煤矿井下供电三大保护

煤矿井下供电三大保护赵官能源公司机电运输部郭传波前言据有关资料统计，在煤矿瓦斯、煤尘发生爆炸事故中，由电火花引起的事故约占50%；在煤矿发生的触电事故中，井下触电死亡人数约占64%；在井下电器着火事故中，低压橡套电缆着火所占比例最大。由于煤矿井下环境条件恶劣并且属于易燃易爆场所，故井下的负荷特征、电气设备及供电系统等都与地面有较大的差异，对安全供电与保护也提出了更高的要求。1、煤矿井下的空气中含有瓦斯及煤尘，在其含量达到一定量时，如果遇到电气设备或电缆电线产生电火花、电弧和局部高温时，就会燃烧或爆炸。2、井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安装电气设备的地方，空间都比较狭窄，因此，电气设备的体积受到一定的限制，且使人体接触电气设备、电缆的机会比较多，容易发生触电事故。3、井下由于岩石和煤层都存在着压力，常会发生冒顶和片帮事故，使电气设备（特别是电缆）很容易受到砸、碰、挤、压而损坏。4、井下空气比较潮湿，湿度一般在95%以上，并且机电硐室和巷道经常有滴水和淋水，使电气很容易受潮。井下电气设备的工作条件5、井下有些机电硐室和巷道的温度较高，而井下电气设备的散热条件较差，电气设备容易过热损坏。6、采掘工作面的电气设备移动频繁，且经常起动，使用电设备的负荷变化较大，有时会产生短时过载。7、由于井下地质条件发生变化或在雨季期间，井下有发生突然出水事故的可能，其出水量往往为正常井下涌水量的几倍或几十倍，要求排水设备迅速开动，以保证矿井安全。8、井下如发生全部停电事故，超过一定时间后，可能发生采区或全井被淹的重大事故。同时井下停电停风后，还会造成瓦斯积聚，再次送电使时，可能造成瓦斯或煤尘爆炸的危险。井下电气设备的工作条件井下电气保护的类型1）过流保护。包括短路保护、过载（过负荷）保护、断相。2）漏电保护。包括选择性和非选择性漏电保护、漏电闭锁。3）接地保护。包括局部接地保护、保护接地系统。4）电压保护。包括欠电压保护、过电压保护。5）单相断线（断相）保护。6）风电闭锁、瓦斯电闭锁。7）综合保护。电动机综保和照明综保等。其中短路保护、保护接地和漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护，它们是缺一不可的。为了避免井下电网所造成的各种危害，《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》对井下用电气设备、电压等级及管理方面等都做了具体规定，在煤矿井下供电系统中主要采取使用三大保护装置的措施。“三大保护”井下电气保护一、过电流故障的危害及原因过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过额定值。其故障有短路、过负荷和断相。1.短路短路是指电流不流经负载，而是两根或三根导线直接短接形成回路。这时电流很大，可达额定电流的几倍、几十倍，甚至更大，其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备，引起火灾或引起瓦斯、煤尘爆炸事故。短路电流还会产生很大的电动力，使电气设备遭到机械损坏，也会引起电网电压急剧下降，影响电网中的其他用电设备的正常工作。造成短路的主要原因是绝缘受到破坏，因而应加强对电气设备和电缆绝缘的维护和检查，并设置短路保护装置。过电流保护2.过负荷过负荷是指流过电气设备和电路的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。其危害是电气设备和电缆出现过负荷后，温度将超过所用绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路事故。过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。引起电气设备和电缆过负荷的原因主要有以下几方面：一是电气设备和电缆容量选择过小，致使正常工作时负荷电流超过了额定电流；二是对生产机械的误操作，例如在刮板输送机机尾压煤的情况下，连续点动起动，就会在起动电流的连续冲击下引起电动机过热，甚至烧毁。此外，电源电压过低或电动机机械性堵转都会引起电动机过负荷。过电流保护3.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。造成断相原因有：熔断器有一相熔断；电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落；电缆芯线一相断线；电动机定子绕组与接线端子连接不牢而脱落等。过电流保护1、漏电故障的类型、原因和危害集中性漏电：供电系统中某一处或某一点的绝缘受到破坏，其绝缘阻值低于规定值，而供电系统中其余部分的对地绝缘仍保持正常。分散性漏电：供电系统网络或某条线路的对地绝缘阻值均匀下降到规定值以下。井下供电中遇到的大多数漏电故障是集中性漏电故障。漏电保护常见漏电故障的原因:①电缆和设备长期过负荷运行，促使绝缘老化。②电缆芯线接头松动后碰到金属设备外壳。③运行中的电缆和电气设备受潮或进水，使供电系统绝缘性能降低。