Giáo trình cung cấp điện mỏ

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP QUẢNG NINH

GIÁO TRÌNH

CUNG CẤP ĐIỆN MỎ
DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

QUẢNG NINH - 2021


LỜI NĨI ĐẦU
Giáo trình “Cung cấp điện mỏ” được biên soạn với mục đích làm tài liệu học tập
cho sinh viên Đại học chuyên ngành Công nghệ Cơ điện mỏ và cũng có thể làm tài liệu
tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện của Trường Đại học Công nghiệp
Quảng Ninh, phục vụ cho sự nghiệp đào tạo sau quá trình chỉnh biên chương trình của
nhà trường.
Giáo trình cịn có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy, cán bộ kỹ
thuật, kỹ thuật viên hiện đang công tác trong ngành mỏ.
Ngày nay, do công nghiệp ngày càng mở rộng và phát triển, điện năng tiêu thụ
càng nhiều. Vì vậy, việc tổ chức và cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ địi hỏi khơng những
phải đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ điện năng theo yêu cầu, cung cấp điện với chất lượng
điện cao mà cịn phải đảm bảo an tồn cho con người, môi trường và các thiết bị điện.
Để đáp ứng yêu cầu đó, giáo trình đã giới thiệu một cách có hệ thống các kiến
thức cơ bản, thể hiện tương đối đầy đủ các nội dung, phục vụ cho việc học tập và nghiên
cứu của sinh viên, trong việc tổ chức cung cấp điện, phân tích lựa chọn các thiết bị cũng
như việc trang bị kiến thức về tính tốn cung cấp điện của các xí nghiệp cơng nghiệp nói
chung và xí nghiệp mỏ nói riêng.
Giáo trình gồm 2 phần được chia thành 9 chương:
Phần 1. Trạm điện xí nghiệp

Chương 1. Hệ thống cung cấp điện
Chương 2. Phụ tải điện
Chương 3. Trạm biến áp xí nghiệp
Chương 4. Ngắn mạch trong hệ thống điện
Phần 2. Mạng điện xí nghiệp
1


Chương 5. Mạng điện
Chương 6. Chiếu sáng xí nghiệp mỏ
Chương 7. Cung cấp điện một chiều
Chương 8. Lựa chọn các thiết bị đóng cắt và bảo vệ
Chương 9. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện xí nghiệp
Giáo trình do tập thể tác giả: Tiến sĩ Bùi Trung Kiên (chủ biên) và Thạc sĩ Nguyễn
Văn Chung, Dương Thị Lan, Bộ mơn Điện khí hố - 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 mơn Điện khí hóa - Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh cùng các
phịng ban nghiệp vụ, các cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ động viên, góp ý để hồn
thành tốt giáo trình này.
Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả đã cố gắng bám sát chương trình mơn
học đã được phê duyệt của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, kết hợp với kinh
nghiệm giảng dạy môn học trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù đào tạo các
ngành của trường.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, truy nhiên sai sót trong cuốn giáo trình này là khó
tránh khỏi. Nhóm tác giả mong nhận được bạn đọc đóng góp ý kiến xây dựng để cuốn
giáo trình được hồn thiện hơn trong những lần chỉnh biên sau này. Những ý kiến đóng
góp xin gửi về địa chỉ: Bộ mơn Điện khí hố Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh.
Xin chân thành cảm ơn!
Quảng Ninh, tháng 05 năm 2020

Tác giả.

2


PHẦN I. TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP
Chương 1
HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
1.1. Khái niệm chung
Hệ thống cung điện xí nghiệp cơng nghiệp nói chung và xí nghiệp mỏ nói riêng
đảm nhiệm việc cung cấp điện năng một cách tin cậy, kinh tế và với chất lượng điện đảm
bảo các thông số kỹ thuật trong phạm vi cho phép.
Phụ tải điện bao gồm chủ là các động cơ truyền động điện, các loại các lò điện,
các thiết bị điện phân, hàn điện, thiết bị chiếu sáng v.v …
Hệ thống cung điện xí nghiệp mỏ là một bộ phận của hệ thống điện khu vực và
quốc gia, nằm trong hệ thống năng lượng chung, phát triển trong qui luật của nền kinh
tế quốc dân.
Hệ thống điện bao gồm ba khâu:
- Nguồn điện;
- Đường dây truyền tải;
- Hộ tiêu thụ điện.
Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử v.v...) và
các trạm phát điện (điêzen, điện gió, điện mặt trời v.v...)
Hộ tiêu thụ điện bao gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện năng trong các lĩnh
vực kinh tế và đời sống : Công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải,
thương mại, dịch vụ, phục vụ sinh hoạt...
Để truyền tải điện từ nguồn phát đến các hộ tiêu thụ người ta sử dụng lưới điện.
Lưới điện bao gồm đường dây tải điện và trạm biến áp.

