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煤矿电气安全管理 主讲 郭金龙 电能是煤矿生产的主要能源 煤矿井下处处用电 因此 煤矿电气安全管理是整个煤矿安全管理的重要组成部分 加强和完善电气安全管理是做好煤矿安全工作的保障之一 对避免和减少煤矿井下重大安全事故的发生具有十分重要的作用 井下电气设备种类繁多 操作技术性强 对其合理使用和安全操作的要求十分严格 电气设备的使用不当和误操作是引发煤矿事故的主要原因 据统计 全国每年发生的特大事故中 其中人为电气事故占30 40 可见电气安全在煤矿安全中的重要地位 煤矿电气安全管理的目的 一 保障电气设备正常 可靠运行二 避免人身伤亡事故和设备事故的发生煤矿电气设备安全管理的特点 电气安全管理是一个系统工程 贯穿于从选型 采购 入库检验 安装调试 使用 检修 事故调查 处理等生产全过程 该系统由 软件 和 硬件及 人 三部分组成 软件 指 煤矿安全规程 等技术法规 各类设备管理 安全用电检修等规章制度 硬件 指能对电气设备入矿进行安全 性能等综合检验的仪器 仪表 安装 维修电气设备时使用的各类保安工具 为避免事故而设置的各类保护器具 人 是系统过程中最主要的因素 因为系统中的 软件 和 硬件 都要靠人来掌握和使用 一般情况下 人为因素是安全管理系统失败 事故频发的主要原因 第一节煤矿电气安全基础一 煤矿供电 一 煤矿电力负荷对供电的要求与分类1 煤矿电力负荷对供电的要求由于煤矿的生产作业条件的特殊性 对供电有如下的基本要求 1 供电可靠 2 供电安全 3 有良好的供电质量 4 有足够的供电能力 5 供电经济 2 煤矿电力负荷的分类在煤矿企业中 不同的电力用户对供电可靠性的要求不完全相同 因此通常将它们分为三类 1 一类负荷 因突然停电造成人身伤亡事故或重要设备损坏 给企业造成重大经济损失的 属于一类负荷 如煤矿主排水泵 主通风机 副井提升机等 这类负荷应采用来自不同母线的双回路电源供电 2 二类负荷 因突然停电造成较大减产和较大经济损失的 如 主井绞车 采区变电所 空压机等 3 三类负荷 突然停电时对生产没有直接影响的 二 矿井供电电压等级 煤矿安全规程 规定 井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级 应符合下列要求 高压 不超过10000V 低压 不超过1140V 照明 信号 电话和手持式电气设备的供电额定电压 不超过127V 远距离控制线路的额定电压 不超过36V 采区电气设备使用3300V供电时 必须制定专门的安全措施 我国煤矿供电电压等级有 1 35KV 矿井地面变电所变电电压 2 6KV或10KV 井下供配电电压 3 3KV或1140V 井下综采工作面供电电压 4 660V 低压动力电压和配电电压 5 380V 地面或小型矿井井下动力电压和配电电压 6 220V 地面的照明或其他用电压 7 127V 井下照明 信号 手持式电气设备 电话的最高限额电压 8 36V 井下设备控制回路的电压 9 直流250V 550V 直流架线电机车常用额定电压 电压偏移允许值从确保电气设备正常工作和安全考虑 电气设备受电端子电压必须在电压偏移允许值内 电压偏移过高或过低 都会造成不良的后果 使其工作参数超越允许值 煤矿井下多采用鼠笼型异步电动机 直接启动时的启动电流可达额定电流的 倍 大容量鼠笼型异步电动机启动时 在电网上会引起很大电压损失 为此 要求端电压应满足电动机所需最小启动转矩 满足电磁启动器吸力线圈有足够吸持电压 电磁启动器线圈吸持电压一般为70 额定电压 故要求大型电动机启动时 电压偏移不能超过30 以保证供电系统的稳定工作 三 煤矿供电系统煤矿用电来自电力系统或矿区发电厂 电力系统由发电厂 输电线路和升降变电所组成 为保证供电的可靠性 供电系统中各变电所应有两条独立电源 矿井供电系统由矿井地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 工作面配电点和输配电线路按照一定方式相互连接起来组成的整体 