Giáo trình Trang bị điện: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của giáo trình "Trang bị điện" cung cấp cho học viên những kiến thức về: các hình thức chế tạo thiết bị điện; thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an toàn tia lửa; thiết bị bảo vệ; bảo vệ thiết bị điện khỏi các chế độ làm việc không bình thường;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Trang bị điện: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Trần Hữu Phúc (Chủ biên) ThS Dương Thị Lan ThS Nguyễn Thanh Tùng GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2021
MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 3 Chương 1. Các hình thức chế tạo thiết bị điện 5 1.1. Phân loại môi trường mỏ và nguy hiểm do cháy nổ 5 1.2. Các yêu cầu đối với hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ 17 1.3. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức thông thường 18 1.4. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an toàn cao 20 1.5. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức phòng nổ 21 1.6. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức an toàn tia lửa 25 1.7. Các hình thức khác bảo vệ khỏi nổ 30 Chương 2. Thiết bị bảo vệ 35 2.1. Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 35 2.2. Bảo vệ khỏi các chế độ sự cố 46 2.3. Bảo vệ thiết bị điện khỏi các chế độ làm việc không bình thường 53 2.4. Bảo vệ bằng các bộ lọc thành phần đối xứng 61 2.5. Bảo vệ khỏi chạm đất một pha 64 Chương 3. Thiết bị điều khiển 68 3.1. Phân loại và các yêu cầu đối với thiết bị điều khiển 68 3.2. Thiết bị điều khiển bằng tay 69 3.3. Thiết bị điều khiển từ xa và tự động 76 3.4. Thiết bị điện cao áp trong mỏ 94 3.5. Các trạm phân phối điện 127 Chương 4. Thiết bị cung cấp điện 130 4.1. Phân loại và yêu cầu 130 4.2. Máy biến áp và trạm biến áp mỏ hầm lò 130 4.3. Trạm biến áp di động mỏ lộ thiên 136 4.4. Biến áp dùng cho khoan điện cầm tay và chiếu sáng 137 4.5. Trạm kéo và trạm nạp 138 Chương 5. Cáp điện và dây dẫn 154 -1-
5.1. Khái niệm chung 154 5.2. Cáp điện dùng cho mỏ lộ thiên 154 5.3. Cáp bọc thép dùng cho mỏ hầm lò 155 5.4. Cáp mềm dùng cho mỏ hầm lò 157 5.5. Dây dẫn đường dây trên không 162 5.6. Cấu kiện cơ khí đường dây 166 Chương 6. Kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện 171 6.1. Tổ chức lắp đặt và vận hành thiết bị điện mỏ 171 6.2. Thử nghiệm thiết bị điện 173 6.3. Tổ chức sửa chữa thiết bị điện mỏ 177 Tài liệu tham khảo 182 -2-
LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “Trang bị điện” được biên soạn với mục đích làm tài liệu học tập cho sinh viên Đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện và làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các chuyên ngành điện khác của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh. Giáo trình còn 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 công nghệ kỹ thuật điện. 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 về trang bị điện trong mỏ cũng như các xí nghiệp công nghiệp. Giáo trình gồm 6 chương: Chương 1. Các hình thức chế tạo thiết bị điện Chương 2. Thiết bị bảo vệ trong mỏ Chương 3. Thiết bị điều khiển Chương 4. Thiết bị cung cấp điện Chương 5. Cáp điện và dây dẫn Chương 6. Kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện Giáo trình do tập thể tác giả: Tiến sĩ Trần Hữu Phúc chủ biên, ThS Dương Thị Lan và ThS Nguyễn Thanh Tùng, Bộ môn Điện khí hoá - Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh biên soạn. Tập thể tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Điện, các giảng viên bộ môn Điện khí hóa - Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh cùng các phòng ban nghiệp vụ, các cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ động viên, góp ý để hoàn thành tốt giáo trình này. Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã cố gắng bám sát chương trình môn học đã được phê duyệt của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học này trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù đào tạo các ngành của trường. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song vì thời gian và trình độ có hạn, nên sai sót trong cuốn giáo trình này là khó tránh khỏi. Nhóm tác giả mong nhận được nhiều -3-