④在电气设备内部随意增设电气元件，使元器件间的电气间隙小于规定值，导致放电而接地。③导电芯线与地线错接。⑥电缆和电气设备受到机械性冲击或炮崩。⑦人身直接触及一相导电芯线。漏电保护漏电的危害当漏电电流的电火花能量达到瓦斯、煤尘最小点燃能量时，能引起瓦斯、煤尘燃烧或爆炸；当漏电电流超过50mA时，可能引起电雷管的超前起爆；当漏电故障不能及时发现和排除时，就可能扩大为相间短路事故；若人身触及一相带电导体或漏电设备外壳时，流经人身电流超过30mA的极限电流时，就有伤亡的危险。电网对地电容电流随着电网的增大而增大。漏电保护漏电保护的作用是多方面的，主要有如下几点：•能够防止人身触电。•能够不间断地监视井下采区低压电网的绝缘状态，以便及时采取措施，防止其绝缘进一步恶化。•减少漏电电流引起矿井瓦斯、煤尘爆炸的危险。•防止短路电流所产生的电弧烧穿隔爆型电气设备的金属外壳，或其外壳的温度升高，超过危险值，引起瓦斯、煤尘爆炸，从而提高了电气设备的防爆性能。•预防电缆和电气设备因漏电而引起的相同短路故障。特别是在使用屏蔽电缆的情况下，相间短路必然先从接地漏电开始，致使漏电保护装置首先动作，将故障排除，因而可防止短路事故的发生。漏电保护•对于由短路引起的接地故障，漏电保护还可起短路保护的后备保护作用，一旦短路保护装置拒动，漏电保护装置还可使开关跳闸。•防止电网的接地漏电电流引爆电气雷管。•选择性漏电保护装置的使用，将会缩小漏电的停电范围，便于寻找漏电故障，及时排除，从而缩短了漏电的停电时间，有利于提高劳动生产率，给矿井带来显著的经济效益。•为了充分发挥漏电保护的作用，特对煤矿井下低压检漏保护装置提出如下要求：应具有漏电跳闸和漏电闭锁双重功能，并连续不断地监视电网的绝缘状态。当电网对地的总绝缘电阻降低到下表1中所列数值及其以下时,应立即动作，切断其供电电源。漏电保护漏电保护漏电动作电阻整定值额定电压（V）漏电动作电阻整定值（kΩ）额定电压（V）漏电动作电阻整定址（kΩ）1272.0660113803.5114020表1：当电网对地的总绝缘电阻降低到表2中所列数值及其以下时，应将其电源开关闭锁起来，以防止合闸送电，防止事故扩大。表2：漏电闭锁电阻整定值额定电压（V）漏电闭锁电阻整定值（kΩ）额定电压（V）漏电闭锁电阻整定址（kΩ）1274660223807114040触电的预防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。触电的预防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。在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。触电的预防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。触电的预防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②井下电气设备采用保护接地③井下电网采用漏电保护装置变压器IRC中性点接地系统分析如图所示，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：当中性点接地时，通过人体的电流远远超过30mA，所以是绝对危险的。mI3axamamaUURRm660I0.3838031000aAmA对地绝缘电阻分布电容中性点不接地系统分析变压器IRC根据基尔霍夫第一定律得：a、当电容忽略时，Rma=1000Ώ，r=35000Ώ，Ux=660V，可见是安全的。2222Im(6)*19(1)UaarrRrRmaRmarc33660Im0.033033100035000UxaAmARmar中性点不接地系统分析b、当电容不忽略时，Rma=1000Ώ，r=35000Ώ，Ux=660V，C=0.5μf可见当电容不忽略时，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。222222262Im(6)*19(1)660335000(3500061000)1000191000135000(23.1450)(0.510)15430UaarrRrRmaRmarcmAmA＞分析结论①中性点绝缘比中性点接地的人身触电电流要小得多，比较安全。②入地电流很小，从而使引燃瓦斯、煤尘的可能性大大减少。③三相系统依然对称。以上三大优点就是井下变压器禁止中性点接地的原因。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、如果没有漏电保护，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。保护接地的作用：1、漏电电流大部分经接地极入地，降低了人体触电的危险；2、避免了设备外壳与大地接触不良而产生的火花。1.保护接地及其作用保护接地保护接地人体触电的分析当人身触及一相绝缘损坏而带电的设备时，电流几乎全部通过人身而入地,其触电电流的回路如图中所标。人身触电电流的大小，取决于电网的电压值、电网对地的电容值和绝缘电阻值。可以通过下式来分析：2222Im(6)*19(1)UaarrRrRmaRmarc