煤矿电工学第四章.ppt

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1、煤矿电工学,第四章 煤矿输变电设备,山西省煤炭关键岗位从业人员系列教材,炉峪口煤矿机电部 主讲：王晓宇,2019/5/29,2,第一节 矿用电缆输电设备 第二节 矿用变压器变电设备,四、煤矿输变电设备,第四章 煤矿输变电设备,第一节 矿用电缆,2019/5/29,4,第一节 矿用电缆,一、矿用电缆的类型、适用场所 二、矿用电缆的敷设 三、矿用电缆的连接 四、矿用电缆的运行维护 五、电缆故障点的寻找方法,2019/5/29,5,优点: 安全可靠、不占空间、不受外界影响 缺点: 投资大、查找故障困难、维护检修不便 适用: 有火灾和瓦斯爆炸危险、潮湿和地下淋水、空间狭窄和人机拥挤的井下输电 重要性:

2、 矿井供电系统的大动脉 要求: 正确的选择、安装、使用和精心维护矿用电缆,矿用电缆特点,2019/5/29,6,分类,一、 矿用电缆的类型、适用场所,动力电缆向电动机供电,照明、控制、通信等电缆向井下 照明、控制、通信设备供电,按用途,按电压,低压电缆1200v电网,高压电缆大于1200v电网,按结构,铠装电缆 用于固定敷设,橡套电缆 给移动设备供电,塑料电缆 铠装、橡套换代产品,2019/5/29,7,1.动力电缆结构、类型,监视芯线 动力芯线,)导电芯线 按芯线作用不同可以分为： 动力芯线：有二芯、三芯，输送单相或三相电能； 中性线：为一芯，用于三相四线制系统； 接地芯线：为一芯，用来实现

3、电气设备的接地； 控制芯线：可多芯，用来实现远控、联控制等电路连接 监视芯线：监视接地芯线连续性，监视外界破坏物体侵入作用,2019/5/29,8,按芯线的材料不同可分为： 铜绞线：导电性能、韧性和强度均好于铝绞线，但价格较高； 铝绞线：价格虽低，但由于铝的化学性能活泼，接头容易氧化造成接触不良，产生断续电弧高温，尤其在短路时电弧产生的铝粉温度远远高于铜，易引燃引爆瓦斯和煤尘。井下限用。 煤矿安全规程规定：在进风斜井、井底车场及其附近、中央变电所至采区变电所之间，可以采用铝芯电缆；其它地点必须采用铜芯电缆。,2019/5/29,9,)电缆的绝缘层 按作用不同分为 芯线绝缘：分包在每个导电芯线外

4、，以防止相间短路； 统包绝缘：统包在所有相间绝缘的外面以防止对地短路。,2019/5/29,10,芯线绝缘,统包绝缘,按绝缘材料不同可分为 橡胶绝缘。橡胶绝缘分为天然丁苯橡胶、乙丙橡胶两种。天然橡胶易燃，已被耐高温、耐高压耐潮性好的乙丙橡胶取代. 塑料绝缘。塑料绝缘又分为聚氯乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘。聚氯乙烯绝缘具有耐油、耐酸碱耐腐蚀、阻燃、敷设高差不限等;交联聚乙烯绝缘电缆还耐高压，并且耐热性及耐溶剂性能都有所改善，故应优先选用。塑料绝缘电缆已取代油浸纸绝缘。,芯线绝缘,统包绝缘,2019/5/29,11,3 电缆的保护层 按作用不同分为： 内护层：用于直接保护绝缘层 外护层：用于保护内护层

5、 钢铠和铅包可兼作接地线，其电缆省去接地芯线,金属套,阻燃橡套-阻燃，井下用,橡胶护套,普通橡套-易燃，井下禁用,铅包-不易引爆，井下用,铝包-易引爆，井下禁用,聚氯乙烯-井下用,塑料护套：,内衬层-保护内护层,钢带铠装-抗压，用于45井巷,外被层-保护钢铠层,钢丝铠装-抗拉，用于45井巷,黄麻层-易燃，井下禁用,塑料带-不易燃，井下用,钢铠层,无妨带-不易燃，井下用,2019/5/29,12,4 电缆的屏蔽层 导线屏蔽。包在电缆导线表面外的半导电材料，用于大于3kv的高压电缆防止电晕产生。 绝缘屏蔽。包在绝缘和接地芯线之外的半导电材料，一相绝缘破损时，主芯线经绝缘屏蔽与接地芯线相连，使单相接