đóng góp ý kiến xây dựng để cuốn giáo trình được hoàn thiện hơn. Những ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Bộ môn Điện khí hoá Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh. Xin chân thành cảm ơn! Quảng Ninh, tháng 04 năm 2021 Tác giả. -4-
Chương 1. CÁC HÌNH THỨC CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN 1.1 Phân loại môi trường mỏ và mức độ nguy hiểm do cháy nổ 1.1.1 Đặc điểm làm việc của các thiết bị điện mỏ Các đặc điểm làm việc của thiết bị điện mỏ là: - Đa số máy móc trong thời gian làm việc thường xuyên hoặc định kỳ di chuyển. - Khí hậu và thời tiết khắc nghiệt, mưa nắng, nhiệt độ cao, trong không khí có nhiều bụi dẫn điện. - Không gian chật hẹp. - Áp lực đất, đá, sạt lở. - Công tác nổ mìn dễ phá hoại thiết bị điện. 1.1.2 Phân loại môi trường mỏ Các thiết bị điện mỏ được chế tạo để làm việc trong các môi trường: - Ngoài trời đối với mỏ lộ thiên. - Đặc biệt nguy hiểm về hỏa hoạn, điện giật trong mỏ hầm lò. Để phân loại hỗn hợp nổ người ta sử dụng tiêu chuẩn giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất xác định bằng thực nghiệm. Giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất là giá trị mặt ghép phẳng có bề rộng 25 mm giữa thân và nắp hộp để sao cho sự nổ của hỗn hợp có nồng độ bất kỳ xảy ra bện trong hộp không gây nổ hỗn hợp bên ngoài. Hỗn hợp nổ được phân loại trong bảng 1.1 Bảng 1.1 Phân loại hỗn hợp nổ trong mỏ Cấp và hỗn hợp nổ Giá trị khe hẹp an toàn lớn nhất, mm I. Khí mê tan mỏ 1,0 II. Khí và hơi công nghiệp II A. 0,9 II B Từ 0,5 – 0,9 II C 0,5 Hỗn hợp khí và hơi của chất lỏng dễ cháy với không khí được phân loại dựa trên cơ sở nhiệt độ tự bốc cháy của chúng (Bảng 1.2) -5-
Bảng 1.2. Phân loại nhóm hỗn hợp nổ và nhiệt độ tự bốc cháy Nhóm hỗn hợp nổ Nhiệt độ tự bốc cháy, 0C T1 450 T2 300-450 T3 200-300 T4 135-200 T5 100-135 T6 85-100 1.1.3. Điều kiện gây nổ môi trường do dòng điện Năng lượng tối thiểu để đốt cháy một thể tích khí tối thiểu hình cầu đường kính d = 0,08 a/Vn, bằng 𝐸 = 6,3𝑑 2 = 4. 10−2 𝑎2 /𝑉𝑛2 trong đó: a – hệ số truyền nhiệt của hỗn hợp khí , m2/s; Vn – tốc độ truyền loan sự cháy, m/s. Tính chất của các hỗn hợp khí cháy ở áp suất P = 101 kPa và nhiệt độ T= (15- 20)0C cho trong bảng 1.3 Bảng 1.3 Bảng phân loại hỗn hợp nổ theo cấp và nhóm Khí cháy Giới hạn nồng độ Năng lượng Nhiệt độ gây Dưới Trên gây cháy tối cháy, 0K thiểu, mJ Mê tan 5,0 15,0 0,28 2316 Êtan 3,22 12,45 0,26 2370 Prôpan 2,37 9,5 0,25 2383 Butan 1,86 8,41 0,24 2392 Peptan 1,4 7,8 0,24 2391 Hecxan 1,25 6,9 0,23 2397 Heptan 1,0 6,0 0,232 2399 Êtilen 2,75 28,6 0,1 2557 Propilen 2,4 11,1 0,25 2557 Oxitotilen 3,0 80,0 0,062 2557 -6-
Tôluôn 1,27 6,75 0,062 2484 Axêtilen 2,5 81,0 0,019 2893 Hyđro 4,0 74,2 0,019 2483 Xăng σ-70 0,79 5,16 0,23 2483 Axêton 2,5 12,8 0,23 2483 Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp càng cao thì giới hạn nồng độ nổ càng được mở rộng. Đối với hỗn hợp mêtan – không khí sự thay đổi đó được cho trong bảng 1.4 Bảng 1.4. Bảng quan hệ giới hạn nổ với nhiệt độ ban đầu Nhiệt độ ban đầu của hỗn Giới hạn dưới, % thể tích Giới hạn trên, % thể tích hợp nổ, 0C 17 6,3 12,9 100 5,95 13,7 200 5,5 14,6 400 4,8 16,6 Trong bảng 1.5 trình bày sự thay đổi các giới hạn của nồng độ nổ tùy theo áp suất ban đầu của hỗn hợp mêtan – không khí. Bảng 1.5 Bảng quan hệ giới hạn nổ với áp suất ban đầu Áp suất ban đầu của hỗn Giới hạn dưới, % thể tích Giới hạn trên, % thể tích hợp nổ, At 1 6,6 12,7 21 7,5 12,0 400 5,2 46,0 Trong phạm vi giới hạn nổ, tồn tại một giá trị nồngđộ tối nguy, là nồng độ dễ gây nổ nhất. Nồng độ tối nguy của cùng một loại hỗn hợp nổ không giống nhau khi nguồn gây nổ khác nhau. Ví dụ hỗn hợp mêtan – không khí dễ nổ nhất khi nồng độ khoảng 8,5% nếu nguồn gây nổ là sự phóng điện (tia lửa hoặc hồ quang điện); bằng 9,8% nếu nguồn gây nổ là sợi tóc của bóng đèn; bằng (6,4 ÷7,4 ) % nếu nguồn gây nổ là tia lửa -7-
