煤礦井下供電三大保護(hù)

1、1,煤礦井下供電三大保護(hù),2,前言,據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在煤礦瓦斯、煤塵發(fā)生爆炸事故中，由電火花引起的事故約占50%；在煤礦發(fā)生的觸電事故中，井下觸電死亡人數(shù)約占64%；在井下電器著火事故中，低壓橡套電纜著火所占比例最大。 由于煤礦井下環(huán)境條件惡劣并且屬于易燃易爆場所，故井下的負(fù)荷特征、電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)等都與地面有較大的差異，對安全供電與保護(hù)也提出了更高的要求。,3,1、煤礦井下的空氣中含有瓦斯及煤塵，在其含量達(dá)到一定量時，如果遇到電氣設(shè)備或電纜電線產(chǎn)生電火花、電弧和局部高溫時，就會燃燒或爆炸。 2、井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安裝電氣設(shè)備的地方，空間都比較狹窄，因此，電氣設(shè)備的體積受到一定

2、的限制，且使人體接觸電氣設(shè)備、電纜的機(jī)會比較多，容易發(fā)生觸電事故。 3、井下由于巖石和煤層都存在著壓力，常會發(fā)生冒頂和片幫事故，使電氣設(shè)備（特別是電纜）很容易受到砸、碰、擠、壓而損壞。 4、井下空氣比較潮濕，濕度一般在95%以上，并且機(jī)電硐室和巷道經(jīng)常有滴水和淋水，使電氣很容易受潮。,井下電氣設(shè)備的工作條件,4,5、井下有些機(jī)電硐室和巷道的溫度較高，而井下電氣設(shè)備的散熱條件較差，電氣設(shè)備容易過熱損壞。 6、采掘工作面的電氣設(shè)備移動頻繁，且經(jīng)常起動，使用電設(shè)備的負(fù)荷變化較大，有時會產(chǎn)生短時過載。 7、由于井下地質(zhì)條件發(fā)生變化或在雨季期間，井下有發(fā)生突然出水事故的可能，其出水量往往為正常井下涌水量

3、的幾倍或幾十倍，要求排水設(shè)備迅速開動，以保證礦井安全。 8、井下如發(fā)生全部停電事故，超過一定時間后，可能發(fā)生采區(qū)或全井被淹的重大事故。同時井下停電停風(fēng)后，還會造成瓦斯積聚，再次送電使時，可能造成瓦斯或煤塵爆炸的危險。,井下電氣設(shè)備的工作條件,5,井下電氣保護(hù)的類型 1）過流保護(hù)。包括短路保護(hù)、過載（過負(fù)荷）保護(hù)、斷相。 2）漏電保護(hù)。包括選擇性和非選擇性漏電保護(hù)、漏電閉鎖。 3）接地保護(hù)。包括局部接地保護(hù)、保護(hù)接地系統(tǒng)。 4）電壓保護(hù)。包括欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)。 5）單相斷線（斷相）保護(hù)。 6）風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖。 7）綜合保護(hù)。電動機(jī)綜保和照明綜保等。 其中短路保護(hù)、保護(hù)接地和漏電保護(hù)是

4、保證煤礦井下安全供電的三大保護(hù)，它們是缺一不可的。 為了避免井下電網(wǎng)所造成的各種危害，煤礦安全規(guī)程、煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范對井下用電氣設(shè)備、電壓等級及管理方面等都做了具體規(guī)定，在煤礦井下供電系統(tǒng)中主要采取使用三大保護(hù)裝置的措施。,“三大保護(hù)”,井下電氣保護(hù),6,一、過電流故障的危害及原因 過電流是指流過電氣設(shè)備和電纜的電流超過額定值。其故障有短路、過負(fù)荷和斷相。 1.短路 短路是指電流不流經(jīng)負(fù)載，而是兩根或三根導(dǎo)線直接短接形成回路。這時電流很大，可達(dá)額定電流的幾倍、幾十倍，甚至更大，其危害是能夠在極短的時間內(nèi)燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)或引起瓦斯、煤塵爆炸事故。短路電流還會產(chǎn)生很大的電動力，使電氣設(shè)備

5、遭到機(jī)械損壞，也會引起電網(wǎng)電壓急劇下降，影響電網(wǎng)中的其他用電設(shè)備的正常工作。 造成短路的主要原因是絕緣受到破壞，因而應(yīng)加強(qiáng)對電氣設(shè)備和電纜絕緣的維護(hù)和檢查，并設(shè)置短路保護(hù)裝置。,過電流保護(hù),7,2.過負(fù)荷 過負(fù)荷是指流過電氣設(shè)備和電路的實際電流超過其額定電流和允許過負(fù)荷時間。其危害是電氣設(shè)備和電纜出現(xiàn)過負(fù)荷后，溫度將超過所用絕緣材料的最高允許溫度，損壞絕緣，如不及時切斷電源，將會發(fā)展成漏電和短路事故。過負(fù)荷是井下燒毀中、小型電動機(jī)的主要原因之一。 引起電氣設(shè)備和電纜過負(fù)荷的原因主要有以下幾方面：一是電氣設(shè)備和電纜容量選擇過小，致使正常工作時負(fù)荷電流超過了額定電流；二是對生產(chǎn)機(jī)械的誤操作，例如在

