安全供用電及保護(hù)課件

1、第二章 安全用電及保護(hù) 煤礦井下最重要的電氣保護(hù)是過流保護(hù)、漏電保護(hù)和保護(hù)接地，即井下的三大保護(hù)。第一節(jié) 電氣設(shè)備及其防爆原理 井下特 殊的環(huán)境一、煤礦井下的環(huán)境特點及對礦用電氣設(shè)備的要求頂板失控而自行冒落的現(xiàn)象。 指礦井作業(yè)面、巷道側(cè)壁在礦山壓力作用下變形，破壞而脫落的現(xiàn)象。4.冒頂和片幫事故，易使電氣設(shè)二、瓦斯、煤塵燃燒和爆炸對于井下的電氣設(shè)備要求既能防止電弧和電火花的外露而引發(fā)瓦斯、煤塵的爆炸，又要保證爆炸后不會使設(shè)備外殼變形。1、瓦斯、煤塵燃燒和爆炸的條件瓦斯、煤塵燃燒和爆炸的條件瓦斯?jié)舛?瓦斯?jié)舛鹊暮窟_(dá)到5%15%溫度災(zāi)650-750的點火源電火花最容易引起瓦斯爆炸的濃度是8.5爆

2、炸力最強(qiáng)的瓦斯?jié)舛仁?.5煤塵濃度 爆炸力最強(qiáng)的煤塵含量是112g/m3當(dāng)空氣中煤塵含量達(dá)到302000g/m3時，遇到700800以上的溫度時發(fā)生煤塵爆炸瓦斯、煤塵燃燒和爆炸的預(yù)防降低濃度、通風(fēng)灑水限制高溫?zé)嵩?、礦用電氣設(shè)備的類型礦用電氣設(shè)備的類型礦用一般型礦用防爆型三、礦用電氣設(shè)備的類型和防爆原理主要是防水、防潮礦用增安型礦用隔爆型礦用油浸型本質(zhì)安全型防爆正壓型防爆特殊型礦用一般型（KY）特點外殼機(jī)械強(qiáng)度較高； 絕緣材料耐潮性好； 采用電纜進(jìn)出線； 由于該型電氣設(shè)備是非防爆設(shè)備，只能用于無瓦斯和煤塵爆炸危險的場所。 礦用防爆型（EX）的分類隔爆型電氣設(shè)備（Exd I） 增安型電氣設(shè)備（E

3、xe I） 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備（Exia I或Exib I） 隔爆兼本質(zhì)安全型電氣設(shè)備（Exdia I或 Exdib I）三、電氣設(shè)備的防爆性能 （一）爆炸壓力濃度為9.8%的甲烷混合氣體在常溫下放入密閉容器并在絕熱條件下試驗，其最高爆炸溫度可達(dá)2650，一般在21002200之間。由于高溫產(chǎn)生高壓，則在一定容積下爆炸壓力的理論值可達(dá)0.820.85MPa。試驗表明：爆炸壓力與容積的大小、形狀、接合面的間隙等因素有關(guān)。由上表可見，圓球形容器爆炸力最大，長方形容器最小，主要是散熱面積不同。容積相同時，散熱面積越大，爆炸力越小。防爆外殼一般都做成單腔。實驗證明：容器內(nèi)發(fā)生爆炸時，容器所受的爆炸力與

4、容器原來的壓力成正比。三、電氣設(shè)備的防爆性能 （二）隔爆外殼的性能1、隔爆外殼有兩個作用：一是要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；二是內(nèi)部產(chǎn)生爆炸時，火焰不會引爆外殼周圍的瓦斯、煤塵。即：防爆外殼必須具有隔爆性和耐爆性。1）隔爆性主要是指防爆外殼的機(jī)械強(qiáng)度。2）耐爆性主要是指設(shè)備外殼各部件件接合面應(yīng)符合一定要求。接合面越寬、間隙越小，隔爆性能越好。第二節(jié) 漏電與觸電定義漏電是一種電網(wǎng)對地發(fā)生電能泄漏的電氣故障，其特征是電網(wǎng)對大地的絕緣電阻降低、泄漏入地的電流增大。當(dāng)帶電導(dǎo)體對大地的絕緣電阻降低到一定程度，使經(jīng)該阻抗流入大地的電流增大到一定程度，我們就說帶電導(dǎo)體發(fā)生了漏電故障。一、漏電概論1、漏電故障的基本概念