3

Ngày nay do công nghiệp ngày càng phát triển, hệ thống cung cấp điện tại Việt
Nam cũng ngày càng phức tạp, bao gồm các cấp điện áp sau:
- Siêu cao áp có cấp điện áp : U=500 kV;
- Cao áp có cấp điện áp :

U=110kV, 220 kV;

- Trung áp có cấp điện áp :

U= 6kV, 10kV, 22kV, 35kV;

- Hạ áp có cấp điện áp :

U 1kV.

Căn cứ vào nhiệm vụ, chia ra lưới cung cấp (500kV, 220kV, 110kV), lưới phân
phối (35kV, 22kV, 10kV, 6kV, 0.4kV).
Ngồi ra cịn nhiều cách chia khác như căn cứ vào phạm vi cấp điện, chia ra lưới
khu vực, lưới địa phương; căn cứ vào số pha, chia ra lưới một pha, hai pha, ba pha; căn
cứ vào đội tượng cấp điện, chia ra lưới công nghiệp, lưới nông nghiệp, lưới đô thị v.v...
Một trong các đặc trưng của xí nghiệp mỏ trong giai đoạn hiện tại là mức độ sử
dụng q trình cơng nghệ ngày càng tăng, các thiết bị điều khiển hiện đại và hầu hết các
xí nghiệp mỏ lớn đều được cung cấp trực tiếp điện năng từ hệ thống điện khu vực. Việc
cung điện theo phương án này có rất nhiều ưu điểm như các nhà máy điện được xây dựng
tập trung với công suất lớn tại các nguồn nguyên liệu nên giảm được giá thành điện năng,
đồng thời việc phân phối điện hợp lý giữa các nhà máy sẽ nâng cao được độ tin cậy cung
điện và giảm được độ dữ trữ chung của hệ thống.
Như vậy, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp. Việc qui hoạch, thiết

kế hệ thống cung cấp điện xí nghiệp địi ngày càng lớn và yêu cầu về kinh tế kỹ thuật
ngày càng cao. Những vấn đề cần giải quyết khi thiết kế cung cấp điện xí nghiệp như:
- Phương án tính tốn kinh tế kỹ thuật chọn phương án cung cấp điện cho xí
nghiệp, phân xưởng;
- Phương pháp xác định phụ tải điện xí nghiệp, cấp điện áp và cơng suất của các
4


trạm biến áp;
- Tính tốn bù cơng suất phản kháng, nâng cao hệ số cos….
Mục tiêu chính của thiết kế hệ thống cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ đủ
điện năng với chất lượng điện nằm trong phạm vi cho phép.
Một phương án cung cấp điện điện được xem là hợp lý khi thoả mãn các yêu cầu
sau:
- Vốn đầu tư nhỏ;
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tuỳ theo tính chất của hộ tiêu thụ;
- Đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị;
- Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa;
- Đảm bảo chất lượng điện năng chủ yếu là đảm bảo độ lệch và độ dao động
điện áp bé nhất và nằm trong phạm vi cho phép so với định mức.
Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn nhau nên người thiết kế phải biết cân nhắc
và kết hợp hài hoà tuỳ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể.
Ngoài ra, khi thiết kế cung cấp điện cũng phải chú ý đến những yêu cầu khác như:
khả năng mở rộng phụ tải sau này, rút ngắn thời gian xây dựng v.v …
1.2. Phân loại hộ dùng điện
Hộ tiêu thụ là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện. Tuỳ theo yêu
cầu mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được phân làm 3 loại sau:
1.2.1. Hộ tiêu thụ loại 1
Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với tính
mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế, ảnh hưởng lớn đến chính trị, quốc phịng

của quốc gia v.v..
5


Các hộ dùng điện loại I bao gồm:
+ Đối với các xí nghiệp cơng nghiệp:
Nhà máy hố chất, văn phịng chính phủ, phịng mổ bệnh viện, lị luyện thép v.v
+ Đối với các xí nghiệp mỏ:
- Quạt gió chính và các thiết bị phục vụ cho nó;
- Các thiết bị thơng gió đặt ở giếng gió phụ trong các mỏ có khí nổ loại 3 và siêu
hạng, quạt thơng gió cục bộ cho các gương lị cụt;
- Trạm thốt nước chính và cục bộ;
- Trạm ép khí ở các mỏ khai thác vỉa dốc đứng trong trường hợp quạt cục bộ được
truyền động bằng khí ép;
- Bơm cứu hoả và các thiết bị để hạn chế sự xuất khí nổ từ các vỉa than;
- Trục tải trở người và các bị phục vụ cho nó.
Các phụ tải loại một kể trên phải được cung cấp từ hai nguồn độc lập và có trang
bị hệ thống tự động đóng nguồn dự phòng vào làm việc.
1.2.2. Hộ tiêu thụ loại 2
Là hộ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế như hư hỏng các
bộ phận các máy móc thiết bị, gây phế phẩm, sản xuất bị ngừng trị, công nhân phải nghỉ
việc.
Các hộ dùng điện loại 2 bao gồm:
* Đối với các xí nghiệp cơng nghiệp:
Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu..
* Đối với xí nghiệp mỏ:

