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1、煤礦井下用電安全及保護,一、煤礦供電系統簡介二、礦用電氣設備三、漏電與觸電分析 四、井下變壓器中性點禁止接地的分析 五、漏電保護裝置六、接地與接零保護,學 習 提 綱,一、礦山供電系統簡介（一）對礦山供電系統的要求:可靠性：保證不間斷供電；安全性：人、設備以及電引起的瓦斯煤塵爆炸等事故；優質性：電壓(5%)、頻率穩定(0.5%)、諧波含量不超過允許值。經濟性：在保證前三項的前提下力求低成本。（二）電力負荷及對供電的要求：1、什么是電力負荷？電力負荷是指設備或線路中正常運行時消耗的功率與損耗的功率之和。是供電系統規化、設計、設備選型以及發電、輸電、變電布局的主要依據。,2、電力負荷的分級 根據對2、供電可靠性要求的不同，也就是根據停電造成的損失或影響程度，礦山將電力負荷可分成以下三級：一級負荷：當中斷供電后，將造成人身傷亡者，或在政治、經濟上造成重大損失者，為一級負荷。二級負荷：當中斷供電后，將在政治、經濟上造成較大損失者，為二級負荷。三級負荷：除一、二級負荷外，均為三級負荷。3、對電力負荷的供電要求 一級負荷：雙電源雙回路 二級負荷：雙回路或專用線。三級負荷：無要求。,（三）礦山供電系統的結線方式 1、供電系統的結線方式:放射式:(單源單放、單源雙回、雙源雙回)干線式:(直聯、貫穿)環狀式:2、變電所常用的結線方式:母線式:(單母不分段、單母分段、雙母)橋式:(內橋、外僑、全橋)線路-3、變壓器組式:（四）煤礦典型供電系統分析(深井為例）A、典型煤礦地面供電系統（圖1）B、典型煤礦井下供電系統（圖2）,圖1,10kV,圖2,10kV,（五）對電源與供電系統的規定:（煤礦安全規程）雙回路供電，不得共桿架設，不準裝負荷定量器。兩路電源線若一用一備則必須帶電備用。井下供電嚴禁中性點接地。高壓電網單相接地電流應20A（國外10A）。高壓下井電纜嚴禁裝設自動重合閘。井上下必須裝設防雷電裝置。電氣操作實行工作票制度,包括工作票的內容、簽發與執行.高壓停、送電制度,要遵守：停電驗電放電裝設接地線設置遮欄警示等程序，嚴禁帶電作業。,任何供電系統都除技術和功能上滿足要求外，還要確保其使用和運行的4、安全。所有后面學習的重點是井下電氣上的防爆原理和三大保護(漏電保護、保護接地、過流保護)。二、礦用電氣設備:(一)礦用電氣設備的要求:1、井下巷道硐室和采掘工作面的空間狹窄。要 求電氣設備體積小、重量輕。2、由于頂板壓力及放炮的影響，電氣設備及電纜易受損傷，要求電氣設備有堅固的外殼、內部之件有較強的抗震能力。,3、井下空氣潮濕，有滴水，電氣設備易受潮，要求電氣設備防潮性能和絕緣水平要高。4、井下有瓦斯、煤塵，在一定條件下可以點燃和爆炸，要求電氣設備具有防爆性能。5、井下電氣設備啟動頻繁，負荷變化較大，容易過載。要求電氣設備有較強的過負荷能力和起動力矩。(二)電氣設備的防爆原理:1、隔爆性和耐爆5、性：隔爆性：外殼內爆炸后，高溫和火焰通過接合面噴出 時，受到足夠的冷卻（防爆面）。耐爆性：外殼內爆炸后，外殼不至于破壞（外殼的機械強度）。2、隔爆面的三要素：間隙、寬度、光潔度(見下圖),(三)常見礦用防爆電氣設備類型:防爆電氣設備（Ex防爆總標志）,增安型：采用適當措施，工作時不產生電弧、火花、高溫的部件，Exe隔爆型：外殼具有耐爆性和隔爆性能，Exd 充油型：將可能產生火花、電弧、高溫的部件浸在油中，Exo本質安全型：工作時所產生的電火花和熱均不能點燃瓦斯和煤塵，Exib正壓型：利用新鮮空氣、惰性氣體，在外殼內保持一定的正壓，Exp特殊型：除以上外，均屬這一種（國家確認）Exs,(四)防爆6、電氣設備的選擇與管理:1、類型選擇:戶用、戶外型；普通型、礦用一般型、隔爆型；總開關、分開關等。2、管理制度:執行驗證采購制度，要求“兩證一標齊全”，安全標志準用證（MA），生產許可證，產品合格證。3、按技術參數選擇:額定電壓應等于接入電網的額定電壓；額定電流應大于其長時最大工作電流；按最大三相短路電流校驗其動、熱穩定。,三、漏電與觸電分析（一）漏電：1、什么是漏電：廣義上講，漏電是一種電網對地發生電能泄漏的現象，特征是電網對大地的絕緣阻抗降低，流入大地的電流增大，該現象稱為漏電。