煤矿电工学电子教案

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1、煤矿电工学电子教案煤矿电工学电子教案 机械工程系机械工程系 郭郭 刚刚 煤炭工业以开采煤炭为目的，煤矿生产 机械设备的动力源是电动机，电动机的安 全运行需要可靠、安全的供电系统；煤矿 电工学是煤矿机电技术人员了解、掌握电 气系统安全运行的技术学科。 煤矿电工学概述 煤矿电工学课程的特点：专业性强；发展变 化快，实践性强。 教学方法：课堂讲授、录象、模型、实习、 讨论。 要求： 掌握煤矿电气工程师的基本理论和技能， 学而优则用，学而优则创。 记笔记； 阅读参考书； 2、煤矿电工学主要参考书 电工原理、电机学、电子技 术、数字电路、可编程控制器 、变频器及PLC、煤矿电工手 册。 第一章 矿井供电

2、系统 第一节 矿井供电概述 一、煤矿企业对供电的要求 安全、可靠、经济、技术合理。 二、煤矿企业负荷分类 一类负荷：凡因突然停电可能造成人员伤 亡和重大经济损失的负荷。如：主通风机 、主提升机、主排水泵等。对供电的要求 ：必须采用双回路供电。 二类负荷：凡因突然停电可能造成较大经济损失的负荷 。如：综采工作面设备、综掘工作面设备、压风机等。 对供电的要求：一般采用单回路供电。 三类负荷：不属于一类、二类负荷的所有负荷。对供电 的要求：没有特殊要求。 二、煤矿企业负荷分类 一、深井供电系统 图1-1 二、浅井供电系统 图1-2 第二节 矿井供电系统 第三节 矿井供电系统组成 矿井供电系统由电力系

3、统的区域变电 站、矿井地面变电站、井下中央变电所、 采区变电所、工作面配电点组成。 一、井下中央变电所 井下中央变电所是井下供电中心， 担负整个井下受电、配电、变电的重要任 务。 1、井下中央变电所位置确定 2、井下中央变电所的结线方式 3、井下中央变电所的硐室及设备布置 一、井下中央变电所 二、井下采区变电所 1、采区变电所位置确定 2、采区变电所的结线方式 3、采区变电所的硐室及设备布置 三、 工作面配电点 1、移动变电站 的设置 2、工作面配电点位置及设备布置 第四节 煤矿井下供电模式 一、煤矿地面供电模式 变压器中性点接地的三相四线制。 用于地面三相不对称负载的供电系统。 二、煤矿井下

4、供电模式 变压器中性点和地绝缘的三相三线制。 用于井下三相对称负载的供电系统。 第四节 煤矿井下供电模式 第一节 矿井供电系统的三大保护 一 、漏电保护 1、漏电：矿井电缆对地泄漏电流大于等于 30mA时即是漏电故障。 第二章 井下供电安全技术 2、漏电的危害 （1）发生人身触电事故 运行中的电气设备漏电，若漏电保护装置拒动 时，其设备外壳带电，工作人员因工作的需要接 触设备的外壳时，发生人身触电事故，当流过人 体电流大于30mAs时，人身有生命危险。 煤矿井下取人体电阻Rma=1000作为计算值 ，流过人体电流的安全极限值为30mAs。 第二章 井下供电安全技术 （2）引起瓦斯和煤尘爆炸 煤

5、矿井下空气中瓦斯浓度或煤尘在空气中 悬浮的浓度达到爆炸浓度时，而漏电电流产 生的火源能量达到0.28mJ或700800时， 即发生瓦斯或煤尘爆炸。瓦斯爆炸往往伴随 着煤尘爆炸，带来毁灭性的灾难。 第二章 井下供电安全技术 第二章 井下供电安全技术 （3）使电雷管提前引爆 漏电电流在通过的路经上会产生电位差， 漏电电流越大，所产生的电位差越大。如果 待引爆的电雷管两角线不慎与漏电回路上具 有一定电位差的两点相接触，就可能使电雷 管提前引爆，造成人身伤亡事故。 第二章 井下供电安全技术 （4）引起短路事故 长期的漏电电流，使电缆及设备的绝缘进一步 损坏，最后造成短路事故。 （5）烧毁电气设备，引起

