矿山电工知识点讲解

第一章矿山供电系统及设备
第一节概述
1)电力系统
1、电力系统：发电厂生产电能、电力线路传输电能、变电所分配电能、耗电负荷消
费电能，这些环节组成的有机整体。

、
2、发电厂分类：
①火力发电厂
②水力发电厂
③风力发电厂
④核电站
⑤太阳能发电厂
3、变电所：汇集电能、变换电压，变压器和配电设备构成。

无变压器的变电所称为
配电所。

分类：
①按用途分：升压或降压变电所、联络变电所、工矿企业变电所、农村变电所、
整流变电所、电车变电所。

②按电力系统中的地位：枢纽变电所、穿越变电所、终端变电所。

③按供电范围：区域变电所（一次变电所）、地区变电所（二次变电所）。

4、电力网：由各种变电所和各种电压等级的电力线路组成，输送、变换、分配电能。

电力网按电压等级分类：
①低电压网---电压1KV以下
②高电压网---电压3 ~ 330KV
③超高电压网---330 ~ 1000KV
④特高压电网---1000KV以上
2)电力系统的额定电压
1、额定电压：能使电力设备正常工作的电压。

此时，电力设备的技术性能和经济效
果最好。

2、额定电压等级
国际划分额定电压等级，使电力设备的生产实现标准化和系列化，有利于电网的
建设和运行。

3、电力设备额定电压的设定
确定电气设备额定电压的一般规律：
A. 发电机：
额定电压V GN=1.05×系统额定电压（V N）
B. 变压器：
受电侧额定电压V TN1
①与发电机相连时，V TN1=V GN
②与线路（系统）相连时，V TN1=V N
输出侧额定电压V TN2
①与35kV及以上线路相连
V TN2=1.1×V N
②与35kV以下线路相连，但变压器的短路电
压百分比VS%>7.5%，或连接长线路时
V TN2=1.1 ×V N
③其他情况V TN2=1.05 ×V N
C. 系统额定电压与设备额定电压
系统V N=用电设备V N
例题：
请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压.
T2
3)电力负荷分级及对供电的要求
2、电力负荷对供电的基本要求
①保证供电的安全可靠
②保证电能的良好质量
③保证供电系统运行的经济性
第二节矿山供电系统
一、供电系统的结线方式
供电系统结线：各种电器设备及其连接线构成的电路，其功能是汇集和分配电能。

结线中的母线，又叫汇流排。

1、系统或网络结构的基本方式：
1）放射式
①单回放射式
②双回路放射式（单电源、双电源）
2）干线式：直接连接式、贯穿连接式
3）环状式
2、矿上各级变电所常用的结线方式：电力系统一次接线。

桥式连接三种形式：依据断路器的相对位置。

①内桥式②外桥式③全桥式
三种形式比较表：
二、供电系统
浅井和深井的主要区别：前者中的井底车场配电所代替后者的井下中央变电所，并由井底车场变电所直接向附近的用电设备供电。

