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山西******煤业有限公司煤矿电工培训教材*****机电科二零一六年第一章矿井供电电网保护一、矿井电气保护的任务.类型及对电气保护装置的要求（一）矿井电气保护的任务煤矿为地下作业。井下开采阴暗潮湿、自然灾害严重、环境恶劣及有限的空间等因素影响，对矿井电气设备有着特殊的要求，井下电网必须实现漏电保护、过流保护和保护接地.即“三大保护”。三大保护是保证井下供电安全的重要措施。矿井电气保护的任务：一是采取“三大”保护措施，防止人身触电事故，以及防止电火花引起的煤尘、瓦斯爆炸事故；二是采取“三大”保护措施，防止因供电电源故障而损坏或烧毁电气设备，确保电气设备处于安全、高效、正常的良好的工作状态。(二)电气保护类型(1)电流保护.包括短路保护.过流(过负荷)保护(2)漏电保护.包括非选择性.选择性漏电保护和漏电闭锁(3)保护接地.包括系统接地.局部保护接地(4)电压保护.包括欠电压保护.过电压保护(5)单相断线保护(6)风电.瓦斯与电闭锁(7)综合保护.有电动机.煤电钻.照明综合保护（三）电气保护装置的要求（1）地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。矿井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。（2）井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备，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、接地和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置和远程控制装置。（3）电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架、铠装电缆的钢带（或钢丝）、铅皮或屏蔽护套等必须采取保护接地措施。（4）在选择和使用过流保护装置时，应满足具有选择性、可靠性、快速性、灵敏性的基本要求。（5）井下配电网路（变压器馈出线路、电动机等）均应装设过流、短路保护装置；必须用该配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分断能力和动、热稳定性以及电缆的热稳定性。必须正确选择熔断器的熔体。必须用最小两相短路电流校验保护装置的可靠动作系数。保护装置必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工作成组的电气设备能够启动。（6）对井下电气设备和电缆设置保护装置，严格按要求进行整定，并加强对电气设备和电缆绝缘的维护与检查。（7）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。（8）井下照明和信号装置，应采用具有短路、过载和漏电保护的照明信号综合保护装置。（9）主接地极应在主、副水仓中各埋设1块。主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积不得小于0.75m²厚度不得小于5mm。在钻孔中敷设的电缆不能与主接地极连接时，应单独形成一分区接地网，其接地电阻值不得超过2Ω。（10）局部接地极可设置于巷道水沟或其他就近的潮湿处。设置在水沟中的局部接地极应用面积不得小于0.6m²厚度不得小于3mm的钢板或具有同等效面积的钢管制成，并应平放于水沟深处。（11）连接主接地极的接地母线，应采用截面不小于50mm²的铜线，或截面不小于100mm²的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不100mm²扁钢。二、漏电保护（一）漏电在变压器中性点不接地电网中，发生单相接地（直接接地或经过渡阻抗接地）或两相、三相对地的总的绝缘电阻降到危险值的电气故障叫漏电故障，简称漏电。人体触及一相带电导体的情况，是单相经过渡电阻接地，也属于漏电。电网按性质分为集中性漏电和分散性漏电两大类。其中，分散性漏电是由于整个电网或某条线路的对地绝缘电阻降低而发生的漏电。