煤矿安全供电系统基本知识
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51
三相vs单相
380V工业供电系统
– 每根火线和零线之间的电压为220V，每两根火线 之间的电压是380V
– 三相供电 – 也可以另接地线
220v民用系统
– 单相供电 – 火线和零线之间的电压为220V – 有的家电还有一根“地线”
52
单相电机 VS 三相电机
制造三相发电机、变压器都较制造单相发电机、变压 器省材料，而且构造简单、性能优良。
1、干线式供电
12
工作面供电方式
2、辐射式供电（专线式、放射式）
13
干线式 VS 辐射式
干线式更经济 辐射式更可靠
14
工作面供电方式
混合式
负载
电源 负载
电源
负载
负载 负载
负载
15
工作面供电方式
4.移动变电站
16
额定电压
《煤矿安全规程》第四百四十八条 井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，
护 – 共杆部分任一条回路能负担整个矿井全部负荷
23
矿井供电的一般规定
电气设备的相关规定
– 同时存在多种电压时，低压设备一定要标明额定电压。 – 井下必须备有配电图并标明：
地点 设备型号 线路保护的技术指标 线路电缆的型号 地线的位置 风流方向
– 技术改造后要经批准后才能使用
24
矿井供电的一般规定
二级负荷（二类负荷）
– 定义：凡因突然停电造成大量减产或大量废品的负荷。 – 举例：井下采、掘工作面、机电运输、地面生产系统等。 – 供电要求：两个回路电源供电或专线。
三级负荷（三类负荷）
– 定义：指除一、二类负荷以外的其它负荷。 – 举例：地面附属车间及矿山机修厂等。 – 供电要求：单回路供电、多负荷共用一条输电线路。
煤矿安全供电系统基本知识
——西安科技大学
1
地面变电所
矿井供电系统组成
地面变电所 井井下下中中央央变变电电所所 采区变电所 工作面配电点
采区变电所
工作面配电点
2
矿井供电系统
地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 工作面配电点 移动变电站
3
4
5
6
7
现代矿井供电-信息化
8
9
地面供电系统
双电源供电
电源较近时，采用平行 回路供电
电源较远时，采用环形 电源
供电
电源
电源
– 任一电源失效，仍有电源 电源 能给整个网络供电
10
井下供电系统
母线:指用高导电率的铜、铝质材料制成的， 用以传输电能，具有汇集和分配电力的产品。 电站或变电站输送电能用的总导线。
11
工作面供电方式
解： ①.当电缆长 < 1km时 C = 0μf
Ima =
Vl / 3 R ma r / 3
=
380660/ 3
100035103/3
40
= 17.3mA（30mA）< 30mA ∴安全
中性点不接地系统
②.当电缆线路 > 1km时C = 0.5μf
V相
I ma =
Rma
1
r(r 6Rma)
9Rm2a (12C2r2
无悔无愧于昨天，丰硕殷实 的今天，充满希望的明天。
55
合闸的相关要求
– 严禁装自动重合闸 – 手动合闸之前必须先通知井下 – 安装检漏装置时，可使用1次自动复电系统 – 通风机故障时严禁在停风区或瓦斯超限巷道处理事Fra bibliotek故。25
矿井供电的一般规定
避雷装置
– 地面引入矿井的电线必须避雷 – 入井的轨道必须接地 – 通信设备入井处装熔断器，和避雷装置。
26
39
•
V相
Rma
1
r(r 6Rma )
9Rm2a (12C2r
2
)
中性点不接地系统
• 设电网电缆每相(橡胶)对地电阻r = 35kΩ；供电 系当统 电采 缆用 长3L<801Vk（m时66，0V电）缆电对压地时电（容线C电=0压μfV；l ）当电； 缆长L > 1km，电缆对地电容C=0.5μf，求流过人 身触电电流Ima=？
用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大 50%；
在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线， 可节省有色金属25%。
而且电能损耗较单相输电时少。单相交流电可以从三 相交流电中获得。
53
辽宁胜利煤矿3.16火灾事故
1.
