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1、第二章 矿井安全供电及用电技术,人身触电及其预防措施 井下供电系统中性点不接地分析 井下保护接地 井下电网漏电保护,第一节 触电的危险性及预防措施,触电事故 人身触及带电体或接近高压带电体时，将会有电流通过人体 触电对人体组织的破坏性很复杂 电击：触电后电流通过人体，使人体内部器官受到损伤和破坏，多数情况下会致人死亡，是最危险的 电伤：强电流瞬时通过人体的某一局部，或电弧烧伤人体，造成人体外表器官的破坏，一般容易治愈，严重时可能使人致残，但不会有生命危险 触电对人体的危害程度是由多种因素决定的 电流强度、电流的类型及频率、电流通过人体路径 触电持续时间、电压的高低、人的体质状态等,跨步电压触电
2、,两相触电,单相触电,通过人体的电流及其对人体组织的危害,人体电阻,流经人体电流值的大小与人体电阻有密切关系 人体电阻 主要是人体表面皮肤角质层的电阻，数值变动很大 与人的皮肤有无损伤以及潮湿等程度有关 范围：8001500 规定：1000 我国规定： 通过人体的最大安全电流为30mA 允许安秒值（即电流与时间的乘积）为30mAs 30mA电流作用于人体1s及以内，对人体无伤害作用,触电电流与触电电压的关系,触电的预防措施,防止人身触及或接近带电导体 裸露导体必须有高度和距离 闭锁装置 带电部件全部封闭在外壳内 采取相应的技术措施，防止人身触电 变压器中性点不接地 漏电保护和漏电闭锁装置 设置
3、保护接地 对易造成触电危险的系统，除应加强绝缘外，尽量采用较低电压 严格执行煤矿安全规程中的有关规定和安全作业制度,井下供电的变压器中性点禁止接地分析,中性点直接接地,1.人触及一相带电导体时,变压器中性点接地的供电系统,无论是380V供电系统还是660V供电系统，当变压器中性点接地，人触及带电导体一相时，通过人体的电流都远远超过30mA，所以是绝对危险的 ！2电网一相接地 在变压器中住点接地的供电系统中，电网一相接地即为单相短路，短路点将产生一个大电弧，足以引起瓦斯、煤尘爆炸。,变压器中性点绝缘的供电系统,单相漏电电流回路示意图。,变压器中性点绝缘的供电系统,若人体触及一相带电导体时，则通过
4、人身的电流的途径是从电网一相经过人身入地，再经过其他两相线路对地绝缘分布电阻r和对地分布电容C回到其它两相。,1忽略电网对地电容,1忽略电网对地电容,1）在正常状态下：电源电压是对称的， 同时，各相对地的绝缘电阻值也是相等的，即：ra=rb=rc=r。 绝缘电阻ra、rb 、rc相当于一个假想的星形负载，在上述条件下，这个假想负载是对称的，其中性点为地。在未发生人身触电或单相接地时，每相绝缘电阻中流过的电流也是对称的，即,1忽略电网对地电容,可见，这时各相对地电压与电源相电压相等，也是对称的。因而，假想负载的中性点与变压器中性点之间没有电位差。也就是说，变压器中性点对地电压为零，即：,1忽略电
5、网对地电容,2）当人触及一相时 触及a相导体时，便有电流通过人身。该电流是经过其它两相的绝缘电阻rb和rc形成通路；而a相的绝缘电阻ra与人身电阻Rr并联，结果使a相对地电阻变为：这就破坏了上述假想负载的对称性，于是电网对地电压和电流将发生新的变化，假想的中性点与变压器中性点间便出现了电位差。,1忽略电网对地电容,假想负载中性点由“0”移到“0”点，即为 。各相对地（即0点）的电压便不再对称了。但电源线电压仍保持对称，故对负载运行并无影响。,1忽略电网对地电容,各相绝缘电阻中流过的电流,人身触电电流值,1忽略电网对地电容,根据基尔霍夫第一定律,当r=ra=rb=rc时,1忽略电网对地电容,人身
6、触电电流,取绝对值,1忽略电网对地电容,例：在井下660V低压电网中，若每相对地绝缘为35000，通过人身的电流是多少？设人身电阻Rr1000。,在忽略电容的情况下，当绝缘电阻值等于或大于35k时，就能够防止人身触电；反之，若低于35k ，则可能发生危险。由此可见，提高电网对地的绝缘电阻，便能保证人身安全。,1忽略电网对地电容,人身触电电流值的大小与电源的相电压成正比，电压越高，人身触电电流值也就越大。如果电源电压升高了，而人身触电电流值仍要求不超过30mA，那么，就只好提高电网对地的绝缘电阻值。对于1140V电压，绝缘电阻值就必须大于或等于？ 63k； 对于380V电压，绝缘电阻值却只要大于
