Giáo trình Cung cấp điện mỏ

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG MÔN HỌC
CUNG CẤP ĐIỆN MỎ
Dùng cho hệ Cao đẳng chuyên nghiệp
 (Lưu hành nội bộ)
Người biên soạn: Nguyễn Thị Xuân Hướng
Uông Bí, năm 2010
1MỤC LỤC
NỘI DUNG Trang
Mục lục 1
Lời nói đầu 2
Phần 1: TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP
Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
1.1 Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện 4
1.1.1 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ 5
1.1.2 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện 6
1.1.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong cung cấp điện xí nghiệp 6
1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp 9
Chương 2: PHỤ TẢI ĐIỆN
2.1 Đồ thị phụ tải 11
2.2 Các tham số đặc trung của phụ tải 13
2.3 Các phương pháp cơ bản tính phụ tải điện 15
Chương 3: TRẠM BIẾN ÁP XÍ NGHIỆP
3.1 Các loại trạm điện 26
3.2 Tính toán chọn máy biến áp 26
3.3 Sơ đồ nối dây của trạm 30
Chương 4: NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG
4.1 Khái niệm chung 36
4.2 Tính toán ngắn mạch mạng cao áp 38
4.3 Tính toán ngắn mạch mạng hạ áp 46
4.4 Tác hại, hạn chế và biện pháp ngăn ngừa ngắn mạch 47
Phần 2: MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP
Chương 5: MẠNG ĐIỆN
5.1 Phân loại mạng điện 50
5.2 Các loại dây và cáp điện 51
5.3 Tổ chức cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ 53
5.4 Tính toán tổn thất trong mạng điện 60
5.4.1 Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện 60
5.4.1 Tính toán tổn thất điện áp 65
5.4.2 Tính toán tổn thất công suất 67
5.4.3 Tính toán tổn thất điện năng 69
5.5 Tính toán lựa chọn dây dẫn và cáp 70
CHƯƠNG 6: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN – BẢO VỆ RƠLE
6.1 Điều kiện lựa chọn thiết bị điện 82
6.1.1 Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài: 83
6.1.2 Các điều kiện kiểm tra thiết bị khi xảy ra ngắn mạch: 83
6.1.3 Lựa chọn các thiết bị điện 84
6.2 Bảo vệ role 92
6.2.1 Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ rơle: 93
6.2.2 Các hình thức bảo vệ trong hệ thống cung cấp điện 93
CHƯƠNG 7: CHIẾU SÁNG XÍ NGHIỆP MỎ
7.1 Khái niệm chung 104
27.2 Thiết bị chiếu sáng và phụ kiện 106
7.3 Tính toán chiếu sáng 107
CHƯƠNG 8: CUNG CẤP ĐIỆN MỘT CHIỀU
8.1 Đặc điểm cung cấp điện một chiều 113
8.2 Cung cấp điện cho tầu điện cần vẹt 113
8.3 Cung cấp điện cho tầu điện ác qui 116
CHƯƠNG 9: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT
CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
9.1 Hệ số công suất 119
9.2 Tổn thất điện năng 125
9.3 Suất tiêu thụ điện năng 126
9.4 Chi phí mạng điện 127
Phụ lục 128
Tài liệu tham khảo 134
3LỜI NÓI ĐẦU
Bài giảng được biên soạn theo đề cương môn học Cung cấp điện mỏ cung
cấp những kiến thức cơ bản về như: xác định phụ tải, chọn phương án cung cấp,
chọn thiết bị, cũng như các biện pháp bảo vệ cho lưới cho sinh viên ngành cơ
điện mỏ.
Bài giảng gồm chín chương lần lượt trình bày các vấn đề:
 Khái quát về hệ thống cung cấp điện được trình bày ở Chương 1.
 Chương 2 trình bày về phụ tải điện.
 Trạm điện được đề cập ở chương 3.
 Chương 4 trình bày về khái niệm và cách tính toán ngắn mạch.
 Tính toán về lưới điện và lựa chọn thiết bị điện lần lượt trình bày ở chương 5,
6.
