第三章 矿山供电设备,第一节 开关电弧,开关设备在开断电路时，开关弧隙中的气体由绝缘状态变为导电状态时有电流通过这种现象称为放电。电弧时气体放电的一种形式。 电弧，从本质上说，是一种极强烈的电游离现象，其特点是光很强和温度很高,一、电弧的产生,、热电发射：触头分断电流时，阴极表面由于大电流收缩集中，出现炽热光斑，触头表面电子吸收热能发射到触头间隙，形成自由电子。 、高电场发射：触头开断初，电场强度大，触头表面电子被强行拉出。 、碰撞游离：高速电子碰撞中性质点，使中性质点变成正离子和自由电子，当离子浓度足够大时，介质击穿产生电弧。 、热电游离：电弧中心温度高达10000摄氏度，电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子,在中性质点发生游离的同时，还存在着使带电质点不断减少的去游离。去游离的主要形式是复合与扩散。 复合是异性带电质点彼此的中和。 扩散是指带电质点从弧隙逸出进入周围介质中的现象。 扩散的结果将会使弧柱内的带电粒子有部分扩散倒弧柱外，从而降低了弧柱中带电粒子的浓度。,二、电弧的熄灭与重燃,1、电弧的熄灭,交流电弧电流每周自然过零两次。在电流过零时，电弧暂时熄灭。因此熄灭交流电弧，就是让交流电弧过零后电弧不重燃。 交流电弧过零时自然熄灭，过零后是否重燃，取决于电源加在弧隙上的恢复电压与弧隙介质强度的耐压能力的恢复情况。 交流电弧的熄灭条件是，交流电弧过后，弧隙介质强度恢复过程永远大于弧隙电压恢复过程。,2、交流电弧的重燃,1.气吹灭弧:多用在高压开关设备中，它利用压缩空气吹弧，也可利用电弧高温使油或固体有机物分解出的气体吹弧。,三、灭弧方法,2.金属栅片灭弧,3.狭缝灭弧,4.绝缘油灭弧： 在绝缘油中开断电路时，电弧将被其他分解成气体，形成电弧的气泡，电弧便在气泡中燃烧。,5.真空灭弧 6.六氟化硫灭弧,一、煤矿井下的环境特点及对矿用电气设备的要求（7） 煤矿井下的空气中含有瓦斯和煤尘，在一定的条件下可以被点燃燃烧甚至发生爆炸，所以矿用电气设备必须具有防爆性能。 井下巷道、硐室、采掘工作面等需要安装电气设备的空间都比较狭窄，这就要求矿用电气设备体积小、重量轻。,第二节 电气设备防爆原理,井下常会发生冒顶片帮事故，使电气设备(特别是电缆)易受掉矸石的砸压，这就要求矿用电气设备不仅应有坚固的外壳，而且内部元件还应有较强的抗震能力。 井下空气潮湿，相对湿度在9095以上，有时可达100，而且机电硐室和巷道常有滴水或淋水，电气设备容易受潮，故对矿用电气设备的防潮性能和绝缘水平有更高的要求。,井下散热条件差，有些机电硐室和巷道的温度较高，电气设备容易过热损坏，这就要求矿用电气设备应尽量用耐热性能好的铜材作导电体，并采用较高的绝缘等级。 井下电气设备起动频繁，尤其是采掘工作面的电动机，一般为全压直接起动，电网电压波动范围大，负荷变化大，容易过载，所以矿用电动机等拖动设备应有较大的起动力矩和较强的过负荷能力。,由于环境恶劣，井下供电系统及设备容易发生漏电、人身触电、短路、过负荷、电火灾、电雷管提前引爆等电气事故，所以必须采用各种预防措施和设置必要的保护装置，以防止各种电气事故的发生。一旦发生电气事故，保护装置应迅速切断故障部分的电源，防止事故的扩大和恶化，这样才能确保人员、矿井和设备的安全。,二、矿用电气设备的类型及防爆原理,采取一定措施或改进后，能在矿井井下正常使用的电气设备叫矿用电气设备。 矿用一般型电气设备 矿用防爆型电气设备 1.矿用一般型电气设备的基本要求是： (1) 外壳有一定的防水、防外物的要求。 (2) 引入电缆的接线端子有一定的空气间隙和漏电距离的要求。 (3) 有良好的耐潮性能。 (4)进线装置应符合GBl33677防爆电气设备制造检验规程的要求。 (5)应有内、外接地螺栓。 ， (6)接线盒的内壁和可能产生火花的金属外壳内壁应均匀地涂上一层耐弧漆。,2.矿用隔爆型电气设备,考虑防爆性能而采取了一定的特别措施后，能在具有爆炸危险环境场所正常、安全使用的矿用电气设备，叫矿用防爆型电气设备。 