Thiết kế cung cấp điện cho một khu khai thác than hầm lò có khí bụi nổ hạng

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế cung cấp điện cho một khu khai thác than hầm lò có khí bụi nổ hạng III. 1. Phương pháp và kích thước khu khai thác (theo từng phương án ở trang 3). a) Kích thước khu khai thác : - Chiều dài theo vỉa a = 1000m; - Chiều dài theo phương dốc b = (c + 20)*n =480m; - Chiều dài lò chợ c = 100m; - Bề dày vỉa d =2m; - Góc dốc a = 0 ữ15 độ. b) Phương pháp khai thác : Tại trung tâm của khu khai thác đào lò thượng, từ đó mở ra hai cánh của khu khai thác. Số phân tầng là 4, số lò chợ hoạt động đồng thời là 3, số lò chuẩn bị bằng số lò chợ hoạt động đồng thời. Phương pháp khai thác theo phương án khấu đuổi. 2. Phương tiện khai thác và vận chuyển - Khấu than ở lò chợ dùng máy liên hợp (com bai); - Đào lò chuẩn bị: + Trong than dùng khoan điện cầm tay; + Trong đá dùng khoan khí ép kết hợp nổ mìn. - Vận chuyển: ở lò thượng dùng tời trục, ở lò song song dùng tàu điện ắc quy, ở lò chợ dùng máng cào. - Thông gió các gương lò chuẩn bị dùng quạt cục bộ. 3. Vị trí và các phụ tải cao áp khác - Khoảng cách từ trạm biến áp chính đến miệng giếng L1 = 1000m dùng đường dây trên không; - Chiều sâu giếng L2 = 200m; - Khoảng cách từ chân giếng đến chân thượng (chiều dài lò xuyên vỉa) L3 = 2000m; - Tổng công suất của các phụ tải cao áp còn lại của mỏ là: S = 1400kVA Các số liệu này lấy theo cột 9 trang 3. cosj = 0,6 Điện áp mạng cao áp 6kV; điện áp mạng hạ áp điện lực 660V; điện áp khoan và thắp sáng 127V. 4. Yêu cầu thiết kế a) Chọn phương án và thiết kế hệ thống cung cấp điện mạng hạ áp cho khu vực khai thác ; b) Thiết kế mạng cao áp, các số liệu về phụ tải cho tuỳ theo từng phương án. Trong đó các số liệu để tính toán ngắn mạch mạng 6kV chọn như sau: Scb = 100MVA, điện kháng tương đối cơ bản tính từ hệ thống năng lượng Quốc gia đến thanh cái 6kV của trạm biến áp xí nghiệp 35/6kV là: X*cb = 6,55 Điều kiện để tính cơ khí đường dây là: qma x = 40oC khi tốc độ gió V = 0 m/s; qmin = 5oC khi tốc độ gió V = 0 m/s; qbão = 25oC khi tốc độ gió bão V = 35 m/s. Ở các nhiệt độ khác: V= 5 m/s. Tính cơ khí đường dây cho một khoảng vượt trung gian, khoảng vượt thực tế tuỳ ý chọn. c) Thiết kế hệ thống tiếp đất bảo vệ cho mạng hầm lò. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TT P/A a, m b, m c, m d,m n m Phương pháp khai thác S, kVA; cosj 28 1000 480 100 2 4 3 Khấu đuổi 1400; 0,6 Chương 1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHU KHAI THÁC 1.1. Kích thước khu khai thác Căn cứ vào chiều dài và chiều rộng của ruộng mỏ, phân chia khu khai thác như sau: Chiều dài theo vỉa a = 1000m Chiều rộng theo phương dốc: b = (c + 20) n = 480m Chiều dài lò chợ c = 100m; Trụ bảo vệ lò thượng trung tâm: 20m; Chiều rộng lò thượng: 3m Chiều rộng lò song song vận chuyển: 2,8m; Chiều rộng trụ bảo vệ trong than: 7m; Chiều rộng lò thông gió: 2,2m; Chiều rộng trụ bảo vệ lò thông gió: 5m; Chiều dài một cánh khai thác là: m 1.2. Phương pháp khai thác Dùng phương pháp khai thác: Khấu duổi với số lò chợ hoạt động đồng thời là 3 (theo phương án). Trong quá trình khai thác để lại các trụ than bảo vệ như hình vẽ 1.1. Đồng thời với quá trình khấu than ở 3 lò chợ 3 lò chuẩn bị cùng tiến hành đào lò. Phân chia khu vực khai thác như hình vẽ 1.1. có 4 phân tầng khai thác và 3 lò chợ hoạt động đồng thời. Chương 2 CHỌN PHƯƠNG THIỆN KHAI THÁC Dựa vào tình hình cụ thể, theo yêu cầu thiết kế và kích thước khu khai thác, có thể chọn được các thiết bị khai thác than (theo phụ lục 1) như sau: 2.1. Lựa chọn thiết bị đào khấu và vận chuyển than ở lò chợ và lò vận chuyển 2.1.1Máy liên hợp Theo chiều dài lò chợ, góc dốc và chiều dày của vỉa, chọn máy liên hợp theo phụ lục 1, kèm theo là com bai trong tổ hợp có mã hiệu 'DK04-2M, các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.1.a và 2.1.b Bảng 2.1.a Các thông số chính, tên thiết bị Máy liên hợp