2.
3.
4. 5.
6. 7. 8. 9.
54
14时47分，变电所发现A相接地。断开10号线路后， A相故障 消失。并派遣工程师前往井下10号线路检修。 10号线路停电期间，地面某技术人员擅自闭合10号与12号之 间的联络开关，并利用12号线为整个井下供电。 15时30分，检修工程师再次发现A相接地，并排除10号线路的 故障可能。通知调度室向10号线路送电。 16点58分，水泵二号电容器起火爆炸。 起火后，两名当班工人，出于惊慌擅离岗位。任火势发展。泵 房邻近入风巷口，火势发展迅速 十几分钟后火势蔓延至距水泵房48m处的火药库。 同时，火势沿入风向，蔓延至采区入风口。 致使两采区浓烟弥漫。 井下大量人员一氧化碳中毒，死亡110人，伤31人。若引爆火 药库后果将可能炸毁整个中央地区。
22
矿井供电的一般规定 事先限定用户的用电量（功率）。当用户用电
量（功率）超过限定值时，负荷定量器将切断 供电线路。
负荷相关的规定
– 严禁安装负荷定量器 – 分接负荷必须经过批准
共杆架设
– 多回路时，才允许部分线路共杆架设 – 线路不能通过塌陷区 – 共杆部分，一回路运行时，其它回路必须能正常维
缺少备用回
缺 路，供电可
48 点 靠性差
线路多
供电可靠性比放射式低
中央变电所
中央变电所的高压负荷一 般都是一、二类负荷。
– 使用高压配电箱 – 采用分段母线，高压配电
箱作为联络开关 – 主排水要均匀分布在两条
母线上 – 其他设备也尽可能分布在
两条母线上
49
小结
双回路
– 每条回路要能独立供电 – 快速恢复
应符合下列要求： (一)高压，不超过10000V。 (二)低压，不超过1140V。 (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。
17
矿用电气设备
18
额定电压，标准电压，平均电压
I ma =
42
3cV相 1 9Rm2a 2c2
=93.3mA （162mA） > 88.7mA（154mA）-更不安全
中性点不接地系统
结论：
– 若单纯增大绝缘电阻: 1.当电缆长度 < 1km时：绝缘电阻增加r↑→ 则Ima↓； 2.当电缆长度 > 1km时：当绝缘电阻(r↑)增加到一定
程度时，Ima相反会增加； 3.当r → ∞时，Ima仅与电容C、Rma有关，而与r无关
件附近出现对地雷击时，在输电线路上或建筑物金属 部件感应的雷电过电压。
28
避雷针
29
30
31
32
33
矿井供电的一般规定
煤电钻：煤层中回采及掘进 时钻炮眼用的矿用隔爆型电 动工具。
煤电钻必须有检漏，漏电闭 锁，过负荷保护等功能。
每班使用前要进行1次跳闸 实验
34
矿井供电的一般规定
严禁中性节点接地 机器外露转动和传动
相 电 压:U相3803V220V 平 均 电 压 :U 平 均 1 . 0 5 U 标 1 . 0 5 3 8 0 V = 4 0 0 V
21
矿井供电的一般规定
电气设备分为运行、备用、检修三
种状矿态井。将应设该备有由两一回种路状态转变为
另一种–– 两要的状电保操态源证作的互至叫过为少倒程备有闸叫用一操倒，个作闸并电。，采源所用可进带以行电负热载备整用个网络的负载。 – 一旦停车，要进行倒闸操作进入检修状态迅速查明 原因 – 故障时，应能快速更换电源 – 两个电源应来自不同区域的变电所和发电站 – 小矿井可采用单电源，但备用电源必须能供给最重 要的负载
19
额定电压，标准电压，平均电压
标准电压、平均电压都是针对系统而言。 三相三线制时，标准电压在指的是线电压 而额定电压是针对电气设备而言。
20
额定电压，标准电压，平均电压
若某矿山供电系统的标准电压U标为380V，那 么此三相交流系统的线电压和相电压分别为多 少？电力系统的平均电压是多少？ 线 电 压 :U 线 U 标 380V
负荷分类的目的：确保一级负荷供电不间 断，保证二级负荷用电，考虑三级负荷供电。
46
负荷分类
一级负荷（一类负荷）
– 定义：凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重大设备损坏、 造成重大经济 损失或在政治上产生不良影响的负荷。
