矿山电工学5资料课件

第四节第四节 低压配电开关低压配电开关 本节主要讲解目前煤矿井下常用的较先进的BKD6301140（660）智能型矿用隔爆型真空馈电开关、DW80系列隔爆自动馈电开关的用途、结构和工作原理。井下使用的低压配电开关包括隔爆自动馈电开关和隔爆手动起动器两大类。前者容量较大，主要用来作低压总开关和分路总开关；后者容量较小，主要用于小负荷线路、照明变压器的控制保护。配电开关当然也可用来控制保护相应容量的鼠笼式电动机。一、一、DW80DW80系列隔爆自动馈电开关系列隔爆自动馈电开关表表1-9 DW801-9 DW80系列低压隔爆型馈电开关技术参数系列低压隔爆型馈电开关技术参数图图1-31 DW8D1-31 DW8D系系列馈电开关列馈电开关a)a)外形图；外形图；b)b)电路图电路图一、用途与结构一、用途与结构1 1、应用场合：有瓦斯煤尘爆炸危险的场所、井下变电所、应用场合：有瓦斯煤尘爆炸危险的场所、井下变电所或配电点。或配电点。2 2、控制对象：作用配电开关，控制保护低压供电网络。、控制对象：作用配电开关，控制保护低压供电网络。3 3、结构、结构4 4、作用：在正常操作时手动分、合闸，当被保护线路发、作用：在正常操作时手动分、合闸，当被保护线路发生短路或漏电时，自动跳闸，起到保护作用。生短路或漏电时，自动跳闸，起到保护作用。还具有过载、短路、过电压、欠电压、漏电和漏电闭锁还具有过载、短路、过电压、欠电压、漏电和漏电闭锁保护；具有断路器故障测试、保护功能自检测、系统自保护；具有断路器故障测试、保护功能自检测、系统自检、网络通讯等功能；具有电源、通讯状态、运行、过检、网络通讯等功能；具有电源、通讯状态、运行、过载预告、故障等指示灯和液晶屏信号指示。载预告、故障等指示灯和液晶屏信号指示。二、二、BKD1型矿用隔爆真空馈电开关型矿用隔爆真空馈电开关二、工作原理 下图1）电源环节：由电源变压器和综合板组成。2）控制环节：（1）合闸：电动、按下1SB（2）分闸：电动、按下2SB分闸、手动脱扣分闸。3）保护环节：（1）保护装置的动作：过载、短路、漏电保护（2）保护装置的信号指示：过电压、欠电压、过载时红色指示灯FLT闪亮；当发生短路、漏电故障FLT常亮。（3）保护装置的实验：按2SB进入测试程序，实验顺序：过载短路过压欠压。4）参数的查看与设置（1）参数的查看：6个参数：电压等级、额定电流、短路倍数、本机地址、波特率、总开关分开关。（2）参数的设置 表5-15）MODBUS网络通信功能 系统进入通信状态时，蓝色通信指示灯亮BKD6301140（660）智能型矿用隔爆型真空馈电开关原理接线图表1-10 馈电开关的系统参数设定图1-33 馈电开关的系统框图三、三、QS81QS81系列隔爆手动开关系列隔爆手动开关第五节第五节 矿用变压器与移动变电站矿用变压器与移动变电站本节主要介绍矿用油浸式动力变压器、矿用隔爆型干式变压器的结构特点、技术参数和使用方法。KBSGZY矿用隔爆型移动变电站的结构、组成、工作原理、保护功能和技术参数等 一、矿用油浸式动力变压器（KS7（图5-7）1、属于矿用一般型电气设备。2、结构 图5-7（参照实物讲解）。3、特点：P120。4、应用：井下无瓦斯、煤尘的中央变电所。5、技术参数：表 5-9。二、矿用隔爆型干式变压器（1）适用环境：用于井下有爆炸危险的场所。（2）应用设备：煤电钻照明和动力两种。A、KSG型矿用隔爆干式电钻照明变压器（图5-8）适用环境：用于井下有爆炸危险的场所。作用：将380V、660V或1140V电压降为127V电压，向信号装置供电。