矿山节能与安全用电

1、矿山节能与安全用电本文是一份对矿山电工及机电管理人员培训教材，作者佟高工从实践到理论对矿山安全用电，诸多节能技术措施，主要电器元件采购选型等内容进行了深入浅出的讲解，立论正确实用性强值得有关人员参考。本内容提纲，是根据某单位对技术培训的要求所编写的。以单元性内容编辑，力求围绕中心问题的连贯性。培训对象是非煤矿山生产一线的电气技术人员、机电设备管理人员，采区（车间）主任，电工班组长以及维修电工。培训方式采用互动式。如果时间和条件允许，可结合现场实际，重点突出的讲示，或较深入的探讨某一具体技术问题。矿山电气技术，涉及的“标准”和“规范”很广。尤其是近年来与IEC国际电工委员会标准接轨，新版本和新内

2、容的电气标准和规范很多，有些名词定义是全新的概念，对其理解不一定全面甚至有不恰当之处。尤其是目前有的电工产品铭牌数据和使用说明书资料，没有完全执行新标准，沿用多年的过时标准给人们的印象又很深，现场培训中将根据本人的理解，沟通新旧标准，并着重指出不同点，这些内容在提纲中没有体现，将在讲释中插入。提纲中的主要名词释义和技术数据，引自下述现行标准：l GB16423-2006(金属非金属矿山安全规程)l GB50070-2009(矿山电力设计规范)l GB50054-95(低压配电设计规范)l GB14050-92（系统接地的型式及安全技术要求）l GB148048·2-2001（低压断路

3、器）l JB6314-92(矿用隔爆型检漏继电器)l GB6829-86（漏电电流动作保护器）l JB/T5500-2004(地下铲运机)l JB8518-1997（地下铲运机安全要求）l GB14821·1-92（电击保护）等。内容提纲的编写受到委托单位领导的指导和帮助，在此深表感谢！并希望将培训效果予以反馈，以便修正错误，不断完善。 2010年8月非煤矿山安全供电与节能管理（题纲）1.【金属非金属矿山安全规程】（GB16423-2006）和【矿山电力设计规范】（GB500702009）对井下矿山电气安全运行的规定和应采取的措施。1.1：井下环境条件恶劣，潮湿、尘大、空间狭窄、纵深

4、长、局部滴水、作业人员受电击的几率高，危害程度严重。因此井下矿山的供电不同于一般地表供电的要求，安全规程和矿山电力设计规范等有如下规定:· 电压等级的限制：高压不超过10KV，低压不超过1140V，注：电网额定电压大于1200V为高压，小于等于1200V为低压。· 照明电压：运输大巷，井底车场应不超过220V。采掘工作面、出矿巷道、天井，应不超过36V。行灯电压不超过36V。手持电气设备不超过127V。电机车牵引网络，直流不超过550V，交流不超过380V。· 6KV或10KV系统中性点采用不接地、高电阻接地或消弧线圈接地方式，必须安装有选择性的单相接地保护，动作

5、于信号或跳闸；向移动变电站供电的，应作用于跳闸。· 无爆炸危险环境矿井，宜采用矿用一般型电气设备。外壳防护等级不低于IP54。但不同的环境下，不同的井下位置有不同防护等级的最低要求（如：大巷中的电气设备应不低于IP22，油浸变压器不低于IP44，电机车控制室不低于IP20等），详见GB/T12173标准，矿用一般型电气设备标有KY标志。· 根据国家安全生产监督局，安监总规划字200583号文规定，主要矿用设备应有“KA”或“MA”安全标志及认证许可。· 低压电网应采用IT系统，单相接地电流不大于5A。（ = ）井下应采用矿用变压器，若用普通变压器，中性点N不得引出

6、线。严禁变压器中性点直接接地。照明应采用照明变压器供电。· 低压系统应安装漏电保护：低压母线上应安装总保护，作用于信号或跳闸（无爆炸危险环境的矿井一般可作用于信号，当绝缘下降到规定值时，保护动作，将信号传至有人值班的场所）动作值的规定见表1.表1 JB6314-92 4.2.2规定电网额定电压（V）380V660V1140V单相漏电动作电阻整定值3.5K11K20K单相漏电闭锁电阻整定值7K22K40K 。电动铲运机应安装有选择性漏电保护、接地保护、断PE线保护，作用于跳闸。(JB5500-2004规定).· 电气设备外露导电金属外壳应接地。单相接地故障预期接触电压不得大于

7、36V。· 过流保护应动作可靠，两相接地短路故障应可靠动作跳闸并保有1.3倍以上安全系数。· 要有完善的井下接地网，接地电阻2。移动设备的保护接地芯线（PE）电阻1。· 有一级负荷的井下矿山，应由双重电源供电。每路电源均应保证一类负荷和二类负荷的供电能力。注：双重电源是指分别来自不同电网的电源或来自同一电网但在运行时电路互相之间联系很弱。或者来自同一电网但其间的距离较远，一个电源系统任意一处出现异常运行时或发生短路故障时，另一个电源仍能不中断供电。1.2 保证安全的组织措施：· 在电气设备和线路上工作，要执行工作票制度。在电气设备上工作，填写第一种工作票

