矿山电工课件第二章

矿山电工学出版社国家“*****”规划教材主编：唐轶上页下页目录目录第一章12第二章矿山供电系统故障分析3第三章4第四章5第五章上页下页目录第二章矿山供电系统故障分析分析两个常见故障：漏电故障和短路故障。回答一个重要问题：为什么“向井下供电的电网不允许直接接地”。重点介绍两种故障计算：人身触电电流（包括单相接地电流）和短路电流。分析了矿井电网发生单相漏电和单相接地故障时电网中零序电流的分布。上页下页目录工人带电违章作业造成的事故2003年5月13日，安徽省淮北矿业集团芦岭煤矿井下二水平发生的瓦斯爆炸事故，就是因为工人带电打开起动器接线腔作业，产生电火花引爆瓦斯，造成86人死亡。2004年2月23日，鸡西成子河特大瓦斯爆炸事故，同样是工人违章操作插销开关造成电火，点燃周围瓦斯造成的，事故处理专家组意见是‘不是天灾，而是人祸’。2005年2月14日，阜新孙家湾立井发生的重大瓦斯爆炸事故，调查分析原因同样是工人带电打开照明信号综合保护装置接线腔作业，产生电火花引爆瓦斯，造成214人死亡。上页下页目录原因分析深刻分析电火花引起瓦斯爆炸及人身触电伤亡事故的原因，主要存在三方面的问题：1）我国煤矿井下工人素质低下，安全意识不强，普遍存在误操作或违章作业的现象；2）我国煤矿井下在用的矿用隔爆型防爆电器防爆安全性能存在着严重缺陷，接线腔没有机械-电气闭锁功能，给工人违章提供了可能；3）我国煤矿井下防爆电器设备的运行状态和电网故障信息不能及时上传，缺乏有效的监测手段。上页下页目录第一节漏电流及其危害漏电流：泛指用电负荷工作电流以外的电流。漏电故障电流：一般指的是流经漏电故障点的电流。漏电故障：一般指的是电网某相或两相的绝缘损坏、破裂或人身触电等。（电网对地绝缘对称下降时，虽然电网仍然对称的，并正常运行，但实际上电网已处于亚健康状态，尤其对煤矿井下电网，它将增加人身触电电流和单相接地电流，对供电安全极为不利，因此，这种电网绝缘对称下降也算为漏电故障，并称它为对称性漏电故障。）上页下页目录第一节漏电流及其危害aUbUcUarbrcracbcccNZErRLZLZLZ0电网漏电故障等值示意电路图中：Ua、Ub和Uc是三相电源电压，ZL为负荷阻抗，Ca、Cb、Cc和ra、rb、rc分别是a、b和c相导线对地电容和绝缘电阻（见图2-1，b），ZN为变压器中性点接地元件（若中性点不接地，ZN=∞，若中性点经电抗接地，则ZN为接地电抗的阻抗），Rr是漏电故障电阻（若单相直接接地，则Rr=0）。abcaracbrbccrcc上页下页目录第一节漏电流及其危害漏电流大可能带来以下危险：(1)增加人身触电伤亡的可能。(2)引燃或引炸瓦斯和煤尘。(3)烧损电气设备。(4)引起电气雷管的先期爆炸。上页下页目录第一节漏电流及其危害造成人体触电危害的最主要因素有：通过人体的触电电流的大小。电流越大越危险。人身触电的持续时间。时间越长越危险。上页下页目录第一节漏电流及其危害通过人体的触电电流大小影响：1、感知电流指：当人的手握住带电导体时，在直流情况下能感知手心轻微发热；交流情况下则因神经受到刺激而感知轻微刺捅。其平均值为1.1mA。2、反应电流指：能引起预料不到的不自主反应，并有可能造成事故。3、摆脱电流指：人体能忍受的最大电流，在这一电流作用下，人体受刺激的肌肉能摆脱带电体。反复经受不会对人体有不良后果；不用借助于他人的帮助而自主脱离危险。是一个人身触电的绝对安全的极限电流。正常男性为9mA。4、心室颤动电流。心室颤动除电流大小因素外，触电时间的影响也很大。上页下页目录第一节漏电流及其危害人体的电气安全参量9mA摆脱电流是绝对安全电流，是最为保险的。我国一直延用的30mA极限安全电流。30mA·S是人体触电的极限电气安全参量，是国标。取l000Ω为计算参考值。上页下页目录第一节漏电流及其危害人身触电的预防人身接触到正常情况下不带电，由于绝缘损坏可能带电的各种电气设备的金属外壳。采用保护接地解决。人身接触到正常带电的导体。有6条预防措施：(1)将带电导体、电器元件和电缆的接插头等，都封闭在坚固的外壳内。并在电气设备的外壳与盖之间设置可靠的机械闭锁装置。从而保证末合上外盖时，不能送上电；当给上电源时，便不能打开外盖，暴露带电体。(2)对于那些不能被封闭在外壳内的裸露带电导体，如电机车用的架空线，应将其悬挂在一定高度，勿使人身触电。按照《煤矿安全规程》规定，在一般的行人巷道内，高度不得低于2m；在井底车场，从井底到乘车场的巷道内，不得低于2．2m。上页下页目录第一节漏电流及其危害(3)加强手持式电动工具（如煤电钻等)手柄的绝缘，以免带电时引起触电事故。(4)对于人身触电机会较多的电气设备，应采用较低的供电电压，以减少触电的危险。例如，控制电源等的额定电压为36V。(5)按照《煤矿安全规程》规定：向井下供电的变压器的中性点禁止直接接地，以减小人身触电电流。同时，也禁止使用地面上中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。(6)装设灵敏可靠的漏电保护装置，一旦发生漏电或人身触电事故，立即切除故障线路电源，以保证人身的安全。上页下页目录第二节井下供电的变压器中性点禁止直接接地分析向井下供电的变压器中性点接地方式是影响人身触电电流、漏电故障电流和单相接地故障电流大小的最重要因素之一，进而也是影响人身触电危险程度和井下电火灾与瓦斯、煤尘爆炸危险程度的最重要因素之一，因此，很有必要对向井下供电的变压器中性点接地方式作一分析。