煤矿井下低压供电系统保护整定计算方法1

煤矿井下低压供电系统保护整定计算方法机电管理部陈沙沙主要内容概述：1.对低压供电系统进行保护的必要性2.煤矿井下哪些电压等级属于低压3.低压供电系统应具备哪些保护4.各种保护装置的作用5.短路及过流保护的整定计算方法6.漏电的保护方法7.断相的保护方法8.保护接地系统的组成及相关要求21、对低压供电系统进行保护的必要性煤矿井下由于空间狭窄、照明不足、空气潮湿、环境恶劣，以及电气设备容易受到挤压碰撞而使绝缘损坏，从而使井下供电系统更易产生漏电、短路、过载、断相等各种故障，轻则影响煤矿的正常生产，严重时可能引起电气火灾，甚至引起瓦斯、煤尘的爆炸，造成严重的矿井安全事故，因此，对供电系统中的电缆及设备进行可靠的保护，确保矿井供电系统安全可靠稳定运行，是矿井安全生产的必备要求。32、煤矿井下哪些电压等级属于低压根据《煤矿安全规程》对井下各级配电电压的要求：（一）高压，不超过10000V。（二）低压，不超过1140V。（三）照明、信号、电话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V。（四）远距离控制线路的额定电压，不超过36V。采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。4根据《煤矿安全规程》的相关要求，煤矿井下低压供电系统均应装设以下保护装置：1.短路保护装置2.过流保护装置3.漏电保护装置4.断相保护装置5.保护接地装置3、低压供电系统应具备哪些保护54、各种保护装置的作用：1.短路保护装置：当设备或线路因绝缘损坏、接线错误或弧光短路等原因造成两相短路或三相短路时，短路保护装置能够快速的有选择性的切除短路故障。2.过流保护装置：当设备出现过载或其他原因造成设备运行电流大于设备额定电流时，过流保护装置根据过电流的严重程度延时切断负荷，保护设备安全。3.漏电保护装置：当设备或线路绝缘电阻值降低到规定值以下时，闭锁或切断该条线路，保证供电安全。4.断相保护装置：当供电线路缺相或三相负载电流严重不对称时，快速切除故障线路，保护设备安全。5.保护接地装置：当线路绝缘损坏或其他原因造成设备外壳带电时，将带电的设备外壳进行接地，以保护人身安全，避免人体触电。65.1短路保护的整定计算步骤：第一步：计算电缆两相短路电流值第二步：计算开关整定电流值第三步：校验灵敏度5、短路保护的整定计算方法75.2两相短路电流计算方法：方法一：按公式进行计算两相短路电流值可按公式（1）进行计算：22(2)d)()(2XRUIe（1）22b1/RRKRRb221x/XXKXXXbb8式中：(2)dI被保护电缆末端两相短路电流值，A；XR、短路回路内任意一相电阻值、电抗值的总和，Ω；xX根据三相短路容量计算的系统电抗值，Ω；11XR、高压电缆的电阻值、电抗值，Ω；bK变压器的变比，若一次电压为6000V，二次电压为400、690、1200V时，则变压器的变比依次为15、8.7、5；bXRb、变压器任意一相线圈的电阻值、电抗值，Ω；22XR、低压电缆的电阻值、电抗值，Ω；eU变压器的二次侧额定电压。对于660V系统，Ue以690V计算；对于1140V系统，Ue以1200V计算；对于127V系统，Ue以133V计算。95.3短路电流计算公式的补充说明：1、计算两相短路电流时，首先需要确定被保护电缆的保护范围。对于馈电开关，被保护电缆的保护范围为馈电开关负荷侧至下一级开关电源侧；对于磁力启动开关，被保护电缆的保护范围为磁力启动开关负荷侧至电动机接线端子。2、三相短路容量按100MVA计算。3、6KV高压电缆计算长度从地面35KV变电站6KV侧出线起至变压器高压侧。4、高压系统、高压电缆、低压电缆及变压器的相关参数可在《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》附录中查找。10方法二：查表法根据系统电抗、高压电缆及低压电缆的相关参数，将其折算为标准截面的电缆，利用变压器两相短路电流计算表查出两相短路电流值。