– 举例：主排水泵、立井提人的提升机、通风机、瓦斯泵、压风机等。 – 供电要求：两个独立电源供电。
《煤矿安全规程》第四百四十三条
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。
37
中性点不接地系统
运用戴维南定 律
38
中性点不接地系统
经过人的触电电流
•
I= MN
•
V相
R0 Rma
•
V相
=
Rma
1/ 1/
j3C j3C
•r r
/ /
3 3
Ima =
部分必须加防护罩和 护栏。
35
井下变压器
中性节点接地的危害
– 增大了人体的触电电流 – 单相接地时会形成单相短路
I U xa 220 22 ( A)
36 Rz 10
I U xa 220 0.22 ( A) 220 (mA) Rr 1000
中性点不接地系统
输电线和大地相当 于两块极板，构成 一个分布电容
雷电现象
1．直击雷 雷云——雷电先导 ——迎雷
先导 ——主放电阶段 ——余辉放
电 主放电电流很大，高达几
百千安，但持续时间极短， 一般只有 50～100μs。 余辉放电阶段电流较小， 约几百安，持续时间约为 0.03～0.15s。
27
雷电现象
2．感应雷过电压 所谓感应雷过电压，是指当架空线或建筑物金属部
额定电压：就是电器长时间工作时所适用的最 佳电压。通俗的讲，电器正常工作（如灯泡正 常发光，电机正常运转等）时两端的电压值。
标准电压：通常指的是开路输出电压，也就是 不接任何负载，没有电流输出的电压值。因此 也可以认为这是该电源的输出电压上限。
平均电压：平均电压是一个为方便计算而规定 的参数，为标准电压的1.05倍。
共杆架设
– 架设位置 – 检修要方便
设备
– 不得随意添加负载 – 表明参数 – 高压严禁自动重合，低压可以 – 防雷电 – 煤电钻需要综合保护 – 需加防护
50
小结
中性点不能接地 中性点不接系统
– 分布电容可忽略
绝缘电阻越大越安全
– 分布电容不可忽略
增大绝缘电阻不能保证安全
母线
– 设备尽量均匀分布在两条母线上 – 负荷的分类 – 要确保一、二类负荷的供电
)
= 88.7mA（154mA）> 30mA ∴不安全
= 2Лf =2*3.14*50 = 314
41
中性点不接地系统
③ 能否增大r，降低Ima
a) .电网长度<1km 时， 可不考虑电容影响C=0
V相
Ima = R m a r / 3
=
Vl / 3 Rma r / 3
r↑→Ima↓ 可行
b) . 电网长度>1km时，C不可忽略
47
负荷与接线方式
放射式
干线式
分 单回路 单电源 双电源 单回路单电源 双电源
类
双回路 双回路
双回路 双回路
适 三级负荷或 二级负荷 一级负荷 三级负荷 三级负荷 二级负荷 用 二级小负荷
于
系统简单， 供电可靠 供电可靠
优 运行维护方 性有所提 性高
回路少、造价低经济简单
点
便，用户线 高 路互不干扰
43
矿井供电的一般规定
双回路供电时：
– 必须经过两台高压开关后 才能与母线相连。
– 高压开关应使用隔离开关
44
矿井供电的一般规定
第一类负荷必须分别按台数均匀的分别接在2段 母线上
井底车厂必须分别按台数均匀的分别接在2段母 线上
45
电力负荷
电力负荷是决定电力系统规划、没计、运行以 及发电、送电、变电布局的重要依据。根据对 供电可靠性（重要性）要求的不同，电力负荷 可分成以下1、2、3级(类)负荷。
三相vs单相
380V工业供电系统
– 每根火线和零线之间的电压为220V，每两根火线 之间的电压是380V
– 三相供电 – 也可以另接地线
220v民用系统
– 单相供电 – 火线和零线之间的电压为220V – 有的家电还有一根“地线”
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单相电机 VS 三相电机
制造三相发电机、变压器都较制造单相发电机、变压 器省材料，而且构造简单、性能优良。
1、干线式供电
12