集中性漏电则是由于电网某处或某点的绝缘损伤而发生的漏电。1、漏电的危害（1）当漏电电流的电火花能量达到点燃瓦斯、煤尘的最小能量时，可能引起瓦斯、煤尘爆炸。（2）长期漏电，会使绝缘发热、老化，还可能烧毁电气设备，引发相间短路和电气灾害事故。（3）如果漏电发生在爆破作业地点附近，由于漏电电流在它流经的路径的路径上会产生电压降，当电雷管两端的引线接触漏电路径上具有电位差的两点时，可能造成电雷管提前引爆。2、漏电保护装置的作用连续监视电网对地的绝缘状态，当人体触及一相带电导体或电网发生漏电时迅速切断电源，防止漏电事故发生。3、漏电的原因（1）运行中的电缆或电气设备受潮或进水，使绝缘电阻下降。（2）电气设备或电缆长期过负荷运行使绝缘老化。（3）电缆与电气设备的连接不符合要求，造成接头松动脱落碰触金属外壳。（4）橡套电缆的连接不符合要求，出现“鸡爪子”、“羊尾巴”、明接头，并受潮气侵入。（5）用金属丝吊挂橡套电缆，使其嵌入绝缘层内接触芯线。（6）接线时，将导电芯与地线接错。（7）橡套电缆在运行中被炮崩或受挤、压、拉、砸、砍等机械作用而使护套绝缘层破坏。（8）电缆因长期过度弯曲而产生裂口或缝隙，运行机制中受潮气或淋水侵入。（9）带电作业，人体接触一相带导体。（10）在电气设备内随意增添电气元件，或检修时将工具等导体留在设备内，使电气间隙小于规定值，导致一相对外壳放电（11）操作电气设备时产生弧光对地放电。（12）出现严重过电压、击穿电缆或电气设备的对地绝缘。(二)漏电保护常用的漏电保护方式一非选择性漏电保护.选择性漏电保护.漏电闭锁目前，使用的漏电保护装置总体上分为两大类：一类是安装在各种开关中的具有漏电跳闸、漏电闭锁和选择性漏电保护功能的电子插件、微电脑综合控制保护器和漏电继电器；另一类是具有独立隔爆外壳必须与馈电开关配合使用诉检漏继电器。漏电保护按原理不同可分为附加直流电源式、零序电流方向式，旁路接地式和自动复电式等。1、附加直流电源漏电保护漏电保护采用附加直流电源，在开关合闸后对带电电网进行绝缘监测，当电网对地绝缘电阻低于动作值时，开关跳闸停止供电、起保护作用。（1）附加直流电源漏电保护的基本原理在变压器中性点不接地的电网中，很能容易检测到电网各相对地的绝缘电阻值。若在三相电网与大地之间附加一独立的直流电源，则在三相对地绝缘电阻上将有一直流电流经过，该电流的大小直接反映了电网对地绝缘电阻的高低。附加直流电源漏电保护就是通过检测该电流来实现漏电保护的。（2）漏电保护装置的动作电阻值漏电保护装置的动作电阻值是以网络允许最低绝缘电阻为基础确定的。当低压电网对地总的绝缘电阻下降到对人触电有危险的程度时，漏电保护装置动作跳闸，切断电源。这个人体触电有危险的电网最低绝缘电阻值，即为漏电保护装置的动作电阻值。2、选择性漏电保护在变压器中性点不接地的放射式电网中，可以安装选择性漏电继电器。选择性漏电保护具有横向选择性、弥补了漏电保护的不足，即只切断漏电故障支路的供电电源。由变压器中性点不接地电网分析：（1）当电网正常运行时，各相对地电压对称，电网无零序电压，也无零序电流；（2）当电网发生不对称漏电时，各相对地电压不平衡，电网出现零序电压，因而必有零序电流。——选择性漏电保护的原理就是利用零序电流实现不对称漏电保护的。3、漏电闭锁漏电闭锁是指在开关合闸前对电网进行监测，当电网对地绝缘电阻低于规定的漏电闭锁动作电阻值，使开关不能合闸，起闭锁作用。目前，漏电闭锁单元都是利用附加直流电源式保护原理检测对地绝缘电阻实现漏电闭锁功能的。如图1：井下供电系统中漏电保护相关基本原理图所示。图1：井下供电系统中漏电保护相关基本原理图三、保护接地保护接地是指用导体把电气设备中所有正常不带电的外露金属部分，通过接地装置与大地紧密连接起来。电气设备的金属外壳在正常情况下是不带电的，但在绝缘损坏时其外壳或构架就会带电。此时，若人体触及，就会造成触电事故。保护接地就是预防这类触电事故的重要措施之一。（一）装设局部接地极的规定：（1）采区变电所（包括移动变电站和移动变压器）。（2）装有电气设备的硐室和单独装设的高压电气设备。（4）无低压配电点的采煤机工作面的运输巷、回风巷、集中运输巷（胶带运输巷）以及由变电所单独供电的掘进工作面，至少分别设置1个局部接地极。（5）连接高压动力电缆的金属连接装置。