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1、第二章 安全用电及保护,煤矿井下最重要的电气保护是过流保护、漏电保护和保护接地，即井下的三大保护。,第一节 电气设备及其防爆原理,一、煤矿井下的环境特点及对矿用电气设备的要求,顶板失控而自行冒落的现象。,指矿井作业面、巷道侧壁在矿山压力作用下变形，破坏而脱落的现象。,4.冒顶和片帮事故，易使电气设备受到外力的损坏。,二、瓦斯、煤尘燃烧和爆炸,对于井下的电气设备要求既能防止电弧和电火花的外露而引发瓦斯、煤尘的爆炸，又要保证爆炸后不会使设备外壳变形。,1、瓦斯、煤尘燃烧和爆炸的条件,瓦斯、煤尘燃烧和爆炸的条件,瓦斯浓度的含量达到5%15%温度灾650-750的点火源,电火花最容易引起瓦斯爆炸的浓度
2、是8.5,爆炸力最强的瓦斯浓度是9.5,爆炸力最强的煤尘含量是112g/m3,当空气中煤尘含量达到302000g/m3时，遇到700800以上的温度时发生煤尘爆炸,瓦斯、煤尘燃烧和爆炸的预防,1、矿用电气设备的类型,三、矿用电气设备的类型和防爆原理,主要是防水、防潮,矿用一般型（KY）特点,外壳机械强度较高；绝缘材料耐潮性好；采用电缆进出线；由于该型电气设备是非防爆设备，只能用于无瓦斯和煤尘爆炸危险的场所。,矿用防爆型（EX）的分类,隔爆型电气设备（Exd I）增安型电气设备（Exe I）本质安全型电气设备（Exia I或Exib I）隔爆兼本质安全型电气设备（Exdia I或 Exdib I
3、）,三、电气设备的防爆性能,（一）爆炸压力,浓度为9.8%的甲烷混合气体在常温下放入密闭容器并在绝热条件下试验，其最高爆炸温度可达2650，一般在21002200之间。由于高温产生高压，则在一定容积下爆炸压力的理论值可达0.820.85MPa。,试验表明：爆炸压力与容积的大小、形状、接合面的间隙等因素有关。,由上表可见，圆球形容器爆炸力最大，长方形容器最小，主要是散热面积不同。,容积相同时，散热面积越大，爆炸力越小。,防爆外壳一般都做成单腔。,实验证明：容器内发生爆炸时，容器所受的爆炸力与容器原来的压力成正比。,三、电气设备的防爆性能,（二）隔爆外壳的性能,1、隔爆外壳有两个作用：一是要有足够
4、的机械强度；二是内部产生爆炸时，火焰不会引爆外壳周围的瓦斯、煤尘。即：防爆外壳必须具有隔爆性和耐爆性。,1）隔爆性主要是指防爆外壳的机械强度。,2）耐爆性主要是指设备外壳各部件件接合面应符合一定要求。接合面越宽、间隙越小，隔爆性能越好。,第二节 漏电与触电,定义,漏电是一种电网对地发生电能泄漏的电气故障，其特征是电网对大地的绝缘电阻降低、泄漏入地的电流增大。,当带电导体对大地的绝缘电阻降低到一定程度，使经该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，我们就说带电导体发生了漏电故障。,一、漏电概论,1、漏电故障的基本概念,煤矿井下低压电网的漏电故障有分散性漏电和集中性漏电。,绝缘下降,直接接地,注意区分漏
5、电故障和单相接地短路故障。,漏电故障：在中性点绝缘的低压供电系统中，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。,集中性漏电又分为长期集中性漏电、间歇集中性漏电和瞬间集中性漏电。,从理论分析的角度考虑，漏电可分为单相漏电、两相漏电和三相漏电。,2、产生漏电的原因,1）电缆或电气设备本身的原因,2）因施工安装不当引起的漏电,3）因管理不当引起漏电,4）因维修操作不当引起漏电,5）因意外事故引起漏电,3、井下低压电网发生漏电的危害,（1）人身触电,（2）引起瓦斯及煤尘爆炸,（3）使电雷管无准备引爆（漏电流引起）,（4）烧损电气设备，引起火灾,（5）引起短路故障,（6）严重影响生
6、产,二、触电及影响触电程度的因素,人体触及带电导体或因绝缘损坏而带电的电气设备金属外壳，甚至接近高压带电体而成为电流通路的现象叫做触电。,当人身触及带电导体，有部分电流流过人体，可能造成触电事故。一般情况下触电分为电击和电伤。,当人身流过交流电在20mA以下，直流电在50mA以下，对人体伤害较轻。煤矿井下人身触电电流安全极限限制在30mA以下。,低压电网大部分是电击事故。,发生人体触电时流过人身的电流称为触电电流，分为：感知电流-反应电流-摆脱电流-极限电流四个阶段。,1、触电电流,所谓人体电阻是触电电流所流经的人体各部分阻抗之和。包含体内电阻和皮肤电阻。,2、人体电阻,由于煤矿井下潮湿多尘，