8、，在线路上工作填写第二种工作票。工作票的签发应授权管理。· 工作许可制度· 工作监护制度· 工作间断、转移和终结制度1.3 保证安全的技术措施· 停电· 验电· 装设接地线· 悬挂标示牌和装设遮拦。1.4 变（配）电所的安全工作· 入口或门口挂牌“非工作人员，禁止入内”，“谢绝参观”等。无人值班的，一定要加锁。经批准的非本所工作人员入内要登记。· 值班人员不准脱岗，要执行交接班制，岗位责任制，操作规程，运行记录，事故记录，操作记录，电力调度命令及执行情况记录，继电保护动作记录，反事故演习记录，检修记录，要

9、害登记等。· 设备安全挂牌：高压危险、请勿靠近，运行，停运，检修，备用。1.5 安全操作·· 操作票制度· 监护制度· 电力调度要授权管理，调度员和停送电联系人要在变电所和调度室上墙公布。· 电力调度命令要有记录，执行过程要有记录。重要岗位要有电话录音。1.6 井下供电的安全工作· 硐室内的设备，应分别编号，标明用途，有停送电标示牌。· 硐室入口挂牌，“高压危险”，“非工作人员禁止入内· 无人值班的硐室，关门加锁。· 不得带电检修，接引，搬迁电气设备。· 非专责、非值班人员，不得操作电

10、气设备。· 操作高压设备要穿绝缘靴，带绝缘手套。· 井下高压电气设备的检修，要执行工作票制。· 停、送电联系与记录，严禁按约定停、送电。调度语言规范化。1.7 绝缘工具的定期试验：· 包括:绝缘杆、试电笔、绝缘手套、绝缘靴、绝缘绳、绝缘挡板，绝缘棒等， 每半年至一年一次。· 绝缘工具的绝缘等级与操作设备的额定电压要适配。· 电工穿的绝缘鞋，花纹磨掉三分之一后不能保证绝缘。1.8 登高、起重工具的定期试验：· 范围：脚扣，升降板，安全带，梯子，棕绳，绞磨，钢丝绳，扒杆，吊钩，葫芦，滑车等。· 周期：半年至一年

11、3; 标准：见规范2 提升电气控制的安全管理:载人副井提升事故多半发生在电控系统或操作者缺乏临场处置经验。电控故障又多发在安全回路，最终造成事故的往往是制动失灵。使用中应把握住几个环节。· 选型环节:卷筒直径2M以下单绳缠绕式提升机，从结构和控制操作方法上，基本不具备提人的安全条件，因为2M以下绞车配置的标准电控，没有测速装置，不具备超速、过速、自动减速的保护功能。如果在订货时提出特殊要求，有些是可以解决的。对在用绞车通过技术改造也是可以完善的。另外制动力矩小，不是按3倍旋转静力矩的标准设计的。附加的一些安全保护措施如动力制动，低频拖动，微拖装置的加入比较困难，（主要指缺乏标准配套产

12、品）等。· 定期维修保养：安全保护外围元件的维护保养不及时或维修人员随意解除而造成提升事故的，不是个例。这些外围元件主要指过卷开关，减速开关，到位开关，换向开关等，这些器件安装在井架上或井筒里，维护不方便。往往失修甚至解除，从而造成提升事故。尤其近年来轴编码器的推广应用，人们往往会依赖于这些电子设备的间接检测而忽略直接检测，直接检测是最可靠的，是不可少的。间接检测只能是一种冗余手段，不可为唯一的。· 科学操作：断电滑车操作是严格禁止的，无论是斜井提升还是竖井提升，在负力提升时可以采用动力制动运行方式，不允许电动机断电靠制动闸滑车运行。滑车运行往往造成严重的后果，这是因为卷筒

13、旋转的动力矩，往往超过过闸的制动力，所以容易导致跑车、蹲罐、超速、过卷等重大事故。如果电动机不断电，当超过给定绳速时，电动机会产生发电制动力。· 加强对司机的技术培训：提高司机在应急情况下的处置水平是很重要的。比如说在司机操作台上，都有一个主电源断电按钮或控制开关，如果在负力运行中，电动机失电（包括主电源或制动电源）都是危险的。所以操作断电开关要慎之又慎。建议在箕斗卸矿平台安装安全回路的断电开关，不要按装主电源断电开关。· 关于制动油站，液压可调阀的维修与管理，是安全制动和工作制动执行的核心部分，属提升机的机械部分，故不详述。· 提升电控的双安全回路和保护环节的冗

14、余结构，应在订货的技术协议中详细明确，日常检查、维修，不得随意解除或取代。3 井下矿山的节电途径与管理： 3.1 提升系统的节电措施： 3.1.1 采用四象限运行的直流控制系统或交流变频调速系统。将负力阶段的势能变为电能回馈电网3.1.2 双卷筒双钩提升，竖井采用平衡尾绳系统。3.1.3 操作熟练准确，减少重复启动。3.1.4 转差调速控制的卷扬机，下放重物及负力提升时，采用动力制动操作方式。3.1.5 采用自动化提升系统。3.1.6 尽量满载提升，减少跑空罐。3.1.7 加强维修，减少阻力：竖井钢轨罐道接头要平直，滚轮润滑良好。钢丝绳罐道定期润滑，减小阻力。斜井提升，轨道接头平直，道床符合标

