煤矿常用防爆电气设备教材.docx
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煤矿常用防爆电气设备教材
第三讲煤矿常用防爆电气设备
矿用电气设备分为防爆型和非防爆型两类，矿用防爆型电气设备属于第Ⅰ类防爆电气设备（工厂用属于Ⅱ类）。
矿用防爆电气设备的外壳上和设备铭牌上都有“Ex”标志。
凡没有“Ex”标志的均为非防爆型，矿用一般型就是非防爆型，它的标志为“KY”
一、矿用防爆电气设备防爆原理与类型（第二章第二节）
当瓦斯浓度在5%～16%范围内，又遇到火源（明火、电火花、金属碰撞火花）或650℃以上的高温热源就会发生爆炸；瓦斯浓度在8.2%～8.5%时最易引爆；瓦斯浓度在9.5%时爆炸压力最大。
当煤尘粒度在1μm～1mm范围内，挥发指数超过10%，悬浮在空气中的含量30g／m3～3000g／m3时，又遇到700℃～850℃的高温热源也会发生爆炸。
1.矿用隔爆型电气设备
将电气设备置于隔爆外壳内，当外部瓦斯进入外壳，开关操作产生的火花就会点燃瓦斯，发生瓦斯爆炸；但是外壳既不破裂或变形，也不会引燃壳外的瓦斯或煤尘，即外壳必须有耐爆和隔爆性能。
耐爆性：
外壳用钢板或铸钢制成，机械强度很高，当壳内发生瓦斯爆炸时，外壳不会破裂或变形，高温气体不会立即冲出外壳引爆外部瓦斯。
隔爆性：
外壳各部件之间的隔爆结合面要有足够大的宽度、平整光洁的表面，两个结合面结合形成的隔爆间隙要足够小。
当壳内发生爆炸时，火焰通过隔爆间隙向外传播的过程中，速度不会太快，所经过路径较长，能够受到足够冷却，使其温度降低到瓦斯点燃温度（650℃）以下，不会点燃外部瓦斯。
对隔爆结合面的最大间隙或直径差W和最小有效长度
及螺栓通孔至外壳内缘的最小长度
的要求见表5-2。
表5-2矿用电气设备隔爆外壳隔爆结合面结构参数mm
结合面型式
隔爆面宽度
隔爆面内侧与螺栓的距离
允许最大间隙
外壳容积／L
平面、止口或圆筒结构①
6.0
12.5
25.0
40.0
6.0
8.0
9.0
15.0
0.30
0.40
0.50
－
－
0.40
0.50
0.60
带有滚动轴承的圆筒结构②
6.0
12.5
25.0
40.0
－
－
－
－
0.40
0.50
0.60
－
0.40
0.50
0.60
0.80
矿用隔爆型电气设备的常见失爆现象有：
（1）紧固螺栓缺失、长度不足或过长、滑丝，弹簧垫和平垫缺失、直径过大、弹簧垫失去弹性；
（2）隔爆面划伤、磕碰、锈蚀面积或深度超标，隔爆间隙超标；（3）电缆密封圈缺失、密封圈内径与电缆直径差超标、密封圈外径与喇叭口内径不符、缺压圈、缺密封堵头，电缆外护套伸进接线盒长度不够等。
隔爆型电气设备的防爆标志是ExdⅠ。
Ⅱ是工厂用。
2.矿用本质安全型电气设备
本质安全型电路简称本安型电路。
是指电路系统或设备在正常或在规定的故障状态下，产生的火花和火花效应均不能点燃瓦斯和煤尘。
实验证明，点燃瓦斯所需要的最小能量为0.28mJ。
如果恰当选择电路参数或采取一定的保护措施，把火花能量限制在0.28mJ以下，它就不会引起瓦斯爆炸。
电火花分为电阻性、电容性和电感性三种。
电路开关在开、合过程或电路中发生短路、开路时，均能产生电火花，其能量大小取决于电源电压和回路阻抗。
对纯电阻电路，火花的能量取决于电压和电流；对电感电路主要取决于电流和电感；对电容电路主要取决于电压和电容。
电火花能量是决定点燃瓦斯的主要参数，在设计本质安全型电路时，必须限制火花能量。
其方法主要有：
⑴合理选择电气元件，尽量降低电源电压；
⑵增大电路中的电阻或利用导线电阻来限制电路中的故障电流；
⑶采取消能措施，消耗或衰减电感元件或电容元件中的能量。
可见，本质安全型电路只能是低电压小电流电路。
它只适于矿井通讯、信号、测量和控制等电路。
本质安全型设备可不要隔爆外壳，具有体积小、质量轻、安全、可靠等优点。
矿用本质安全型电气设备的防爆标志是ExiaⅠ或ExibⅠ，矿用本安型又分a和b两个等级，a等级的安全程度高于b等级。
矿用本质安全型防爆电气设备失爆的现象有：
拆除电路中的安全元件、更换安全元件未按原型号规格、改动电路结构、改变电路工作参数致使电压电流增大等。