工作面供电方式
2、辐射式供电（专线式、放射式）
13
干线式 VS 辐射式
干线式更经济 辐射式更可靠
14
工作面供电方式
混合式
负载
电源 负载
电源
负载
负载 负载
负载
15
工作面供电方式
4.移动变电站
16
额定电压
《煤矿安全规程》第四百四十八条 井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，
护 – 共杆部分任一条回路能负担整个矿井全部负荷
23
矿井供电的一般规定
电气设备的相关规定
– 同时存在多种电压时，低压设备一定要标明额定电压。 – 井下必须备有配电图并标明：
地点 设备型号 线路保护的技术指标 线路电缆的型号 地线的位置 风流方向
– 技术改造后要经批准后才能使用
24
矿井供电的一般规定
二级负荷（二类负荷）
– 定义：凡因突然停电造成大量减产或大量废品的负荷。 – 举例：井下采、掘工作面、机电运输、地面生产系统等。 – 供电要求：两个回路电源供电或专线。
三级负荷（三类负荷）
– 定义：指除一、二类负荷以外的其它负荷。 – 举例：地面附属车间及矿山机修厂等。 – 供电要求：单回路供电、多负荷共用一条输电线路。
煤矿安全供电系统基本知识
——西安科技大学
1
地面变电所
矿井供电系统组成
地面变电所 井井下下中中央央变变电电所所 采区变电所 工作面配电点
采区变电所
工作面配电点
2
矿井供电系统
地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 工作面配电点 移动变电站
3
4
5
6
7
现代矿井供电-信息化
8
9
地面供电系统
双电源供电
电源较近时，采用平行 回路供电
电源较远时，采用环形 电源
供电
电源
电源
– 任一电源失效，仍有电源 电源 能给整个网络供电
10
井下供电系统
母线:指用高导电率的铜、铝质材料制成的， 用以传输电能，具有汇集和分配电力的产品。 电站或变电站输送电能用的总导线。
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工作面供电方式
解： ①.当电缆长 < 1km时 C = 0μf
Ima =
Vl / 3 R ma r / 3
=
380660/ 3
100035103/3
40
= 17.3mA（30mA）< 30mA ∴安全
中性点不接地系统
②.当电缆线路 > 1km时C = 0.5μf
V相
I ma =
Rma
1
r(r 6Rma)
9Rm2a (12C2r2
无悔无愧于昨天，丰硕殷实 的今天，充满希望的明天。
55
合闸的相关要求
– 严禁装自动重合闸 – 手动合闸之前必须先通知井下 – 安装检漏装置时，可使用1次自动复电系统 – 通风机故障时严禁在停风区或瓦斯超限巷道处理事Fra bibliotek故。25
矿井供电的一般规定
避雷装置
– 地面引入矿井的电线必须避雷 – 入井的轨道必须接地 – 通信设备入井处装熔断器，和避雷装置。
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•
V相
Rma
1
r(r 6Rma )
9Rm2a (12C2r
2
)
中性点不接地系统
• 设电网电缆每相(橡胶)对地电阻r = 35kΩ；供电 系当统 电采 缆用 长3L<801Vk（m时66，0V电）缆电对压地时电（容线C电=0压μfV；l ）当电； 缆长L > 1km，电缆对地电容C=0.5μf，求流过人 身触电电流Ima=？
用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大 50%；
在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线， 可节省有色金属25%。
而且电能损耗较单相输电时少。单相交流电可以从三 相交流电中获得。
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辽宁胜利煤矿3.16火灾事故
1.