6、地保护动作切断电源，防止相间短路故障以及短路电弧引爆瓦斯煤尘绝缘屏蔽电缆适用于有爆炸危险场所。 金属屏蔽。包在统包绝缘之外的导电材料，产生电磁屏蔽以防止强电场辐射干扰通信信号。3kv以上的电缆均应有金属屏蔽。,接地芯线,绝缘屏蔽,监视芯线,绝缘屏蔽,2019/5/29,13,比较,铠装电缆机械强度高、寿命长，用于向固定设备输电。粗钢丝铠装电缆抗拉强度高，用于倾角45度及其以上的井巷；钢带铠装抗压强度高，用于倾角小于45度的井巷。无铠装的塑料电缆和橡胶电缆用于向移动设备供电。有导体屏蔽、金属屏蔽的电缆用于高压设备的供电。有绝缘屏蔽的电缆用于有爆炸危险的工作面设备的供电。除进风斜井、井底车场及附近

7、、中央变电所至采区变电所之间的高压可以采用铝芯电缆，其它地点的高低压均采用铜芯电缆。,2019/5/29,14,煤矿常用电缆的结构示意图,图4-1 YJV22型塑料电缆 1-外被层；2-钢铠；3-内衬层；4-统包绝缘；5-相间绝缘；6-导电芯线,图4-2 采煤机专用电缆,2019/5/29,15,部分英国进口电缆外形图,BS188柔性拖拽电缆,BS505柔性拖拽电缆,BS504柔性拖拽电缆,BS504柔性拖拽电缆,2019/5/29,16,2.电缆的额定电压、型号及使用场所,1)电缆的额定电压 电缆的额定电压用UoU表示，单位为kV Uo表示任一主导体和“地”之间的电压有效值; U 表示多芯电

8、缆或单芯电缆系统任意两相导体之间的电压有效值。 例如：0.38/0.66v表示U0为380v；U为660v,2019/5/29,17,例如ZQ20表示油浸纸绝缘铜芯铅包裸双钢带铠装电缆。VLV33表示聚氯乙烯绝缘铝芯聚氯乙烯护套细钢丝铠装聚乙烯外护套；YJQ02表示交联聚乙烯绝缘铅包聚氯乙烯护套铜芯电缆,2)电缆的型号,2019/5/29,18,例如：MYPJ-3.6/6-335-116-32.5表示矿用移动屏蔽监视橡胶电缆，额定电压为3.6/6千伏，三芯动力截面、每芯截面为35平方毫米，一芯接地线为16平方毫米截面，三芯监视线、每芯截面为2.5平方毫米,2019/5/29,19,第二节 矿用

9、电缆的选择,1低压电缆主芯线截面必须满足以下几个条件： 1）正常工作时，电缆芯线的实际温度应不超过电缆的长时允许温度，所以应保证流过电缆的最大长时工作电流不得超过其允许持续电流。 2）正常工作时，应保证供电网所有电动机的端电压在95105的额定电压范围内，个别特别远的电动机端电压允许偏移810。 3）距离远、功率大的电动机在重载情况下应保证能正常起动，并保证其起动器有足够的吸持电压。 4）所选电缆截面必须满足机械强度的要求。,2019/5/29,20,2、支线电缆截面的选择,3、干线电缆主芯线截面的选择 1）按正常时的允许电压损失选择芯线截面 （1）总允许电压损失p的计算,p-0.95,201

