Tóm tắt Luận án Nghiên cứu đảm bảo điều kiện an toàn điện giật trong các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140v vùng Quảng Ninh

1 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT 
NGUYỄN VĂN QUÂN 
NGHIÊN CỨU ĐẢM BẢO ĐIỀU KIỆN AN TOÀN 
ĐIỆN GIẬT TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN MỎ 
HẦM LÒ ĐIỆN ÁP 1140V VÙNG QUẢNG NINH 
Ngành: Kỹ thuật điện 
Mã số: 62.52.02.02 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - 2015 
2 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án 
 - Ở Việt Nam, cấp điện áp 1140V đã được sử dụng nhiều năm 
nay và chắc chắn sẽ được sử dụng rộng rãi trong thời gian tới. Tuy 
nhiên, vấn đề đảm bảo điều kiện an toàn điện giật cho các mạng điện 
hầm lò điện áp 1140V hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào ở 
trong nước đề cập đến. 
 - Mạng điện 1140V so với mạng 660V có nhiều đặc điểm khác 
như điện áp cao, tải là các động cơ công suất lớn hàng trăm kW, cáp 
sử dụng là loại có điện dung lớn. 
 - Nhiều nghiên cứu cho thấy điện lượng do dòng rò tạo bởi sức 
điện động ngược của động cơ trong mạng 1140V lớn hơn rất nhiều 
điện lượng an toàn (50mAs). Đây là nguy cơ rất lớn có thể gây ra tai 
nạn điện giật trong các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V. 
 - Những giải pháp hạn chế dòng điện rò đã được áp dụng cho 
mạng 380V và 660V có thể không đảm bảo được điều kiện an toàn 
điện giật cho mạng 1140V. 
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án 
 - Lựa chọn phương pháp đo phù hợp xác định thông số cách điện 
các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh. 
 - Xây dựng mô hình mô phỏng dựa trên Matlab Simulink tính 
dòng điện rò và điện lượng qua người khi chạm vào một pha của 
mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V. 
 - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến dòng điện rò qua người 
khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V. 
 - Đề xuất giải pháp đảm bảo điều kiện an toàn điện giật khi vận hành 
các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh. 
3. Đối tượng nghiên cứu 
3 
 Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án là các mạng điện mỏ 
hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh. 
4. Phạm vi nghiên cứu 
 Trong khuôn khổ của đề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên 
cứu nhằm đề xuất các giải pháp đảm bảo điều kiện an toàn điện giật 
cho các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh, 
không xét đến điều kiện an toàn cháy nổ. 
5. Nội dung nghiên cứu 
 - Tổng quan các nghiên cứu về điều kiện an toàn điện giật trong 
các mạng điện mỏ hầm lò điện áp dưới 1200V ở Việt Nam và trên 
thế giới. 
 - Nghiên cứu các phương pháp đo thông số cách điện của mạng 
điện ba pha trung tính cách ly. Lựa chọn phương pháp, thiết kế dụng 
cụ đo và đo thực nghiệm thông số cách điện các mạng điện 1140V ở 
các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 
 - Xây dựng mô hình mạch, mô hình Matlab Simulink tính dòng 
điện rò và điện lượng qua người khi chạm vào một pha của mạng 
điện mỏ hầm lò điện áp 1140V có kể đến ảnh hưởng sức điện động 
ngược của động cơ công suất lớn. 
 - Nghiên cứu đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn điện giật 
mạng 1140V trong điều kiện thực tế các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài luận án 
 Ý nghĩa khoa học 
 - Xây dựng được mô hình mạch và mô hình Matlab Simulink 
tính dòng điện rò và điện lượng qua người khi chạm vào một pha 
mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V có kể đến ảnh hưởng do sức 
điện động ngược của các động cơ công suất lớn khi ngắt khỏi nguồn 
cung cấp. 
4 
 - Xây dựng được sơ đồ nguyên lý mạch của thiết bị tự động phát 
hiện và nối ngắn mạch pha theo nguyên lý phản ứng với hiệu số giữa 
trị tuyệt đối của điện áp có pha vượt trước và tổ hợp điện áp hai pha 
còn lại với điện áp thứ tự không. 
 Ý nghĩa thực tiễn 
 - Xác định được mức điện dung giới hạn cần bù và trị số điện 
cảm bù cho các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng 
Ninh khi áp dụng giải pháp tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha. 
 - Kết quả nghiên cứu của luận án giúp ích cho việc thiết kế, chế 
tạo thiết bị tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha, nhằm đảm bảo 
điều kiện an toàn điện giật khi vận hành các mạng điện mỏ hầm lò 
điện áp 1140V vùng Quảng Ninh. 
7. Những điểm mới của luận án 
 - Lựa chọn phương pháp phù hợp và thiết kế sơ đồ đo áp dụng 
cho mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh. Đo thực 
nghiệm xác định được thông số cách điện các mạng điện mỏ hầm lò 
điện áp 1140V vùng Quảng Ninh. 
