1. Trang Chủ
  2. Hoá dầu
  3. Điều kiện sử dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện dùng dòng đo một chiều trong các mạng điện mỏ hỗn hợp

Điều kiện sử dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện dùng dòng đo một chiều trong các mạng điện mỏ hỗn hợp

Bài viết Điều kiện sử dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện dùng dòng đo một chiều trong các mạng điện mỏ hỗn hợp được nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng đảm bảo điều kiện an toàn của các thiết bị bảo vệ rò dùng dòng đo một chiều để kiểm tra điện trở cách điện và xác định điều kiện sử dụng chúng trong các mạng điện mỏ hỗn hợp. CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG AN TOÀN THIẾT BỊ BẢO VỆ RÒ ĐIỆN DÙNG DÒNG ĐO MỘT CHIỀU TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN MỎ HỖN HỢP Kim Ngọc Linh Trường Đại

Thể loại Tài liệu miễn phí Hoá dầu

Số trang 10

Ngày tạo 4/9/2023 2:06:47 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.87 M

Tên tệp

Tải Điều kiện sử dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG AN TOÀN THIẾT BỊ BẢO VỆ RÒ ĐIỆN DÙNG DÒNG ĐO MỘT CHIỀU TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN MỎ HỖN HỢP Kim Ngọc Linh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Email: kimngoclinh@humg.edu.vn TÓM TẮT Từ mô hình tương đương mạng điện mỏ về phương diện an toàn điện giật, áp dụng phương pháp kinh điển phân tích mạch điện, đã xây dựng được biểu thức tình dòng qua cơ cấu đo của thiết bị bảo vệ rò sử dụng dòng do một chiều để kiểm tra điện trở cách điện của các mạng điện mỏ có sử dụng các bộ biến đổi bán dẫn (mạng hỗn hợp). Trên cở sở phân tích biểu thức có được, đã xác định được điều kiện sử dụng an toàn và không an toàn cho các thiết bị bảo vệ rò dùng dòng đo một chiều trong các mạng điện mỏ hỗn hợp. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở để đề xuất giải pháp mới kiểm tra điện trở cách điện các mạng điện mỏ có chứa các bộ biến đổi bán dẫn đang ngày càng được sử dụng nhiều trong các mạng điện mỏ hầm lò Việt Nam. Từ khóa: mạng điện mỏ hỗn hợp; dòng đo một chiều; điện trở cách điện; nguồn tương đương Tevenin. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ sở xây dựng và phân tích biểu thức tính dòng qua Kiểm tra thường xuyên cách điện là công việc cơ cấu đo của thiết bị kiểm tra cách điện, mục tiêu không thể thiếu để vận hành an toàn và tin cậy một của nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng đảm hệ thống điện mỏ. Trong các mạng điện mỏ hầm lò bảo điều kiện an toàn của các thiết bị bảo vệ rò điện áp đến 1140V có trung tính cách ly, thường sử dùng dòng đo một chiều để kiểm tra điện trở cách dụng rộng rãi các thiết bị bảo vệ rò điện (rơle rò) điện và xác định điều kiện sử dụng chúng trong các dùng nguồn đo một chiều để kiểm tra điện trở cách mạng điện mỏ hỗn hợp. điện của mạng. Ưu điểm của phương pháp kiểm 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU tra điện trở cách điện bằng dòng đo một chiều là Về phương diện an toàn điện giật, một mạng cấu trúc đơn giản, đáp ứng nhanh, độ chính xác điện mỏ hỗn hợp khi sử dụng nguồn một chiều cao và không nhạy cảm với điện dung của mạng để kiểm tra cách điện có thể thay thế bằng sơ đồ so với đất. Tuy nhiên, trong các mạng điện mỏ tương đương trên hình H.1 [1],[2]. hỗn hợp, tức là mạng có chứa cả phần mạch xoay chiều tần số công nghiệp, phần mạch một chiều BIẾN TẦN CHỈNH LƯU + MMC NGHỊCH LƯU và phần mạch xoay chiều có tần số có thể điều Uf A MTBT D1 D 3 D5 V1 V2 V3 a MSBT ufa chỉnh, độ an toàn khi sử dụng rơle rò dùng nguồn B U0 b c C V4 V5 V6 đo một chiều cần phải được nghiên cứu, đánh giá D4 D6 D2 R1 RA RC − một