煤矿供电技术 供配电系统电气设备选择

1、煤矿供电技术 供配电系统电气设备选择（一）按正常工作条件选择1、按环境条件选型电气设备在制造上分户内、户外两大类。户外设备的工作条件较恶劣，故各方面要求较高，成本也高，户内设备不能用于户外；户外设备虽可用于户内，但不经济。此外选择电气设备，还应根据不同环境考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔区与湿热带区等方面的要求。2、按电网电压选额定电压高压电气设备可在高于(10%15%)的情况下长期安全运行，故所选设备的额定电压应不小于装设处电网的额定电压，海拔1000m，选择普通非高原性设备1000m3500m，海拔每升高100m，电气设备最高允许工作电压下降1。当最高工作电压不能满足要求时：应采

2、用高原型电气设备或采用外绝缘提高一级的产品。3、按长时工作电流选额定电流电气设备的长期允许工作电流线路最高持续工作电流（1）目的：使电气设备的持续最高温度不超过长期发热的最高允许温度。（2）IN定义电气设备的额定电流是指周围环境温度为0时，电气设备长期允许通过的最大电流。额定电流选择条件：IN ImaxImax各支路最大工作电流，决定于支路主要设备0由产品生产厂家规定。我国普通电器的额定电流所规定的环境温度为+40。如果设备周围最高环境温度与规定值不符时，应对原有的额定电流值进行修正： 当环境最高温度低于规定的0 时，每低1，额定电流可按增加0.5%修正，但最大电流不得超过额定电流20%。 当

3、环境最高温度高于0 ，但不超过60时，长时允许电流按下式修正：选择设备时应使修正后的长时允许电流大于或等于通过设备的长时最大工作电流（不包括起动电流），即-设备允许最高温度， -实际环境最高温度，取月平均最高温度， -修正后的长时允许电流。（二）按短路状态校验1、短路热稳定性校验根本条件：短路发热的最高温度不超过短时发热的最高允许温度。热稳定条件：-设备在tts内能承受的热稳定电流，KA可由产品样本中查得。 -设备热稳定电流所对应的时间s，可由产品样本查得 。-短路电流作用的假想时间，s -稳态短路电流，kA。-继电保护动作时间-断路器的分闸时间路器的分闸时间包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间

4、，一般可由产品样本中查得或按下列数值选取。对快速动作的断路器取；对中、低速动作的断路器取。2、短路动稳定性校验满足动稳定的条件为：i maxish或ImaxIshish 、Ish短路冲击电流幅值及其有效值；i max 、Imax电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。技术规范规定对下列情况不进行动、热稳定性的校验。 （1） 用熔断器保护的电器； （2） 用限流电阻保护的电器及导体； （3） 架空电力线路。在选择电器时，除按一般条件选择外，还应根据它们的特殊工作条件提出附加要求。4.1 高压电气设备的选择一、 开关电弧产生的机理与熄灭方法（一）电弧产生过程1、产生条件电源电压1020V， 电

5、流80100mA动静触头分离瞬间，触头间就会出现电弧，此时，触头虽已分开，但是电路中的电流还在继续流通。只有电弧熄灭，电路才被真正断开。这说明电弧是导电的。电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧弧核中出现了大量自由电子的结果。2、产生过程（1）强电场发射当触头刚分开时，触头间距离很小，在外加电压U的作用下，则产生很强的电场强度(E=U/S)，当E3106V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。（2）热电子发射 触头是由金属材料做成的，在常温下，金属内部就存在有大量运动着的自由电子。随着温度的升高，自由电子能量增加，运动加剧，有的电子就会跑出金届表面，形成热电子发射。特别

6、是电弧形成后，孤隙间的高温使阴极表面受热会出现强烈的炽热点，不断地发射出电子，在电场力作用下，向阳极作加速运动。（3）碰撞游离阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场能的作用下，向阳极方向运动，并不断地与其他粒子(如气体原子、分子)发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性质点游离。碰撞游离连续进行就可能导致在触头间充满了电子和离子，从而介质被击穿，电流急剧增大，从而形成电弧。 电弧的形成主要是碰撞游离所致。（4）热游离 电弧产生之后，弧隙的温度很高，在高温作用下，气体的不规则热运动速度增加。具有足够动能的中性