上页下页目录变压线中性点直接接地的供电系统人触及一相带电导体时电网单相接地故障aUbUcUEaUbUcUE0k3()phNRrErEUUIRRRR6600.38A380mA3(10002)RI660190A32kI上页下页目录变压器中性点绝缘的供电系统忽略电网对地电容考虑电网对地分布电容aUbUcUarbrcracbccc0UE0aUbUcUarbrcr0E0U0/3aaRrrUUUIRRr6600.03A30mA3(100035000/3)RI22222222/3(6)(6)119(1)9(1)phNRRrrrrrrUUIIrrRrrRRRRCrRCr22622660/335000(3500061000)1000191000[1314(0.510)35000]154mA30mARI上页下页目录变压器中性点采用电感接地全补偿aUbUcUarbrcracbcccNRENL0222222/331311()21()2113131[()(31/)][()(31/)]phNRRrrNNrrrNrNNNUUIIRRrRrRRRRCLRCLrRrR22623660/36100013500010001311000[()(33140.510)]350003140.676161030mARI上页下页目录电网单相接地故障不考虑电网分布电容，取Rr=1Ω全补偿，，取Rr=1Ω考虑电网分布电容，取Rr=1Ω6600.0326A32.6mA3(135000/3)RI2622660/335000(350006)191[1314(0.510)35000]182.4mARI622660/335000(350006)1191[1(3140.510)35000]33140.6761632.6mARI上页下页目录分析结论1、变压器中性点直接接地方式与变压器中性点不接地和电感接地方式相比较，不管是人身触电电流还是单相接地故障电流都要大得多，人身触电电流大会增大人的生命安全的威胁，漏电流和单相接地故障电流大会增大点燃瓦斯、煤尘的可能。并且，煤矿井下空气湿度大，巷道狭窄，大的人身触电电流和单相接地故障电流对人身和设备的安全是极为不利的，因此，《煤矿安全规程》443条明文规定：“严禁井下配电变压器中性点直接接地”。2、由于电网接地电容的影响，人身触电电流有较大的增长，并且，这时人身触电电流中主要是电容电流分量，因此，提高电网的绝缘水平对减小人身触电电流没有太大帮助。上页下页目录分析结论3、当电网供电距离比较长，供电容量比较大，即电缆比较长、截面积比较大时，人身触电电流比较大时，可采用变压器中性点电感接地方式，只要补偿电感值选择得当，它对减小人身触电电流是有利的。4、比较例2-6中后2例可见，电感接地对减小单相接地故障电流效果明显。对于煤矿井下高压（6kV或10kV）电网，大的接地电流对井下安全供电威胁极大，因此，对单相接地故障电流比较大的井下高压电网，应该采用电感（消弧线圈）接地方式，以限制煤矿井下高压电网的单相接地故障电流。《煤矿安全规程》457条规定：“矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。”上页下页目录第三节单相漏电或接地故障时电网中零序电流的分布基于稳态分析的选择性漏电保护原理都是依据零序电流的大小或是依据零序电流和零序电压的相位关系来选择故障线路的，因此，要理解选择性漏电保护的工作原理，首先必须清楚发生单相漏电故障和单相接地故障时，电网中的零序电流是如何分布的。本节讨论单相漏电故障或单相接地故障时，电网中零序电流的分布。上页下页目录对称分量法简介对称分量法相量图0021122211111AAABaaAXACaaAA0121221111131AAAAXBaaBACaaC2211111Xaaaa01201322jaej上页下页目录对称分量法简介不对称电网021221111131abcUUUaaUUaaU0201221111131abcIIIaaIIaaI0212211111abcUUUaaUUaaU02012211111abcIIIaaIIaaI上页下页目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用单相漏电故障电网故障点的边界条件为：arbrcracbcccNZ0UErRaIbIcIRI0aUbUcUwLRwLRwLRwLLwLLwLLLZLZLZLZLZLZarbrcracbcccwLLwLLwLLNZwLRwLRwLRaUbUcU0UEaEUbEUcEURI0000aEaarbEbcEcUUUIRUUUUUU0bcaRIIII上页下页目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用不对称的电流相量分解为正序、负序和零序三组对称电势源和相应的对称电流相量0221222111111331aEaEbEcEbEaEbEcEcEaEbEcEUUUUUUaaUUaUaUUaaUUaUaU0212211111103310RRRRIIIIaaIIaaIarbrcracbcccNZ0UERI1aU1bU1cU2aU2bU2cU0U0U0U0aUbUcUwLRwLRwLRwLLwLLLZLZLZwLL上页下页目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用根据线性电路的叠加原理分解为正序、负序和零序路。arbrcracbcccNZ0UE1EI1aU1bU1cU0aUbUcUwLRwLRwLRwLLwLLLZLZLZwLL