15、准要求。天轮、导向轮、拖绳轮及时加油润滑。3.1.8 验算提升能力，挖掘提升潜力。3.2 排水系统 3.2.1 无底阀排水。采用射流真空引水或真空泵引水，减少吸水阻力。 3.2.2 采用预压泵或潜没式水泵房。 3.2.3 合理的排水管道，减少阻力损失。 3.2.4 采用高效水泵，合理选择泵型和参数，使水泵工作在高效区。 3.2.5 加强排水系统各环节的维修。如：及时清扫底阀，定期检查水泵的密封环。保证吸水轮的间隙要符合规定，加强管网的维修等。 3.2.6 给水、排水联合系统，采用变频调速，实现定压自动化供水。3.3 通风系统 3.3.1 多级站通风系统 3.3.2 通风机变频调速，实现自动化控

16、制。 3.3.3 减小通风阻力，防止漏风和风流短路。 3.3.4 加强通风机维修。风轮叶片与机壳的径向间隙，不能大于叶片长度的1%，否则通风机效率将大大降低。 3.3.5 选用节能风机。3.4 压风系统 3.4.1 采用移动式压风机。 3.4.2减少风动工具的使用。因为风动设备的电能利用率很低。 曾将ZCZ-26风动装岩机和华-1电动装岩机作过对比，同样的斗容，耗电量相差57倍。 3.4.3 集中空压机站，对空压机要采用自动负荷调节器，禁止正常运行时靠放风减压。安全阀是保证安全的措施，不是正常运行时调节压力的手段。 3.4.4 加强维修，及时清理进风口，以减小进风阻力，杜绝或减小汽缸串风，提高

17、压风效率。 3.4.5 加强管道维修，减少漏风。禁止用压风吹炮烟。3.5 运输系统 3.5.1 电机车轨道平直，间隙合理，减少运行阻力。 3.5.2 电机车采用交流三相电动机，直流逆变供电，变频调速控制。若采用直流电动机，选用斩波调速控制。 3.5.3 架空线，地线，轨道连接线接触良好。 3.5.4 集电弓要保持与牵引线的接触压力，减小电阻损失。 3.5.5 加强维修、保养，定期清扫润滑。 3.6 高、低压变频器在矿山节能方面的应用。3.6.1 离心设备（二次方降负载转矩特性）的变频调速节能效果非常突出，其原理是，电动机的转速n=，每分钟转数与频率成正比，出口的流体压力与转数平方成正比，离心设

18、备的轴功率与转数的立方成正比，因此，凡是工艺要求变量输出的，离心水泵和风机使用变频器调节比其他任何调节方式都具有明显节电的效果，在矿山已成功推广使用的有:· 通风机变频器调速：无论是大型主通风机的高压电动机还是多级站的低压电动机，都可以实现变频调速。可手动/自动两种调节方式。根据井下空气中的粉尘浓度或炮烟浓度，进行手动或自动调节风机的转速，实现风量、风压的调整，有明显的节电效果· 无塔定压供水系统：应用变频器自动调节供水压力和流量保持压力的稳定并实现节电。· 采暖循环加压水泵的变频自动调整，可按设定的压力和流量，自动调节循环水压力保持恒定。或根据室外温度及水温的变

19、化，自动调节加压泵流量和压力。· 选矿厂尾矿泵，精矿泵，矿浆泵的压力、流量，应用变频调速调节。· 水力旋流器矿浆压力的自动调节，采用变频调速渣浆泵。3.6.2. 牵引电机车的变频调速。可提高起动粘着力百分之二十，节电百分之二十二以上。3.6.3. 矿井提升机的变频调速控制。3.6.4. 抓斗吊的变频调速控制。3.6.5. 不适宜软启动器的重负载缓慢启动。3.7 矿山企业的DSM管理DSM管理是电力需求侧管理的简称。现代企业管理学十分推崇的观点是：“理念优先于制度，制度重于技术”，“理念是风向标”，“理念导向错误不仅影响组织管理体系的工作效率，有时还会导致适得其反的效果”。先

20、进的管理理念首先强调的是明确管理工作的内容、对象、任务和目标。进而研究实现目标的措施和手段。 3.7.1 基本观点的阐述： A 就管理的概念而言，所谓“管”就是监督和控制；所谓“理”就是指导和服务。管理的过程要应注重“理”，高明的管理应该是寓“管”于“理”之中。 B 管理的对象，应树立“以人为本”的思想。即以提高电能利用水平来实现电能的节约。 C 管理的目标：全员参与管理的全过程管理。具体内容就是通过采取有力的激励措施，提高用电效率。 3.7.2 高效的目标责任体系是DSM管理的关键：借助于目标和计划把人和工作结合起来，把管理者和被管理者统一起来。第一步建立完善的用电管理体系，第二步明确体系中

21、每一机构的职能和责任，第三步建立相关的管理制度，做到以制度管事。 3.7.3 切实、合理的目标和计划是工作的航标。 A 节电目标的量化、数据化和具体化。 B 目标计划的先进性和可操作性 C 研究和评价节能措施的必要性和可行性。 D 必要的激励机制和手段 3.7.4 科学的考核与评价体系是保证 A 完善的计量体系 B 科学的考核计算方法 C 分层次的评价与核查3.8 矿山变配电系统的特点和节电潜力： 由发电机升压变压器输电线路区域变电站用户线路用户降压站用户配电网配电变压器低压配电用电设备 组成电力系统。用户站一般为终端站。企业变配电系统的特点是：· 电压等级多：矿山企业一般具有35个

