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煤矿井下供电三大保护（一）矿井低压电的电流保护煤矿安全网一、常见过电流故障的类型低压电网运行中，常见的过电流故障有短路、过负荷（过载）和单相断线三种情况。什么是短路电流？我们首先通过一个简单的实例来说明这一问题：在正常情况下流过导线、灯的电流为：I=V/R=220/（R1+R2+R3）=220/50.48=4.36A如果在灯头处两根导线相互碰头等于灯泡电阻没有接入，此时流过导线的电流则为：I=V/R=220/（R2+R3）=220/2.08=105.5A1、短路是指供电线路的相与相之间经导线直接逢接成回路。短路时，流过供电线路的电流称为短路电流。在井下中性点不接地的供电系统中，短路分为三相、两相两种，而单相接地不属于短路，但可发展为短路。⑴短路故障发生的原因①线路与电气设备绝缘破坏。例如，绝缘老化、绝缘受潮，接线（头）工艺不合格，设备内部的电气缺陷和电缆质量低及大气过电压等。②受机械性破坏。例如，受到运输机械的撞击，片帮、冒顶物的砸伤，炮崩，电缆敷设半径过小等。③误接线、误码操作。例如，相序不同线路的并联，带电进行封装接地线与带封装接地线送电，局部检修送电等。④严重隐患点。例如，“鸡爪子”、“羊尾巴”处。⑤带电检修电气设备。⑥带电移挪电气设备。⑵短路故障的危害短路事故是煤矿常见的恶性事故之一，它产生的电流很大，在短路点电弧的中心温度一般在2500℃~4000℃，可在极短的时间内烧毁线路或电气设备，甚至引起火灾。在遇瓦斯、煤尘时，可以引起燃烧或爆炸.短路可使电网电压急剧下降，影响电气设备的正常工作。2、过负荷过负荷也称为过载，是指实际流过电气设备的电流超过其额电流，又超过了允许的过流时间。从过流和时间两个量来说，都是相对量，必须具备过流和超时这两个条件，才称为过负荷。过负荷常烧坏井下电气设备，造成过负荷的原因有：电源电压过低；重载起动；机械性堵转和单相断相。其共同表现是：电气设备超允许时间的过电流，设备的温升超过其允许温升，有时会引起线路着火，甚至扩大为火灾或重大事故。3、断相供电线路或用电设备一相断开时称为断相。电动机的此种运转状态叫单相运行。断相时产生于供电线路，有时产生于设备内部，其断相的原因有：电缆与电缆的连接、电缆与用电设备的连接不牢，松动脱落或一相虚接而烧断；熔断器有一相熔断；电缆芯线受外力作用而断开。其危害主要表同为过负荷，即电动机电流增加，转矩下降，温度升高，甚至烧毁电动机。二、低压电网短路电流的计算低压电网短路电流计算的目的，其一是接最大短路电流选择开关设备，使开关的遮断电流大于所保护电网发生的最大三相短路电流；其二是接保护线路最末端的两相短路电流校验其保护装置的灵敏度，从而达到保护装置的要求。短路电流的计算，应根据井下低压电网的实际情况，力求计算过程简单，并设定一些条件。㈠计算低压电网短路电流的设定条件⑴低压共电系统的容量为无穷大时,变压器二次空载电压维持不变。⑵计算线路阻抗时，电缆的电阻值若小于其电抗值的三分之一，可忽略电缆的电阻。⑶计算低压电网短路电流可不计算高压电网阻抗。忽略开关的接触电阻和弧光电阻。㈡低压电网短路电流的计算短路电流的计算，有公式法和图表法两种。图表法使用简单，但不如公式法准确。1、公式计算法利用公式计算短路电流，其实质是欧姆定律的应用。ΣR—短路回路内一相电阻值的总和，ΩΣX—短路回路内一相电抗值的总和，ΩΣR=R1/Kb2+Rb+R2ΣX=Xx+X1/Kb2+Xb+X2Xx—根据三相短路容量计算的系统电抗值，ΩR1、X1—高压电缆的电阻、电抗值，ΩKb—矿用变压器的变比，若一次电压为6000伏，二次电压为400伏、690伏、1200伏时，变比依次为15、8.7、5Rb、Xb—变压器的电阻、电抗值，ΩR2、X2—低压电缆的电阻、电抗值，Ω⑵用公式法计算两相短路电流的准备工作：①原始资料的搜集。包括低压供电图；电网电压等级；所用变压器型号；分段电缆的型号、规格、长度；开关型号。②保护范围内两相短路点的选定。③对查表找（见《电工手册》变压器数据表）或计算变压器和每段电缆的电阻、电抗值；求出短路回路内一相电阻值、电抗值的总和，便于利用公式计算。