7、或等于？ 19k。,2考虑电网对地电容,下图为中性点绝缘的井下低压供电单元原理图。T为动力变压器，Rma为人体电阻，r=r1=r2=r3为各相对地绝缘电阻，rRma，C=C1=C2=C3为各相对地电容，C约为01uF。,T,利用戴维南等效定理求人身触电电流。 求M、N之间的开路电压 M、N间开路，相当于电网没有发生单相漏电故障，因此三相电网仍然对称，变压器二次绕组中性点N的电位为零，则,2考虑电网对地电容,输入阻抗即不看外部电路，且内电路中的电压源按短接，电流源按开路考虑时，从M、N两点测得的阻抗。此时相当于L1、L2、L3及N各点短接，三相对地电阻合对地电容为并联关系。有ri=r/3 Ci=
8、3C总的输入阻抗Zin为ri与Ci的并联，为：,2. 求M、N间的输入阻抗Zin,对人身触电情况，外电路的阻抗即为人身电阻。故有：Zex=Zma。则电网发生人身单相触电等效电路如右图：,3. 外电路阻抗Zex,根据电路原理，人身触电电流为,人身触电电流,将X3C=1/3C带入得：,人身触电电流,取有效值，得：其中=2f = 23.1450=314,人身触电电流,例：设电网每相对地电容C0.5uF，每相对地电阻为r=35k,电网电压V660V，求人身单相触电电流。人体电阻取1k。,解：根据公式有：,由于电网对地电容的影响，使通过人身的触电电流有较大的增加。,2考虑电网对地电容,通过上面的分析可以
9、看出，变压器中性点绝缘的供电系统比中性点接地的供电系统， 在人触及一相带电导体时，通过人身的电流要小得多。 在中性点绝缘的供电系统中，当发生一相接地时，入地电流也很小，从而使引燃瓦斯、煤尘的可能性大大减少。这些就是井下变压器禁止中性点接地的原因。（入地电流？） 单相接地不破坏电源电压的对称性，并不立即对设备造成损坏，不会造成断路器掉闸，按规程允许运行两小时。,变压器中性点绝缘的供电系统,变压器中性点绝缘的供电系统也存在一些缺点， 当电网一相接地时，往往不易发觉，如果没有漏电指示，一相接地可能长期存在。 如人站在地上又触及另一相带电导体，则人身跨接于电网线电压。这时通过人身的触电电流较之变压器中
10、性点接地的供电系统还要大0.73倍，这是非常危险的。 即使对中性点绝缘的低压供电系统，人身单相触电电流也是非常危险的。,那么，通过提高电网对地绝缘水平，是否就可以降低人身触电电流呢？,令 则有：,结论：单纯通过提高对地绝缘水平，不一定能降低人身触电电流，有时可能相反。,如果通过改变电网对地电容，对人身触电电流有何影响？,令公式中C=0，则有：,结论：通过减小电网对地电容，即减小电网容性电流，对降低人身触电电流是有效的办法。,对地分布电容为0.5uF时，对地绝缘电阻从30k到100k时人身接地电流变化情况,对地绝缘电阻为35k时，对地分布电容由0uF到1uF时人身触电电流变化情况。,人身触电电流
11、值随绝缘电阻和电容的变化规律,中性点接地方式的再讨论,为了弥补中性点绝缘供电系统中存在的问题，井下电网必须装设漏电保护装置 井下供电系统中，中性点的工作方式 中性点直接接地 中性点经低阻抗接地 中性点经高阻抗接地（英国） 中性点不接地（我国、苏联、德国） 井下采用中性点不接地方式不一定是最好的或唯一的,不同接地方式的分析比较,从人身触电危险的角度看 中性点绝缘 可以通过提高电网对地绝缘电阻和减少电容的方法来降低人身触电电流值。中性点直接接地 触电电流很大，远远超过了安全极限值，比较危险。在中性点绝缘的供电系统中，必须装设漏电保护装置。,不同接地方式的分析比较,从瓦斯、煤尘爆炸危险的角度看 中性