22、电压等级，电源35110KV，配电网610KV，地表供电220/380V，井下生产380V1140V，井下照明36220V· 用电点分散· 负荷变化大· 安全、可靠性要求高上述特点就要求双重电源供电，变压级数多，配电线路长，因此，节电的潜力大。改变运行方式的节电，变压器经济运行节电，降低线损的节电等，都大有文章可作。根据电平衡测试资料，矿山企业的变配电损失一般为总用电量的812%，高于其他生产企业。因此，挖潜节电的空间较大。 3.8.1 线路有功损失的计算和挖潜方向： 线路存在电阻，电流通过电阻产生有功损失。对三相线路而言，线路的有功损失P=3I²R，

23、I=,三相有功负载的计算公式:P=IU。由此可知，降低线损的挖潜节电方向一是减小线路电阻，二是提高电网电压，三是提高功率因数，采用合理的无功补偿方式。· 配电网合理布局，高压深入负荷中心。矿山电网一般为放射式，局部采用链式。整体布局合理，可以减少线路总长度。负荷中心就是一个负荷圆图的重心，而不是一个供电负荷范围的几何中心。总降压站或矿山总配电站的位置，总图设计已经确定，建井阶段已经完成，不易更动。但井下开采，随矿井的延伸和开采水平的变化，负荷中心也在变动，供电的负荷中心是可以作局部调整的。· 配电网升压改造当各级电网的输送功率P和负荷功率因数为固定值时，所输送的电流I=可以

24、有很大不同。如果导线的截面也是相同的，则提高电网电压可以大大降低线损P。经过计算可得到：=2.78，=2.98，=6.9，=9，即是说，6KV配电网升压为10KV配电网，线损可降低2.78倍，380V升压为660V，线损降低2.98倍，380V升压为1000V，线损降低6.9倍，380V升压为1140V，线损降低9倍。国产低压开关器件，660V电压等级的已很普通，目前，煤矿井下已基本淘汰380V，多以660V作为低压供电。地表大型选矿厂，也多采用660V，石油采油井，正在推广1140V的电网取代380V低压电网。高压6KV也正在被10KV取代。· 无功就地补偿: 无功就地补偿的作用，

25、不仅仅在于可减低线损，而且对提高电压质量，减少电动机起动时对电网的冲击，减少起动压降，提高电动机端电压，提高起动时的转矩都有积极的作用。 电动机所需要的无功电流，可以由电网上供给，也可以就地供给，如果就地供给，便可减小输送无功的有功损失。3.8.2 变压器节能变压器经济运行和节能型变压器。 变压器在矿山企业数量较多，所谓变压器的经济运行，就是使变压器处于高效的运行。 变压器运行效率 = 如果考虑变压器的无功消耗，则综合效率 = =· ：空载有功损失，由变压器样本查得 =· ：短路有功损失，由变压器样本查得 ：无功经济当量 0.020.2 ：负载率 = 从理论上讲，当空载损失

26、等于负载损失时，变压器的效率最高，基于这一点，节能变压器的最高效率，一般应在40%80%负载率。而变压器额定负载下的额定效率应当是被认可的。而等同于效率时的负载率应当是被接受的。因此，变压器的负载率不是越高越好。 目前国家的电费政策与变压器经济运行有矛盾，所以如果变压器直接接在供电局管理的电网上，而且是按变压器容量计算固定电费，则变压器应工作在接近满负荷。 总的来讲，变压器的效率是很高的，变压器的有功损耗一般不超过变压器额定容量的2%，变压器容量越大，损失率越小，如10KV/0.4KV S9系列变压器，1000KVA容量满负荷下有功损耗12KW，损失率1.2%。100KVA容量满负荷下的损耗1

27、.8KW，损失率1.8% S11系列 1000KVA容量的变压器，额定有功损耗11.5KW，损失率1.15% 100KVA容量的变压器，满载下的损失率1.75%。 按照JB500-64标准和JB1300-73标准生产的老式高能耗变压器，变损高，JB500-64标准的1000KVA， 10/0.4KV变压器，满负载下的有功损失为19KW，损失率为1.9%，100KVA变压器损失率3.13%。JB1300-73标准的的1000KVA变压器，满负载的有功损失16.95KW，损失率1.7%，100KVA的变压器，损失率2.6%。用节能变压器替换高能耗变压器，是矿山节能的措施之一。表2动力变压器技术参数

28、变压器容量（KVA）一、二次电压（KV）技术参数JB500-64标准JB1300-73标准S7S9S11MS11MR100010/0.4400032501800170011901190150001370011600103001030010300%551.20.70.70.7%4.54.54.54.54.54.510010/0.4730540320290200200240021002000150015001500%7.57.52.31.61.61.6%4.544444理论推导，当=时，变压器的运行效率最高，此时的负载率=由表2的数据可以看出，按JB500-64标准生产的1000KVA变压器，最高

29、效率时的负载率=51.6%，100KVA最高效率时负载率=55.1%。而S11系列节能变压器经济运行的负载率，对1000KVA而言3.8.3 异步电动机的经济运行和节能型电机 ： 异步电动机的T型等值电路如图3图3 由图3可知，异步电动机的T型等值电路与变压器的等值电路基本相同，但运行参数有较大差异，主要表现在：空载电流差别大，电动机的空载电流由于存在磁路气隙，所以大，大中型电动机达到额定电流的2030%,而节能型变压器不超过2%。自身损耗差别大。电动机的自身有功损耗约占额定功率的58%,而变压器不超过2%。经济负载率不相同，电动机的经济负载率(0.71)范围，节能变压器的负载率在（0.350