 - Xây dựng được mô hình mạch và mô hình Matlab Simulink 
tính dòng điện rò và điện lượng qua người khi chạm vào một pha của 
mạng điện 1140V có kể đến ảnh hưởng sức điện động ngược của các 
động cơ công suất lớn. 
 - Thiết kế được sơ đồ nguyên lý mạch của thiết bị tự động phát 
hiện và nối ngắn mạch pha theo nguyên lý phản ứng với hiệu số giữa 
trị tuyệt đối của điện áp có pha vượt trước và tổ hợp điện áp hai pha 
còn lại với điện áp thứ tự không. 
 - Xác định được điện dung giới hạn cần bù và phương pháp bù 
phù hợp cho mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh 
khi áp dụng giải pháp tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha. 
5 
8. Các luận điểm bảo vệ 
 - Sức điện động ngược của động cơ làm tăng đáng kể thời gian 
tồn tại của dòng điện rò qua người và điện lượng do dòng điện này gây 
ra có thể vượt quá nhiều lần điện lượng an toàn cho phép (Qat = 
50mA). Vì vậy, để đảm bảo điều kiện an toàn điện giật khi vận hành 
mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V phải áp dụng giải pháp tự động 
nối ngắn mạch pha có rò. 
 - Mạch tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha rò được thiết kế 
theo nguyên tắc phản ứng với hiệu số trị tuyệt đối giữa điện áp pha 
vượt trước và tổ hợp điện áp hai pha còn lại với điện áp thứ tự 
không, có độ nhạy và độ tin cậy xác định pha rò cao, cấu tạo đơn 
giản, thời gian tác động nhanh, có thể sử dụng các linh kiện điện tử 
thông dụng hiện có trong nước là phù hợp với điều kiện mạng điện 
mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh. 
 - Trong điều kiện thông số cách điện các mạng điện mỏ hầm lò 
điện áp 1140V vùng Quảng Ninh như hiện tại (điện dung nhỏ ), nếu 
áp dụng giải pháp tự động nối ngắn mạch pha qua điện trở 100Ω, 
không cần sử dụng mạch bù điện dung. Điện dung giới hạn khi 
không cần áp dụng giải pháp bù điện dung là C = 0,5µF/pha. Khi 
điện dung của mạng (0,5µF/pha < C < 1µF/pha), áp dụng phương 
pháp bù tĩnh với điện cảm bù Lb = 10,2H . 
Chương 1 
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỀU KIỆN AN TOÀN 
ĐIỆN GIẬT TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN MỎ HẦM LÒ ĐIỆN 
ÁP DƯỚI 1200V VÙNG QUẢNG NINH 
1.1. Tổng quan các nghiên cứu về điều kiện an toàn điện giật 
trong các mạng điện hạ áp (điện áp 380V và 660V) khu vực mỏ 
hầm lò vùng Quảng Ninh 
6 
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về trạng thái cách điện mạng 
điện hạ áp khu vực hầm lò vùng Quảng Ninh [4] 
 Vấn đề đảm bảo an toàn điện giật trong các mạng điện mỏ hầm 
lò cấp điện áp 380V và 660V đã được nhiều tác giả trong và ngoài 
nước nghiên cứu. Các công trình nghiên cứu tập trung vào các hướng: 
 - Nghiên cứu các phương pháp đo thực nghiệm xác định thông 
số cách điện của mạng điện mỏ; 
 - -Nghiên cứu các giải pháp làm giảm dòng điện rò qua người 
khi chạm vào một pha của mạng điện mỏ; 
 - Nghiên cứu xác định qui luật phụ thuộc giữa điện trở cách điện 
và điện dung của mạng với số lượng thiết bị và chiều dài mạng cáp 
đấu vào một máy biến áp khu vực; v.v... 
1.1.2. Tổng quan nghiên cứu về thiết bị bảo vệ rò mạng điện hạ 
áp khu vực mỏ hầm lò [4] 
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về điều kiện an toàn điện giật 
trong các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V 
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 
 - Đối với mạng ba pha trung tính cách ly điện áp trên 1000V, 
các tác giả Skrabex Ph. P., Mexiax E. P., Varenik E. A. đã xây dựng 
cơ sở lý thuyết phương pháp đo thông số cách điện của mạng bằng 
hai nguồn đo tần số 100 và 200Hz, đưa ra sơ đồ chức năng của hệ 
thống kiểm tra tự động điện trở cách điện của mạng [51], [52], [53]. 
 - Nghiên cứu về dòng điện rò gây bởi sức điện động ngược của 
động cơ trong mạng 1140V sau khi cắt khỏi lưới, có các công trình 
nghiên cứu của Đdiuban V. S., Iaguđaep B. M.[55], Bildey Katya 
[16], Marenych K., Vasylets S., Kovalyova I. [17]. 
 - Đối với các mạng điện mỏ điện áp 1140V có sử dụng biến tần, 
trong công trình [30], các tác giả Marenik K. N., Ruxian X. A., 
Đubinin M. X. đã nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình quá độ đến sự 
7 
làm việc ổn định của rơle rò. Kết quả đã xây dựng được mô hình 
toán cho việc xét các yếu tố trên. 