结构：图5-8。技术数据：表5-10。表5-1 馈电开关的系统参数设定B、KSGB型矿用隔爆干式动力变压器适用环境：有爆炸危险的煤矿井下。作用：将6kV电压降为1.2kV或0.693kV，向动力设备供电。有-4%和-8%调压分接抽头。国产KBSGZY矿用隔爆型移动变电站.作用：工作面负荷增大，高压供电可减少线损。结构组成：矿用隔爆动力变压器两端的高、低压隔爆接线腔上，分别安装隔爆型的高、低压开关。BGP41-6型隔爆高压配电装置作为高压侧的控制开关。内部装有隔离开关和真空断路器，并具有短路、过载、漏电、绝缘监视、欠压和过电压保护功能BXB-500/1140型矿用隔爆型低压保护箱，作为低压开关、对负荷侧供电线路和设备进行控制，并具有短路、过载和漏电保护。一、BGP41-6型配电装置的工作原理1、电源与控制系统电压表指示高压电网电压。操作断路器储能手柄、工作指示灯2HL亮，说明断路器合闸。分闸时，可按下手动分闸按钮、电动分闸按钮SBS或闭锁按钮1SB。2、保护系统当过载、短路、漏电、绝缘监视线开路或短路时，高压真空短路器跳闸，相应的故障指示灯亮.3、试验系统：过载、短路、漏电、绝缘监视线开路或短路试验。注意：在做完一个试验后，必须先按压复位按钮ISBR进行复位后，方可做另一个试验。二、BXB-500/1140型隔爆型低压保护装置的工作原理 1、漏电保护漏电保护、漏电自锁、漏电试验。2、短路保护短路跳闸、短路闭锁。3、过载保护 过载跳闸 4、技术参数 表5-11第六节第六节 矿用电缆及其故障检测矿用电缆及其故障检测本节主要讲电缆线路结构、类型、特点、应用和敷设等知识。煤矿井下常用的动力电缆主要有铠装电缆（油浸纸绝缘、聚氯乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘）和橡套电缆等类。铠装电缆主要在井筒和巷道中作井下输电干线向固定设备供电用；橡套电缆主要在采掘工作面供移动机械使用。一、铠装电缆一、铠装电缆在煤矿除原来广泛使用的油浸纸绝缘铅套电力电缆外，因为聚氯乙烯绝缘电力电缆化学性能好，具有耐油、耐酸碱、不延燃等特点，重量轻、弯曲性能好、敷设维护简便，也得到推广。交联聚乙烯绝缘基本上具有聚氯乙烯绝缘的所有优良性能，克服了聚氯乙烯绝缘的耐热性差、热变形大、内应力开裂等方面的缺陷，耐溶剂性能、经受短时过载的性能都有所改善，是最有发展前途的绝缘材料之一。因而交联聚乙烯绝缘电力电缆绝缘性能好、结构简单、外径小、重量轻、不受水平落差的限制，长期允许工作温度较高，载流量大，在煤矿已经得到广泛的应用。1结构 铠装电缆虽有多种型号，但它们的基本结构却都类似。现以油浸纸绝缘铠装电缆为例说明，其结构如图145所示。在图145中，1为铜或铝绞线制成的主芯线，三根截面相同的芯线用来输送三相电能。2为浸油绝缘纸构成的相间绝缘层，其层厚随额定电压的升高而加大。3为黄麻填料，它既可保证电缆成缆后为圆形，又可存贮绝缘油。4是统包纸绝缘层，为了增加相线对地的绝缘。5是铅包层，可防止潮气进入纸绝缘层而降低绝缘水平，同时与铠装一起作为接地线。6是纸衬垫，用来保护铅或铝包层不受空气和水的腐蚀。7是用沥青浸过的黄麻护层，作用是避免铠装和铅或铝包之间互相摩擦而使铅或铝包损坏。8是钢丝或带构成的铠装，其作用是承受机械力不致使电缆碰伤。铠装外部通常缠有浸过焦油的黄麻层，借以保护铠装不受侵蚀，由于这一层为易燃物，故在井下硐室或木支架的井巷中敷设此类电缆时，必须将该层剥除，涂上防腐漆。