5、煤礦井下低壓電網(wǎng)的漏電故障有分散性漏電和集中性漏電。絕緣下降直接接地注意區(qū)分漏電故障和單相接地短路故障。漏電故障：在中性點絕緣的低壓供電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地或兩相、三相對地的總絕緣阻抗下降到危險值的電氣故障。集中性漏電又分為長期集中性漏電、間歇集中性漏電和瞬間集中性漏電。從理論分析的角度考慮，漏電可分為單相漏電、兩相漏電和三相漏電。2、產(chǎn)生漏電的原因1）電纜或電氣設(shè)備本身的原因2）因施工安裝不當(dāng)引起的漏電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3、井下低壓電網(wǎng)發(fā)生漏電的危害（1）人身觸電（2）引起瓦斯及煤塵爆炸（3）使電雷管無準(zhǔn)備引爆（漏電流引起）（4）燒損電氣設(shè)

6、備，引起火災(zāi)（5）引起短路故障（6）嚴(yán)重影響生產(chǎn)二、觸電及影響觸電程度的因素人體觸及帶電導(dǎo)體或因絕緣損壞而帶電的電氣設(shè)備金屬外殼，甚至接近高壓帶電體而成為電流通路的現(xiàn)象叫做觸電。當(dāng)人身觸及帶電導(dǎo)體，有部分電流流過人體，可能造成觸電事故。一般情況下觸電分為電擊和電傷。當(dāng)人身流過交流電在20mA以下，直流電在50mA以下，對人體傷害較輕。煤礦井下人身觸電電流安全極限限制在30mA以下。低壓電網(wǎng)大部分是電擊事故。發(fā)生人體觸電時流過人身的電流稱為觸電電流，分為：感知電流-反應(yīng)電流-擺脫電流-極限電流四個階段。1、觸電電流所謂人體電阻是觸電電流所流經(jīng)的人體各部分阻抗之和。包含體內(nèi)電阻和皮膚電阻。2、人體

7、電阻由于煤礦井下潮濕多塵，將井下工作人員的人體電阻取為1000。1.1mA1.5-5mA9、6mA30mAs人站在地上，身體某一部分碰到帶電的導(dǎo)體或金屬外殼時，人體接觸部分與站立點的電位差稱為接觸電壓。3、接觸電壓觸電持續(xù)時間：是指從觸電瞬間開始到人體脫離電源或電源被切斷的時間。4、觸電持續(xù)時間（As）我國現(xiàn)行規(guī)定為30mAs為安全值。綜上所述：一般直流的危險比交流小，50-60Hz是對人體傷害最嚴(yán)重的頻率，當(dāng)頻率超過2000Hz時，對心臟影響就很小了。醫(yī)用電療機(jī)采用的就是較高頻率的脈沖電流。影響觸電程度最重要的因素是觸電電流的大小和觸電時間的長短。1、安全電流安全電流是發(fā)生觸電時不會使人致死

8、、致傷的通過人體的最大觸電電流。三、人體安全電流我國現(xiàn)行規(guī)定是30mA。該規(guī)定的含義是任何供電系統(tǒng)，必須保證當(dāng)發(fā)生人員觸電時，觸電電流不得大于30mA，否則就必須設(shè)置觸電保護(hù)裝置。2、允許安秒值經(jīng)驗公式：3、安全電壓安全電流與人體電阻的乘積稱為安全電壓。1）沒有高度危險條件下：安全電壓采用65V電壓；2）有高度危險條件下：安全電壓采用36V電壓；3）特別危險的條件下：安全電壓采用12V電壓；四、井下低壓電網(wǎng)的人體觸電電流井下中性點絕緣的低壓供電單元原理圖變壓器1、求M、N之間的開路電壓M、N之間的開路電壓就等于相電壓。2、求M、N之間的入端電阻所謂入端阻抗，就是甩掉外電路，且內(nèi)電路中電源被短接