大型矿井一般采用三级供电方式 即地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 而中小型矿井一般采用二级供电方式 即地面变电所 采区变电所 地面变电所有两回路电源进线 一般为35KV 配电电压为6KV 矿井地面变电所是矿山供电的枢纽 担负着全矿的供电任务 井下中央变电所一般与井下中央水泵房合建在一个硐室内 就设在井底车场附近 凡是进入矿井井筒的供电设备及电缆所组成的供电线路 均属于井下供电系统 一般由两条高压 6KV 下井电缆 井下中央变 配 电所 采区变电所 防爆移动变电站 工作面配电点以及用于输配电用的各类电缆等组成 防爆移动变电站主要用于对容量较大的机组电动机供电 允许放置在采掘工作面附近 以缩短低压供电距离 改善对机组等大容量设备的供电质量 对煤矿供电的典型电力系统如下图 井下系统的供电方式 由矿井地面变电所的6kv母线上引出下井电缆 沿井筒送到井下中央变电所 然后再从中央变电所通过沿巷道敷设的高压电缆 把电能输送到井下各高压用户和采区变电所 形成地面变电所 井下中央变电所 采区变电所的三级高压供电方式 井下中央变电所直接将高压电能转送到各采区变电所和井底车场及其附近巷道 硐室的高压用电设备 采区变电所是把中央变电所送来的6KV电压降为380 660V 用低压电缆向各工作面配电点及用电设备供电 对于机械化程度较高 用电量较大的综采或高档普采工作面 在采区变电所一般不降压 由采区变电所把6KV电压直接用高压电缆送到工作面附近的移动式变电站 移动变电站将电压降为1140V或660V后 由工作面配电点向综采和高档普采工作面的各种用电设备供电 采区变电所采区供电系统是采区用电的中心 它的电源由中央变电所提供 其主要任务是将高电压变为低电压 并将此电压分配到本采区所有采掘工作面及其他用电设备 1 采区变电所的位置采区变电所的位置决定于低压供电的电压等极 供电距离 采煤方法 采区巷道布置方式 机械化程度和采煤机组的容量大小等因素 采区变电所的位置应按以下原则确定 1 通风良好 进出线及设备运输方便 2 每个采区最好只设一个采区变电所对全采区采掘工作面供电 如不可能 也应尽量少设变电所 并尽量减少变电所的迁移次数 3 尽量接近负荷中心 变电所至工作面的最远距离与最大容量的用电设备的电压损失应保证在允许的范围之内 4 顶 底板稳定并避免淋水 在实际工作中 大多数情况下均把采区变电所设在上 下 山巷道之间靠近运输平巷的地方 2 采区变电所的硐室和设备布置采区变电所的碉室要符合以下安全要求 1 变电所嗣室应用耐火材料砌成 硐室出口附近5m以内巷道支架 必须用耐火材料 2 硐室出口应设两重门 即铁板门与铁栅门 铁栅门平时关闭 铁板门平时敞开 向外开 当硐室内发生火灾时 铁板门应自动或手动关 3 硐室中敷设的电缆应去掉易燃外皮 硐室应设有砂箱和干式灭火器 4 为通风 碉室长度超过5m时应设两个出口 采区变电所内的主要电气设备有 动力变压器 高压配电箱 各种低压开关 照明综合保护装置 及检漏继电器等 电气设备在变电所硐室内的布置通常是高压设备集中布置在一侧 低压设备布置在另一侧 根据具体情况 也可将高低压设备布置在同侧 各电气设备之间应不得小于800mm 设备与墙壁之间的维护通道应不得小于500mm 若无需从两侧或后面进行维护 检查时 也可以不留通道 高压隔爆开关正面操作通道的宽度 在单排布置时 不小于1400mm 双排布置时 不小于1800mm 3 采区变电所的接线采区变电所是采区供电的中心 其任务是将井下中央变电所送来的6KV高压电能降为380 660V低压 向采掘工作面配电点及其它电气设备供电 1 采区变电所的高压接线采区变电所一般属于二类负荷 其供电电源可采用单回路专用线供电 但是随着煤矿采掘机械化程度的提高 综采和综掘设备在煤矿生产个已广泛应用 并且其产量和进尺对整个矿井生产具有很大的影响 因此 对综合机械化采煤和掘进工作面常要求两回路电源供电 以保证矿井的原煤产量和掘进进尺不受到大的影响 1 单电源进线单电源进线可分为两种接线方式 无高压出线且变压器不超过两台的采区变电所 可不设电源进线开关 