 - Nghiên cứu đảm bảo điều kiện an toàn điện trong các mạng điện 
mỏ điện áp 1140V có sử dụng các bộ biến đổi bán dẫn công suất còn có 
các công trình của Petrushin E. I. [33], Xavitsky V. N., Belôsitôv A. I., 
Xavitsky A. V. [36], Xmagulôva K. K. [40]. 
 - Nghiên cứu về thiết bị bảo vệ rò mạng 1140V, trong công trình 
nghiên cứu của mình, Varenik E. A. đã đề xuất các nguyên lý để xây 
dựng thiết bị kiểm tra cách điện và bảo vệ rò mạng 1140V theo sơ đồ 
khối: khối kiểm tra cách điện, khối tự động hiệu chỉnh bù điện dung, 
khối xác định và nối ngắn mạch pha, khối bảo vệ ngắt khi điện trở 
cách điện giảm đến mức nguy hiểm. 
 - Tác giả cũng kết luận rằng, với mức điện áp 1200V để giảm 
dòng rò khoảnh khắc và đảm bảo an toàn điện giật thiết bị bảo vệ rò 
cần phải có thêm chức năng phát hiện và nối ngắn mạch pha [22]. 
 - Nghiên cứu về thiết bị xác định và nối ngắn mạch pha có các 
công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, đề cập đến nhiều khía 
cạnh khác nhau như: 
 - Thuật toán xác định pha con người chạm phải có tính đến sự 
mất đối xứng của mạng của Chornôux E. V. [45]; 
 - Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao trong các mạng 1140V có sử 
dụng biến tần đến chế độ làm việc của thiết bị phát hiện và nối ngắn 
mạch pha của Chornôux E. V [46]; 
 - Sơ đồ thiết bị phát hiện và nối ngắn mạch pha dùng các phần 
tử logic [42]. 
 - Ở các nước thuộc Liên Xô cũ, đối với mạng 1140V, từ những năm 
sáu mươi của thế kỷ XX đã sử dụng rơle rò loại РУ-1140. 
8 
 - Từ năm 1985 trong các mạng điện áp 1140V ở các nước thuộc 
Liên Xô cũ sử dụng loại rơle rò АЗУР-4 với chế độ bù tĩnh và có 
khối nối ngắn mạch pha hư hỏng cách điện. 
 - Từ năm 2010, trong các mạng điện mỏ điện áp 1140V đã đưa 
vào vận hành rơle rò loại АЗУР-4М có ứng dụng kỹ thuật vi xử lý 
[31], [35]. 
 - Đặc điểm nổi bật khác với các rơle rò 380V và 660V, rơle rò 
1140V của Nga có bộ hạn chế dòng rò khoảnh khắc đến giá trị an 
toàn bằng giải pháp nối ngắn mạch pha rò xuống đất. 
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 
 Mặc dù cấp điện áp 1140V đã được sử dụng nhiều năm nay ở 
một số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh nhưng hầu như chưa có một 
công trình nghiên cứu nào đề cập đến vấn đề đảm bảo an toàn điện 
giật khi vận hành mạng. Các tiêu chuẩn lắp đặt và vận hành mạng 
điện mỏ hầm lò cấp điện áp 1140V vẫn chưa có một văn bản riêng. 
Về cơ bản chúng vẫn được thực hiện theo [1]. 
Nhận xét chương 1 
 Đặc điểm khác cơ bản của các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 
1140V so với các mạng điện 380V và 660V là sự có mặt của các 
động cơ không đồng bộ ba pha có công suất hàng trăm kW. Năng 
lượng khi ngắt các động cơ này có thể gây ra một điện lượng lớn hơn 
nhiều lần điện lượng an toàn cho phép (Qat = 50mAs) [35]. Vì vậy, 
nếu chỉ áp dụng các giải pháp đảm bảo an toàn điện giật như trong 
mạng 380V và 660V có thể không đảm bảo điều kiện an toàn trong 
mạng 1140V. 
 Giải pháp tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha rò mặc dù đã 
được sử dụng trong các rơle rò cấp điện áp 1140V của các nước thuộc 
Liên Xô cũ từ những năm 60 của thế kỷ trước. Tuy nhiên, vấn đề nghiên 
9 
cứu để đạt được độ nhạy và độ tin cậy xác định pha rò cao của thiết bị 
vẫn luôn là một bài toán có tính thời sự. 
 Ở Việt Nam, cấp điện áp 1140V đã được sử dụng nhiều năm nay 
và chắc chắn sẽ được sử dụng rộng rãi trong thời gian tới. Tuy nhiên, 
vấn đề đảm bảo điều kiện an toàn điện giật cho các mạng điện hầm lò 
điện áp 1140V hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào đề cập đến. 
