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煤矿机电基础知识主讲人：陈世明二0一三年十月二十九日一、煤矿供电知识简介1、用户对供电的基本要求:•煤矿企业是电能的重要用户，由于井下生产环境特殊，对供电的主要要求如下为：供电可靠、供电安全、供电质量、供电经济。供电可靠•A．供电可靠：对煤矿企业重要负载，如主排水泵、主扇机等，一旦中断供电，就可能发生矿井淹没或瓦斯爆炸事故；采掘、运输、提升、压气、机修及照明等中断供电，也会造成不同程度的经济损失和人身事故，因而，根据对供电可靠性要求的不同，煤矿将电力用户分为以下三类：供电可靠•一类用户：凡因突然中断供电，可能会发生人身伤亡事故或重大经济损失者，这类用户主要有矿井主通风机、主排水泵、主副提升绞车等，对这一类用户，应采用不同电源的双回路进行供电；供电可靠•二类用用户：凡因突然中断供电造成较大减产者，如集中提煤设备、矿山空压机及采区变电所等，对中小型煤矿企业而言，二类用户一般由一回路供电，备有一定数量的变压器呼电缆，便于临时更换。大型煤矿的二类用户一般采用双回路或者环形供电；供电可靠•三类用户：凡不属于一、二类用户的，均为三类用户。这类用户对突然中断供电时对生产没有直接影响，例如机修厂或生活用电等，对他们的供电，技术上没有特殊要求。•对煤矿企业的电力负荷进行有效的分类，便于合理的供电，对于重要负荷，保证供电的可靠性和连续性，电网运行中一旦出现故障需要切除部分负荷时，就根据情况，先切一类负荷，有必要时再切二类负荷，确保一类负荷的供电安全。供电安全•B．供电安全：煤矿生产主要是地下作业，工作环境特殊，必须严格按照《煤矿安全规程》的有关规定进行供电，确保安全生产。供电安全《煤矿安全规程》对安全供电的主要要求如下：•⑴两回路电源线路，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负起矿井全部负荷。两回路电源线上不得分接任何负荷。保证主要通风机等重要负荷在10分钟之内能可靠起动；在正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式，另一回路必须带电备用，以保证供电的可靠行和连续性；10千伏及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设；•矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。•直接向井下供电的高压馈电线上，严禁装设自动重合闸。手动合闸时，必须事先同井下联系。供电安全《煤矿安全规程》对安全供电的主要要求如下：•⑵主要通风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备机房应各有两回路直接由变电所馈出的的供电线路，线路上不应分接任何负荷。控制回路和辅助回路必须有与主要设备同等可靠的备用电源。•局部通风机应设有“三专两闭锁”，供电安全《煤矿安全规程》对安全供电的主要要求如下：•⑶严禁井下配电变压器中性点直接接地，严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。•这一要求主要是保证矿井和人员的安全。因为煤矿井下空间狭窄、黑暗、潮湿，并有煤尘、瓦斯，如果采用中性点接地系统，当人身触及一想导体时，便接触到想电压，有致使危险，同时，在中性点拦系统中如出现接地故障，可能会产生火花，有点燃井内瓦斯或煤尘的危险。，•中性点接地并非防止电弧接地的危险,而是防止高压窜入低压系统时增加人身触电的危险性。供电安全《煤矿安全规程》对安全供电的主要要求如下：•⑷井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆、电线。认真执行停电、验电、放电和打接地线制度；认真履行好倒闸工作票制度；必须坚持谁停电谁送电原则，坚决杜绝电话停送电、预约停送电；停电时必须悬挂“有人工作、停止送电”的警示牌，必要时开关处要有人值守。•检修或搬迁前，必须切断电源，检查瓦斯，在其巷道风流中瓦斯浓度低于1.0%时，再用与电源电压相适应的验电笔检验；检验无电后，方可进行导体对地放电。