do ma sát. Áp suất nổ lớn nhất xảy ra khi hỗn hợp mê tan – không khí có nồng độ (9 ÷10)% bị kích nổ bằng tia lửa điện. Muốn cho hỗn hợp nổ được, cần phải nâng nhiệt độ của nó lên đến nhiệt độ cháy. Giá trị nhiệt độ này thay đổi tùy theo nồng độ của hỗn hợp. Nhiệt độ gây cháy hỗn hợp mêtan – không khí vào khoảng 6750C. Khi tiếp xúc với nguồn gây nổ, hỗn hợp nổ không nổ ngay mà chậm sau đó một ít. Hiện tượng như vậy gọi là sự nổ muộn và nó thường được dùng để đánh giá độ nhạy của hỗn hợp nổ. Thời gian nổ muộn càng nhỏ thì hỗn hợp càng nhạy. Thời gian trễ này có ý nghĩa đặc biệt đối với hỗn hợp mêtan – không khí vì nó có thể đạt tới một số giây nhưng sẽ giảm nhanh khi tăng nhiệt độ của nguồn gây nổ và chỉ còn khoảng một vài mili giây khi nhiệt độ bằng 10000C. Khi bầu không khí nằm trong giới hạn nổ thì nó có thể nổ nếu có nguồn kích nổ thích hợp. Nguồn kích nổ do dòng điện có thể là hồ quang, tia lửa điện hoặc các bộ phận dẫn điện bị nung quá nóng. Theo lý thuyết nhiệt thì tất cả khối khí có thể bốc cháy nếu một thể tích nhất định được nung nóng đến nhiệt độ cháy. Khi có nguồn nhiệt thì khối khí bị nung nóng và nhiệt độ khối khí sẽ giảm từ tâm (nguồn gây cháy) đến biên giới. Nếu nhiệt độ này gây cháy được một thể tích phân tố thì sẽ làm cháy được toàn bộ khối khí mặc dù nguồn gây cháy không tồn tại nữa. Để nung nóng được một thể tích khí như vậy đến nhiệt độ cháy cần phải có một nhiệt lượng nhất định gọi là nhiệt lượng gây cháy tối thiểu. Giá trị năng lượng này được xác định bằng thí nghiệm và bằng 0,019 mJ đối với hỗn hợp hyđro – không khí và 0,28 mJ đối với hỗn hợp mêtan – không khí. Điều kiện để gây cháy hỗn hợp khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là: - Năng lượng gây cháy và các thông số của mạch gây ra năng lượng đó như điện áp, dòng điện, loại mạch điện (điện trở, điện cảm, điện dung). - Kích thước, hình dạng và vật liệu làm tiếp điểm nơi xảy ra phóng tia lửa. - Khoảng cách giữa các tiếp điểm và tốc độ cắt mạch v.v. -8-
Nếu tăng điện áp đặt vào mạch thì giá trị của dòng điện có khả năng gây cháy giảm. Ví dụ: nếu điện áp của mạch là 25V thì dòng điện tối thiểu cần để đốt cháy hỗn hợp mêtan – không khí là 1,18 A, còn khi điện áp là 140 V thì dòng gây cháy chỉ còn 0,12 A. Trong mạch có điện cảm không đổi, khi tăng tần số dòng điện từ 4 kHz đến 200 kHz khả năng gây cháy của dòng điện giảm đi khá nhiều. Nhưng nếu tiếp tục tăng tần số lên cao nữa thì khả năng gây cháy của dòng điện lại tăng. Điện cảm của mạch điện có ảnh hưởng lớn đến khả năng gây cháy của tia lửa. Khi tăng điện cảm của mạch thì giá trị dòng gây cháy tối thiểu giảm đi một cách rõ rệt, vì năng lượng của tia lửa được phụ thêm một phần năng lượng tích lũy trong điện cảm. Thực nghiệm cho thấy rằng giá trị dòng gây cháy càng nhỏ nếu nhiệt độ chảy của vật liệu làm tiếp điểm càng thấp, diện tích của tiếp điểm tại thời điểm cắt mạch càng nhỏ và tốc độ cắt mạch càng lớn trong một giới hạn nhất định. Do tính phức tạp của quá trình gây cháy hỗn hợp khí cho nên khó có thể xây dựng được một cơ sở lý thuyết cho phép xác định bằng giải tích tính an toàn tia lửa của mạch điện, mà chủ yếu vẫn phải đánh giá trên cơ sở thực nghiệm. Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Liên Xô (VX.Craptrenco) cho thấy rằng tia lửa của bất kỳ mạch điện nào cũng đều có khả năng gây nổ, nhưng do tính đa dạng của các yếu tố tạo ra khả năng nổ, cũng như mối quan hệ giữa các yếu tố tạo ra khả năng nổ mà năng lượng gây cháy hoặc dòng gây cháy của một mạch điện tuân theo luật thống kê và phụ thuộc vào số lần phát tia lửa để quan sát. Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi cùng một mạch điện với các thông số nhất định và khi cùng một hỗn hợp nổ có điều kiện nhất định, thì giá trị dòng gây cháy tối thiểu của mạch sẽ càng giảm nếu số lần thử nghiệm càng tăng. Nếu gọi tỷ số giữa số lần gây nổ với số lần phát tia lửa là tần suất gây cháy thì tần suất này sẽ là xác suất khi số thử nghiệm đủ lớn, được xác định từ định luật giới hạn của Laplaxơ. Trên cơ sở nhiều thí nghiệm và phân tích các kết quả thí nghiệm V.X. Craptrenco đã xác định được tính xác suất của việc gây cháy hỗn hợp mêtan – không -9-
khí và quan hệ giữa xác suất đó với dòng điện qua tia lửa khi cắt mạch. Quan hệ này được biểu diễn ở dạng hàm số mũ và trong hệ tọa độ logarit, đồ thị của chúng là những đường thẳng (hình 1.1). Với các điều kiện thử nghiệm khác nhau sẽ nhận được họ các đường thẳng khác nhau nhưng có chung một giá trị tang của góc nghiêng như nhau nếu chúng được thí nghiệm bằng thiết bị cắt mạch có cùng một hình dạng và tính chất như nhau. Hình 1.1. Quan hệ giữa xác suất gây cháy hỗ hợp Metan-không khí với dòng điện và điện cảm của mạch điện áp 24 V Từ các qui luật này có thể xác định được giá trị dòng điện với một xác suất gây cháy mong đợi nào đó khi có cùng một điều kiện như điều kiện đã dùng để thử nghiệm: 1 𝑃𝑛 𝑡𝑔∝ 𝐼𝑛 = 𝐼0 ( ) (1.1) 𝑃0 trong đó: I0 – giá trị dòng gây cháy theo kết quả thí nghiệm, A; P0 – xác suất gây cháy đối với dòng I0; Pn – xác suất mong đợi đối với dòng In ; tgα- tang góc nghiêng của đường thẳng xác suất. Như vậy công thức 1.1. cho ta xác định dòng an toàn tia lửa khi biết xác suất gây cháy cho phép, hoặc xác định được xác suất gây cháy khi biết dòng điện. - 10 -
Phương pháp thống kê để đánh giá khả năng gây cháy của tia lửa điện theo xác suất gây cháy cho khả năng phán đoán về bản chất gây cháy của tia lửa trong những điều kiện nhất định. Nhưng tính chính xác của phương pháp đòi hỏi phải tiến hành một khối lượng thí nghiệm khá lớn. Các đường thẳng song song trên hình 1.1. là các đường thực nghiệm với xác suất trong khoảng 10-1 đến 10-3 nhưng chúng cũng có thể kéo dài sang vùng các xác suất nhỏ do khối lượng thí nghiệm quá lớn không thể thực hiện được. Phần đường thẳng không thể xác nhận bằng thí nghiệm gọi là đường qui ước và xác suất ứng với phần đó gọi là xác suất qui ước. Thực tế có thể xem xác suất qui ước bằng 10-8 là giới hạn an toàn, nghĩa là dòng điện của mạch ứng với xác suất đó không thể gây cháy hỗn hợp khí nổ cho dù số lần phát tia lửa lớn tùy ý. Do khó có thể kiểm nghiệm để nhận được giá trị xác suất 10-8, nên giá trị dòng điện, điện áp an toàn tia lửa được xác định theo giá trị dòng điện và điện áp gây cháy. Dòng gây cháy là dòng của mạch điện cảm hoặc không có điện cảm làm cháy hỗn hợp nổ với xác suất 10-3 Dòng an toàn tia lửa là dòng có độ lớn nhỏ thua dòng gây cháy 2 lần: 𝐼𝑐 𝐼𝑐 𝐼𝑎𝑡 ≤ = (1.2) 𝑘𝑎𝑡 2 trong đó: Iat – dòng an toàn tia lửa; Ic – dòng gây cháy; Kat – hệ số an toàn. Khi kat = 2 thì xác suất gây cháy quy ước của dòng an toàn tia lửa p =2.10-8, còn khi kat = 2,5 thì p = 0,14.10-8. Việc đánh giá tính an toàn tia lửa của mạch điện bằng phương pháp thí nghiệm tuy rất cồng kềnh và phức tạp nhưng cho đến nay đó vẫn là phương pháp có độ chính xác cao và được áp dụng rộng rãi. Một phương pháp khác được đề nghị sử dụng là phương pháp đo của BM. Phurơmanôp. Theo đó tiêu chuẩn gây cháy hỗn hợp nổ 𝜉 được xác định bằng quan hệ thực nghiệm: 𝛽 𝜉 = 𝐴𝑝 𝐵𝑝𝛼 𝑈𝑝 (1.3) - 11 -
