井下供電系統(tǒng)的漏電保護論文詳解.doc

摘要 由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，供電系統(tǒng)發(fā)生漏電的幾率遠(yuǎn)比一般地面工業(yè)高，煤礦井下供電電網(wǎng)發(fā)生漏電會嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。本文首先簡要分析了煤礦井下供電系統(tǒng)發(fā)生漏電的原因、漏電的危害和井下漏電保護的基本要求，然后介紹了幾種單一漏電保護方案，最后在此基礎(chǔ)上介紹了一種漏電綜合保護方案。通過實施各類優(yōu)化方案，可達(dá)到有效預(yù)防井下漏電事故，確保煤礦安全生產(chǎn)和職工的人身安全。關(guān)鍵詞：井下供電；漏電保護；單一保護方；綜合保護方案 前 言 保護接地、漏電保護、過流保護，稱為煤礦井下電氣網(wǎng)絡(luò)的3大保護。漏電保護可以在設(shè)備或線路漏電時，通過保護裝置的檢測機構(gòu)獲得異常信號，經(jīng)中間機構(gòu)轉(zhuǎn)換和傳遞，然后促使執(zhí)行機構(gòu)動作，自動切斷電源而起到保護作用。第一章 煤礦井下供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電的原因一、煤礦井下供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電故障一般由下列原因造成1、電纜或電氣設(shè)備本身的原因2、因施工不當(dāng)引起漏電3、因管理不當(dāng)引起漏電4、因維修操作不當(dāng)引起漏電5、因意外事故引起漏電6、電纜在井下壓、砸、穿刺;過分彎曲使電纜外皮出現(xiàn)裂隙；運行中電纜盤圓或盤“8”字；導(dǎo)致電纜發(fā)熱，絕緣老化，絕緣性能降低；7、用電設(shè)備、電纜閑置不用時，不能定期升井檢修或干燥，導(dǎo)致設(shè)備、電纜受潮，絕緣降低；8、電氣設(shè)備、電纜選擇不合適，造成長期過截而發(fā)熱，使其絕緣下降。二、煤礦井下供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電的原因分析1、敷設(shè)在井下巷道內(nèi)的電纜，由于井下環(huán)境潮濕，且運行多年，其絕緣老化或潮氣入侵，引起絕緣電阻下降，使正常運行時系統(tǒng)對地的絕緣阻抗偏低或發(fā)生漏電；開關(guān)設(shè)備長期使用，接線板潮濕可能造成漏電；其內(nèi)部原件（主要是控制變壓器、接觸器、繼電器、線圈、保護器等）或?qū)Ь€，因某種原因使絕緣化惡化、導(dǎo)線頭碰殼也會造成漏電；自動饋電開關(guān)中的過流繼電器，當(dāng)調(diào)整螺桿擰得過低時也會因相對地放電而造成漏電。2、電纜接線錯誤，如誤將相線與地線相接，通電后就會發(fā)生漏電；橡套電纜接頭違反接線工藝要求，如不用電纜接線盒的連接和明接頭等，這樣接法都破壞了橡套的絕緣，在井下潮氣的侵蝕下容易發(fā)生漏電；電纜與設(shè)備聯(lián)接時，由于芯線接頭不牢固，密封不嚴(yán)、壓板不緊，運行或移動時造成接頭脫落或接頭松動，使相線與金屬外殼直接搭接而漏電；橡套電纜懸掛方法違反煤礦安全規(guī)程規(guī)定，采用鐵絲或鐵質(zhì)掛鉤懸掛，時間一長，揪可能發(fā)生漏電；開關(guān)或其他電氣設(shè)備的內(nèi)部接線錯誤，或接線頭松脫碰殼，當(dāng)合閘通電時便發(fā)生漏電。