7、将井下工作人员的人体电阻取为1000。,1.1mA,1.5-5mA,9、6mA,30mAs,人站在地上，身体某一部分碰到带电的导体或金属外壳时，人体接触部分与站立点的电位差称为接触电压。,3、接触电压,触电持续时间：是指从触电瞬间开始到人体脱离电源或电源被切断的时间。,4、触电持续时间（As）,我国现行规定为30mAs为安全值。,综上所述：一般直流的危险比交流小，50-60Hz是对人体伤害最严重的频率，当频率超过2000Hz时，对心脏影响就很小了。医用电疗机采用的就是较高频率的脉冲电流。,影响触电程度最重要的因素是触电电流的大小和触电时间的长短。,1、安全电流,安全电流是发生触电时不会使人致死
8、、致伤的通过人体的最大触电电流。,三、人体安全电流,我国现行规定是30mA。该规定的含义是任何供电系统，必须保证当发生人员触电时，触电电流不得大于30mA，否则就必须设置触电保护装置。,2、允许安秒值,经验公式：,3、安全电压,安全电流与人体电阻的乘积称为安全电压。,1）没有高度危险条件下：安全电压采用65V电压；2）有高度危险条件下：安全电压采用36V电压；3）特别危险的条件下：安全电压采用12V电压；,四、井下低压电网的人体触电电流,井下中性点绝缘的低压供电单元原理图,1、求M、N之间的开路电压,M、N之间的开路电压就等于相电压。,2、求M、N之间的入端电阻,所谓入端阻抗，就是甩掉外电路，
9、且内电路中电源被短接，从M、N两点测得的阻抗。,3、求外电路阻抗,M、N之间的开路电压就等于相电压。,借助上图，带入数值后得,如果,此时人体触电电流为：,第一种情况：,如果,此时人体触电电流为：,第二种情况：,如果,此时人体触电电流为：,第三种情况：,可见，减少电网对地电容对降低人身触电电流有重要意义。,五、预防漏电、触电的措施,1、加强井下电气设备的管理和维护,2、将带电导体、电气元件和电缆接头封闭在坚固的外壳内；,3、将带电裸导体安装在一定高度避免人身接触；,4、加强手持式电动工具把手的绝缘；,5、对人员接触机会较多的电气设备，采用较低的额定电压；,6、井下配电变压器的中性点禁止直接接地，
10、以减小漏电或触电电流。,触电的处理方法,慎重使用药物,坚持对失去知觉的触电者进行人工呼吸与心脏挤压,六、触电急救,思考题,触电的原因、危害性和预防方法.,触电事故的处理方法.,第三节 井下低压电网的漏电分析,定义,井下发生漏电，电网的对称性遭到破坏，将产生零序电压和零序电流等参数。,一、井下低压供电系统的基本特点,1、采用变压器中性点绝缘（不接地）或中性点经高阻接地的运行方式。,适用范围：A、煤矿井下。B、35KV及以下高压电网：线电压仍对称（不影响供电）。,中性点接地电容电流超过限度时，可采用中性点经消弧线圈接地系统。工作状态：工作在补偿状态。若消弧线圈的感抗调节合适，将使接地电流降到很小，
11、达到不起弧的程度。,A110KV及以上电压等级的电网上。B地面380/220V三相四线制供电系统，获得两种电压等级。,2、以一台动力变压器为一个相对独立的供电单元。,3、动力电压等级为380、660、1140V三种。,4、低压线路全部由电缆组成。,二、井下低压电网的漏电分析,1、单相漏电分析,零序阻抗,零序电压,零序电流,电网经 入地的漏电电流,故障相对地电压,2、两相漏电分析,零序电压,零序电流,电网总的入地的漏电电流,故障相对地电压,单相漏电是井下低压电网漏电事故的主流。,第四节 漏电保护,任务描述,主要目的是通过切断电源的操作来防止人身伤亡和漏电电流引爆瓦斯煤尘,一、对漏电保护的要求,要
12、求安全、可靠、动作灵敏、选择性。,漏电保护也属于继电保护的范围,1、附加电源直流检测式漏电保护,二、漏电保护原理,2、零序电压式漏电保护,3、零序电流式漏电保护,4、零序功率方向式漏电保护,5、旁路接地式漏电保护,1、地面低电压电网的漏电保护,结构：电流动作型组装式漏电保护器。组成：零序电流互感器、电子漏电保护、带有过载和短路保护的断路器及塑料外壳。作用：电网的漏电保护、线路和电动机的过载及短路保护等。,三、漏电保护装置类型、结构、组成和工作原理,2、矿用漏电设备保护外形图,小 结,漏电电流及保护措施,低压电网漏电保护的种类、结构、用途、原理,矿用漏电保护装置的种类、作用、结构、原理,漏电点的