Bề dày vỉa ,m 1,9-3,5 Góc dốc , độ 0-15 Combai Kỉ1Kà Vì chống thuỷ lực Bơm thuỷ lực CHY5 Máng cào lò chợ ,CP-70A Chiều dài lò chợ , m 100 Máng cào chân lò chợ P TK1 Bảng 2.1.b Các thông số chính Năng suất (T/ph) Động cơ Mã hiệu Công suất (kw) Tốc độ (vg/ph) Udm (V) Combai 3 'DK04-2M 105 1460 660 Kỉ1Kà 2.1.2. Máng cào vận chuyển than trong lò chợ Chọn máng cào lò chợ (theo phụ lục 1), các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.2 Bảng 2.2 Các thông số chính Năng suất (T/h) Tốc độ (m/s) Động cơ: Mã hiệu Công suất (kW) Số lượng động cơ Chiều dài (m) Máng cào 200 1,024 'DKOF42/4 42 1 90 2.1.3. Máng cào chân lò chợ: Chọn máng cào chân lò chợ (theo phụ lục 1), thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.3 Bảng 2.3 Các thông số chính Năng suất (T/h) Chiều dài (m) Động cơ Mã hiệu Công suất (kw) Máng cào chân lò chợ P TK1 340 55 'DKOF 43/4 55 2.1.4. Máy khoan điện cầm tay: Chọn máy khoan điện cầm tay có mã hiệu íéẽ với các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.4. Bảng 2.4 Pyc, kW Uđm, V Iđm, A nđc, vg/ph nT, vg/ph cosj 1,4 127 8,5 2750 400 ¸600 0,72 Chọn thiết bị điều khiển khoan là bộ khởi động Aẽ có các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.5. Bảng 2.5 Mã hiệu Điện áp bên sơ cấp, V Điện áp phía thứ cấp, V Dòng điện phía sơ cấp, A Dòng điện phía thứ cấp, A h cosj Aẽ-3,5 660 133 3,15 15,2 0,95 0,9 Aẽ-4 660 133 3,52 17,5 0,95 0,9 2.2. Lựa chọn thiết bị cho lò chuẩn bị Để đào lò chuẩn bị, sử dụng các thiết bị như sau: - Khoan điện cầm tay; - Khoan khí ép; - Máy cào vơ; - Quạt gió cục bộ; - Máy ép khí cung cấp khí ép cho khoan. 2.2.1. Máy khoan điện cầm tay: Ở lò chuẩn bị cũng chọn loại máy khoan điện cầm tay mã hiệu íéẽ với các thông số kỹ thuật như trong bảng 2.4 và bộ khởi động Aẽ có các thông số kỹ thuật như trong bảng 2.5 2.2.2. Khoan khí ép: Trường hợp gặp đất đá cứng dùng khoan khí ép kết hợp nổ mìn, chọn loại ậÁC-4 với các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.6 Bảng 2.6 Tốc độ tiến mũi khoan, m/s Động cơ điện Động cơ khí ép Mã hiệu P, kW n, vg/ph Mã hiệu n, vg/ph H, at N,m3/ ph 0,0035 BAọ-42 4,2 1450 ẽéẩ-10 1500 3,5 7,36 2.2.3. Máy ép khí Để cung cấp khí ép cho khoan, chọn máy ép khí có mã hiệu 3ốụứờõ-10 với công suất định mức của động cơ là 40kW. 2.2.4. Máy cào vơ Chọn máy cào vơ mã hiệu C-153 với các thông số kỹ thuật chủ yếu như sau: - Năng suất bốc: 50T/h; - Động cơ mã hiệu: MA-143-2/4, công suất : 17 kW. 2.2.5. Quạt gió cục bộ Chọn quạt gió cục bộ có mã hiệu CBM-6 có các thông số kỹ thuật ghi trong bảng 2.7 Bảng 2.7 Q,m3/ph H,mm H20 Pdm, kW n, ng/ph Uđm,V Đường kính bánh công tác, mm 200 ¸400 200 ¸80 14 2950 660 600 2.3. Lựa chọn thiết bị cho lò thượng Chọn tời trục mã hiệu ÁÃ-800/63m với các thông số kỹ thuật được ghi trong bảng 2.8. Bảng 2.8 Mã hiệu Tang Tải trọng, kG Đường kính cáp, mm Chiều dài cáp mm Tỷ số truyền Động cơ Khối lượng quy đổi, kg Trọng lượng, kG Số lượng Đường kính, mm Rộng mm Tốc độ cáp Tốc độ động cơ , vg/ph công suất , kW Áậ1200/ 1030-2M 1 1200 1000 2500 17,5 515 30 1,5 2 720 960 45 60 8500 7150 2.4. Tổng hợp thiết bị sử dụng trong khu khai thác Tổng hợp thiết bị sử dụng trong khai thác được cho trong bảng 2.9 Bảng 2.9 TT Tên khu vực Số lượng Thiết bị sử dụng Số lượng 1 Lò chợ 3 Máy combai 3 Máng cào lò chợ 3 Máng cào họng sáo 3 Máy khoan điện cầm tay 6 2 Lò vận chuyển Tàu điện ắc quy 3 Lò chuẩn bị 3 Máy cào vơ 3 Máy khoan khí ép 3 Máy ép khí 3 Quạt gió cục bộ 3 Khoan điện cầm tay 3 4 Lò thượng 2 Tời trục 2 Căn cứ vào các thiết bị điện ở khu khai thác như trên, tính toán thiết kế và chọn phương án cung cấp điện. Chương 3 TÍNH TOÁN THẮP SÁNG ( Một đường lò tính theo phương pháp điểm, các đường lò còn lại tính theo phương pháp công suất riêng) Đặc điểm khu khai thác của mỏ có khí bụi nổ hạng III, do đó chọn thiết bị thắp sáng đảm bảo điều kiện an toàn nổ. 3.1. Tính toán thắp sáng cho lò vận chuyển Để tính toán thắp sáng