trong đó Ap, Bp là năng lượng và công suất của tia lửa; Up là điện áp gây ra sự phóng tia lửa của mạch. Bằng thực nghiệm các tác giả đã xác định được các hệ số α, β và giá trị tuyệt đối của tiêu chuẩn gây cháy 𝜉. Với hỗn hợp mêtan – không khí các hệ số này bằng α = 0,5; β = 1,137 và 𝜉 = 0,575. Như vậy việc kiểm tra tính an toàn tia lửa của mạch điện thực chất là xác định các giá trị Ap, Bp và Up bằng phương pháp đo rồi tính toán và so sánh với tiêu chuẩn gây cháy. Điều kiện an toàn tia lửa của mạch là: 𝐴𝑝 𝐵𝑝0,5 𝑈𝑝1,137 ≤ 0,575 (1.4) 1.1.4. Các biện pháp phòng ngừa gây nổ bầu không khí mỏ Để gây cháy nổ hỗn hợp do dòng điện phải có đồng thời hai điều kiện: 1, Tại một vị trí nhất định phải xuất hiện hỗn hợp nổ có nồng độ nguy hiểm. Ví dụ: Hỗn hợp mêtan – không khí có nồng độ (5 ÷ 15) %. 2, Tại vị trí đó xuất hiện tia lửa, hồ quang điện hoặc các bộ phận mang điện quá nóng đủ gây cháy hỗn hợp nổ. Từ đó các biện pháp để đảm bảo sử dụng điện năng an toàn trong các mỏ có khí, bụi nổ, bao gồm: 1, Thông gió đủ và chắc chắn cho các đường lò để giảm hàm lượng mêtan trong không khí đến giá trị an toàn. 2, Cắt điện ở các khu vực xuất hiện hỗn hợp nổ có nồng độ cho phép. Theo luật an toàn hiện hành thì khi nồng độ mêtan trong không khí đạt giá trị (0,5 – 2)%, tùy theo loại luồng gió cần phải cắt điện, đình chỉ công việc và đưa người ra khỏi khu vực nguy hiểm. 3, Sử dụng các dụng cụ và thiết bị để kiểm tra tình trạng thông gió và nồng độ mêtan, tự động báo tín hiệu hoặc cắt điện khi xuất hiện nguy cơ cháy nổ bầu không khí mỏ. 4, Sử dụng thiết bị điện có các thông số của mạch chỉ phát ra tia lửa không đủ làm cháy bầu không khí mỏ. 5, Sử dụng các thiết bị có xác suất xuất hiện tia lửa, hồ quang điện rất bé do đó mà không cần đặt trong vỏ phòng nổ. - 12 -
6, Sử dụng các thiết bị điện được chế tạo sao cho ở tình trạng không có hư hỏng gì thì chịu được sự nổ ở trong vỏ và loại trừ được khả năng gây nổ bầu không khí ở bên ngoài. 7, Làm mất sự nguy hiểm về nổ bằng cách chứa đầy thể tích bên trong vỏ thiết bị điện các chất điện môi dập hồ quang dạng lỏng, bột, rắn hoặc khí. 8, Sử dụng các thiết bị điện, chế tạo theo hình thức đặc biệt khác để giảm xác suất gây nổ bầu không khí nổ trong mỏ. 1.1.5. Phòng ngừa hỏa hoạn trong mỏ do dòng điện 1.1.5.1. Nguyên nhân phát sinh hỏa hoạn do dòng điện Trong các mỏ hầm lò số vụ cháy mỏ không nhiều nhưng tác hại của nó là hết sức nghiêm trọng. Trong hầm mỏ có rất nhiều vật liệu dễ cháy, đặc biệt là các vì chống bằng gỗ. Nạn cháy phát sinh khi truyền lan sang các vì chống bằng gỗ sẽ phá hoại chúng và hậu quả là làm sập các đường lò sau đó có thể cháy lan ra toàn mỏ gây tai họa không lường hết được. Tai nạn càng lớn nếu trong mỏ có khí, bụi nổ. Nguyên nhân chủ yếu gây ra cháy mỏ do dòng điện là tia lửa điện, hồ quang điện hoặc các bộ phận mang điện bị nung nóng quá mức do ngắn mạch hoặc quá tải. Sự cố ngắn mạch trong mạng điện là khó tránh khỏi. Khi xảy ra ngắn mạch, dòng ngắn mạch có giá trị đủ lớn sẽ tạo ra hồ quang điện, tia lửa hoặc đốt nóng các phần dẫn điện của mạch đến nhiệt độ cao làm bốc cháy cách điện (giấy, cao su, dầu,…) và các vật liệu dễ cháy khác như gỗ, than,… Các mối nối của mạch điện có điện trở tiếp xúc lớn là nguyên nhân phát sinh hỏa hoạn rất nguy hiểm vì các mối nối đó sẽ bị nung nóng đến nhiệt độ cao ngay cả khi dòng điện trong mạch là định mức. Thực tế cho thấy việc nối các đoạn cáp mềm không đạt yêu cầu là nguyên nhân thường gây hỏa hoạn trong mỏ. Cũng có trường hợp phát sinh hỏa hoạn do bốc cháy lớp cách điện bằng giấy và lớp vỏ đay ngoài cùng của cáp bọc thép vì điện trở chỗ nối quá cao. Hoả hoạn cũng có thể phát sinh do dòng rò đủ lớn làm cho lõi tiếp đất quá nóng hoặc gây ra hồ quang, tia lửa do mạch tiếp đất bị đứt. Việc sử dụng thiết bị chứa dầu trong hầm mỏ cũng là một trong những nguyên nhân gây ra hỏa hoạn. Dầu trong thiết bị chứa dầu chỉ cần hấp thụ một lượng rất nhỏ - 13 -