cách khách quan và khoa học. Nhiều nghiên RB R Af R Bf RCf R2 R+ R− CA CB CC ĐC1 C Af CBf CCf ĐC2 I0 cứu đã cho thấy, một trong những nguyên nhân E0 C+ C− chính cản trở việc vận hành an toàn các mạng điện H.1. Sơ đồ tương đương mạng điện mỏ hỗn hợp mỏ hỗn hợp là các rơle rò hiện tại có nguyên lý dùng nguồn một chiều để kiểm tra cách điện làm việc dựa trên kết quả xếp chồng dòng đo một chiều lên mạng cần bảo vệ, có thể không hoạt động Trong sơ đồ ký hiệu RA, RB, RC, CA, CB, CC là khi phát sinh rò hoặc khi có sự giảm dần điện trở điện trở cách điện và điện dung các pha so với cách điện ở phần mạch một chiều [3],[4]. Trên cơ đất của phần mạng trước biến tần (MTBT); RAf, RBf, RCf, CAf, CBf, CCf là điện trở cách điện và điện dung 54 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
  2. NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ Bảng 1. Điện trở cách điện phần MMC trong một chu kỳ làm việc của nghịch lưu Điện trở cách điện nối Điện trở cách điện nối TT Góc pha của điện áp pha uaf Van dẫn giữa cực dương và đất giữa cực âm và đất 1 0 ÷ π/3 V1, V3, V5 R+, RAf, RCf R-, RBf 2 π / 3 ÷ 2π / 3 V1, V5, V6 R+, RAf R-, RBf, RCf 3 2π / 3 ÷ π V1, V2, V6 R+, RAf, RBf R-, RCf 4 π ÷ 4π / 3 V2, V4, V6 R+, RBf R-, RAf RCf 5 4π / 3 ÷ 5π / 3 V2, V3, V4 R+, RBf, RCf R-, RAf 6 5π / 3 ÷ 2π V3, V4, V5 R+, RCf R-, RAf, RBf các pha so với đất của phần mạng sau biến tần Theo phương pháp nguồn tương đương, sơ đồ (MSBT); R+, R-, C+, C- là điện trở cách điện và điện H.2 có thể thay thế bằng sơ đồ đơn giản hình H.3. dung giữa cực dương (+) và cực âm (-) so với đất của phần mạch một chiều (MMC); Uf là điện áp pha cuộn thứ cấp của máy biến áp khu vực; U0 là trị G0 G tđ số trung bình của điện áp chỉnh lưu cầu ba pha ( I0 ); E0 là sức điện động của nguồn một E0 chiều kiểm tra cách điện; R1 là điện trở mạch tạo E tđ trung tính để nối nguồn kiểm tra cách điện vào lưới; R2 là điện trở trong của nguồn một chiều E0. Có sáu giai đoạn hoạt động của nghịch lưu H.3. Sơ đồ tính dòng qua cơ cấu đo trong một chu kỳ của điện áp pha phần MSBT (ví Trong sơ đồ (hình H.3) ký hiệu E0 và dụ ufa). Trong các giai đoạn này điện trở cách điện là sức điện động và điện dẫn giữa cực dương và cực âm của phần MMC so với trong của nguồn một chiều kiểm tra cách điện, Etđ mặt đất được mô tả trong Bảng 1 [2]. và Gtđ là sức điện động và điện dẫn của nguồn Bảng 1 cho thấy điện trở cách điện nhìn từ cực tương đương Têvenin. dương và cực âm phần MMC so với đất thay đổi Từ sơ đồ (hình H.3) có biểu thức tổng quát để theo chu kỳ làm việc của nghịch lưu. tính dòng qua cơ cấu đo kiểm tra cách điện: Từ sơ đồ hình H.1, nếu giả thiết các van bán E 0 + E tð dẫn là lý tưởng ta có sơ đồ tương đương để tính I0 = (1) 1 / G 0 + 1 / G tð dòng một chiều qua cơ cấu đo điện trở cách điện như hình H.2 [2]. Trong sơ đồ này để tiện phân Ta đi tính các thông số của nguồn tương đương tích mạch đã thay thế các điện trở cách điện bằng Têvenin ứng với 6 giai đoạn làm việc của nghịch lưu. các điện dẫn cách điện tương ứng (Gi=1/Ri), các Ø Trong khoảng , trong hình H.2 các van bán dẫn V1-V6 được thay thế bằng các chuyển khóa S1, S3 và S5 đóng, có sơ đồ tính Etđ và Gtđ mạch lý tưởng S1-S6. nêu trên hình H.4. U0 / 2 U0 / 2 U0 / 2 U0 / 2 S1 S4 G0 S2 S5 I0 G G G S6 Etđ = Uho GA GB GC A B C S3 E0 G+ G− G+ G Af GCf GBf G Af GBf GCf G− H.2. Sơ đồ tương đương tính dòng qua cơ cấu đo điện trở cách điện H.4. Sơ đồ tính Etđ và Gtđ trong khoảng 0 ÷ π/3 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 55