3、由于井下現(xiàn)場管理不當(dāng)，電纜被埋壓、掉落浸泡于水溝中、巷道變形擠壓使其熱量不易散發(fā)，時間一久將絕緣老化而漏電；電氣設(shè)備長期過負(fù)荷運行造成絕緣老化算壞而漏電；電動機因長期被煤石堵塞風(fēng)道，水冷電機水壓不足或無水運行中造成散熱不良而發(fā)熱，使絕緣老化受損而漏電。對已受潮或遭水淋、水淹的電氣設(shè)備，未經(jīng)嚴(yán)格的干燥處理和對地絕緣電阻阻值遙測，繼續(xù)投入運行，極有可能發(fā)生漏電；在井下安裝電纜接線盒，或電纜進行冷熱補接頭時，由于線芯連接不牢固或由于絕緣膠澆灌不均勻，在運行期間芯線接頭發(fā)熱，使油和絕緣膠往外滲漏，嚴(yán)重時產(chǎn)生漏電。4、工人工作時勞動工具（鍬、鎬、釬等）易將電纜割傷或碰傷，造成漏電；此外對電氣設(shè)備、電纜的檢查維護不細(xì)致，操作使用不當(dāng)造成的漏電。如：帶電檢修和搬遷電氣設(shè)備，使供電電纜受到拉、擠、壓等作用，也可能造成漏電；開關(guān)設(shè)備檢修后，殘留在開關(guān)內(nèi)的線頭等未能清理干凈，或?qū)⑿×慵c電工工具等忘在開關(guān)內(nèi)，如果這些東西碰到相線，送電后就會發(fā)生漏電；修理電氣設(shè)備時，由于停送電操作失誤、帶電操作或接頭不慎，可能造成人身接觸及一相漏電；開關(guān)分、合閘時，由于滅弧機構(gòu)有故障，造成電弧熄滅困難、電弧接觸外殼而漏電；當(dāng)發(fā)生漏電而切斷總電源后，為找漏電支路而分別強行送電也是造成重復(fù)漏電的原因。第二章 煤礦井下發(fā)生漏電的危害煤礦井下由于空間比較狹小，空氣相對濕度較大，工作場所一般較潮濕，環(huán)境溫度高，施工條件差，盡管我們采取了各種防范措施，但仍不可避免井下供電發(fā)生漏電現(xiàn)象。煤礦井下電網(wǎng)發(fā)生漏電時，由于井下環(huán)境的特殊性，其危害性要比地面情況大得多。歸納起來有以下幾種情況。 1、導(dǎo)致人身觸電危險，而且人在井下觸及同地面同等電壓的帶電體時，會因井下環(huán)境比較潮濕，人體電阻小(5001000)，導(dǎo)致更不容易擺脫帶電體，造成觸電死亡的可能性更大。 2、漏電產(chǎn)生的雜散電流，有超前引爆電雷管的可能，危害極大。 3、漏電產(chǎn)生的火花，能引起瓦斯或煤塵爆炸等惡性事故。 4、大量的漏電電流能使絕緣材料發(fā)熱或造成相間短路，從而引起火災(zāi)等。 5、當(dāng)發(fā)生單相接地時，會造成另外兩相對地電壓升高3倍，此時，電氣設(shè)備的絕緣要承受較高的電壓，可能會導(dǎo)致絕緣的破壞，使故障進一步擴大。 6、間歇性的單相接地會造成電網(wǎng)產(chǎn)生過電壓，使電動機、變壓器等絕緣較弱的電氣設(shè)備的絕緣被擊穿。第三章 井下低壓電網(wǎng)發(fā)生漏電的危害煤礦井下低壓電網(wǎng)大部分在采區(qū)，環(huán)境惡劣，工作人員和生產(chǎn)機械比較集中，電網(wǎng)若發(fā)生漏電，可能會導(dǎo)致以下危險：一、引起瓦斯和煤塵爆炸我國大部分煤礦都有瓦斯和煤塵爆炸的危險，當(dāng)井下空氣中的瓦斯或煤塵達(dá)到爆炸濃度且存在能量達(dá)到0.28 MJ 的點火源時，就會發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單線接地或設(shè)備發(fā)生單相碰殼時，在接地點就會產(chǎn)生電火花，若此時電火花具有足夠的能量，就可能點燃瓦斯或煤塵。