6

- Các thiết bị trên mặt mỏ: Trục tải, trạm ép khí, các thiết bị chất dỡ và vận chuyển,
các thiết bị ở xưởng tuyển khống;
- Trong hầm lị các phụ tải loại 2 là tất cả các máy móc thiết bị tham gia vào dây
chuyền sản xuất.
Đối với các hộ loại 2 cho phép ngừng cung điện trong thời gian đóng nguồn dự
phịng vào làm việc bằng tay. Việc cung cấp cho các phụ tải loại 2 được phép bằng một
đường dây trên không, nếu là đường cáp 6 kV thì ít nhất phải có 2 đường.
1.2.3. Hộ tiêu thụ loại 3
Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện khơng ảnh hưởng đáng kể đến q
trình sản xuất của xí nghiệp, phụ tải loại 3 bao gồm: tất cả các máy móc phụ trợ, phân
xưởng cơ điện, nhà kho, khu dân cư v.v…
Đối với hộ tiêu thụ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian tương đối dài để sửa
chữa và khắc phục sự cố, nhưng không quá 1 ngày đêm.
Với các phụ tải loại này khơng cần có nguồn dự phịng.
1.3. Đặc điểm cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ
1.3.1 Đặc điểm cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ
Khác với các ngành cơng nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khai thác
mỏ có những đặc điểm riêng, do điều kiện môi trường và quá trình cơng nghệ quyết định.
Những đặc điểm đó bao gồm:
- Đa số các máy móc trong q 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.
- Mơi trường mỏ có độ ẩm cao, nhiều bụi bẩn nhất là trong các mỏ hàm lị thường
xuất hiện các khí bụi nổ là ngun nhân gây nổ bầu khơng khí mỏ khi sự cố khí hậu thời
7


tiết khắc nghiệt. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị phải có tính chống ẩm, chống rỉ cao,
cách điện của thiết bị và dây dẫn phải cao để bản thân chúng không phải là nguyên nhân

gây ra cháy nổ môi trường mỏ.
- Không gian làm việc chật hẹp và hạn chế, nhất là trong các mỏ hàm lị. Vì vậy
các thiết bị điện cần phải chế tạo gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, lắp đặt.
- Áp lực cao ở nóc và hơng lị dễ dàng làm cho đất đá bị sập đổ là nguy cơ phá
hoại thiết bị điện. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải được chế tạo có độ bền cơ
học cao.
- Các đường lị ẩm ướt, có hoạt tính hố học cao kết hợp với bụi mỏ dẫn điện gây
nguy hiểm về an tồn điện giật và hoả hoạn. Đặc điểm này địi hỏi các thiết bị điện trong
mỏ phải có tính chịu ẩm, chịu được nước mỏ.
- Phạm vi hoạt động của cơng trường lộ thiên rất rộng. Các máy móc di động có
cơng suất lớn lại ở các vị trí phân tán, vì vậy hệ thống dây dẫn và phân phối điện rất phức
tạp, trên các tầng công tác vừa phải sử dụng cả điện cao áp lẫn điện hạ áp.
Chính vì những đặc điểm trên việc cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ phải
đảm bảo các yêu cầu sau:
- An toàn: Dây dẫn cần chọn sao cho cả lúc làm việc bình thường cũng như lúc
có sự cố khơng bị nung nóng quá mức để có thể gây hoả hoạn, nổ bầu khơng khí mỏ và
làm già hố nhanh chóng cách điện của cáp điện.
- Hợp lý về kỹ thuật: Dây dẫn cần chọn với tiết diện đủ để đảm bảo mức điện áp
cho phép trên cực phụ tải trong mọi chế độ làm việc cũng như sự cố.
- Kinh tế: Cần chọn loại dây dẫn hợp lý theo quan điểm kinh tế đòi hỏi thoả mãn
các yêu cầu về an toàn và kỹ thuật.
- Độ bền cơ học: Tác dụng của ngoại lực không được gây ra ứng suất nguy hiểm
trong vật liệu làm dây dẫn.
8


1.3.2. Các phương pháp cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ
1.3.2.1. Các phương pháp tổ chức cung cấp điện cho khu vực hầm lò
Tuỳ theo chiều sâu của vỉa, điện áp sử dụng, công suất của các phụ tải và một số
yêu cầu khác, mà có thể tổ chức cung cấp điện cho các khu vực hầm lò theo các phương

pháp khác nhau, như: cung cấp điện cho hầm lò qua giếng hoặc qua lỗ khoan.
a) Phương pháp cung cấp điện cho các khu vực hầm lò qua giếng
Phương pháp áp dụng phổ biến đối với các mỏ có độ sâu của vỉa đủ lớn.
Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ đơn giản cung cấp điện năng cho các phụ tải trong
hầm lị qua giếng.

Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức cung cấp điện cho hầm lò qua giếng
9


Từ thanh cái 6kVcủa trạm biến áp chính (TBAC) trên mặt mỏ, điện năng theo hai
đường cáp đặt trong giếng được dẫn đến hai phân đoạn thanh cái của trạm phân phối
trung tâm (TPPTT) bố trí ở sân giếng. Từ các thanh cái này điện được lấy ra để cung cấp
cho các phụ tải cao áp ở sân giếng, cũng như qua các máy biến áp hạ áp để cung cấp cho
các phụ tải điện lực hạ áp và chiếu sáng.
Từ TPPTT, điện năng được truyền tải theo các đường cáp cao áp 6kV đến các
trạm biến áp di động khu vực 6/0,4-0,69kV ở các khu khai thác và chuẩn bị, rồi được
biến đổi hạ xuống thành 380kV hoặc 660kV để cung cấp cho các phụ tải.
Khi khoảng cách đủ lớn và số phụ tải điện trong mỗi khu vực đủ nhiều, yêu cầu
phải có nhiều trạm biến áp di động. Trong trường hợp này việc cung cấp cho các trạm di
động không phải trực tiếp từ TPPTT, mà là từ trạm phân phối cao áp chung của cả khu vực.
Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, người ta tổ chức phân đoạn hệ thống thanh cái
của trạm biến áp chính và TPPTT, để các phụ tải quan trọng được đấu vào cả hai phân
đoạn (làm việc và dự phịng) nói trên.
Số lượng cáp đặt trong giếng phụ thuộc vào: số tầng công tác trong mỏ, công suất
truyền tải (dòng định mức của tủ đầu vào TPPTT) và yêu cầu dự phịng.
Trên hình 1.2 là sơ đồ cung cấp điện cho các mỏ có hai tầng cơng tác (để đơn giản
trong sơ đồ khơng vẽ các phụ tải cịn lại ở sân giếng). Trong sơ đồ, mỗi tầng công tác bố
trí một TPPTT, và theo quy định của luật an tồn thì việc cung cấp dự phịng cho trạm
bơm thốt nước chính phải trực tiếp từ TBAC.

Theo luật an tồn thì để phát hiện sự hư hỏng của cáp dự phòng đặt trong giếng,
chúng cần được đấu thường xuyên vào nguồn cung cấp nhưng khơng mang tải.
Để tăng tính an toàn và chắc chắn trong vận hành, luật an tồn quy định cơng suất
ngắn mạch trên thanh cái TPPTT không được vượt quá 50MVA. Nếu công suất ngắn
10


mạch vượt quá giá trị trên, thì ở TBAC đầu đường cáp đưa vào giếng cần đặt cuộn kháng
để hạn chế dịng ngắn mạch.

Hình 1.2. Sơ đồ cung cấp điện cho mỏ hầm lị có hai tầng cơng tác
Việc cung cấp điện cho các phụ tải trong hầm lò qua giếng có các ưu điểm chủ
yếu như sau:
- Dễ lắp đặt cáp theo giếng;
- Cáp được đặt cố định trong suốt thời gian tồn tại của giếng và dễ dàng kiểm tra,
chăm sóc;
- Tiện lợi cho việc kiểm tra, chăm sóc mạng cao áp trong hầm lị kể từ TPPTT;
11


- Dễ dàng kiểm tra và vận hành các trạm biến áp khu vực.
Tuy nhiên việc cung cấp điện qua giếng cũng có nhược điểm sau:
-Tổng chiều dài mạng cao áp 6kV trong hầm lò lớn, làm tăng nguy cơ điện giật,
hoả hoạn và nổ bầu khơng khí mỏ;
- Cần phải sử dụng thiết bị điện cao áp phòng nổ đắt tiền;
- Chi phí mua cáp cao áp lớn;
- Phải sử dụng cáp cao áp có tiết diện lớn đặt trong giếng.
b) Phương pháp cung cấp điện cho các khu vực hầm lị qua lỗ khoan
Ở các mỏ có chiều sâu khai thác không lớn (dưới 200-300m) và các khu vực khai
thác xa so với giếng thì tổ chức cung cấp điện qua các lỗ khoan sẽ có hiệu quả. Lỗ khoan