其典型接线如下图 a 所示 有高压出线的采区变电所 为了便于采区操作 一般设进出线开关 如下图 b 所示 2 双电源进线双电源进线一般用于日产水平很高 如综采和综倔工作面 或接有下山排水泵等重要设备的采区变电所 亦有两种接线方式 一回路供电 一回路备用 带阴影线开关为分断 如图 c 所示 两回进线均设开关 如出线及变压器台数较少时 母线可不分段 两回路同时供电 如图 d 所示 两回进线均没开关 且母线设分段开关 正常情况下分段开关打开 保持电源在分裂运行状态 当一路电源故障停电时 合上母联开关 保证对负荷的供电 向移动变电站供电的高压电缆由变电所内的高压配电开关配出 如图 e 所示 2 采区变电所的低压接线下图为四种典型的采区变电所低压接线 对于一台变压器的采区变电所 当变压器容量小于315KVA或是采用660V电压供电时 可采用一根电缆一台馈电开关的接线方式 如下图 a 所示 当变压器容量为315KVA且采用380V电压供电时 如馈电开关额定电流不够 可采用两台馈电开关两路电缆供电的方式 如下图 b 所示 对于两台变压器的采区变电所 其低压接线分为低压侧无联络开关和有联络开关两种接线方式 下图 c 为低压侧无联络开关的接线图 它适用于无重要负荷的采区供电 允许当一台变压器故障停电时停止部分工作面设备的供电 下图 d 出为低压侧有联络开关的接线方式 当1号变压器故障 其负荷由2号变压器供电时 要切除1号检漏继电器 并需断开1号变压器的二次电路 以防一次侧出现反馈电 当2号变压器发生故障时 合上联络开关之前要切除二次侧总开关及2号检漏继电器 这种接线方式只有在必须保证低压侧不间断供电时才使用 正常情况下低压侧分列运行 二 矿井供电安全与相关规定 一 规程 对矿井供电的要求供电安全是一项至关煤矿生产和人身安全的重要问题 为保证供电安全 制定了各种相关的规程 这些规程中的相关规定都是安全事故教训和经验的总结 1 矿井应有两回路电源线路 当任一回路发生故障停止供电时 另一回路应能担负矿井全部负荷 2 矿井的两回路电源线路上不得分接任何负荷 3 正常情况下 矿井电源应采用分列运行方式 一回路运行时另一回路必须带电备用 以保证供电的连续性 4 10KV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设 5 矿井电源线路上严禁装设负荷定量器 6 严禁井下配电变压器中性点直接接地 严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电 7 井下低压配电系统同时存在2种或2种以上电压时 低压电气设备上应明显地标出其电压额定值 矿井高压电网 必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A 9 煤电钻必须使用设有检漏 漏电闭锁 短路 过负荷 断相 远距离起动和停止煤电钻功能的综合保护装置 每班使用前 必须对煤电钻综合保护装置进行1次跳闸试验 10 直接向井下供电的高压馈电线上 严禁装设自动重合闸 手动合闸时 必须事先同井下联系 井下低压馈电线上有可靠的漏电 短路检测闭锁装置时 可采用瞬间1次自动复电系统 11 井上 下必须装设防雷电装置 并遵守下列规定 I 经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线 必须在入井处装设防雷电装置 II 由地面直接入井的轨道及露天架空引入 出 的管路 必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好的集中接地 III 通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置 12 对井下各水平中央变 配 电所 主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路 不得少于两回路 当任一回路停止供电时 其余回路应能担负全部负荷 主要通风机 提升人员的立井绞车 抽放瓦斯泵等主要设备房 应各有两回路直接由变 配 