二、引起人身觸電事故當(dāng)電氣設(shè)備因絕緣損壞而使外殼帶電時，工作人員接觸外殼就會導(dǎo)致人身觸電事故。這時入地電流的一部分將要從人體流過，會造成人員傷亡。工作人員觸及刺破橡套電纜外護套而暴露在空氣中的芯線是一種更為嚴(yán)重的人身觸電，此時入地電流大部分流經(jīng)人體，因此對人員的危害性更大。三、燒損電氣設(shè)備，引起短路長期存在漏電電流，尤其是兩相的過渡電阻因接地而產(chǎn)生的漏電電流，在通過設(shè)備絕緣損壞處時會散發(fā)出大量的熱，使絕緣進一步損壞，甚至使可燃性材料著火燃燒。長期存在的漏電電流及電火花使漏電處的絕緣加快損壞，破壞相間絕緣而造成短路，形成更大的故障，對礦井安全造成嚴(yán)重威脅。 四、使雷管無準(zhǔn)備引爆漏電電流在其通過的路徑上會產(chǎn)生電位差，漏電電流的數(shù)值越大，所產(chǎn)生的電位差就越大，如果電雷管兩端引線不慎與漏電回路上具有一定電位差的兩點相接觸，就可能發(fā)生電雷管無準(zhǔn)備爆炸的事故。五、嚴(yán)重影響生產(chǎn)漏電故障的處理時間很長，一旦電網(wǎng)發(fā)生漏電，必須停電處理，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，降低煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益；而且停電使局部通風(fēng)機停轉(zhuǎn)，通風(fēng)惡化，形成瓦斯積聚，又會威脅礦井安全。第四章 漏電保護的基本要求漏電保護屬于繼電保護的范疇，也應(yīng)像其他繼電保護裝置一樣，滿足安全性、選擇性、可靠性和靈敏性這4 個要求。一 漏電保護的四個基本要求（一）、安全性指的是漏電保護從最嚴(yán)重的人身觸電事故發(fā)生到電源被切除的時間乘以流過人體的電流應(yīng)小于30 mA/s；而對于單相接地導(dǎo)致的漏電故障來說，應(yīng)保證在切斷電源或發(fā)生間歇性漏電時，其接地點的漏電火花能量要小于0.28 MJ。（二）、選擇性指在發(fā)生漏電事故時漏電保護裝置只切除供電系統(tǒng)中漏電部分的電源，要保留非漏電部分電源。無論是放射式供電還是干線式供電，均能將故障時的停電范圍盡可能減小。（三）、可靠性指漏電保護裝置，自身必須要具有一定的可靠性，在保護單元內(nèi)發(fā)生漏電故障時，不能有拒動的情況；而當(dāng)保護單元外發(fā)生任何故障時，也不能誤動。（四）、靈敏性指漏電保護裝置對臨界漏電故障具有較強的反應(yīng)能力，以便及時地發(fā)現(xiàn)和解決問題。第五章 漏電保護器的工作原理一、漏電保護器的工作原理漏電保護器主要包括檢測元件(零序電流互感器)、中間環(huán)節(jié)(包括放大器、比較器、脫扣器等)、執(zhí)行元件(主開關(guān)) 以及試驗元件等幾個部分。三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護器工作原理示意圖。TA 為零序電流互感器，GF 為主開關(guān)，TL 為主開關(guān)的分勵脫扣器線圈。在被保護電路工作正常，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由克希荷夫定律可知，通過TA 一次側(cè)的電流相量和等于零，即：這樣TA 的二次側(cè)不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，漏電保護器不動作，系統(tǒng)保持正常供電。