电气安全第六讲.ppt

1,电气安全与保护,第六讲矿山电气设备与保护,2,第六讲矿山电气设备与保护,主要内容1.煤矿井下环境特点及对矿用电气设备的要求2.瓦斯、煤尘爆炸条件分析3.防止瓦斯煤尘爆炸的预防措施4.矿用电气设备的类型与防爆原理5.煤矿井下的漏电/人身触电分析6.煤矿井下漏电保护的实现矿山供电系统（视频）矿山生产系统（视频）,3,一、煤矿井下环境特点及对矿用电气设备的要求,1井下有瓦斯、煤尘等易爆环境下矿用电气设备必须具有防爆性能。2电气设备应尽可能体积小、重量轻，以便运输、安装、移动。3电气设备应有坚固的外壳，加强绝缘及防护，有较强的抗震能力。4要求电气设备防潮性能好，较高的绝缘水平。5.电气设备尽量选择铜作导体，并采用较高的绝缘等级。6.电机等拖动设备有较大启动力矩和较强的抗过载能力。7.煤矿井下供电系统及设备必须采用各种预防措施，同时设置完善的保护系统。,4,二、瓦斯、煤尘爆炸条件分析,瓦斯浓度（即在空气中的含量）达到5%16%，遇到温度达650750的点火源，如明火、灼热导体、电火花等，就可能发生爆炸。最容易引爆的瓦斯浓度是8.5%，爆炸压力最大的瓦斯浓度是9.5%；当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层；瓦斯浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。煤尘的粒度在1m1mm范围内，挥发分指数（即煤尘中所含挥发物的相对比例）超过10%，其在空气中的悬浮含量达到302000g/m3时，具有爆炸性，浓度在300400g/m3时爆炸力最强。煤尘引燃温度在6101050之间，一般为700800。引燃温度越高，越容易引起爆炸。,5,瓦斯、煤尘爆炸条件,矿井发生瓦斯、煤尘爆炸必须同时具备以下2个条件：（1）瓦斯、煤尘浓度在爆炸浓度范围之内。（2）存在足够高温度的点火源。如明火、高热导体、电火花等。当瓦斯中含有煤尘时，会使爆炸浓度的下限降低。,6,引爆延迟时间,瓦斯煤尘从接触点火源引起发生化学反应到发生爆炸要经过一个很短的时间，这种现象称为引爆延迟现象，该时间称为引爆延迟时间（也称瓦斯爆炸的感应期）。引爆延迟时间随点燃温度的升高而缩短，随瓦斯煤尘的浓度的降低而增大，一般不超过几秒。对指导煤矿安全生产的意义。在设计制造矿用电气设备时，常用点燃温度来确定电气设备及导电体的最高允许温度，而利用引爆延迟时间来确定快速保护的动作时间，实现在引起爆炸前切断点火源。,7,三、防止瓦斯煤尘爆炸的预防措施,（1）严格控制瓦斯和煤尘的浓度在规定浓度以下。（2）采取一切措施杜绝井下高温火源的产生。（3）设置完善的井下供电保护系统。（4）加强技术管理，强化安全意识。,8,四、矿用电气设备的类型与防爆原理,矿用电气设备分为矿用一般型和矿用防爆型1矿用一般型电气设备只能用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所，如低沼气矿井的井底车场、主进风巷道及井下中央变电所等区域可以选用矿用一般型电气设备。在其外壳的明显处，均有清晰的永久性金属凸纹红色标志“KY”。矿用一般型电气设备具有坚固的外壳，能够防止任何人员从外部直接接触带电体；有良好的封闭性，满足防水、防潮、防外物的要求；有电缆引入装置，引入电缆的接线端子有足够的空气间隙和漏电距离的要求，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有机械闭锁，有内外接地螺栓，并标有接地符号。,9,2矿用防爆型电气设备,2矿用防爆型电气设备防爆型电气设备是指采取了特别的防爆措施，可以在爆炸危险环境场所正常安全使用的电气设备。其按使用环境的不同分为两类：I类：煤矿井下用防爆电气设备。