电所馈出的供电线路 受条件限制时 其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置 13 防爆电气设备入井前 应检查其 产品合格证 煤矿矿用产品安全标志 及安全性能 检查合格并签发合格证后 方准入井 14 电气设备不应超过额定值运行 井下防爆电气设备变更额定值使用和进行技术改造时 必须经国家授权的矿用产品质量监督检验部门检验合格后 方可投入运行 15 矿井必须备有井上 下配电系统图 井下电气设备布置示意图和电力 电话 信号 电机车等线路平面敷设示意图 并随着情况变化定期填绘 图中应注明 a 电动机 变压器 配电设备 信号装置 通信装置等装设地点 b 每一设备的型号 容量 电压 电流种类及其他技术性能 c 馈出线的短路 过负荷保护的整定值 熔断器熔体的额定电流值以及被保护干线和支线最远点两相短路电流值 d 线路电缆的用途 型号 电压 截面和长度 e 保护接地装置的安设地点 二 用电安全作业制度安全用电作业制度 是保证安全用电 职工人身安全和减少或杜绝电气事故 促进安全生产 提高经济效益的重要保证 安全作业制度主要有 工作票制度 工作许可制度 倒闸 试验操作票制度和工作监护制度 停 送电制度 1 工作票制度 在地面电气设备和线路上作业时 以及对井下高压电气设备进行检修及对重要线路和重要工作场所进行停 送电时 都必须使用工作票 并按工作票规定的内容进行工作 工作票的内容有 工作地点和工作内容 工作起 止时间 工作负责人 监护人 工作许可人和工作人员的姓名以及注意事项和安全措施 工作票的签发应有熟悉设备情况 熟悉 电气安全工作规程 的局 矿主管供电负责人签发 用钢笔或圆珠笔填写 一式两份 填写内容应正确清楚 不得任意涂改 其中一份留存在工作地点 由工作负责人执存 另一份由值班员收执 按值移交 值班员应将工作票号码 工作任务 许可工作时间及完成工作时间记入操作记录簿中 工作票应在工作前一天交给值班员 临时工作可在工作开始前直接交给值班员 若工作内容 工作人员或工作时间有变更 应提前修改或重新填写工作票 工作票签发人不得兼任该项工作的工作负责人 工作负责人可以填写工作票 工作许可人不得签发工作票 2 高压操作工作许可制度对地面变电所的电源进线及与进线有关的电气设备进行操作 检修时 都必须得到系统主管部门调度的批准 对地面和井下高压电气设备 必须经过矿生产调度的许可方能进行检修操作 对采区内的机电设备进行检修时 一般由采区自行决定 但影响较大的 应征得矿调度的同意 3 高压倒闸 试验操作票制度为了保证人身安全 防止因误操作而引起设备损坏事故 在进行高压电气设备和线路的倒闸操作和试验操作四 必须执行高压倒闸 试验操作票制度 在进行倒闸操作四 应由操作人填写操作票 操作票中应写明被操作线路编号及操作顺序 停电拉闸必须按断路器 负荷侧隔离开关 母线侧隔离开关的顺序依次操作 送电合闸操作顺序与此相反 严禁带负荷拉开隔离开关 4 工作票监护制度倒闸操作和井下电气设备的检修 必须由两个人执行 其中一人监护 一人操作 其中对操作现场和设备比较熟悉 级别较高的一人做监护人 全部操作结束后 应进行复查 特别重要和复杂的倒闸操作 应由熟练的值班员操作 由值班班长或值班负责人监护 在进行高压试验时 同样应有两人执行 一人监护 一人操作 试验现场应设置遮拦 并悬挂 止步 高压危险 的标示牌 同时派专人看管 若被试验设备的两端不在同一地点 两端均需派人看管 操作人员应使用经过试验合格的专用绝缘工具 并按规定戴绝缘手套 穿绝缘靴或站在绝缘台上 在整个工作过程中 监护人必须始终在工作现场 对工作人员的安全认真进行监护 原则上监护人不得参加具体操作 专职监护人不得兼做其他工作 5 停送电制度为了保证安全供电 防止人身触电 电气设备在进行检修 搬迁等作业时 必须遵守停电 验电 放电 装设接地线 设置遮拦和悬挂标示牌等规定程序 严禁带电作业 电气设备在进行停电检修时 必须严格执行谁停电 谁送电的停 送电制度 中间不得换人 严禁约时停 送电 6 井下 十不准 规定 1 不准带电检修 2 不准甩掉无压释放器 过流保护装置 3 