（一）矿山地面变电所
1、位置选择原则：
1)靠近主要负荷和入井电缆井筒，减少金属导线消耗，降低电能损耗。

2)架空线与所址同时确定，一边为各级电压线路进出变电所留出走廊。

3)设在常年主导风向上风侧，避开污染源。

4)具有适宜的地形和地质条件。

5)避开危险区和排废场，与铁路距离>40m。

6)交通方便，有扩展空间。

2、地面变电所的布置：
一般10kV及以下电压等级的配电装置采用户内式成套配电装置；
35kV及以上电压的采用户外架构式配电装置。

对特殊地区或场合应用时35kV~110kV变电所也采用户内式配电装置，污染严重地区。

（二）井下中央变电所
1、位置选择原则：
应尽量靠近负荷中心，并根据通风良好、交通方便、进出线易于敷设、顶底板条件
及保安煤柱的位置等因素，综合加以考虑。

一般设在靠近副井的井底车场范围内
2、硐室要求：
A. 硐室用非燃性材料支护，尺寸取决于硐室内的电气设备的数量、大小及它们之间
的通道，并考虑留有20％的余地。

B. 硐室长度超过6m时，应在两端各设一出口，一个与井底车场大巷相通，并安有
栅栏、防火两用门。

另一个与水泵房相连，彼此间应有装栅栏、防火两用门的隔
墙。

C. 硐室内分成变压器室、配电室两间，以防火门相隔；配电室的高低压设备应分开
布置。

D. 硐室尺寸按设备最大数量及布置方式确定，并满足如下条件：
a.高压配电设备备用位置按设计最大数量的20％考虑，且不少于两台；
b.低压设备的备用回路，按最多馈出线路数的20％考虑；
c.主变压器为两台以上时，不需留备用位置。

3、设备布置：详见书本P21
（三）采区变电所
1）供电方式
传统方式——采区变电所工作面配电点方式
这种供电方式以低压向全采区负荷供电，较安全。

但由于所用电缆、开关较多，
供电系统相对复杂，且电能和电压损失较大。

同时低压电缆长，供电容量受限制。

一般用于炮采和普通机械化采煤
综采矿井常用方式：采区变电所移动变电站工作面配电点方式优点：
（1）与传统方式相比，由高压直接深入工作面，简化了低压供电系统，缩短了低压供电距离，减少了电能损耗，保证了电压质量，可满足正常
运转和启动的需要。

系统简单，电网安全可靠程度增加，同时减少了
电缆截面和低压开关数量。

（2）采用了干式变压器，提高了采区供电的防爆性能，利于安全，便于检修。

（3）移动变电站可根据需要移动或固定，不需建造变电所硐室。

缺点：
（1）6kV高压直接送入采区动作面附近，且低压侧电压为1140V，对安全不利。

（2）采用了移动变电站，需要拓宽巷道，铺设轨道。

同时因地质条件的不同，使移动变电站的安装、运输和维护受到空间的限制。

2）位置确定原则
（1）位于负荷中心，并保证向采区内最远距离、最大容量负荷供电；
（2）一个采区尽量采用一个采区变电所；
（3）尽量设在顶底板稳定，无淋水地点；
（4）通风、运输方便。

3）采区变电所硐室
工作两年以上的采区变电所硐室，视为永久性建筑，应采用不燃性材料支护；工作时间
较短时，可不设硐室，利用上山间或顺槽间联络巷，应用不燃性材料支护。

硐室的面积取决于设备的数量和布置形式，防火门、通风口、设备布置与井下主变电所相同（四）、工作面配电点
详见书P26
第三节高压供电设备
一、高压开关电器
熔断器：当有过电流流过时，元件会由于本身发热而熔断，并借助灭弧介质的作用，使其连接的电路断开，从而保护电力线路和电气设备
采用变截面熔体，使各段熔体的熔化时间错开，达到适当延长熔化时间并限
制过电压的目的。

断路器：切换正常负载电流及短路故障电流，同时承担控制和保护的双重任务。

隔离开关：将高压配电装置的元件与电源隔离的一种开关电器。

二、高压开关柜
1、高压开关柜以高压开关为主，按照一定的接线，针对使用场合、控制对象及主要元
器件的特点，将有关的一、二次设备组合起来，装于封闭式或敞开式金属柜内的一种高压成套配电装置。

主要用于配电系统，作为接受与分配电能或直接启动大型电机用。

组成：母线、高压开关、TA、TV、计量仪表、保护装置、信号及操动机构等。

2、类型：
①普通型：GG（固定型）、GFC(手车式)GBC（带保护型）高压开关柜。

前两种比较。

②矿用一般型：
我国煤矿常用型号：KYGG、GKW、GKFC、GFW型等。

G－开关柜K－矿用型W－室外F－负荷开关C－手车式
③矿用隔爆型：详见书本P34
第四节低压配电开关
一、低压断路器
1、 又称自动空气开关，它集控制和多种保护功能于一体，当电路中发生短路、过
载和失压等故障时，它能自动跳闸切断故障电路。

2、 低压断路器的符号及型号含义
二、负荷开关
1、 符号及型号含义
额定电流
0－无辅助触头 2－有辅助触头 0－无脱扣器 1－热脱扣器式
2－电磁脱扣式 3－复式
设计序号 极数塑壳式断QS
HK □－□/ □
极数
额定电流
设计序号
开启式负荷开关例 HK1-30/2 HK1-60/3 封闭式负荷开关HH
三、组合开关
四、低压熔断器
1、熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。

2、熔断器型号及含义
五、
第五节电力变压器和移动变电站第六节矿用电缆
详见课本。

重点
第二章安全用电及保护
基本知识点：
1、煤矿井下三大保护：①漏电保护②保护接地③过流保护
2、矿用电气设备的要求：
①防爆性能
②体积小、重量轻
③坚固外壳、抗震能力强
④防潮性能好、较高绝缘水平
⑤设备尽量选择耐热性好的铜材作导体，并采用较高的绝缘等级
⑥拖动设备有较大的启动力矩和较强的过负荷能力。