6、刮板輸送機(jī)機(jī)尾壓煤的情況下，連續(xù)點動起動，就會在起動電流的連續(xù)沖擊下引起電動機(jī)過熱，甚至燒毀。此外，電源電壓過低或電動機(jī)機(jī)械性堵轉(zhuǎn)都會引起電動機(jī)過負(fù)荷。,過電流保護(hù),8,3.斷相 斷相是指三相交流電動機(jī)的一相供電線路或一相繞組斷線。 造成斷相原因有：熔斷器有一相熔斷；電纜與電動機(jī)或開關(guān)的接線端子連接不牢而松動脫落；電纜芯線一相斷線；電動機(jī)定子繞組與接線端子連接不牢而脫落等。,過電流保護(hù),9,1、漏電故障的類型、原因和危害 集中性漏電：供電系統(tǒng)中某一處或某一點的絕緣受到破壞，其絕緣阻值低于規(guī)定值，而供電系統(tǒng)中其余部分的對地絕緣仍保持正常。 分散性漏電：供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)或某條線路的對地絕緣阻值均勻下降

7、到規(guī)定值以下。 井下供電中遇到的大多數(shù)漏電故障是集中性漏電故障。,漏電保護(hù),10,常見漏電故障的原因: 電纜和設(shè)備長期過負(fù)荷運(yùn)行，促使絕緣老化。 電纜芯線接頭松動后碰到金屬設(shè)備外殼。 運(yùn)行中的電纜和電氣設(shè)備受潮或進(jìn)水，使供電系統(tǒng)絕緣性能降低。 在電氣設(shè)備內(nèi)部隨意增設(shè)電氣元件，使元器件間的電氣間隙小于規(guī)定值，導(dǎo)致放電而接地。 導(dǎo)電芯線與地線錯接。 電纜和電氣設(shè)備受到機(jī)械性沖擊或炮崩。 人身直接觸及一相導(dǎo)電芯線。,漏電保護(hù),11,漏電的危害 當(dāng)漏電電流的電火花能量達(dá)到瓦斯、煤塵最小點燃能量時，能引起瓦斯、煤塵燃燒或爆炸； 當(dāng)漏電電流超過50 mA時，可能引起電雷管的超前起爆； 當(dāng)漏電故障不能及時發(fā)

8、現(xiàn)和排除時，就可能擴(kuò)大為相間短路事故； 若人身觸及一相帶電導(dǎo)體或漏電設(shè)備外殼時，流經(jīng)人身電流超過30mA的極限電流時，就有傷亡的危險。 電網(wǎng)對地電容電流隨著電網(wǎng)的增大而增大。,漏電保護(hù),12,漏電保護(hù)的作用是多方面的，主要有如下幾點： 能夠防止人身觸電。 能夠不間斷地監(jiān)視井下采區(qū)低壓電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)，以便及時采取措施，防止其絕緣進(jìn)一步惡化。 減少漏電電流引起礦井瓦斯、煤塵爆炸的危險。 防止短路電流所產(chǎn)生的電弧燒穿隔爆型電氣設(shè)備的金屬外殼，或其外殼的溫度升高，超過危險值，引起瓦斯、煤塵爆炸，從而提高了電氣設(shè)備的防爆性能。 預(yù)防電纜和電氣設(shè)備因漏電而引起的相同短路故障。特別是在使用屏蔽電纜的情況下，

9、相間短路必然先從接地漏電開始，致使漏電保護(hù)裝置首先動作，將故障排除，因而可防止短路事故的發(fā)生。,漏電保護(hù),13,對于由短路引起的接地故障，漏電保護(hù)還可起短路保護(hù)的后備保護(hù)作用，一旦短路保護(hù)裝置拒動，漏電保護(hù)裝置還可使開關(guān)跳閘。 防止電網(wǎng)的接地漏電電流引爆電氣雷管。 選擇性漏電保護(hù)裝置的使用，將會縮小漏電的停電范圍，便于尋找漏電故障，及時排除，從而縮短了漏電的停電時間，有利于提高勞動生產(chǎn)率，給礦井帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 為了充分發(fā)揮漏電保護(hù)的作用，特對煤礦井下低壓檢漏保護(hù)裝置提出如下要求：應(yīng)具有漏電跳閘和漏電閉鎖雙重功能，并連續(xù)不斷地監(jiān)視電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)。 當(dāng)電網(wǎng)對地的總絕緣電阻降低到下表1中所列數(shù)

