矿山电工学1

1~1 概述
一、基本概念：
1、矿山供电——矿山所需电能的供应和分 配问题。
(任务?为什么要用电能作为主要力？）
2、电力系统——电能由各种形式的发电厂 产生，经过输送、变换和分配，到达分散 的电能用户，这些生产——变换——传 输——分配——消费的环节,组成的一个有 机整体，叫做电力系统(如图1-1所示)。
1~1 概述
三、电∽力∽负荷∽及∽对∽供电∽的∽要∽求：∽ ∽ ∽ ∽
1、电力负荷： 是指设备或线路正常运行时消耗和损耗的功率之和。 2、电力负荷的分级： ⑴ 一级负荷：当中断供电时，将造成人身伤亡者， 或在政治、经济上造成重大损失者，为一级负荷。 ⑵ 二级负荷：当中断供电时，将在政治、经济上造 成较大损失者，为二级负荷。 ⑶ 三级负荷：除一、二级负荷外，均为三级负荷。 3、对电力负荷的供电要求： ⑴ 一级：双电源双回路； ⑵ 二级：双回路或专用线； ⑶ 三级：无要求。
(电网电压的分类P3-4)
6、 一次系统和二次系统：把发电、输电、变电和配电 等环节，称作一次系统；把保护、测量、显示和调度 （控制）等环节，称作二次系统。
7、主要电气设备图符：表1-1 P3
1~1 概述
二、电力系统的额定电压：
1、用电设备额定电压：能使用电设备正常运行并获得 最佳经济效果的电压。
所谓基本路径是指电能从发电机到电动机(用户)所经 过的最少环节和最少设备。
二、供电系统结线方式:
1、供电系统结线：
指由各种电气设备及其联结线根据一定的方法所构 成的供电线路，其功能是汇集和分配电能。
2、母线：
又称汇流排，实质上是电源线路或变压器与多个用 户馈出线的连接处，是电路中的一个节点，起集中和 分配电能作用，是解决一个电源与多个负荷之间供电 矛盾的好办法。
总计算负荷： PcaKp Pca0.95102.41.413.1kW QcaKq Qca0.9717.31.8018.5kvar
Sca Pc2aQc2a 13.12 18.52 22.7k VA
Ic a
Sca 3VN
22.7 34.5A 30.38
1~1 概述
∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ 本节小结：
5、例题：某机修车间380V线路上，有车计3kW；电炉1台2kW。求该车间的计算负荷。
（已知：车床Kd=0.2，cosφ=0.5，tanφ=1.73；通风机Kd=0.8，cosφ=0.8， tanφ=0.75；电炉Kd=0.7，cosφ=1，tanφ=0； K p0 .9， 5 K q0 .9 。7 ） 解：各组计算负荷：
1~1
4、电力负荷的计算(补充)
需用系数法，其公式如下：
概述
P c a k d
PN (k W )
Q ca Pca ta n ( k V a r )
S ca
Pca 2 Q ca 2 ( k V A )
I ca
S ca ( A ) 3V N
式中： Pca、Qca、Sca——该用电设备组的有功、无功，视在功率计算负荷。 ∑PN——该用电设备组的设备总额定容量KW VN ——额定电压V tan——功率因数角的正切值，可查表得（表6-2 ）p263 Ica——该用电设备组的计算负荷电流A（工作电流） Kd——需用系数，由表查得（表6-2 ）p263
车床组
P c a K d P N0.25 01k 0W
Q c a P c a ta n1 0 1.7 31.3 7 kvar
风机组
P c a K d P N0.832.4k W
Q c a P c a ta n2.40.7 51.8kvar
电炉组
P caKd P N0.721.4k W
Q c aP c a ta n1.400kvar
1~2 矿山供电系统
3、供∽电∽系∽统∽的∽基∽本∽结∽线∽方∽式∽：∽如∽图∽1∽-3∽、∽4、5
有：* 放射式三种 * 干线式两种 （树干式）* 环状式(特点和用
途)
4、各级变电所常用结线方式：如图1-6、7、9
有：* 母线式三种 * 桥式三种 * 线路-变压器组式(特点和用途)
三、矿山供电系统图分析：（深井、浅井、平峒三种）
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1~3 高压开关与设备
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1~3 高压开关与设备