⑦采用各种预防措施和设置必要的保护装置
3、矿井发生瓦斯煤尘爆炸必须同时具备以下两个条件：
①瓦斯煤尘浓度在爆炸浓度范围内；
②存在足够温度的点火源。

4、瓦斯煤尘的爆炸，从接触点火源到发生化学反应引起爆炸要经过一段时间，该时间称为
引爆延迟时间。

5、矿用电气设备分为矿用一般型电气设备（标志KY）和矿用防爆型电气设备（标志Ex）。

6、六种常用防爆类型：
1)增安型EXe I 4）隔爆型EXd I
2)充油型EXo I 5）本质安全型EXib I
3)正压型EXp I 6）特殊型EXs I
7、隔爆外壳利用了间隙防爆原理设计制造，要求隔爆外壳要有耐爆性和隔爆性能。

8、1）耐爆性：也称为爆炸稳定性，即外壳要有足够的机械强度，在外壳内爆炸性混合物
的爆炸压力作用下，外壳不致于被破坏，因而爆炸所产生的火焰不能直接
去点燃壳外的爆炸性混合物。

2）隔爆性：也称不传爆性，即当爆炸性混合物在外壳内爆炸所产生的高温气体与火焰，通过外壳与壳体的结合面向外喷出时，受到足够的冷却，使之不能将壳外
的爆炸性混合物点燃引爆。

隔爆性能主要靠隔爆面长度（L）、间隙厚度（W）和隔爆面光洁度即隔爆三要素保证。

9、在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障条件下，所产生的电火花和热效应，均不
能点燃规定的爆炸性混合物的电路，叫做本质安全电路，所有电路均为本安电路的电气设备叫做本质安全型电气设备。

10、漏电是电网对地发生电能泄漏的电气故障，特征是电网对地的绝缘阻抗降低，泄漏入地电流增大。

触电经常被认为是电网发生漏电故障的一种形式，直接威胁工作人员生命安全。

11、电力系统中，当带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经过该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，即称该带电导体（或供电系统）发生漏电故障。

12、正常情况下电网对地绝缘阻抗很大，流入大地的泄漏电流很小，这时一般不认为是漏电
故障。

当流入大地的电流增大到几十毫安、几安培甚至几十安培时，这时可以判定电网发生了漏电故障。

当入地电流增大到几百安培以上时，这时已经超出了漏电故障，进入过流（短路）故障。

13、是正常的泄漏电流，还是漏电电流的判断一般根据电流的大小、电网的结构、电压等
级、中性点接地方式等各种因素综合考虑，两者之间没有严格的界限。

14、漏电故障定义为：在中性点绝缘的低压供电系统中发生单相接地（包括直接接地和经过
过渡阻抗接地）或两相、三相对地的总绝缘阻抗下降到一定危险值的电气故障为漏电故障，简称漏电。

人身触电属于其中的单相经过过渡电阻接地的漏电故障。

15、漏电可分为集中性漏电和分散性漏电。

集中性漏电又分为长期集中性漏电、间歇性集中漏电和瞬间集中漏电（概念见书）。

从理论分析的角度，漏电可分为单相漏电、两相漏电和三相漏电。

其中前两种为不对称漏电故障，后者为对称性漏电故障。

16、产生漏电的原因：①电缆或电气设备本身的原因
②因施工安装不当引起漏电
③因管理不严引起漏电
④因维修操作不当引起漏电
⑤因意外事故造成漏电
17、漏电的危害：
1）人身触电2）引起沼气、煤尘爆炸3）使电雷管无准备引爆
4）烧损电气设备，引起火灾5）引起短路事故
6）严重影响生产7）造成经济损失
18、触电：人体触及带电导体或因绝缘损坏而带电的电气设备外壳，甚至接近高压带电体而
成为电流通路的现象。

触电对人体的危害分为电击和电伤。

电击是触电后人体成为电路的一部分，电流流经人体引起热化学反应、电解血液并影响人的呼吸、心脏及神经系统，造成人体内部组织的损伤和破坏，导致残废和死亡。

电击也称内伤。

电伤是人体触及高压时，强电弧对人体表面的烧伤，当烧伤面积不大时，一般没有生命危险。

对低压电网，大部分为电击事故。

显然，一般情况，电击对人体的伤害强于电伤。

19、影响触电程度的因素：①触电电流②人体阻抗③接触电压④接触持续时间⑤其他
20、触电过程分为四个阶段：
（1）感知电流男：1.1mA 女：0.7mA
（2）反应电流 1.5～5mA
（3）摆脱电流男：9mA 女：6mA
（4）极限电流30mA 30mA•s
21、影响触电程度最主要的因素是触电电流大小和触电时间的长短。

