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1、煤矿井下用电安全及保护,河南理工大学电气学院易晓郑13017507669YXZ,一、煤矿供电系统简介 二、矿用电气设备 三、漏电与触电分析 四、井下变压器中性点禁止直接接地分析 五、漏电保护装置 六、接地与接零保护,学 习 提 纲,一、矿山供电系统简介 （一）对矿山供电系统的要求:可靠性：保证不间断供电；安全性：人、设备以及电引起的瓦斯煤尘爆炸等事故；优质性：电压(5%)、频率稳定(0.5%)、谐波含量；经济性：在保证前三项的前提下力求低成本。 （二）电力负荷及对供电的要求：1、什么是电力负荷？ 电力负荷是指设备或线路中正常运行时消耗的功率与损耗的功率之和。是供电系统规化、设计、设备选型以及发
2、电、输电、变电布局的主要依据。,2、电力负荷的分级根据对供电可靠性要求的不同，也就是根据停电造成的损失或影响程度，矿山将电力负荷可分成以下三级：一级负荷：当中断供电后，将造成人身伤亡者，或在政治、经济上造成重大损失者，为一级负荷。二级负荷：当中断供电后，将在政治、经济上造成较大损失者，为二级负荷。三级负荷：除一、二级负荷外，均为三级负荷。3、对电力负荷的供电要求一级负荷：双电源双回路二级负荷：双回路或专用线三级负荷：无要求。,（三）矿山供电系统的结线方式1、供电系统的结线方式:放射式:(单源单放、单源双回、双源双回)干线式:(直联、贯穿)环状式: 2 、变电所常用的结线方式:母线式:(单母不分
3、段、单母分段、双母)桥式:(内桥、外侨、全桥)线路-变压器组式:（四）煤矿典型供电系统分析(深井为例）A 、典型煤矿地面供电系统（图）B、 典型煤矿井下供电系统（图）,内桥,外桥,全桥,6kV,6kV,（五）对电源与供电系统的规定:（煤矿安全规程）双回路供电，不得共杆架设，不准装负荷定量器。两路电源线若一用一备则必须带电备用。井下供电严禁中性点接地。高压电网单相接地电流应20A（国外10A）。高压下井电缆严禁装设自动重合闸。 井上下必须装设防雷电装置。 电气操作实行工作票制度, 包括工作票的内容、签发与执行.高压停、送电制度,要遵守：停电验电放电装设接地线设置遮栏警示等程序，严禁带电作业。,任
4、何供电系统都除技术和功能上满足要求外，还要确保其使用和运行的安全。所有后面学习的重点是井下电气上的防爆原理和三大保护(漏电保护、保护接地、过流保护)。 二、矿用电气设备:(一)矿用电气设备的要求:1、井下巷道硐室和采掘工作面的空间狭窄。要 求电气设备体积小、重量轻。2、由于顶板压力及放炮的影响，电气设备及电缆易受损伤，要求电气设备有坚固的外壳、内部之件有较强的抗震能力。,3、井下空气潮湿，有滴水，电气设备易受潮，要求电气设备防潮性能和绝缘水平要高。4、井下有瓦斯、煤尘，在一定条件下可以点燃和爆炸，要求电气设备具有防爆性能。5、井下电气设备启动频繁，负荷变化较大，容易过载。要求电气设备有较强的过
5、负荷能力和起动力矩。(二)电气设备的防爆原理:1、隔爆性和耐爆性：隔爆性：外壳内爆炸后，高温和火焰通过接合面喷出 时，受到足够的冷却（防爆面）。耐爆性：外壳内爆炸后，外壳不至于破坏（外壳的机械强度）。2、隔爆面的三要素：间隙、宽度、光洁度 (见下图),(三)常见矿用防爆电气设备类型: 防爆电气设备（Ex防爆总标志）,增安型：采用适当措施，工作时不产生电弧、火花、 高温的部件，Exe 隔爆型：外壳具有耐爆性和隔爆性能，Exd 充油型：将可能产生火花、电弧、高温的部件浸在油中，Exo 本质安全型：工作时所产生的电火花和热均不能点燃瓦斯和煤尘，Exib 正压型：利用新鲜空气、惰性气体，在外壳内保持一
