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1、2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,1,煤矿井下三大保护,1、漏电保护 2、接地保护 3、过流保护,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,2,漏电保护的侧重点是故障发生后的跳闸时间，一旦发生漏电或人身触电，应尽快切断电源，将故障存在的时间减少到最短。井下保护接地的侧重点，在于限制裸露漏电电流和人身触电电流的大小，最大限度的降低故障的严重程度.两种保护在井下电网中相辅相成，缺一不可，对井下电网的安全运行有重要作用。保护接零主要用于地面低压三相四线制中性点直接接地的供电系统中，对防止人身触电有重要作用。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,3,一、保护接地及其作用原理,保护接地，就
2、是用导体把电气设备中所有正常不带电、当绝缘损坏是可能带电的外露金属部分（电动机、变压器、电器、测量仪表的金属外壳、配电装置的金属构件、电缆终端盒与金属外壳等），和埋在地下的接地极连接起来。是预防人身触电的一项极其重要的措施。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,4,保护接地及其作用原理,没有装保护接地时的情况。当电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体碰壳时，若人接触此外壳，则电流经过人体入地，在经过其它两相对地绝缘阻抗回到电源。当电网对地绝缘阻抗较低时，则通过人身的电流将远超过安全值（见前面的计算）。同时，碰壳处出现的漏电电流还可能引起沼气煤尘爆炸。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系
3、,5,保护接地及其作用原理,有保护接地时的情况。这时，当电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体碰壳时，若人接触外壳，电流将通过人体电阻与接地装置的接地电阻所构成的并联支路入地，在通过其它两相对地绝缘阻抗回到电源。由于接地装置的分流作用，通过人身的电流便大大减少。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,6,保护接地及其作用原理,通过人身的电流与通过接地的电流有如下关系：Igr/Ima=Rma/Rgr 即 Ima=RgrIgr/Rma 式中Rgr 接地极的接地电阻，对于井下，Rgr=2；Igr流过接地极的电流，A。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,7,保护接地及其作用原理,对于中性点绝缘
4、的660V低压电网，单相接地电流通常不大于1A设接地电阻为2欧姆，人体电阻1000欧姆，则 Ima=21000/1000=2mA30mA保护接地对人身触电安全是非常重要的接地电阻越小，则流经人体的电流Ima就越小，人身越安全接地网,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,8,矿井总接地电阻小于2欧姆,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,9,将接地电阻的数值控制在规程规定的范围以内，就可以使通过人身的电流降到反应电流以内，确保人身安全。由于装设了保护接地装置，碰壳处的漏电电流大部分将经接地极入地。即使设备外壳与大地接触不良而产生火花，但由于接地装置的分流作用，使电火花能量大大减小，从而避
5、免引爆瓦斯、煤尘的危险。,保护接地及其作用原理,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,10,电气设备发生单相碰壳，接地电流经接地极入地后，向四周流散，形成地中电流。距接地极越近，电流通过土壤的导电面积越小，反之越大。在电流扩散的方向上选同长的一段，可见距接地极越近，半球面表面积越小，电阻较大；越远的地方，电阻越小。离接地极20m以外的地方，土壤电阻很小，近似认为零。电流通过电阻时产生压降，距接地极越近的地方，单位长度上的电压降越大；反之也就越小。在20m以外的土壤中，几乎没有电压降，因而认为该处的电位为零，即通常所说的电气上的“地”。接地回路中任何一点对“地”的电位差称为对地电压。,保护接
6、地及其作用原理,接地极附近土壤中的电位分布曲线如图,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,12,接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比称为接地极的流散电阻；电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比称为接地装置的接地电阻，它等于接地线的电阻与接地极的流散电阻之和。因为接地线的电阻很小，可略去不计，故一般认为接地电阻等于流散电阻。,保护接地及其作用原理,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,13,跨步电压的概念：当接地极有电流流过时，在离接地极20m的圆内，地面上具有不同的电位分布。当人的两脚站在这种带有不同电位的地面时，两脚间的电位差叫做跨步电压。在计算时，一般取步距0.8m，