电缆折算公式如下：ggxnnHLKLLKLKLKL......2211（2）式中：HL折算为标准电缆的总换算长度，m；nKKK......21、各段低压电缆的换算系数；nLLL......21、各段低压电缆的实际长度，m；xL系统电抗的换算长度，m；gK6KV高压电缆折算至低压侧的换算系数；gL6KV高压电缆的实际长度，m；115.4电缆折算公式的补充说明：1、在660V、1140V系统中，以50mm²电缆作为标准截面，在127V系统中，以4mm²电缆作为标准截面。2、6KV高压电缆换算长度为地面35KV变电站出线至变压器高压侧，低压电缆换算长度为变压器低压侧至被保护电缆末端。3、系统电抗的换算长度、高压电缆及低压电缆的换算系数可在《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》附录中查找。125.5馈电开关过电流的整定计算方法：1、过电流整定值按公式（3）进行整定计算。exZIKI（3）式中：ZI馈电开关的过电流整定值，A；eI馈电开关下电动机的额定运行电流之和，A；xK需用系数，取0.5~1。135.6过电流整定公式的补充说明：1、当馈电开关下仅有一台设备时，则馈电开关的过电流整定值即为该设备的额定运行电流；当馈电开关下有多台设备时，则馈电开关的过电流整定值为该馈电开关下所有设备可能出现的最大负荷电流值，该最大负荷电流值为设备正常运行时的电流值，非设备启动电流。2、需用系数可理解为同时系数，即馈电开关下所有设备同时工作的可能性。当馈电开关下所有设备可能出现的最大负荷电流可以准确计算时，则馈电开关的过电流整定值即为该最大负荷电流值，此时可不考虑需用系数；当最大负荷电流无法准确计算时，可根据负荷具体情况，对需用系数进行适当取值。3、馈电开关的过电流整定值的最终取值必须保证在馈电开关中能够被整定，取舍时按照最接近计算值的一档进行取值。4、馈电开关的过电流整定值不得超过馈电开关的额定电流。142、短路整定倍数按公式（4）进行整定计算。ZexQeZIIKIN（4）式中：ZN馈电开关的短路整定倍数；QeI功率最大的电动机的额定启动电流，对于有数台电动机同时启动的工作机械，若其总功率大于单台启动的功率最大的电动机时，则该启动电流值为这几台同时启动的电动机的额定启动电流之和，A；eI其余电动机的额定运行电流之和，A；xK需用系数，取0.5~1；ZI馈电开关的过电流整定值，A。5.7馈电开关短路倍数的整定计算方法：155.8短路倍数整定公式的补充说明：1、电动机的额定电流及额定启动电流可从电动机的铭牌或技术资料中查找，也可从《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》附录中查找，若附录中无同型号设备的相关数据，则可参考性能相似、功率相同设备的电动机的相关数据。2、为除去最大额定启动电流外的其他电动机的额定运行电流之和。3、需用系数及过电流整定值的含义同公式（3）。eIxKZI165.9磁力启动开关的过电流整定计算方法：1、过电流整定值按公式（5）进行整定计算。eIIZ（5）式中：ZI磁力启动开关的过电流整定值，A；eI电动机的额定电流，A；2、短路整定倍数按8倍进行整定。175.10过电流整定公式的补充说明：1、磁力启动开关的过电流整定值的最终取值必须保证在磁力启动开关中能够被整定，取舍时按照最接近计算值的一档进行取值。2、磁力启动开关的过电流整定值不得超过磁力启动开关的额定电流。185.11保护灵敏度的校验：1、馈电开关灵敏度按公式（6）进行校验。5.1)2(dZZNII（6）式中：ZN馈电开关的短路整定倍数；ZI馈电开关的过电流整定值，A。(2)dI被保护的干线电缆末端两相短路电流值，A；195.12校验公式的补充说明：1、若供电线路上串联两台及以上开关，其间无分支线路，则上一级开关的整定值，也应按下一级开关的保护范围最远点的两相短路电流进行校验，校验的灵敏度大于1.2即可。202、磁力启动开关灵敏度按公式（7）进行校验。