13、查找方法,第五节 接地与接零,任务描述,保护接地应用于中性点绝缘系统中，其侧重点在于限制裸露漏电电流和人身触电电流的大小。,保护接零主要应用在低压三相四线制中性点直接接地系统中，限制人身触电电流。,保护接地：用导体把电气设备中所有正常不带电、当绝缘损坏时可能带电的外露金属部分和埋在地下的接地极联接起来。,一、保护接地及其作用原理,通过人体的电流,当 时，在中性点绝缘的660V低压电网，单相接地时，。,接地：流散电阻、接地电阻。对地电压：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。跨步电压：两脚之间的电位差,离接地极越近的地方电阻越大，压降越大,二、井下保护接地系统,井下单独
14、的保护接地装置，不能完全抵消触电的危险。,短路电流不会流经变压器中性点,为了提高保护接地的安全性和可靠性，把井下所有电气设备的金属外壳在电气上连接起来构成一个井下保护接地系统。,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。,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0.75mm2、厚度不小于5mm的钢板做成。,局部接地极要用面积不小于0.6mm2、厚度不小于3mm的钢板做成。,三、保护接零,1、保护接零,采用变压器中性点直接接地的运行方式，其接地的中性点叫做零点，由零点引出的线或接地的中性线叫零线。,所谓保护接零，
15、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。,2、重复接地,沿零线把一点或多点再进行接地，称为重复接地。,3、接地电阻值的测量方法,1）电流、电压法,小 结,工作接地：定义、作用,保护接地：类型、作用和应用,保护接零：分类、特点、注意事项,重复接地：作用和要求,第六节 矿井电网短路电流计算,主要内容,根据运行经验，破坏电力系统正常运行的故障最常见、危害最大的是各种短路现象。本节通过对短路的分析，对电流的计算，对设备采取合适的保护措施，确保供电的安全。,1）短路：供电系统中不等电位的导体在电气上被短接。如相与相之间、相与地之间的短路。,一、短路原因、种类及危害,1、
16、短路的种类,3）类型：三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。*分对称性短路和非对称性短路。,2、短路的危害,单相短路故障出现的几率最大，,三相短路故障出现的几率最小，但后果最为严重，短路电流最大！,3、短路的形式,二、无限大电源容量系统短路电流暂态过程及参数,所谓无限大容量系统是指电源距短路点的“电气距离”较远，电源额定容量远大于系统共给短路点的短路容量的电源。此时忽略电源内部的参数，认为电源电压恒定。,1、三相短路电流暂态过程分析,短路全电流表达式,2、有关短路计算的物理量,稳态短路电流、短路冲击电流、短路全电流的最大有效值、短路容量,三、矿井高压电网短路计算,矿井高压电网短路计算
17、的目的就是求出上述四个量。注意电源电压取平均电压，见下表：,高压电网短路计算的基本公式,元件电抗的计算,1）系统电抗,2）电力线路的电抗,3）电力变压器的电抗,4）元件电抗的折算,当线路中包含变压器，各回路参数相低压侧换算,例2-1 某供电系统接线图如图所示，求在S1和S2点发生三相短路时的各短路参数。,计算结果,三、矿井高压电网短路计算,对于高压电网常取各级线路始末两端额定电压的平均值。忽略电网的电阻，利用电抗进行计算，6KV以上的高压架空线路，6-10KV电缆线。,四、井下低压电网短路计算,注意以下几个问题：,1、元件电阻不能忽略,2、井下电缆的平均电抗,3、考虑电弧电阻,或,4、井下变压
18、器阻抗的计算（或查手册）,5、需要计算的量：,例2-2 某井下低压供电系统如图所示，其中W1为6KV铝芯铠装电缆，相组额定电压为660V，线路参数如图注，试计算S点的最小两相短路电流。,五、短路电流的力、热效应,电动力：供电系统中的电气设备和载流导体，当电流流过时相互间存在作用力，即一相电流所产生磁场对其它相电流的作用力。,动稳定性：要求电气设备和载流导线必须具有足够的承受短路电动力的能力。,1、短路电流的力效应,需校验的电气设备：断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器、电流互感器、母线、支柱绝缘子、套管绝缘子。,电气设备热稳定校验满足的条件：,2、电气设备的动稳定校验,或,3、短路电流的热效应,