hơi nước hoặc bị nhiễm bẩn cũng dễ dàng tạo ra hồ quang do ngắn mạch giữa các pha. Lúc đó dầu bị phân tích thành hydro và các khí dễ cháy khác. Kết quả của sự cháy và nổ các khí này là dầu bốc cháy và cuối cùng là cháy các vật liệu dễ cháy có trong mỏ. Nguyên nhân phát sinh nạn cháy mỏ cũng có thể do các thiết bị chiếu sáng, đặc biệt là các bóng đèn sợi cháy khi trên bề mặt của chúng phủ bụi than làm giảm khả năng khuếch tán nhiệt và bản thân lớp bụi than bốc cháy. Sự phóng tĩnh điện tích lũy do ma sát giữa tang và băng chuyền, giữa đường ống dẫn khí nén hoặc ống gió bằng cao su với các hạt bụi chuyển động trong ống cũng gây ra tia lửa điện và dẫn tới nạn cháy mỏ. 1.1.5.2 Các biện pháp ngăn ngừa hỏa hoạn Các biện pháp ngăn ngừa hỏa hoạn rất đa dạng. Một số các biện pháp chủ yếu có hiệu quả. Để ngăn chặn hỏa hoạn do cáp mềm và cáp bọc thép bốc cháy khi có ngắn mạch hồ quang giữa các pha, thông thường sử dụng biện pháp chọn và chỉnh định đúng dắn thiết bị bảo vệ cực đại. Các số liệu thực nghiệm cho thấy để làm cháy cáp khi ngắn mạch hồ quang cần có một dung lượng nhiệt bằng 30 kWs. Do thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ cực đại khoảng 0,1 s nên để làm cháy cáp, công suất của hồ quang cần cháy hơn 30:0,1 = 300 kW. Công suất ngắn mạch ba pha trên các cực máy biến áp loại TMW -100 không kể đến điện trở cáp, điện trở tiếp xúc và điện trở hồ quang vào khoảng 1800 kW, nếu kể đến các điện trở đó thì bằng (1000 – 1300) kW, còn ngắn mạch 2 pha bằng (900 – 1100) kW. Như vậy ngay cả khi các thiết bị bảo vệ tác động chắc chắn thì hỏa hoạn vẫn đủ khả năng để phát sinh. Do đó, biện pháp hiệu quả để bảo vệ khỏi cháy cáp và các thiết bị điện do ngắn mạch là sử dụng các vật liệu cách điện không cháy. Vỏ ngoài cùng của loại cáp như vậy không có khả năng duy trì sự cháy ngay cả khi đốt nó bằng ngọn lửa hàn. Tuy nhiên, hỏa hoạn lúc đó vẫn còn có thể phát sinh do cáp quá nóng làm cháy vật liệu dễ cháy nằm cạnh nó. Vì thế, với cáp mềm có vỏ thông thường và ngay cả có vỏ không cháy cũng cần có biện pháp loại trừ hiện tượng ngắn mạch giữa các pha. Biện pháp như vậy khá đơn giản và chắc chắn là sử dụng cáp có màn chắn với điều kiện là màn - 14 -
chắn được tiếp đất chắc chắn. Do màn chắn làm bằng lưới đồng hoặc cao su bán dẫn bao quanh từng lõi điện lực ở phía ngoài lớp cách điện, nên trước khi xảy ra ngắn mạch giữa các pha đã xảy ra hiện tượng rò một pha ra màn chắn. Hiện tượng này kèm theo dòng điện không đáng kể và được bảo vệ bằng rơ le rò. Như vậy bảo vệ khỏi rò điện còn là phương tiện ngăn chặn phát sinh ngắn mạch trong mạng cáp. Việc sử dụng loại cáp bọc thép có lớp vỏ đay ngoài cùng dễ gây ra nạn cháy mỏ, nên luật an toàn qui định phải bóc lớp vỏ đay ở đoạn cáp nằm trong buồng máy và các đoạn cáp dẫn vào buồng máy để không lan truyền sự cháy từ trong buồng ra ngoài. Đoạn cáp đã được bóc vỏ đay cần được phủ sơn chống gỉ. Hiện nay đã sản xuất lớp vỏ ngoài cùng không cháy và loại cáp bọc thép có cách điện bằng chất dẻo không cháy. Trong trường hợp sử dụng cáp bọc thép cũng cần phải ngăn chặn hỏa hoạn do cháy các loại vật liệu dễ cháy khi xảy ra sự ngắn mạch giữa các pha. Hình thức bảo vệ này đạt được nhờ trong cáp bọc thép có các lõi điện lực được bố trí gần vỏ chì được tiếp đất, do đó, hiện tượng ngắn mạch thường xảy ra đồng thời với hiện tượng rò ra đất làm cho rơ le rò tác động. Để ngăn chặn hỏa hoạn do cáp điện, thiết bị điện quá nóng khi làm việc bình thường, cần phải chọn chúng theo điều kiện dòng nung nóng cho phép và thực hiện tốt việc lắp đặt nhằm đảm bảo cho điện trở tiếp xúc giữa các khâu là không đáng kể. Việc nối các đoạn cáp mềm cấm không được dùng phương pháp xoắn nguội và phải được nối bằng phương pháp hàn và sau đó phải vá chín lớp vỏ cao su. Để nối các đoạn cáp bọc thép, cần phải dùng hộp nối cáp. Tất cả các mối nối trong mạch điện kể cả ổ và phích cắm, cần được kiểm tra thường xuyên khả năng tiếp xúc chặt chẽ giữa chúng. Để ngăn ngừa hỏa hoạn do dầu trong các thiết bị điện bốc cháy cần phải tuân thủ đúng đắn các luật lệ vận hành chúng. Dầu để trong các thiết bị điện cần được sấy, làm sạch khỏi tạp chất và thử nghiệm tính chất hóa, lý trước khi sử dụng. Theo luật lệ an toàn thì định kỳ phải lấy dầu từ thiết bị đang sử dụng ra để thử nghiệm, định kỳ 6 tháng phải thử nghiệm tính cách điện, còn 12 tháng phải phân tích tính chất hóa lý của dầu. - 15 -