cho lò vận chuyển dùng phương pháp điểm. Hình 3.1 biểu diễn mặt cắt dọc của lò và sơ đồ bố trí đèn dọc theo lò, tính Emin ở A và Emax ở B. Khoảng cách từ tâm đèn đến mặt đường: h = H - a = 2,5 - 0,2 = 2,3 m trong đó: H = 2,5m - chiều cao lò; a = 0,2 m - khoảng cách từ tâm đèn đến nóc lò; Theo phụ lục 2 chọn đèn có mã hiệu éÂậ-20 với các thông số kỹ thuật ghi trong bảng 3.1 Bảng 3.1 Loại đèn Mã hiệu Công suất bóng, W Quang thông, Lm Hiệu suất đèn cosϕ Công suất tổng, W Huỳnh quang éÂậ-20 20/26 980 0,65 0,5 Theo phụ lục 2, độ rọi tối thiểu với đường lò này là: Emin = 2Lx Hệ số: C = F/1000 = 980/1000 = 0,98 trong đó: F - quang thông thực tế của đèn huỳnh quang éÂậ-20. Độ sáng ở A chủ yếu tạo nên bởi bóng đèn 2,3,4,5; các đèn khác vì ở xa ảnh hưởng không đáng kể nên có thể bỏ qua. Do đó: k = 1,5 - hệ số dự trữ kể đến sự bụi bẩn, già hoá của bóng đèn; cosỏ1, cosỏ2 - phụ thuộc vào chiều cao cheo đèn và khoảng cách giữa các đèn (sơ bộ chọn theo phụ lục 2 hoặc theo giáo trình Điện khí hoá). Chọn khoảng cách giữa các đèn: l= 7m Ta có : Þ a1 = 57o Þ a2 = 78o Dựa vào giá trị a1 và a2, biểu đồ phân bố cường độ sáng của loại đèn huỳnh quang phòng nổ PBậ - 20, trang 140, tài liệu Giáo trình Điện khí hoá mỏ - Nguyễn Anh Nghĩa (chủ biên) Trần Bá Đề Ta có : Cường độ sáng theo hướng a1, a2 của đèn quy ước trong mặt cắt ngang (do đặc thù của mỏ nên ta chỉ quan tâm đến cường độ sáng trong mặt cắt ngang) I’a1 = 116Cđ I’a2 = 122Cđ Þ Cường độ sáng theo hướng a1 , a2 của đèn PBậ - 20 Ia1 = C. I’a1 = 0,98 . 116 = 114Cđ Ia2 = C. I’a2 = 0,98 . 122 = 120Cđ Độ sáng ở B chủ yếu do các đèn 3,4,5 tạo nên. Do đó: Cũng tương tự như trên, giá trị cosỏ3 phụ thuộc vào chiều cao cheo đèn và khoảng cách giữa các đèn. Þ a3 = 73o Cường độ sáng theo hướng a3 của đèn quy ước trong mặt cắt ngang I’a3 = 113Cđ Þ Cường độ sáng theo hướng a3 của đèn PBậ – 20 Ia3 = C. I’a3 = 0,98 . 113 = 111Cđ Þ Cường độ sáng trung bình Độ điều hoà ánh sáng: So sánh kết quả tính toán với điều kiện tiêu chuẩn: Emin ≥ Eqc õ ≥ õqc Nếu các điều kiện trên không thoả mãn, yêu cầu giảm khoảng cách giữa các đèn hoặc tăng công suất của mỗi đèn. Số đèn cần thiết để thắp sáng lò cái vận chuyển: trong đó: L - chiều dài một cánh; a- khoảng cách giữa các đèn. Công suất thắp sáng cho lò cái vận chuyển: Pts = nd.Pd = 70.26 =1820W 3.2. Thắp sáng cho lò chợ, lò thượng, trạm biến áp, trạm tời và các lối đi Diện tích cần thắp sáng cho 01 lò chợ: S = c.d = 100.2 = 200m2 Diện tích cần thắp sáng cho 2 lò thượng: S = 2(3.b) = 2.3.480 = 2880m2 trong đó: b = 480 - chiều dài theo phương dốc. Diện tích cần thắp sáng cho một trạm biến áp khu vực: S = 6 x 3 = 18m2 Diện tích cần thắp sáng cho một trạm tời: S = 3x6 =18m2 Diện tích cần thắp sáng cho các lối đi: Sơ bộ dự tính S = 100m2 cho từng khu vực khai thác. Tính công suất thắp sáng cần thiết theo công thức: Pts = S.ϖ trong đó: S - diện tích cần thắp sáng, m2; ϖ - định mức thắp sáng, W/m2 (tra theo phụ lục 2). TT Vị trí công tác Công suất riêng (v) W/m2 1 Nhà ở và nhà tập thể 3,5-12 2 Nhà xưởng 3-10 3 Lò chợ và lò chuẩn bị 5 4 Lò vận chuyển trung gian 3 5 Lò cái vận chuyển, các lối đi 1-2 6 Nhà trạm 8-10 7 Các đường lò xung quanh giếng 6-8 Số đèn thắp sáng cần thiết: nđ = Pts/Pđ, trong đó: Pđ - công suất của mỗi đèn thắp sáng đã chọn. 3.3. Tổng hợp phụ tải thắp sáng cho một khu vực khai thác Để thắp sáng cho lò vận chuyển, lò chợ dùng đèn huỳnh quang éÂậ-20, các lò còn lại và các trạm biến áp, trạm tời, các lối đi dùng đèn Pẽ. Phụ tải thắp sáng của một khu vực khai thác được thống kê trong bảng 3.2. Bảng 3.2 STT Tên khu vực Dài (m) Rộng (m) Diện tích (S), m2 Công suất riêng (v) (W/m2) Công suất (W) 1 Lò cái vận chuyển - 2,8 1820 2 Lò chợ 100 2 200 5 1000 3 Các lối đi - - 100 2 200 4 Trạm biến áp 6 3 18 9 162 å 3182 Số đèn thắp sáng cần thiết: nđ = Pts/Pđ = 3182/26= 123 đèn Chọn mã hiệu và số lượng máy biến áp thắp sáng cho một khu vực khai thác (phụ lục 