7、即取0.8m间的电位差为跨步电压。由图可知，距接地极越近，跨步电压越大，反之越小。,保护接地及其作用原理,二、井下保护接地系统（1）,井下各种电气设备装设了单独的保护接地装置，并不能完全消除触电的危险。如图所示的系统中，电动机M1和M2均装设了单独的保护接地装置。,当电动机M1发生单相碰壳（如L3相），则其外壳带电；如电网没有绝缘监视或绝缘监视失灵，这一接地故障将长期存在。此时假设电动机M2的另一相（如L1相）绝缘击穿碰壳，这时电网就发生了两相对地短路，短路电流如图所示。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,16,如果这一短路电流不足以使过流保护装置动作，这一故障将长期存在下去，这时电气
8、设备外壳将带有危险的电压。两电动机外壳对地电压的大小，与两电动机的接地电阻成正比。若电动机M1和M2的接地电阻大小相等，则两电动机外壳对地电压相等，为电网电压的一半，即380V电网对地电压为190V；660V电网对地电压委330V。这时如果人触及该电动机外壳时，是非常危险的。,二、井下保护接地系统（2）,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,17,解决方案：通常利用供电的高、低压铠装电缆的金属外皮（铅包和金属铠装层）和橡套（塑料）电缆的接地芯线或屏蔽护套，把分布在井底车场、运输大巷、采区变电所以及工作面配电点的电气设备（36V以上）的金属外壳在电气上连接起来，这样就使各处埋设的接地极（或称
9、局部接地极）也并连起来，形成一个井下保护接地系统（或称总接地网）。这样做既降低接地电阻，也可防止不同电气设备的不同相同时碰壳（接地）所带来的危险。,二、井下保护接地系统（3）,如图所示。因为接地网电阻远远小于接地极电阻，这时两相短路电流主要通过接地网流通，因而提高了两相短路电流的数值，保证过流保护装置可靠动作。,井下保护接地系统,井下保护接地系统有主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、接地导线和连接导线组成。设置在井底主、副水仓或集水井内的接地极称为主接地极。主接地极要用面积不小于0.75m2，厚度不小于5mm的钢板做成。如矿井水为酸性时，应视其腐蚀性情况适当加大其厚度，或镀上耐酸金属
10、，或采用其它耐腐蚀钢板。一般在主、副水仓内各设一个主接地极，以保证一个水仓清理或检修接地极时，另一个起保护作用。有几个水平的矿井，每个矿井的总接地网都要与主接地极连接。矿井内分区从井上独立供电者（包括钻眼供电）,可以单独在井下或井上设置分区的主接地极。,为加强接地系统的可靠性，在装有电气设备的地点独立埋设的接地极成为局部接地极。需要装设局部接地极的地点有：（1）每个装有固定电气设备的峒室和单独的高压配电装置；（2）采区变电所（包括移动变电所）和至少有3台开关的低压配电点；（3）连接动力铠装电缆内的每个接线盒；（4）采煤工作面的机巷、回风巷以及由变电所单独供电的掘进工作面，至少要分别设置一个局部
11、接地极。,井下保护接地系统,局部接地极可用面积不小于0.6m2，厚度不小于3mm的钢板；如矿井水为酸性时，应采取与主接地极相同的措施。局部接地极应放在巷道的水沟中。无水沟的地方埋设局部接地极时，可以用直径不小于35mm，长度不小于1.5m的镀锌钢管，钻直径不小于5mm的透孔20个以上，钢管必须埋设于潮湿的地方。,井下保护接地系统,连接井底主、副水仓内主接地极的母线成为接地母线。井下各机电峒室、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。接地母线及变电所辅助接地母线应采用截面不小于100mm2的镀锌扁钢（或镀锌钢绞线）或截面不小于50mm2的裸铜线。
12、采区配电点及其他机电峒室的辅助接地母线应采用截面积不小于50mm2的镀锌扁钢（或镀锌钢绞线），或截面积不小于25mm2的裸铜线。,井下保护接地系统,从接地网或辅助接地母线引向电气设备（包括电缆）的接地部分的导线称连接导线（或接地引线）。从局部接地极引出的导线称接地导线。连接导线、接地导线应采用截面不小于50mm2的镀锌扁钢（或镀锌钢绞线）或截面不小于25mm2的裸导线。电压为127V及以下的电气设备的接地导线、连接导线可采用截面积不小于6mm2的裸铜线。禁止采用铝导体作为接地极、接地母线，辅助接地母线、连接导线和接地导线。接地母线与主接地极、局部接地级的连接要用焊接。接地导线和接地母线（或辅助
13、接地母线）的连接最好也采用焊接。无条件时，可用直径不小于10mm的镀锌螺栓加防松装置（弹簧垫、双螺帽）拧紧连接，连接处还应镀锡或镀锌。,井下保护接地系统,采掘工作面的移动机械以及不便装设固定接地极的设备，它们的外壳应利用六芯或四芯橡套软电缆中的接地芯线来接地。这时接地总线的一段接移动设备外壳，另一段接采区配电点设备外壳。巷道内固定照明接线盒，可以每隔100m左右作局部接地一次。对矿井接地系统的总接地电阻，一般可不进行计算，但必须定期测定。要求从任意一个局部接地装置处所测的接地系统总接地电阻不得超过2。每一移动式电气设备与接地系统或局部接地极之间的接地芯线的电阻，不得超过1。,井下保护接地系统,