能在井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所使用。II类：工厂用防爆电气设备。适用于有各种爆炸性气体或可燃物的化工厂、石油开采、石油炼制、舰船等场所使用。防爆电气设备的总标志为“Ex”。将不同防爆电气设备的类型、类别、级别和组别连同防爆设备的总标志“Ex”一起，构成防爆标志。要求在电气设备外壳的明显处，设有清晰的永久性金属凸纹红色防爆标志，如“ExdI”。矿山防爆电器设备安装维护（视频）,10,2矿用防爆型电气设备,国家标准GB3836-2000将防爆电气设备按防爆结构的不同分为10种基本类型：（1）隔爆型电气设备（d-类型代号）。它是一种具有隔爆外壳的电气设备。该外壳既能承受其内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，又能防止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。（2）增安型电气设备（e）。对正常运行时不会产生电弧、火花或危险高温的电气设备，采取加大绝缘、增大电气间隙和漏电距离等方式，进一步提高安全程度，防止内部发生短路及接地故障，并严格控制外壳的表面温度，以达到防爆的目的的设备。（3）本质安全型电气设备（i）。全部电路均为本质安全电路的电气设备。采用IEC76-3火花试验装置，在正常工作或规定的故障状态下产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物。,11,2矿用防爆型电气设备,（4）正压型电气设备（p）。将新鲜空气或惰性气体充入密封具有正压外壳的电气设备外壳内部，并保持一定的正压，以阻止设备外部的爆炸性混合物进入外壳内部，使点火源与周围的爆炸性混合物隔离，达到防爆目的。（5）充油型电气设备（o）。将可能产生火花、电弧或危险高温的带电部件浸在变压器油（绝缘油）中，使之不与油面上爆炸性混合物相接触，电弧或火花在油中被冷却熄灭，不致引燃油面上的爆炸性混合物，达到防爆目的。（6）充砂型电气设备（q）。外壳内充填砂粒材料，使之在规定的使用条件下壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或砂粒材料表面的过热，均不能点然周围爆炸性混合物的电气设备。,12,2矿用防爆型电气设备,（7）浇封型电气设备（m）。整台设备或其中部分浇封在浇封剂中，在正常运行和认可的过载或认可的故障下，不能点燃周围的爆炸性混合物的电气设备。（8）无火花型电气设备（n）。在正常运行条件下，不会点燃周围爆炸性混合物，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备。（9）气密型电气设备（h）。具有气密封外壳的电气设备。气密封外壳是用熔化挤压或胶粘的方法进行密封的外壳。这种外壳能防止壳外气体进入壳内。（10）特殊型电气设备（s）。是指采用的防爆措施不为上述9种基本防爆类型所包括，但经过防爆检验证明确实具有防爆性能的电气设备。这种特殊的防爆电气设备，是使点火源与爆炸性气体混合物进行了隔离，即正常或故障时产生的危险因素，不与爆炸性混合物直接接触，一般采用网罩隔爆结构或微孔隔爆结构。,13,2.1矿用隔爆型（ExdI）电气设备,矿用隔爆电气设备的隔爆外壳利用了间隙防爆原理设计制造，具有足够的机械强度，能耐受内部爆炸性混合物可能产生的最大压力，并通过严格控制结合面的间隙、宽度及加工光洁度，使电气设备外壳内部发生的电火花及爆炸不致引燃外部爆炸性混合物。即要求隔爆外壳要有耐爆性和隔爆性能。耐爆性也称为爆炸稳定性，即外壳要有足够的机械强度，在外壳内爆炸性混合物的爆炸压力作用下，外壳不致于被破坏，因而爆炸所产生的火焰不能直接去点燃壳外的爆炸性混合物。