2): trong đó: cosϕ - hệ số công suất trung bình (cosϕ = 1 đối với đèn sợi đốt; cosϕ = 0,5 đối với đèn huỳnh quang) Để cung cấp điện cho các phụ tải thắp sáng ta chọn phương án: lò chợ, lò cái vận chuyển, trạm khu vực và các lối đi dùng chung một máy biến áp lấy điện từ MBA di động theo lò chợ; với lò thượng và trạm tời dùng riêng một máy biến áp đặt cố định. * Công suất thắp sáng lò chợ, lò cái vận chuyển, trạm khu vực và các lối đi. Theo phụ lục 2 ta chọn hai MBA thắp sáng an toàn nổ TCỉ- 2,5/0,5 với các các thông số như bảng 3.3 Bảng 3.3 Mã hiệu Sđm, kVA Uđm Unm % Io % h khi tải định mức và cosj =1 Hình thức chế tạo và lĩnh vực áp dụng Cao áp,V Hạ áp,V TCỉ- 4/0,7 4 660 380;133 4,5±0,45 20+1 0,945 PB-thắp sáng 3.4. Tổng hợp phụ tải thắp sáng cho lò thượng Ptb = Pts(lò thượng) + Pts(trạm tời) Nếu dùng đèn sợi đốt (cosϕ = 1): Phụ tải thắp sáng của lò thượng và trạm tời cho ở bảng 3.4 Bảng 3.4 STT Tên khu vực Dài (m) Rộng (m) Diện tích (S), m2 Công suất riêng (v) (W/m2) Công suất (W) 1 Lò thượng 480 3 1440 2 2880 2 Trạm tời 6 3 18 9 162 å 3042 Hai khu vực này thắp sáng bằng đèn sợi đốt nên : Ptb = Pts(lò thượng) + Pts(trạm tời) = 3,042 (kw) Sts = Pts = 3,042 kVA Theo phụ lục 2 ta chọn MBA thắp sáng an toàn nổ TCỉ- 4/0,5 với các các thông số như bảng 3.5 Bảng 3.5 Mã hiệu Sđm, kVA Uđm Unm % Io % h khi tải định mức và cosj =1 Hình thức chế tạo và lĩnh vực áp dụng Cao áp,V Hạ áp,V TCỉ- 4/0,7 4x2 660 380;133 4,5±0,45 20+1 0,945 PB-thắp sáng Chương 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP CHO KHU KHAI THÁC 4.1. Xác định công suất máy biến áp khu vực 4.1.1. Xác định phụ tải của một gương lò chợ Phụ tải trong gương lò chợ bao gồm máy combai, máng cào lò chợ, máng cào chân lò chợ, máy khoan, thắp sáng. Các thiết bị này có liên hệ chặt chẽ với nhau theo dây truyền công nghệ. Các phụ tải trong gương lò chợ được thống kê trong bảng 4.1 Bảng 4.1 Tên thiết bị Số lượng động cơ Pdm, kW cosϕ ểPdm Combai 1 105 0,88 Máng cào lò chợ 1 42 0,85 Máng cào chân lò chợ 1 55 0,86 Khoan điện cầm tay 2 1,4 0,72 Thắp sáng - 1,12 0,5 Tổng cộng 205,92 4.1.2. Xác định phụ tải cho một gượng lò chuẩn bị Các phụ tải trong gương lò chuẩn bị được thống kê trong bảng 4.2 Bảng 4.2 Tên thiết bị Số lượng động cơ Pdm, kW cosϕ ểPdm Quạt gió cục bộ 1 14 0,75 Máy cào vơ 1 17 0,72 Máy ép khí 1 40 0,75 Khoan điện cầm tay 1 1,4 0,72 Khoan khí ép 1 4,2 0,85 Tổng cộng: 76,6 Xác định công suất của trạm biến áp khu vực khai thác : trong đó: kyc = 0,43+ 0,57 Stt = trong đó: Pmax = 105 kw åPdi = 282,52kW cos = 0,6 Thay vào công thức trên ta có : Kyc = 0,43 + 0,57 = 0,43 + 0,57 = 0,642 = 0,642.282,52 =181,38kW Stt = = = 302,3kVA Từ Stt tìm được các thông số kỹ thuật của trạm biến áp di dộng trong bảng 4.3 Bảng 4.3 Mã hiệu Sđm kVA Uđm ,V Iđm ,A Unm % Io % Pnm ,W Cao Hạ Cao Hạ Không tải Ngắn mạch TKỉBPC- 320/6 320 6000±4% 30,8 462/268 3,0 2,0 1100 3865 4.1.3. Xác định phụ tải của lò thượng và chiếu sáng Các phụ tải của lò thượng và thắp sáng được thống kê trong bảng 4.4 Bảng 4.4 Tên thiết bị Số lượng Pdm , kW cosϕ ểPdm Tời trục 2 60 0.75 120 Thắp sáng 0.162 1 0.162 Ptt = kyc .Pt + Pts ⇒ Stt = Stt = trong đó: kyc = 0,6 - hệ số yêu cầu của tời trục; Pt - tổng công suất lắp đặt của tời; Pts - tổng công suất thắp sáng; cost = 0,75 - hệ số công suất của tời; costs =1- hệ số công suất của đèn thắp sáng. 4.1.4. Chọn phương án cung cấp điện cho khu khai thác Vì các khu vực khai thác cách xa trạm biến áp trung tâm hầm lò nên cần phải đưa sâu điện cao áp tới gần khu vực khai thác để cung cấp cho các phụ tải. Dùng chung một máy biến áp di động cung cấp cho cả lò chợ và lò chuẩn bị, một máy biến áp cung cấp cho tời và chiếu sáng lò thượng. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện được biểu diễn trên hình 4.1 4.2. Tính toán mạng cáp hạ áp Sơ đồ thay thế tính toán mạng cáp hạ áp theo phương án khấu đuổi như hình 4.2. 