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1、- 1 -采区电网保护教 案授课教师：杨复海培训时间：2015 年 5 月- 2 -第四章 采区电网保护一、培训对象：井下电钳工二、教学课时: 8 小时三、培训目的要求：掌握煤矿采区供电保护的要求，熟悉煤矿“三大保护” ，并能安装、调试、使用和故障处理。 四、教学方式:多媒体教学五、教学内容:电压保护、漏电保护 、过电流保护、保护接地、综合保护装置、 “三专两闭锁”- 3 -采区电网保护煤矿井下供电系统的过流保护、漏电保护、接地保护统称为煤矿井下的三大保护。井下供电系统的三大保护是保证井下供电安全的可靠措施。第一节 电压保护电压保护包括欠电压保护和过电压保护。1、欠电压保护欠电压保护也叫失压保
2、护，是指在电网运行中，由于某种原因，出现电网电压急剧下降或突然消失，此时，保护装置使开关跳闸自动切断电源，当电网电压恢复后，开关不会自动合闸，不会自动恢复供电或用电设备不会自行启动的一种保护。煤矿井下高低压开关都具有欠电压保护功能。高压开关内装有欠电压释放装置，通常叫做无压释放装置；低压馈电开关中装有失压脱扣器；低压磁力启动器的控制回路等都有欠电压保护功能。2过电压保护在供用电系统运行中，由于某种原因，会产生危及电气设备绝缘的电压异常升高现象，这种对电气设备的绝缘有破坏作用的电压(一般超过额定电压 15以上)叫过电压。过电压按其产生的来源不同，可分为大气过电压和内部过电压。大气过电压是由雷电活
3、动引起的。为防止大气过电压波及井- 4 -下，经由地面引入井下的各种线路，必须在入井处装设防雷装置，通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷装置。煤矿井下的过电压主要是内部过电压，按其性质可分为操作过电压、弧光接地过电压和谐振过电压等几种。在采区限制内部过电压的主要措施是在真空断路或接触器的负荷端并联阻容吸收装置。第二节 漏电保护当电气设备或导线的绝缘损坏或人体触及一相带电体时，电源和大地形成回路，有电流流过的现象，称为漏电。井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。集中性漏电是指漏电发生在电网的某一处或某一点，其余部分的对地绝缘水平仍保持正常。分散性漏电是指某条电缆或整个网络对地绝缘水
4、平均匀下降或低于允许绝缘水平。一、漏电的危害及原因1漏电的危害漏电会给人身、设备以致矿井造成很大威胁，其危害主要有 4 个方面：（1）人接触到漏电设备或电缆时会造成触电伤亡事故。（2）漏电回路中碰地碰壳的地方可能产生电火花，有可能引起瓦斯煤尘爆炸。（3）漏电回路上各点存在电位差，若电雷管引线两端接触不同电位的两点，可能使雷管爆炸。（4）电气设备漏电时不及时切断电源会扩大为短路故障，烧毁- 5 -设备，造成火灾。2漏电的原因（1）电缆和电气设备长期过负荷运行，使绝缘老化而造成漏电。（2）运行中的电气设备受潮或进水，造成对地绝缘电阻下降而漏电。（3）电缆与设备连接时，接头不牢，运行或移动时接头松脱
5、，某相碰壳而造成漏电。（4）电气设备内部随意增加电气元件，使外壳与带电部分之间电气间隙小于规定值，造成某一相对外壳放电而发生接地漏电。（5）橡套电缆受车辆或其他器械的挤压、碰砸等，造成相线和地线破皮或护套破坏，芯线裸露而发生漏电。（6）铠装电缆受到机械损伤或过度弯曲而产生裂口或缝隙，长期受潮或遭水淋使绝缘损坏而发生漏电。（7）电气设备内部遗留导电物体，造成某一相碰壳而发生漏电。（8）设备接线错误，误将一相火线接地或接头毛刺太长而碰壳，造成漏电。（9）移动频繁的电气设备的电缆反复弯曲使芯线部分折断，刺破电缆绝缘与接地芯线接触而造成漏电。（10）操作电气设备时，产生弧光放电造成一相接地而漏电。（1