它与矿用一般型电气设备相比较，关键是增加了防爆性能，因而能在井下任何有沼气、煤尘爆炸危险的场所使用。,防爆电气设备按防爆结构的不同可以分为10种类型。矿用防爆型电气设备一般又6种，见表31,1矿用增安型电气设备(EXe I),对于正常运行时不产生电弧、火花或危险高温的电气设备或部件，采取适当措施(包括加强绝缘、增大电气间隙和漏电距离)，以进一步提高安全程度，防止内部发生短路及接地故障，并严格控制外壳的表面温度，以达防爆的目的，这种类型的设备就叫做矿用增安型电气设备。 目前，这种防爆结构主要适用于井下异步电动机、照明灯、接线盒等固定式电气设备。,2矿用隔爆型电气设备(EXd I),具有隔爆外壳的矿用电气设备。 隔爆外壳是利用间隙防爆原理设计制造的，它应具有足够的机械强度，能耐受内部爆炸性混合物可能产生的最大压力，并严格控制接合面的间隙、宽度及加工光洁度，使电气设备外壳内部发生的电火花及爆炸不致引燃外部爆炸性混合物。这就是说隔爆外壳必须具有耐爆和隔爆性能。,耐爆性亦称爆炸稳定性，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。 试验证明，当爆炸性混合物爆炸时，外壳内产生的最大压力为0.73MPa，设备外壳净容积不同，所产生的最大压力也不同，一般都较此值为小。外壳净容积是多大，其外壳均要求能承受08MPa的压力。,设计隔爆外壳时，应尽量避免具有多个连通空腔的结构，这种结构由于爆炸有先后之分而极易产生压力叠加现象，使外壳不能承受而损坏。 隔爆性亦称不传爆性，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，通过外盖与壳体的接合面喷向壳外时，受到足够的冷却，使之不能将壳外爆炸性混合物点燃。,隔爆外壳的隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆面光洁度等参数来保证，这三个参数通常称为隔爆三要素。,3油浸型电气设备(EXo I),将可能产生火花，电弧或危险高温的带电部件浸在油中，使之不与油面上爆炸性混食物相接触，电弧或电火花在油中被熄灭冷却，不能点燃油面上的爆炸性混合物，以达防爆的目的。采用这种方法的电气设备称作防爆充油型电气设备。,4本质安全型电气设备(EXib I),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，叫作本质安全电路，全部电路为本质安全电路的电气设备，叫本质安全型电气设备。,5正压型电气设备(EXp I),将新鲜空气或惰性气体送入(或充入)密封的电气设备外壳内部，并保持一定的正压，以阻止电气设备外部爆炸性混合物侵入外壳内部，使点火源与周围的爆炸性混合物相隔离，以达防爆的目的。,6防爆特殊型电气设备(EXs I) 凡是在结构上不属于上述各基本防爆类型及各类型组合的电气设备，经国家防爆检验机构通过试验并确认其具有防爆能力的电气设备叫防爆特殊型电气设备。,三、矿用电气设备的使用范围,第三节 高压开关电器,重点内容：高压开关电器、高压开关柜,一般认为额定电压在3KV以上的电器设备为高压设备，将能接通、断开或转换高压电路的电器通称为“高压开关电器” 常用的高压开关电器有熔断器、隔离开关、负荷开关和断路器。,一. 熔断器,它串联在电路中，当电路中通过过负荷电流或短路电流时，利用其在熔体中产生的热量使熔体熔断，切断电路，以达到保护电气设备和电网的重要任务，同时，还可以限制事故的进一步发展，确保用户安全供电。 熔体熔断时会出现电弧必须采取一定的措施进行熄弧，直到电弧熄灭后，电路才算完全开断。,高压熔断器,熔断器的种类,按结构和动作原理划分 限流式和跌落式两种,1.限流式熔断器,有显著的限流效应，在短路电流还未到达最大值前，电流即被截断 开断短路电流能力大，故又称作高分断能力熔断器 目前最常用的是石英砂限流式熔断器 熔体采用螺旋状绕制，其长度远远超过熔管长度 开断小故障电流时，常利用冶金效应使熔体熔断,这种熔断器由熔丝、磁管、石英砂和其它附件组成。