  3. CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Từ sơ đồ (hình H.4) tính được điện dẫn của nguồn tương đương chính bằng tổng điện dẫn cách điện của mạng Gcd : G tđ1  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf  G cd  (2) Áp dụng phương pháp xếp chồng tính được sức điện động của nguồn tương đương Etđ1: U0 / 2 1 U1ho  . [1 /(G   G Af  G Cf )]  [1 /(G A  GB  G C  G   G Bf )] (G A  GB  G C  G   G Bf ) U0 (G   G Af  G Cf ) / 2 U1ho  G A  GB  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf )  U0 / 2 1 U 2 ho  . [1 /(G   G Bf )]  [1 /(G A  G B  G C  G   G Af  G Cf )] (G A  GB  G C  G   G Af  G Cf )  U0 (G   G Bf  G Cf ) / 2 U 2 ho  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) U0 [(G   G Af  G Cf )  (G   G Bf )] / 2 Vậy E tđ1  Uho  U1ho  U 2 ho  (3) G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf )  Trong khoảng /3  2/3, các khóa S1, S5 và S6 đóng, sơ đồ tính Etđ và Gtđ nêu trên hình H.5. U0 / 2 U0 / 2 E tđ  Uho GA GB GC G G Af GCf GBf G H.5. Sơ đồ tính Etđ và Gtđ trong khoảng π/3 ÷ 2π/3 Từ sơ đồ (hình H.5) tính được điện dẫn của nguồn tương đương: Gtđ2  GA  GB  GC  G  G  GAf  GBf  GCf (4) Áp dụng phương pháp xếp chồng tính được sức điện động của nguồn tương đương Etđ2: U0 / 2 1 U1ho  . [1 /(G   G Af )]  [1 /(G A  GB  G C  G   GBf  G Cf )] (G A  GB  G C  G   GBf  G Cf ) U0 (G   G Af ) / 2 U1ho  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf )  U0 / 2 1 U 2 ho  . [1 /(G   G Bf  G Cf )]  [1 /(G A  G B  G C  G   G Af )] (G A  GB  G C  G   G Af )  U0 (G   G Bf  G Cf ) / 2 U 2 ho  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) U0 [(G   G Af )  (G   G Bf  G Cf )] / 2 Vậy E tđ 2  U1ho  U2 ho  (5) G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) Tính toán tương tự trong các khoảng thời gian còn lại cho các kết quả:  Trong khoảng 2  / 3   , các khóa S1, S2 và S6 đóng có: G tđ 3 G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf  56 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
  4. NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ U0 [(G   G Af  GBf )  (G   G Cf )] / 2 E tđ 3  G A  G B  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Trong khoảng   4  / 3 , các khóa S2, S4 và S6 đóng có: G tđ 4  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf U0 [(G   GBf )  (G   G Af  G Cf )] / 2 E tđ 4  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Trong khoảng 4  / 3  5  / 3 , các khóa S2, S3 và S4 đóng có: G tđ 5  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf U0 [(G   GBf  G Cf )  (G   G Af )] / 2 E tđ 5  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Trong khoảng 5  / 3  2  , các khóa S3, S4 và S5 đóng có: G tđ6  G A  GB  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf U0 [(G   G Cf )  (G   G Af  GBf )] / 2 E tđ6  G A  G B  G C  G   G   G Af  GBf  G Cf )  Suy ra trị số trung bình của điện dẫn và sức điện động nguồn tương đương: G tđ  (G tđ1  G tđ 2  G tđ 3  G tđ 4  G tđ 5  G tđ 6 ) / 6 G tđ  G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf  G cd  (6) E tđ  (E tđ1  E tđ 2  E tđ 3  E tđ 4  E tđ 5  E tđ6 ) / 6 U 0 (G   G  ) / 2 U (G  G  ) E tđ   0  (7) G A  G B  G C  G   G   G Af  G Bf  G Cf ) 2 G cd   Từ (1), (6) và (7) có dòng qua cơ cấu đo bằng: E 0  E tđ E  U0 (G   G  ) / 2 G cd  I0   0 (8) 1 / G 0  1 / G tđ 1 / G 0  1 / G cd  Khi G+=G- có: E0 I0  (9) 1 / G 0  1 / G cd  3. THẢO LUẬN, TRAO ĐỔI Ø Các biểu thức (8) và (9) cũng cho thấy rằng, chỉ Ø Các biểu thức (8) và (9) cho phép được tính trong trường hợp điện trở cách điện phần mạch điện dòng điện qua cơ cấu đo của thiết bị bảo vệ dòng một chiều đối xứng (G+=G-) thì dòng qua cơ cấu đo điện rò dùng dòng đo một chiều khi sử dụng trong mới tỷ lệ với điện trở cách điện của mạng. Nếu G+ ≠ các mạng điện mỏ hỗn hợp. Biểu thức (7) tính được G-, tức phần mạch điện một chiều