10、值及其以下時,應(yīng)立即動作，切斷其供電電源。,漏電保護(hù),14,漏電保護(hù),表1：,當(dāng)電網(wǎng)對地的總絕緣電阻降低到表2中所列數(shù)值及其以下時，應(yīng)將其電源開關(guān)閉鎖起來，以防止合閘送電，防止事故擴(kuò)大。,表2：,15,觸電的預(yù)防,1、什么是觸電： 人身接觸帶電體或接近高壓帶電體時，使人身成為電流通路的一部分，叫做觸電。觸電是前面講過的漏電的一種特殊情況，只是過渡電阻變成了人身電阻。 觸電對人體組織的破壞大體可分為兩種：電擊和電傷。 電擊：是指觸電后電流通過人體，使人體主要器官（如心臟）受到損傷，有生命危險，這是最危險的觸電。 電傷：是指電弧或強(qiáng)電流瞬時通過人體某一局部，造成人體外表器官的破壞（燒傷），一般不至

11、于有生命危險。,16,觸電的預(yù)防,2、影響觸電危害程度的有關(guān)因素： 通過人身的電流大小：根據(jù)實驗得，交流在1520mA以下，直流在50mA以下，一般對人體傷害較輕，如果長期通過工頻交流3050mA就有生命危險，超過50mA對人的生命是絕對有危險的。 觸電時間：根據(jù)實驗測定的數(shù)據(jù)，觸電時間在0.2s以下和0.2s以上，電流對人體的危害程度是有較大差別的。在0.2s以下 ，400mA能使心臟損傷，0.2s以上，25mA能使心臟損傷。 電流性質(zhì)：直流交流對人體的危害程度是不同的，而以50100Hz的交流電流對人體的危害最為嚴(yán)重。 電流路徑：主要取決于心臟受損的程度，電流從手到腳特別是通過心臟對人最為

12、危險。 體重和健康狀況：健康和有病不同，情緒好和不好不同，胖和搜 。 人身電阻：主要是人體表面皮膚層和體內(nèi)的電阻，它隨人的皮膚狀況（損傷、潮濕）、觸電時間、觸電電壓高低等因素而變動，當(dāng)皮膚完整干燥時，人身電阻可達(dá)10100千歐觸電時相對安全；當(dāng)皮膚潮濕或有損傷，人身電阻降低到1000歐左右，觸電時相對危險（以后人身電阻取最小值1000歐）。 觸電電壓：作用于人身的電壓越高，則通過人體的電流越大，也就越危險。,17,觸電的預(yù)防,3、安全電流、安全電壓及安全值： 安全電流：也就是人體觸電后不會使人致死、致傷的最大電流，稱為安全電流。根據(jù)上述的因素分析，觸電危險性取決于通過人體的電流與作用時間的乘積

13、。通過對動物的實驗，我國提出發(fā)生心室顫動的電流50mA與時間乘積的安全值為50mAS，取1.67倍安全系數(shù)，規(guī)定為30mA、美國為10 mA、英國為50mA等。 安全電壓：安全電流和人身電阻的乘積，稱為安全電壓。經(jīng)常接觸的電氣設(shè)備，在沒有高度危險的條件下，采用65v電壓，有高度危險的條件，采用36v，在特別危險的條件下，采用12v。 安全值：安全電流與觸電時間的乘積，稱安全值。我國為30 mAS。,18,觸電的預(yù)防,4、井下預(yù)防觸電主要辦法： 由于礦井的情況特殊，觸電的可能性較大。因此，必須采取有效措施，防止觸電事故發(fā)生。我國從實踐中總結(jié)出來預(yù)防觸電的方法主要有以下三點： 變壓器中性點禁止接地

14、 井下電氣設(shè)備采用保護(hù)接地 井下電網(wǎng)采用漏電保護(hù)裝置,19,變壓器,I,R,C,中性點接地系統(tǒng)分析,如圖所示，這時人體承受電網(wǎng)相電壓，通過人體 的電流可根據(jù)歐姆定律求出： 當(dāng)取Rma=1000，線電壓為660V時，通過人體的電 流為： 當(dāng)中性點接地時，通過人體的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過30mA，所以是絕對危險的。,對地絕緣電阻,分布電容,20,中性點不接地系統(tǒng)分析,根據(jù)基爾霍夫第一定律得： a、當(dāng)電容忽略時，Rma=1000 ，r=35000 ，Ux=660V， 可見是安全的。,21,中性點不接地系統(tǒng)分析,b、當(dāng)電容不忽略時，Rma=1000 ，r=35000 ，Ux=660V，C=0.5f 可見當(dāng)電容不