Biện pháp có hiệu quả nhất để ngăn chặn hỏa hoạn do dầu là thay thế dầu dễ cháy trong máy biến áp, biến trở bằng chất điện môi khô, ví dụ cát thạch anh và sử dụng máy cắt không chứa dầu. Ở những nơi còn sử dụng thiết bị chứa dầu thì các thiết bị này cần phải được đặt cố định trong các hầm trạm. Để ngăn ngừa hỏa hoạn truyền lan khi xảy ra cháy trong trạm, luật an toàn bắt buộc các hầm trạm không được chống bằng gỗ mà phải chống bằng các vật liệu không cháy (gạch, bê tông,…). Ngoài ra các hầm trạm cần được thông gió tốt để các thiết bị trong đó không bị nóng quá và trạm cần được trang bị cửa chống cháy tự động nhằm cách ly nạn cháy trong trạm, không cho ngọn lửa truyền lan ra ngoài. Các trạm biến áp ở khu vực khai thác thường xuyên phải di chuyển và ít được chăm sóc chu đáo, nên để phòng hỏa hoạn, tốt nhất là dùng trạm biến áp di động, trong đó gồm máy biến áp khô và các thiết bị đóng cắt không chứa dầu. Để ngăn ngừa hỏa hoạn do các đèn điện gây ra cần phải thường xuyên lau chùi đèn khỏi bụi bẩn và biện pháp có hiệu quả nhất là thay các nguồn sáng làm việc theo nguyên lý bức xạ nhiệt bằng các nguồn sáng làm việc theo nguyên lý bức xạ bức xạ huỳnh quang vì các đèn này khi làm việc nhiệt độ không cao. Việc phòng ngừa hỏa hoạn do phóng tĩnh điện bằng cách sử dụng các biện pháp dẫn các điện tích tích lũy vào đất. 1.1.5.3. Phương pháp dập cháy thiết bị điện Việc dập cháy các thiết bị điện đang có điện bằng các chất lỏng dẫn điện là rất nguy hiểm, vì một mặt người dập cháy sẽ bị điện giật, mặt khác làm cho nạn cháy chẳng những không bị dập tắt mà còn lan rộng thêm do ngắn mạch hỗn loạn trong mạng điện. Vì vậy trước khi tiến hành dập cháy ở các thiết bị điện cần cắt điện ở khu vực có cháy. Việc dập cháy bằng nước hoặc bình cứu hỏa dạng bọt chỉ được tiến hành trong trường hợp quá cần thiết khi được phép và dưới sự chỉ huy của cán bộ kỹ thuật có kinh nghiệm và khi đã chắc chắn là khu vực không còn điện. Bình thường việc dập cháy ở thiết bị điện phải sử dụng các chất không dẫn điện (cát khô, bụi trơ, bình cứu hỏa chứa oxit cacbonic hoặc hồn hợp của nó). Để dập cháy ở các trạm điện lớn cần cần phải có thiết bị cứ hỏa đặt cố định chứa oxit cacbonic. - 16 -
1.2. Các yêu cầu đối với hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ Yêu cầu cơ bản đối với hình thức chế tạo thiết bị điện mỏ là ngăn chặn sự phát sinh tia lửa, hồ quang điện, các bộ phận mang điện bị nung quá nóng tiếp xúc trực tiếp với môi trường. Với yêu cầu như vậy nên các thiết bị điện sử dụng trong mỏ có khí bụi nổ phải được chế tạo theo các hình thức đặc biệt cho mỏ. Xác suất xuất hiện môi trường nổ ở các dạng mỏ khác nhau, cũng như trong các vị trí khác nhau của cùng một mỏ là không giống nhau. Vì thế các thiết bị điện sử dụng trong mỏ phải được chế tạo với các mức độ bảo vệ khỏi nổ khác nhau. Theo mức độ bảo vệ khỏi nổ, các thiết bị điện mỏ có các hình thức chế tạo sau: 1, Thiết bị điện mỏ thông thường: Loại thiết bị điện này không có phương tiện bảo vệ khỏi nổ. 2, Thiết bị điện mỏ an toàn cao: Ở thiết bị điện loại này có các phương tiện và biện pháp nhằm làm cho tia lửa, hồ quang điện và các bộ phận dẫn điện quá nóng khó có thể xuất hiện, việc đảm bảo khỏi nổ chỉ có được khi thiết bị làm việc bình thường. 3, Thiết bị điện phòng nổ: Ở loại thiết bị này việc bảo vệ khỏi nổ được đảm bảo cả khi nó làm việc bình thường, cũng như khi phát sinh các hư hỏng thường gặp, trừ khi hư hỏng phương tiện bảo vệ khỏi nổ. Do điều kiện làm việc đặc biệt (độ ẩm cao, độ chứa bụi cao, nhiều nước điều kiện vận chuyển đến chỗ lắp đặt khó khăn), nên đối với thiết bị điện mỏ các hư hỏng thường gặp là: Ngắn mạch, hồ quang và các tác động phá hoại cơ học. 4, Thiết bị điện mỏ phòng nổ đặc biệt: Ở loại thiết bị này có phương tiện bảo vệ khỏi nổ khi xảy ra mọi hư hỏng bất kỳ của thiết bị, trừ hư hỏng chính phương tiện bảo vệ khỏi nổ. Theo các hình thức chế tạo kể trên, thiết bị điện bảo vệ khỏi nổ được đánh dấu như sau: - Dấu hiệu về mức độ bảo vệ khỏi nổ của thiết bị điện: 2- An toàn cao 1- An toàn nổ 0- An toàn nổ đặc biệt - 17 -