3.矿用隔爆兼本质安全型电气设备
矿用隔爆兼本质安全型电气设备是隔爆型与本安型的组合，它的非本安电路部分置于隔爆外壳中，对外输出的部分电路是本安电路。
隔爆兼本质安全型电气设备的防爆标志是ExdiaⅠ或ExdibⅠ
二、矿用电气设备的使用场所
在井下选择电气设备的类型时，应根据《煤矿安全规程》的有关规定选择。
各类矿用电气设备的使用场所见表5-4。
表5-4各种类型矿用电气设备的使用场所
使用场所
类别
煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井和瓦斯喷出区域
瓦斯矿井
井低车场、总进风巷或主要进风巷
翻车机硐室
采区进风巷
总回风巷、主要回风巷、采区回风巷、工作面和工作面进风、回风巷
低瓦斯
矿井
*高瓦
斯矿井
1．高低压电机和电气设备
**矿用防爆型（矿用增安型除外）
矿用一般型
矿用一般型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型（矿用增安型除外）
2．照明灯具
***矿用防爆型（矿用增安型除外）
矿用一般型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型（矿用增安型除外）
3．通信、自动化装置和仪表、仪器
矿用防爆型（矿用增安型除外）
矿用一般型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型
矿用防爆型（矿用增安型除外）
注：
*使用架线电机车运输的巷道中及沿该巷道的机电设备硐室内可以采用矿用一般型电气设备（包括照明灯具、通信、自动化装备和仪表、仪器）；
**煤（岩）与瓦斯突出矿井的井底车场的主泵房内，可使用矿用增安型电动机；
***允许使用经安全检测鉴定，并取得煤矿矿用产品安全标志的矿灯。
三、矿用防爆高压配电箱（第四章第二节）
矿用隔爆型高压配电箱适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿井下，作为配电开关或控制保护变压器及高压电动机。
目前使用的有BGP等系列。
其型号含义为：
B—隔爆，G—高压，P—配电装置。
1．结构
图5-2为BGP9L-6A型配电装置的外形图。
其壳体为一长方形箱体，通过箱体中间的隔板将箱体分为前后两个空腔。
图5-2矿用隔爆型高压配电箱结构图
箱体的前腔装有机芯小车，小车上装有真空断路器，隔离插销动触头，电压、电流互感器，压敏电阻（或阻容保护）、继电保护装置。
箱体中间的隔板上装有六个隔离开关静触头座，上面三个为电源端，下面三个为负荷端；中间隔板上还装有一个穿墙式七芯接线柱；用以连接一次和二次电路。
后腔上部为进线腔，三根导电杆作为贯穿母线，固定在箱体两侧的绝缘座上。
后腔下部为出线腔，装有负荷出线喇叭口和供控制、监视信号连线的小喇叭口。
在出线端口装有零序电流互感器。
箱门为活节式压紧门，用可转动的活节螺栓上的螺母和压铁将门法兰与箱体法兰紧固，这样可减少门与箱体的紧固螺栓数量，使开、关门的速度加快。
门上有断路器分闸和合闸按钮、试验按钮、保护指示灯、电流表、电压表和有功电度表等。
箱体右侧有断路器操作手柄和隔离开关操作手柄，可手动分、合断路器和隔离开关。
断路器还可通过门上的分、合闸按钮电动分、合闸。
为保证安全，配电箱设有以下安全联锁装置：
⑴隔离插销在合闸位置时，箱门不能打开；门打开后，隔离插销不能进行合闸操作。
⑵断路器在合闸位置时，隔离插销不能进行分、合闸操作。
2．工作原理
图5-3为BGP9L-6A型配电箱的电气原理图。
6kV电压由电源引至配电装置的母线室，经上隔离开关1QS、真空断路器QF、电流互感器的两个二次绕组TA1、TA2、下隔离开关2QS、零序电流互感器TAN输出至负荷侧。
在真空断路器的负荷侧，接有过电压保护用的压敏电阻RV1～RV3或阻容吸收装置，可将因真空断路器分断时产生的过电压，限制在2.6倍相电压峰值以下。
图5-3BGP9L-6A型配电箱原理接线图
3．保护装置的整定
1）漏电保护的整定
操作保护插件上的整定开关，一次零序电流可整定在0.5、1.0、2.0、4.0、6.0A。