(該電流為漏電電流)2、分類：集中性漏電:（某一處或某一點）機械、某點老化、處界；分散性漏電：（老化）（整條線路或7、整個電網）；3、漏點電流回路：如圖3所示,圖3,變壓器,I,R,C,（二）觸電：1、什么是觸電：人身接觸帶電體或接近高壓帶電體時，使人身成為電流通路的一部分，叫做觸電。觸電是前面講過的漏電的一種特殊情況，只是過渡電阻變成了人身電阻。觸電對人體組織的破壞大體可分為兩種：電擊和電傷。電擊：是指觸電后電流通過人體，使人體主要器官（如心臟）受到損傷，有生命危險，這是最危險的觸電。電傷：是指電弧或強電流瞬時通過人體某一局部，造成人體外表器官的破壞（燒傷），一般不至于有生命危險。,2、影響觸電危害程度的有關因素：通過人身的電流大小：根據實驗得，交流在1520mA以下，直流在50mA以下，一般對人體傷害較輕8、，如果長期通過工頻交流3050mA就有生命危險，超過50mA對人的生命是絕對有危險的。觸電時間：根據實驗測定的數據，觸電時間在0.2s以下和0.2s以上，電流對人體的危害程度是有較大差別的。如0.2s以下，400mA能使心臟損傷，0.2s以上，25mA能使心臟損傷。,電流性質：直流和交流對人體的危害程度是不同的，而以50100Hz的交流電流對人體的危害最為嚴重。電流路徑：主要取決于心臟受損的程度，電流從手到腳特別是通過心臟對人最為危險。體重和健康狀況：健康和有病不同，情緒好和不好不同，胖和搜。人身電阻：主要是人體表面皮膚層和體內的電阻，它隨人的皮膚狀況（損傷、潮濕）、觸電時間、觸電電壓高低等因9、素而變動，當皮膚完整干燥時，人身電阻可達10100千歐觸電時相對安全；當皮膚潮濕或有損傷，人身電阻降低到1000歐左右，觸電時相對危險（以后人身電阻取最小值1000歐）。觸電電壓：作用于人身的電壓越高，則通過人體的電流越大，也就越危險。,3、安全電流、安全電壓及安全值：安全電流：也就是人體觸電后不會使人致死、致傷的最大電流，稱為安全電流。根據上述的因素分析，觸電危險性取決于通過人體的電流與作用時間的乘積。通過對動物的實驗，我國提出發生心室顫動的電流50mA與時間乘積的安全值為50mAS，取1.67倍安全系數，規定為30mA、美國為10 mA、英國為50mA等。安全電壓：安全電流和人身電阻的乘積10、，稱為安全電壓。經常接觸的電氣設備，在沒有高度危險的條件下，采用65v電壓，有高度危險的條件，采用36V，在特別危險的條件下，采用12v。安全值：安全電流與觸電時間的乘積，稱安全值。我國為30 mAS。,4、井下預防觸電主要辦法：由于礦井的情況特殊，觸電的可能性較大。因此，必須采取有效措施，防止觸電事故發生。我國從實踐中總結出來預防觸電的方法主要有以下三點：變壓器中性點禁止接地（后面分析）井下電氣設備采用保護接地（后面分析）井下電網采用漏電保護裝置（后面分析）,四、井下供電的變壓器中性點禁止接地的分析:（一）中性點接地方式分類及要求:前面在介紹漏電和觸電時，常提到中性點接地或不接地的問題，因此11、，這里對中性點問題進行分析。1、分類：一般分為以下四類：不接地方式：又稱中性點絕緣系統 直接接地方式：中性點直接與接地裝置連接 消弧線圈接地方式：中性點經電抗線圈與接地裝置連接。后兩種是為了減小接地點的電流，使電弧的能量減弱。,2、要求：在供電系統中，什么情況（條件）下采用何種接地方式呢？我國有以下要求：*363kv系統，采用中性點不接地方式；*110kv及以上和220380v的低壓系統，采用中性點直接接地方式；*3-10KV電網當接地電容電流大于30A或20KV以上電網當接地電容電流大于10A時，采用中性點經消弧線圈接地方式。,(二)中性點接地方式分析:1、中性點接地系統：如圖4所示，這時人12、體承受電網相電壓，通過人體的電流可根據歐姆定律求出：當取Rma=1000，線電壓為660V時，通過人體的電流為：可見，線電壓是660v供電系統，當中性點接地時，通過人體的電流都遠遠超過30mA，所以是絕對危險的。,圖4,2、中性點不接地系統：如圖5所示，,根據基爾霍夫第一定律得：a、當電容忽略時，Rma=1000，r=35000，Ux=660V，可見是安全的。