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煤矿井下供电
煤矿井下供电
【1】对煤矿井下供电的要求:
随着我国煤炭工业的高速发展,采、掘机械化程度的迅速提高,机电设备的单机容量和总容量不断增大,以采煤机和工作面刮板输送机为例,采煤机由20世纪70年代初期的150kW,发展到现在的2×375kW;20世纪80年代德国艾克霍夫公司又把EDW一450L型采煤机改为电牵引,制成了总功率达950kW、供电电压为5000V的世界上功率最大的采煤机。
随着采煤机功率的加大,工作面刮板输送机的容量也相应增加。
20世纪70年代初期输送机的电动机功率只有120kW左右,目前已经发展到630kW,SGZ一764/630型刮板输送机电动机功率2×315kW,而且为综采放顶煤工作面配套的前、后输送机都是同样大的功率。
再加上乳化液泵站等其他设备,使综采工作面的总容量迅速增加到3000kW以上。
一个综掘工作面,装机容量也高达500kW。
采、掘工作面的自然环境和生产条件又相当复杂,因此对井下供电必须满足以下要求:
(1)可靠。
综采工作面是煤矿生产的主要环节,在采煤时,采、装、运、支等生产环节必须有机配合,协调动作,任何一个环节出现问题,就可能使生产停止。
供电的可靠性是综采工作面生产的一项重要要求。
如果采煤机不能正常运转,就不能割煤;输送机停机,采煤机也不能运转;乳化液泵有故障。
支架不能推移,风量不足,就会造成瓦斯积聚,直接威胁矿井安全。
综采工作面的设备全部是靠电力拖动的,如果供电中断,不仅会影响煤炭产量,而且有可能发生人身事故和设备损坏,所以一定要保证综采工作面供电的可靠性。
(2)安全。
由于综采工作面环境复杂,自然条件恶劣,供电设备都在特殊的条件下运行,特别是采煤机、工作面刮板输送机等电气设备起动频繁,事故多发,电气设备绝缘损坏严重,因此,安全供电就成为综采工作面供电的特殊要求。
我们必须严格按照规程的有关规定执行,完善各种保护装置,使其达到灵敏可靠。
否则就会造成电气设备损坏,人身触电,发生电气火灾或引起瓦斯、煤尘燃烧或爆炸等重大事故。
所.以应在安全供电方面必须采取一系列技术措施和管理制度,来保证综采工作面供电的安全可靠。
(3)技术经济合理。
在满足供电安全与可靠的前提下,还应做到经济合理地供电和用电。
在实际运行中力求系统设计合理,操作简单方便。
井下供电系统质量好坏的主要指标是供电电压,要使设备经济运行,供电电压必须保证在规定波动范围之内。
电压过高会使电气设备绝缘老化,缩短寿命;反之,会使采煤,运输设备起动困难。
随着采煤机械化程度的不断提高,煤矿井下,特别是综采工作面用电量越来越大,原煤用电单耗量是成本管理中的主要考核指标。
如果供电设备选型、使用不合理或生产中不调峰用电,就可能形成设备负荷率低,功率因数降低,线路损耗增大,从而造成大量电能的浪费。
所以,应从各方面采取措施,力求提高功率因数,降低用电损耗,减少维护运行费用,保证对井下供电的经济合理。
【2]井下用电电压等级:
《煤矿安全规程》第448条规定:
井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级,
应符合下列要求:
(一)高压,不超过l0000V。
(二)低压,不超过ll40V。
(三)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。
(四)远距离控制线路的额定电压,不超过36V。
采区电气设备使用3300V供电时,必须制定专门的安全措施。
《煤矿安全规程》第449条规定:
井下低压配电系统同时存在2种或2种以上电压时,低压电气设备上全应明显地标示出其电压额定值。
目前,井下使用的用电设备,大多数可适用380V/660V2种电压,或6GOV/1140V2种电压,使用时必须正确连接。
特别是采煤工作面使用两种电压时,要注意不能接错。
【3】综采工作面变压器容量选择:
表Ⅱ一7—1为某矿综采工作面设备负荷统计表,该工作面采用2个电压等级供电:
采煤机、后刮板输送机、前刮板输送机、桥式转载机、乳化液泵站和喷雾泵站采用ll40V供电;可伸缩带式输送机、转载带式输送机、张紧绞车、回柱绞车、调度绞车和煤电钻综合保护装置采用660V供电,为此,需选择2台变压器。
【4】过电流故障的危害与原因:
流过电缆和电气设备的电流超过了额定值,称为过电流,简称过流。
短路、过负荷和断相都会造成过流。
1.短路
所谓短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接,即指电流不流经负载而线路直接连接,如相与相之间、相与地之间的短接等。
短路的种类如图Ⅱ一7—1所示。
(1)三相短路:
代表符号d3’,三相同时在一点短路,属于对称短路。
(2)两相短路:
代表符号d2’,两相同时在一点短路,属于不对称短路。
(3)两相接地短路:
代表符号dn·¨,在中性点直接接地的系统中,两相在不同地点与地相接,属于不对称短路。
(4)单相接地短路:
代表符号d1’,在中性点接地系统中,一相与地短接,属于不对称短接。
发生短路时电流很大,可达额定电流的几倍、几十倍,甚至更大。
其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备,引起火灾,或引起瓦斯、煤尘爆炸事故;短路电流会产生很大的电动力,使电气设备遭到机械破坏;同时还会引起电网电压急剧下降,影响电网中其他用电设备正常工作。
短路的主要原因是由于电气设备、线路载流部分绝缘损坏。
绝缘损坏是由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。
其他原因如操作人员带负荷拉闸或检修后未拆除接地线就送电等误操作;鸟兽在裸露的载流部分上跨越,以及风雪等自然现象也可能引起短路。
2.过负荷
过负荷是指流过电缆和电气设备的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。
其危害是,电缆和电气设备出现过负荷后,其温度将超过所用绝缘材料的允许温度,会损坏绝缘,如不及时切断电源,将会发展成漏电或短路事故。
引起过负荷的主要原因有:
(1)电气设备和电缆的容量选择过小,致使工作时的负荷电流超过了额定电流。
(2)对生产设备误操作,如采煤工作面刮板输送机,在中部槽中压满煤的情况下反复起动,在起动电流的连续冲击下引起电动机过热甚至烧毁。
(3)电源电压过低,或电动机机械性堵转,都会引起电动机过负荷。
3.断相
三相交流电动机绕组的一相或其供电线路中的一相断线,叫断相,也称作缺相。
运行
中的电动机断一相时仍可继续运转,叫单相运行,由于其转矩比三相运行时小得多,在其所带负荷不变的情况下,必然会过负荷,甚至烧坏电动机。
造成断相的原因有:
(1)熔断器有一相熔断。
(2)电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落。
(3)电缆芯线一相断线。
(4)电动机定子绕组与接线端子连接不牢而脱落。
【5】采区低压电网短路电流的计算:
1.计算的目的与任务
(1)计算最大三相短路电流值,以校验开关设备等的分断能力。
此时短路点应选择在开关设备等负荷侧的端子上。
(2)计算最小两相短路电流值,以校验短路保护装置的灵敏度。
此时短路点应选择在保护范围的末端。
【6】熔断器过流保护整定计算:
1.熔断器结构和保护原理
熔断器串接在被保护电气设备的主回路中,当电气设备发生短路时,通过熔体的大电
流使熔体温度急剧升高并将它熔断,从而将故障线路与电源分开,达到保护目的。
几种常见的低压熔断器结构如图Ⅱ一7—2所示。
熔体通常由低熔点(200~420℃)的铅、锡、锌合金制成,串接在被保护电气设备的主回路中,当电气设备发生短路或严重过载时,流过熔体的大电流使熔体的温度急剧升高,达到其熔点后,熔体自行熔化,从而将故障电气设备从电源上切除,达到保护目的。
额定电流小的熔体,一般做成丝状,故俗称“保险丝”;额定电流大的熔体,多做成如图Ⅱ一7—2a所示5的形状,以使熔体能在窄处多点熔断,将长电弧分成数段短电弧,以便加快电弧的熄灭。
,
熔断器的熔管,采用有机纤维材料制造,当熔体熔断时分解产生出气体,增加管内压力,加快电弧熄灭。
熔管不但便于与电路连接和固定,而且具有熄弧作用。
如图Ⅱ一7—2a、图Ⅱ一7—2b所示熔管l内均装有石英砂,用来阻挡电弧的燃烧。
2.过流保护整定计算Ⅱ一7—7卫电磁式过流继电器整定计算
1.电磁式继电器的结构与保护原理
电磁式继电器结构如图Ⅱ一7—3所示,它由电磁线圈1、铁芯2、衔铁3、反力弹簧4、转轴5、动触头6和静触头7组成。