Chương 2 
NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI CÁCH ĐIỆN CÁC MẠNG ĐIỆN 
MỎ HẦM LÒ ĐIỆN ÁP 1140V VÙNG QUẢNG NINH 
2.1. Tổ chức cung cấp điện 1140V mỏ hầm lò Quảng Ninh 
2.1.1. Các phương án cung cấp điện cho khu vực lò chợ và lò 
chuẩn bị điện áp 1140V 
2.1.2. Tổ chức cung cấp điện 1140V trong các mỏ hầm lò vùng 
Quảng Ninh 
2.2. Lựa chọn phương pháp đo để xác định thông số cách điện 
các mạng 1140V mỏ hầm lò Quảng Ninh 
2.2.1. Nghiên cứu các phương pháp đo thông số cách điện của 
mạng điện ba pha trung tính cách ly điện áp dưới 1000V 
 6 phương pháp gồm: Phương pháp không tải và ngắn mạch; 
Phương pháp vôn-ampe; Phương pháp sử dụng vôn kế, ampe kế và 
oát kế; Phương pháp ba vôn kế 1; Phương pháp ba vôn kế 2; Phương 
pháp sử dụng dụng cụ nhạy pha. 
2.2.2. Nghiên cứu các phương pháp đo thông số cách điện của 
mạng điện ba pha trung tính cách ly điện áp trên 1000V 
 4 phương pháp gồm: Các phương pháp sử dụng điện áp làm việc 
của mạng làm điện áp đo; Các phương pháp sử dụng nguồn điện áp 
tần số công nghiệp làm điện áp đo; Các phương pháp sử dụng nguồn 
điện áp khác tần số công nghiệp làm điện áp đo; Phương pháp sử dụng 
nguồn điện một chiều làm điện áp đo. 
10 
2.2.3. Lựa chọn phương pháp đo để xác định thông số cách điện 
của mạng điện 1140V mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 
 Phương pháp ba vôn kế 2 có ưu điểm nổi bật là không cần tạo 
ngắn mạch nhân tạo, kỹ thuật đo và dụng cụ đo đơn giản, tính toán 
tuy phức tạp nhưng nếu kết hợp với máy tính lại thuận lợi nên tác giả 
lựa chọn để thiết kế dụng cụ đo các thông số cách điện mạng 1140V 
hầm lò vùng Quảng Ninh 
1CD
3V 2V 1V
V
2CD
3CD
1fC 2fC 3fC
Hình 2-21. Sơ đồ nguyên lý đo để xác định thông số cách điện mạng 
1140V mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh dùng điện dung phụ 
 Tính toán thông số cách điện theo phương pháp ba vôn kế 2. 
 - Điện dẫn và điện trở tổng cách điện được xác định theo các 
biểu thức: 
( )
( ) ( )
( ) ( )[ ]
( ) ( )2/2/
////
2/2/
//
;
1
ddaa
dddaaaC
C
ddaa
addaC
R
g
f
f
−+−
−−−
=
−+−
−
=
∑
=
∑
∑
ω
 (2-32) 
 - Các hệ số a, a/, d, d/ được xác định theo biểu thức: 
( )
( )
2 2 2
/ 2 / 2 / 2
/
2 2
/ 2 / 2
/
2
6
2
6
2 3 .
2 3 .
A B C
f
f
A B C
f
f
C B
f
C B
f
U U U
a U
U
U U U
a U
U
U Ud
U
U Ud
U

− +
= +


− +
= + 

− 
=


−
= 

 (2-33) 
2.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số cách điện 
các mạng điện 1140V mỏ hầm lò Quảng Ninh 
2.3.1. Sai số và khử sai số khi đo thực nghiệm [11] 
11 
2.3.2. Phân tích các kết quả nghiên cứu thực nghiệm thông số 
cách điện của mạng 1140V vùng Quảng Ninh [14] 
 Các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh 
hiện tại có điện dung cách điện trung bình Ccdtb = 0,39µF hoặc Ctb= 
0,13µF/pha, điện trở cách điện trung bình Rcdtb = 75kΩ hoặc Rtb= 
225kΩ/pha; điện dung cách điện cực đại Cmax = 0,19µF/pha, điện 
trở cách điện nhỏ nhất Rmin = 168kΩ/pha. 
Nhận xét chương 2 
 - Có nhiều phương pháp đo thực nghiệm để xác định thông số 
cách điện (điện trở và điện dung của mạng so với đất) của mạng ba 
pha trung tính cách ly điện áp trên và dưới 1000V. Mỗi phương pháp 
có ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng phù hợp. 
 - Phươ ... ảo sát dòng điện rò và điện lượng qua người khi ngắt một 
nhóm động cơ có thông số giống nhau và khác nhau 
3.3.4. Khảo sát dòng điện rò và điện lượng qua người khi chạm 
vào cáp chính và khi chạm vào cáp nhánh 
 Hình 3-17. Dòng điện rò và điện lượng qua người khi chạm vào một 
pha của cáp chính mạng 1140V 
15 
Hình 3-19. Dòng điện rò và điện lượng qua người khi chạm vào một 
pha của cáp nhánh mạng 1140V 
3.3.5. Khảo sát dòng điện rò và điện lượng qua người khi áp 
dụng giải pháp nối ngắn mạch pha con người chạm phải 
 - Nối ngắn mạch pha phía nguồn: 
cnm tt =
Hình 3-22. Dòng điện rò và điện lượng qua người khi nối ngắn mạch 
pha rnm = 100 Ω với tnm = tc = 0,12s (khi chạm vào cáp nhánh) 
 - Nối ngắn mạch pha phía tải: 
cnm tt =
Hình 3-23. Dòng điện rò và điện lượng qua người khi nối ngắn mạch 
pha phía tải 
Nhận xét chương 3 
 - Thời gian quá trình quá độ của dòng điện rò khi không có bù 
điện dung là nhỏ hơn 20ms, Khi có bù vượt quá 130ms trong điều 
kiện thông số cách điện hiện tại của mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng 
Quảng Ninh. 