當(dāng)被保護電路發(fā)生漏電或有人觸電時，由于漏電電流的存在，通過TA 一次側(cè)各相電流的相量和不再等于零，產(chǎn)生了漏電電流Ik。在鐵心中出現(xiàn)了交變磁通。在交變磁通作用下，TL二次側(cè)線圈就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生， 此漏電信號經(jīng)中間環(huán)節(jié)進行處理和比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時，使主開關(guān)分勵脫扣器線圈TL 通電，驅(qū)動主開關(guān)GF自動跳閘，切斷故障電路，從而實現(xiàn)保護。用于單相回路及三相三線制的漏電保護器的工作原理與此相同，不贅述。 二、漏電保護器額定漏電動作電流的選擇正確合理地選擇漏電保護器的額定漏電動作電流非常重要: 一方面在發(fā)生觸電或泄漏電流超過允許值時，漏電保護器可有選擇地動作；另一方面，漏電保護器在正常泄漏電流作用下不應(yīng)動作，防止供電中斷而造成不必要的經(jīng)濟損失。漏電保護器的額定漏電動作電流應(yīng)滿足以下三個條件:1、 為了保證人身安全，額定漏電動作電流應(yīng)不大于人體安全電流值，國際上公認(rèn)30mA為人體安全電流值；2、 為了保證電網(wǎng)可靠運行，額定漏電動作電流應(yīng)躲過低電壓電網(wǎng)正常漏電電流；3、 為了保證多級保護的選擇性，下一級額定漏電動作電流應(yīng)小于上一級額定漏電動作電流，各級額定漏電動作電流應(yīng)有級差112215倍。第一級漏電保護器安裝在配電變壓器低壓側(cè)出口處。該級保護的線路長，漏電電流較大，其額定漏電動作電流在無完善的多級保護時， 最大不得超過100mA；具有完善多級保護時，漏電電流較小的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為75mA ，陰雨季節(jié)為200mA；漏電電流較大的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為100mA，陰雨季節(jié)為300mA。第二級漏電保護器安裝于分支線路出口處，被保護線路較短，用電量不大，漏電電流較小。漏電保護器的額定漏電動作電流應(yīng)介于上、下級保護器額定漏電動作電流之間，一般取3075mA。第三級漏電保護器用于保護單個或多個用電設(shè)備，是直接防止人身觸電的保護設(shè)備。被保護線路和設(shè)備的用電量小，漏電電流小，一般不超過10mA，宜選用額定動作電流為30mA，動作時間小于011s 的漏電保護器。第六章 幾種單一保護方案分析一、零序電流式漏電保護零序電流式漏電保護中，在電網(wǎng)發(fā)生非對稱性漏電的情況下，電網(wǎng)在產(chǎn)生零序電壓的同時，回路中也出現(xiàn)零序電流，利用零序電流互感器，取值加以利用，驅(qū)動繼電器，實現(xiàn)漏電保護。優(yōu)缺點：零序電流式漏電保護可以實現(xiàn)放射式電網(wǎng)中橫向選擇性漏電保護，還可以應(yīng)用于中性點接地及不接地系統(tǒng)中。但也具有動作電阻值不固定.不能保護對稱性漏電以及不能補償電容電流等缺點。二、零序電壓式漏電保護零序電壓式漏電保護中，當(dāng)電網(wǎng)非對稱性漏電時，三相對地電壓不平衡，會出現(xiàn)零序電壓。零序電壓通過電壓互感器二次側(cè)開口三角形取出，利用零序電壓的大小，來反映電網(wǎng)對地的絕緣程度。當(dāng)零序電壓大到一定的程度時，執(zhí)行回路動作，使饋電開關(guān)跳閘，以實現(xiàn)漏電保護。