15、忽略時，同樣不安全，但比中性點接地系統(tǒng)通過人體的電流要小的多，故相對安全。,22,分析結(jié)論,中性點絕緣比中性點接地的人身觸電電流要小得多，比較安全。 入地電流很小，從而使引燃瓦斯、煤塵的可能性大大減少。 三相系統(tǒng)依然對稱。 以上三大優(yōu)點就是井下變壓器禁止中性點接地的原因。 然而，也存在一些缺點： A、當(dāng)電網(wǎng)一相接地時，往往不易發(fā)覺，易燒電動機(jī)（并不影響三相設(shè)備的短時運(yùn)行）； B、如果沒有漏電保護(hù)，一相接地可能長期存在，再此情況下，如人站在地上又觸及另一相帶電導(dǎo)體，人身跨接電網(wǎng)線電壓，這時通過人身的觸電電流較中性點接地的供電系統(tǒng)還要大0.73倍(660mA)，這是非常危險的。 C、其他兩相電壓將

16、升高3倍，容易使絕緣差的地方被擊穿。 為克服以上缺點，井下電網(wǎng)必須裝設(shè)漏電保護(hù)裝置。,23,保護(hù)接地的作用： 1、漏電電流大部分經(jīng)接地極入地，降低了人體觸電的危險； 2、避免了設(shè)備外殼與大地接觸不良而產(chǎn)生的火花。,1. 保護(hù)接地及其作用,保護(hù)接地,24,保護(hù)接地,人體觸電的分析,當(dāng)人身觸及一相絕緣損壞而帶電的設(shè)備時，電流幾乎全部通過人身而入地,其觸電電流的回路如圖中所標(biāo)。人身觸電電流的大小，取決于電網(wǎng)的電壓值、電網(wǎng)對地的電容值和絕緣電阻值?？梢酝ㄟ^下式來分析：,25,無保護(hù)接地時人體觸電的分析,保護(hù)接地,在井下660V電網(wǎng)中，若每相對地的絕緣電阻r=3500 ，電容C=0.5微法，則人身觸及一

17、相導(dǎo)線時的觸電電流為：,26,有保護(hù)接地時，人體與接地極構(gòu)成了并聯(lián)，而人身電阻為1000，接地極電阻為2，并聯(lián)后的電阻為1.9962。 通過人體的電流：Ir=IRd/(Rr+Rd) =1542/（1000+2） =0.31mA 通過保護(hù)接地線的電流為153.69mA。 由此可知，有保護(hù)接地時通過人身電流比較小，因而是安全的。另外，有了保護(hù)接地的良好接地，大大減少了因設(shè)備漏電時，使其外殼與地接觸不良產(chǎn)生的電火花。從而減少了引起瓦斯、煤塵爆炸的可能性。,有保護(hù)接地時人體觸電的分析,27,保護(hù)接地,2、接地網(wǎng)中接地電阻的確定 由于保護(hù)接地是將設(shè)備上的故障電壓限制在安全范圍內(nèi)的一種安全措施，同時也可作

18、為漏電保護(hù)的后備保護(hù)。 根據(jù)煤礦井下規(guī)定的額定安全電壓的空載上限值為40V和礦井高壓電網(wǎng)的單相接地電容電流不得超過20A的規(guī)定，接地網(wǎng)上任一保護(hù)接地點的接地電阻不得超過2 。,3、井下保護(hù)接地系統(tǒng) 井下各種電氣設(shè)備裝設(shè)單獨的保護(hù)接地裝置，并不能完全消除觸電的危害。因此煤礦安全規(guī)程規(guī)定，將井下電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼、構(gòu)架、鎧裝電纜的鋼帶（鋼絲）、鉛皮和橡套電纜的地芯線或屏蔽護(hù)套用導(dǎo)線與埋在地下的接地極（主接地極、局部接地極）連接起來，形成一個總接地網(wǎng)，如下圖所示：,28,保護(hù)接地,局部接地極應(yīng)采用面積不小于0.6平方米，厚度不小于3毫米的鋼板平放在水溝深處。每年至少提出來，詳細(xì)檢查一次,設(shè)置在其他地點的局部接地極，可用直徑不小于35mm、長度不小于15m的鋼管制成、管上應(yīng)至少鉆20個直徑不小于5mm的透孔，并全部垂直埋入底板。,主接地極應(yīng)采用面積不小于0.75平方米，厚度不小于5毫米的鋼板制成。每年至少提出來，詳細(xì)檢查一次,29,保護(hù)接地,電氣設(shè)備的接地方法,(1)變壓器的接地方法 用連接導(dǎo)線把變壓器高低壓側(cè)鎧裝電纜的鋼帶和鉛皮，分別接到變壓器外殼專供接地的螺釘上，然后再將該螺釘與接地母線（或輔助接地母線）相接。如用橡套電纜時，則應(yīng)把電纜的接地芯線接到進(jìn)出線接線裝置的接地端子上，然后再將變壓器