có điện trở cách trị số trung bình sức điện động nguồn tương đương. điện không đối xứng, dòng qua cơ cấu đo không phản Ø Từ (7) và (8) suy ra, thành phần Etđ có trị số ánh đúng điện trở cách điện thực tế của mạng. phụ thuộc vào mức độ mất đối xứng điện trở cách Ø Đối với các mạng điện mỏ hỗn hợp mà phần điện của phần mạch một chiều. Trường hợp điện mạch một chiều có có điện trở cách điện đối xứng, dẫn cách điện phần mạch một chiều G+ và G- khác nếu lựa chọn chọn sơ đồ cung cấp điện sao cho nhau nhiều thì Etđ có thể lớn hơn nhiều nguồn công phần mạch xoay chiều sau biến tần có chiều dài tác một chiều E0 của thiết bị kiểm tra điện trở cách ngắn để điện dung của mạng so với đất nhỏ có thể điện. Sự xuất hiện thành phần Etđ đã làm thay đổi bỏ qua, thì có thể sử dụng các thiết bị bảo vệ dòng đáng kể trị số dòng đo một chiều chảy qua cơ cấu điện rò có nguyên lý dùng dòng đo một chiều để đo của thiết bị kiểm tra điện trở cách điện. kiểm tra điện trở cách điện. CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 57
  5. CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI  Đối với các mạng điện mỏ hỗn hợp mà phần 4. KẾT LUẬN mạch một chiều có có điện trở cách điện không đối Đối với các mạng điện mỏ hỗn hợp, điều kiện sử xứng, các thiết bị bảo vệ rò dùng dòng đo một chiều dụng an toàn thiết bị bảo vệ rò điện dùng dòng đo hiện có trong các mỏ hầm lò không thể sử dụng vì một chiều để kiểm tra điện trở cách điện là phần không đảm bảo điều kiện an toàn điện giật. mạch điện một chiều phải có điện trở cách điện so  Vấn đề đảm bảo mức an toàn tối thiểu cho với đất đối xứng (G+=G-). Nếu G+ ≠ G-, tức phần các mạng điện mỏ hỗn hợp cần phải giải quyết theo mạch điện một chiều có điện trở cách điện không hướng nghiên cứu chế tạo các hệ thống kiểm tra đối xứng, việc sử dụng thiết bị bảo vệ dòng điện rò cách điện và bảo vệ rò sử dụng dòng đo xoay chiều dùng dòng đo một chiều trong các mạng điện mỏ khác tần số công nghiệp. hỗn hợp là không an toàn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Kim Ngọc Linh, 2018. Nghiên cứu xác định dòng điện rò trong mạng điện mỏ hầm lò có sử dụng các bộ biến đổi. Tạp chí Công nghiệp Mỏ, số 3-2018, trang 15-19. 2. Piotr Olszowiec (2014), Insulation measurement and supervision in live AC and DC unearthed systems (p171-172). Springer 2014 (second edition). 3. Савицкий В.Н., Стадник Н.И. (2013), Защита от токов утечки в комбинированных распределительных сетях угольных шахт, «УкрНИИВЭ». 4. Синчук О.Н., Ликаренко А.Г., Петриченко А.А. (2015). Исследование защитных характеристик аппаратов защиты от токов утечки рудничных участковых распределительных сетей на постоянном оперативном токе в условиях дестабилизирующих факторов комбинированных сетей // Гірнича електромеханіка та автоматика. − 2015. − №94. − С. 3-12. CONDITIONS FOR SAFE USE OF EARTH LEAKAGE CURRENT PROTECTION EQUIPMENT WITH DC MEASUREMENT CURRENT IN COMBINED MINE POWER NETWORKS Kim Ngoc Linh ABSTRACT From the equivalent model of the mine power network in terms of electric shock safety applying the classic integral method, the author has built the expression of current through measuring device of the earth leakage current protection equipment using DC current for monitoring the insulation resistance of underground mine power networks using semiconductor converters (combined networks). On the basis of the analysis of the obtained expressions, the conditions of safe and unsafe use of leakage current protective equipments using DC measurement current have been determined in combined power networks. The results of this study are the basis for recommending a new solution to monitor the insulation