1）. 安全电流：发生触电时不会致死、致伤的通过人体的最大触电电流。

我国规定为30mA。

2）. 允许安秒值：国际通用规定为：30mA•s
3）. 安全电压：通过安全电流推算出，规定：
在没有高度危险的条件下(干燥洁净)65V，在高度危险的条件下（潮湿）为36V，在特别危险条件下（潮湿酸性），采用12V。

22、井下低压供电系统的基本特点
①采用变压器中性点不接地或高阻接地运行方式。

优点：漏电电流小，比较安全缺点：对漏电保护装置灵敏度要求高。

②以一台动力变压器为一个相对独立的供电单元。

③动力电压等级为380V、660V、1140V、3300V四种。

④低压线路全部由电缆组成。

23、井下低压电网的漏电分析：理论分析的目的：求出发生漏电后各相对地电压、入地电流、
零序电流和中性点的对地电压或零序电压的数学表达式，并讨论其随电网参数、漏电程度的变化规律。

24、漏电保护方式：①附加直流电源检测式漏电保护
②利用三个整流管的漏电保护
③零序电压式漏电保护
④零序电流式漏电保护
⑤零序功率方向式漏电保护
⑥旁路接地式漏电保护
25、漏电保护要求：全面、安全、可靠、灵敏、有选择性
①全面：指保护范围应覆盖整个供电单元，没有动作死区，无论供电单元内何处发生何
种类型的漏电故障（对称或不对称的），都能起到保护跳闸作用。

另一个要求是，无论设备或电网处于什么状态（合闸前、合闸后、合闸过程中），当发生漏电故障应能起相应的保护作用，或切断电源，或闭锁送电开关，禁止对故障设备或线路送电。

②安全：要求满足30mA·s安秒值的规定。

③可靠：一指保护装置本身有较高的可靠性，
二指保护性能要可靠，当本供电单元发生漏电故障时，它一定动作，而本单元
以外的任何故障，它一定不动作。

④灵敏：指保护装置对故障的反应能力，在发生最轻漏电故障时也能可靠动作，即灵敏
度高。

⑤有选择性：是保护系统的一个重要参数，要求在供电单元中只切除故障部分的电源，
而不切除非故障部分的电源。

确保在发生故障时停电的范围尽可能小。

26、电容电流的补偿
当电容电流与电感电流完全相等时，即电容电流被全部补偿时，漏电电流最小。

即
L=1/3ω2C.或X L=X3C
当X L>X3C时漏电电流呈容性即欠补偿状态；
当X L<X3C时漏电电流呈感性即过补偿状态；
当X L=X3C时即（完）全补偿或最佳补偿状态；
27、附加直流电源检测式漏电保护的优点：
（1）保护全面，保护动作无死区。

（2）对整个供电单元具有电容电流补偿，漏电电流和人身触电电流较小。

（3）动作值整定简单，数值固定。

缺点：（1）保护无选择性
（2）电容电流的补偿是静态补偿。

（3）保护装置的动作时间较长。

28、六种漏电保护的特点比较
29、接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比称为接地极的流散电阻；
电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比称为接地装置的接地电阻，= 接地线的电阻+ 接地极的流散电阻。

因为接地线的电阻很小，可略去不计，故一般认为接地电阻等于流散电阻。

30、当接地极有电流流过时，在离接地极20m的圆内，地面上具有不同的电位分布。

当人
的两脚站在这种带有不同电位的地面时，两脚间的电位差叫做跨步电压。

31、井下保护接地系统有主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、接地导线和
连接导线组成。

32、在供电系统中，发生单相短路的可能性最大，但一般三相短路的短路电流值最大。

为了使电气设备在最严重的短路情况下不致损坏，常用三相短路电流来校验电气设备承受短路的能力。

33、两相短路电流数值最小，常用来校验短路保护装置的灵敏度，使保护装置对最轻的短路
故障也有较强的反应能力。

34、三相短路电流暂态过程分析
短路电流暂态过程特点：产生非周期分量电流
产生原因：回路中存在电感。

35、短路电流的最大有效值、短路容量：最不利条件下发生的短路在第一个周期内短路电流
有效值为最大，即短路最大有效值Iim。

常用于校验电气设备的电动力稳定性。

36、短路容量常用来选择和校验电气设备的开断能力（如断路器）。

37、井下低压电网需计算的短路参数只有I s(3)和I s(2)两个。

其中，最大三相短路电流主要用
来校验设备即电缆的分断能力及热稳定性；最小两相短路电流主要用来校验保护装置的灵敏度。