试验证明，当爆炸性混合物爆炸时，外壳内产生的最大压力为0.73MPa，设备外壳净容积不同，所产生的最大压力也不同，一般都比此值小。所以，必须根据净容积的大小来确定电气设备外壳的机械强度。隔爆外壳的机械强度要求见表4-2。,14,表隔爆外壳的机械强度要求,15,矿用隔爆型（ExdI）电气设备,设计隔爆外壳时，应尽量避免具有多个连通空腔的结构，这种结构由于爆炸有先后之分而极易产生压力叠加现象，使外壳不能承受而损坏。隔爆性亦称不传爆性，即当爆炸性混合物在外壳内爆炸所产生的高温气体与火焰，通过外盖与壳体的接合面喷向壳外时，受到足够的冷却，使之不能将壳外爆炸性混合物点燃。隔爆外壳的隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆面光洁度等参数来保证，这三个参数通常称为隔爆三要素。,16,矿用隔爆型（ExdI）电气设备,壳内爆炸的火焰，以发火点为中心向外扩散，并通过壳体隔爆法兰盘向壳外扩散，对整个壳体而言，法兰盘的宽度就是隔爆面的长度，通常用符号“L”表示。当壳内爆炸向壳外扩散时，法兰隔爆面能吸收大量热量，使通过的火焰及喷射物温度急剧降低，以致达不到点燃温度。隔爆接合面相对表面间的距离称为间隙厚度，也可以叫气隙厚度，通常用符号“W”表示。间隙的作用是：使壳内爆炸喷射物与隔爆面紧密接触，有利于温度的降低；能破坏向外喷射火焰的结构，使锥形火焰变成舌状，接触面增大，有利于冷却；滞缓爆炸喷射物的速度，延长了冷却时间，加大了热损失；间隙有漏气泄压作用，降低壳内爆炸所产生的压力，减小对外壳的爆炸冲击力。隔爆接合面如果比较粗糙，一方面等于增大了隔爆接合面的间隙，影响隔爆性能；另一方面，表面粗糙容易积存灰尘，造成表面生锈，而生锈的间隙，在爆炸火焰的作用下，会脱离出金属粒子，灼热的金属粒子向外喷出，降低隔爆性能。接合面表面平均粗糙度不能超过6.3m。,17,2.2矿用本质安全型（ExibI）电气设备,在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障条件下，所产生的电火花和热效应，均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路，叫做本质安全电路（简称本安电路），所有电路均为本安电路的电气设备叫做本质安全型（简称本安型）。试验表明，当瓦斯浓度为8.2%8.5%时最容易爆炸，所需点燃瓦斯的最小能量为0.28mJ，只要将电路中的能量限制在点燃瓦斯的0.28mJ之内，就可实现安全火花。,18,本质安全电路的设计要点,采用以下措施来降低电火花的能量：（1）在合理选择电气元件参数的基础上，尽量降低电源供电电压。（2）在电路中串接限流电阻或利用导线本身电阻来限制电路的电流。（3）电感元件两端并联二极管，消耗电感元件释放出来的磁场能量。（4）电容元件两端并联二极管或电阻，消耗电容元件释放出来的电场能量。（5）在本安电路与非本安电路间采用安全栅，防止非本安电路的能量进入本安电路，限制电火花能量。,19,复合式本安型电气设备,本质安全型设备只能用于低电压、小电流的电路中，如信号指示、监测仪表、控制保护等回路。本质安全型电气设备分为单一式和复合式两种形式。单一式本安型电气设备是指电气设备的全部电路都是由本质安全电路组成的，如便携式仪表。复合式本安型电气设备是指电气设备的辅助回路是本质安全电路，主回路是非本安电路，如矿用隔爆兼本安型电气设备（ExdiaI或ExdibI）。,20,2.3矿用增安型（ExeI）电气设备,增安型设备是对在正常运行条件下不会产生电弧或火花的电气设备进一步采取措施，提高其安全程度，防止电气设备产生危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。