二次零序电压可整定在3、5、10、20、25V。
动作时间可整定在＜0.1、0.5、1.0、1.5、2.0s。
2）过载保护的整定
操作过载整定倍数开关，可将过载动作电流整定在电流互感器二次额定电流（5A）的0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0倍，共9个档次。
操作过载延时整定开关，可整定过载保护动作的延时时间，分4个档次，各档次延时时间见表5-5。
表5-5过载延时整定表
过载保护整定值
的倍数
时间整定位置
1
2
3
4
1.05
∞
∞
∞
∞
1.2
40s～60s
60s～2min
2min～3min
3min～6min
1.5
20s～40s
30s～60s
1min～1min30s
1min30s～2min30s
2
11s～20s
14s～30s
30s～50s
50s～70s
6
＞8s
＞8s
＞8s
＞8s
3）短路保护的整定
操作短路保护整定倍数开关，可将短路保护的动作电流整定在电流互感器二次额定电流（5A）的1、2、3、4、5、6、8、9、10倍共10个档次。
短路电流在1.2倍整定值时，动作时间不大于0.1s。
三、矿用隔爆型馈电开关（第四章第三节）
矿用隔爆型低压自动馈电开关广泛应用于井下变电所或配电点，作为配电开关使用，用来控制和保护低压供电网络。
如KBZ（DKZB）、BKD、BZKD等系列，采用真空断路器，其控制和保护性能较为完善。
下面介绍BKD-630／1140（660）智能型矿用隔爆型真空馈电开关。
1.用途与结构
BKD-630/1140（660）智能型矿用隔爆型真空馈电开关，其额定电流为630A，额定电压为1140V和660V，适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井井下，作为移动变电站低压侧开关，或单独作为配电系统总开关或分路配电开关使用。
馈电开关的隔爆外壳呈方形，分为上下两个空腔，即接线腔和主腔。
接线腔在主腔的上方，其内装有全部主回路和控制回路的进出线端子。
接线腔两侧各有两个主回路电缆喇叭口和各有一个控制回路电缆喇叭口。
主腔在接线腔下方，其内装有全部电气元件。
馈电开关具有过载、短路、过电压、欠电压、漏电和漏电闭锁保护；具有断路器故障检测、保护功能自检测试、系统自检、网络通讯等功能；具有电源、通讯状态、运行、过载预警、故障等指示灯和液晶屏信号指示。
2.工作原理
馈电开关的电气原理接线如图5-4所示。
下面介绍其工作原理。
图5-4BKD-630/1140（660）智能型隔爆真空馈电开关原理接线图
3．参数的查看与设置
1）参数的查看
“上/复位、下/复位”按钮为翻页按钮，两按钮功能相同，只是查看的顺序相反。
当反复按压上/复位按钮时，可在液晶屏上依次看到“电压等级、额定电流、短路倍数、本机地址、波特率、总开关/分开关”6个参数。
2）参数的设置
在系统待命状态下，可以对系统参数进行修改。
当要修改某个参数时（如改变过载、短路保护整定值），先按“上/复位”或“下/复位”按钮查找到该项参数，再按“设置”按钮，参数的数据变为反白显示。
此时按动“上/复位”或“下/复位”按钮即可对参数值进行修改。
修改完毕后再按“设置”按钮，则又回到查看状态，再按“上/复位”或“下/复位”按钮回到系统待命状态。
本机地址设置完后，必须重新上电才有效。
系统参数设置情况见表5-6。
表5-6馈电开关的系统参数设定
序号
参数设定范围
出厂设定值
1
电压等级（0-660V／1-1140V）
1
2
额定电流（0A～630A）
630
3
短路倍数（3倍～10倍）
7
4
本机地址（0～126）
2
5
波特率（0-2.4kbps／1-4.8kbps／2-9.6kbps／3-19.2kbps）
1
6
总开关/分开关（1-总开关／0-分开关）
0
四、矿用防爆电磁启动器（第三章第三节）
隔爆型电磁启动器是一种组合电器。
主要由隔离开关、接触器、熔断器、继电保护装置、按钮等元件组成，用来控制和保护电动机。
矿用隔爆型电磁启动器型号较多，这里介绍QJZ-400/1140（660）智能型矿用隔爆兼本质安全型电磁启动器。
