có thể tính theo giá biểu đơn
hoặc giá biểu kép.
Theo giá biểu đơn, tiền điện phải trả sau một khoảng thời gian nhất định
(1 tháng, 1 năm), được tính bằng số lượng điện năng (kWh) đã tiêu thụ trong
khoảng thời gian đó (theo chỉ số đồng hồ đo điện năng tác dụng) nhân với đơn
giá điện năng (đ/kWh). Cách tính này chỉ nên áp dụng với các hộ tiêu thụ không
phải là xí nghiệp công nghiệp và các xí nghiệp công nghiệp có công suất nối
mạng nhỏ.
Với các xí nghiệp công nghiệp lớn, tiền điện thường được tính theo giá
biểu kép và có thể áp dụng một trong hai phương thức sau:
1. Tính theo công suất tiêu thụ cực đại của xí nghiệp (phần chính) và lượng điện
năng tiêu thụ thực tế:
C = (a.Pmax +b.Wa)(1±K), đ/năm
Trong đó:
Pmax – Công suất tiêu thụ cực đại được xác định theo chỉ số đồng hồ đo, kWa – Đơn giá 1kW công suất cực đại trong 1 năm, đ/kW.năm
b – Đơn giá điện năng, đ/kW.h
Wa – Lượng điện năng xí nghiệp tiêu thụ trong 1năm, kW.hk – Hệ số (thưởng (-), phạt (+) tùy theo hệ số cosφ thực tế của xí nghiệp)
124
2. Trả theo công suất nối mạng và lượng điện năng tiêu thụ:
C = [a(ΣSđ BA + ΣSđ đc) + b.Wa](1±K), đ/nămTrong đó:
ΣSđ BA – Tổng công suất của các MBA đấu vào mạng, kVAΣSđ đc - Tổng công suất của các động cơ cao áp (trừ các động cơ được phép dựphòng theo luật an toàn hoặc các động cơ đấu vào mạng với mục đích bù công
suất phản kháng)
a – Đơn giá công suất nối mạng trong 1 năm, đ/kVA.năm.
125
PHỤ LỤC
Bảng 1: Bảng hệ số yêu cầu và hệ số công suất trung bình của các phụ tải trong
mỏ hầm lò
STT Nhóm phụ tải kyc Cosφ
Ở sân giếng:
1 Không kể trạm bơm chính 0,6-0,7 0,7
2 Có kể trạm bơm chính 0,75-0,85 0,8
Công tác khai thác mỏ:
3 Vỉa dốc thoải 0,4-0,5 0,6
4 Vỉa dốc đứng 0,5-0,6 0,7
5 Công tác chuẩn bị 0,3-0,4 0,6
Vận tải tầu điện:
6 Tầu cần vẹt 0,45-0,65 0,9
7 Tầu ác qui 0,8 0,9
8 Các phụ tải khác (băng tải, máng cào, tời..) 0,5-0,65 0,7
9 Trục cũi và skip 0,7 0,7
10 Trạm quạt chính 0,5 0,7
11 Tổ hợp công nghệ 0,6-0,7 0,7
12 Chất hàng vào gòong 0,55 0,7
13 Nhà đun nước 0,75 0,75
14 Xưởng cơ khí 0,3 - 0,35 0,65
15 Kho gỗ 0,35 0,65
16 Trạm bơm cấp nước 0,75 0,7
17 Khu vực hành chính 0,6 0,75
18 Kho than 0,5 0,7
19 Các thiết bị nhỏ khác 0,65 0,7
20 Chiếu sáng ngoài trời 1 1
21 Chiếu sáng trong nhà 0,8 1
22 Khu dân cư 0,75 0,95
Máy xúc một gầu truyền động theo hệ F-Đ
23 Bốc đất đá - mở vỉa 0,5-0,7 0,65
24 Khai thác 0,5-0,75 0,7
25 Máy xúc nhiều gầu 0,45-0,6 0,6
26 Máy xúc roto 0,6-0,7 0,6-0,8
27 Băng chuyền có chiều rộng băng
Đến 1400mm 0,7-0,8 0,75
Lớn hơn 1400mm 0,8-0,85 0,8
126