10、9/5/29,21,（2）支线电缆电压损失Ubl,（3）变压器的电压损失UT,（4）干线上按允许电压损失 Upms=UPUTUbl,2019/5/29,22,2)按起动时的电压损失校验电缆截面,（5）按允许电压损失选择干线电缆截面,2019/5/29,23,三、矿用电缆的敷设 矿用电缆的敷设必须符合煤矿安全规程有关规定。 1.电缆的敷设方式及要求 1)水平巷道和倾角在30以下井巷中电缆应用吊钩悬挂 要求电缆的悬挂间距不得超过3米；向移动工作设备供电电缆可盘圈或盘字形带电，放在电缆车上随设备的移动而收放电缆不得遭受淋水，应悬挂在风管和水管的上方，并保持0.3米以上的距离。电缆必须与瓦斯抽放管路分

11、放在巷道两侧，防止瓦斯管路破损时电缆故障产生的电火花引爆瓦斯。通讯和信号电缆应与电力电缆分挂在井巷两侧，以防止电力电缆的强磁场对通讯信号的干扰，或在井筒内应设在电力电缆0.3米以外；在巷道内应设在电力电缆上方0.1米以上的。高、低压电缆敷设在巷道同一侧时，高、低压电缆之间的距离应大于0.1米，高压电缆之间、低压电缆之间不得小于50毫米。,2019/5/29,24,1.电缆的敷设方式及要求 2)立井井筒和倾角在30及其以上的井巷用夹子、卡箍或其它夹持装置固定电缆。 要求：电缆的悬挂间距不得超过米；因井筒太深需要设置接头时，应设在中间水平巷道内；或在井筒中设置接线盒，接线盒放在托架上，不使接头受力

12、3)沿钻孔敷设的电缆必须绑紧在钢丝绳上，钻孔必须加装套管 井下巷道内的电缆，沿线每隔一定距离、拐弯或分支点以及连接不同直径电缆的接线盒两端、穿墙电缆的墙的两边都应设置注有编号、用途、电压和截面的标志牌。,2019/5/29,25,1.电缆的敷设方式及要求,为了防止电缆在敷设时扭伤和折伤，电缆的允许弯曲半径不得小于右表规定的数值。 温度较低的冬季，电缆变硬而不易弯曲时，应预先放在温度较高的室内或通电加热后再进行敷设。,2019/5/29,26,2.电缆敷设路径的选择 路径应尽可能短,安全. 在总回风巷和专用回风巷中，由于瓦斯和煤尘浓度较高不应敷设电缆;在溜放煤、矸石、材料的溜道中严禁敷设电缆;在

13、机械提升的进风斜井（不包括输送机上、下山）和使用木支架的立井井筒中，必须有可靠的安全措施，以防提升机械掉道轧伤电缆和电缆引燃木支架。,2019/5/29,27,三、矿用电缆的连接 1.电缆与电气设备连接 必须用与电气设备性能（矿用防爆型、矿用一般型等）相符的接线盒。电缆线芯必须使用齿形压线板（卡爪）或线鼻子与电气设备进行连结。接头应整齐、无毛刺，卡爪不压绝缘层，也不得压住和接触屏蔽层。 2.橡套电缆之间连接 必须采用阻燃材料进行硫化热补或与热补有同等效能的冷补，或用隔爆接线盒连接。,2019/5/29,28,三、矿用电缆的连接 3. 高压电缆连接 高压电缆之间或与真空配电装置和移动变电站之间的

14、连接应采用预制型电缆终端盒连接，内灌绝缘胶或环氧树脂。 注意：不同类型电缆之间严禁直接连接，必须经过符合要求的接线盒、连接器和母线盒进行连接。 电缆芯线的连接主要有焊接、压接、螺栓连接和绑扎等方法。井下电缆多采用压接、螺栓连接。 （点击观看）,2019/5/29,29,四、矿用电缆的运行维护,电缆的运行维护主要是防止电缆绝缘受热、受潮、及机械损伤引起的短路、断路、漏电等事故的发生。 1. 电缆的巡视 矿井中的电缆由于环境不好，应加强巡视。立井和斜井井筒中敷设的电缆，应由专职电工每月至少巡查一次。井底车场、大巷、采区运输巷道和配电硐室敷设的电缆，应由专职电工每周至少巡视一次。矿用橡套电缆与防爆三