不准甩掉漏电继电器 煤电钻综合保护和局部通风机风电 瓦斯电闭锁装置 4 不准明火操作 明火打点 明火爆破 5 不准用铜 铝 铁丝等代替保险丝 6 停风 停电的采掘工作面 未经检查瓦斯 不准送电 7 有故障的供电线路 不准强行送电 8 电气设备的保护装置失灵后 不准送电 9 失爆电气设备 不准使用 10 不准在井下拆卸矿灯 此外 井下供电还应做到 三无 四有 两齐 三全 三坚持 7 井下不得带电检修 搬迁电气设备 电缆和电线 检修或搬迁前 必须切断电源 检查瓦斯 在其巷道风流中瓦斯浓度低于1 0 时 再用与电源电压相适应的验电笔检验 检验无电后 方可进行导体对地放电 控制设备内部安有放电装置的 不受此限 所有开关的闭锁装置必须能可靠地防止擅自送电 防止擅自开盖操作 开关把手在切断电源时必须闭锁 并悬挂 有人工作 不准送电 字样的警示牌 只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电 8 操作井下电气设备应遵守下列规定 非专职人员或非值班电气人员不得擅自操作电气设备 操作高压电气设备主回路时 操作人员必须戴绝缘手套 并穿电工绝缘靴或站在绝缘台上 手持式电气设备的操作手柄和工作中必须接触的部分必须有良好绝缘 三 供电系统电气保护在供电系统的运行过程中 往往由于电气设备绝缘损坏 操作维护不当以及外力破坏等原因 造成短路 漏电 断相故障或其他不正常的运行状态 影响矿井的正常生产 甚至危及人身安全或造成瓦斯 煤尘爆炸事故 因此 供电系统发生故障时 必须及时采取有效排除措施 以免产生严重的后果 因此完善的供电系统电气保护是保证电气安全的重要措施 是对电气故障的保护 在故障状态时 发出信号或动作 我国煤矿井下电气设备和线路普遍具有和使用的三种保护类型 1 漏电保护 2 接地保护 3 过流保护另外还有 电压保护 包括欠电压和过电压保护单相断线保护风电 瓦斯电闭锁综合保护 对矿井电气保护装置的基本要求 1 选择性 当供电系统发生故障时 电气保护装置应能有选择地将故障切除 从而保证供电系统其他部分能正常运行 2 快速性 就是要求电气保护装置能快速切除故障 3 灵敏性 电气保护装置对其保护范围内的故障和不正常运行状态的反应能力称之为灵敏性 不同的保护装置和被保护设备对灵敏系数的要求也不相同 4 动作可靠性 动作可靠性是指线路和电气设备故障时 保护装置应能可靠动作 不会出现拒动 也不会出现误动 一 漏电保护1 漏电电网与电气设备的绝缘状态是重要的电气参数 电网与电气设备漏电是指绝缘电阻显著下降的现象 漏电概念 是指带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度 在电网对地电压的作用下 电流沿电网对地的绝缘电阻和分布电容流入大地 这一电流称为电网对地的漏电电流 简称漏电 漏电故障是低压供电系统中的常见故障 漏电故障类型 1 集中性漏电 若供电系统中某一处或某一点的绝缘受到破坏 其绝缘阻值低于规定值 而供电系统中其余部分的对地绝缘仍保持正常时 叫做集中性漏电 2 分散性漏电 若供电系统网络或某条线路的对地绝缘阻值均匀下降到规定值以下时 称为分散性漏电 在井下供电系统中遇到的大多数漏电故障是集中性漏电故障 1 1 集中性漏电 另外 还可以分为单相漏电 两相漏电和三相漏电 单相漏电占漏电故障的85 左右 两相漏电所占的比例很小 三相漏电的发生率占10 左右 造成井下低压电网漏电的原因主要有 1 因电缆或电气设备本身引起的漏电 包括 a 敷设在井下巷道内的电缆 由于受环境潮湿等影响 运行后会出现绝缘老化或潮气入侵 引起绝缘电阻下降 造成电网漏电 b 长期使用的电动机因绝缘受潮 绕组散热不良等原因而使绝缘老化而造成漏电 2 因管理不当而引起的漏电 包括 a 由于管理不严 未按 煤矿安全规程 的规定敷设 电缆应用环境恶劣 导致绝缘老化 受潮而漏电 b 对已长期不用而受潮或遭水淹的电气设备 未经严格的干燥处理和进行对地绝缘电阻耐压试验 投入运行后极有可能发生漏电 甚至导致其它电气事故 c 电气设备长期过负荷运行 造成温升过高 绝缘老化而漏电 3 