,b、當電容不忽略時，Rma=1000，r=35000，Ux=660V，C=0.5f 可見當電容不忽略時，同樣不安全，但比中性點接地系統通過人體的電流要小的多，故相對安全。,3、結論：中性點絕緣比中點接地的人身觸電電流要小得多，比較安全。13、入地電流很小，從而使引燃瓦斯、煤塵的可能性大大減少。不影響線電壓（可運行2個小時）。以上三大優點就是井下變壓器禁止中性點接地的原因。然而，也存在一些缺點：A、當電網一相接地時，往往不易發覺，易燒電動機（并不影響三相設備的短時運行）；B、如果沒有漏電指示，一相接地可能長期存在，再此情況下，如人站在地上又觸及另一相帶電導體，人身跨接電網線電壓，這時通過人身的觸電電流較中性點接地的供電系統還要大0.73倍(660mA)，這是非常危險的。C、其他兩相電壓將升高3倍，容易使絕緣差的地方被擊穿。為克服以上缺點，井下電網必須裝設漏電保護裝置。,五、漏電保護裝置:（一）對漏電保護裝置的要求：1、保護全面：是指14、保護范圍應覆蓋整個供電單元，沒有死角，什么類型的漏電，保護都應動作。另外，有條件的話，無論電氣設備處在什么狀態，都應起到保護作用（漏電閉鎖）。2、安全性：從人員觸電的角度考慮，要滿足30mAS的要求，動作要速度快（不光跳閘，還要能減小人身觸電電流的作用時間）。3、可靠性：一是自身的可靠性（元件質量、制造工藝），二是保護性能的可靠性（該動就動、不該動就不動），不能誤動和拒動。4、靈敏性：是指保護裝置對故障的反應能力，要求最輕的漏電，保護也能可靠動作（使用整定值的調節，不受電網電壓波動的影響）。5、選擇性：要求只切除故障線路而不切除非故障線路，目的是為了停電范圍盡可能減小。,（二）漏電保護原理:漏15、電保護有很多方法來實現。目前用的最多的有以下三種：附加直流電源檢測方式、三相半波整流式、零序參數式等。1、附加直流電源檢測方式：如圖6所示。電網如果發生漏電，就意味著電網對地絕緣電阻的下降。怎樣檢測這個電阻呢？可以設想在三相電網中加上一個獨立的直流電源，作用于電網三相和大地之間，這樣在電網的絕緣電阻上將有一直流電流流過，該電流的大小變化直接反映了電網對地絕緣電阻的變化，有效地檢測和利用這一電流，就構成附加電源直流檢測式地漏電保護。,特點：優點：a、保護全面；b、觸電電流小；c、整定簡單；d、可靠性高。缺點：a、無選擇性；b、屬靜態補償；c、動作時間長50ms；d、無漏電閉鎖。,2、三相半波整流16、式：特點：無直流附加電源。但動作值受電網電壓波動的影響較大，對整流管的反向電壓要求較高，故只用在電壓低的地方,如127v綜合保護中和漏電閉鎖用。,3、選擇性漏電保護裝置（零序參數式）：特點：動作時間短，具有橫向選擇功能；而縱向選擇是靠時間來實現。,比較電路,六、接地與接零:前面我們分析可知，電網對地如果有分布電容存在，人體觸電的觸電電流遠大于30mA（154mA）,而電容補償也是有限的，為了人身的安全，采用保護接地可進一步減小人體觸電電流，將其限制在安全值以內。(一)分類:在供電系統中，各種電氣設備的接地按照其作用的不同可以分為：工作接地、保護接地、保護接零三大類。工作接地是指變壓器或互感器等17、根據工作的需要而采用的繞組或中性點接地；保護接地是指三相三線制的電網，將設備正常時不帶電的金屬外殼與接地裝置相連接。保護接零是指三相四線制電網，將設備外殼好與零線相連接。它們是防止人身觸電的重要措施。安全規程第431條規定：36V以上由于絕緣損壞可能帶有危險電壓的電氣設備金屬外殼和構架，都必須設保護接地。,(二)接地有關參數:1、對地電壓Vtg:如下圖9所示.2、接地電阻Rgr:井上4（工作、保護、防雷）、井下2（任何一點）。3、接觸電壓Vco 接觸電壓是指人體觸電部分與站立點之間的電位差Vco。由圖可見Vco=Vtg Vsp,可見離接地極越遠觸電電壓越高，這就是接地極不能設在離設備太遠的道理。4、跨步電壓Vss 跨步電壓是指在入地電流的流動范圍內，人兩腳間的電位差。由圖可見Vss=V1-V2,離接地極越近跨步電壓越高。,圖9,(三)接地保護原理:不足：沒有斷電功能。電網發生單相直接接地時，無分流作用。人接觸單相電網，無分流作用。所以漏電保護和保護接地二者缺一不可。,（四）保護接零：保護接零和保護接地共存；總零線上不許加裝任何開關和熔斷器。,謝謝大家,