15、通、四通、插销及母线盒等的连接点，应由专人每月检查一次 。,2019/5/29,30,2.电缆的运行与维护,新安装的电缆投入运行时，应由电工跟班全面测定负荷电流及电压损失，并检查电缆接头有无发热现象，发现问题及时处理。 无外被层铠装电缆的铠装层应定期涂防腐漆，一般每两年进行一次。 应定期测量电缆铅包中的杂散电流密度，凡超过规定值时，必须采取措施加以解决。 应每年进行一次绝缘电阻的测定，其绝缘电阻值应符合规定 . 测量泄漏电流及直流耐压试验应每年进行一次,2019/5/29,31,五、电缆故障点的寻找方法,1.判断故障类型 电缆常见的故障类型是：短路、漏电和断线。 1)可利用保护装置的动作判定故

16、障类型：短路保护动作，说明电缆发生短路；检漏继电器动作说明电缆发生漏电；断相保护动作，说明电缆断线。 2)在不通电情况下，通常用兆欧表判断故障性质。首先将电缆两端的芯线全部开路，用兆欧表测定电缆芯线之间和对地的绝缘电阻，如果绝缘电阻小于漏电电阻值说明发生漏电故障；如果绝缘电阻为0，说明短路。其次将电缆一端的芯线全部短接用兆欧表分别测量电缆另一端主芯线之间的电阻，如果某一芯线分别与其它两芯线间电阻无穷大，说明这一芯线发生断线。,2019/5/29,32,2.寻找故障点 1)直观法 通过向事故现场人了解情况，根据电缆故障产生的原因进行分析，对可疑地段重点查找。 （1）对短路故障，由于电缆短路时常有

17、放炮声，并伴有绝缘烧焦的气味，在短路点表面有明显的焦痕。一般通过听炮声、闻焦味、看焦痕就可找到故障点。也可以用手触及电缆外皮和接线盒外壳，摸到有异常温度处即为短路点。,2019/5/29,33,2.寻找故障点 1)直观法 （2）对于断线故障点，当截面较小时，可将电缆逐点弯曲，根据弯曲时的不均匀感觉找出断线点；当截面较大时，可用将电缆一端的芯线全部短接，用万用表的欧姆档测量断线的芯线与另一芯线间的电阻，然后由检修人员对电缆逐段弯曲或翻动。当弯曲到某一点，万用表指针有较大的摆动时，说明这就是故障点。也可用木棒敲打电缆护套，当敲打到某处，万用表针有较大的摆动时，也就找到了故障点。这种方法适用于寻找一

18、芯或多芯低阻(几十千欧以下)断线故障，不管是屏蔽电缆还是非屏蔽电缆均可采用。也可在电缆与负载连接的情况下通电进行上述试验，当弯曲到某一点负载工作，就是故障点。,2019/5/29,34,2.寻找故障点 2)仪表法矿用本质安全型电缆探伤仪。 探测短路故障点。用音频信号发生器4向故障芯线内送入音频电流。音频电流在电缆周围产生音频磁场。将感应线圈1沿线移动，便会感应出音频电势，经放大器2放大后送入耳机3。当耳机声音突然变小时，即为短路点。,2019/5/29,35,2.寻找故障点 2)仪表法矿用本质安全型电缆探伤仪 探测接地故障。音响信号发生器一端接故障芯线，沿电缆移动感应线圈，则可在耳机中听到如图

19、4-5中曲线所示的音响变化。在故障点之前，音响仍与捻距一致，呈周期性变化，但越接近故障点，音响越弱(这是由于芯线间电容电流的影响)，在过故障点时音响突然降低。但是，在故障点距末端很远时，音响还很大，不过不再是周期变化了。这个特点在测听时注意区别。,图4-5 用音响法测铠装电缆接地故障点示意图,2019/5/29,36,2.寻找故障点 2)仪表法矿用本质安全型电缆探伤仪 探测断线故障点。将音频信号发生器4的分别接在电缆首端故障芯线和完好的芯线上，电缆末端的芯线短接在一起。这时由电缆的首端开始向末端移动感应线圈，在断线处可以发现音响突然下降。在音响突然下降处往复探测几次，便可确定断线的准确位置。,