增安措施：制成有效的防护外壳；选择合适的爬电距离和电气间隙；提高绝缘材料的绝缘等级；限制设备的温度；电路和导线要可靠连接。增安型电气设备的外壳应具备较好的防水、防外物能力，以确保增安型电气设备安全可靠运行。为此，增安型电气设备的外壳应采用耐机械作用和热作用的金属制成。对有绝缘带电部件的外壳，其防护等级应达到IP44，对于有裸露带电部件的外壳，其防护等级应达到IP54。,21,2.4矿用电气设备的使用范围及选用,22,五、煤矿井下的漏电/人身触电分析,煤矿井下电网的三大保护漏电保护保护接地过流保护,23,五、煤矿井下的漏电/人身触电分析,漏电是电网对地发生电能泄漏的电气故障，特征是电网对地的绝缘阻抗降低，泄漏入地电流增大。触电是电网发生漏电故障的一种形式，直接威胁工作人员的生命安全。,24,1.漏电故障的基本概念,正常情况下电网对地绝缘阻抗很大，流入大地的泄漏电流很小，不认为是漏电故障。当流入大地的电流增大到几十毫安、几安培甚至几十安培时，判定电网发生了漏电(接地)故障。当入地电流增大到几百安培以上时，已超出漏电故障，成为过流（短路）故障。正常泄漏/漏电故障/过流（短路）故障的判断:一般根据电流的大小、电网的结构、电压等级、中性点接地方式等各种因素综合考虑，彼此之间没有严格的界限。,25,中性点直接接地的低压供电系统，发生单相导线直接接地，接地电流为几百、几千安培，属于短路故障。若发生单相经较大过渡阻抗接地，入地电流一般不会超过几个安培，属于漏电故障。中性点不接地的低压供电系统，电网对地绝缘很好，若发生单相导线直接接地，电网通过接地点流入大地的电流一般不足1A，属于漏电故障。中性点经高阻抗接地或消弧线圈接地的供电系统，当发生单相直接接地或经过渡阻抗接地，入地电流也不大，属于漏电故障。,1.漏电故障的基本概念,26,我国井下普遍使用变压器中性点绝缘的低压供电系统中性点绝缘的低压供电系统中发生单相接地（直接接地/经过过渡阻抗接地）、两相及三相对地总绝缘阻抗下降到一定危险值的电气故障为漏电故障，简称漏电。人身触电属于其中的单相经过过渡电阻接地的漏电故障。,1.漏电故障的基本概念,27,漏电可分为集中性漏电和分散性漏电。集中性漏电又分为长期集中性漏电、间歇性集中漏电和瞬间集中漏电。从理论分析的角度，漏电可分为单相漏电、两相漏电和三相漏电。其中单相、两相漏电为不对称漏电故障，三相漏电为对称性漏电故障。,1.漏电故障的基本概念,28,2.产生漏电的原因,1）电缆或电气设备本身的原因（1）敷设在井下巷道的电缆由于井下环境潮湿，且运行多年，其绝缘老化或潮气入侵，引起绝缘电阻下降，使正常运行时系统对地的绝缘阻抗偏低或发生漏电。如果偶然发生过电压冲击，也会使绝缘水平较低处发生击穿，产生集中性漏电。（2）开关设备长期使用，接线板潮湿可能造成漏电；内部元件或导线绝缘老化或导线头碰壳也会造成漏电；自动馈电开关中的过流继电器，当调整螺杆过低时也会因相对地放电造成漏电。（3）长期使用的电动机，工作时绕组发热膨胀，停机后冷却收缩，使绝缘在冷缩中形成缝隙，潮气、粉尘容易进入，在发生绝缘受潮、绕组散热不好时使绝缘材料变性、老化造成漏电。电机内接头脱落导致一相导线接触外壳形成单相漏电故障。,29,2.产生漏电的原因,2）因施工安装不当引起漏电（1）电缆施工接线错误；橡套电缆接头违反施工工艺要求等；（2）电缆与设备连接时，芯线接头不牢、封堵不严、压板不紧，运行或移动过程造成接头脱落或接头松动等；（3）橡套电缆违反规定用铁丝或铜丝悬挂，时间长造成漏电；（4）开关或其他电气设备的内部接线错误，或接头松脱，导致漏电。,30,2.产生漏电的原因,3）因管理不严引起漏电（1）管理不严，电缆被埋或脱落浸泡水中而引起漏电故障；（2）电气设