9、，從M、N兩點測得的阻抗。3、求外電路阻抗M、N之間的開路電壓就等于相電壓。借助上圖，帶入數(shù)值后得如果此時人體觸電電流為：第一種情況：如果此時人體觸電電流為：第二種情況：如果此時人體觸電電流為：第三種情況：可見，減少電網(wǎng)對地電容對降低人身觸電電流有重要意義。五、預(yù)防漏電、觸電的措施1、加強(qiáng)井下電氣設(shè)備的管理和維護(hù)2、將帶電導(dǎo)體、電氣元件和電纜接頭封閉在堅固的外殼內(nèi)；3、將帶電裸導(dǎo)體安裝在一定高度避免人身接觸；4、加強(qiáng)手持式電動工具把手的絕緣；5、對人員接觸機(jī)會較多的電氣設(shè)備，采用較低的額定電壓；6、井下配電變壓器的中性點禁止直接接地，以減小漏電或觸電電流。觸電的處理方法慎重使用藥物堅持對失去知

10、覺的觸電者進(jìn)行人工呼吸與心臟擠壓六、觸電急救思考題觸電的原因、危害性和預(yù)防方法. 觸電事故的處理方法. 第三節(jié) 井下低壓電網(wǎng)的漏電分析定義井下發(fā)生漏電，電網(wǎng)的對稱性遭到破壞，將產(chǎn)生零序電壓和零序電流等參數(shù)。一、井下低壓供電系統(tǒng)的基本特點1、采用變壓器中性點絕緣（不接地）或中性點經(jīng)高阻接地的運行方式。適用范圍： A、煤礦井下。 B、35KV及以下高壓電網(wǎng)：線電壓仍對稱（不影響供電）。中性點接地電容電流超過限度時，可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。工作狀態(tài)：工作在補(bǔ)償狀態(tài)。若消弧線圈的感抗調(diào)節(jié)合適，將使接地電流降到很小，達(dá)到不起弧的程度。A110KV及以上電壓等級的電網(wǎng)上。B地面380/220V三相

11、四線制供電系統(tǒng)，獲得兩種電壓等級。2、以一臺動力變壓器為一個相對獨立的供電單元。3、動力電壓等級為380、660、1140V三種。4、低壓線路全部由電纜組成。二、井下低壓電網(wǎng)的漏電分析1、單相漏電分析零序阻抗零序電壓零序電流電網(wǎng)經(jīng) 入地的漏電電流故障相對地電壓2、兩相漏電分析零序電壓零序電流電網(wǎng)總的入地的漏電電流故障相對地電壓單相漏電是井下低壓電網(wǎng)漏電事故的主流。第四節(jié) 漏電保護(hù)任務(wù)描述主要目的是通過切斷電源的操作來防止人身傷亡和漏電電流引爆瓦斯煤塵一、對漏電保護(hù)的要求要求安全、可靠、動作靈敏、選擇性。漏電保護(hù)也屬于繼電保護(hù)的范圍1、附加電源直流檢測式漏電保護(hù)二、漏電保護(hù)原理2、零序電壓式漏電

12、保護(hù)3、零序電流式漏電保護(hù)4、零序功率方向式漏電保護(hù)5、旁路接地式漏電保護(hù)1、地面低電壓電網(wǎng)的漏電保護(hù) 結(jié)構(gòu)：電流動作型組裝式漏電保護(hù)器。 組成：零序電流互感器、電子漏電保護(hù)、帶有過載和短路保護(hù)的斷路器及塑料外殼。 作用：電網(wǎng)的漏電保護(hù)、線路和電動機(jī)的過載及短路保護(hù)等。 三、漏電保護(hù)裝置類型、結(jié)構(gòu)、組成和工作原理 2、礦用漏電設(shè)備保護(hù)外形圖小 結(jié)漏電電流及保護(hù)措施低壓電網(wǎng)漏電保護(hù)的種類、結(jié)構(gòu)、用途、原理礦用漏電保護(hù)裝置的種類、作用、結(jié)構(gòu)、原理漏電點的查找方法第五節(jié) 接地與接零任務(wù)描述保護(hù)接地應(yīng)用于中性點絕緣系統(tǒng)中，其側(cè)重點在于限制裸露漏電電流和人身觸電電流的大小。保護(hù)接零主要應(yīng)用在低壓三相四線