30、.7）范围。因此，若不考虑固定电费因素，变压器的负荷率决不是越高越好，而电动机却应接近满载运行。这在现场的运行管理和节电管理中，是应当注意的。目前各种容量、型号的电动机和变压器都在服役，他们的技术参数差别也较大，在具体实施节电的技术措施时，应通过具体的计算，进行技术合理性论证。 电动机的有功功率损耗的计算公式： P=+（-） 无功功率消耗 Q=+(-) 目前，在矿山企业服役的电动机是“三世同堂”，一代是J0,J02系列的相当于上世纪七十年代水平。一代是Y系列的，相当于上世纪九十年代水平。还有一代YX系列的，相当于目前世界水平。但YX系列的电动机目前的使用量还很小。这其中价格的因素有较大的影响，

31、因为YX系列比Y系列电机的价格大约高2535%。YX系列比Y系列的电动机损耗减少20%以上，效率提高3%左右。Y系列和YX系列的外形、安装尺寸基本相同。通过实际测试，Y系列比J02系列的电动机效率提高2%左右。另外，从电网吸取电能转换为机械能的整个过程而言，直流电动机和同步电动机的效率比异步电动机的效率低23%。这是由于整流损耗、励磁损耗和电刷损耗造成的。但同步电动机在无功补偿方面的效能和直流电动机调速性能方面的优势，是它们生存的基础。上述电动机损耗计算公式与变压器损耗的计算公式相似，但具体项的含意是有所不同的。在制定电动机节电改造时，涉及的因素较多。电动机的额定转矩、最大转矩、堵转转矩、堵转

32、电流、起动转矩、牵入转矩等这些与负载有关的参数是不能忽视的。因此电动机的选型不能仅关注它的效率，更重要的是它的机械特性参数必须满足负载要求。这方面的内容请参阅电力拖动和电动机运行分析方面的资料。众所周知，电动机的标称功率，指的是电动机输出的机械轴功率，其中铁损和机械损耗之和，不随负载变化，称为不变损耗（），定子铜损、转子铜损、杂散损耗是随负载率的平方而变化的，称为可变损耗，从理论上讲，电动机的不变损耗等于可变损耗时的效率达到最大值。举例分析一个鼠笼电动机实施节电改造的问题。多年来，采用磁性槽楔或槽泥对定子槽口进行磁封对高能耗电机实施节电改造是一项成功的技术措施，可使电动机效率提高12%，企业的

33、专业维修人员和社会上的一些专业组织也都在从事这项工作的推广应用，方法简单，效果明显。但在确定具体的改造对象时，需要明确了解其原理，避免造成失误。高低压电动机由于定子开槽，使电动机的气隙磁通发生变化，从而使主磁场和谐波磁场产生较大脉振和表面损耗，使电动机的杂散损耗增加，对槽口进行磁封，相当于缩小了电动机槽口的宽度，消弱了齿槽效应，可以减小气隙的脉动幅值，因而表面损耗减少，同时可减少定、转子之间的磁阻变化，减少定转子齿内磁密的脉动幅值，也减少了脉动损耗，从而使电动机的杂散损耗减小。实际应用，对高压电动机一般可使其效率提高12%,低压电动机提高0.51.5%。但是这种改造会使定子的漏抗增大，导致堵转

34、电流下降，从而使堵转转矩和最大转矩都下降，因此适用于启动转矩和过载转矩要求不高的场合，如水泵、风机等负载。不适用于提升机，破碎机等冲击负载和要求高起动转矩的场合。3.8.4 无功补偿及节电效益：工、矿企业的用电设备多为感性负载，功率因数一般为0.650.75。工作时所需要的无功，可以从网上吸取也可以就地供给。从网上吸取无功时，由线路传送无功电流，会造成有功损失。3.8.1已作出分析不再重述。无功电流的增加还会降低变压器的有功负荷能力，增大变压器的压降损失和有功损失。功率因数也是供电局计费的指标。基本实现企业无功自给，进行无功补偿的方法主要有：· 并联电力电容器：如图4，视在电流是由有

35、功和感性无功合成的。并联电容器的可以抵偿，因此而使功率因数提高。视在电流减小。但要防止过补，过补同样会使局部电压升高超限，损坏设备的绝缘。目前有些电网对过补也要罚款。复费率电能表实现四象限计量，过补和欠补是分别计量的，不能指望用过补的方法追回欠补的部分。因此而出现了电费结算时既有功率因数低而受罚又有过补受罚同时存在的现象。在实际应用向量和相量分析问题时，要注意电工学的象限划分和数学三角函数象限的化分其定义是不相同的。并联电容器补偿无功，由于电容器本身存在介损，所以也要消耗有功电能。当前国内生产的电容器，型号不同，生产厂家不同，介损值也不相同。一般而言，每补偿一千乏无功，消耗有功0.30.5瓦，