因操作不当引起的漏电 包括 a 机械损伤 井下人员工作时 不慎误将电缆割伤或碰伤导致漏电 电缆受到拉 挤 压等造成漏电 b 开关设备检修后 由于残留导体 误接线或间隙过小等原因 送电后会发生漏电 4 因施工不当引起的漏电 包括 a 电缆与设备连接时 由于芯线接头不牢 压板不紧或移动时造成接头脱落 使相线与设备外壳接触 导致漏电 b 电气设备内部接线错误 在合闸送电后会发生漏电 为防止漏电故障的发生 应采取各种预防措施 如正确选择和使用电缆 电气设备 提高工作人员的电气安全意识 加强对低压电气设备 电缆线路的运行维护和预防性试验等工作 保证在供电系统中消灭一切不符合要求的电气接头 以确保电网对地具有良好的绝缘水平 另外 当电网发生可能引起危险的漏电故障时 就必须依靠漏电保护装置 将故障设备 线路 的电源切断 以防止事态的扩大 漏电预防具体措施 1 避免电缆电气设备浸泡在水中 防止电缆受挤压 碰撞 过度弯曲 划伤等损伤 2 导线连接要牢靠 无毛刺 防松脱 3 维修电气设备时要安规程操作 严禁将工具或材料等导体遗留在电气设备中 4 不再电气设备中增加额外部件 若必须增设 要符合有关的规定 5 设置保护接地装置 6 对电网对地电容电流进行补偿 7 设置漏电保护装置 2 漏电保护装置及其功能 1 煤矿安全生产对漏电保护的规定 地面变电所和井下中央变电所的高压馈出线上 必须装设有选择性的单相接地保护装置 供移动变电站的高压馈电线上 必须装设有选择性的动作与跳闸的单相接地保护装置 井下低压馈电线上 必须装设带漏电闭锁的检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置 保证自动切断漏电的馈电线路 煤电钻必须使用设有检漏 漏电闭锁 短路 过负荷 断相 远距离起动和停止煤电钻功能的综合保护装置 每班使用前 必须对煤电钻综合保护装置进行1次跳闸试验 2 矿井电气设备的漏电保护原理 附加直流电源的保护方式 零序电压保护方式 零序电流保护方式等 3 漏电保护的功能 a 防止人身触电 漏电保护可以缩短人身触电的时间 降低通过人身的电流 使之满足小于30mA s的要求 从而保证人身的安全 b 及时切除漏电电气设备 在电网出现漏电故障后 漏电保护装置会及时将故障线路 设备从电网中切除 恢复电网正常绝缘水平 同时防止漏电电流烧毁电气设备 在电网中出现漏电故障后 漏电保护装置首先动作 将故障排除 避免漏电流长期存在 c 防止漏电产生的电火花引起矿井瓦斯 煤尘爆炸 对于660 380V电网 当漏电电流达42mA 88mA时 产生的火花就能引爆瓦斯 d 对于由短路引起的接地故障 漏电保护还可以起短路保护的后备保护作用 一旦短路保护装置拒动 漏电保护装置可使开关跳闸 目前漏电保护无法保证杜绝漏电电流点燃瓦斯 但漏电保护可以降低漏电电流的数值 缩短漏电故障存在的时间 降低了漏电引起瓦斯 煤尘爆炸的可能性 二 过流保护过流概念 又称为过电流 是指流过电气设备和供电线路的电流超过了额定电流值 电气设备和电缆出现过流后 一般会引起它们过热 严重时会将它烧毁 甚至引起电火灾和井下瓦斯 煤尘爆炸 所以说电气设备和电缆的过流是一种不正常状态 必须加以预防和保护 煤矿井下常见的过流故障有短路 过负荷 断相3种 为了保证井下安全用电 必须采取有效手段来防止不正常运行状态和故障带来的严重破坏 并限制其影响范围 其中最重要的措施就是装设对应的继电保护装置 继电保护的原理是采用检测手段判断故障和不正常运行状态 按要求动作于跳闸和发出动作信号 1 短路过流在电网和电气设备中 若不同相线之间通过导体直接短路或通过弧光放电短路均会产生过流 煤矿井下短路故障有两相和三相 短路属于最严重的过流故障 短路电流一般是额定电流的几十倍以上 短路点电弧中心温度可达2500 4000 短时间可能会烧坏设备或电缆 引起电气火灾 甚至引起瓦斯 煤尘的爆炸 造成短路的原因 1 绝缘击穿 由于绝缘老化 受潮或接头工艺不符合要求等问题可能导致电缆绝缘击穿 2 机械损伤 电缆和电气设备防护不当 致使受外力作用 3 误操作 将未停电线路当成停电线路进行短路接地 没有拆除刚检修完毕的设备短路接地线而送电 