以上前两项内容可标注在低压供电系统图上。2）三相短路电流的计算2、用图表法计算两相短路电流用图表法计算两相短路电流虽比不上公式法计算得准确，但也能满足要求。其步骤如下：⑴搜集原始资料.同公式法步骤.⑵确定每台开关的范围.⑶将实际使用电缆的截面长度换算为标准电缆截面为50mm2的电缆长度.换算方法是：实际电缆长度乘以换算系数。⑷计算短路点至变压器⑸查表求出该点的两相短路电流值。查表求Id（2）时应注意：①变压器的型号、容量和运行方式要相符。②实际电压要与表中电压等级相符。⑹根据Id（2）与Id（3）的关系，算出三相短路电流。3、短路电流的计算实例如下图所示：解：⑴L1的换算电缆长度为L1h=600m（属于标准截面电缆）。L2的换算长度为：L2h=150×1.91=286.5m⑵d1点至变压器之间的电缆换算长度之和为:L1h+L2h=600+286.5=886.5m⑶查表可知d1点的两相短路电流为:Id1(2)=681A⑷该点的三相短路电流为:Id1(3)=1.15Id1(2)=783A三、低压电网过流保护装置的整定过流保护装置是煤矿井下电气设备使用最普遍的保护装置之一。《煤矿安全规程》规定：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、接地和欠压保护功能；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备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。另外，通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷装置。由此可见看出过流保护装置在使用中的重要性，所以井下电气工作人员必须学会过流保护。低压电动机的控制设备应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。另外，通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷装置。由此可见看出过流保护装置在使用中的重要性，所以井下电气工作人员必须学会过流保护的整定和校验，确保供电安全。⑴根据被保护设备的正常负荷和起动电流大小来选择。考虑合适的倍数，一般熔体额定电流应为被保设备额定电流的1.8~2.6倍。⑵根据供电电路中，上下级之间保护整定值的配合要求选择防止越级保作。⑶根据设备起动时重载还是轻载来择。⑷根据被保护设备的重要性、数量及起动特点来选择。2、熔体的选择⑴作为电力干线保护时，熔体的选择：式中：IR—熔体额定电流，AIQe—容量最大的电动机的额定起动电流，对于有数台电动机同时起动的工作机械，若其总功率大于单台起动的容量最大的电动机功率时，IQe则为这几台同时起动的电动机之和，AΣIe—其余电动机的额定电流之和，A1.8~2.5——当容量最大的电动机起动时，保证熔体不熔化系数，对于不经常起动和轻载起动的可取2.5；对于频繁起动和带负载起动的可取1.8~2.5。如果电动机起动时电压损失较大，则起动电流比额定起动电流小得多，其所取的不熔化系数比上述数值可略大一些，但不能将熔体的额定电流取得太小，以免在正常工作中由于起动电流过大烧坏熔体，导致单相运转。伏，熔体额定电流为100A及以下时，系数取7；电流为125A时，系数取6.4；电流为160A时，系数取5；电流为200A时，系数取4；当电压为127伏时，不论熔体额定电流大小，系数一律取4。3、电磁式过电流继电器的整定低压电网中使用的电磁式过电流继电器是一种直接动作的一次式过电流继电器，多数装在矿用馈电子表开关中，作为变压器二次侧馈出线的总保护。另一种是装在矿用磁力开关中的限流热继电器的电磁元件，主要用于支线和电动机的保护。它们都是电磁式的，如果作为短路保护使用时，无选择性。低压电网中电磁式过流继电器动作电流的整定应满足如下两个基本要求：一是被保护设备通过正常最大工作电流时，保护不应动作；二是被保护设备发生最小两相路时，保护应能可靠动作。