继电器中电磁铁线圈1串入主回路中,线圈绕在铁芯2
上,衔铁3一端受反力弹簧4作用,另一端受电磁力作用。
动触头与衔铁固定在一起,随衔铁动作,只要回路中电流
达到它的动作值,它就立即动作,切断电源。
’
2.电磁式过流继电器的整定
(1)保护支线,按下式计算:
Iz≥IQe
式中Iz——电磁式过流继电器的整定动作电流,A;
Iqe——电动机的额定起动电流,A。
【8】热继电器的整定计算:
1.热继电器的结构与保护原理
热继电器通常作过载保护,有时也可作断相保护。
如图Ⅱ一7—4所示为热继电器示意图。
信号转换元件是由加热电阻l3和双金属片1组成的。
加热电阻l3串接在主回路中,电流通过时会发热,将电信号转换成热信号;双金属片是由两个膨胀系数不同的金属片复合而成,受热时,双金属片向膨胀系数较小的一面弯曲,从而将热信号转换为行程信号。
转动凸轮9,
可推动轴ll和叉l0及连杆6一同移动,从而调节间隙A,绐定行程信号。
当过载时,电流通过加热电阻产生的热量较大,双金属片不断加热而弯曲,推动差动杠杆4和差动导板2向左移动,并推动补偿双金属片5及连杆6,经过一定延时,连杆6的行程大于间隙给定的行程后,推动动触点7断开执行机构的电磁铁或
继电器的电磁线圈,由执行机构切断主回路电源,实现过载保护。
2.热继电器的整定计算
【9】电动机综合保护:
电动机综合保护器是一种电子保护装置,它能对电动机进行过负荷保护、短路保护、断相保护、漏电保护。
如图Ⅱ一7—5所示是JDB一120(225)型电动机综合保护器取样器电路图,下面介绍其整定和使用方法。
1.电动机综合保护器整定
从电流互感器LH1~LH3二次绕组输出的交流电流信号,首先经过R1~R6转变成交流电压信号,然后再经过二极管D1~D3和电容器C1~C3整流、滤波,最后在电阻R7~R9上形成所需要的直流电压信号。
为了能同时得到反映过载、短路、断相3种故障的信号电压,将3个电流互感器二次侧的直流信号电压并联输出,并用D。
~D。
6个二极管个组成或门电路进行综合,b点为三相的中性点。
这样a、c两点引出的电压就正比于电动机主电路中的电流,因而a、c两点问的电压就是过载和短路保护的信号电压。
当电动机一相断线时(如A相),该相的电流互感器无信号电压输出,但是,另外两相电流互感器仍有信号电压输出,此电压的下端除可以继续由a点输出外,还可以通过断线那一相的滤波电阻R,和二极管D。
加到b端,电压的负端则通过Ds和De加到c端,因而在b、c之间得到一个电压,此电压就是断相故障的信号电压。
为能调节过载和短路保护的整定动作电流,在每相电流互感器的二次侧并联有两个负载电阻,并用转换开关K,进行换接,以实现动作电流的粗调,因为两电阻并联时动作电流将增加一倍,所以该保护器的动作电流粗调分为两档。
为实现细调,在a、c两点间串联有ll段电阻,用转换开关K。
进行调节。
接入的电阻段数越少,动作电流越大。
表Il一7—2为整定动作电流分挡值。
型号
分挡电流/A
刻度电流/A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
JDB一120G
30~60
60~120
30
60
33
66
36
72
39
78
42
84
45
90
48
96
51
102
54
108
57
114
60
120
JDB一225G
55~110
110~220
55
110
60
120
65
130
70
140
75
150
80
160
85
170
90
180
95
190
100
200
110
220
2.电动机综合保护器的便用
(1)试验。
在试验时,必须先断开隔离开关,然后打开开关盖,将漏电试验开关、过载试验开关拨到试验位置,随后盖上开关盖,合上隔离开关,进行试验。
(2)故障判断:
①磁力起动器停止工作时不能起动,属漏电故障。
②磁力起动器工作时发生跳闸,并且跳闸后经一定时间后可以重启起动,属过载或断相故障。
③磁力起动器工作时发生跳闸,并且跳闸后不能再次起动,属短路故障。
【10】触电的危险及防止措施:
1.触电危险性因素
(1)通过人身电流的大小。
当人身通过工频(50Hz)电流lmA时,就有麻刺或疼痛的感觉。
当通过人体的工频电流超过25mA时,就会使人感觉麻痹或剧痛,甚至呼吸困难,不能摆脱电源,因而有生命危险。