13、制中性點直接接地系統(tǒng)中，限制人身觸電電流。保護(hù)接地：用導(dǎo)體把電氣設(shè)備中所有正常不帶電、當(dāng)絕緣損壞時可能帶電的外露金屬部分和埋在地下的接地極聯(lián)接起來。一、保護(hù)接地及其作用原理通過人體的電流當(dāng) 時，在中性點絕緣的660V低壓電網(wǎng)，單相接地時， 。跨步電壓接地：流散電阻、接地電阻。 對地電壓：電氣上的“地”、接地回路中任何一點對“地”的電位差稱為對地電壓。 跨步電壓：兩腳之間的電位差離接地極越近的地方電阻越大，壓降越大二、井下保護(hù)接地系統(tǒng)井下單獨的保護(hù)接地裝置，不能完全抵消觸電的危險。短路電流不會流經(jīng)變壓器中性點為了提高保護(hù)接地的安全性和可靠性，把井下所有電氣設(shè)備的金屬外殼在電氣上連接起來構(gòu)成一個井

14、下保護(hù)接地系統(tǒng)。井下保護(hù)接地系統(tǒng)由主接地極、局部接地極、接地母線、輔助接地母線、接地導(dǎo)線和連接導(dǎo)線等組成。設(shè)置在井底主、副水倉或集水井內(nèi)的接地極稱為主接地極。主接地極要用面積不小于0.75mm2、厚度不小于5mm的鋼板做成。局部接地極要用面積不小于0.6mm2、厚度不小于3mm的鋼板做成。三、保護(hù)接零1、保護(hù)接零采用變壓器中性點直接接地的運行方式，其接地的中性點叫做零點，由零點引出的線或接地的中性線叫零線。所謂保護(hù)接零，就是把電氣設(shè)備正常情況下不帶電的金屬部分與電網(wǎng)的零線作電氣連接的保護(hù)措施。2、重復(fù)接地沿零線把一點或多點再進(jìn)行接地，稱為重復(fù)接地。3、接地電阻值的測量方法 1）電流、電壓法小

15、結(jié)工作接地：定義、作用保護(hù)接地：類型、作用和應(yīng)用保護(hù)接零：分類、特點、注意事項重復(fù)接地：作用和要求第六節(jié) 礦井電網(wǎng)短路電流計算主要內(nèi)容分析短路現(xiàn)象的類型、產(chǎn)生原因、危害，明確短路電流計算的目的和任務(wù)，熟悉各種計算短路電流的方法。要求根據(jù)運行經(jīng)驗，破壞電力系統(tǒng)正常運行的故障最常見、危害最大的是各種短路現(xiàn)象。本節(jié)通過對短路的分析，對電流的計算，對設(shè)備采取合適的保護(hù)措施，確保供電的安全。1）短路：供電系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在電氣上被短接。如相與相之間、相與地之間的短路。一、短路原因、種類及危害1、短路的種類2）造成短路原因：電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞、設(shè)備老化、使用不當(dāng)、外力作用、過電壓、誤操作、鳥獸觸