2.
3.
4. 5.
6. 7. 8. 9.
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14时47分，变电所发现A相接地。断开10号线路后， A相故障 消失。并派遣工程师前往井下10号线路检修。 10号线路停电期间，地面某技术人员擅自闭合10号与12号之 间的联络开关，并利用12号线为整个井下供电。 15时30分，检修工程师再次发现A相接地，并排除10号线路的 故障可能。通知调度室向10号线路送电。 16点58分，水泵二号电容器起火爆炸。 起火后，两名当班工人，出于惊慌擅离岗位。任火势发展。泵 房邻近入风巷口，火势发展迅速 十几分钟后火势蔓延至距水泵房48m处的火药库。 同时，火势沿入风向，蔓延至采区入风口。 致使两采区浓烟弥漫。 井下大量人员一氧化碳中毒，死亡110人，伤31人。若引爆火 药库后果将可能炸毁整个中央地区。
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矿井供电的一般规定 事先限定用户的用电量（功率）。当用户用电
量（功率）超过限定值时，负荷定量器将切断 供电线路。
负荷相关的规定
– 严禁安装负荷定量器 – 分接负荷必须经过批准
共杆架设
– 多回路时，才允许部分线路共杆架设 – 线路不能通过塌陷区 – 共杆部分，一回路运行时，其它回路必须能正常维
缺少备用回
缺 路，供电可
48 点 靠性差
线路多
供电可靠性比放射式低
中央变电所
中央变电所的高压负荷一 般都是一、二类负荷。
– 使用高压配电箱 – 采用分段母线，高压配电
箱作为联络开关 – 主排水要均匀分布在两条
母线上 – 其他设备也尽可能分布在
两条母线上
49
小结
双回路
– 每条回路要能独立供电 – 快速恢复
应符合下列要求： (一)高压，不超过10000V。 (二)低压，不超过1140V。 (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。
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矿用电气设备
18
额定电压，标准电压，平均电压
I ma =
42
3cV相 1 9Rm2a 2c2
=93.3mA （162mA） > 88.7mA（154mA）-更不安全
中性点不接地系统
结论：
– 若单纯增大绝缘电阻: 1.当电缆长度 < 1km时：绝缘电阻增加r↑→ 则Ima↓； 2.当电缆长度 > 1km时：当绝缘电阻(r↑)增加到一定
程度时，Ima相反会增加； 3.当r → ∞时，Ima仅与电容C、Rma有关，而与r无关
件附近出现对地雷击时，在输电线路上或建筑物金属 部件感应的雷电过电压。
28
避雷针
29
30
31
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33
矿井供电的一般规定
煤电钻：煤层中回采及掘进 时钻炮眼用的矿用隔爆型电 动工具。
煤电钻必须有检漏，漏电闭 锁，过负荷保护等功能。
每班使用前要进行1次跳闸 实验
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矿井供电的一般规定
严禁中性节点接地 机器外露转动和传动
相 电 压:U相3803V220V 平 均 电 压 :U 平 均 1 . 0 5 U 标 1 . 0 5 3 8 0 V = 4 0 0 V
21
矿井供电的一般规定
电气设备分为运行、备用、检修三
种状矿态井。将应设该备有由两一回种路状态转变为
另一种–– 两要的状电保操态源证作的互至叫过为少倒程备有闸叫用一操倒，个作闸并电。，采源所用可进带以行电负热载备整用个网络的负载。 – 一旦停车，要进行倒闸操作进入检修状态迅速查明 原因 – 故障时，应能快速更换电源 – 两个电源应来自不同区域的变电所和发电站 – 小矿井可采用单电源，但备用电源必须能供给最重 要的负载
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额定电压，标准电压，平均电压
标准电压、平均电压都是针对系统而言。 三相三线制时，标准电压在指的是线电压 而额定电压是针对电气设备而言。
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额定电压，标准电压，平均电压