(2)触电时间的长短。
触电时间越长,人的身体出汗就越多,人身电阻就越小,流过人体的电流就越大。
(3)触电电流流经人体的途径。
一般认为,通过心脏、肺部和中枢神经系统的电流越大,其危险性就越大。
观察证明,从手到手和从手到脚是最危险的途径。
(4)触电电流的频率。
经研究证明,50Hz的工频电流对人体的伤害是最危险的。
25~300Hz的交流电对心肌的影响最大,2000Hz以上对人体心肌影响就很小了。
(5)人的精神状态和健康状态。
当人的身体疲劳、注意力不集中或酗酒以后,往往感觉迟钝,不能自觉及时脱开带电体。
心脏病、神经系统有病或患有结核病的人,在触电后所引起的伤害,总比一般健康人要严重些。
2.防止触电措施
(1)使人身不能触及或接近带电导体。
(2)在井下建立完整、可靠的接地网。
(3)在井下高、低压供电系统中,装设漏电保护装置。
(4)对那些人身经常触及的电气设备、设施,如照明、信号、控制、通讯装置和手持式电气设备(如煤电钻),除加强手柄的绝缘外,还必须采用较低的电压等级。
【11】保护接地的作用原理:
1.保护接地
为了防止电气设备因绝缘损坏使人遭受触电的危险,而用导体将电气设备正常不带电的外壳或外露构架,与埋在地下的接地极连接起来,称为保护接地。
2.无保护接地时通过人身的电流
如图Ⅱ--7--6a所示是没有保护接地时人触及带电外壳的状况。
当用电设备(此处为电动机)的一相绝缘损坏时,电网的一相(c相)在K点处与电动机外壳相碰,而使电动机外壳带电。
此时,如果有人接触到电动机外壳,则电流Ir将通过人体一大地一两相对地电阻(ra、rb回到电源。
如果设电网电压为660V(U相一380V),人体的电阻Rr为l000fl,其他两相对地电阻r为350012时,则通过人体的电流L为:
此电流值对人是致命的!
!
!
3.有保护接地时通过人身电流
如果有了保护接地(图Ⅱ一7—6b),并设接地电阻R=2Ω,由于接地回路的分流作用,因此,通过人身的电流为:
由此可见,有了保护接地时,通过人体的电流被保护接地回路分流而大大降低,减少了人身触电的危害。
【12】煤矿井下检漏保护:
1.漏电的原因及其危害
供电系统中的电气设备与电缆,由于绝缘老化、环境潮湿、机械性损伤等原因,产生对地的电流,叫做漏电。
煤矿井下的低压电网漏电可分为分散性漏电和集中性漏电。
分散性漏电主要由于电气设备及电缆的绝缘老化受潮等原因而引起,集中性漏电则是由电气设备或电缆某点因绝缘击穿使导电部分直接接地所造成。
漏电产生的危险性如下:
(1)使人身触电;
(2)漏电所产生的电火花引起瓦斯与煤尘爆炸;
(3)使电雷管超前引爆;
(4)烧毁电气设备。
2.《煤矿安全规程》对漏电保护的规定
《煤矿安全规程》第457条规定:
地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上,必须装设有选择性的单相接地保护装置;供移动变电站的高压馈电线上,必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。
井下低压馈电线上,必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置,保证自动切断漏电的馈电线路。
每天必须对低压检漏装置的运行情况进行l次跳闸试验。
煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离起动和停止煤电钻功能的综合保护装置。
每班使用前,必须对煤电钻综合保护装置进行1次跳闸试验。
3.JY82型检漏继电器工作原理
为了煤矿井下供电的安全,我国曾先后生产
了4种型式的检漏继电器,如JY82型、JL80型、JJKB30型和JL82型,其中JL80型检漏继电器已停止生产。
所有这些都是矿用隔爆型,可用于瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井里。
JY82型检漏继电器的原理图如图Ⅱ一7—7所示。
为了使人体触电或电网一相接地时能很快切断电源,JY82型检漏继电器采用了附加直流电源的方式进行漏电保护。
图中G为附加直流电源;K为直流灵敏继电器,其常开触点串联自动馈电开关DW的脱扣线圈KV回路中。
当未发生人身触电或电网漏电时,流过直流继电器的电流仅为直流电源施于电网绝缘电阻上产生的电流。