6、火灾 长期存在的漏电电流，尤其是经过渡电阻接地 的漏电电流，在通过设备绝缘损坏处时，发出 大量的热，使绝缘进一步损坏，甚至使可燃性 材料，如非阻燃性橡胶电缆着火燃烧。 第二章 井下供电安全技术 3、漏电的原因 1）电气设备或电缆绝缘损坏引起漏电 2）电缆的接线安装不当引起漏电 3）管理不完善造成电缆漏电 第二章 井下供电安全技术 4、漏电保护模式 1）附加电源直流检测式 第二章 井下供电安全技术 表1-1 漏电保护动作电阻值 电压等级 单相 二相 三相 380V3.5K7K 10.5K 660V11K 22K 33K 1140V20K 40K 60K 3300V50K 100K 150K 直流

7、检测电流I的通路为：L+大地电网对地 绝缘电阻r1、r2、r3（三相并联）电网三相电抗 器1L零序电抗器2Lk表直流继电器KD线圈 L-。 QS-检漏继电器电源开关，QS未合闸，其接点QS1 接通了馈电开关中脱扣线圈YA回路，馈电开关不能 合闸。 1L-三相电抗器，将直流检测回路和交流电网连接 起来的元件。其中有一相带有二次绕组，经整流作 为直流检测回路的电源和指示灯电源；该二次绕组 带有抽头，以便于调整直流电源的电压。 第二章 井下供电安全技术 2L-零序电抗器，其作用有2个，一是保证三相电 抗器中性点对地的绝缘水平（自身的电抗为100k ），二是通过它的电感电流来补偿分布电容电流。 C2-

8、接地电容，当电网发生漏电时，提供交流通路 ，从而减小交流电流对直流继电器KD回路的干扰。 KD-直流继电器，额定动作电流为5mA，其接点 KD2比KD1先闭合，提高了继电器动作的可靠性， 防止发生间歇性漏电时，继电器抖动，烧坏接点 KD1。 k-电阻表，实为直流mA表，刻度标为电阻值。 第二章 井下供电安全技术 2）零序电流式漏电保护 第二章 井下供电安全技术 第二章 井下供电安全技术 电网中发生了非对称漏电故障时，就会 产生零序电压，此时如果存在零序电流回路 ，则在该回路中将出现零序电流，该电流用 零序电流互感器检测出来，经过信号处理电 路，使继电器动作，切断故障线路。 第二章 井下供电安全

9、技术 3）零序功率方向式漏电保护 选择性漏电保护原理 第二章 井下供电安全技术 第二章 井下供电安全技术 利用零序电流或零序电压的幅值大小来判断供电 线路是否发生了漏电；同时，利用各支路的零序电 流与零序电压的相位关系来判断故障支路，实现有 选择性的漏电保护。 零序功率方向保护原理如图所示。当电网中某支 路发生漏电故障或人身触电时，由传感电路分别从 电网中取出零序电压和各支路的零序电流信号，经 放大整形后，由相位比较电路来判别故障支路，最 后起动执行电路，切断故障支路电源，实现保护。 第二章 井下供电安全技术 二、过流保护 过流保护包括短路保护、过载保护、断相 保护。 （一）短路保护 第二章

10、井下供电安全技术 1、短路：电源经小阻抗直接形成回路即短路 。 2、电路发生短路以后的现象 1）短路电流急剧增大，是正常运行电流的几 十倍或更大； 2）短路后，电源所带的负载性质发生了变化 ，功率因数变大； 第二章 井下供电安全技术 3、短路的危害 1）引起供电电缆的过热，使电缆的绝缘性能 下降； 2）使供电电缆着火，引起火灾，造成更大的 损失； 4、短路保护 1）以电流大小为依据实施短路保护的元件或 装置：熔断器、过流继电器、JDB综合保护器 。 第二章 井下供电安全技术 （1）熔断器 熔断器主要由外壳和熔体两部分组成。根 据用途的不同，外壳由电工陶瓷或有机纤维 制成。熔体用熔点为20042

11、0的铅、锡、 锌合金制成。熔断器串联在电路中，当电路 发生短路或严重过负荷时，大电流使熔体发 热而熔断，切断了故障电路的电源，实现了 保护。 RM1和RM10系列为无填料，密封管 式熔断器，有机纤维制成的外壳内，装的变 截面锌片熔体，以提高熔断器的保护性能。 第二章 井下供电安全技术 （1）熔断器 变截面的熔体在电流突然增大时，由于窄 截面处电阻大，所以发热严重而迅速熔化， 并在密封管壳内形成强烈的电弧，电弧高温 使纤维管壳分解出大量气体，管内高压气体 阻止空气电离，将电弧迅速熄灭。随着管壁 的多次分解，外壳的机械强度降低，因此， 一般发生三次短路后就应该更换，以免造成 熔断器爆炸事故。 第二