36、并以发热体现。电容器补偿无功，有三种安装方式：集中补偿，分散补偿，就地补偿。就地补偿的效果最好，但管理比较复杂。电容器的利用率较低。 ·同步电动机进相运行补偿无功：同步电动机的功角特性和V形曲线，是解读其最大电磁转矩和补偿无功的基本理论。增大励磁电流可以增大最大电磁转矩，如果电动机的负载突然增大，施加自动强励就能提高同步电动机运行的稳定性而不至于失步。V形曲线是指当电网电压与频率为额定值时，在输出轴功率不变的情况下，调节励磁电流的大小，引起定子电流的变化。由于输出的有功功率不变，电网供给的有功电流分量不也不变，调节引起定子的变化，实质上是引起定子电流的无功分量的变化。当=时，=1，I

37、=,同步电机仅从网上吸收有功功率，这时的励磁状态为正常励磁；时，为欠励磁，定子电流除有功分量I外，还有无功分量I，所以定子电流大，功率因数滞后，从电网上吸收有功和无功；当时，为过励磁，此时也出现无功电流，但属容性的，理解为向网上倒送无功。利用加大励磁电流，提高功率因数，甚至向网上倒送无功电流是受运行条件限值的。如果同步电动机处于轻载，是可以达到进相运行的。如果处于接近满载运行，若想达到进相运行，励磁电流需要超过额定电流，励磁绕组不能承受，是不能达到的。一般情况下，用于拖动球磨机的同步电动机，都在滞后状态下运行，功率因数0.930.95范围。此时已接近额定励磁电流，无法实现进相运行。 在重负荷情

38、况下，追求同步电动机的高功率因数，有时并不上算，我曾在玉石洼选矿厂2700×3600球磨TDQ-400KW同步机上作过试验，由=0.92，通过加大励磁电流使=0.95。通过计算，每减少1Kvar无功功率需消耗20W有功功率。因此同步机的运行，首先应考虑他的稳定运行条件，合理的确定功率因数的调整值。 · 异步绕线型电机的同步化运行：在轻负载条件下，绕线式异步电动机起动之后在其转子回路接入直流电源，实现异步电动机的同步运行，也可以达到类似同步电动机提高功率因数乃至进相运行的效果。但是电动机的过载能力降低，不能承受冲击负荷，在水泵、压风机上曾一度推广应用。 · 调相机补

39、偿无功：曾一度在发电厂和区域变电站广泛应用，其原理也是同步电动机的V形曲线特性。其突出的优点是无功补偿量的调节非常简单，很容易实现根据无功潮流的变化，自动调节补偿量。· 提高自然功率因数，是减少企业无功消耗的重要措施，例如：异步电动机的负载率应在0.7以上，采用节能变压器，电焊机自动断电，接触器无声运行等。· 高、低压无功自动补偿：低压无功自动补偿装置已普及应用，按照功率因数设定值，根据电网无功的变化自动投切电容器组。目前多数为一台GGD柜型安装300kvar电容器，分为8至10组，利用接触器自动投切(MSC)，也可用晶闸管投切（TSC）。采用这种型式的10KV，6KV系统

40、的自动补偿，也已经普及。SVC和SVG较高档次的无功补偿装置，因为价格因素，目前在矿山区还很少采用。SVC-TCR已在大型钢铁厂应用。· 无功补偿的节电效果：体现在减小视在电流，降低线路和变压器的有功功率损失。通过改善电压质量，减小压降损失，提高电动机的效率。· 无功就地补偿节电效果的计算举例;矿区建有35KV6KV总降压站，距井下中央水泵房2km,6KV电源经YJ3×120电缆供给水泵房排水用电。水泵站安装4台水泵，3用1备，水泵电机型号Y450-4 630KW，6KV，73.64A，=0.87，=94.7%，堵转电流倍数6，堵转转矩倍数0.8，最大转矩倍数1.

41、6倍，每台电动机安装一台高压无功补偿装置。 无功补偿量的计算 无功就地补偿将功率因数由0.87提高到0.96时，所需补偿容量的计算： ×（-）=×（0.567-0.292）=183 补偿量应为183kvar,取180kvar(每相60kvar). 补偿前视在电流： ÷0.87÷÷6=73.6A 补偿后视在电流： ÷0.96÷÷6=66.7A YJ3×120导电芯线电阻为17.9m/km 3×0.179×2=51.1W即每台水泵电动机安装无功补偿180kvar后，可减少6KV电缆有功消耗

42、51.1W。若常年平均2台水泵运转则年节电量为： 2×51.1×8760=895KW·h无功就地补偿，由于视在电流的减小，不但使本级线路的损失减小，而且变压器的损失及其35K侧电源线路的线损也减少，可按类同的思路计算。 实际运行的节电效果要好于计算，这是因为电动机一般处于欠载运行，自然力率达不到额定值，补偿后，视在电流的差值比计算值大。 高、低压电动机的无功就地补偿容量，一般不超过电动机额定容量的35%，要防止产生过补，因为过补会导致电动机端子电压升高，有造成破坏绝缘的可能。 电动机就地无功补偿的效果是多方面的，在降低线路损耗、变压器损耗的同时，有利于起动和减小对

43、电网的冲击，减小电压波动的作用。因此在某些特定条件下，无功就地补偿也是解决系统运行技术难题的一种措施。4 低压供电系统接地形式及其漏电保护装置 根据低压供电网和用电设备的接地方式及其连接关系，可以得到不同的接地组合型式。不同的接地组合型式具有不同的特性和要求，这便构成了低压供电系统的不同接地型式。适用于不同的接地型式的漏电保护器原理各不相同，结构、型号和使用方法也不相同。正确选择漏电保护装置和接线方法是间接电击防护的重要措施。 4.1 接地型式的分类：低压供电系统的接地型式分为： IT、TT、TN三大类，TN又分为TN-C,TN-C-S,TN-S三种。由图7图11可知，大类是由两个字母表示，其