 Thiết kế chiếu sáng được trình bày ở chương 7
 Chương 8 trình bày về phương pháp cung cấp điện một chiều
 Chương 9 đề cập các vấn đề bảo vệ hệ thống điện và việc nâng cao hệ số
công suất.
Để dễ dàng tiếp cận các vấn đề trong bài giảng: các chương cần được đọc tuần tự
từ 1 đến 9.
Bài giảng được biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên cao đẳng đồng thời
còn phục vụ cho những người quan tâm đến kiến thức cơ bản trong cung cấp
điện.
Do thời gian và trình độ người biên soạn có hạn nên không tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong những nhận xét, đánh giá và góp ý của bạn đọc và
đồng nghiệp.
Mọi ý kiến xin gửi về: xuanhuong@yahoo.com
Quảng Ninh, tháng4 năm 2011
Tác giả
4PHẦN I: TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP
Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
1.1. Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện
Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng
khác như: cơ, hóa, nhiệt năng ; được sản xuất tại các trung tâm điện và được
truyền tải đến hộ tiêu thụ với hiệu suất cao. Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ
điện năng có một số đặc tính:
 Điện năng sản xuất ra thường không tích trữ được, do đó phải có sự cân bằng
giữa sản xuất và tiêu thụ điện.
 Các quy trình điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm nếu cố sự cố xảy ra, vì vậy
thiết bị điện có tính tự động và đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cao.
Định nghĩa: hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng;
khâu truyền tải; phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện
(xem hình vẽ.)
Hình1.1 Sơ đồ hệ thống điện
Định nghĩa: hệ thống cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; truyền
tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện.
Lưới điện việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 và
500kV. tương lai sẽ chỉ còn các cấp: 0,4; 22; 110; 220 và 500kV.
Có nhiều cách phân loại lưới điện:
 Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22,
10, 6kV) và hạ áp (0,4kV).
 Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) và lưới phân phối (35, 22,
10, 6 và 0,4kV).
 Ngoài ra, có thể chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp
Nl sơ cấp~ ~
NMĐ1 NMĐ210 kV
10 kV110 kV220 kV
35 kV
6; 10 kV
0,4 kV
 Phân phối & cung
 cấp điện năng
 (ccđ)
sản xuất & tryền tải
 (phát dẫn điện)
51.1.1 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ:
Khác với các ngành công nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khai
thác mỏ có những đặc điểm riêng (điều kiện môi trường, quá trình công nghệ)
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 hầm
lò thường xuất hiện các khí bụi nổ là nguyên nhân gây nổ bầu không
khí mỏ khi có sự cố, khí hậu thời 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 hầm lò.
Vì vậy, các thiết bị điện cần được 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, đó 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 hóa học cao, kết hợp với bụi mỏ dẫn
điện gây nguy hiểm về an toàn điện giật và hỏa hoạn. Đặc điểm này
đòi hỏi các thiết bị điện trong mỏ phải có tính chịu ẩm, chống được sự
ăn mòn...
- Phạm vi hoạt động của các công trường lộ thiên rất rộng. Các máy móc
di động có công suất lớn lại ở các vị trí phân tán, trên các tầng công tác
vừa sử dụng điện cao áp vừa sử dụng điện hạ áp. Vì vậy hệ thống dây
dẫn và phân phối điện rất phức tạp.
Chính vì những đặc điểm trên, việc cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ cần
đảm bảo những 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 tránh gây hỏa hoạn,
nổ bầu không khí mỏ hay làm già hóa 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 song vẫn
phải thỏa mãn yêu cầu về an toàn và kỹ thuật.
- Độ bền cơ học: dây dẫn có thể chịu được tác dụng của ngoại lực,
không gây ra ứng suất nguy hiểm trong vật liệu làm dây dẫn.
1.1.2 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp
điện:
6Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn đủ
điện năng với chất lượng trong phạm vi cho phép.
Một phương án cung cấp điện (cho xí nghiệp) được xem là hợp lý khi thỏa
mãn các nhu cầu sau:
 Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm ngoại tệ và vật tư hiếm.
 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tùy theo tính chất hộ tiệu thụ.