若某矿山供电系统的标准电压U标为380V，那 么此三相交流系统的线电压和相电压分别为多 少？电力系统的平均电压是多少？ 线 电 压 :U 线 U 标 380V
负荷分类的目的：确保一级负荷供电不间 断，保证二级负荷用电，考虑三级负荷供电。
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负荷分类
一级负荷（一类负荷）
– 定义：凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重大设备损坏、 造成重大经济 损失或在政治上产生不良影响的负荷。
– 举例：主排水泵、立井提人的提升机、通风机、瓦斯泵、压风机等。 – 供电要求：两个独立电源供电。
《煤矿安全规程》第四百四十三条
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。
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中性点不接地系统
运用戴维南定 律
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中性点不接地系统
经过人的触电电流
•
I= MN
•
V相
R0 Rma
•
V相
=
Rma
1/ 1/
j3C j3C
•r r
/ /
3 3
Ima =
部分必须加防护罩和 护栏。
35
井下变压器
中性节点接地的危害
– 增大了人体的触电电流 – 单相接地时会形成单相短路
I U xa 220 22 ( A)
36 Rz 10
I U xa 220 0.22 ( A) 220 (mA) Rr 1000
中性点不接地系统
输电线和大地相当 于两块极板，构成 一个分布电容
雷电现象
1．直击雷 雷云——雷电先导 ——迎雷
先导 ——主放电阶段 ——余辉放
电 主放电电流很大，高达几
百千安，但持续时间极短， 一般只有 50～100μs。 余辉放电阶段电流较小， 约几百安，持续时间约为 0.03～0.15s。
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雷电现象
2．感应雷过电压 所谓感应雷过电压，是指当架空线或建筑物金属部
额定电压：就是电器长时间工作时所适用的最 佳电压。通俗的讲，电器正常工作（如灯泡正 常发光，电机正常运转等）时两端的电压值。
标准电压：通常指的是开路输出电压，也就是 不接任何负载，没有电流输出的电压值。因此 也可以认为这是该电源的输出电压上限。
平均电压：平均电压是一个为方便计算而规定 的参数，为标准电压的1.05倍。
共杆架设
– 架设位置 – 检修要方便
设备
– 不得随意添加负载 – 表明参数 – 高压严禁自动重合，低压可以 – 防雷电 – 煤电钻需要综合保护 – 需加防护
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小结
中性点不能接地 中性点不接系统
– 分布电容可忽略
绝缘电阻越大越安全
– 分布电容不可忽略
增大绝缘电阻不能保证安全
母线
– 设备尽量均匀分布在两条母线上 – 负荷的分类 – 要确保一、二类负荷的供电
)
= 88.7mA（154mA）> 30mA ∴不安全
= 2Лf =2*3.14*50 = 314
41
中性点不接地系统
③ 能否增大r，降低Ima
a) .电网长度<1km 时， 可不考虑电容影响C=0
V相
Ima = R m a r / 3
=
Vl / 3 Rma r / 3
r↑→Ima↓ 可行
b) . 电网长度>1km时，C不可忽略
47
负荷与接线方式
放射式
干线式
分 单回路 单电源 双电源 单回路单电源 双电源
类
双回路 双回路
双回路 双回路
适 三级负荷或 二级负荷 一级负荷 三级负荷 三级负荷 二级负荷 用 二级小负荷
于
系统简单， 供电可靠 供电可靠
优 运行维护方 性有所提 性高
回路少、造价低经济简单
点
便，用户线 高 路互不干扰
43
矿井供电的一般规定
双回路供电时：
– 必须经过两台高压开关后 才能与母线相连。
– 高压开关应使用隔离开关
44
矿井供电的一般规定
第一类负荷必须分别按台数均匀的分别接在2段 母线上
井底车厂必须分别按台数均匀的分别接在2段母 线上
45
电力负荷
电力负荷是决定电力系统规划、没计、运行以 及发电、送电、变电布局的重要依据。根据对 供电可靠性（重要性）要求的不同，电力负荷 可分成以下1、2、3级(类)负荷。