6、定的正压，Exp 特殊型：除以上外，均属这一种（国家确认）Exs,(四)防爆电气设备的选择与管理:1、类型选择:户用、户外型；普通型、矿用一般型、隔爆型；总开关、分开关等。2、管理制度:执行验证采购制度，要求“两证一标齐全”，安全标志准用证（MA），生产许可证，产品合格证。 3、按技术参数选择: 额定电压应等于接入电网的额定电压； 额定电流应大于其长时最大工作电流； 按最大三相短路电流校验其动、热稳定。,三、 漏电与触电分析（一）漏电：1、什么是漏电：广义上讲，漏电是一种电网对地发生电能泄漏的现象，特征是电网对大地的绝缘阻抗降低，流入大地的电流增大，该现象称为漏电。(该电流为漏电电流)2、分类
7、：集中性漏电:（某一处或某一点）机械、某点老化、处界；分散性漏电：（老化）（整条线路或整个电网）；3、漏电电流回路：如图3所示,图3,（二）触电：1、什么是触电：人身接触带电体或接近高压带电体时，使人身成为电流通路的一部分，叫做触电。触电是前面讲过的漏电的一种特殊情况，只是过渡电阻变成了人身电阻。触电对人体组织的破坏大体可分为两种：电击和电伤。电击：是指触电后电流通过人体，使人体主要器官（如心脏）受到损伤，有生命危险，这是最危险的触电。电伤：是指电弧或强电流瞬时通过人体某一局部，造成人体外表器官的破坏（烧伤），一般不至于有生命危险。,2、影响触电危害程度的有关因素：通过人身的电流大小：根据实验
8、得， 交流在1520mA以下，直流在50mA以下，一般对人体伤害较轻，如果长期通过工频交流3050mA就有生命危险，超过50mA对人的生命是绝对有危险的。触电时间：根据实验测定的数据，触电时间在0.2s以下和0.2s以上，电流对人体的危害程度是有较大差别的。如0.2s以下 ，400mA能使心脏损伤，0.2s以上，25mA能使心脏损伤。,电流性质：直流和交流对人体的危害程度是不同的，而以50100Hz的交流电流对人体的危害最为严重。电流路径：主要取决于心脏受损的程度，电流从手到脚特别是通过心脏对人最为危险。体重和健康状况：健康和有病不同，情绪好和不好不同，胖和搜 。人身电阻：主要是人体表面皮肤层
9、和体内的电阻，它随人的皮肤状况（损伤、潮湿）、触电时间、触电电压高低等因素而变动，当皮肤完整干燥时，人身电阻可达10100千欧触电时相对安全；当皮肤潮湿或有损伤，人身电阻降低到1000欧左右，触电时相对危险（以后人身电阻取最小值1000欧）。触电电压：作用于人身的电压越高，则通过人体的电流越大，也就越危险。,3、安全电流、安全电压及安全值：安全电流：也就是人体触电后不会使人致死、致伤的最大电流，称为安全电流。根据上述的因素分析，触电危险性取决于通过人体的电流与作用时间的乘积。通过对动物的实验，我国提出发生心室颤动的电流50mA与时间乘积的安全值为50mAS，取1.67倍安全系数，规定为30mA
10、、美国为10 mA、英国为50mA等。安全电压：安全电流和人身电阻的乘积，称为安全电压。经常接触的电气设备，在没有高度危险的条件下，采用65v电压，有高度危险的条件，采用36V，在特别危险的条件下，采用12v。安全值：安全电流与触电时间的乘积，称安全值。我国为30 mAS。,4、井下预防触电主要办法：由于矿井的情况特殊，触电的可能性较大。因此，必须采取有效措施，防止触电事故发生。我国从实践中总结出来预防触电的方法主要有以下三点：变压器中性点禁止直接接地（后面分析）井下电网采用漏电保护装置（后面分析）井下电气设备采用保护接地（后面分析）,四、 井下变压器中性点禁止直接接地分析:（一）中性点接地方