,注意： (1)正常情况下应将指示器朝下放置，以便观察，必要时亦可将其水平或倾斜安装。 (2)熔断器的上限容量不应大于最大短路电流值，下限容量不应小于短路电流值。 (3)保护高压电动机的熔丝的安秒特性曲线，应高于高压电动机起动时的同名特性曲线,2.RW4跌落式熔断器,这种熔断器利用熔丝熔断时产生的高温电弧使熔丝管内产生大量气体，引起馆内压力升高，气体以高速向外喷出产生强烈的去游离作用，使电流过零时将电弧熄灭。 活动关节因熔丝熔断而释放，使熔丝管跌落，形成了明显可见的断口。,二 隔离开关 1.隔离开关的作用 隔离开关主要用于隔离电源，以便电气设备与供电线路在检修或故障处理时为工作人员提供明显、可见的电源断口。 另外，可在双路线供电线路中进行倒闸操作，即利用隔离开关将供电设备从一组母线倒换倒另一组母线上。,2.隔离开关的型号（P75） 3.隔离开关的分类 按极数可分为单极隔离开关和三极隔离开关 按装设地点可分为户内隔离开关和户外隔离开关 按触头动作可分为刀式隔离开关、旋转式隔离开关和插入式隔离开关 按操作结构的不同可分为手动隔离开关、电动隔离开关和气动隔离开关。 1）户内隔离开关 2）户外隔离开关,图37户内隔离开关的外形结构,这是一种轻型、三极隔离开关，额定电压10kv，额定电流600A,选用隔离开关时，应根据额定电压、电流及安装环境等条件进行考虑，并应作短路时的动、热稳定校验。,三、负荷开关,负荷开关是一种可以带符号分断电路的开关电器。,1.负荷开关的作用和型号 负荷开关具有简单灭弧装置，但断流容量小，故不能切断短路电流，仅适用于小容量负荷电流的手动控制。 （1）能通断一定的负荷电流和过负荷电流，不能切断短路电流故障。 （2）必须与高压熔断器串联，借助于熔断器切除短路电流。 （3）与隔离开关一样，具有明显的断开间隙，也具有隔离电源，保证安全检修的功能。,根据使用地点的不同，负荷开关有户内负荷开关和户外负荷开关之分。,2.户内负荷开关,这种负荷开关在闭合时，引弧动触头先接通，主触头（刀开关）后闭合；开关断开时，主触头先断开，引弧刀后断开。这样可使电弧在引弧动触头上产生喝熄灭，以保护主触头不别电弧烧伤。,高压断路器的作用,控制作用 根据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行。 保护作用。,四、断路器,它既可切换正常负载电流，又可切换短路故障电流，即同时承担着控制和保护的双重任务。大部分断路器都能进行快速重合闸操作，即在临时性故障排除后，能使被切断的电路恢复正常运行。,(一）断路器的型号及主要技术参数,1.型号,2.主要技术参数,（1）额定电压 （2）额定电流 （3）额定开断电流 （4）额定断流容量 （5）热稳定电流 （6）动稳定电流 （7）断路器的分、合闸时间,1)多油断路器 这是一种用油兼作灭弧、绝缘介质的断路器，特点是箱内充油较多.,按灭弧介质划分，有多油、少油、六氟化硫(SF6)和真空等断路器,（二）断路器的种类,开关触头在绝缘油中闭合和断 开。油兼有灭弧和绝缘功能，油量多，有易燃易爆危险。体积大，维护麻烦。,2)少油断路器 少油断路器充油较少，油只作熄弧介质用，载流部分的绝缘是靠空气和瓷瓶实现的。因其用油量少且油箱结构坚固，故具有使用安全、安装简单的特点。,3）真空断路器,真空断路器,以真空作为灭弧和绝缘介质 真空的绝缘强度比变压器油及三大气压下的SF6或空气等绝缘强度高得多。 真空灭弧室的绝缘性能好，触头开距小，要求操动机构提供的能量也小；电弧电压低，电弧能量小，开断时触头表面烧损轻微 真空断路器的机械寿命和电气寿命都很高,真空灭弧室,4) SF6断路器,SF6断路器应用SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质。使用低压力的SF6气体作为绝缘介质，在进行分闸操作时，利用高压力的SF6气体吹拂电弧使之熄灭。,SF6气体的性能,具有优良的绝缘性能 无色、无味、无毒、非燃烧性、亦不助燃的非金属化合物