được khoan từ mặt đất xuống vị trí thích hợp của khu khai thác. Việc cung cấp điện qua
lỗ khoan phụ thuộc chủ yếu vào cấp điện áp. Đây là đặc điểm cần chú ý.
- Trường hợp cung cấp cho các khu vực hầm lò qua lỗ khoan bằng điện áp thấp
(Hình 1.3), trên mặt đất trạm biến áp cần đặt trạm biến áp khu vực di động hoặc cố định.
Điện năng cao áp được dẫn từ trạm biến áp chính của mỏ theo đường dây trên khơng
6kV đến trạm biến áp khu vực nói trên. Từ trạm biến áp khu vực 6/0,4-0,69kV trên mặt
mỏ, cáp điện hạ áp 380V hoặc 660V được đặt trong lỗ khoan (gia cố bằng ống thép có
đường kính 125-150mm) để dẫn đến trạm phân phối hạ áp của khu khai thác. Cáp được
buộc vào dây thép đường kính 6-9mm bằng dây mềm hoặc giá kẹp kim loại, khoảng
cách giữa các giá kẹp là 1,5-2m. Theo tiến độ của lò chợ, cần phải khoan lỗ khoan mới
và tiến hành dịch chuyển trạm biến áp khu vực. Tổ chức cung cấp điện hạ áp như trên
chỉ áp dụng được khi chiếu sâu khu khai thác bằng 100-200m và công suất yêu cầu của
các phụ tải trong khu vực tương đối nhỏ.

12


Hình 1.3. Phương pháp tổ chức cung cấp điện hạ áp qua lỗ khoan
Trường hợp cung cấp cho các khu vực hầm lị qua lỗ khoan bằng điện áp cao
(Hình 1.4) được thực hiện khi chiều sâu khu khai thác và công suất yêu cầu của phụ tải
lớn. Cáp 6kV được đấu vào đường dây trên không qua cầu dao cách ly hoặc máy cắt.Tuỳ
theo công suất tiêu thụ trong khu vực khai thác mà cáp cao áp này được đấu để cấp điện
trực tiếp cho máy biến áp hạ áp 6/0.4-0,69kV, hoặc được đấu vào thanh cái 6kVcủa trạm
phân phối khu vực để cung cấp cho một số máy biến áp hạ áp .
Việc cung cấp điện qua lỗ khoan có các nhược điểm sau:
- Chi phí khoan lỗ khoan và gia lỗ khoan khá lớn, ống thép để gia cố lỗ khoan
không thu hồi lại được;
- Đường dây trên khơng thường có độ tin cậy thấp, do khó đi lại trong điều kiện
đồi núi, vì thế việc chăm sóc đường dây và trạm biến áp gặp nhiều khó khăn.
c) Phương pháp tổ chức cung cấp điện cho lò chợ và lị chuẩn bị

Tuy có sự khác nhau về điều kiện địa chất mỏ, phương pháp khai thác và một số
điều kiện khác, nhưng để cung cấp điện cho các gương khai thác (lò chợ), và lò chuẩn bị
thường có đặc điểm chung là sử dụng trạm biến áp khu vực 6/0,4-0,69kV đặt cố định
hoặc di chuyển theo tiến độ gương lò, để cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải.
13


Hình 1.4. Phương pháp tổ chức cung cấp điện cao áp qua lỗ khoan
Việc cung cấp từ một trạm biến áp cố định cho một số gương lò chợ và lò chuẩn
bị thường chỉ áp dụng trong trường hợp tổng cơng suất phụ tải trong các lị này khơng
lớn và các lò ở tương đối gần nhau.
Hiện nay do chiều dài lị chợ, cũng như cơng suất máy khai thác tăng, cho nên
mỗi lò chợ và lò chuẩn bị thường được cung cấptừ một trạm máy biến áp di động. Trạm
biến áp này di chuyển theo tiến độ lò chợ. Điện năng với điện áp 380V hoặc 660V được
dẫn tới trạm phân phối lị chợ, và từ đó phân phối cho các phụ tải trong khu vực bằng
các đường cáp mềm.
Tổ chức cung cấp điện cho khu khai thác phụ thuộc vào độ dốc hay góc nghiêng
của vỉa.
Khi khai thác vỉa dốc thoải, phụ tải điện tập trung ở lò vận chuyển và lò chợ nên
trạm biến áp di dộng và trạm phân phối lị chợ cũng được bố trí ở lị vận chuyển (Hình
1.5). Việc bố trí thiết bị cung cấp điện có thể sử dụng một trong hai cách:
+ Trạm biến áp và trạm phân phối dịch chuyển liên tục theo tiến độ của lò chợ;
14


+ Trạm biến áp di động dịch chuyển định kỳ với khoảng cách đến lò chợ khoảng
250-300m. Để cung cấp điện cho các phụ tải ở lị thơng gió, sử dụng bằng đường cáp
mềm đi pha lò chợ.
Khi khai thác vỉa dốc nghiêng, phụ tải điện được bố trí ở lị thơng gió và lị vận
chuyển, do đó để cung cấp cho chúng cần phải bố trí trạm biến áp di động và trạm phân