7、质点互相碰撞时，又可能游离出电子和正离子，这种现象称为热游离。一般气体开始发生热游离的温度为900010000；金属蒸气的热游离温度约为40005000 。因为开关电器的电弧中总有一些金属蒸气，而弧心温度总大于40005000 ，所以，热游离的强度足可维持电弧的燃烧。维持电弧燃烧所需的过程是热游离。（5）电弧的稳定燃烧 电弧中发生游离的同时，还进行着使带电质点减少的复合和扩散的去游离过程。游离去游离：电子与离子浓度增加，电弧加强；游离=去游离：电弧稳定燃烧；游离 U r(t).如果加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度，都可以促使电弧熄火。（3）灭弧的基本方法采用良好的灭弧介质电弧中的去游离

8、程度在很大程度上取决于电弧周围介质的特性，如介质的传热能力、介电强度、热游温度和热容导。这些参数的数值越大，则去游离作用越强、电弧就越容易熄灭。常用介质：油、SF6、真空用变压器油或断路器油作灭弧介质，使绝缘油在电弧的高温作用厂分解出氢气和其他气体来灭弧，氢的灭弧能力是空气的倍；六氟化硫是良好的负电性气体，氟原于具有很强的吸附电子的能力，能迅速捕捉自由电子而成为稳定的负离子，为复合创造了有利条件，SF6气体的灭弧能力比空气约强100倍；用真空(气体压力低于-4Pa)作为灭弧介质时，在弧隙间自由电子很少，碰撞游离可能性大大减少，弧柱对真空的带电质点的浓度差和温度差很大，有利于扩散，真空的介质强度

9、比空气约大15倍。采用不同介质可以制成不同类型的断路器，如空气断路器、油断路器、SF6断路器、真空断路器等。灭弧触头的选择A、采用特殊材料做灭弧触头熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，抑制游离作用。同时，触头材料还要求有较高的抗电弧、抗熔焊能力。常用的触头材料有铜、钨合金和银、钨合金等。B、提高触头开断速度迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时，使电弧的表面增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。利用气体或油吹弧吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却而复合。在高压断路器中利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力并有力

10、地吹向弧隙。空气断路器利用充入压力约干燥压缩空气作为吹动电弧的灭弧介质。SF6断路器利用纯净SF6气体作为火弧介质；油断路器利用油和油在电弧作用下分解出的气体吹动电弧。采用多断口熄弧每相采用两个或更多的断口串连，把长弧变成短弧，在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长，而且电弧被拉长的速度也增加，加速了弧隙电阻的增大。同时，由于加在每个断口的电压降低，使弧隙恢复电压降低，有利于熄弧。二、高压开关设备的选择 （一）高压断路器的选择回顾：高压断路器的主要功能：正常状况下，控制各电力线路的开断与闭合。事故时在继电保护装置控制下能自动切除短路电流。具有灭弧装置，可做操作电器。 断路器的选择：1、按

11、正常工作条件选择（1）型式的选择按使用地点的条件选择，如户内式、户外式，在井下及具有爆炸危险的地点要选择防爆型的设备。按灭弧介质分：油断路器、SF6断路器、真空断路器、压缩空气断路器断路器型号（2）额定电压选择 UNUUN-电气设备额定电压 U-电网的额定电压（3）额定电流选择 INImax 或 Iy Imax IN-电气设备的额定电流 Imax-电网的最大负荷电流Iy-按环境温度修正后的电流2、按短路电流校验动、热稳定性（1） 动稳定性校验（2）热稳定性校验-设备在tts内能承受的热稳定电流，KA可由产品样本中查得， -设备热稳定电流所对应的时间，s可由产品样本查得 -短路电流作用的假想时间

12、，s -稳态短路电流，kA。断路器通过短路电流的持续时间按下式计算：继电保护动作时间 断路器的分闸时间 包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间，一般可由产品样本中查得。或按下列数值选取：对快速动作的断路器取；对中、低速动作的断路器取。 （3）断流容量的校验断路器能可靠地切除断路故障的关键参数是它的额定断流容量。因此它所控制线路的最大短路容量应小于或等于其额定断流容量，否则断路器将受到损坏；严重时电弧难于熄灭，使事故继续扩大，影响系统的安全运行。断路器的额定断流容量应按下式进行校验： -断路器所控制线路0.2s(或零秒)时的最大短路容量，MVA 如果断路器安装在较其额定电压低的线路中，其额定断流容量

13、也应按下式相应的减少 UN -电网的额定电压 UN.QF -断路器的额定电压 （二） 隔离开关的选择 1、特点无灭弧装置，不能接通和切断负荷电流和短路电流。2、用途（1）隔离电压在检修电气设备时，用隔离升关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。（2）倒闸操作投入备用母线或旁路母线用从改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。（3）分合小电流切合电压互感器及避雷器回路切合激磁电流不超过2A的空载变压器分合电容电流不超过5A的空载线路分合电压在10KV以下，负荷电流不超过15A的线路分合电压在10KV，环路均衡电流不超过70A的线路（4）可与熔断器配合使用，可作为180KV