4.2.1. Tính toán lựa chọn cáp theo điều kiện dòng nung nóng cho phép và độ bền cơ học ( S ³16mm2) Chiều dài của cáp chính và cáp mềm cho cụ thể như sau: l1= l2= 150m; l3 = c+50m; l4 = l5 =l8 =l9 = l10 = 50m. Xác định dòng thực tế chạy trong cáp mềm theo công thức sau: Itt = Theo phụ lục 3 kết hợp cùng với điều kiện về độ bền cơ học, chọn loại cáp cung cấp cho các phụ tải. Xác định dòng thực tế chạy trong cáp chính theo công thức sau: Itt = trong đó: Thay số ta được: Kyc1 = 0,642; Kyc2 = 1(n=4) Kết quả tính toán và lựa chọn cáp kết hợp với yêu cầu về độ bền cơ học được thống kê trong bảng 4.5 Bảng 4.5 Đoạn cáp P(kW) U(V) % Itt(A) Loại cáp S(mm2) Icp(A) l1 0,833 282,52 660 - 190,44 ẹÁà 70 225 l2 0,742 76,6 660 - 90,26 ẹÁà 25 105 l3 0,88 105 660 0,91 114,7 ÃPỉí 25 125 l4 0,85 42 660 0,89 48,56 ÃPỉí 16 80 l5 0,86 55 660 0,89 62,85 ÃPỉí 16 80 l6 0,72 1,4 127 0,93 9,5 ÃPỉí 16 80 l7 0,5 1,12 127 0,9 11,3 ÃPỉí 16 80 l8 0,75 14 660 0,9 18,14 ÃPỉí 16 80 l9 0,72 17 660 0,77 26,8 ÃPỉí 16 80 l10 0,75 40 660 0,81 57,6 ÃPỉí 16 80 l11 0,72 1,4 127 0,93 9,5 ÃPỉí 16 80 4.2.2. Xác định tiết diện cáp theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép Xác định tổn thất điện áp trong cáp mềm cung cấp cho phụ tải xa nhất và có công suất lớn nhất theo biểu thức: Xác định tổn thất trong máy biến áp theo công thức: DUba = b(Ua cosj + UP sinj) Tổn thất điện áp cho phép trong cáp chính: DUcc = DUcf - DUba - DUcm Xác định tiết diện cáp chính theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép : Scc = trong đó: Tổn thất trong máy biến áp: ; ; Kyc = 0,642; ; ; Sdm = 320kVA; Udt = 690V Thay số vào ta có: Tổn thất điện áp trên cáp cung cấp cho động cơ combai: = Tổn thất điện áp trong cáp chính : DUcc = DUcf – (DUba + DUcm max) = 63 – (11,3 + 15,6) = 36,1V Tiết diện cáp chính theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép Cuối cùng so sánh tiết diện của cáp chính theo hai điều kiện và chọn giá trị lớn hơn. Kết quả tính toán lựa chọn được thống kê trong bảng 4.5 Ghi chú: 1) Cáp chính chọn loại 3 lõi có vỏ bọc thép CÁ,ẹÁà 2) Cáp mềm chọn loại 7 lõi có màn chắn: 3) Cáp mềm dùmg cho khoan điện cầm tay: ỉéÁ5 x 6 hoặc ỉéÁ 5 x 4 4.2.3. Kiểm tra điều kiện khởi động động cơ có công suất lớn nhất và xa nhất trong khi các động cơ khác đang làm việc bình thường (đây là điều kiện nặng nhọc nhất). a. Kiểm tra cho động cơ có công suất lớn nhất là động cơ Combai Điện áp khởi động tối thiểu cho phép: Umin = 1,1.Ud = trong đó: k - bội số mômen mở máy tối thiểu; a - bội số mômen mở máy định mức. + Xác định tổn thất điện áp trong máy biến áp khi khởi động động cơ: DUbam = DUba Với : (Đây là dòng chạy qua biến áp trừ dòng của động cơ mở máy) cosjm = 0,4 => sinjm = 0,91 cosj = 0,833 => sinj = 0,55 DUba = 11,3 V Thay số tính được : Iba m = 676A + Xác định tổn hao điện áp trong cáp chính khi động cơ khởi động: DUccm = .Iccm (Rcc cosjccm + Xcc sinjccm) trong đó: Iccm = Ibam = 676A sinjccm = 0,88 =>DUccm = + Xác định tổn hao điện áp trong cáp mềm khi mở máy động cơ: DUcmm = .Idcm (rcm cosjm + xcm sinjm) trong đó : Idcm = 6.114,7 = 688,2A => Điện áp thực tế đặt vào động cơ Com bai khi khởi động là: DUtt = 690- (63,8+34,1+72)=520,1V ³ Umin = 513,35V Nhận thấy DUtt > Umin nên động cơ có công suất lớn nhất khởi động bình thường b. Kiểm tra cho động cơ xa nhất là động cơ Máy ép khí Điện áp khởi động tối thiểu cho phép: Umin = 1,1.Ud = trong đó: k - bội số mômen mở máy tối thiểu; a - bội số mômen mở máy định mức. + Xác định tổn thất điện áp trong máy biến áp khi khởi động động cơ: DUbam = DUba Với : (Đây là dòng chạy qua biến áp trừ dòng của động cơ mở máy) cosjm = 0,4 => sinjm = 0,91 cosj = 0,833 => sinj = 0,55 DUba = 11,3 V Thay số tính được : Iba m = 426,6A + Xác định tổn hao điện áp trong cáp chính khi động cơ khởi động: DUccm = .Iccm (Rcc cosjccm + Xcc sinjccm) trong đó: Iccm = Ibam = 426,6A sinjccm = 0,81 =>DUccm = + Xác định tổn hao điện áp trong cáp mềm khi mở máy động cơ: DUcmm = .Idcm (rcm cosjm + xcm sinjm) trong đó : Idcm = 6.57,6 = 345,6A => Điện áp thực tế đặt vào động cơ khi máy ép khí khởi động là: DUtt = 690- (29,5+82,8+17,5)=560,2V ³ Umin = 538,4V Nhận thấy DUtt > Umin nên động cơ xa nhất khởi động bình thường 4.3. Tính toán ngắn mạch Để lựa chọn thiết bị và chỉnh định bảo vệ, cần phải xác định dòng ngắn mạch. Xác định điện trở của máy biến áp theo công thức: Rba = = Điện kháng của máy biến áp: Xba = = Tổng trở từ máy biến áp đến điểm tính ngắn mạch được xác định theo biểu thức: Z = trong đó: Rc , xc - điện trở và điện kháng của cáp từ máy biến áp đến điểm tính ngắn mạch. Tổng trở từ máy biến áp đến điểm tính ngắn mạch được tính trong bảng 4.7 Bảng 4.7 Điểm tính NM Z Điểm tính NM Z N 0,048 N6-2 0,317 N1 0,083 N7-1 0,125 N2 0,192 N7-2 0,125 N3 0,198 N8 0,299 N4 0,139 N9 0,299 N5 0,139 N10 0,299 N6-1 0,139 N11 0,299 Tính dòng ngắn mạch 2 pha ở cuối đường dây để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ: Tính dòng ngắn mạch 3 pha ở đầu đường dây để lựa chọn thiết bị: Kết quả tính toán được thống kê trong bảng 4.8 Bảng 4.8 Đoạn mạng I(2)n , A I(3)n , A N 6531.25 8732.42 L1 3777.11 5050.07 L2 1632.81 2183.10 L3 1583.33 2116.95 L4 2255.39 3015.51 L5 2255.39 3015.51 L6-1 2255.39 3015.51 L6-2 988.95 1322.26 L7-1 2508.0 3353.25 L7-2 2508.0 3353.25 L8 1048.49 1401.86 L9 1048.49 1401.86 L10 1048.49 1401.86 L11 1048.49 1401.86 4.4. Lựa chọn và chỉnh định thiết bị điều khiển và bảo vệ + Điều kiện lựa chọn thiết bị: - Ud (thiết bị ) ³ Ud (mạng); - Id (thiết bị ) ³ Itt ; - Ingắt (thiết bị ) ³ 1,2 In.m(3) Chỉnh định bảo vệ trong áptomát: Bảo vệ bằng rơle cực đại: Icd = 1,2 Kiểm tra độ nhậy: kn = Bảo vệ bằng cầu chì: Icd = kn ³ 4 ¸ 7 Chỉnh định bảo vệ trong khởi động từ: Bảo vệ bằng rơle cực đại: Icđ = 1,2.Ikđ Kiểm tra độ nhậy: kn = Bảo vệ bằng cầu chì: Icđ = Imđ /(1,6 ¸2,5) kn ³ 4 ¸ 7 Chỉnh định bảo vệ thắp sáng: Icd = 3Itt kn = Kết quả lựa chọn và chỉnh định thiết bị được thống kê trong bảng 4.9 Bảng 4.9 Đoạn mạng AFB KĐT Pd, kW Ud, V Iđm, A Ingắt, kA Icd, A kn MBAKV AFB-3 660 500 10 2000 3,265 L1 AFB-2A 660 350 7 1200 3,147 L2 AFB-1A 660 200 7 600 2,721 L3 ẩ-61 155 660 240 3,75 1000 1,583 L4 ẩ-61 155 660 240 3,750 500 4,51 L5 ẩ-61 155 660 240 3,750 500 4,51 L7 ẩ-61 155 660 240 3,750 1000 2,508 L8 ẩ-23M 100 660 120 2,4 300 3,495 L9 ẩ-23M 100 660 120 2,4 300 3,495 L10 ẩ-23M 100 660 120 2,4 300 3,495 L11 ẩ-23M 100 660 120 2,4 300 3,495 Để đảm bảo an toàn điện giật và an toàn tia lửa cho khu khai thác, dùng rơle bảo vệ rò điện YAKẩ-660 và YAKẩ-127. Thông số kỹ thuật của hai loại rơle này được ghi trong bảng 4.10 Bảng 4.10 Mã hiệu Hình thức chế tạo Ud, V R’c , kW R”c, kW Rth, kW Loại mạng YAKẩ- 660 PB 660 11-14 21 30 Không phân nhánh YAKẩ- 127III PB 127 3 4,1 3,3 không phân nhánh Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của khu khai thác được biểu thị trên hình 4.3 Chương 5 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CAO ÁP CỦA KHU KHAI THÁC 5.1. Tính chọn máy biến áp chính của xí nghiệp Công suất tính toán của máy biến áp chính: Stt = kcd trong đó: kcd = 0,85 - 0,95 - hệ số trùng cực đại; SSi - tổng công suất của khu vực khai thác; S =1400kVA- tổng công suất của các phụ tải cao áp còn lại. SSi = 3.(Slc + Scb) + Slt+tt = 3. 302,3 + 96,162 = 1003kVA S = 1400kVA Kcd = 0,9 Stt = 0,9.(1003 + 1400) = 2162,7kVA Chọn hai máy biến áp làm việc song song công suất mỗi máy là 0,8.Stt Sdm = 0,8.2162,7 = 1730,16kVA Vậy ta chọn hai máy biến áp vận hành song song, công suất và các thông số kỹ thuật máy biến áp được ghi trong bảng 5.1 Bảng 5.1 Mã hiệu S (kVA) Ud ,kV Tổn thất W Un % I0 % Cao áp Hạ áp Không tải Ngắn mạch TM-1800/35 1800 35 6 8300 24000 6,5 5 5.2. Tính chọn đường dây cao áp 5.2.1. Tính chọn dây dẫn theo điều kiện dòng nung nóng cho phép Chọn dây dẫn theo điều kiện dòng nung nóng cho phép theo công thức: Itt = trong đó: Stt - công suất truyền tải thực tế trên các đoạn