STT Nhóm phụ tải kyc Cosφ
28 Khoan đập cáp 0,5-0,6 0,65
29 Khoan xoay 0,5-0,7 0,7
30 Băng chuyền cầu thải 0,6-0,7 0,5-0,65
31 Bơm bùn
Công suất dưới 200kW 0,6 0,75
Công suất 200kW-2000kW 0,8 0,9
32 Bơm nước
Công suất dưới 500kW 0,75-0,85 0,8
Công suất lớn hơn 500kW 0,85-0,9 0,85
33 Máy ép khí cố định
Công suất dưới 400kW 0,8-0,85 0,75
Công suất lớn hơn 400kW 0,9-0,95 0,75
34 Trục tải có công suất dưới 1000kW 0,75 0,75
35 Quạt gió có công suất nhỏ hơn 200kW 0,6 0,75
36 Máy nghiền má 0,5-0,6 0,85
37 Máy nghiền côn 0,75-0,8 0,8
38 Chỉnh lưu thủy ngân: kim loại 0,9 0,9
Thủy tinh 0,9 0,75
127
Bảng 2: Trị số )p;n(fn ***hq 
128
Bảng 3: Bảng tra Kmax
129
Bảng 4: Thông số kỹ thuật của máy biến áp do liên xô chế tạo
130
Bảng 5: Điện trở và điện kháng của dây nhôm lõi thép:
Loại dây AC-10 AC-16 AC-25 AC-35 AC-50 AC-70 AC-95 AC-120 AC-150 AC-185
Điện trở 3,12 2,06 1,38 0,85 0,65 0,46 0,33 0,27 0,21 0,17
Khoảng cách trung bình hình
học giữa các dây dẫn, mm Điện kháng
2000 - - - 0,403 0,392 0,382 0,371 0,365 0,358
2500 - - - 0,417 0,406 0,396 0,385 0,379 0,372
3000 - - - 0,429 0,418 0,408 0,397 0,391 0,384 0,377
Bảng 6: Điện trở và điện kháng của dây nhôm trần:
Loại dây A-6 A-10 A-16 A-25 A-35 A-50 A-70 A-95
A-
120
A-
150
Điện trở 5,26 3,16 1,98 1,28 0,92 0,64 0,46 0,34 0,27 0.21
Khoảng cách trung bình hình
học giữa các dây dẫn, mm Điện kháng
600 - - 0,358 0.345 0,336 0,325 0.315 0,303 0,297 0,288
800 - - 0,377 0,363 0,352 0,341 0,331 0,319 0,313 0,305
1000 - - 0,391 0,377 0,366 0,355 0,345 0,334 0,327 0,319
1250 - - 0,405 0,391 0,380 0,369 0,359 0,347 0,341 0,333
1500 - - - 0,402 0,391 0,380 0,370 0,358 0,352 0,344
131
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]; Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Bội Khuê; Cung cấp điện;
NXB KH và KT, Hà Nội; 1998.
[2] PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa; Điện khí hóa mỏ; NXB GD – Hà Nội; 1997
[3] Lê Thành Bắc; Thiết bị điện; NXB KHKT – Hà Nội; 2001
[4]; Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch; Hệ thống cung cấp điện của xí
nghiệp công nghiệp, đô thị và nhà cao tầng; NXB KH và KT; 2005.
[5]; Trần Quang Khánh; Hệ thống cung cấp điện, Tập 1+2; NXB KH và KT;
2005.
[6]; Bùi Ngọc Thư; Mạng cung cấp và phân phối điện; NXB KH và KT; 2002.
[7]; A. A. Fedorov và G.V. Sxerbinovxli; Sách tra cứu về cung cấp điện xí
nghiệp công nghiệp - Mạng lưới điện công nghiệp & Trang thiết bị điện tự động hoá;
Nhà xuất bản Thanh niên.
[8]; Trần Đình Long; Bảo vệ các hệ thống điện; NXB KH và KT; 2000.