resistance of combined power networks, which are increasingly widely used in underground mine power networks in Vietnam. Keywords: combined power networks, DC measurement current, insulation resistance, equivalent voltage, Thevenin. Ngày nhận bài: 12/6/2021; Ngày gửi phản biện: 15/6/2021; Ngày nhận phản biện: 21/6/2021; Ngày chấp nhận đăng: 25/7/2021. Trách nhiệm pháp lý của các tác giả bài báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về các số liệu, nội dung công bố trong bài báo theo Luật Báo chí Việt Nam. 58 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
  6. NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO TRONG KHAI THÁC MỎ Đỗ Như Ý Trường Đại học Mỏ - Địa chất Email: donhuy.humg@gmail.com TÓM TẮT Trong những năm vừa qua nhiều nghiên cứu đưa ra các giải pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng cho các cơ cấu truyền động trong ngành khai thác mỏ, một trong các giải pháp mới đó là sử dụng động cơ hiệu suất cao thay thế cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc đang được sử dụng rộng rãi ở các mỏ. Để có thể áp dụng một cách hợp lý và hiệu quả nhất cần thiết phải có những phân tích về hiệu quả việc thay thế sử dụng các loại động cơ này về yếu tố kinh tế và kỹ thuật. Bài báo này phân tích hiệu quả sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao thay thế cho động cơ không đồng bộ trong khai thác mỏ. Kết quả phân tích sẽ giúp ích đối với người quản lý và vận hành trong chiến lược tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành khai thác mỏ Từ khóa: động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, động cơ không đồng bộ, IM, LSPMSM. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay vấn đề tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả là một trong những vấn đề cấp bách, quan trọng để phát triển bền vững trong ngành khai thác mỏ. Phần lớn điện năng tiêu thụ trong khai thác mỏ thuộc về các hệ truyền động điện. Động cơ điện là thiết bị động lực được dùng để tạo ra các truyền động cho các thiết bị khai thác mỏ. Trong công nghiệp thì hơn 70% năng lượng điện được tiêu thụ bởi các hệ truyền động, trong khai thác mỏ ở Việt Nam năng lượng điện được H.1. Quan hệ phụ thuộc giữa mức hiệu suất và công suất động cơ tiêu thụ bởi các hệ truyền động chiếm hơn 75% tổng điện năng tiêu thụ của mỏ. loại động cơ này là khó có khả năng nâng cao Theo tiêu chuẩn IEC60034-30 hiệu suất động được hiệu suất do vẫn tồn tại tổn thất điện năng cơ được phân thành các cấp: IE1 - động cơ hiệu trên rotor trong quá trình làm việc. Việc nâng cao suất tiêu chuẩn (IE1-Standard Efficiency), IE2-động hiệu suất động cơ IM lên mức IE2, IE3 theo tiêu cơ hiệu suất cao (IE2- High  Efficiency), IE3- động chuẩn IEC60034-30 đang thực sự khó khăn [1]. cơ có hiệu suất cao cấp (IE3-Premium Efficiency), Công trình nghiên cứu [7] chỉ ra rằng để nâng IE4-động cơ hiệu siêu cao (IE4 -Super Premium cao hiệu quả sử dụng điện năng của cơ cấu truyền Efficiency) và IE5- động cơ hiệu suất cực cao động trong ngành khai thác mỏ ở Hoa Kỳ là sử (IE5-Ultra Premium Efficiency). Theo tiêu chuẩn dụng động cơ tiết kiệm năng lượng hiệu suất cao. IEC60034-30 các mức hiệu suất từ IE1 đến IE5 của Theo phân tích của các tác giả việc sử dụng các động cơ có đồ thị phụ thuộc như hình H.1. động cơ tiết kiệm năng lượng tuy có chi phí ban Động cơ truyền thống sử dụng trong khai thác đầu tăng nhưng sẽ nhanh chóng thu hồi vốn nhờ mỏ là các động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc tiết kiệm chi phí điện trong quá trình hoạt động. (IM). Loại động cơ này có nhiều ưu điểm như: Cấu Theo sự phân tích của tạp chí Machinedesign nổi tạo đơn giản, độ bền cao, mômen khởi động lớn, tiếng về thiết kế động cơ điện, đối với những khâu giá thành rẻ...Tuy nhiên, nhược điểm lớn của các tiêu thụ năng lượng lớn có yêu cầu cao về hiệu CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 59