预防短路的主要措施 1 正确选择电气设备和电缆的额定电压和电流 满足正常运行需要 2 正确安装电气设备和敷设 连接输电线路和电缆 并经常检查输电线路和电缆敷设的绝缘状况是否符合规程规定 3 坚持使用检漏继电器 防止漏电造成短路 4 按照 煤矿安全规程 的规定 定期检查电缆和电气设备的绝缘 定期对电缆的绝缘状况做预防性试验 5 做好电气设备输电线路和电缆的维护检修 6 防止误操作 为避免短路造成严重后果 必须按有关的规定 正确的选择和使用熔断器和过流继电器 使过流保护灵敏可靠 避免误动或拒动 2 过负荷过负荷概念 是指电气设备或电缆的实际工作电流不仅超过了额定电流值 而且超过了允许的过负荷时间 在煤矿井下 过负荷主要针对电动机 长时间的过负荷会导致绝缘性能下降 进而影响电动机的使用寿命 甚至烧坏 过负荷电流一般比额定电流大1 2倍 造成电动机过负荷的主要原因 1 电源电压过低 当机械负载不变时 电源电压降低 会造成电动机工作电流加大 由于电动机工作电流的增大 电动机的温度就会上升 当过负荷时间较长 电动机的温度超过允许温度而烧毁 2 机械性堵转 由于电机轴承损坏或转子卡住或电动机所拖动的负荷被卡住等都会造成过负荷 3 重载启动 重载带负荷启动时 启动时间长 会导致电动机温度过高 例如 工作面输送机上堆满了煤 这是启动电机就会出现堵转 启动时间长 4 频繁启动 异步电动机的启动电流为正常工作电流的5 7倍 如果电动机频繁启动 就会使电动机的温度升高 井下工作面输送机和采煤机容易出现这种过负荷现象 5 电气设备和电缆的容量选择失当 致使正常工作时的负荷电流超过了额定电流 预防过负荷的措施 1 正确选择额定工作参数 使他们的额定电流不小于正常最大长时负荷电流 2 对负荷变化大的生产机械所用电气设备 必须验算过载能力 3 对于馈出线必须按允许电压损失校验主芯线的截面面积 保证电机有正常的工作电压和足够的启动电压 4 对于采掘运输机械 要正确的运行和操作 3 断相断相是指三相供电线路或设备出现一相断线 使电动机处于单相运行状态 在井下 断相多发生在经常移动或用熔断器保护的小型电动机上 以电动机断相为常见 由于机械负载不变 电动机工作电流会比正常的工作电流大很多 从而引起过负荷 造成断相的主要原因 1 熔断器一相熔断 2 电缆与电缆或电缆与设备没有可靠的连接或接头脱落 3 电缆芯线中有一相断线 预防断相的主要措施 1 移动电气设备所用橡套电缆的截面积一定要满足机械强度的要求 并与控制设备可靠连接 2 对熔断器进行正确的选择 安装及维护 并加强检查 3 为避免断相运行造成严重后果 必须按 煤矿安全规程 和相关其他规程的要求 正确选择和使用断相保护装置 灵敏可靠的保护 井下低压电网常用的传统过电流保护装置熔断器和电磁式过流继电器或过流脱扣器 随着采煤机械化程度的提高 设备容量的增大 对各种保护装置的要求有所提高 新型保护装置不断出现 现在有电子式过流继电器及采用单片机的微机保护等 4 电压保护电压保护包括欠电压保护和过压保护 欠压保护也叫失压保护 是指在供电过程中 由于某种原因 出现电网电压突然消失或急剧降低30 40 此时 保护装置使开关跳闸 自动切断电源 但电网电压恢复后 开关不会自动合闸 不会自动恢复供电或用电设备自启动的一种保护装置 长时电压过低会使电气设备出现不正常运行 如电动机失稳或电流超过额定值等 煤矿井下高 低压防爆开关都具有欠电压保护功能 高压防爆开关内装设有欠电压释放装置 通常叫做无压释放装置 过电压是指在供电系统的运行过程中 产生危及电气设备绝缘的电压升高 一般超过额定电压的15 以上 三 保护接地1 保护接地及其作用保护接地的概念 就是用导体把电气设备中的所有正常不带电的外露金属部分和埋在地下的接地极连接起来 称为保护接地 作用 1 有保护接地时 人身触及设备外壳的触电电流只是入地电流的一部分 因为人体与接地极构成了并联 而人身电阻为1000欧 接地极电阻为2欧 通过电阻并联与电流的关系 带电导体碰壳处的漏电电流大部分经接地装置流入了大地 则通过人身的电流比较小 可以将带电设备外壳的对地电压降低到安全数值 