12、点绝缘 单相接地电流值小，此时电火花能量较小，从点燃瓦斯、煤尘的角度看，更安全。如果漏电保护装置再和屏蔽电缆配合使用，进一步降低危险程度。中性点直接接地 电网的一相接地，能形成单相短路。单相短路电流将产生较大的电弧：可能引爆瓦斯、煤尘；电弧的高温可能使绝缘进一步损坏，形成相间短路，甚至电气火灾。,不同接地方式的分析比较,从电网运行的角度看 中性点绝缘 单相接地不破坏电源电压的对称性，并不立即对设备造成损坏，不会造成断路器掉闸，按规程允许运行两小时。如果电网中没有装设漏电保护装置，这种故障是不容易被发现的。极易发展成为其他事故。中性点直接接地 由于变压器的中性点接地，电位与大地相等，电网每相对地
13、的电压固定，不会出现上述电压升高现象，绝缘材料也就不会承受比相电压高出很多的电压。,不同接地方式的分析比较,从继电保护的角度看 中性点绝缘 单相接地电流值很小，不可能使过流保护装置动作。因而需另外采用一套复杂得多的保护装置，即漏电保护装置，才能反映漏电或接地故障。中性点直接接地 一相导体碰地，会造成很大的单相短路电流，足以使熔断器的熔体熔断，或使过电流保护装置动作，让开关跳闸。,不同接地方式的分析比较,从杂散电流的角度看 中性点绝缘入地电流小。中性点直接接地发生单相接地故障时，有大量的电流入地，形成杂散电流。此杂散电流若流过电气雷管，可能使其提前引爆，威胁工人生命安全。杂散电流还可造成其它更为
14、严重的事故。,第二节 井下保护接地,漏电保护的侧重点是故障发生后的跳闸时间，一旦发生漏电或人身触电，应尽快切断电源，将故障存在的时间减少到最短。（被动保护） 井下保护接地的侧重点，在于限制裸露漏电电流和人身触电电流的大小，最大限度的降低故障的严重程度。（主动保护） 两种保护在井下电网中相辅相成，缺一不可，对井下电网的安全运行有重要作用。 保护接零主要用于地面低压三相四线制中性点直接接地的供电系统中，对防止人身触电有重要作用。,一、保护接地及其作用原理,保护接地，就是用导体把电气设备中所有正常不带电、当绝缘损坏时可能带电的外露金属部分（电动机、变压器、电器、测量仪表的金属外壳、配电装置的金属构件
15、、电缆终端盒与金属外壳等），和埋在地下的接地极连接起来。是预防人身触电的一项极其重要的措施。,保护接地及其作用原理,没有装保护接地时的情况。当电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体碰壳时，若人接触此外壳，则电流经过人体入地，在经过其它两相对地绝缘阻抗回到电源。当电网对地绝缘阻抗较低时，则通过人身的电流将远超过安全值（见前面的计算）。同时，碰壳处出现的漏电电流还可能引起沼气煤尘爆炸。,保护接地及其作用原理,有保护接地时的情况。这时，当电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体碰壳时，若人接触外壳，电流将通过人体电阻与接地装置的接地电阻所构成的并联支路入地，在通过其它两相对地绝缘阻抗回到电源。由于接地装置的分
16、流作用，通过人身的电流便大大减少。,保护接地及其作用原理,通过人身的电流与通过接地的电流有如下关系：Rd接地极的接地电阻，对于井下，Rd =2； Ih流过人身的电流，A。,保护接地及其作用原理,对于中性点绝缘的660V低压电网，单相接地电流不大于1A。 可得Ih =21000/1000=2mA30mA 可见，保护接地对人身触电安全是非常重要的。另外，接地电阻Rd越小，则流经人体的电流Ih就越小，电流大部分由接地极入地。,将接地电阻的数值控制在规程规定的范围以内，就可以使通过人身的电流降到反应电流以内，确保人身安全。 由于装设了保护接地装置，碰壳处的漏电电流大部分将经接地极入地。即使设备外壳与大
17、地接触不良而产生火花，但由于接地装置的分流作用，使电火花能量大大减小，从而避免引爆瓦斯、煤尘的危险。,保护接地及其作用原理,电气设备发生单相碰壳，接地电流经接地极入地后，向四周流散，形成地中电流。距接地极越近，电流通过土壤的导电面积越小，反之越大。 在电流扩散的方向上选同长的一段，可见距接地极越近，半球面表面积越小，电阻较大；越远的地方，电阻越小。离接地极20m以外的地方，土壤电阻很小，近似认为零。 电流通过电阻时产生压降，距接地极越近的地方，单位长度上的电压降越大；反之也就越小。在20m以外的土壤中，几乎没有电压降，因而认为该处的电位为零，即通常所说的电气上的“地”。接地回路中任何一点对“地”的电位差称为对地电压。,