由于裸钢带(或钢丝)铠装电缆的防腐性差，故近年来生产出了内铠装电缆，即在上述铠装外再加一层聚氯乙烯护层，这样既能解决防火问题，又解决了防锈蚀问题，同时在安装和搬迁时还可避免沥青污染问题。2型号及使用场所 常用矿井铠装电缆的型号及其使用场所列于表120中。表12中的型号代表着电缆的结构特征，例如，ZQ223956250，说明该种电缆是三芯的粘性油浸纸绝缘铜芯铅套钢带铠装聚氯乙烯套电缆，其截面为95mm2，工作电压为6kV，长度为250m.二、二、矿用橡套软电缆矿用橡套软电缆1分类及主要用途矿用橡套软电缆（简称矿用橡套电缆）既是井下固定设备、运输设备、采掘设备的供电电缆，又是从采区变电所向采掘工作面配电用的动力电缆；同时还有供井下移动变电站用的高压（610kV）监视型屏蔽橡套电缆和地面大型采掘机用的高压（610kV）橡套电缆。表121为矿用橡套电缆的型号及使用场所。型号含义：U矿用电缆；Y移动；P非金属屏蔽；C采煤机用；G高压（610kV）；F不延燃橡皮护套；J监视型；R绕包加强；B编织加强；PT金属屏蔽；Z电钻专用；/相电压（kV）/线电压（kV）。3）6kV屏蔽监视型矿用橡套电缆UYPJ3.6/6型6kV屏蔽监视型矿用橡套电缆主要用于井下6kV移动变电站及类似设备的电源线。电缆结构如图150所示。图中：导体屏蔽采用半导电挤包层或半导电挤包层半导电带包层组合，厚度为0.7mm；绝缘屏蔽采用半导电带包层金属/纤维编织层，计算厚度为1.7mm。电缆规格如表126所示 三、矿用电缆的敷设三、矿用电缆的敷设 煤矿井下电缆的用量是很大的，据统计，在一个年产百万吨的矿井供电系统中，所敷设电缆的总长度就可达几十至几百千米，而在一个综合机械化采煤工作面中，电缆的用量亦可达56km。在井下恶劣环境下，使用如此多的电缆，如不严格执行煤矿安全规程中的有关规定，势必会因其非防爆性和受机械力破坏引起事故。事实上，统计表明，在井下总的电气事故中，由电缆故障引起的要占50以上，而在总电气引爆事故中，电缆故障也要占40。因此，为提高矿井电气安全水平，除在设计中尽可能采取必要措施(例如，尽量使用屏蔽电缆)外，还须遵循电缆的敷设、连接规则，并加强管理。1对电缆敷设地点的限制 由于进风井在发生电缆放炮或火灾时，将危及全矿井的安全，故规定在采用机械提升的进风井的倾斜井巷(不包括输送机上、下山)和使用木支架的立井井筒中，不应敷设电缆。但是，在个别情况下，例如对小型井口或巷道小的情况，也可征得主管部门允许后，采取必要的保护措施避开这一限制。在溜放煤矸、材料的溜道中，由于电缆易受损伤，规定不应敷设。2对铠装电缆悬挂与连接的要求 （1）在水平巷道或倾角小于30的井巷中，应用吊钩悬挂电缆；在立井井筒或倾角大于等于30的井巷中，电缆应当用卡子、卡箍或其它夹持装置敷设，且所用夹持装置应保证能承受电缆重量并不致损坏电缆。水平巷道或倾斜井巷中悬挂的电缆，应有适当的弛度，并在承受意外重力时能够自由坠落。电缆的悬挂高度要适宜，使得在矿车掉道时不会将其撞击。在水平或倾斜巷道中；电缆悬挂点的间距不应超过3m；而在立井井筒中，该间距不应超过6m。沿钻孔敷设电缆时，钻孔必须加装套管，电缆必须绑在钢丝绳上。（2）不应将电缆悬挂在风管或水管上，也不得使其遭受淋水或滴水，并严禁在其上悬挂任何物件。当电缆是同压风或供水钢筒在巷道同一侧敷设时，必须使其处于这些管子上方，并与它们保持在0.3m以上的间距。原则上应将电缆同橡皮管之类易燃物分挂在巷道两侧，若非在一侧不可时，则应使它们相互间保持0.3m以上的距离。