1.结构与用途
QJZ-400/1140（660）智能型矿用隔爆兼本质安全型电磁启动器，其额定电流为400A，额定电压为1140V和660V，适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井井下，用来控制大容量的采掘运机械设备。
启动器由座在撬形底上的方形隔爆外壳和芯架小车组成。
隔爆外壳分接线空腔和主腔，两个独立的隔爆部分。
启动器前门为快开门结构，门上装有启动、停止/测试、上翻/复位、下翻/复位、设置五个按钮。
还装有一个液晶显示观察孔，用于了解启动器的运行状态、运行数据、故障种类及参数设置等。
隔离开关手柄装在隔爆外壳的右侧，具有正－停止－反三个位置，可在电动机停止时隔离电源和换向。
隔离开关与接触器之间，通过隔离开关的辅助常开触点实现电气联锁，防止带负荷分、合隔离开关。
但在紧急情况下，如接触器主触点粘连时，允许隔离开关分断负荷电路。
隔离开关与前门设有机械闭锁，保证只有隔离开关在停的位置时，前门方可打开；前门打开后，不能操作隔离开关。
启动器的主腔内装有芯架小车，电气元件均安装在芯架小车上，启动器前门打开后，芯架小车可沿导轨拉出，以方便安装和检修。
芯架小车与箱体采用接插件实现电气连接。
启动器具有单台近控、单台远控、多台近控、多台远控等控制方式，多台控制方式为程序联锁控制；具有过载、短路、断相、、漏电闭锁、过电压、欠电压、三相电流不平衡保护；具有保护功能自检测试、系统自检、网络通讯等功能；具有电源、通讯状态、运行、过载预警、故障等指示灯和液晶屏信号指示。
2.工作原理
启动器的电气原理接线如图5-6所示。
图5-6QJZ-400/1140（660）智能型矿用隔爆兼本质安全型电磁启动器原理接线图
3．参数的查看与设置
1）参数的查看
“上/复位、下/复位”按钮为翻页按钮，。
当反复按压“上/复位”按钮时，可在液晶屏上依次看到“电压等级、额定电流、短路倍数、本机地址、波特率、是否近控、是否单台”7个参数。
按压“下/复位”按钮时，查看顺序与上述相反。
2）参数的设置
在系统待命状态下，可以对系统参数进行修改，参数修改的方法与前述智能型馈电开关相同。
系统参数设置情况见表5-8。
表5-8启动器的参数设定
序号
参数设定范围
出厂设定值
1
电压等级（0-660V／1-1140V）
1
2
额定电流（0A～430A）
300
3
短路倍数（7倍～10倍）
8
4
本机地址（0～31）
2
5
波特率（0-2.4kbps／1-4.8kbps／2-9.6kbps／3-19.2kbps）
1
6
是否近控（0-否／1-是）
1
7
是否单台（0-否／1-是）
1
五、矿用变压器和移动变电站（第四章第四节）
1．KBSG型矿用隔爆干式动力变压器
KBSG型矿用隔爆干式动力变压器，用于有爆炸危险的煤矿井下，它将6kV电压降为1.2kV或0.693kV，向动力设备供电。
其外形近似长方形，箱体两侧为瓦楞形波纹散热器，机械强度高，散热好。
变压器两端设有两个独力的高、低压隔爆接线腔，腔内有高、低压套管，供电缆接线用。
接线腔还可通过隔爆法兰面与高、低压开关连接。
为减小变压器的空载损耗，铁心材料采用优质低损耗的冷轧硅钢片，斜接缝结构。
变压器采用耐热性能高的H级绝缘，线圈由聚酰亚胺复合漆包铜线绕制，在变压器绕组中嵌埋有温度继电器，防止绕组过热。
变压器高压绕组设有-4%和-8%的调压分接抽头，可在断开高压电源后，通过改变箱体上部分接盒中连接片的位置，调整变压器二次输出电压。
变压器的技术数据见表5-11。
2.KBSGZY矿用隔爆型移动变电站
图5-9为KBSGZY矿用隔爆型移动变电站的外形图，它是在KSGB型矿用隔爆干式动力变压器两端的高、低压隔爆接线腔上，分别安装隔爆型的高、低压开关组成。
图5-9KBSGZY矿用隔爆型组合式移动变电站外形图
移动变电站放在工作面附近区段平巷的轨道上，可随着工作面的推进而移动。
由于高压电能送至工作面附近，缩短了低压供电距离，因此容易保证电压质量。
该型号移动变电站高压侧BGP41-6矿用隔爆型高压配电装置，低压侧为BXB-500/1140隔爆型低压保护装置。