44、中第一个字母用来定义低压电网的接地方式，“I”表示不接地或经高阻抗接地，“T”表示直接接地。第二个字母用来定义用电设备的接地方式，“T”表示直接接地即在电气上独立于低压电网的接地，“N”表示与低压电网的接地有直接电气连接。三种TN低压供电系统的后续字母，用来定义中性线与保护线的关系。“C”表示中性线与保护线是合一的，“S”表示中性线与保护线是分开的，“C-S”表示在部分线路中，中性线与保护线是合一的，这部分线路通常是靠近电源的电网前端。不同的接地型式都有其自身的有缺点和适用范围，应根据作业场所环境条件、用电要求、电气危险性质、设备特点、人员情况的不同因素，加以具体的选择应用。没有哪一种是万能的

45、适用于各种作业场所和要求。至于电网的接地方式，主要指配电变压器二次（低压侧）的中性点接地方式，将在漏电保护动作原理中详细阐述。4.2接地型式选择的基本原则接地型式的选择，主要根据相关的专业技术规范和安全规程的规定确定。比如说，井下矿山应采用中性点不接地的IT系统，办公楼、住宅应选用TN-S系统，地表工业厂房应选用TN-S或TN-C系统，露天矿山选用IT、TT、TN-S系统，设备数量少而且分散的场所选用TT系统。不同的接地型式应配置不同的单相接地保护装置，设置合理的动作参数。4.3接地故障保护接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾等事故。接地故障保护电器的选择应根据配电系统的接地型式

46、，移动式、手持式或固定式电气设备的区别，以及导体截面等因素经技术经济比较确定。由于接地故障电流较小，还因接地型式和故障回路阻抗不同而异，所以接地故障保护比较复杂。国际电工标准和技术先进国家对此非常重视，作出具体规定。简单介绍我国GB50054-95（低压配电设计规范）和GB50070-2009（矿山电力设计规范）中的一些规定。接地故障保护的重要性，还因为接地故障具有潜在的更大危害。预期接触电压若超过安全值，可使人体遭受电击伤害，并可引发火灾和可燃气体爆炸的严重后果，防患于未然是必须的。4.3.1.TN系统的接地故障保护：A. 保护要求：接地故障应自动切断故障回路。B. 动作特性要求：动作特性应

47、符合下式要求Zs·IaUoZs：接地回路的阻抗（）Ia：保护电器在规定时间内自动切断故障回路的动作电流（A）Uo：相线对地标称电压（V）。C. 切断故障回路的时间要求：相对地为220V时，供给固定设备用电的末端线路不宜大于5S；供电给手握式电气设备和移动式电气设备的末端线路或插座回路不应大于0.4S。D. 预期接触电压不应大于50V。E. 当过流保护能满足A、C要求时，采用过流保护兼作接地保护；在三相四线制中，当过流保护不能满足A、C要求时，宜采用零序电流保护，均不能满足A、C要求时，应采用漏电电流动作保护。F. 三相四线制单相短路电流的计算：（详见钢铁企业电力设计手册上册）公式=

48、A：额定平均相电压（V）、：相零回路正序总电阻（m）和正序总电抗（m）、：相零回路负序总电阻（m）和负序总电抗（m）、：相零回路零序总电阻（m）和零序总电抗（m）4.3.2 TT系统的接地故障保护： A.保护要求：接地故障应自动切断故障回路 B.动作特性要求：·50V :外露可导电金属外壳的接地电阻和PE线电阻（） ：保护电气切断故障回路的动作电流（A） 当采用反时限过流保护时，应保证5S内切断；当采用瞬时 动作的过流保护时，为额定动作电流。 C.外露可导电金属外壳应用PE线连接至共用的接地极或各自的接地极。4.3.3 电源中性点不接地IT系统的接地故障保护： A.地表场所，当发生第

49、一次接地故障（单相接地）时，应由绝缘监视器发出告警信号（声光），动作电流应符合下式： ·50V ：外露可导电部分的接地电阻（） ：单相接地故障电流（A） 当发生第二次异相接地故障时（亮相接地短路），应由过流保护电器或漏电电流保护器切断故障回路B.无爆炸危险环境的井下矿山，当发生单相接地故障时，预期接触电压不超过36V，即：·36V(符号，含义同上)时，可不切断故障回路电源，并应由绝缘监视装置发出告警信号（声、光），传至有人值班的地方。发生第二次异相接地故障（两相接地）时，应由过流保护电器或漏电保护电器切断故障回路的电源。绝缘监视漏电动作值的规定1.1表1C.JB5500-2

50、004(地下铲运机)规定，单相接地或漏电应动作于跳闸。D.无爆炸危险环境的井下矿山，当发生单相接地故障时，若预期接触电压超过36V，保护装置应迅速切断故障回路电源。4.4 漏电保护装置及其正确的应用4.4.1 漏电保护器的功能 GB6289-86规定，漏电保护器的功能是提供间接接触保护。额定漏电动作电流不超过30mA的漏电保护器，在其他保护措施失效时，也可作为直接接触的补充保护，但不能作为唯一的直接接触保护。电工电子设备防触电保护分类GB/T12501-90，规定了接至外电源的低压电工、电子设备，一旦基本绝缘失效，按照防触电保护的方式所作的分类及定义，不适用于本身不具备防止触及其带电部分的设备