11、式分类及要求:前面在介绍漏电和触电时，常提到中性点接地或不接地的问题，因此，这里对中性点问题进行分析。1、分类：一般分为以下四类：不接地方式：又称中性点绝缘系统直接接地方式：中性点直接与接地装置连接消弧线圈接地方式：中性点经电抗线圈与接地装置连接。后两种是为了减小接地点的电流，使电弧的能量减弱。,2、要求：在供电系统中，什么情况（条件）下采用何种接地方式呢？我国有以下要求：* 363kv系统，采用中性点不接地方式；* 110kv及以上和220380v的低压系统，采用中性点直接接地方式；* 3-10KV电网当接地电容电流大于30A或20KV以上电网当接地电容电流大于10A时，采用中性点经消弧线圈
12、接地方式。,(二)中性点接地方式分析: 1 、中性点接地系统：如图4所示，这时人体承受电网相电压，通过人体 的电流可根据欧姆定律求出： 当取Rma=1000，线电压为660V时，通过人体的电 流为：可见，线电压是660v供电系统，当中性点接地时， 通过人体的电流都远远超过30mA，所以是绝对危险的。,图4,变压器,I,R,C,2、中性点不接地系统：如图所示，,变压器,I,R,C,根据基尔霍夫第一定律得：a、当电容忽略时，Rma=1000 ，r=35000 ，Ux=660V，可见是安全的。,b、当电容不忽略时，Rma=1000 ，r=35000 ，Ux=660V，C=0.5f 可见当电容不忽略时
13、，同样不安全，但比中性点接地系统通过人体的电流要小的多，故相对安全。,3、结论： 中性点绝缘比中点接地的人身触电电流要小得多，比较安全。 入地电流很小，从而使引燃瓦斯、煤尘的可能性大大减少。 不影响线电压（可运行2个小时）。 以上三大优点就是井下变压器禁止中性点直接接地的原因。 然而，也存在一些缺点： A、当电网一相接地时，往往不易发觉，易烧电动机（并不影响三相设备的短时运行）； B、如果没有漏电指示，一相接地可能长期存在，再此情况下，如人站在地上又触及另一相带电导体，人身跨接电网线电压，这时通过人身的触电电流较中性点接地的供电系统还要大0.73倍(660mA)，这是非常危险的。 C、其他两相
14、电压将升高3倍，容易使绝缘差的地方被击穿。 为克服以上缺点，井下电网必须装设漏电保护装置。,五、漏电保护装置: （一）对漏电保护装置的要求：1、保护全面：是指保护范围应覆盖整个供电单元，没有死角，什么类型的漏电，保护都应动作。另外，有条件的话，无论电气设备处在什么状态，都应起到保护作用（漏电闭锁）。2、安全性：从人员触电的角度考虑，要满足30mAS的要求，动作要速度快（不光跳闸，还要能减小人身触电电流的作用时间）。3、可靠性：一是自身的可靠性（元件质量、制造工艺），二是保护性能的可靠性（该动就动、不该动就不动），不能误动和拒动。4、灵敏性：是指保护装置对故障的反应能力，要求最轻的漏电，保护也能
15、可靠动作（使用整定值的调节，不受电网电压波动的影响）。5、选择性：要求只切除故障线路而不切除非故障线路，目的是为了停电范围尽可能减小。,（二）漏电保护原理:漏电保护有很多方法来实现。目前用的最多的有以下三种：附加直流电源检测方式、三相半波整流式、零序参数式等。1、附加直流电源检测方式：如图6所示 。电网如果发生漏电，就意味着电网对地绝缘电阻的下降。怎样检测这个电阻呢？可以设想在三相电网中加上一个独立的直流电源，作用于电网三相和大地之间，这样在电网的绝缘电阻上将有一直流电流流过，该电流的大小变化直接反映了电网对地绝缘电阻的变化，有效地检测和利用这一电流，就构成附加电源直流检测式地漏电保护。,特点：优点：a、保护全面；b、触电电流小；c、整定简单；d、可靠性高。缺点：a、无选择性； b、属静态补偿； c、动作时间长50ms ； d、无漏电闭锁。,
