第三节 井下电气设备的保护接地

第三节 井下电气设备的保护接地 一、保护接她的作用 保护接地，就是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(电机、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 端盒与接线盒的金属外壳等)，和埋在地下的接地极连接起来。它是预防人身触电的一项极 其重要的措施。 保护接地 6b 作用如图 16图 16a 是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，再经其它两相 对地绝缘电阻回到电源。当电网对地绝缘电阻较低时，则通过人身的电流将达到危险值。 同时，碰壳处出现的漏电流也可能引起瓦斯、煤尘爆炸。 图 16b 是有保护接地时的情况。达时，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，电流将通过人身电阻与接地装置的接地电阻形成的并联电路入地 再通过其它两相对地绝缘电阻回到电源。由于接地装置的分流作用，通过人身电流就大大 减少。通过人身的电流与通过接地极的电流有如下关系： d r r d R R I I r d dr R R II 可见接地电阻 Rd 愈小，则通过人身的电流 Ir 愈小，电流大部分由接地极入地。 所以，只要将接地电阻的数值控制在规程规定范围以内，就可使通过人身的电流小到安全 值以内。 另外，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装置入地。 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，大大减小了电火 花的能量，从而减少了引起瓦斯、煤尘爆炸的可能性。 当电气设备单相碰壳，接地电流 Id 经接地极入地以后，便向四面八方流散开来，形成 地中电流。由于距接地极越近的地方，电流通过土壤的导电面积越小；距接地极越远的地 方，导电面积越大。假若我们在电流扩散的方向上选同样长一段长度，就可以看出：距接 地极越近的地方，该段土壤的电阻越大；越远的地方，该段电阻越小。离接地极 20 米以外 的地方，土壤电阻很小，差不多等于零。电流通过电阻是要产生压降的，因此距接地极越 近的地方，在土壤中单位长度上的电压降越大；距接地极越远的地方，单位长度上的电压 降也就越小。在 20 米以外的土壤中，几乎没有电压降，因而认为该处的电位为零，这就是 我们所说的电气上的“地” 。接地回路中任何一点对“地”的电位差称为对地电压。接地极 附近土壤中的电位分布曲线如图 17 所示。 接地极的对地电压与经接地体流入地中四蟹地电流之比邪刀强地被则抓 gL 电阻；屯。 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。一般因为接地线的电阻甚小，可略去不计，故可认为接地电 阻等于流散电阻。 当人接触到意外带电的金属外壳时，则人体接触部分的电位与站立点之间的电位差就 是人们所说的接触电压 U1。由图 17 可知，接触电压 Ut 的最大值可达电气设备的对地电 压 Ud 接触电压一般不应超过 40 伏。 在距离接地极 20 米以内，地面上将呈现出不同的电位分布(图 17)。当人的两脚站在 这种带有不同电位的地面时，两脚间的电位差称跨步电压 Uk，在计算时，一般取步胚为 08 米，即取 08 米间的电位差为跨步电压。由图 17 可知，距接地极越近，跨步电压 越大，反之越小。 二、并下保护接地系统 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 18 所示的系统中， 电动机 DI 和 D2 均装设了单独的保护接地装置。当电动机 D 1 的一 相绝缘巾穿(例如 a 相)，使其外壳带电；如电网没有绝缘监视或绝缘监视失灵，这一接地 故障将长期存在下去。若电动机 D2 的另一相(如 b 相)绝缘击穿碰壳，这时电网就发生了两 相 x 他短路，短路电流如图 18 中箭头所示。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 D1 和 D 2 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 380 伏电网对地电压为 190 伏；660 伏电网对地电压为 330 伏。可见，这时如人触及该电动机外壳时，是非常危险的. 为了提高保护接地的安全性和可靠性，通常利用供电的高、低压铝装电缆的金属外皮 (铅包和金属销装层)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、远输大 巷、采区变电所以及工作面配电点的电气设备(36 伏以上)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(或称局部接地极)也并联起来，形成一个井下保护接地系统(或 称总接地网)。这样做不仅降低了接地电阻，而且也防止了不同电气设备的不同相同时碰壳 (接地)所带来的危险， 因为这时两相短路电流主要通过接地网流通!如图 19 所示。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。 图 110 为井下保护接地系统示意图。由图可知，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 075 平方米，厚度不小于 5 毫米的钢板做成。