本节主要介绍高压开关电器(主要包括)： * 高压熔断器 * 高压隔离开关 * 高压负荷开关 * 高压断路器 * 高压开关柜 * 变压器和互感器
1~3 高压开关与设备
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2、可靠性：应满足电能用户对供电的连续性要 求，不能停电或短时间停电，但要马上恢复供电。
3、优质性：应满足用户对电能质量方面的要求， 电能质量是指电压、频率和谐波含量。
4、经济性：应在技术上、经济上合理，以前三 条为前提，力求系统简单、操作方便、投资少、 运行和维护费用低。
1~2 矿山供电系统
∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ 一、供电的基本路径:
五、井下变电所的电气设备布置:P22 P27
图1--16
图1--17
1~2 矿山供电系统
∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽
本讲小结：
主要介绍以下几点内容（结线、母线、变配电所）： 1、供电系统的结线方式（放、干、环）； 2、变电所常用结线（ 单母 、桥、线路-变压器 组）； 3、典型供电图分析（深、浅、平）； 4、变电所和配电所位置的选择（地面、井下） 5、井下变电所的电气设备布置 作业：P78 4-14
2、电网额定电压的国家标准：具体内容见表1-2和1-3 (P4-5)所示。不难看出，同一电压级供电设备和用电设 备的额定电压值并不相同，原因如下图所示。
1~1 概述
∽ ∽ ∽ ∽ 3、具体规定：见下图 ∽ ∽ ∽ ∽ ∽ ∽ ∽ ∽
1、用电设备（受电设备）与同级电网的额定电压相同； 2、发电机（供电设备）高于同级电网的额定电压5%； 3、电力变压器（有几种）： ⑴ 一次线圈（有两种情况） a、当变压器一次直接与发电机相连时，如图所示，T1，其额定电压与发电机相
同，即高于同级电网额定电压的 5%。 b、当变压器一次与线路相连时，如图所示T2，其额定电压与同级电网的额定电
压相同。 ⑵ 二次线路（也有两种情况） a、当二次与输电线路相连时（一般为高压6KV以上），一要考虑变压器内部损
耗 5%，同时又要考虑线路上损耗5%，所以其电压要比同级电网的额定电 压高10%，如图T1所示。 b、当二次与用电设备相连时（一般为低压），则其电压高出同级电网的额定电 压5%，如图T2所示。例题:P79 30
本节分成五部分来介绍：
* 对供电系统的基本要求 * 供电的基本路径 * 供电系统的结线方式 * 变电所常用结线 * 几种典型供电系统图分析 * 各级变电所的结构与布置
1~1 概述
∽ 对∽供∽电∽系统∽的∽基∽本∽要求∽ ∽ ∽ ∽
1、安全性：在电能的供应、分配和使用中，不 应发生人身事故和设备事故。
是一种当电流超过规定值时（故障电流），使其熔体发热熔 化,从而断开电路的保护电器，并对电路及电路中的设备进行 保护，该元件称为熔断器。按其结构和动作原理分：限流式和 跌落式两种。
（一）限流式熔断器（户内）：
1、结构：
如图1-19所示。主要由熔体（丝）、磁管、石英砂和附件组 成。RN1的熔体上焊有小锡球 ，RN3的熔体采用的是变截面 熔片。
第一章 矿山供电系统与电气设备
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第一节 概 述 第二节 矿山供电系统 第三节 高压开关与设备 第四节 低压配电开关（矿山） 第五节 电力变压器和移动变电站 第六节 矿用电缆 第七节 电缆故障探测
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1~1 概述
本节分成三部分来介绍： * 基本概念 * 电力系统电压 * 电力负荷、分级、计算
1~2 矿山供电系统
∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽
2、井下中央变（配）电所：图1-13 P20 ⑴ 靠近负荷中心； ⑵ 供电电缆便于引入； ⑶ 通风要好（防火）； ⑷ 顶底板条件要好； ⑸ 考虑电机的供电距离（采煤机表
1-6 )P25； (6) 发展余地。
1~2 矿山供电系统
∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ 3、采区变电所：（有两种方式）