16 
 - Sức điện động ngược của động cơ làm tăng đáng kể thời gian tồn 
tại của dòng điện rò qua người. Vì vậy điện lượng do dòng điện này gây 
ra có thể vượt quá nhiều lần điện lượng an toàn cho phép (Qat = 50mAs). 
Do ảnh hưởng của sức điện động ngược động cơ, khi người chạm vào 
một pha của cáp chính là ít nguy hiểm hơn khi chạm vào một pha của 
cáp nhánh. 
 - Giải pháp nối ngắn mạch pha con người chạm phải làm giảm 
đáng kể dòng điện rò và điện lượng qua người. Hiệu quả nhất là nối 
ngắn mạch pha phía tải. Tuy nhiên, việc thực hiện giải pháp nối ngắn 
mạch pha phía tải khó thực hiện được trong thực tế do điểm chạm 
của con người là không thể biết trước. Vì vậy, khả thi hơn là áp dụng 
nối ngắn mạch pha tại đầu ra của biến áp khu vực mỏ hầm lò (đặt 
trong rơle bảo vệ rò). 
Chương 4 
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ĐIỀU KIỆN 
AN TOÀN ĐIỆN GIẬT TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN MỎ HẦM 
LÒ ĐIỆN ÁP 1140V VÙNG QUẢNG NINH 
4.1. Phân loại các phương pháp và thiết bị đảm bảo điều kiện an 
toàn điện giật trong các mạng điện khu vực mỏ hầm lò 
Hình 4-1. Phân loại phương pháp và thiết bị bảo vệ tự động khỏi điện 
giật trong công nghiệp mỏ 
17 
4.2. Đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn điện giật áp dụng cho 
các mạng điện 1140V mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh 
4.2.1. Chọn dòng an toàn khoảnh khắc hợp lý 
t
roi
0
1T 3T2T 4T
ct
1t 3t2t 4t
nDCT
t
e
−
Hình 4-3. Đồ thị mô tả sự biến thiên của dòng điện rò qua người 
 Đối với mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V cung cấp cho một 
khu khai thác có động cơ công suất từ trên 175kW đến 300kW, các 
hằng số thời gian TnDC = 1,5s và TDC = 2,5s. Điện lượng chảy qua cơ 
thể người trong từng khoảng thời gian được xác định theo các biểu 
thức [56]: 
 0)( 0210 ≈+= ITTQ (I0 là dòng một chiều đo kiểm tra điện 
trở cách điện cỡ 0,6mA); 
 01
1
0
2
1
11 ≈= ∫
T
rodtiT
TQ ; 2
0
2
2
22
21 TIdti
T
TQ ro
T
ro == ∫ ; 
roronDCnDCroro
T
roDC IITTITIdtiT
TQ 684,0456,06,0..76,076,01 3
0
2
3
33
3
==≈≈= ∫
; 
 //
0
2/
4
44 475,019,0
1
roDCroroDC ITIdtiT
TQ =≈= ∫
∞
. 
 Tổng điện lượng qua người: 
/
243210 475,0684,0 rororo IIITQQQQQQ ++≈++++= (4-6) 
 Vậy để đảm bảo điều kiện an toàn điện giật cho mạng 1140V 
cần chọn dòng an toàn khoảnh khắc theo điều kiện: 
 2 3 2 0,684 ( ) 0,684 ( 0,684)ro ro c qtqd ro ro c ro atQ Q Q T I I t t I I t I Q≈ + = + = − + ≈ + ≤
Suy ra: 
0, 684
at
ak
c
QI
t
=
+
, mA (4-7) 
18 
 Áp dụng (4-7), nếu lấy Qat = 50mAs, với mạng điện mỏ hầm lò 
điện áp 1140V thời gian tác động của hệ thống bảo vệ rò tc = 0,12s, 
62akI mA= . Nếu chọn dòng an toàn khoảnh khắc Iak = 62mA, kết 
quả mô phỏng Matlab Simulink trên hình 4-4 cho thấy, điện lượng 
qua người ở thời điểm hở mạch tiếp điểm công tắc tơ không vượt quá 
50mAs, tức là đảm bảo yêu cầu an toàn điện giật. 