⑴用于保护电缆干线的电磁过流保护的整定：低压馈电开关中的这保护和部分隔爆磁力起动器的限流电磁元件接下式选择：IZ≥IQe+KxΣLe式中：IZ——过流保护装置的整定值，AKx——需用系数，取0.5~1IQe、ΣLe同熔体选择中含义.⑵用于保护电动机或电缆支线的装置接下式选择:IZ≥IQe另外,对于过负荷所使用的热继电器接照Iz≤Ie选择,其可靠性按电子保护器的校验方法进行校验.煤矿井下常驻机构用电动机的额定起动电流的选值：对于绕线型电机,其近似值可用1.5乘以额定电流;对于鼠笼式电动机,其近似值可用额定电流乘以6；对于某些大容量电动机，其IQe最好用实际起动电流进行计算。当线路上串联两台及两台以上开关时（其间设有分支线路），则上一级开关的整定值，也应按下一级开关保护范围最远点的两相拓路电流来校验，其灵敏度过应满足1.2~1.5的要求，以保证双重保护的可靠性。若经上式校验，不能满足要求时，可采取调整Id（2）的措施：①虽大干线或支线电缆截面。②采用移动变电站或移动变压器，减少低压电缆的长度。③采用变压器并联或更换大容量变压器。④采用相敏保护器或软起动技术。⑤增设开关，进行分段保护。4、电子保护器的电流整定电子保护器同时具有过负荷延时保护、短路瞬时动作等性能，是煤矿井下电气保护的发展方向。⑴馈电开关中电子保护器的短路保护整定原则、计算方法和校验与电磁式过流保护相同。整定保护范围大，为3~10倍的馈电开关额定电流；其过载长延时保护电流整定值按实际负荷电流整定，其整定范围为0.4~1倍的馈电开关额定电流。⑵磁力起动器中电子保护器的过流整定。其整定公式为：Iz≤Ie式中：Iz——电子保护器的过流整定值，为电动机额定电流的近似值，AIe——电动机的额定电流，A当电动机的运转电流大于整定值时，电动机即出现过载，电子保护器将延时动作；当运行中电流达到整定电流的8倍及其以上时，即躲过了起动电流，电子保护实现短路瞬时动作。磁力起动器中电子保护器过流整定值的校验，应满足下式要求。即（二）漏电保护一、井下漏电故障的类型及原因和危害：1、漏电和漏电故障漏电是指在电网对地电压的作用下，电流沿电网对地的绝缘电阻和分布电容流入大地，这一电流称为电网对地的漏电电流，简称漏电。在变压器中性点不接地的供电系统中，当电网中的任何一相，不论什么原因，使其绝缘遭到破坏，出现漏电时，它对电网的平衡影响很小，不会影响电动机正常运转。这种漏电隐患在供电中长期存在下去的现象，称为漏电故障。2、漏电故障的类型漏电故障是低压供电系统工程中的常见故障。若供电系统中某一处或某一点的绝缘受到时破坏，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时，叫做集中性漏电；若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时，称为分散性漏电故障。在井下供电中遇到的大多数漏电故障是集中性漏电故障类型，分散性漏电故障类型极为少见。3、常见漏电故障的致因井下工作环境较差，供电系统对地绝缘极容易受到破坏，常导致漏电故障的发生。归纳起来主要有如下几方面的原因。⑴电缆和设备长期过负荷运行，促绝缘老化；⑵电缆芯线接头松动后碰到金属设备外壳；⑶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.⑷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；⑸导线芯线与地线错接；⑹电缆和电气设备受到机械性冲击或炮崩电缆；⑺人身直接触及一相导电芯线。4、漏电故障的危害漏电故障会给人身和矿井的安全带来很大的威胁，因而必须进行严格的管理。当漏电电流的电火花能量达到瓦斯、煤尘最小点燃能量时，如果漏电处的瓦斯浓度在5%~16%时，即能引起瓦斯、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引爆，导致人员伤亡；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。由此可见，漏电故障的危害是十分严重的，必须采取措施加以预防。二、低压检漏保护装置《煤矿安全规程》规定：“井