2.18)2(dZII（7）式中：ZI磁力启动开关的过电流整定值，A。(2)dI被保护的负荷电缆末端两相短路电流值，A；211、加大干线电缆或负荷电缆截面。2、设法减少低压电缆的长度。3、加装变频器或软启动装置，降低设备启动电流。4、增设分段保护开关。5、换用大容量变压器。6、采用移动变电站供电。5.13灵敏度校验不通过时的处理方法：226.1漏电的概念在煤矿井下低压供电系统中，中性点均为绝缘方式，所谓漏电故障，是指在低压供电系统发生单相接地或两相、三相对地的总绝缘阻抗下降到危险值的电气故障，简称漏电。显然，在这种供电系统中，人身触及一相带电导体的情况，属于单相经过渡阻抗接地，对人来说是发生了触电，对整个供电系统来说就是发生了漏电。6、漏电保护236.2漏电的危害煤矿井下低压电网大部分集中在采区，环境条件恶劣，作业人员和生产设备又比较集中，电网若发生漏电，将会导致以下危险：1、人身触电2、引起瓦斯及煤尘爆炸3、使电雷管先期引爆4、烧坏电气设备5、引起短路事故6、影响正常生产246.3漏电的保护方式漏电保护装置主要是通过检漏继电器或绝缘监视回路监测系统对地绝缘电阻，当绝缘电阻值下降到规定值以下时，对开关实施闭锁或跳闸，已达到漏电保护的目的。煤矿井下低压电网漏电闭锁值和漏电动作值如下表所示：系统额定电压/V漏电闭锁值/kΩ漏电动作值/kΩ1274238073.5660221111404020257、断相保护所谓断相，是指电气设备或供电线路因虚接或隔离开关未打到位等原因造成用电设备三相电缺相而无法正常运行。对于正在运行中的电气设备，缺相将造成电机过载，长时间运行将烧毁电机；对于准备启动的设备，缺相将造成电机无法启动，并产生严重的过电流。因此，必须对断相进行保护。目前我矿井下在用的智能馈电开关均具有断相保护功能，且不需要整定即可实现断相保护。268、保护接地8.1保护接地的作用煤矿井下低压供电系统设备多，线路长，工作环境恶劣，容易受到碰撞挤压，出现故障在所难免，且用电设备大多集中在采掘工作面等人员密集场所，作业人员经常接触设备及线路，因此，必须对电气设备进行保护接地，以防止人身触电。所谓保护接地，就是用导体把电气设备中所有正常情况下不带电，当绝缘损坏时可能带电的外露金属部分与埋在地下的接地极连接起来，若电气设备绝缘损坏而使设备外壳带电时，当人体接触设备外壳，大部分电流将通过接地装置流入大地，从而保证人身安全。278.2井下保护接地系统的组成井下保护接地系统由主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、接地导线和连接导线等组成。1、主接地极：设置在井底主、副水仓或集水井内的接地极称为主接地极。2、局部接地极：在装有电气设备的地点独立埋设的接地极称为局部接地极。3、接地母线：连接井底主、副水仓内主接地极的母线称为接地母线。284、辅助接地母线：井下各机电硐室、配电点、采区变电所内与局部接地极、电气设备外壳、电缆的接地部分连接的母线称为辅助接地母线。5、连接导线：从总接地网或辅助接地母线引向电气设备的接地部分的导线称为连接导线。6、接地导线：从局部接地极引出的导线称为接地导线。298.3保护接地的相关要求1、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有保护接地。2、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。3、设置在水沟中的局部接地极应用面积不小于0.6m²、厚度不小于3mm的钢板或具有同等有效面积的钢管制成，并应平放于水沟深处。4、设置在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、长度不小于1m的2根钢管制成，每根钢管上应钻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。305、连接主接地极的接地母线，应采用截面不小于50mm²