phối ở cả hai lò, trong đó việc cung câp từ lị thơng gió là chủ yếu. Cũng có thể bố trí
trạm biến áp di động ở lị thơng gió, cịn các phụ tải ở lị vận chuyển được cung cấp nhờ
cáp mềm qua lò chợ.
Việc cung cấp điện cho khu khai thác vỉa dốc có hiện tượng phụt khí bất ngờ, phải
được tổ chức đặc biệt theo quy định chi tiết trong luật lệ an toàn về trang bị điện năng
trong mỏ.
Trong các mỏ khai thác quặng, do đặc điểm cấu tạo của vỉa, mà công tác khai thác
và chuẩn bị thường là phân tán và được tiến hành đồng thời ở nhiều khu vực và trên
nhiều tầng. Phương pháp khai thác chủ yếu là khoan nổ với máy khoan dùng năng lượng
khí nén. Để cung cấp khí nén thường sử dụng máy ép khí có cơng suất lớn đặt trên mặt
mỏ.
Phụ tải điện của khu khai thác thường là tời, máy xúc, quạt cục bộ và thiết bị chiếu
sáng. Các phụ tải này có công suất không lớn và nhận được điện năng từ trạm biến áp
khu vực 6/0,4kV đặt cố định.

15


Hình 1.5. Sơ đồ cung cấp điện cho lị chợ
1 - cáp cao áp; 2 - trạm biến áp di động; 3 - cáp chính hạ áp; 4- máy ngắt tự động;
5 - động cơ máng cào; 6 - máy khấu than; 7 - khoan điện; 8 - trạm phân phối lò chợ (TPP1);
9 - máy đào lò;10 - máy xúc;11 - quạt cục bộ; 12 - trạm phân phối lị chuẩn bị(TPP2)
Hình 1.6 là sơ đồ ví dụ phân phối điện năng cho các khu khai thác từ trạm biến
áp khu vực đặt cố định.

Hình 1.6. Sơ đồ cung cấp điện cho khu vực khai thác mỏ quặng
TBA - trạm biến áp khu vực; TPPK - trạm phân phối khu khai thác
16

1.3.2.2. Các phương pháp tổ chức cung cấp điện cho mỏ lộ thiên
Các mỏ lộ thiên hiện đại là những xí nghiệp cơng nghiệp được cơ giới hố hồn
tồn, có công suất tiêu thụ của phụ tải rất lớn.
Đặc điểm của các phụ tải điện mỏ lộ thiên là bố trí phân tán trên diện rộng nên
tổng chiều dài đường dây tải điện ở mỏ có thể đạt tới 50-60km. Các phụ tải điện chủ yếu:
máy xúc, máy khoan, cầu thải… di chuyển thường xuyên hoặc định kỳ, nên cần phải có
các thiết bị điện chuyên dùng để đảm bảo cung cấp điện liên tục.
Trong số các phụ tải điện ở mỏ có thể có các phụ tải loại I (trạm bơm thốt nước
chính, đường lị mở vỉa…), cịn lại là các phụ tải loại II. Do vậy số đường dây cung cấp
cho mỏ và khả năng truyền tải của chúng, số lượng và công suất máy biến áp ở trạm biến
áp chính của mỏ phải được tính tốn nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ
tải loại I và loại II trong chế độ làm việc bình thường, cũng như trong chế độ làm việc
sự cố (khi một đường dây cung cấp hoặc một máy biến áp bị sự có chẳng hạn).
Thơng thường mỏ lộ thiên nằm trong một liên hợp mỏ nên điện năng từ hệ thống
cung cấp cho liên hợp có điện áp 110kV hoặc cao hơn; cịn điện năng cung cấp cho mỏ
có điện áp 35kV hoặc 6kV. Nếu mỏ có cơng suất tiêu thụ rất lớn thì đường dây cung cấp
có điện áp 110kV hoặc cao hơn được đấu trực tiếp vào hệ thống điện quốc gia.
Các phụ tải điện trong nội bộ xí nghiệp mỏ: dùng điện áp 6kV hoặc 10kV với phụ
tải cao áp, 380V với phụ tải điện lực hạ áp và 220V với phụ tải chiếu sáng.
Tất cả các yếu tổ kể trên quyết định đến việc lựa chọn hệ thống cung cấp điện
trong nội bộ xí nghiệp mỏ. Các phần tử chủ yếu của hệ thống này là một hoặc một số
trạm biến áp chính; một hoặc một số trạm phân phối trung tâm; đường dây tải điện; trạm
biến áp di động và các điểm phân phối di động; điểm tiếp điện…
Vị trí trạm biến áp chính và trạm phân phối trung tâm thường được bố trí ở biên
giới khai trường và tốt nhất là gần với tâm phụ tải, nhưng phải ở trong vùng không bị
phá hoại do cơng tác nổ mìn…
17