  7. CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI suất thì động cơ hiệu suất cao sẽ dần dần được thay cho các động cơ IM. Việc đầu tư động cơ hiệu suất cao sẽ làm tăng chi phí ban đầu, tương quan chênh lệch giữa chi phí đầu tư mua động cơ và chi phí vận hành động cơ điện trong quá trình sử dụng lâu dài được thể hiện trên hình H.2 [1]. H.3. Động cơ LSPMSM cấu trúc rotor L-shape [2] Động cơ IM tổn hao trên rotor chiếm 20%, tuy nhiên với động cơ LSPMSM khi hoạt động ổn định làm việc ở chế độ đồng bộ nên không có tổn thất trên rotor động cơ. Ngoài ra tổn thất trên stator của động cơ LSPMSM được giảm đáng kể do giảm được dòng điện từ hóa của động cơ. Do vậy, động cơ LSPMSM có hiệu suất cao IE3 và có thể lên tới hiệu suất siêu cao IE4. Động cơ LSPMSM thương mại với công suất từ 0,55kW đến 7,5kW đều đạt H.2. Hiệu quả giữa động cơ tiêu chuẩn và động cơ hiệu suất cao được hiệu suất IE4. Từ H.1 thấy rằng, việc phải gánh thêm chi phí Động cơ LSPMSM có kết cấu rotor lồng sóc nên ban đầu thì trong khoảng thời gian sử dụng ngắn thì động cơ có thể khởi động trực tiếp khi kết nối lưới động cơ tiêu chuẩn có lợi hơn về mặt chi phí. Nhưng mà không cần sử dụng bộ điều khiển, sau khi động sau khoảng thời gian làm việc Tlv thì việc tiết kiệm cơ khởi động sẽ làm việc với tốc độ đông bộ với được điện năng trong quá trình sử dụng động cơ mômen cao, quán tính thấp [7]. hiệu suất cao sẽ có hiệu quả kinh tế cao hơn. Theo nghiên cứu [4] một giải pháp thay thế 2.2. Phân tích yếu tố kinh tế khi sử dụng cho động cơ IM là sử dụng động cơ đồng bộ nam động cơ hiệu suất cao LSPMSM châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp từ lưới (Line Động cơ IM sử dụng trong khai thác mỏ ở Việt Start Permanent Magnet Synchronous Motor) Nam thường có hiệu suất đạt dưới ngưỡng IE1 [1]. (LSPMSM) khởi động trực tiếp từ lưới là loại Giả sử hệ truyền động của các thiết bị khai thác mỏ động cơ hiệu suất cao. Nội dung của bài báo này được thay thế động cơ IM có hiệu suất IE1 bằng sử là phân tích hiệu quả sử dụng động cơ hiệu dụng động cơ hiệu suất cao có hiệu suất IEn (với suất cao LSPMSM thay thế động cơ IM trong n=2, 3, 4). Theo [3] chi phí vận hành tiết kiệm được khai thác mỏ. mỗi năm khi sử dụng động cơ hiệu suất cao thay thế cho động cơ hiệu suất IE1 được tính theo công 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU thức. 2.1. Khái quát về động cơ hiệu suất cao (1) lspmsm Động cơ LSPMSM có thể được ứng dụng ở Trong đó: Pout - công suất động cơ (kW); C- là nhiều khâu trong khai thác mỏ, nhất là các khâu giá bán điện (đồng/kWh); T- số giờ làm việc mỗi mà có cơ cấu điện năng tiêu thụ lớn như: Thông năm (h); En, E1 - lần lượt là hiệu suất động cơ theo gió, bơm nước, máy nén khí, vận tải, sàng tuyển chuẩn IEn và IE1. và còn có thể được ứng dụng triển khai cho các Chênh lệch chi phí ban đầu giữa hai động cơ phụ tải khác. Động cơ LSPMSM là một động cơ lai hiệu suất cao IEn và động cơ thông thường IE1được với dây quấn ba pha được phân bố trong các rãnh xác định theo công thức [5] [6]: stator (tương tự động cơ IM), rotor của động cơ ∆C=m.Y (2) LSPMSM sử dụng lồng sóc với thanh nhôm và có trong đó: m - Chênh lệch khối lượng, vật liệu; gắn thêm nam châm vĩnh cửu, cấu trúc của động Y – chênh lệch đơn giá. cơ được đưa ra như trên hình H.3. Thời gian thu hồi vốn: 60 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