16、及等。3）類型：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路。 *分對稱性短路和非對稱性短路。*最關(guān)鍵的兩個短路電流：最大短路電流-選擇設(shè)備、導(dǎo)線，最小短路電流-繼電保護(hù)裝置校驗。 短路的電壓與電流的相位差較正常時增大，接近于90度。*單相短路只發(fā)生在中性點接地系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中。 1）特點： (1)因總阻抗減小使得電流劇增（電流大）達(dá)到幾萬甚至幾十萬安。 (2)系統(tǒng)電壓驟降。 2）后果： （1）損害設(shè)備和線路，引起火災(zāi)。 （2）電壓驟降，設(shè)備不能正常工作。 （3）保護(hù)裝置動作，造成停電。 （3）影響電力系統(tǒng)運行，發(fā)電機(jī)失步。 （4）產(chǎn)生交變磁場，對通信線路、電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。2、短路的

17、危害單相短路故障出現(xiàn)的幾率最大，三相短路故障出現(xiàn)的幾率最小，但后果最為嚴(yán)重，短路電流最大！3、短路的形式二、無限大電源容量系統(tǒng)短路電流暫態(tài)過程及參數(shù)所謂無限大容量系統(tǒng)是指電源距短路點的“電氣距離”較遠(yuǎn)，電源額定容量遠(yuǎn)大于系統(tǒng)共給短路點的短路容量的電源。此時忽略電源內(nèi)部的參數(shù)，認(rèn)為電源電壓恒定。1、三相短路電流暫態(tài)過程分析短路全電流表達(dá)式2、有關(guān)短路計算的物理量穩(wěn)態(tài)短路電流 、短路沖擊電流 、短路全電流的最大有效值 、短路容量三、礦井高壓電網(wǎng)短路計算礦井高壓電網(wǎng)短路計算的目的就是求出上述四個量。注意電源電壓取平均電壓，見下表：高壓電網(wǎng)短路計算的基本公式元件電抗的計算1）系統(tǒng)電抗2）電力線路的電抗

18、架空線：電纜線：3）電力變壓器的電抗4）元件電抗的折算當(dāng)線路中包含變壓器，各回路參數(shù)相低壓側(cè)換算例2-1 某供電系統(tǒng)接線圖如圖所示，求在S1和S2點發(fā)生三相短路時的各短路參數(shù)。計算結(jié)果三、礦井高壓電網(wǎng)短路計算對于高壓電網(wǎng)常取各級線路始末兩端額定電壓的平均值。忽略電網(wǎng)的電阻，利用電抗進(jìn)行計算，6KV以上的高壓架空線路 ，6-10KV電纜線 。四、井下低壓電網(wǎng)短路計算注意以下幾個問題：1、元件電阻不能忽略2、井下電纜的平均電抗3、考慮電弧電阻或4、井下變壓器阻抗的計算（或查手冊）5、需要計算的量：例2-2 某井下低壓供電系統(tǒng)如圖所示，其中W1為6KV鋁芯鎧裝電纜，相組額定電壓為660V，線路參數(shù)如

19、圖注，試計算S點的最小兩相短路電流。五、短路電流的力、熱效應(yīng)電動力：供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，當(dāng)電流流過時相互間存在作用力，即一相電流所產(chǎn)生磁場對其它相電流的作用力。動穩(wěn)定性：要求電氣設(shè)備和載流導(dǎo)線必須具有足夠的承受短路電動力的能力。1、短路電流的力效應(yīng)需校驗的電氣設(shè)備：斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、電抗器、電流互感器、母線、支柱絕緣子、套管絕緣子。電氣設(shè)備熱穩(wěn)定校驗滿足的條件：2、電氣設(shè)備的動穩(wěn)定校驗或3、短路電流的熱效應(yīng)通常認(rèn)為在短路過程中，導(dǎo)體處在絕熱狀態(tài)，短路電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量全部用來是導(dǎo)體的溫度升高，所以，凡是有可能流過短路電流的導(dǎo)體及設(shè)備都應(yīng)進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗。需校驗的電氣設(shè)備