20、图4-6用音响法测断线点示意图,2019/5/29,37,本节小结,电缆 类型 电缆 敷设 电缆 连接 故障 查找,铜芯井下敷设；铝芯仅主进风巷高压敷设,导体和金属屏蔽高压电缆；绝缘屏蔽工作面电缆,铠装固定敷设；橡套、塑套移动敷设,30井巷挂设；30井巷夹持 钻孔用钢丝绳捆绑,与设备连接或不同类型电缆间连接用接线盒,橡套电缆间连接热补或同等效力的冷补,直观法看电弧、听放炮、闻焦味、摸热度、弯电缆,仪表法探伤仪、电容法、电桥法、等电位法,2019/5/29,38,思考题 煤矿常用动力电缆有哪几种主要类型？试说明它们的结构特点及使用范围。 电缆敷设路径的选择原则是什么？在那些地方不宜敷设电缆？ 电

21、缆在各种井巷内如何敷设？向移动工作设备如何敷设？电缆的悬挂有哪些要求？ 电缆与电气设备的连接有什么规定？不同类型的电缆之间如何联结？同类电缆之间如何联结？ 电缆运行维护的主要目的是什么？ 判断电缆故障类型和故障点的简易方法是什么？,第四章 煤矿输变电设备,第二节 矿用变压器,2019/5/29,40,第二节 矿用变压器,一、矿用隔爆型变压器结构 二、矿用隔爆变压器的使用 三、维护检修与故障处理,2019/5/29,41,第二节 矿用变压器,作用:向井下低压动力供电的变电装置 类型: 矿用一般型为油浸式、易燃，井下禁用 矿用隔爆型为干式、防火、防爆，井下用 分立式只有变压器 组合式变压器与高低压

22、开关组成移动变电站,型号含义,2019/5/29,42,一、 矿用隔爆型变压器结构,图4-22 KBSG系列矿用隔爆型变压器 1-高压出线套；2-高压接线盒；3-高压箱盖；4-接线盒盖；5-铭牌；6-箱体；7-低压箱盖；8-低压接线盒；9-低压箱盖；10-低压出线套,KSGB系列矿用隔爆 型变压器，是移动变电站的主变压器，顶部为拱形的长方体隔爆外壳，两端设有两个独立的高、低压隔爆接线盒，下装高、低压套管供高低压进出线用，两个接线盒上具设有高、低压按钮箱，设有急停按钮、终端元件和闭锁按钮,2019/5/29,43,结构特点： （1）隔爆外壳，壳内无油（故称干式），比较安全，便于维修，但散热和绝缘

23、性能较差。 （2）为增加散热面，隔爆外壳侧面采用瓦楞钢板结构，同时增加绝缘耐热等级,（3）为提高绝缘的耐热性能，变压器采用耐热等级高的绝缘材料200kVA及以上容量的变压器采用H级绝缘材料，绝缘系统的最高允许温度为180C；200kVA以下容量的变压器采用B级绝缘材料，绝缘系统的最高允许温度为130C。,（4）干式变压器与低压自动馈电开关配合设置温度保护。,（5）外壳底座拖橇下还可增设滚轮，制成移动式变压器。,2019/5/29,44,二、矿用隔爆变压器的使用,1.检测 （1）检查。在隔爆变压器投入运行前，操作者应严格检查如下内容：仔细查看核对容量，电压和连接组别等电气参数是否符合要求。所有壳

24、体、零部件和视察窗等应无损坏现象。所有隔爆结合面无锈蚀现象，所有法兰结合面的隔爆间隙应小于0.4毫米，按钮操作杆隔爆间隙不大于0.4毫米。所有操作机构应灵活，按钮应无卡住现象；所有紧固件应无松动现象；所有电气接触良好、可靠；所有进出电缆应压紧和密封。干式变压器各部分电气绝缘性能良好。,2019/5/29,45,二、矿用隔爆变压器的使用,（2）测试 测绝缘。进行耐压试验，试验结果应符合表4-8的规定。,2019/5/29,46,二、矿用隔爆变压器的使用,（2）测试 测温度。为便于监测隔爆变压器各部分温升变化情况，确定箱壳上顶部纵向和横向中心线交叉点为测温点，该点最高温升不得超过下表规定数值： 其