6、1）设备维修时，因停、送电操作错误，带电作业或工作- 6 -不慎，造成人身触及一相而漏电。二、漏电保护方式漏电保护方式有漏电保护、选择性漏电保护、漏电闭锁。1漏电保护目前使用的漏电保护装置种类很多，有电子电路的，也有单片计算机控制的。这里介绍的漏电保护，从原理上也叫附加直流电源漏电保护，如图 41 所示。其工作原理是：漏电继电器用直流电进行绝缘监视，当人体触电时，绝缘电阻降低，其回路如下：电源接地极人体负荷线 c 相SK（三相电抗器）LK（零序电抗器）（欧姆表）ZJ（直流继电器）电源，ZJ 吸合ZJ 1闭合TQ（跳闸线圈）有电触点断开Dw（馈电开关）断开切断了供电回路。如果绝缘阻值高于整定值时
7、，直流监测电流小于 ZJ 的动作电流，- 7 -馈电开关不会跳闸，正常供电。2、选择性漏电保护1）零序电流方向保护零序电流方向保持原理，如图 42 所示，采用的主要检查元件是零序电流互感器。零序电流互感器有一个环形铁芯，其上缠有二次绕组，环形铁芯套在电缆上，穿过铁芯电缆中的三根芯线就是它的一次绕组。在线路正常工作时，电网的三相电压对称，三相负载相同，三相电流的矢量和等于零，电流互感器二次没有电流和电压，中间继电器J 不动作。当发生漏电故障时，三相电路不对称，必然有零序电流，几个零序电流通过电网对地绝缘电阻 r 和分布电容 c 构成通路。当发生单相漏电故障时，在零序电流互感器 LLH 的一次侧中
8、流过 3 倍的零序电流，在二次侧产生电流，经二极管整流后，可使执行继电器 J 动作，带动开关跳闸。同理，如图 43 所示，在供电系统中各支路的每相对地电容分- 8 -别用 C1、C 2和 C3表示，如果在第一支路上发生单相漏电或接地故障，第二、三支路的零序电流互感器 LLH2和 LLH3中的零序电流便分别由各支路自身的电容 C2和 C3来决定，而在 LLH1中则流过第二、三支路电流之和，使第一支路的零序电流互感器 LLH1所流过的零序电流要大于其他两个支路。如果电网的支路数更多，则 LLH1中的零序流还要更大，因此，利用零序电流的大小不同，即可使故障支路与非故障支路区分开，达到选择性漏电保护目
9、的。2）零序功率方向式漏电保护利用零序电流或零序电压的幅值大小来判断供电单元内是否发生了漏电，同时，利用各支路的零序电流与零序电压的相位关系来判断故障支路，而后有选择地切除故障支路的电源，这种保护方式就称为零序功率方向式漏电保护。它之所以称为“零序功率” ，是因为它同时利用了零序电流和零序电压两个参量(不一定是幅值相乘的关系)的缘故。- 9 -零序功率方向保护的原理如图 44 所示。当电网中某支路发生漏电故障或人身触电事故时，由取样电路分别从电网中取出零序电压和各支路的零序电流信号，经放大整形后，由相位比较电路来判别故障支路，最后启动执行电路，切断故障支路的电源，从而实现了有选择性的漏电保护。
10、3漏电闭锁漏电闭锁是指在开关合闸前对电网进行绝缘监测，当电网对地绝缘阻值低于闭锁值时开关不能合闸，起闭锁作用。图 45 所示是磁力启动器中漏电闭锁原理。在磁力启动器尚未吸合送电时，主接触器 XLC 的常闭辅助触头 XLC3闭合，接通以下直流绝缘检测电路：附加直流电源 E 的“+”端地电动机及其供电线路的对地绝缘电阻 r三相线路人工星形三相硅堆 GZ常闭辅助触头 XLC3取样电位器 w直流电源 E 的“一”端，从而对 r 进行检测。- 10 -若此时电动机及其供电线路的绝缘水平较低，小于规定的漏电闭锁动作电阻值或已存在漏电，检测电路中将流过较大的直流电流，从取样电位器 w 上取得一个较大的信号电
11、压，使后面的反相放大器输出零伏电压，导致三极管 BG 截止，漏电闭锁继电器 BHJ 断电，因而后者的常开触点不能闭合，接触器 XLC 的线圈控制电路不能接通，磁力启动器不能合闸送电，这就实现漏电闭锁。反之，如果此时电动机及其供电线路的绝缘良好，r 大于规定的漏电闭锁动作电阻值，则在检测回路中流过很小的直流电流，从取样电位器 W 上取得的信号电压也很低，因而反相放大器输出较高电压，促使 BG 导通，BGJ 继电器有电，后者闭合它自身的常开触点，为接通接触器 XLC 的线圈电路做好了准备。这时只要按压启动按钮 QA，即可使磁力启动器吸合送电，电动除。启动运转。但在启动器合闸送电后，主接触器 XLC