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，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，每个水平的总接地网都要与主接地极连接。 矿井内分区从井亡独立供电者(包括钻眼供电)，可以单独在井下或井上设置分区的 i 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称为局部接地 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响室和单独的高压配电装置； 2)采区变电所(包括移动变电站)和至少有三台开关的低压配电点； 3)连接动力销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，置一个局部接地 极。至少要分别设局部接地极可用面积不小于 0.6 平方米，厚度不小于 3 毫米的钢板；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 35 毫米，长度不小于 1.5 米的镀锌钢管， 管上要钻直径不小于 5 毫米的透孔 20 个以上，钢管必须埋设于潮湿的地方。 连接井底主、副水仓内主接地极的母线称为接地母线。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。 接地母线及变电所辅助接地母线应采用截面不小于 100 平方毫米的镀锌扁钢(或镀锌钢绞线)或 截面不小于 50 平方毫米的裸铜线。采区配电点及其他机电响室的辅助接地毋线应采用截面 积不小于 50 平方毫米的镀锌扁钢(或镀锌钢绞线)，或截面积不小于 25 平方毫米的裸铜线。 从总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 50 平方毫米的镀锌扁钢(或镀锌钢绞线)或截面不小于 25 平方毫米的棵钢线。电压为 127 伏及 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 6 平方毫米的裸铜线。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、局部接地极的连接要用焊接。接地导线和接地母线(或辅助接地 母线)的连接最好也采用焊接。无条件时，可用直径不小于 10 毫米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。 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。这时接地总线的一端接移动设备外壳，另一端接采区 配电点设备外壳。巷道内固定照明接线盒，可以每隔 100 米左右作局部接地一次。 对矿井接地系统的总接地电阻，一般均不进行计算，但必须定期测定。要求从任意一个 腾部接地装置处所测得的接地系统总接地电阻不得超过 2 欧姆。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 l 欧 2 第五节 电火灾产生的原因及预防方法 一、电火灾产生的原因 在煤矿井下， 由于电火花、电孤以及高温的导电部分，往往会引起可燃物质(煤、架、 电线、变压器油等)的燃烧，造成电火灾。 产生这种电火花、电弧及导电部分温度升高的原因如下： 1)灼热的导线。由于熔断器熔件额定电流选择与电缆芯线截面不配合，使芯线过负荷； 短路时熔丝不熔断造成导线温度升高到超过允许值，使电缆着火，进而引起火灾； 2)电路中导电部分各元件接触不紧密时接触电阻增大，电流通过时，接触处生很高 的温度而导致火灾。电缆连接不好是引起井下火灾的重要原因。尤其是电线接线盒因施： 质量不高，留有空隙，当潮气侵入后，在受热时气体膨胀，严重时就可能发生电线接线盒 爆炸事故； ， 3)变压器油吸收了水分后绝缘水平降低，将使油浸变压器、油断路器、油涅控制器等 电气设备形成电弧和相间短路。在高温下，不仅变压器油容易燃烧起来，而且它能分解出 含氢的混合气体，在高温下也能引起爆炸； 4)井下照明灯覆盖着煤尘，使电灯散热不良，温度升高，导致煤尘点燃而造成火灾。 造成火灾后，不仅国家财产遭到严重损失，使生产停顿，而且煤燃烧以后会产生大结 的一氧化碳和二氧化碳，这对工作人员生命安全造成很大的威胁。所以必须预防电火灾的 发生。 二、预防电火灾的方法 针对电火灾产生的原因，可以采取如下预防措施。 1)按照允许温升的条件来正确选择、使用和安装电气设备及电缆； 2)为了防止电路发生短路及过负荷，必须在电路中使用可熔保险丝、热继电器、过流 继*巳器等保护装置。使用熔断器时，应注意熔体额定电流与电缆最小截面配合；使用热继 电器时，应注意热元件额定电流与电动机实际长时工作电流接近；使用过流继电器时，膛 注意保护动作灵敏度校验，灵敏度不够时必须采取措施。以便当电路中电流超过允许值时， 能自动地可靠地将用电设备从电源切断； 3)电气设备与电缆联接部分的接点不应松动，在运行中应经常检查和修理。橡交软电 缆损坏处的修理应该用热补。电缆连接用的接线盒在安装时应注意保证质量。运行中需要 经常拆开的橡套电缆接头，必须使用插销连接。敷设电缆时，应注意防止岩石、支架塌落 或矿车出轨时将电缆碰坏。铝装电缆的黄麻外护层最易燃烧，故井下响室及木支架巷道一 律不许采用带黄麻外护层的电缆； 4)变压器油应定期取样试验，若其绝缘性能降低时，必须经过过滤和再生处理，提高其 绝缘性能，并经耐压试验后，才能使用； 5)井下照明灯必须有保护罩或使用日光灯。因日光灯温度不高，不会引起煤尘燃烧。 三电火灾购扑灭方法 电