dây; Dựa theo Itt chọn dây dẫn theo phụ lục 3, kết quả tính chọn được ghi trong bảng 5.2 Các đoạn L1 và L2 là 2 mạch nên dòng sẽ phân phối đều cho 2 mạch song song Bảng 5.2 Đoạn mạng Ký hiệu Chiều dài, m Itt, A S, mm2 Icf, A Mã hiệu dây Đường dây trên không L1 1000 104 25 130 AC Đường cáp giếng L2 200 104 35 110 ẹÂà Đường cáp xuyên vỉa L3 2000 81,6 25 90 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp I L4 770 27,2 16 65 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp II L5 620 27,2 16 65 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp III L6 480 27,2 16 65 ẹÂà 5.2.2. Tính chọn dây dẫn theo điều kiện mật độ dòng kinh tế (chỉ chọn cho đ oạn cáp L1) Skt = trong đó: Jkt =1,1- mật độ dòng kinh tế (tra theo phụ lục 3). Vậy chọn L1 có tiết diện là 95mm2 Các đường cáp còn lại vẫn giữ nguyên Kết quả tính chọn được cho trong bảng 5.3 Bảng 5.3 Đoạn mạng Ký hiệu Chiều dài, m Itt, A S, mm2 Icf, A Mã hiệu dây Đường dây trên không L1 1000 95 AC Đường cáp giếng L2 200 104 35 110 ẹÂà Đường cáp xuyên vỉa L3 2000 81,6 25 90 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp I L4 770 27,2 16 65 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp II L5 620 27,2 16 65 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp III L6 480 27,2 16 65 ẹÂà 5.2.3. Kiểm tra theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép Tính tổn hao điện áp trên toàn mạng theo công thức: V trong đó: Ri, Xi - Điện trở và điện kháng của đoạn đường dây thứ i, do các đoạn L1, L2 mắc song song nên điện trở, điện kháng giảm 1/2 Tổn hao trên từng đoạn cáp được cho trong bảng 5.4 Bảng 5.4 Đoạn cáp R , W X, W P ,kW Q, kVA DU ,V L1 0,11 0,1837 1730 1297,6 71,5 L2 0,026 0,008 1730 1297,6 9,3 L3 1,48 0,182 835,5 551,65 223 L4 0,88 0,078 282,52 107,55 42,8 åU 346,6 5.2.4. Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt Theo điều kiện ổn định nhiệt, tiết diện cáp được xác định theo biểu thức: trong đó: tgt = 0,25s - thời gian cắt giả tưởng; - dòng ngắn mạch xác lập; K - hệ số ổn định nhiệt (chọn theo giáo trình). K = 138 Vậy Do cáp L4 , L5, L6 < Stt nên chọn tăng tiết diện lên với S = 25 mm2 Vậy hệ thống đường dây cao áp đươc chọn như bảng 5.5 Bảng 5.5 Đoạn mạng Ký hiệu Chiều dài, m S, mm2 Icf, A Mã hiệu dây Đường dây trên không L1 1000 95 AC Đường cáp giếng L2 200 35 110 ẹÂà Đường cáp xuyên vỉa L3 2000 25 90 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp I L4 770 25 90 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp II L5 620 25 90 ẹÂà Cáp đến trạm biến áp III L6 480 25 90 ẹÂà 5.3. Lựa chọn thiết bị điều khiển và bảo vệ 5.3.1. Tính dòng ngắn mạch Sơ đồ nguyên lý của mạng cao áp như hình 5.1 Điện kháng và điện trở của dây dẫn được quy đổi theo công suất cơ bản như sau: ; Kết quả tính toán được thống kê trong bảng 5.6 Bảng 5.6 Đoạn mạng Mã hiệu dây Chiều dài,m Xo, W/km x*d Ro, W/km R*d L1 AC 1000 0,35 0,882 0,839 L2 ẹÂà 200 0,087 0,044 0,52 0,262 L3 ẹÂà 2000 0,091 0,458 0,74 3,73 L4 ẹÂà 770 0,091 0,176 0,74 1,43 L5 ẹÂà 620 0,091 0,142 0,74 1,15 L6 ẹÂà 480 0,091 0,11 0,74 0,89 Dòng ngắn mạch được xác định theo các biểu thức sau đây: trong đó: Icb = Z*cbi = Công suất ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch được xác định theo biểu thức sau: Sni = kVA Kết quả tính toán được thống kê trong bảng 5.7 Bảng 5.7 Điểm ngắn mạch Z*cbi I(3)n.m , A S(3)n.m , kVA N1 7,47 1227 13,38 N2 6,59 1391 15,17 N3 7,93 1156 12,61 N4 6,87 1334 14,55 N5 6,79 1350 14,73 N6 6,72 1364 14,88 5.3.2. Lựa chọn và chỉnh định tủ phân phối cao áp + Chọn tủ phân phối cao áp theo các điều kiện: Uđ(tủ) ³ Uđ = 660 V Iđ(tủ) ³ Itt = 81,6A Sc(tủ) ³ S(3)n,m = 12,61kVA Dựa vào số liệu tính toán chọn tủ điều khiển cao thế hầm lò cung cấp cho các máy biến áp khu vực mã hiệu YPBM-6/3 Các thông số kỹ thuật của tủ phân phối cao áp được ghi trong bảng 5.8 Bảng 5.8 Idm ,A Dải điều chỉnh dòng cực đại Dòng giới hạn ngắt A Công suất giới hạn ngắt , kVA