控制设备内部安有放电装置的，不受此限。所有开关的闭锁装置必须能可靠地防止擅自送电，防止擅自开盖操作，开关把手在切断电源时必须闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”字样的警示牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电。供电安全《煤矿安全规程》对安全供电的主要要求如下：•⑸操作井下电气设备应遵守下列规定：一是非专职人员或非值班电气人员不得擅自操作电气设备，二是操作高压设备主回路时，操作人员必须戴绝缘手套并穿绝缘靴或站在绝缘台上，三是手持式电气设备的操作手柄和工作中必须接触的部分，必须要有良好的绝缘。供电质量•C、供电质量：用电设备在额定值下运行性能最好。交电频率在50HZ（赫兹）的基础上允许偏差为0.2-0.5HZ,即0.4-1%,电压的允许偏差为正负5%。供电经济•D、供电经济：主要考虑三个方面，一是尽量降低矿山变电所与电网的基本建设投资，二是尽量降低设备材料的消耗量，三是注意降低供电系统中的电能损耗及维护费用。一、煤矿供电知识简介•2、电力系统的基本概念及矿山供电的电压等级。•电力系统是指由发电厂、升降压变电所及各种不同电压等级的输电线路组成的一个整体。•所有的矿山电气设备都是按统一的标准电压设计制造的，被称为电气设备的额定电压，矿山供电高压，不超过10000V。低压，不超过1140V。照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V。远距离控制线路的额定电压，不超过36V。电压等级•为了方便统一供电，我国规定了矿山的供电电压等级：电压等级，应符合下列要求：•交流分为：•36V，用于低压开关的控制回路和信号回路•127V（220）井下有于照明、信号等，括号内为地面照明•660（380）井下低压动力，括号内为地面低压动力电源•1140井下大型采煤机组动力电源•3、6、10KV地面大型机械的动力电源或输送电电压•35、60KV主要用于高压输电•110、154、220、330、500KV主要是超高压输送电电压等级•直流电压在矿山的主要用途为架线式电机车动力电源以及蓄电瓶、矿灯充电等，主要由以下几种电压等级：•110、220、440V主要提供一般动力电源•250、550提供架线式电机车动力电源•40、80、110、120主要为蓄电瓶电机车充电用•2.5、4V矿灯一、煤矿供电知识简介•3、起弧原因、电弧危害及灭弧方法•当开关的触头部分切断电力回路时，触头间会产生电弧，电弧存在时，不仅电路没有断开，而且电弧产生的高温会酿成重大事故。起弧的原因•⑴起弧的原因•当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧•电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E=U/d)。当电场强度超过3×10---6---V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为：强电场发射。起弧的原因•从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度足够高，电子的动能足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。起弧的原因•触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000℃以上)，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。•随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。•在开关电器的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程。灭弧方法•⑵灭弧方法•A.增大近极电压降。主要方法是把电弧分隔为许多串联短弧。若利用金属片将长弧切成若干短弧，则电弧上的电压降将近似增大若干倍，电弧就不能维持燃烧而迅速熄灭。