（3）井筒和巷道内的电话和信号电缆，应同电力电缆分挂井巷的两侧；若做不到时，则在井筒内应将其敷设在距电力电缆o.3m以外处；在巷道内应敷设在电力电缆上方且保持0.1m以上的距离。当高、低压电力电缆敷设在巷道的同一侧时，它们应有0.1m以上间距。为便于摘挂，两高压电缆和两低压电缆的间距均不得小于50mm。（4）沿井下巷道内的电缆，在每隔一定距离(一般不大于lOOm)处，在拐弯或分支点上，以及在联接不同直径电缆的接线盒两端，都应在吊钩或夹持装置上悬挂标志牌，并在牌上注明号码、用途、电压等，以便识别。（5）为便于检修和维护，立井井筒中所敷设的电缆原则上不应有接头，但如因井筒太深确需有接头时，则应将其安排在中间的水平巷道内。如在运行中因故(如电缆放炮)需增设接头时，可在井筒中设置接线盒，该盒应妥善置于托架上，不使接头承力。在连接两条铠装电缆时，应使用电缆接线盒，且在分叉处应使用三通接线盒。当将电缆与电气设备相连时，应使用终端接线盒，且该盒必须同所连电气设备的类型相符(如矿用各种防爆型、矿用一般型)。必须使用齿形压线板(卡爪)或线鼻进行电缆芯线和电气设备的连接。（6）敷设在硐室内和木支架井巷中的电缆，必须将其黄麻外皮剥除，并应定期在其铠装层上加涂防锈漆。穿墙的电缆部分应用套管保护，并严密封堵套管口。3橡套电缆的悬挂与连接 （1）尽管移动式机械(如采煤机组、耙斗机、电钻等)已使用了专用的不燃性电缆，并且千伏级的已使用了屏蔽电缆，但仍要对这些电缆妥加保护，尽量不使它们受撞击，炮崩和工具的损伤。（2）工作面上可用木楔子悬挂电缆。在开采厚度小于1m的煤层时，允许沿工作面底板敷设电缆。（3）橡套电缆的修补(包括绝缘、护套已损坏的橡套电缆的修引)，必须使用硫化热补或与其有同等效应的冷补，补后的电缆必须经浸水、耐压实验后，方可使用。（4）由于屏蔽电缆的屏蔽层是与其接地芯线相通的，故在将这种电缆与开关或电气设备相连时，必须将其橡套层外的屏蔽层全部剥光，以免造成屏蔽层、直接与导电部分接触，致使检漏继电器动作而无法送电。对绝缘层表面粘附的屏蔽层的粉末，也必须处理干净，否则同样会因检漏断电器动作而不能送电。屏蔽电缆接头的热补，可依与矿用橡套电缆接头热补的相同细则进行，但在施行前必须先将屏蔽层剥除干净。从经济、技术合理的角度看，对半固定的、不易损坏的干线，可只采用普通橡套电缆；而对经常移动的电气设备，则可将普通橡套电缆与屏蔽电缆混合使用。（1）0.661.14 kV采煤机用橡套电缆其结构见图147，主要规格如表123。（2）1.14 kV采煤机用屏蔽监视加强型橡套电缆其结构见图148，主要规格如表124。（3）1.14 kV采煤机用金属屏蔽橡套电缆其结构见图149，主要规格如表125。第七节第七节 电缆故障探测电缆故障探测由于煤矿井下工作环境特殊（空气潮湿、工作空间小、有冒顶片邦危险等），致使井下的电缆事故远远多于井上；井下电缆故障将造成一个采区、一个水平甚至全井下停电；一处电缆放爆，有时还会导致同一电网内的绝缘薄弱的电缆、开关、变压器的故障，危及人和设备安全，影响生产的正常进行。一、电缆故障的种类及其产生原因一、电缆故障的种类及其产生原因1电缆故障的种类 1）漏电电缆芯线相间、相对地绝缘水平下降，导致漏电。2）接地a）完全接地电缆某相线芯对地绝缘电阻降至零；b）低阻接地指一相或多相对地绝缘电阻降到500K及以下；c）高阻接地指一相或多相对地绝缘电阻降到500K甚至到1M及以上。3）短路包括完全短路、低电阻或高电阻短路，两相、三相接地短路。4）断线包括一相或多相线芯断开和一相线芯不完全断开（似断非断）。5）闪络性故障当电压达到某一定值时，线芯间或线芯对地发生闪络性击穿，电压降低时击穿停止。