- Dấu “Ex” chỉ rõ sự phù hơp của thiết bị với các qui chuẩn về thiết bị điện bảo vệ khỏi nổ. - Dấu hiệu về hình thức bảo vệ khỏi nổ: d- Vỏ không thấm nổ i – Mạch điện an toàn tia lửa e- Bảo vệ dạng “e” o – Chứa dầu bên trong vỏ q- Chứa cát thạch anh bên trong vỏ s- Hình thức bảo vệ khỏi nổ đặc biệt - Nhóm “T” biểu thị nhóm thiết bị điện Cách đánh dấu thiết bị điện mỏ phòng nổ trình bày trong bảng 1.6 Bảng 1.6. Cách đánh dấu thiết bị điện mỏ Mức độ bảo Hình thức chế tạo Nhóm Dấu hiệu vệ nổ An toàn cao Bảo vệ dạng “e” I 2Exel Bảo vệ dạng “e” và vỏ không thấm nổ I 2Exedl Mạch điện an toàn tia lửa I 2Exicl An toàn nổ Vỏ không thấm nổ I 1Exdl Vỏ không thấm nổ và mạch điện an toàn tia lửa I ExdiBl Chứa dầu trong vỏ I 1Axol Chứa cát thạch anh trong vỏ I 1Exql An toàn nổ Mạch điện an toàn tia lửa I OExial đặc biệt Mạch điện an toàn tia lửa và để trần I OExial 1.3. Thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức thông thường Các thiết bị điện chế tạo theo hình thức thông thường cho mỏ được sử dụng trong các mỏ hầm lò không có khí, bụi nổ, cũng như ở sân giếng, các đường lò cạnh sân giếng và các buồng máy cố định được thông gió bằng luồng gió sạch, trừ trường hợp giữa các đường lò đó có hiện tượng xuất hiện khí mêtan thường xuyên, hoặc trường hợp mỏ được xếp vào loại nguy hiểm. - 18 -
Ngoài ra thiết bị điện mỏ chế tạo theo hình thức bình thường cho mỏ cũng được phép dùng ở các đường lò cái có luồng gió sạch trong các mỏ có khí bụi nổ hạng I. II nhưng phải được xem xét cẩn thận và có quyết định của người có thẩm quyền. Theo quy trình của luật an toàn thì ở những nơi đặt thiết bị điện thoại thông thường cho mỏ cần phải đo nồng độ metan trong từng ca. Thiết bị điện loại này chỉ được làm việc khi quạt gió chính hoặc phụ làm việc để thông gió bình thường cho mỏ. Các thiết bị này cần được cắt ra khỏi mạng điện khi phát hiện thấy mêtan, cũng như khi dừng hoặc đổi chiều quay của quạt thông gió chính hoặc phụ. So với thiết bị điện thông thường cho công nghiệp, thì thiết bị điện thông thường cho mỏ cần thỏa mãn thêm các yêu cầu sau: - Vỏ của thiết bị điện có độ bền cơ học cao và cần bảo vệ khỏi các hư hỏng cơ học, khỏi sự xâm nhập của nước, bụi và các hạt rắn vào bên trong. - Nhiệt độ bên ngoài vỏ không được vượt quá 200 0C ở chế độ lâu dài và 450 0 C ở chế độ khoảnh khắc (không quá 3 phút). - Cách điện của thiết bị điện cần có tính chịu ẩm, chịu nhiệt, chịu dầu và chịu hồ quang, cũng như được tính toán để làm việc trong điều kiện độ ẩm không khí (97- 100)% với nhiệt độ môi trường 350C. - Các đầu đấu cáp cần được chế tạo ở dạng hộp nối hoặc ổ cắm. - Tất cả các bộ phận dẫn điện (tiếp điểm, dụng cụ bảo vệ) cần được kiểm tra thường xuyên trong thời gian vận hành. Cần có các hình thức khóa liên động (cơ hoặc điện hoặc cả hai) nhằm ngăn chặn không cho mở nắp khi thiết bị đang làm việc dưới tải và ngăn không cho đóng thiết bị khi nắp còn mở. Kết cấu của cầu dao liên động, cần đảm bảo dễ dàng nhận thấy trạng thái cắt của tiếp điểm. - Thiết bị điện chứa dầu phải được đặt cố định và cũng chỉ được dùng các loại chứa dầu như: hộp khống chế, biến áp tự ngẫu, biến trở, chỉnh lưu bán dẫn, khi điện áp bình thường không quá 700 V. - Công suất cắt định mức của các máy cắt dầu cần lấy nhỏ đi 2 lần so với công suất cắt thực của nó. - Các bộ phận cắt tháo dầu ra khỏi thiết bị điện chỉ có thể tháo lắp được bằng dụng cụ đặc biệt. - 19 -