（6）其他地点的局部接地极，可用直径不小于35mm、长度不小于1.5m的钢管制成，管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔，并垂直全部埋入底板；也可用直径不小于22mm、长度为1m的2根钢管制成，每根管上应至少钻10个直径不小于5mm的透孔，2根钢管相距不得小于5m，并联后垂直埋入底板；垂直埋深不得小于0.75m。（二）对接地母线和连接导线及其他要求（1）电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接，电缆连接装置两头的铠装、铅皮的连接，应采用截面不小于25mm²的铜线，或截面不小于50mm²的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于50mm²的扁钢。（2）接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2Ω。（3）橡套电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作他用。四、过流保护过流保护是指电气设备或电缆的实际电流超过了额定值。过流保护包括短路保护、过负荷保护和断相保护。（一）过电流故障的危害及原因1、短路短路是指供电线路的相与相之间经导线直接短接、电流不流经负载形成回路。短路时供电线路的电流称为短路电流。井下电网可能出现的短路故障有两相短路、三相短路和异相两点接地短路。幻灯片232、短路电流的危害短路电流很大，通常可达到额定电流值的几倍、几十倍甚至几百倍。（1）短路电流产生大量的热，烧毁电气设备，引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。（2）短路电流的电动力使故障设备及其他设备遭受机械破坏。（3）短路引起电网电压突然下降，影响电网中其他电气设备的正常运行等。3、造成电网短路故障的主要原因（1）电气设备或电缆的绝缘受到破坏。如绝缘老化、机械性损伤等。（2）不同相序的两回路电源线并联。（3）检修完毕的线路在送电时没有拆除三相短路接地的临时接地线。（4）带电检修与搬迁电气设备、电气设备防护不当等。（二）过负荷过负荷又叫过载，是指电气设备和电缆的实际电流超过了该电气设备和电缆的额定电流，并超过允许过负荷时间。（1）电气设备和线路出现过负荷后，其温度将超过所用绝缘材料的最高允许值，烧毁绝缘。（2）长期过载会扩展成漏电或短路故障。（3）电气设备长期超载运行、电源电压过低和断相运行等都使电气设备出现过负荷现象。（4）在重载情况下反复启动电动机，因启动电流大会使电动机过热而烧毁。（5）在井下采掘机械中，由于堵转也可能烧毁电动机。（三）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。在这种状态运行的电动机叫单相运行。此时，电动机输出的转矩比三相运行时小得多，在其所带负载不变的情况下，工作电流增加，造成过热，可能烧毁电气设备。造成断相故障的原因如下：（1）熔断器一相熔断。（2）电缆与电缆、电缆与设备的连接不牢而一相松动脱落，电缆一相芯线断开。（3）电动机定子绕组与接线端子的连接一相松动脱落等。（四）电压保护1、欠压保护（1）欠压保护（失压保护），是指在供电过程中，由于某种原因出现电网电压突然消失或急剧降低30%-40%，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自动启动的一种保护装置。（2）井下高低压防爆开关都具有欠电压保护功能。高压防爆开关内装设有欠电压释放装置，通常叫做无压释放装置。（3）低压磁力启动器的接触器在失压或欠压的情况下，接触器电磁吸合力不能保持吸合状态而释放，其启动控制回路中的自保节点已打开，只有电压恢复后人工重新启动，启动器才关电。（4）磁力启动器的控制回路就兼有欠压装置的功能，能够起防止电动机低压运行时被烧毁和电动机启动造成事故的作用如图2、图3所示。2、过压保护过电压是指在供电系统的运行过程中，产生危及电气设备绝缘的电压升高。一般超过额定电压15%以上。过电压可能会破坏电气设备的绝缘、烧毁供电线路，造成供电系统长时间停电的重大事故。其减少过电压的技术措施如下：（1）研制低截流和低重燃率的真空触头（其截流值为0.5-1A）。（2）在感性负载上并联电容器或