在某些情况下，即使再次提高电压值，击穿亦不会出现；经过若干时间后，击穿又会发生，形成自封闭性故障点。2电缆故障的原因1）机械损伤煤矿井下顶板的破碎岩石掉落、采掘机械挤压、放炮时煤岩崩落等均可能造成电缆的损伤。2）绝缘老化电缆过负荷运行、被煤压埋（散热不良）等使电缆线芯发热，加速电缆绝缘的老化。3）施工不当（1）电缆头（盒）制作不规范（材料不合格、施工工艺质量低劣等），以致在运行一段时间后绝缘恶化；（2）电缆敷设高差不符合生产厂家规定，造成绝缘油漏泄使绝缘下降；（3）铠装电缆弯曲半径过小，使铅包层产生裂纹，潮气入侵，使绝缘降低；（4）过电压井下主要是短路故障产生的过电压和操作过电压使绝缘薄弱的电缆击穿。二、电缆故障的性质与诊断二、电缆故障的性质与诊断1故障的性质电缆故障的性质可分为开路、低阻、高阻、闪络等四类，如表127所示。2故障性质的诊断 所谓诊断电缆故障的性质，是指确定故障点电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线、还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。可以根据故障发生时出现的现象，初步判断故障的性质。例如：运行中的电缆发生故障时，若只是给出了单相接地故障信号，则有可能是单相接地接地故障；过电流保护动作使线路跳闸，则可能是发生了两相、三相或接地短路；短路或接地短路，强大的短路电流有可能烧断电缆线芯，形成断线故障。上述判断是大致的，还必须通过测量绝缘电阻、进行“导通”试验。测量绝缘电阻时，使用摇表（1kV以下的电缆用1000V摇表，1kV以上的电缆用2500V摇表）来测量电缆线芯之间和线芯对地的绝缘电阻；进行“导通”试验时，将电缆的末端三相短接，用万用表在电缆的首端测量芯线之间的电阻。例如：某故障电缆的测量结果如表128所示。根据表128所列绝缘电阻的测量结果，可以分析出此故障是两相接地；根据“导通”试验结果，可以确定三相电缆未发生断线。此故障点的状态如图151所示。三、电缆故障探测方法三、电缆故障探测方法1电桥法图152为这种方法的原理接线图。调节R2使电桥平衡，则测量点到故障点的距离，m；比例系数，调节电桥平衡后，从电桥面板上直接读出；单位电缆长的电阻，/m；被测电缆长度，m。这种方法的优点是：简单、方便；缺点是：测量精度很低，不适于电缆的高阻、闪络性故障，需知道电缆的准确长度，不能检测电缆的短路和断线故障。2低压脉冲反射法（雷达法）向被测电缆芯线发射一低电压脉冲（属分布参数电路中的行波），它以波速沿芯线前进，到达故障点后反射回来；观察测量脉冲与反射脉冲的时间差来测量故障点的距离，即。这种测量方法的优点是：简单、直观，不需要知道电缆的准确长度和电缆芯线的截面、材料等，还可以从反射脉冲识别电缆接头与分支点的位置；缺点是：不能检测高阻与闪络故障。3脉冲电压法（闪测法）使电缆故障点在直流高压或脉冲高压作用下击穿，通过观察放电脉冲（行波）在测量点与故障点之间往返一次的时间来测距。这种方法的优点是：不必将电缆高阻与闪络性故障的故障点烧穿，直接利用故障点击穿产生的瞬态脉冲电压信号测距；测量速度快，测量过程简化，是电缆故障测距技术的重大进步。脉冲电压法的缺点是：安全性差（仪器与高电压测量回路有电耦合），接线较复杂，放电脉冲的波形不尖锐，难于理解。4脉冲电流法 它是将故障点放电电流脉冲（行波）通过线性电流耦合器变换到测距仪，进行测距。这种方法的优点是：测距仪与与高电压回路是磁的耦合，实现了电的隔离，安全、可靠；经线性电流耦合器变换的脉冲电流波形亦比较容易理解；接线比较简单。