 Chi phí vận hành hàng năm thấp.
 Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
 Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa
 Đảm bảo chất lượng điện năng.
 Ngoài ra, còn phải chú ý đến các điều kiện khác như: môi trường, sự phát
triển của phụ tải, thời gian xây dựng
Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện:
 Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung
cấp điện.
 Xác định phương án về nguồn điện.
 Xác định cấu trúc mạng.
 Chọn thiết bị.
 Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người và thiết
bị.
 Tính toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
 Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thi công như các bản vẽ lắp đặt,
những nguyên vật liệu cần thiết cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và
thử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành và bàn giao.
1.2.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong cung cấp điện xí nghiệp
Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện được đánh giá bằng chất
lượng điện năng cung cấp, thông qua 3 chỉ tiêu cơ bản U; f; tính liên tục cung
cấp điện.
*Điện áp: độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là
độ chênh lệch giữa điện áp thực tế so với điện áp định mức với điều kiện là độ
biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1%Uđm/giây.
%,100.%
đm
đm
U
UUU 
 Độ lệch điện áp cho phép được qui định như sau: (ở chế độ làm việc bình
thường).
+ Mạng động lực: [ U%] = 5 % Udm
+ Mạng chiếu sáng: [ U%] = 2, 5 % Udm
Trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng điện đang trong tình trạng sự
cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới (-10  20 %)Udm .Ngoài ra, chất lượng điện áp còn được đánh giá theo các đại lượng sau:
- Dao động điện áp (khi độ biến thiên của điện áp không nhỏ hơn 1%Uđm/giây)
%,100.% minmax
đmU
UUU 
7- Độ không hình sin của dạng đường cong điện áp.
- Độ không đối xứng của điện áp.
- Độ lệch trung tính.
* Tần số: Độ lệch tần số cho phép được qui định là 0,5 Hz. Để đảm bảo
tần số của hệ thống điện được ổn định thì công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn công
suất của hệ thống. Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm
thiết bị tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của xí nghiệp hoặc thiết bị bảo
vệ sa thải phụ tải theo tần số
*Tính liên tục cung cấp điện: là một trong những chỉ tiêu quan trọng để
đánh giá chất lượng điện năng. Rõ ràng, nếu các chỉ tiêu về điện áp, tần số,..
được đảm bảo, nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì một hệ thống
điện như vậy không những không đưa lại hiệu quả kinh tế mà còn gây thiệt hại
lớn cho nền kinh tế quốc dân. Chính vì vậy, vấn đề độ tin cậy cung cấp điện phải
được xét tới trong giai đoạn thiết kế cũng như vận hành.
Độ tin cậy cung cấp điện là khả năng của hệ thống cung cấp điện đảm bảo
liên tục cung cấp điện với chất lượng điện định trước trong khoảng thời gian
định trước.
Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện là tổn thất kinh tế
do ngừng cung cấp điện, cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi...
Một số ký hiệu thường dùng:
1 – Máy phát điện hoặc nhà máy điện
2 - Động cơ điện
3 – Máy biến áp 2 cuộn dây.
4 – Máy biến áp 3 cuộn dây.
5 – Máy biến áp điều chỉnh dưới tải.
6 - Kháng điện.
7 – Máy biến dòng điện.
8 – Máy cắt điện.
9 - Cầu chì.
10 - Aptômát.
11 – Cầu dao cách ly.
~
Đ
812 – Máy cắt phụ tải.
13 – Tụ điện bù.
14 – Tủ điều khiển
15 – Tủ phân phối.
16 – Tủ phân phối động lực.
17 – Tủ chiếu sáng làm việc.
18 - Tủ chiếu sáng cục bộ.
19 – Khởi động từ.
20 - Đèn sợi đốt.
21 - Đèn huỳnh quang.
22 – Công tắc điện.
23 – Ổ cắm điện.
24 – Dây dẫn điện.
25 – Dây cáp điện
26 – Thanh dẫn (thanh cái).
27 – Dây dẫn tần số 50 hz
28 – Dây dẫn mạng hai dây.
29 – Dây dẫn mạng 4 dây.