14、2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,25,三、保护接零,1.保护接零的作用 地面低压380/220V采用三相四线制供电系统，由于使用广泛，并带有生活、照明等负荷，发生人身触电的几率较高。这种供电系统，采用变压器中性点直接接地的运行方式，其接地的中性点叫零点，由零点引出的线或接地的中性线叫零线。保护接零，就是把电气设备正常情况下不带电的金属部分与电网的零线作电气连接的保护措施。,保护接零电气示意图,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,27,保护接零的目的：保证人身安全，防止发生触电伤亡事故。当电气设备发生一相碰壳故障时，则通过设备外壳造成相线对零线的单相短路，电流超出正常工作电流许多
15、倍，能使线路上的过流保护装置迅速动作，限制了故障存在的时间，减少触电几率。此时，如果在电源被切断之前恰有人触及该漏电设备外壳，可利用保护接零的分流作用，减少人身触电电流，降低接触电压，以保证人员的安全。,三、保护接零,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,28,2.重复接地 沿零线把一点或多点再次接地，成为重复接地。重复接地的作用：进一步降低发生单相碰壳接地短路时人体的接触电压，并可减少零线断线时漏电设备外壳的对地电压。,三、保护接零,如图所示，未采用重复接地时，当电气设备发生单相碰壳时，故障点以后的零线上电压为1/2相电压（设零线与相线同材质同截面）。,如图所示，采用重复接地后，如果工作
16、接地电阻与重复接地电阻相等，相线截面与零线截面也相等，则接触电压仅为1/4相电压，,在无重复接地时，若零线断线并发生一相碰壳，则断电以后的零线上及其它接零外壳上，将出现接近相电压值的对地电压。在有重复接地后，相电压V降落在重复接地电阻及中性点接地电阻上。,如果忽略导线电阻，则断点后面的零线及接零外壳上对地电压为如果Rgr.r=Rgr.N时，外壳对地电压为相电压的一半；如果Rgr.rRgr.N，则外壳对地电压将大于1/2的相电压，这种情况对人身来说显然是不安全的，何况在一般情况下Rgr.r总是大于Rgr.N 的。因此，在供电系统中，应尽量避免零线断线事故的发生，在三相四线制供电系统的零线上，一般
17、不允许装设熔断器。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,33,四、井下接地电阻的测定,煤矿安全规程第449条规定，井下接地网上任一保护接地点测得的接地电阻值，不得超过2。此外，在有沼气及煤尘爆炸危险的矿井内进行接地电阻测量，应采用本质安全性测量仪表。1.电流、电压表法 2.用ZC-18型本质安全性接地电阻测量仪测量,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,34,电流、电压表法,最简单的测量方法有电流、电压表法。图中A为被测的接地极；B为第一辅助接地极（金属探针），用于测定A与大地零电位的电压；C为第二辅助接地极（金属探针），使测量电流能在A、C和大地之间形成回路。合上开关QS，测取电压
18、表和电流表的读数（Vtg和Igr），则接地极A的接地电阻Rgr=Vtg/Igr。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,36,用ZC-18型本质安全性接地电阻测量仪测量,用于具有沼气煤尘爆炸危险的矿井中，测量矿井内各种电气设备的接地电阻值，以及低电阻导体的电阻值。测量仪由手控发电机、电流互感器、电位器及检流计等组成。全部机构装于铝合金铸造的便携式外壳内，附件有辅助接地探测针（电位探针P和电流探针C）及联接导线等，装于附件袋内。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,38,测量步骤,（1）沿被测接地极E，使电位探测针P和电流探测针C依直线彼此相距20m,且P位于E和C之间;（2）用导线将E、P和C与仪表相应端钮联接；（3）将仪表水平放置，检查检流计的指针是否指示黑线上，否则可调整零位调节器S0，使之对准黑线；,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,39,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,40,测量步骤,（4）转动量限转换开关SA，将倍率标度盘拨于乘10倍数档，慢慢转动发电机的手吧，同时转动测量表度盘（电位器3RP随之转动），时间流计的指针对准黑线；（5）如测量标度盘的读数小于1时，应将倍数表度盘置于乘1的倍数档，在重新调整测量表度盘，已得到正确的读数，即为所测接地极E的电阻值Rgr。,2023/7/9,中国矿业大学电气工程系,41,矿井电网漏电保护,NEXT,