•B.增大弧柱电压的顺轴梯度。主要方法是加强对电弧的冷却。具体方法有：迅速拉长电弧；让电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧；利用外力吹动电弧；将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧。上述具体方法除能达到增大电弧冷却面积，加强热交换，加速电弧的冷却，实现增大弧柱电压的顺轴梯度的目的外，还因电弧冷却了能使触头温度下降，从而又可达到增大近极电压降的目的。•C.增大电弧长度。主要方法是增大触头的开距；利用外力吹动(拉长)电弧。•D.改善灭弧介质，增大弧隙间的电绝缘强度。隔离开关和断路器的正确使用•4、隔离开关和断路器的正确使用•合闸时必须先合隔离开关，然后才能合断路器；分闸时必须先分断路器，然后再拉隔离开关。•隔离开关用于检修设备时隔离电压或用来进行电路的切换，使检修人员能够直观感受到开关的通断状态。因为隔离开关没有灭弧装置，不能用来切断负载电流的电路，否则会产生强大的电弧。•断路器在正常工作情况下用来接通或切断带负荷电流的高压电路，在事故情况下，能够快速动作，切断电路。•矿山常用的断路器有多油断路器、少油断路器和真空断路器三种。•多油断路器一般用在35千伏及以下电压等级中。矿用电气设备和隔爆原理•5．矿用电气设备和隔爆原理。•⑴瓦斯与煤尘爆炸的条件•瓦斯爆炸的条件是当瓦斯在空气中的含量达到5-16%，又遇到650-750℃以上的高温热源时就会发生爆炸。•煤尘的爆炸条件是当煤尘粒度达到0.001-1mm以下的范围内,飞扬在空气中的含量达到30-3000g/立方米时,又遇到700-800℃高温热源时,也会发生爆炸隔爆原理•⑵隔爆原理•A.隔爆外壳：将电气设备置于壳内,当壳内瓦斯爆炸时,不致使外壳破裂,也不致引燃壳外的瓦斯或煤尘,所以隔爆外壳必须要有耐爆和隔爆性能(机械强度,能承受8个大气);避免压力叠加；冷却电弧产生的高温：防爆面接合面的间隙不大于0.5，结合面宽度不小于25mm，光洁度不低于▽5时，能很好的起到冷却的作用。隔爆原理•B．安全火花系列•是指电路系统或设备在正常及故障状态下产生的电火花和温度都不能点燃煤尘，电火花的能量在于与0.2焦耳以下时不会点燃瓦斯或煤尘。•C．超前切断电源•当电气设备一旦出现危险情况，要可能点燃瓦斯或煤尘之前就利用自身切断装置将电源断开。矿用电气设备的类型•⑶矿用电气设备的类型•A.矿用一般型（KY）：适用于无瓦斯和煤尘喷出的井底车场与主要进风巷道中•B.矿用安全型（KA）：在正常运行中不产生电火花和点燃温度的电气设备，如电动机•C.矿用隔爆型（KB）：可使用在突出瓦斯矿井在任何地点。•D.矿用安全火花型（KH）：可使用在矿井任何地点。•E.矿用隔爆兼安全火花型（KBH）：主体为隔爆型，某些部件为安全火花电路。•F.防爆充油型（KC）：将电气设备所产生的火花或电弧浸在绝缘油里。•G.防爆通风型（HF）：此类设备大多用在有爆炸危险的厂房中。•H.防爆特殊型（KT）：采取特殊防爆措施的电气设备。井下供电必须做到“三无、四有、两齐、三全、三坚持”以及“三大保护”•“三无”是指：无鸡爪子、无羊尾巴、无明接头。•“四有”是指：过电流和漏电保护、有金属圈和弹簧垫、有密封圈和挡板，有接地装置。•“两齐”是指：电缆吊挂整齐、设备硐室清洁整齐。•“三全”是指：防护装置全、绝缘用具全、图纸资料全。•“三坚持”是指：坚持使用检查漏电器、坚持使用煤电钻、照明、信号综合保护、坚持使用风电和瓦斯电闭锁。•“三大保护”是指:过电流保护、接地保护、漏电保护。矿灯的管理和使用•6．矿灯的管理和使用•⑴矿井完好的矿灯总数，至少应比经常用灯的总人数多10%。矿灯的红灯率不超过0.5%。•⑵矿灯应集中统一管理。每盏矿灯必须编号，经常使用矿灯的人员必须专人专灯。•⑶矿灯应保持完好，出现电池漏液、亮度不够、电线破损、灯锁失效、灯头密封不严、灯头圈松动、玻璃破裂等情况时，严禁发放。发出的矿灯，最低应能连续正常使用11h。矿灯的管理和使用•⑷严禁使用矿灯人员拆开、敲打、撞击矿灯。人员出井后（地面领用矿灯人员，在下班后），必须立即将矿灯交还灯房。•⑸在每次换班2h内，灯房人员必须把没有还灯人员的名单报告矿调度