电路正常工作时,由于该电流很小,不足以使继电器动作,故继电器K处于释放状态,电网正常运行。
如果人体触及电网a相或a相电网绝缘损坏发生漏电时,则形成以下直流通路:
G(+)——大地——人体或a相绝缘损坏处——a相电网——K——G
(一)
这时,该回路直流电阻很小,故回路电流将使直流继电器动作,闭合其触点K,有动开关DW因脱扣线圈KV带电动作而切断电源,起到保护作用。
【13】井下保护接地系统:
根据《煤矿安全规程》规定,应在煤矿井下指定的地点敷设主接地极、局部接地极,并用铠装电缆的钢带、铅皮和橡套电缆的接地芯线或屏蔽护套等连接起来,形成一个总接地网,称为保护接地系统。
井下总接地网如图Ⅱ一7—8所示。
1.主接地极
主、副水仓应各埋设一块主接地极,均应采用面积不小于0.75m2、厚度不小于5mm的钢板。
如矿井水含酸性时,应视其腐蚀性情况适当加大其厚度或镀上耐酸金属,或采用其他耐腐蚀钢板。
安装时,应保证接地母线和主接地极连接处不承受较大拉力。
安装方法如图Ⅱ一7—9所示。
2.局部接地极
埋设在巷道水沟内或潮湿地方的局部接地极,可采用面积不小于0.6m2、厚度不小于3ram的钢板。
埋设方法如图Ⅱ一7—10所示。
埋设在其他地点的局部接地极,可采用镀锌铁管。
铁管直径不得小于35ram,长度不小于l.5m,管子上至少要钻20个直径不小于5mm的透孔,并垂直全部埋设入底板,铁管必须垂直埋设于潮湿地方,埋设方法如图Ⅱ一7—11所示。
如果埋设有困难时,也可用两根长度不小于lm,直径不小于22ram的镀锌铁管,每根管子上要钻l0个直径不小于5ram的透孔,两根钢管均垂直于地面,垂直埋深不得小于0.75m,并必须埋设于潮湿的地方。
两管之间相距5m以上。
铁管周围应用砂子、木炭和食盐的混合物填满。
矿井内所有需要接地的设备,均通过其接地用的连接导线直接与接地母线或铠装电缆的钢带、铅皮或橡套电缆的接地芯线相连接。
而接地母线与相连在一起的所有电缆原接地部分又均通过各接地导线同各局部接地极相连接。
最后又都直接汇接到主接地极上,从而构成一个全矿井内完整的,不间断的总接地网。
局部接地极应装设在下列地点:
(1)每个采区变电所(包括移动变电站和移动变压器);
(2)每个装有电气设备的硐室和单独装设的高压配电设备;
(3)每个低压配电点(至少有3台开关);
(4)采煤工作面的运输巷、回风巷以及由变电所单独供电的掘进工作面,至少要分别设置一个局部接地极;
(5)连接动力铠装电缆的每个接线盒以及高压电缆连接装置。
高压配电箱接地方法如图Ⅱ一7—12所示;变压器接地方法如图Ⅱ一7—13所示;电动机接地安装方法如图Ⅱ一7—14所示;几台设备接地安装方法如图Ⅱ一7—15所示;电缆接线盒接地如图Ⅱ一7—16所示。
3.接地母线和辅助接地母线
连接主接地极的接地母线,应采用断面不小于50mm2的裸铜线,或断面不小于lOOmmz的镀锌铁线,或厚度不小于4mm,断面不小于lOOmm2的镀锌扁钢。
采区配电点及其他机电硐室的辅助接地母线,应采用断面不小于25mm2的铜线,或断面不小于50mm2的镀锌铁线,或厚度不小于4mm,断面不小于50mm2的镀锌扁钢。
4.连接导线
接地导线应采用断面不小于25ram2的裸铜线,或断面不小于50mm2的镀锌铁线,或厚度不小于4mm,断面不小于50mm2的镀锌扁钢,额定电压低于或等于127V的电气设备的接地导线,连接导线,可采用断面不小于6mm2的裸铜线。
5.保护接地装置的检查和测定
有值班人员的机电硐室和有专职司机的电气设备的保护接地,每班必须进行一次表面检查。
其他电气设备的保护接地,由维修人员进行每周不少于一次的表面检查。
发现问题,应及时将检查的问题记入记录表内,并向有关领导汇报,迅速进行处理。
每年至少要将主接地极和局部接地极从水仓或水沟中提出,认真检查一次,如发现接触不良或严重锈蚀等问题,应立即处理。
井下接地网的接地电阻的测定,要有专人负责,每季至少一次,并将测定数据记入记录表内。
从任意一个局部接地装置处所测得的总接地网的接地电阻值,不得超过2Ω。
每一移动式和手持式电气设备同接地网之间的保护接地用的电缆芯线(或其他相应接地导线)的电阻值,都不得超过lΩ。
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- 煤矿 井下 供电