Hình 4-4. Dòng điện rò và điện lượng qua người khi chọn dòng 
Iak = 62mA 
4.2.2. Áp dụng giải pháp tự động nối ngắn mạch pha rò 
3
2
1
3
3
3
1
1
2
3
3
2
+
+
+
−
−
−
−
−
−
−
−
−
0U
AU
BU
CU
1C
A
B
AK
C
BKCK
nm
R 2C
1R
2R
3R
4R
AK
BK
CK
2C 2C1C 1C
3R 3R
4R 4R
E+
E+
E+
)(AUV
)(BUV
)(CUV
∑1
∑2
∑3
tđU
1OA
2OA
3OA
1NOR
2NOR
3NOR
1BJT
2BJT
3BJT
2D
1D
4D
3D
5D
6D
V1140
2,1Dz
4,3Dz
6,5Dz
Hình 4-13. Sơ đồ nguyên lý thiết bị tự động phát hiện và nối ngắn 
mạch pha 
 Phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị phát hiện pha chạm đất 
phản ứng theo các dạng tín hiệu vào nêu trên, để phù hợp với thực tế 
mạng điện hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh, tác giả đề nghị 
xây dựng thiết bị phát hiện pha người chạm phải để điều khiển thiết bị 
tự động nối ngắn mạch pha phản ứng theo hiệu số giữa trị tuyệt đối 
19 
điện áp của pha có pha vượt trước và tổ hợp điện áp hai pha còn lại 
và điện áp thứ tự không (hình 4-13). 
Hình 4-15. Mô phỏng đo điện áp khi có rò pha A qua điện trở rò 
bằng 1kΩ 
 Đồ thị mô tả quan hệ phụ thuộc giữa điện áp đưa vào cơ cấu 
thừa hành nối ngắn mạch các pha khi điện trở rò và điện dung của 
mạng thay đổi như hình 4-17. 
-50.0
-40.0
-30.0
-20.0
-10.0
0.0
10.0
20.0
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0
)(BU v
)(CU v
)(AU v
ΩkRro ,
VU v ,
Hình 4-17. Sự phụ thuộc của điện áp vào cơ cấu thừa hành nối ngắn 
mạch các pha khi điện trở rò thay đổi 
-50.0
-40.0
-30.0
-20.0
-10.0
0.0
10.0
20.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
VU v ,
FC µ,
)(AU v
)(CU v
)(BU v
Hình 4-18. Sự phụ thuộc của điện áp vào cơ cấu thừa hành nối ngắn 
mạch các pha khi điện dung của mạng thay đổi 
20 
 Từ đồ thị hình 4-17 và 4-18 cho thấy, điện áp vào cơ cấu thừa hành 
nối ngắn mạch pha A luôn có giá trị dương, điện áp vào cơ cấu thừa 
hành nối ngắn mạch pha B và C luôn có giá trị âm. 
A
B
C
V12+
V12+
V12+
3D
1D
2D
4D
5D
6D
nmr
1R
2R4
R
3R
5R
8R
6R
7R
9R
12R
10R
11R
nmr
nmr
1NOR
1BJT
2BJT
3BJT
2OA 2NOR
3NOR
1OA
3OA
V12+
tdU
13R
14R
1CA
1Dz
2Dz
3Dz
4Dz
5Dz
6Dz
15R
16R
17R
)( AvU
)(BvU
)(CvU
23R
18R19
R
20R
21R
22R 4OA
29R
30R
25R
26R
27R
28R 5OA
35R
24R
31R
32R
33R
34R 6OA
A B C
+
+
+
+
36R
37R
38R
39R
40R
41R
42R
43R
45R
44R
46R
47R
1C
3C
2C
4C
7D
8D
9D
10D
5C 5C 5C6C 6C 6C
2OptoTriac
1OptoTriac
3OptoTriac
Hình 4-32. Sơ đồ nguyên lý thiết bị tự động phát hiện và nối ngắn 
mạch pha 
Hình 4-34. Mạch tự động nối ngắn mạch pha khi rò pha B qua điện 
trở 1 Ωk 
21 
Hình 4-35. Thời gian tác động của mạch tự động phát hiện và nối 
ngắn mạch pha khi có rò pha B qua điện trở 1 Ωk 
 Từ đồ thị trên hình 4-35 cho thấy, thời gian tác động của thiết bị 
tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha không vượt quá 50ms (thời 
gian cho phép là từ 0,12s đến 0,17s). Điều này chứng tỏ sơ đồ có thời 
gian tác động nhanh, đáp ứng tốt yêu cầu của thiết bị tự động phát 
hiện và nối ngắn mạch pha. 
4.2.3. Áp dụng giải pháp bù hợp lý thành phần điện dung của 
dòng điện rò 
 Để hạn chế dòng điện rò qua người khi chạm vào một pha của 
mạng điện mỏ hầm lò 1140V vùng Quảng Ninh cần nghiên cứu áp 
dụng phương pháp bù tĩnh. 
Hình 4-38. Điện lượng qua người khi chạm vào một pha mạng điện mỏ 
hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh (tnm = tc = 0,12s) 
q , A s
i, A
t,s
22 
 Kết quả mô phỏng trên hình 4-38 với thông số cách điện vùng 
Quảng Ninh (R = 168kΩ/pha, C = 0,19µF/pha) cho thấy, khi không bù 
điện dung, nếu áp dụng giải pháp nối ngắn mạch pha khi tnm = tc = 0,12s, 
rnm = 100Ω điện lượng qua người bằng 20mAs, tức là nhỏ hơn nhiều 
điện lượng an toàn. 