  8. NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ Tc=∆C/S (3) phù hợp khi thay thế. Theo [2] đưa ra hình động cơ Từ cơ sở lý thuyết trên, so sánh hiệu quả kinh tế LSPMSM và xây dựng mô hình mô phỏng để đánh thu được giả sử đối với quạt thông gió cục bộ trong giá thông số kỹ thuật làm việc của hai loại động cơ mỏ hầm lò đang sử dụng động cơ IM 5,5kW có được đưa ra trên hình H.4. hiệu suất IE1 thay bằng động cơ LSPMSM 5,5kW có hiệu suất cao IE2, các động cơ có thông số kỹ thuật như trong Bảng 1 Bảng 1. Thông số của động cơ IM và động LSPMSM TT Thông số động cơ IM LSPMSM 1 Công suất (kW) 5,5kW 5,5kW 2 Điện áp (V) 380/660 380/660 3 Tần số (Hz) 50 50 H.4. Mô hình đánh giá động cơ LSPMSM với động cơ IM 4 Tốc độ (v/phut) 1400 1400 Trên mô hình mô phỏng gồm động cơ LSPMSM 5 Mômen (N.m) 48 48 và động cơ IM có thông số trong Bảng 1. Hai động cơ được cung cấp cùng một nguồn điện, với cùng 6 Hiệu suất động cơ (%) 83 (IE1) 86,5(IE2) một hệ số mang tải. Kết quả khảo sát về dòng điện Theo tài liệu [5], khối lượng của nam châm điện stator, tốc độ và mômen động cơ trên hệ tương đối cần dùng cho động cơ LSPMSM 5,5kW khoảng (pu) cho kết quả trên hình H.5, hình H.6 và hình mPM=0,65kg, giá bán nam châm NdFeB43l là H.7. PPM=200$/kg tương đương 4,7triệu đồng/kg. Theo tài liệu [6] chênh lệch chi phí sử dụng lá thép mật độ từ thông cao cho động cơ LSPMSM 5,5kW là m’PM=3,5kg, giá bán chênh lệch P’PM=10$/kg tương đương khoảng 0,235 triệu đồng/kg. Từ công thức (2) xác định chênh lệch chi phí ban đầu giữa động cơ hiệu suất cao LSPMSM và động cơ tiêu chuẩn IM là: H.5. Đặc tính dòng điện stator ∆C=[mPM.PPM+m’PM.P’PM]=[0,65.4,7+3,5.0,235] =3,88tr. đồng Chi phí vận hành tiết kiệm được mỗi năm khi thay thế động cơ LSPMSM 5,5kW cho động cơ IM 5,5kW theo công thức (1) = 1,95tr. đồng Trong đó: Giá bán điện C=1.600đồng/kWh; xí H.6. Đặc tính tốc độ của động cơ nghiệp mỏ làm việc ba ca T=5.000h/năm Thời gian thu hồi vốn khi thay thế động cơ LSPMSM 5,5kW cho động cơ IM 5,5kW của quạt thông gió cục bộ xác định theo công thức (1): Tc=∆C/S=3,88/1,95=2 năm 2.3. Phân tích yếu tố kỹ thuật khi sử dụng động cơ hiệu suất cao LSPMSM Ngoài tính hiệu quả về kinh tế, còn phải xét tới H.7. Đặc tính mômen của động cơ các yếu tố kỹ thuật của động cơ để đánh giá sự CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 61
  9. CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN tổn hao trên rotor điều này giải thích lý do động cơ Kết quả từ phân tích kinh tế thấy rằng, do việc LSPMSM có hiệu suất cao hơn động cơ IM. Về tốc tiết kiệm điệm năng trong quá trình sử dụng nên độ và mômen trên hình H.6 và H.7 cho thấy hai việc thay thế động cơ LSPMSM 5,5kW cho động cơ loại động cơ là tương tự nhau, tuy nhiên thời gian IM 5,5kW mang lại hiệu quả kinh tế cao. Sau khi so dao động, độ đập mạch của động cơ LSPMSM sẽ sánh giữa chi phí chênh lệch vốn đầu tư ban đầu lớn hơn động cơ IM dẫn tới khi làm việc động cơ và chi phi tiết kiệm được từ việc giảm điện năng LSPMSM sẽ gây ra rung độnglớn hơn và lâu ổn tiêu thụ thì thời gian thu hồi vốn ngắn trong khoảng định hơn động cơ IM. 2 năm. Ngoài ra việc thay thế động cơ LSPMSM 4. KẾT LUẬN hiệu suất cho cho động cơ IM còn chưa kể đến hiệu Từ sự phân tích kinh tế và kỹ thuật kể trên nhận quả từ việc việc nầng cao hệ số công suất cosφ do thấy rằng, việc ứng dụng động cơ hiệu suất cao động cơ LSPMSM có hệ số công suất cosφ từ 0,9 LSPMSM trong khai thác mỏ mang lại hiệu quả trở lên so với động cơ IM thường có hệ số cosφ chỉ kinh tế trong việc tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên khoảng 0,85 từ đó giảm được tổn hao trên đường về đặc tính kỹ thuật khi sử dụng động cơ LSPMSM dây truyền tải. dẫn tới quá trình quá