優(yōu)缺點：零序電壓式漏電保護能夠檢測電網(wǎng)漏電時的零序電壓，算是一種較好的漏電保護手段，但也具有動作電阻值不固定.不能保護對稱性漏電故障.保護無選擇性且只能用在變壓器中性點非直接接地的電網(wǎng)中等缺點。三、零序功率方向式漏電保護零序功率方向式漏電保護中，當(dāng)電網(wǎng)非對稱性漏電時，由取樣電路分別從電網(wǎng)中取出零序電壓和各支路的零序電流信號，經(jīng)過放大整形，由相位比較電路來判斷出故障支路，最后啟動執(zhí)行電路，切斷故障支路的電源，實現(xiàn)有選擇性的漏電保護。優(yōu)缺點：零序功率方向漏電保護具有很強的橫向選擇性，但也具有動作電阻阻值不固定.不能保護對稱性漏電以及不能補償電容電流等缺點。四、附加電源直流檢測式漏電附加電源直流檢測式漏電保護中，三相電抗器.零序電抗器.萬用表和繼電器電阻為定值，電網(wǎng)對地絕緣電阻值r 為可變值。當(dāng)直流電壓一定時，直流繼電器中電流值將隨r 值而變。當(dāng)r 下降到一定程度時，直流繼電器動作，其常開接點接通自動饋電開關(guān)的分勵脫扣線圈，或常閉接點斷開無壓釋放線圈，自動饋電開關(guān)跳閘，實現(xiàn)漏電保護。優(yōu)缺點：附加電源直流檢測式漏電保護具有保護全面.動作無死區(qū)，保護不受故障類型.發(fā)生地點以及電網(wǎng)狀態(tài)的影響，對整個供電單元具有電容電流補償效果等優(yōu)點，但其也具有保護無選擇性.電容電流補償具有靜態(tài)性以及保護裝置動作時間長等缺點。五、無附加電源直流檢測式漏電保護無附加電源直流檢測式漏電保護中，其利用3 個整流管構(gòu)成漏電保護裝置，這3 個整流管分別接到電網(wǎng)三相上，另一端采用星接的方式經(jīng)電阻接地。由于電網(wǎng)中性點不接地，經(jīng)3 個整流管的直流電流，必須流過電阻R.大地和電網(wǎng)對地絕緣電阻r 才能返回到電源，因此該電流的大小就直接反映了電網(wǎng)對地的絕緣狀況，檢測直流電流的大小，就可形成漏電保護。優(yōu)缺點：實質(zhì)上，無附加電源直流檢測式漏電保護同附加電源直流檢測式漏電保護基本原理是一致的，這種漏電保護結(jié)構(gòu)簡單，具有較高直流電壓，它能夠真實地反映電網(wǎng)的絕緣水平，但是也有保護無選擇性.漏電保護值受電源電壓波動影響較大等缺點。六、旁路接地式漏電保護 旁路接地式漏電保護中，當(dāng)發(fā)生單相觸電或人身觸及電網(wǎng)的一相時，由檢測選相器確認(rèn)故障并輸出動作指令，然后由執(zhí)行電路強制故障相旁路接地，利用專設(shè)的接地極電阻分流，降低漏電點電流。優(yōu)缺點：旁路接地式漏電保護安全性較高，能有效削弱斷電后電動機反電勢和電網(wǎng)分布電容儲能，減少對觸電人員的危害，但其具有保護范圍單純.只限單相漏電和人身觸電.電路較為復(fù)雜等缺點。第七章 一種綜合保護方案由于不同的礦井使用的單一漏電保護方案各有各的優(yōu)缺點，所以要想使得漏電保護的效果比較理想，就要求我們綜合各種漏電保護方案的優(yōu)缺點，以達(dá)到礦井的安全要求。下面介紹一種功能較為完善的綜合漏電保護方案。該方案設(shè)置了5 種保護單元：首先采取附加三相接地電容組，達(dá)到消除方向型保護的動作死區(qū)；裝在總開關(guān)的負(fù)荷一側(cè)，它的星形點連接在接地網(wǎng)上；再采用1 臺旁路式漏電繼電器，設(shè)置在總開關(guān)處，旁路接地大大提高了保護系統(tǒng)的安全性，還實現(xiàn)了延時的縱