Hình 4-42. Điện lượng qua người khi thời gian tác động của thiết bị 
nối ngắn mạch pha tnm = tc = 0,12s, ( 0,5ghC = µF/pha) 
 Từ kết quả khảo sát trên các hình 4-42 cho thấy, 60R = kΩ/pha 
để đảm bảo điện lượng qua người không vượt quá điện lượng an toàn 
Qat = 50mAs, tnm = tc = 0,12s, với điện trở nối ngắn mạch bằng 
100 Ω , khi mạng có điện dung 0,5C ≤ µF/pha không cần áp dụng 
giải pháp bù điện dung. 
Hình 4-44. Dòng rò và điện lượng qua người khi C = 1µF/pha, 
R = 62 kΩ/pha, tnm = tc = 0,12s, không bù 
q, A s
i, A
t,s
FC µ55,0=FC µ5,0=FC µ45,0=
FC µ4,0=
23 
Hình 4-45. Dòng rò và điện lượng qua người khi C = 1µF/pha, 
R = 62 kΩ/pha, tnm = tc = 0,12s, bù với điện cảm bù Lb = 10,2H 
 So sánh hai kết quả trên hình 4-44 và 4-45 cho thấy, khi không 
bù điện lượng qua người bằng khoảng hơn 80mAs, tức là lớn hơn 
điện lượng an toàn. Khi có bù với điện cảm bù bằng 10,2H điện 
lượng qua người khoảng 50mAs. 
Nhận xét chương 4 
 - Với thời gian tác động của hệ thống bảo vệ rò là 0,12s, dòng an 
toàn khoảnh khắc để tính toán điều kiện an toàn điện giật cho các 
mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh nên chọn 
bằng Iak = 62mA. Muốn tăng dòng an toàn khoảnh khắc tính toán cho 
mạng 1140V, cần hạn chế ảnh hưởng do sức điện động ngược của 
động cơ đến dòng điện rò bằng giải pháp tự động phát hiện và nối 
ngắn mạch pha. 
 - Sơ đồ mạch tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha được thiết 
kế trên hình 4-32 có độ nhạy và độ tin cậy xác định pha rò cao, cấu 
tạo đơn giản, thời gian tác động nhanh, có thể sử dụng các linh kiện 
điện tử thông dụng. 
 - Trong điều kiện thông số cách điện các mạng điện mỏ hầm lò 
điện áp 1140V vùng Quảng Ninh như hiện tại (điện dung của mạng 
FC µ5,0< ), nếu áp dụng giải pháp tự động nối ngắn mạch pha, có 
24 
thể bỏ không sử dụng mạch bù điện dung. Trường hợp trong tương 
lai mạng kéo dài với điện dung pha lớn hơn điện dung giới hạn 0,5µF 
( FCF µµ 15,0 ≤< ), áp dụng phương pháp bù tĩnh với điện cảm bù 
bằng 10,2H. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
 Trong các mỏ hầm lò Việt Nam, cấp điện áp 1140V đã được sử 
dụng hàng chục năm nay và chắc chắn sẽ được sử dụng rộng rãi 
trong thời gian tới. Tuy nhiên, vấn đề đảm bảo điều kiện an toàn điện 
giật cho các mạng điện hầm lò điện áp 1140V chưa có công trình 
nghiên cứu nào ở trong nước đề cập đến. Vì vậy, những kết quả 
nghiên cứu của đề tài luận án vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý 
nghĩa thực tiễn. Từ kết quả nghiên cứu của tác giả luận án cho phép 
rút ra được những kết luận sau đây: 
 1. Có nhiều phương pháp đo để xác định thông số cách điện của 
mạng ba pha trung tính cách ly. Tuy nhiên, phương pháp ba vôn kế 2 
có ưu điểm nổi bật là không cần tạo ngắn mạch nhân tạo, kỹ thuật đo 
và dụng cụ đo đơn giản, quá trình đo không yêu cầu cắt rơle bảo vệ 
rò nên là phù hợp để đo thông số cách điện các mạng điện mỏ hầm lò 
điện áp 1140V. 
 2. Các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng 
Ninh hiện tại có điện dung cách điện trung bình Ccdtb = 0,39µF 
hoặc Ctb= 0,13µF/pha, điện trở cách điện trung bình Rcdtb = 75kΩ 
hoặc Rtb = 225kΩ/pha; điện dung cách điện cực đại Cmax = 
0,19µF/pha, điện trở cách điện nhỏ nhất Rmin = 168kΩ/pha. 
 3. Mô hình mạch và mô hình Matlab Simulink tính dòng điện rò 
và điện lượng qua người do tác giả xây dựng đã kể đến ảnh hưởng do 
sức điện động ngược của động cơ công suất lớn. Sức điện động 
ngược của động cơ làm tăng đáng kể thời gian tồn tại của dòng điện 
25 
rò qua người và điện lượng do dòng điện này gây ra có thể vượt quá 
nhiều lần điện lượng an toàn cho phép (Qat = 50mAs). Thời gian cắt 
của thiết bị bảo vệ rò hầu như không giảm được hơn nữa. Vì vậy, để 
đảm bảo điều kiện an toàn điện giật khi vận hành mạng điện mỏ 
1140V phải có giải pháp hạn chế ảnh hưởng của sức điện động 
ngược của động cơ. 
