煤矿井下用电安全及保护

煤矿井下用电安全及保护永煤公司机电部栾永春[e-mail]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接地的分析五、漏电保护装置六、接地与接零保护七、如何预防触电及电弧烧伤学习提纲一、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：不发生触电、引爆瓦斯煤尘等事故；优质性：电压、频率稳定，谐波含量不超过允许值经济性：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：双电源双回路由于一级负荷属重要负荷，中断供电后会造成十分严重的后果，因此要求应有两个独立电源供电，任何一个电源发生故障，不会影响另一个电源的供电。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1）B、典型煤矿井下供电系统（图2）图1图2（五）对电源与供电系统的规定:（煤矿安全规程09年版）①双回路供电，不得分接负荷，不得共杆架设，不准装负荷定量器。②两路电源线若一用一备则必须带电备用(我公司要求分列运行）。③井下供电严禁中性点接地。④高压电网单相接地电流应＜20A。⑤高压下井电缆严禁装设自动重合闸。⑥井上下必须装设防雷电装置。⑦电气操作实行工作票制度,包括工作票的内容、签发与执行.⑧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。煤矿安全规程对电气保护设置的规定井下高压电动机，动力变压器的控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具有短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻功能的综合保护装置。以上《规程》规定的电气保护功能必须正常使用，严禁私自甩掉保护，对于私自甩掉保护或造成保护失灵的，按公司相关规定进行责任追究。几种特殊情况下的过流保护整定要求一、电动机的启动方式为变频器、串电抗情况下的上级高低压馈电开关的短路、过载保护的整定要求：1、为变频启动的情况下的馈电开关的过载整定根据变频器的内部整定再取1—1.2的系数即可，即：Iz=（1-1.2）Ib式中Iz为馈电开关的过载整定，Ib为变频器内部的过载整定。2、为串电抗启动情况下的馈电开关的过载整定根据实际的启动电流（一般为电动机额定电流的3倍以内）再取1—1.2的系数，即Iz=（1-1.2）Id式中Iz为馈电开关的过载整定，Id为串电抗启动情况下电动机的启动电流。3、短路保护定值按能躲过电动机在此启动方式下的启动电流即可，要尽量提高可靠系数。（风机、排水等重要负荷要考虑变频器出现故障时，使用旁路直接启动的需要，故除外）。4、直接启动的电动机的过载、短路保护按原规定执行。二、高压系统中过流保护投经电压闭锁的使用要求：1、过流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流整定的，在有些情况下不能满足灵敏度的要求,因此为了提高过流保护在发生短路故障时的灵敏度和改善躲过最大负荷电流的条件，这种情况下可在过流保护中加装低电压闭锁，以提高过流保护的灵敏系数。例如对于两台并列运行的变压器，其中一台因检修或其它故障退出运行时，所有负荷由一台变压器负担，很可能因过负荷而使过电流保护动作掉闸。为了防止误动作，需将过电流定值提高，但是提高了定值，动作的灵敏度就要降低，采用低电压闭锁就可以解决这个矛盾，即使保护不误动，又能提高保护灵敏度。幅值一般投75%-80%。2、在高压综合保护器受电网杂波干扰或大容量变压器投用产生励磁涌流造成短路保护误动的情况下，为避免受干扰的综合保护器误动，可投短路保护经电压闭锁，以提高其保护的准确性。可用于高压系统有选择的投用。幅值可投80%—90%。3、如高压开关的短路保护是作为移变低压近端的主保护使用的，低压系统短路时短路容量仅相当于高压的十分之一，引起的电压降非常小，不可使用。三、变压器两侧不带高低压开关的干变的使用要求1、原则上仅限于变电所内使用，若不在此限必须配合高压开关使用或使用移变。2、带干变的高压开关，短路保护定值的整定要考虑干变低压侧近端发生短路要可靠动作，不能存在保护盲区。任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，这里的安全指的是①人身安全；②设备安全；③煤矿井下由于电气事故引起的瓦斯爆炸。所有我们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负荷能力。(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:(六种)增安型：采用适当措施，工作时不产生电弧、火花、高温的部件，ExeⅠ隔爆型：外壳具有耐爆性和隔爆性能，ExdⅠ充油型：将可能产生火花、电弧、高温的部件浸在油中，ExoⅠ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，ExibⅠ正压型：利用新鲜空气、惰性气体，在外壳内保持一定的正压，ExpⅠ特殊型：除以上外，均属这一种（国家确认）ExsⅠ防爆电气设备（Ex—防爆总标志）设备类型标志设备类型标志隔爆型dⅠ无火花型nⅠ本质安全型iⅠ浇封型mⅠ增安型eⅠ气密型hⅠ正压型pⅠ防爆特殊型sⅠ充油型oⅠ充砂型qⅠ(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:①额定电压应等于接入电网的额定电压；②额定电流应大于其长时最大工作电流；③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：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、漏点电流回路：如图3所示图3变压器IRC4、漏电的危害：①人身触电（外壳带电）②引起爆炸（煤尘、沼气）③电雷管无准备引爆④烧损电气设备（发热）⑤引起短路（更大的事故）⑥影响产生（停电处理）（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：①通过人身的电流大小：根据实验得，交流在15－20mA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30－50mA就有生命危险，超过50mA对人的生命是绝对有危险的。②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。③电流性质：直流和交流对人体的危害程度是不同的，而以50－100Hz的交流电流对人体的危害最为严重。④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。⑤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。⑥人身电阻：主要是人体表面皮肤层和体内的电阻，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10－100千欧触电时相对安全；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）。⑦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：①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50mA·S，取1.67倍安全系数，规定为30mA、美国为10mA、英国为50mA等。②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。③安全值：安全电流与触电时间的乘积，称安全值。我国为30mA·S。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：①变压器中性点禁止接地（后面分析）②井下电气设备采用保护接地（后面分析）③井下电网采用漏电保护装置（后面分析）四、井下供电的变压器中性点禁止接地的分析:（一）中性点接地方式分类及要求: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：①不接地方式：又称中性点绝缘系统②直接接地方式：中性点直接与接地装置连接③阻抗接地方式：中性点经过不同数值的电阻与接地装置连接，电阻在数十欧姆时，为低阻接地（100Ω以下）；电阻在数百欧姆时，为高阻接地方式（100Ω以上）④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：*3－63kv系统，采用中性点不接地方式；*110kv及以上和220∕380v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，采用中性点经阻抗或消弧线圈接地方式。(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=1000Ώ，线电压为660V时，通过人体的电流为：可见，无论是线电压是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。mI3axamamaUURRm660I0.38380310