12、 的常闭辅助触头XLC3随之断开，切断漏电闭锁检测电路，漏电闭锁解除。此后，如果- 11 -电动机及其供电线路在运行过程中发生漏电，则由接在电网总开关上的检漏继电器进行保护，使总开关跳闸。三、漏电保护装置的整定、维护及检修1漏电保护装置的整定漏电继电器动作电阻值是以网路绝缘电阻为基准确定的，即当低压电网绝缘水平下降到对人触电有危险时，漏电继电器应动作，并切断电源。因此，把这个对人身触电有危险的电网极限绝缘电阻值，定为漏电继电器的动作电阻值。对漏电保护和漏电闭锁装置按表 41整定。表 41 漏电保护装置及漏电闭锁的动作电阻整定值电压 漏电保护 漏电闭锁1140V 20k 40k660V 11k
13、22k380V 3.5k 7k127V 1.5k 3k2漏电保护装置的维护及检修值班电钳工每天应对漏电继电器的运行情况进行 1 次检查和试验。检查漏电继电器安装位置是否平稳可靠，周围是否清洁，有无淋水现象，局部接地极和辅助接地极安设是否良好，观察欧姆表指示数值是否正常，如果网路的绝缘水平下降到，660V 低于 30k，380V 低于15k，127V 低于 10k 时，则应及时地采取措施，设法提高网路的绝缘电阻值，预防跳闸。此外，每天要用试验按钮对漏电继电器进行1 次跳闸试验。在超级瓦斯矿井和有瓦斯突出的矿井，试验漏电继电器将造成局部停止运转，使掘进巷道与工作面瓦斯聚集，易发生危险。为此，某-
14、12 -些矿采用了并接试验用馈电开关的办法来解决这一问题。每月至少要对漏电继电器进行 1 次详细的检查和修理，除了每天检查时的内容外，还要检查各处的线头是否良好，有无破损及受潮，闭锁开关是否灵活，各处接头，触点接触是否良好，有无松动脱落或烧毁的现象。继电器的动作是否灵敏可靠，整流器的直流电压是否符合要求，内部元件、熔断器熔体及指示灯有无烧毁，调节补偿电感是否达到最佳补偿效果，漏电继电器是否符合防爆性能。漏电继电器每年应上井进行检修，除对防爆外壳修理外，其他项目应按照安装前的检验内容进行检查和试验，并更换不合格的零件；对绝缘电阻较低、耐压试验不合格的须进行烘烤处理。第三节 过电流保护一、过电流故
15、障的危害及原因过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过了额定值。其故障有短路、过负荷和断相。1短路短路是指电流不流经负载，而是 2 根或 3 根导线直接短接形成回路。这时电流很大，可达额定电流的几倍、几十倍，甚至更大，其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备，引起火灾或引起瓦斯、煤尘爆炸事故。短路电流还会产生很大的电动力，使电气设备遭到机械损坏，也会引起电网电压急剧下降，影响电网中的其他用电设备的正常工作。造成短路的主要原因是绝缘受到破坏，因而应加强对电气设备- 13 -和电缆绝缘的维护及检查，并设置短路保护装置。2过负荷过负荷是指流过电气设备和电缆的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。其危害
16、是电气设备和电缆出现过负荷后，温度将超过所用绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路事故。过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。引起电气设备和电缆过负荷的原因主要有以下几方面：一是电气设备和电缆的容量选择过小，致使正常工作时负荷电流超过了额定电流；二是对生产机械的误操作，例如在刮板输送机机尾压煤的情况下，连续点动启动，就会在启动电流的连续冲击下引起电动机过热，甚至烧毁。此外，电源电压过低或电动机机械性堵转都会引起电动机过负荷。3断相断相是指三相交流电动机的一相供电线路或一相绕组断线。此时，运行中的电动机叫单相运行，由于其转矩比三相运行时小得多，在其所带负载不变的情况下，必然过负荷，甚至烧毁电动机。造成断相原因有：熔断器有一相熔断；电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落；电缆芯线一相断线；电动机定子绕组与接线端