 4. Giải pháp nối ngắn mạch pha con người chạm phải làm giảm 
đáng kể dòng điện rò và điện lượng qua người (tùy thuộc vào điện 
trở và thời gian nối ngắn mạch). Áp dụng nối ngắn mạch pha tại đầu 
ra của biến áp khu vực mỏ hầm lò (đặt trong rơle bảo vệ rò). 
 5. Sơ đồ mạch tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha trên hình 
4-32 được thiết kế theo nguyên tắc phản ứng với hiệu số trị tuyệt đối 
giữa điện áp pha vượt trước và tổ hợp điện áp hai pha còn lại và điện 
áp thứ tự không, với các hệ số được chọn theo tỷ lệ (4-26) có độ 
nhạy và độ tin cậy xác định pha rò cao, cấu tạo đơn giản, có thể sử 
dụng các linh kiện điện tử thông dụng hiện có trong nước. 
 6. Trong điều kiện thông số cách điện các mạng điện mỏ hầm lò 
điện áp 1140V vùng Quảng Ninh như hiện tại, nếu áp dụng giải pháp 
tự động nối ngắn mạch pha qua điện trở 100Ω, có thể bỏ không cần 
sử dụng mạch bù điện dung. Trường hợp trong tương lai mạng kéo 
dài với điện dung lớn hơn điện dung giới hạn 0,5µF/pha, áp dụng 
phương pháp bù tĩnh với điện cảm bù bằng 10,2H. 
 7. Kiến nghị áp dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài luận án 
trong việc thiết kế, chế tạo thiết bị bảo vệ rò cấp điện áp 1140V phù 
hợp với điều kiện các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh. 
26 
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Điện khí hóa 
xí nghiệp Mỏ và Dầu khí, khoa Cơ điện, Trường Đại học 
Mỏ - Địa chất 
 Người hướng dẫn khoa học: 
 1. PGS. TS Kim Ngọc Linh 
 2. TS Trần Minh 
 Phản biện 1: TSKH Trần Kỳ Phúc 
 Phản biện 2: PGS.TS Phạm Văn Bình 
 Phản biện 3: PGS.TS Võ Quang Lạp 
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận 
án Tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất 
vào hồi ..giờ  ngày  tháng năm 2015 
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, 
Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất 
27 
 CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 
1. Kim Ngọc Linh, Nguyễn Văn Quân (2011), “Nghiên cứu xây 
 dựng sơ đồ mạch rơle bảo vệ rò điện mỏ hầm lò phù hợp đặc 
 tính biến dạng cho mạng điện”, Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, 
 01/2011 (số 33), tr. 58-60. 
2. Nguyễn Văn Quân, Kim Ngọc Linh (2012), “Nghiên cứu lựa 
 chọn phương pháp đo xác định thông số cách điện các mạng 
 điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh”, Tạp chí 
 Công nghiệp Mỏ, số 5-2012, tr. 6-10 và 13. 
3. Nguyễn Văn Quân và nnk (2012), “Nghiên cứu đảm bảo điều 
 kiện an toàn điện giật trong các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 
 1140V vùng Quảng Ninh”, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên 
 cứu khoa học cấp Bộ, mã số 6968/QĐ-BCT, ngày 29 tháng 12 
 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Công Thương. 
4. Nguyễn Văn Quân và nnk (2013), “Nghiên cứu xây dựng 
 phương pháp bù hiệu quả thành phần điện dung của dòng điện 
 rò trong các mạng điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng 
 Quảng Ninh”, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ, mã số 
 7100/QĐ- BCT ngày 27 tháng 9 năm 2013 của Bộ trưởng Bộ 
 Công Thương. 
5. Nguyễn Văn Quân, Kim Ngọc Linh (2014), “Mô hình mạng 
 điện mỏ hầm lò điện áp 1140V vùng Quảng Ninh về phương 
 diện an toàn điện giật”, Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, số 45/2014, 
 tr.49-53. 
6. Kim Ngọc Linh, Kim Cẩm Ánh, Nguyễn Văn Quân (2014), 
 “Hạn chế dòng rò trong mạng điện mỏ hầm lò điện áp 
 1140V bằng giải pháp nối ngắn mạch pha”, Tạp chí Công 
 nghiệp Mỏ, số 4-2014, tr. 7-10. 
7. Kim Ngọc Linh, Kim Cẩm Ánh, Nguyễn Văn Quân (2014), 
 “Một phương pháp tính dòng rò khoảnh khắc cho mạng điện 
 mỏ hầm lò điện áp 1140V”, Tuyển tập tóm tắt các báo cáo, 
 Hội nghị khoa học lần thứ 21, Trường Đại học Mỏ-Địa chất, 
tháng 11-2014, trang 27-33.