Sơ đồ cung cấp điện trong nội bộ mỏ được lựa chọn tuỳ thuộc vào hình dạng và

kích thước mỏ, độ sâu khai thác, sản lượng của mỏ, tính ổn định của bờ tầng, có hoặc
khơng có cơng tác khoan nổ mìn…
Trên cơng trường tuỳ theo cách bố trí đường dây tải điện so với tầng công tác mà
phân ra thành: dọc tầng (hình 1.7a) và ngang tầng (hình 1.7b). Đường dây dọc tầng xây dựng
ngồi biên giới cơng truờng được gọi là đường dây bao quanh công trường (hinh 1.7c ).
Khi sử dụng đường dây dọc tầng, các điểm tiếp điện phân bố dọc tầng theo đường
dây, cách nhau quãng 200-300m. Các phụ tải nhận được điện năng từ điểm tiếp điện qua
cáp mềm. Chiều dài cáp mềm cung cấp cho máy xúc vào khoảng 100-250m, do đó điểm
tiếp điện được bố trí ở vị trí sao cho máy xúc có thể hoạt động theo cả hai phía với
khoảng cách mỗi phía bằng chiếu dài cáp mềm.
Việc bố trí đường dây trên không dọc theo các tầng phải không gây cản trở đối
với việc di chuyển của máy xúc, cũng như việc lấy điện cho các phụ tải khác (các trạm
biến áp di động) khơng khó khăn. Nhược điểm của đường dây dọc tầng là cần phải di
chuyển thường xuyên để tránh sự phá hoại do công tác nổ mìn, vì vậy phải nắp đặt nó
trên các cột di động.

Hình 1.7. Sơ đồ cung cấp điện cho cơng trường mỏ lộ thiên
dọc tầng (a); ngang tâng (b); bao quanh công trường (c).
18


Đường dây trên không hoặc đường cáp cắt ngang tầng xuất phát từ trạm phân
phối hoặc trạm biến áp chính dẫn tới bờ cơng trường rồi từ đó hạ xuống các tầng. Ở vị
trí giao nhau giữa đường dây và tầng bố trí điểm tiếp điện để cung cấp cho các phụ tải.
Số đường dây cắt ngang tầng và số điểm tiếp điện phụ thuộc vào chiều dài tầng và số
máy công tác. Để loại trừ sự cố do cần máy xúc chạm vào đường dây trên không ngang
tầng, đường dây cần bố trí ngồi giới hạn hoạt động của máy xúc.
Ưu điểm của đường dây ngang tầng là không phải di chuyển, nhưng nó có tổng
chiều dài lớn nên có vốn đầu tư lớn hơn so với đường dây dọc tầng. Nhưng trong quá
trình vận hành, việc kéo dài hoặc rút ngắn đường dây ngang tầng tương đối đơn giản, do

đó giảm được chi phí vận hành và thời gian ngừng cung cấp điện.
Trong thực tế tuỳ theo điều kiện cụ thể của công trường khai thác mà quyết định
dùng phương án cung cấp dọc tầng, ngang tầng hoặc phối hợp các phương pháp . Phương
án được chọn dựa trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Trên hình 1.8 là sơ đồ ví dụ của hệ thống cung cấp điện cao áp cho mỏ sắt lộ thiên
công suất lớn, đây là loại sơ đồ phối hợp. Sơ đồ trên hình 1.8a có số tia lớn, sử dụng phối
hợp cả dọc và ngang tầng, còn sơ đồ trên hình 1.8b- phối hợp đường dây bao cơng trường
và các đường dây ngang tầng.

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống cung cấp điện cao áp cho mỏ lộ thiên lớn bằng
cách phối hợp: các đường dây dọc tầng và ngang tầng(a); đường dây
bao quanh công trường và các đường dây ngang tầng (b).
19


1.4. Các yêu cầu của thiết kế cung cấp điện
Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm: Chọn điện áp, nguồn điện, sơ
đồ nối dây, phương thức vận hành....
Phương án được chọn là hợp lý nếu thoả mãn các yêu cầu về chất lượng điện
năng, tính cung cấp điện liên tục, tính an tồn và kinh tế, cũng như phải xét đến khả năng
phát triển của xí nghiệp.
1.4.1. Đảm bảo chất lượng điện năng
Chất lượng điện năng được đánh giá theo các chỉ tiêu chủ yếu là tần số và điện
áp. Các thông số này phải nằm trong phạm vi cho phép.
a.Tần số: Được đánh giá theo hai chỉ tiêu sau:
Độ lệch tần số là hiệu số trung bình trong khoảng thời gian 10 phút giữa giá trị
thực tế của tần số cơ bản với giá trị định mức. Độ lệch cho phép bằng ± 0,1Hz (f=50 ±
0,1Hz).
Dao động tần số là hiệu giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số cơ bản trong
quá trình tần số thay đổi đủ nhanh với tốc độ thay đổi không bé hơn 0,2Hz/sec. Dao động

tần số không được vượt quá 0,2Hz lên trên độ lệch cho phép 0,1Hz.
b. Điện áp: Được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:
Độ lệch điện áp là hiệu số giữa điện áp định mức Udm với điện áp thực tế Utt
thường được tính trong hệ đơn vị tương đối:
U% 