BGP41-6隔爆型高压配电装置装在移动变电站的高压侧，作为高压侧的控制开关，其内部装有隔离开关和真空断路器，并具有短路、过载、漏电、绝缘监视、欠压和过电压保护功能，可以分断故障电流。
BXB-500/1140矿用隔爆型低压保护箱，安装于移动变电站的低压侧，对负荷侧供电线路和设备实现短路、过载和漏电保护。
该低压保护箱本身没有开关，不能直接分断故障线路，当被保护线路出现故障时，作用于高压侧真空断路器的脱扣装置，使高压真空断路器跳闸，从而切除故障线路。
6kV电压经隔离开关QS、真空断路器QF、电流变换器1TA与电流互感器2TA、零序电流互感器TAN输出至变压器一次侧。
在真空断路器的负荷侧，接有过电压保护用的压敏电阻RV1～RV3，可将因真空断路器分断时产生的过电压，限制在3.5倍相电压以下。
BXB-500/1140隔爆型低压保护装置有漏电保护、短路保护、过载保护。
六、用矿用电气设备组成变电所
七、矿用电气设备的监察
一、矿井电气设备选用与使用环境条件的监察
防爆型电气设备在其外壳的明显处必须具有红色凸纹或凹纹Ex标志。
铭牌应包括防爆标志、防爆类型、防爆类别、防爆合格证编号等。
防爆电气设备入井前，应由指定的经培训考试合格的电气设备防爆检查工检查其“产品合格证”、“防爆合格证”、“MA准用证’’及安全性能检查合格后，方准入井。
井下供电应做到：
“无鸡爪子”、“无羊尾巴”、无明接头；有过电流和漏电保护装置，有螺钉和弹簧垫，有密封圈和挡板，有接地装置；电缆悬挂整齐，设备硐室清洁整齐；防护装置全，绝缘用具全，图纸资料全；坚持使用检漏继电器，坚持使用煤电钻、照明和信号综合保护，坚持使用甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置。
二、隔爆型电气设备的监察
（1）隔爆型电气设备必须经过考试合格的防爆电气设备检查员检查其安全性能，并取得合格证。
（2）外壳完整无损，无裂痕和变形。
（3）外壳的紧固件、密封件、接地件齐全完好。
（4）隔爆接合面的间隙、有效宽度和表面粗糙度符合规定，螺纹隔爆结构的拧入深度和啮合扣数符合规定。
（5）电缆接线盒和电缆引入装置完好，零部件齐全，无缺损，电缆连接牢固、可靠。
一个电缆引入装置只连接一条电缆。
密封圈外径与电缆引人装置内径之差，应符合下列要求：
①密封圈外径不大于20m时，其内径差不大于1．0m；②密封圈外径大于20m、不大于60mm时，其内：
径差不大于1．5m；③密封圈外径大于60n皿时，其内径差不大于2．0mm。
密封圈内径与电缆公称外径之差不大于1．0mm。
电缆与密封圈之间严禁包扎其他物。
不用的电缆引入装置用厚度不小于2．0mm钢板堵死。
（6）连锁装置功能完整，保证电源接通打不开盖，开盖送不上电；内部电气元件、保护装置完好无损、动作可靠。
（7）接线盒内裸露导电芯线之间的电气间隙和爬电距离，符合规定；导电芯线无毛刺，上紧接线螺母时不能压住绝缘材料；外壳内部不得增加元部件。
（8）在设备输出端断电后，壳内仍有带：
电部件时，在其上装设防护绝缘盖板，并标明“带电”字样，防止人身触电事故。
（9）接线盒内的接地芯线必须比导电芯线长，即使导线被拉脱，接地芯线仍保持连接；接线盒内保持清洁，无杂物和导电线丝。
（10）隔爆型电气设备安装地点无滴水、淋水，周围围岩坚固；设备放置与地平面垂直，最大倾斜角度不得超过150。
三、本质安全型电气设备的监察
（1）本质安全型电气设备必须经过考试合格的防爆电气设备检查员检查其安全性能，并取得合格证。
（2）外壳完整无损，无裂痕和变形。
（3）外壳的紧固件、密封件、接地件齐全完好。
（4）连接的电气设备必须通过联检，并取得防爆合格证。
（5）外壳防护等级符合使用环境的要求。
（6）本质安全型防爆电源的最高输出电压和最大输出电流均不大于规定值。
（7）两组独立的本安电路裸露导体之间，本安电路与非本安电路裸露导体之间的电气间隙与爬电距离符合有关规定。
（8）保护性元件或组件必须双重化或多重化。
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