目前国内外普遍采用行波法原理测量故障点的距离。用低压脉冲反射法测量电缆断线和低阻故障，用脉冲电流法测量电缆的高阻或闪络故障。1概述 KL-901矿用电缆故障测距仪是矿用一般型仪表。它采用了超高速数据采集和十六位微型计算机等先进的微电子技术，具有操作简单、测量速度快、精度高、抗干扰能力强等特点。仪器可用低压脉冲和脉冲电流两种方式进行工作。适用于无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所和低瓦斯矿井井底车场、总进风巷或主要进风巷。仪器的技术指标如下：1）防爆类型及标志 防爆类型：矿用一般型；防爆标志：KY 2）最大测量范围 10km 3）测量精度 测量范围小于1000m时，不大于+1m；测量范围大于1000m时，不大于0.5 4）测试盲区 不大于10m 5）功耗 3.5w 6）使用环境温度 -10+40 7）体积 330mm305mm152mm 8）重量 3kg四、四、KL901矿用电缆故障测距仪矿用电缆故障测距仪 2控制开关与旋钮所有的控制开关与旋钮均在图153所示的面板图上示出。下面分别介绍：3低压脉冲工作方式 低压脉冲方式可用于电缆的低阻与断线故障测距，测量电缆的长度以及波速度的整定等。1）基本工作原理 如图154所示，根据行波理论，在被测电缆芯线上送入一脉冲电压，当发射脉冲（行波）在电缆芯线中前进时遇到故障点(绝缘不均匀点)，由于故障点阻抗不匹配，故产生向测量点反射脉冲，仪器记录下来发射脉冲与反射脉冲及二者的时间差，则可求出故障点的距离为：式中为脉冲在电缆芯线中的传播速度。根据反射脉冲的极性可以判断故障的性质，断线或接触不良引起的反射脉冲为正脉冲(图155a)；低阻或短路故障引起的反射脉冲为负脉冲(图155b)。2）测试方法接线如图156所示。按开/关键接通仪器电源，屏幕显示“欢迎使用科汇仪器”字样，然后进入低压脉冲方式，同时向被测电缆芯线发射一个脉冲，并显示出测量波形，屏幕左上角显示“低压脉冲”，下沿显示“范围213m 比例1:1，并在右上角显示可移动光标的位置“106m”。在环境较暗的情况下，可按动背光键，点亮背光，以便在屏幕上获得清晰的显示图形。不断地按动当前键，同时调整增益，直到屏幕上显示出满意的波形。图157中屏幕的约45处看到一明显的负的反射脉冲，说明被测电缆芯线中某点有低阻故障，用光标键移动光标到反射脉冲的起点，可测定故障点的距离，并在屏幕的右上角显示出来(100m)。将KL-901与一存在开路故障的电缆芯线相接，可以看到如图158所示的正反射脉冲。3）利用波形比较测距在测距范围与增益不变的情况下，通过比较电缆的故障芯线与健全芯线的反射脉冲波形，可以较容易、较准确的测定电缆的故障距离。操作人员首先把仪器与电缆的健全芯线连接，屏幕显示出健全芯线测试波形，按记忆键两次(第一次屏幕显示“记忆?”，第二次显示“OK!”)，健全芯线测试波形(图159)即存储到仪器中 再将仪器与电缆的故障芯线相接，屏幕显示出故障电缆芯线测试波形；按比较键，屏幕同时显示当前(故障芯线)波形与过去(健全芯线)波形，按光标键，将虚光标移动到两波形开始有差异处，显示的距离即为故障点的距离(480m)，如图160所示。4）测量波速度 当已知电缆长度时，可测量出相应电缆的波速度。将仪器与一完好电缆芯线相接，得到相应的末端开路反射波形，用记忆键将此波形记忆下来；然后将末端短路起来，按当前键，得到末端短路反射波形；按比较键，当前、过去波形在屏幕上显示出来(图161)