U dm  U tt
100%
U dm

(1.1)
Giá trị độ lệch điện áp không vượt quá -5% và +10% đối với động cơ xoay chiều
–2,5% và +5% đối với đèn điện.
20


Dao động điện áp Ut là hiệu giữa điện áp lớn nhất Umax và điện áp nhỏ nhất Umin
trong quá trình điện áp thay đổi đủ nhanh với tốc độ không nhỏ hơn 1%/sec:
Ut 

U max  Umin
100,%
Udm

(1.2)

Dao động điện áp cho phép được quy định cho từng loại phụ tải.
Tính khơng đối xứng của điện áp được đặc trưng bằng giá trị điện áp thứ tự ngược
tần số cơ bản U– tính bằng % so với điện áp định mức:
U –=

100
3U ïd

.U fA  a 2U fB  aU fC ,%

(1.3

Với Ufd- điện áp pha định mức;
UfA, UfB, UfC- giá trị điện áp của các pha A, B, C;
Tính không đối xứng của điện áp phải đảm bảo U 2%.
1.4.2. Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục
Tính cung cấp điện liên tục phụ thuộc vào loại hộ dùng điện. Tuy nhiên trong điều
kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện càng cao càng tốt.
1.4.3. Đảm bảo tính an tồn
Việc tổ chức hệ thống cung cấp điện, lựa chọn các phần tử trong hệ thống và việc
trang bị các hình thức bảo vệ thích hợp để đảm bảo an tồn cho người, mơi trường và
các phần tử trong hệ thống.
1.4.4. Đảm bảo tính kinh tế
Việc tổ chức hệ thống cung cấp điện đã thoả mãn các u cầu kể trên, cần tính
tốn kinh tế để chọn phương án lợi nhất.
Trong mỗi phương án các chi phí tính tốn bao gồm:
a. Chi phí đầu tư K gồm các chi phí để mua sắm và lắp đặt.
21


b.Chi phí vận hành:
C=CΔA+Cnc+Cbq+Ckh+Cmd+Cphụ
trong đó: Chi phí tổn thất điện năng CΔA =Co.

(1.4)
A, đồng/năm;

A- tổn thất điện năng hàng năm, kW/năm;
Co- đơn giá điện năng, đồng/kW.h;
Cnc- chi phí để trả lương cho cán bộ, công nhân vận hành hệ thống được
thiết kế, đồng/năm;
Cbq- chi phí để tu sửa, bảo quản, đồng/năm;
Ckh- chi phí khấu hao để phục hồi vốn cơ bản và để đại tu, đồng/năm;
Cmd- chi phí về thiệt hại do mất điện, đồng/năm;
Cphụ- các chi phí phụ khác.
Khi so sánh phương án thường bỏ qua Cnc và Cphụ vì khơng khác nhau mấy ở các
phương án.
Để so sánh hai phương án thường dùng phương pháp thời gian thu hồi chênh lệch
vốn:
Nếu KII>KI thì CII>CI thì phương án I là có lợi.
Nếu KII>KI thì CIIphí vận hành bằng:
T=

K II  K I
, năm
C I  C II

Khi TKhi T>Tqc thì phương án I có lợi:

22

(1.5)

Với Tqc- thời gian quy chuẩn thu hồi vốn đầu tư, hiện tại ở Việt Nam lấy
Tqc=5năm.
Khi T≈Tqc thì các phương án có thể xem như là tương đương về kinh tế, việc chọn
phương án nào là dựa trên cơ sở lập luận về tính thuận lợi trong vận hành, khả năng phát
triển của hệ thống…
Để so sánh nhiều phương án thường dùng phương pháp chi phí tính tốn hàng
năm bé nhất. Chi phí tính tốn hàng năm của mỗi phương án được tính bằng:
Z=kqcK+C, đồng/năm.
trong đó kqc =1/Tqc.

23

(1.6)


Câu hỏi và bài tập chương 1
1. Đặc điểm cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ là gì? Việc cung cấp điện cho xí nghiệp
mỏ cần phải đảm bảo các yêu cầu nào? Hãy phân tích các đặc điểm và các yêu cầu đó?
2. Có mấy loại hộ dùng điện? Việc phân hộ dùng điện như vậy nhằm mục đích gì?
3. Việc trang bị điện cho các thiết bị mỏ cần phải đảm bảo các yêu cầu gì? Hãy phân tích
các u cầu đó?
4. Hãy so sánh việc tổ chức cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ với các xí nghiệp cơng
nghiệp thơng thường có gì giống và khác nhau?
5. Các yêu cầu cơ bản đối với việc lựa chọn phương án cung cấp điện? Một phương án
cung cấp điện được xem là hợp lý cần thoả mãn nhưỡng u cầu nào? Hãy phân tích các
u cầu đó?
6. Chất lượng điện năng được đánh giá qua các chỉ tiêu nào? Các chỉ tiêu đó là gì?

24