即：采区变电所→工作面配电点（如图1-16所示） 。 随着机械化大量出现，供电容量大大增加，通常采用： 采区配电所→移动变电站→工作面配电点供电方式（如 图1-17所示）。
⑴ 位于负荷中心；
⑵ 采区变电所的位置一般不变；
⑶ 设在地质条件好的地点(顶底板、淋水)；
⑷ 通风、运输方便；
⑸ 考虑大容量电机的最大供电距离（采煤机表16 ）。
2、工作原理：
该熔断器同时采用几种灭弧方式（粗分细、长切短、狭沟）， 故是一种灭弧能力很强的熔断器，能在短路电流未达冲击值 （即短路后不到半个周期0.01秒）即能完全熄灭电弧，使线路 和设备不受冲击电流的影响，因此，称为“限流”式熔断器。
1~3 高压开关与设备
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（二）RW4系列跌落式熔断器：
1、结构：
如图1-20所示，由绝缘瓷瓶、上下触头、熔 管、熔丝等组成。
2、工作原理：
该熔断器采用“逐级排放”的新结构，当故 障电流小时，上端封闭形成单端排气；当故障 电流大时，由于产生的气压很大，使上端盖冲 开形成两端排气。但该熔断器的灭弧速度不高， 没有限流作用。
图1--19
1、深井供电系统图：
对于矿层埋藏深（200m以上）、生产能力大的矿井， 多采用图1-10所示的供电系统 。
2、浅井供电系统图：
对于矿层埋藏不深（100-200m），多采用钻孔将电 能送至井下，如图1-11所示。
图1--3
图1--4
图1--5
图1--6
图1--7
图1--9
图1--10
图1--11
一、电弧:（增补内容） （一）什么是电弧？
介质被击穿导电而形成的亮度强、温度高的弧 光，这一弧光称电弧。
（二）电弧的产生与维持：
触头分离→温度↑（热游离）→强电场发射
→↑（运动）碰撞游离→发弧→温度→热游离→ 电弧维持
（三）电弧的熄灭条件：
电弧熄灭的条件是：去游离率＞游离率
1~3 高压开关与设备
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1、基本概念：
名词：矿山供电、电力系统、发电厂、变配电所、 电力网
问答题：电为什么作为主要能源？为何建立大型 电力系统？
2、额定电压：
定义、有关概念、系统电压的确定
3、负荷的分级：
定义、分级、计算、要求
作业：P78-79：1、2、3、30
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1~2 矿山供电系统
∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽
1-2 矿山供电系统
（四）电弧的危害： 1、伤人； 2、损坏设备； 3、延长故障时间。
（五）灭弧方法：(目前常用) 1、速拉灭弧法： 2、冷却灭弧法： 3、吹弧灭弧法： 4、长弧切短灭弧法： 5、粗弧分细灭弧法： 6、狭沟灭弧法： 7、真空灭弧法：8、惰性气体灭弧法等。
(原理和手段)
1~3 高压开关与设备
二~~、~~高~压~~熔~~断~器~~:~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
图
1~2 矿山供电系统
3、平∽ 峒∽ 开∽ 采∽ 的∽ 供∽ 电∽ 系∽ 统∽ ：∽ ∽ ∽ ∽ ∽ ∽ ∽ ∽ 矿层浅（＜100m），往往采用该供电系统，其他 方面同浅井供电。特点：所有的变（配）电所都在地 面，无高压下井。图 四、矿井各级变电所及配电点位置选择 ： 1、矿井地面变电所： ⑴ 靠近负荷中心（电压损失少）； ⑵ 进出线方便（四周有开阔地）； ⑶ 避开污染源； ⑷ 适宜的地质条件（顶底极条件、通风条件、滑坡、 采空区、交通方便）； ⑸ 避开危险区（炸药库、爆破区、多雷区）； (6)应有发展的余地（矿山的发展）。
（为什么建立大型电力系统？）
图1--1
1~1 概述
3、发电厂：是将一次能源转换为电能的工厂。
4、变、配电所：变电所是汇集电能、变换电压、分配电 能的中间环节，它由各种电力变压器和配电设备组成。 不含电力变压器的变电所称为配电所。(作用、区别、分 类)
5、电力网：是指将输电线路，变、配电所和电力用户联 起来的这一整体。是电力系统的重要组成部分，担负着 输送、变换和分配电能的任务。