20、：開關(guān)電器、電抗器、電流互感器、套管絕緣子、電纜等。1）電氣設(shè)備熱穩(wěn)定校驗滿足的條件：4、電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗2）母線與電纜滿足熱穩(wěn)定的最小截面積：要求： 1、絕對值法（歐姆法）：適用對象：特點、計算步驟。 2、不對稱短路電流的計算： （1）解析法。（2）表格法 。小結(jié)思考題1、短路類型、原因、危害。 2、短路電流的計算方法。 3、短路電流計算的目的和任務(wù)。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：井下高壓電動機(jī)、動力變壓器的高壓控制設(shè)備，要求第七節(jié) 井下電網(wǎng)過流保護(hù)主要內(nèi)容凡是流過電氣設(shè)備或線路的電流，如果超過其額定電流值或允許值，都叫做過電流?？焖傩钥焖偾袛喙收希瑴p少故障存在的時間1）切除故障時間指從發(fā)生短路至斷

21、路器跳閘，電弧熄滅為止；2）包含：保護(hù)裝置動作時間+斷路器跳閘時間（含滅弧時間）；選擇性切除故障部分，防止越級跳閘一、對過流保護(hù)的要求靈敏性對故障或不正常運行狀態(tài)的反映能力；主保護(hù)（取1.5） ；后備保護(hù) （取1.2） ；熔斷器（取 4-7）參數(shù)量增加的參數(shù)量降低的電流保護(hù)電壓保護(hù)可靠性不拒動、不誤動。具體情況不同各有所偏重 如：線路保護(hù)偏重選擇性、井下偏重速動性。1、熔斷器 熔斷器是一種在電路電流超過規(guī)定值并經(jīng)過一定時間后使熔體熔化而分?jǐn)嚯娏?、斷開電路的一種保護(hù)裝置。主要進(jìn)行過流保護(hù)或過負(fù)荷保護(hù)。二、基本保護(hù)元件及電路 熔斷器 2、熔斷器040302010t/sI/AIN/IR 熔斷器的保護(hù)

22、特性曲線3、熔斷器的保護(hù)特性1）高壓管式熔路器 RN系列:RN1、RN3、RN5用于保護(hù)線路、設(shè)備。 RN2、RN4、RN6用于保護(hù)電壓互感器（1）戶內(nèi)式高壓熔路器熔斷指示 A、作用：保護(hù)高壓開關(guān)、變壓器、電壓互感器等高壓電氣設(shè)備及線路。 B、結(jié)構(gòu)：內(nèi)部充石英砂：利于滅弧。 C、冶金效應(yīng)：降低熔點，利于滅弧。 D、限流熔斷器：熔斷時間不超過0.01s 跌落式熔斷器結(jié)構(gòu)原理圖（2）戶外式高壓熔斷器 A、跌落式熔斷器 作用：保護(hù)配電變壓器。結(jié)構(gòu)： 操作：絕緣棒。 RW10-35型高壓熔斷器（2）戶外式高壓熔斷器 B、RW10-35型高壓熔斷器 額定值：額定電流0.5A、斷流容量2000MVA： 安

23、裝地點：戶外； 保護(hù)對象：35kV電壓互感器；210A、600MVA，其它設(shè)備。（1）組成：熔體和外殼（2）RM系列無填料封閉管式熔斷器 A、結(jié)構(gòu)：內(nèi)壁采用易分解滅弧氣體的纖維管、變截面熔體。 B、原理：分解氣體滅弧。短路時熔體在窄部熔斷。 C、作用：井下低爆開關(guān)。 RM10型低壓熔斷器結(jié)構(gòu)2）低壓熔斷器 利用狹縫（4）RL1型螺旋式熔斷器 A、結(jié)構(gòu)：有熔絲和石英砂。 B、特點：屬于限流熔斷器。 C、作用：用于小電流主電路、控制電路、井下低爆開關(guān)。RL1型螺旋型熔斷器熔斷指示2、電子型過流繼電器起幅值的變化和電氣隔離的作用作用：利用電流的熱效應(yīng)制成的保護(hù)電器功能：過載保護(hù)a） 外形 b）結(jié)構(gòu)圖1-電流整定裝置 2主電路接線柱 3復(fù)位按鈕 4常閉觸頭 5動作機(jī)構(gòu) 6熱元件3、熱繼電器4、限流熱繼電器三、井下過流保護(hù)整定對于