14、A及以下容量变压器的电源开关。3、选择（1）型式的选择按安装地点分：屋内和屋外式，按绝缘支柱数目分：单柱式、双柱式、三柱式（2）额定电压选择 UNU UN-电气设备额定电压 U-电网的额定电压（3）额定电流选择 INImax IN-电气设备的额定电流 Imax-电网的最大负荷电流（四）短路状态校验1、热稳定校验：2、动稳定校验：隔离开关型号（三）举例 例4-1 某企业变电所的主接线系统如图4-3所示，6kV侧的总负荷为12500kVA。在正常情况下，变电所采取并联运行。变电所35kV设备,采用室外布置，进线的继电保护动作时间为。6kV侧的变压器总开关（QF6,QF7）不设保护，变电所35kV与

15、6kV母线的短路参数如表4-2所示。变压器额定容量为ST试选择变压器两侧的断路器QF4,QF6(QF5,QF7)及QF1两侧的隔离开关。已知上级变电所出线带有过流及横差功率方向保护。解 ：1、 断路器的选择（1）首先按正常工作条件选择断路器型号额定电流的选择：此时35kV侧的长时最大工作电流为6kV侧的长时最大工作电流为（QF4与QF6断路器在正常情况下只负担全部总负荷的一半，但当一台变压器故障或断路器检修时，长时最大负荷即等于变压器的额定容量。）QF4额定电流165A，QF6额定电流962A，额定电压的选择：QF4额定电压：35KV， QF6额定电压：10KV型号选择：QF4初步选户外式少油

16、断路器，其型号为SW2-35型。QF6初步选用成套配电箱，断路器为户内式少油断路器，型号为SN10-10型， （2）按短路状态校验在进行校验时，应根据接线系统找出该设备的最大运行方式，然后进行校验。在本题中QF4的最大运行方式是系统并联， QF6的最大运行方式是分裂运行。动稳定性校验：QF4：动稳定性符合要求。QF6:动稳定性符合要求。热稳定性校验：对QF4热稳定的校验。K1点短路时：由于变压器容量为10000kVA，变压器设有差动保护，因此在差动保护范围内短路时，继电保护动作时间为tr=0s，而断路器分闸时间：toff。假想时间ti=tr+toff0.2s 查表知tts=4sQF4在4s内承

17、受的热稳定电流K2点短路时：当短路发生在6kV母线上时，差动保护不动作，此时过流保护动作时间tr=2s （比进线保护少），此时假想时间ti=tr+toff0.2s 。QF4的相当于4s的热稳定电流为热稳定性符合要求。QF1处过流保护动作时间为过流保护装置过流保护装置过流保护装置QF6的热稳定性校验。因QF4的过流保护动作时间为2s， QF6不设保护而断路器分闸时间：toff。所以假想时间ti=tr+toff2+0.2=2.2s ，查表知tts=2s在K2点短路时相当于2s的热稳定电流为QF6热稳定性符合要求。断路器断流容量校验QF4的额定断流容量为1500MVA，则QF6在10kV时的额定断流

18、容量为300MVA，使用在6kV时的断流容量为QF4、QF6均符合要求。故QF4选用SW2-35型，QF6选用 SN10-10型少油断路器完全符合要求。2、QF1两侧隔离开关的选择 （1）按正常工作条件选择额定电流选择长时最大工作电流为：（计算隔离开关的长时最大工作电流，当一条线路故障时，全矿负荷电流都通过QF1的隔离开关。）由于电压为35kV，设备采用室外布置，故选用GW5-35G型户外式隔离开关，其主要技术数据如表4-3所示。（2）按短路状态校验动稳定性校验：由于其最大运行方式为分裂运行。由表4-2查得K1点短路时，最大冲击电流为30.6kA U11N，是互感器最大误差所允许的波动范围。（

19、2）二次回路电压的选择二次绕组电压按表4-5进行选择。使用时应注意：二次线圈的一端及外壳均应接地，以防止一次侧高压窜入二次侧时，危及人身及设备的安全。（3）按二次负荷校验精确等级校验电压互感器的精确等级应使二次侧连接仪表所消耗的总容量小于精确等级所规定的二次额定容量 Si，cosi分别为第i个仪表并联线圈所消耗的功率及其功率因数。此值可查有关手册得到。由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进行短路的动、热稳定性校验。 电压互感器型号低压断路器低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。低压断路器的结构和工作原理主触头及灭弧装置脱扣