25、绕组和铁芯表面温升不应超过下表所列的限值。,2019/5/29,47,二、矿用隔爆变压器的使用,2.接线 1）调节5%抽头。当干式变压器二次侧电压长期低于（或高于）额定电压的95%（或105%）时，需变换高压绕组分接电压。切除高、低压侧电源后，打开箱盖的接线孔法兰盖，即可在接线板上变换连接片到X3、Y3、Z3（或X1、Y1、Z1）。连接片所在位置代表电压值见下表： 在变压器器身低压侧低压出线板上变换连接片，连接片联接方法如下表：,2019/5/29,48,三、维护检修与故障处理,1.维护 在维护、维修干式变压器时严禁带电开盖，严禁损伤隔爆面。发现锈斑，须用0号砂布把锈斑打磨干净后并进行防锈处理

26、。要严防受潮，防止由于热胀冷缩的作用，将潮气和雨水吸入壳体内。定期检查各部位连接件螺栓是否有松动现象。定期清除套管污渍，每半年进行工频绝缘试验。如长期不用，应在使用前用摇表检查绝缘电阻。,2019/5/29,49,三、维护检修与故障处理,2.故障处理 矿用隔爆变压器的常见故障分析及排除详见表4-13,2019/5/29,50,本节小结,类 型 作用 使用 维护 检修,矿用一般型变压器油浸式、易燃，井下禁用,矿用隔爆型变压器干式、防火、防爆，井下用,向井下低压动力供电的变电装置,检测查参数、外观；测绝缘耐压、温度,接线一次侧调5%抽头，二次侧调星三角接线。,防锈、防潮、防损伤、防污、防失爆、防带

27、电检修,匝间短路、套管接地、芯片绝缘损坏、异常响声修理,2019/5/29,51,思考题 矿用变压器的类型及使用范围有哪些？ 如何调节变压器的5%抽头？,2019/5/29,52,矿用输变电设备小结 矿用电缆实现井下电能的传输。铠装电缆用于向固定设备输电。其中粗钢丝铠装电缆用于倾角45的井巷；钢带铠装用于倾角45的井巷。无铠的塑料电缆和橡胶电缆用于移动设备供电。有导体屏蔽、金属屏蔽的电缆用于高压设备供电。绝缘屏蔽的电缆用于有爆炸危险工作面设备供电。除进风斜井、井底车场及附近、中央变电所至采区变电所之间的高压可以采用铝芯电缆，其他地点采用铜芯电缆。井下电缆敷设、连接必须符合煤矿安全规程规定。电缆

28、运行维护主要是防止绝缘老化、受潮及机械损伤引起短路、断路、漏电等事故。可根据保护装置的动作判断或万用表判定电缆故障类型；可通过听、闻、看、摸等方法，或用万用表、电缆探伤仪等查找故障点。 矿用变压器用于向井下低压动力设备供电。可将6KV或10KV变为1200V、693V。其中矿用一般型已淘汰，矿用隔爆型用于采区工作面顺槽内。,2019/5/29,53,本章小结 矿用电缆实现井下电能的传输。铠装电缆用于向固定设备输电。其中粗钢丝铠装电缆用于倾角45的井巷；钢带铠装用于倾角45的井巷。无铠的塑料电缆和橡胶电缆用于移动设备供电。有导体屏蔽、金属屏蔽的电缆用于高压设备供电。绝缘屏蔽的电缆用于有爆炸危险工作面设备供电。除进风斜井、井底车场及附近、中央变电所至采区变电所之间的高压可以采用铝芯电缆，其他地点采用铜芯电缆。井下电缆敷设、连接必须符合煤矿安全规程规定。电缆运行维护主要是防止绝缘老化、受潮及机械损伤引起短路、断路、漏电等事故。可根据保护装置的动作判断或万用表判定电缆故障类型；可通过听、闻、看、摸等方法，或用万用表、电缆探伤仪等查找故障点。 矿用变压器用于向井下低压动力设备供电。可将6KV或10KV变为1200V、693V。其中矿用一般型已淘汰，矿用隔爆型用于采区工作面顺槽内。,