19、通常认为在短路过程中，导体处在绝热状态，短路电流在导体中产生的热量全部用来是导体的温度升高，所以，凡是有可能流过短路电流的导体及设备都应进行热稳定校验。,需校验的电气设备：开关电器、电抗器、电流互感器、套管绝缘子、电缆等。,1）电气设备热稳定校验满足的条件：,4、电气设备的热稳定校验,2）母线与电缆满足热稳定的最小截面积：,要求：,1、绝对值法（欧姆法）：适用对象：特点、计算步骤。2、不对称短路电流的计算：（1）解析法。（2）表格法。,小结,思考题,1、短路类型、原因、危害。2、短路电流的计算方法。3、短路电流计算的目的和任务。,第七节 井下电网过流保护,主要内容,凡是流过电气设备或线路的电流
20、，如果超过其额定电流值或允许值，都叫做过电流。引起过电流的原因很多，如短路、过负荷、电动机单相运转（断相）等。,1）切除故障时间指从发生短路至断路器跳闸，电弧熄灭为止；,2）包含：保护装置动作时间+断路器跳闸时间（含灭弧时间）；,一、对过流保护的要求,灵敏性,对故障或不正常运行状态的反映能力；主保护（取1.5）；后备保护（取1.2）；熔断器（取 4-7）,电流保护,电压保护,可靠性,不拒动、不误动。具体情况不同各有所偏重 如：线路保护偏重选择性、井下偏重速动性。,1、熔断器,熔断器是一种在电路电流超过规定值并经过一定时间后使熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护装置。主要进行过流保护或过负荷保
21、护。,二、基本保护元件及电路,2、熔断器,3、熔断器的保护特性,1）高压管式熔路器,（1）户内式高压熔路器,熔断指示,跌落式熔断器结构原理图,（2）户外式高压熔断器,RW10-35型高压熔断器,（2）户外式高压熔断器,（1）组成：熔体和外壳（2）RM系列无填料封闭管式熔断器 A、结构：内壁采用易分解灭弧气体的纤维管、变截面熔体。B、原理：分解气体灭弧。短路时熔体在窄部熔断。C、作用：井下低爆开关。,RM10型低压熔断器结构,2）低压熔断器,（4）RL1型螺旋式熔断器 A、结构：有熔丝和石英砂。B、特点：属于限流熔断器。C、作用：用于小电流主电路、控制电路、井下低爆开关。,RL1型螺旋型熔断器,
22、2、电子型过流继电器,作用：利用电流的热效应制成的保护电器功能：过载保护,a）外形 b）结构图1-电流整定装置 2主电路接线柱 3复位按钮 4常闭触头 5动作机构 6热元件,3、热继电器,4、限流热继电器,三、井下过流保护整定,对于煤矿井下电网的过流（短路）保护的要求：,1）确保可靠性和快速性，兼顾选择性；,2）各级保护应有一级后备保护；,3）采用熔断器保护时，熔体必须与所保护的电缆截面相配合。,1、井下高压系统过流保护整定,1）变压器保护,（1）利用瞬时过电流继电器的保护,动作电流按照躲过变压器低压侧的尖峰负荷电流来整定：,保护装置的灵敏度检验：,（2）利用电子式高压综合保护器的保护,按照电
23、流互感器二次额定电流（5A）的倍数整定：,灵敏度检验：,（3）利用GL系列感应型过流继电器的保护,过负荷动作电流：,动作时间：,动作电流整定倍数：,速断动作保护电流整定：,灵敏度校验：,2）高压电动机保护,（1）利用瞬时过电流继电器的保护,动作电流按照躲过电动机启动电流来整定：,保护装置的灵敏度检验：,（2）利用GL系列感应型过流继电器的保护,过负荷动作电流：,动作时间：,动作电流整定倍数：,速断动作保护电流整定：,灵敏度校验：,3）高压电缆线路保护,（1）利用瞬时过电流继电器的保护,动作电流按照躲过线路最大工作电流来整定：,保护装置的灵敏度检验：,（2）利用感应式过流继电器的保护,反时限过负
24、荷保护：,动作时间阶梯：,灵敏度校验：,线路-变压器组速断保护：,线路速断保护：,灵敏度校验：,2、井下低压系统过流保护整定,1）熔断器熔体的选择、计算与配合,保护一个鼠笼电动机，熔体的额定电流应躲过电动机的启动电流：,保护多台鼠笼电动机供电干线的熔断器：,保护127V照明线路：,保护照明变压器：,保护电钻变压器：,2）灵敏度校验,3）所选熔体必须与电缆截面相配合,4）满足选择性要求。,2）过电流继电器的整定计算,保护支线：,保护干线，动作电流按照躲过最大一台电动机启动电流与其它用电设备额定电流之和。,校验过电流继电器的灵敏度：,3）电子保护器的过流值的整定,磁力启动器中电子保护器的过流值整定：,灵敏度校验：,p172-1741、4、5、7、17、18、20、21、22、23,作业,