12、章 井下供电安全技术 （1）熔断器 熔断器的保护特性 第二章 井下供电安全技术 （2）过流继电器 限流热继电器原理示意图 第二章 井下供电安全技术 主回路发生短路时，电流继电器KA动作 ，接点6断开，馈电开关脱扣器脱扣，开关跳 闸，实现短路保护。 第二章 井下供电安全技术 （3）JDB综合保护器 JLB-300型电流继电器电路原理 第二章 井下供电安全技术 当运行中发生短路故障时，I8IN（或 10IN、12IN）时，电流信号VA足够大，不经 延时环节，直接触发由场效管VT5和VT6组成 的触发器，使6K继电器动作，6K为磁持继电 器，不能自动复位，6K1打开了接触器线圈控 制回路，使开关跳闸

13、。 第二章 井下供电安全技术 2）以电源所带的负载性质发生变化，功率因数变大为依 据的短路保护装置 相敏短路保护装置 第二章 井下供电安全技术 第二章 井下供电安全技术 相敏短路保护的主要特点是能区分电路 的功率因数的高低和电流的大小，对大容量 鼠笼型电动机启动时，启动电流大，而功率 因数低，相敏短路保护装置不动作；而低压 电路末端发生短路时，短路电流较小，而功 率因数较高，相敏短路保护装置可靠动作。 这样，将电动机的启动和电路的短路区分的 清楚、明白，不至于将二者混淆，所以，相 敏短路保护在短路保护中更科学、合理。 第二章 井下供电安全技术 （二）过载保护 1、过载：电动机实际运行电流大于额

14、定电流即是过载。 2、电动机过载的危害： 电动机外壳散热面积只能散去额定电流所产生的热量，过 载后多余的热量散不出去，导致电动机铁芯和绕组的温度不 断上升，最终将电动机的绝缘结构破坏，使电动机烧毁。 3、电动机的过载保护要求为反时限特性，即当电动机的电流 I小于等于额定电流IN时，过载保护不应动作；I=1.2IN时， 动作时间约为20min左右，I=1.5IN时，动作时间为2min左右 ；I=6IN时，动作时间应不大于5s。 第二章 井下供电安全技术 电机、变压器绝缘结构 匝间绝缘：绕组中每匝漆包线之间的绝缘。 相间绝缘：三相绕组之间的绝缘。 相对地绝缘：每相绕组对地之间的绝缘。 绝缘材料耐热

15、等级 绝缘材 料耐热 等级 A E B F H C 耐热温 度 /C 105 120 130 155 180 220 第二章 井下供电安全技术 限流热继电器原理示意图 第二章 井下供电安全技术 （三）断相保护 1、断相：电动机运行过程中电源线突然断去 一相，剩二相电运行。 2、缺相运行现象：电动机定子产生脉动磁场 ，导致电动机运行震动并产生很大的噪音。 3、缺相运行危害：电动机三相电流不平衡， 导致电流增大，电动机发热，破坏电动机绝 缘结构，烧毁电动机。 第二章 井下供电安全技术 4、断相保护 利用热继电器或电动机综合保护器进行 断相保护。 三、保护接地 保护接地，就是用导体把电气设备在正 常

16、运行不带电、当绝缘损坏时可能带电的外 露金属部分和埋在地下的接地极连接起来， 它是防止人身触电的一项极其重要的措施。 第二章 井下供电安全技术 1、保护接地原理 保护接地原理图 第二章 井下供电安全技术 2、煤矿井下保护接地系统 第二章 井下供电安全技术 保护接地系统：通常利用供电的高低压铠装电缆的 铅包层和金属铠装层，橡胶电缆的接地芯线或屏蔽 护套，把分布在井底车场、运输大巷、采区变电所 、工作面配电点的电气设备，在正常运行时不带电 的金属外壳在电气上连接起来，再与各处埋设的局 部接地极、主接地极连接起来，组成保护接地系统 ，亦称总接地网。 煤矿安全规程 规定接地网上任一保护接地点的 接地电阻不得超过2。 第二章 井下供电安全技术 主接地极安装示意图 局部接地极安装示意图 3、保护接地极的安装 第二章 井下供电安全技术 第二节 矿井供电系统的电压保护 一、欠电压保护 1、无压失放保护：供电系统突然停电，