độ diễn ra dài hơn, độ rung Từ kết quả khảo sát về dòng điện stator, tốc động xảy ra lớn hơn. Do đó,để áp dụng có hiệu quả độ và mômen động cơ trên hệ tương đối (pu) cho động cơ hiệu suất cao LSPMSM trong khai thác kết quả trên hình H.5, H.6 và H.7, thấy rằng về cơ mỏ cần phải phân tích lựa chọn thay thế cho các bản thông số kỹ thuật của hai động cơ là tương khâu khai thác phù hợp với đặc tính kỹ thuật của đương nhau. Trên hình H.5 dòng điện stator của động cơ, như các thiết bị có chế độ làm việc không động cơ IM có giá trị lớn hơn dòng điện stator của thường xuyên phải khởi động, các thiết bị có yêu độngc cơ LSPMSM, cộng thêm với việc không có cầu về mức độ rung động không cao❏ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Minh Định (2016). Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo động cơ điện tiết kiệm năng lượng sử dụng vật liệu có mật độ từ cảm cao. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Quốc gia, KC-05. 2. Lê Anh Tuấn, Phạm Văn Cường, Nguyễn Thị Minh Hiền, Vũ Thị Kim Nhị (2019). Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khởi động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp 3 pha, 2,2kW. Tạp chí Khoa học & Công nghệ, số 55. 3. Hiroaki Toda, Kunihiro Senda, Shigeo Morimoto, Tatsuhiko Hiratani (2013). Influence of Various Non- Oriented Electrical Steels on Motor Efficiency and Iron Loss in Switched Reluctance Motor. IEEE Journals & Magazines, Volume: 49, Issue:7. 4. Michael J. Melfi Stephen D. Umans Judith E. Atem (2014) Viability of highlyefficient multi-horsepower line-start permanent-magnet motors. Petroleum and Chemical Industry Technical Conference, Record of Conference Papers Industry Applications Society 60th Annual IEEE, pp. 1-10 5. M. A. Rahman (2014). Status Review of Advances in Hybrid Electric Vehicles Professor M. A. Rahman Memorial. Memorial University of Newfoundland 6. Ramesh Ugale, Gaurav Singh, Srinivas Baka, B.N. Chaudhari (2009).Effective energy conservation for the agricultural sector using line start permanent magnet synchronous motors. Conference: TENCON- IEEE Region 10 Conference. 7. Riyaz Papar, P.E, Andrew Szady, P.E, William D. Huffer, Vern Martin, P.E, Aimee McKane (1999). Increasing Energy Efficiency of Mine Ventilation Systems. Conference: 8th US Mine Ventilation Symposium, Rolla, MO (United States). 62 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021
  10. NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ ANALYSIS OF EFFECTIVELY USING HIGH PERFORMANCE ELECTRIC MOTORS IN MINING Do Nhu Y ABSTRACT In recent years, the studies have provided solutions to improve the power efficiency in mining. One of the new solutions is the use high efficiency motors o replace the cage rotor asynchronous motor widely used in mines. For effective application, It is necessary to have an analysis for the effectiveness of the replacement of these motors. The content of this article analyzes the efficiency of using line start permanent magnet synchronous motor instead of asynchronous one in mining. The analysis results will help managers and operators save and useenergy efficiently in mining industry. Keywords: Line start permanent magnet synchronous motor, asynchronous motor, IM, LSPMSM. Ngày nhận bài: 8/6/2021; Ngày gửi phản biện: 10/6/2021; Ngày nhận phản biện: 28/6/2021; Ngày chấp nhận đăng: 18/7/2021 Trách nhiệm pháp lý của các tác giả bài báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về các số liệu, nội dung công bố trong bài báo theo Luật Báo chí Việt Nam. CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ 4 - 2021 63
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học