Dòng ổn định điện động ,A 100 100-300 4800 50000 7700 + Chọn tủ trung tâm cung cấp điện cho cáp L3 theo các điều kiện : Uđ(tủ) ³ Uđ = 660V Iđ(tủ) ³ Itt = 104 A Sc(tủ) ³ S(3)n,m = 15,17 kVA Qua đó ta chọn được các thông số kỹ thuật của tủ phân phối trung tâm được ghi trong bảng 5.9 Bảng 5.9 Idm ,A Dải điều chỉnh dòng cực đại Dòng giới hạn ngắt A Công suất giới hạn ngắt , kVA Dòng ổn định điện động ,A 150 150-450 4800 50000 11500 + Chỉnh định bảo vệ tủ phân phối cao áp theo công thức sau đây: Thay số: trong đó: Ku = 6/0,69 - Hệ số biến áp; Chọn Icđ = 200A khi đó ta có: đảm bảo + Chỉnh định cho bảo vệ đầu đường cáp L3 ( bảo vệ tang tủ phân phối trung tâm) Icđ sau = ktt.Icđ.truoc trong đó: ktt = 1,11,3 – là hệ số tương thích. Thay số: Icđ sau = 1,2*200 = 240A Chọn Icđ sau = 250A, khi đó: đảm bảo Chương 6 TÍNH CƠ KHÍ ĐƯỜNG DÂY Tính cơ khí đường dây nhằm mục đích: Xác định khoảng vượt tới hạn để chọn ứng suất cho phép và xác định độ võng thi công để trong mọi trường hợp đảm bảo điều kiện: s £ scf; - Tính toán lựa chọn, kiểm tra cột và móng cột để đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và an toàn, 6,1, Xác định khoảng vượt tới hạn m trong đó: qo = 25oC - nhiệt độ lúc gió bão; q = 5oC - nhiệt độ lúc thấp nhất, an = 23,10-6 1/0C - độ giãn dài của nhôm; go, g- tương ứng là tỉ tải tác dụng lên dây dẫn khi gió bão và khi nhiệt độ thấp nhất, socp, scp- tương ứng là ứng suất cho phép khi gió bão và khi nhiệt độ thấp nhất, Xác định go như sau: go = trong đó: g1 - tỉ tải riêng của dây dẫn, N/(m,mm2); g1 = 35,6,10-3N/(m,mm2) g2 = - tỉ tải do gió gây ra, N/ (m,mm2); Pg = ag,Cg,Qg = => socp, scp - ứng suất cho phép của dây dẫn tương ứng với khi gió bão và khi nhiệt độ thấp nhất (phụ lục 4), => Chọn khoảng vượt thực tế: ltt = 120 m Nếu ltt > lth, smax xuất hiện khi tải trọng ngoài lớn nhất (gió bão) ltt < lth , sma x xuất hiện khi nhiệt độ thấp nhất (5oC), 6,2, Xác định độ võng thi công Độ võng thi công được xác định theo công thức: f = , m trong đó: s - ứng suất trong dây dẫn ứng với các trạng thái khác nhau lúc thi công, được xác định từ phương trình trạng thái sau đây: trong đó: Trạng thái đã biết là trạng thái ứng với trạng thái gió bão hoặc trạng thái có nhiệt độ thấp nhất, Giải phương trình trạng thái xác định s, tìm độ võng thi công f, Kết quả tính toán được thống kê trong bảng 6,1 Bảng 6,1 qoC 10 15 20 25 30 35 v = 5 m/s f =0,64 f=0,595 f =0,556 f =0,521 f =0,489 f =0,46 6,3, Xác định chiều cao cột H = hcp + fma x + D + 0,5 = 7 + 0,64 + 2 +0,5 = 10,14 m trong đó: hcp = 6m hoặc 7 m - chiều cao an toàn kể từ mặt đất đến điểm thấp nhất của dây dẫn; fma x - độ võng lớn nhất, m; D = 2m - chiều sâu chôn cột, Chương 7 TÍNH TOÁN TIẾP ĐẤT BẢO VỆ Tiếp đất trung tâm có diện tích S ³ 0,75m2, chiều dày ³ 5mm, Điện trở tiếp đất trung tâm được xác định theo biểu thức: Rtt = Tiếp đất cục bộ có kích thước: dài 1,5m, chôn sâu trong đất 1,4m, đường kính ³ 3cm; nếu dùng tấm tiếp đất cục bộ có diện tích ³ 0,6 m2, chiều dài ³ 2,5 m, Điện trở tiếp đất cục bộ: Dạng cọc: trong đó: r - điện trở suất của đất đá, W,cm; l - chiều dài phần cọc chôn trong đất, cm; d - đường kính cọc tiếp đất, cm, Dạng tấm thép: trong đó: l - chiều dài tấm, cm, h - chiều sâu tấm chôn trong đất, cm, b - chiều rộng tấm, cm, Giá trị điện trở tiếp đất đo tại điểm xa nhất: trong đó: Rc - điện trở tiếp đất của một cọc tiếp đất; Rd - điện trở dây nối tiếp đất giữa hai cọc tiếp đất cục bộ liên tiếp của cáp chính có dây nối đất bằng vỏ chì bọc thép, (1W/km), Với: L = 50,1,05 = 52,5 m (Khoảng cách giữa 2 cọc tiếp đất) 1, Dạng cọc Điện trở tiếp đất đo tại điểm gần trạm trung tâm khi chưa kể đến điện trở của bản thân trạm trung tâm: Khi kể đến điện trở của trạm trung tâm: 2, Dạng tấm thép Điện trở tiếp đất đo tại điểm gần trạm trung tâm khi chưa kể đến điện trở của bản thân trạm trung tâm: Khi kể đến điện trở của trạm trung tâm: Kết luận: Đảm bảo yêu cầu tiếp đất bảo vệ