51、。在此前提下分作四类，矿山电气设备和地表生产车间的主要电气设备属第类，即有保护接地，接地线与固定布线中的保护（接地）线连接。上述及将要阐述内容，所针对的均为该类设备。4.4.2 TN系统和TT系统的漏电保护器TN系统和TT系统，配电变压器中性点直接接地，所适用的漏电保护器均采用剩余电流原理。动作可靠，结构简单，价格便宜，产品标准应符合GB6829（漏电流动作保护器）的规定。4.4.2.1 动作原理简介：通过保护装置主回路各级电流的矢量和称为剩余电流。正常工作时，剩余电流的值为零；当人体接触到带电体或所保护的线路及设备绝缘损坏时，呈现剩余电流。对于直接接触保护，采用30mA及以下的数值作为剩余电

52、流保护装置的动作电流；对于间接接触保护，则采用安全电压极限值除以接地极电阻所得商作为该装置的动作电流。图12图13对单极而言，+=0 保护无输出。+大于动作定值时，保护动作。发生漏电、触电时，部分电流经大地直接回流变压器中性点。对三相四线而言，根据对称分量法，=+ =+=+,正常运行时，+=0 单极二线、二级二线、三级四线漏电保护器均有一根直接穿过检测元件而不能断开的中性线，用以抵偿三相不平衡电流的影响。保护线（PE、PEN）严禁穿过漏电保护器中电流互感器的磁回路。 在TN、TT系统，我国推广漏电保护器始于上世纪八十年代后期，在此之前，农村TT低压电网曾一度采用过图14的触电、漏电保护的接法。

53、 民用住宅在普遍推行TN-S系统之前，也曾出现过图15的触电、漏电保护接线方式。图16三孔插座的接线方式是禁用的。这种接线方式曾造成电击伤害。4.4.2.2 漏电保护器的安装接线： 图17图25 图形符号4.4.2.3 漏电保护器的分类：· 按运行方式分类：有辅助电源；无辅助电源；辅助电源中断能自动断开；辅助电源中断不能自动断开四种。· 按安装型式分类：固定安装和固定接线的；非固定安装带有接线电缆的两种。· 按极数和线数分类：单极两线；双极两线；两级三线；三极三线；三极四线；四极四线。6种· 按过流保护分类：不带过流保护；带过流保护；带短路保护；带过流和

54、短路保护。4种。· 按漏电动作电流的可调性分类：可调；不可调；分级调整；连续调整。4种· 按接线方式分类：螺栓接线；插入式两会中· 按脉冲电压作用下防止误动作的性能分类：可能动作的；不动作的（简称脉冲电压不动作型）两种4.4.2.4 额定漏电动作电流（）值 额定漏电动作电流标准值：0.006，0.01，（0.015），0.03，（0.05），（0.075），0.1，（0.2），0.4，0.5，1，3，5，10，20A 括号内不推荐选用。4.4.3 IT系统的漏电保护器：IT系统分为配变中性点不接地或经高阻接地两类。目前，配变中性点经高阻接地的IT系统在我国还没有推

55、广应用。适用于变压器中性点经高阻接地系统的漏电保护器（如SIEMENS 3UL21）与TN，TT系统的漏电保护器相似甚至通用，故不详述。我国井下矿山等特殊作业环境普遍采用配电中性点不接地的IT系统，适用于这种系统的漏电保护器，其动作原理与4.4.2所讲的漏电保护器完全不同，结构复杂，动作参数值的标准也不一样，在煤矿系统称为漏电继电器。产品的生产、检验标准、试验方法，动作参数等要求，应符合JB6314（矿用隔爆型检漏继电器）和GB12173(矿用一般型设备)的规定。适用于不同低压接地系统的这两类漏电保护装置不能混用，否则不起漏电保护作用甚至造成设备的损坏。4.4.3.1 漏电保护（以下按规范标准

56、要求称作检漏继电器）原理简介：配变中性点不接地低压系统，漏电流和触电电流、单相接地电流不能回流变压器，所以检漏继电器的动作原理与配变中性点接地系统的漏电保护器完全不同。1945年前苏联顿捏茨基工业大学P·M·列伊鲍夫教授发明了电压型检漏继电器，习惯上称作PYB型，为无选择动作型。一个单元的低压电网安装一台。其动作原理是向电网注入附加直流源，按照直流电路中欧姆定律规则，实时在线检测电网的对地绝缘阻值并显示，当绝缘电阻值降低到规定值以下时，出口继电器动作，使受电开关跳闸或发出告警信号。采用这种原理的检漏继电器至今还在生产并广泛应用。半个多世纪以来，电子科学技术经历了几个时代，但几代人的努力并没有从基本检测原理和方法上产生突破性质的进步。具有代表性的机型是JY-82型，JL-82型。上世纪八十年代后期，我国自主研发并定型生产一种电流型有选择性动作功能的检漏继电器，与电压型检漏继电器配合使用，用于低压配电的馈出回路。电流型检漏继电器采用零序电流方向原理和基波或五次谐波幅值比较