30 - Đường dây điện áp U 36 V.
31 – Đường dây mạng động lực 1 chiều.
32 – Chống sét ống.
33 – Chống sét van.
934 – Cầu chì tự rơi.
1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp:
Các hộ dùng điện trong xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia
khác nhau (nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện theo nhu cầu của từng loại
hộ phụ tải).
a) Theo điện áp và tần số: căn cứ vào Udm và f* Hộ dùng điện 3 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz.
* Hộ dùng điện 3 pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz.* Hộ dùng điện 1 pha Udm < 1000 V; fdm = 50 Hz.
* Hộ dùng điện làm việc với tần số 50 Hz.
* Hộ dùng dòng điện một chiều.
b) Theo chế độ làm việc: (của các hộ dùng điện).
 Dài hạn: phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi, làm việc dài hạn mà
nhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép (VD: bơm; quạt gió, trạm khí nén).
 Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ trung bình đạt giá
trị qui định (VD: các động cơ truyền động cơ cấu phụ của máy cắt gọt kim loại,
động cơ đóng mở van của thiết bị thuỷ lực).
 Ngắn hạn lặp lại: các thời kỳ làm việc ngắn hạn của trung bình xen lẫn với
thời kỳ nghỉ ngắn hạn được đặc trưng bởi tỷ số giữa thời gian đóng điện và
thời gian toàn chu trình sản suất (VD: máy nâng; thiết bị hàn).
c) Theo mức độ tin cây cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng trong nền kinh
tế và xã hội, các hộ tiêu thụ điện được cung cấp điện với mức độ tin cậy khác
nhau và phân thành 3 loại.
* Hộ loại I: là hộ mà khi sự cố ngừng cung cấp điện sẽ gây ra những thiệt hại
lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng con người, hoặc ảnh hưởng, có hại lớn về
chính trị – gây những thiệt hại do đối loạn qui trình công nghệ. Hộ loại I phải
được cung cấp điện từ 2 nguồn độc lập trở lên. Xác suất ngừng cung cấp điện rất
nhỏ, thời gian ngừng cung cấp điện thường chỉ được phép bằng thời gian tự
động đóng thiết bị dự trữ.
Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy hóa chất, văn phòng chính phủ, phòng
mổ bệnh viện
Xí nghiệp mỏ:
+ Quạt gió chính và các thiết bị phục vụ cho nó
+ Các thiết bị thông gió đặt ở giếng gió phụ, quạt thông gió cục bộ cho các
gương lò cụt trong các mỏ có khí bụi nổ loại 3 và siêu hạng.
+ 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 hỏa và các thiết bị để hạn chế sự xuất khí nổ từ các vỉa than
+ Trục tải trở người và các thiết bị phục vụ cho nó
* Hộ loại II: là hộ tuy có tầm quan trọng lớn nhưng khi ngừng cung cấp điện
chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất v.v
10
hộ loại II được cung cấp điện từ 1 hoặc 2 nguồn – thời gian ngừng cung cấp điện
cho phép bằng thời gian để đóng thiết bị dự trữ bằng tay.
Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các khách
sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu
Xí nghiệp mỏ:
+ 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: tất cả các máy móc thiết bị tham gia vào dây chuyền sản xuất.
* Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm các hộ không nằm trong hộ loại 1
và 2. Cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế phần tử sự cố nhưng
không quá một ngày đêm. Hộ loại III thường được cung cấp điện bằng một
nguồn.
11
Chương 2: PHỤ TẢI ĐIỆN
Vai trò của phụ tải điện: trong xí nghiệp có rất nhiều loại máy khác nhau,
với nhiều công nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng với
nhiều yếu tố khác dẫn tới sự tiêu thụ công suất của các thiết bị không bao giờ
bằng công suất định mức của chúng. Nhưng mặt khác chún ... động cơ chạy không tải.
d) Dùng dộng cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ.
e) Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ.
f) Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp dung
lượng nhỏ hơn.
2. Các thiết bị bù:
Thiết bị để phát Q thường dùng trên lưới điện là máy bù và tụ bù.
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.