因而是安全的 2 有了保护接地极的良好接地 大大减少了因设备漏电使其外壳与地接触不良产生的电火花 从而减少了引起瓦斯 煤尘爆炸的可能性 图 b 是电气设备采用保护接地的情况 当缘损坏外壳带电时 若人身触及外壳 接地电流将同时经过人身和接地装置流入大地 由于接地装置的分流作用 使流过人身的电流大大减小 流过人身的电流和流经按地装置的电流比为式中Ima一 人身流过的电流 A Igr 一接地装置流过的电流 A RE 按地装置的电阻 从上式可见 接地电阻RE愈小 流过人身的电流也就愈小 因为人体与接地极构成了并联 而人身电阻为1000欧 接地极电阻为2欧 通过电阻并联与电流的关系 则通过人身的电流比较小 因而是安全的 为使流过人身电流在安全值以下 必须将接地电阻限制在一定范围之内 煤矿安全规程 规定 电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳 构架 铠装电缆的钢带 或钢丝 铅皮或屏蔽护套等必须有保护接地 2 井下保护接地网井下各种电气设备装设单独的保护接地装置 并不能完全消除触电的危险性 因此还应在煤矿井下指定地点敷设主接地极 局部接地极 并用电缆铅包 铠装外皮及接地芯线相互连接起来 形成一个总接地网 井下保护接地网 是利用供电的高 低压铠装电缆的金属外皮和橡套电缆的接地芯线 把分部在井下中央变电所 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的金属外壳在电气上连接起来 并与安设于井下中央变电所附近主 副水仓中的主接地极 各配电点或电缆连接器的局部接地极 接地母线 辅助接地线 连接导线和接地导线连接起来组成的 当井下形成保护接地网后 降低了接地电阻 其总接地电阻就很小 2欧以下 人身触及因一相漏电带电的设备金属外壳时 其漏电电流便从总接地网流入地中 流过人身的电流就很小了 因此对人身便能起到很好的保护作用 1 主接地极主接地极应在主 副水仓中各埋一块 并由面积不得小于0 75m2 厚度不得小于5mm的耐腐蚀钢板制成 接地母线应采用截面积不小于50mm的铜线或截面积不小于100mm2的镀锌铁线或厚度不小于4mm 截面积不小于100mm2的扁铁 2 局部接地极按 煤矿安全规程 规定 在下列地点应装设局部接地极 1 采区变电所 包括移动变电站和移动变压器 2 装有电气设备地硐室和单独装设地高压电气设备 3 低压配电点或装有3台以上电气设备地地点 4 无低压配电点的采煤工作面的机巷 回风巷和掘进巷道内至少应分别一个局部接地极 5 连接高压动力电缆的金属连接装置 局部接地极最好设置于巷道水沟内或其它就近的潮湿处 设置在水沟的局部接地极 应用面积不小于0 6m2 厚度不小于3mm的钢板或具有相同有效面积的钢管制成 并平放于水沟深处 设置在其它地点的局部接地极应用直径不小于35mm 长度不小于1 5米的钢管制成 管上至少钻20个直径不小于5mm的透孔 并垂直全部埋入地下 3 接地母线和辅助接地母线井下中央变电所和水泵房均应设置接地母线 采区变电所 采区配电点及其它机电硐室则应设置辅助接地母线 接地母线及辅助接地母线应采用截面积不小于50mm2的铜线或截面积不小于100mm2的镀锌铁线或厚度不小于4mm 截面积不小于100mm2的镀锌扁钢采区配电点及其它机电硐室的辅助接地母线应采用截面积不小于25mm2的铜线或截面积不小于50mm2的镀锌铁线或厚度不小于4mm 截面积不小于50mm2的镀锌扁钢 连接接地极的接地导线应采用截面积不小于25mm2的铜线或截面积不小于50mm2的镀锌铁线或厚度不小于4mm 截面积不小于50mm2的镀锌扁钢 4 连接导线和接地导线各个电气设备的金属外壳 铠装电缆的钢带和铅包均应通过单独的连接线直接与接地母线或辅助接地母线连接 连接导线和接地导线均应采用断面不小于50mm2的镀锌扁钢或断面不小于25mm2的裸铜线 低于或等于127V的电气设备的接地导线 连接导线应采用断面不小于6mm的裸铜线 3 接地装置的检查和测定 1 保护接地的检查有值班人员的机电硐室和有专职司机的电气设备的保护接地 每班必须进行一次表面检查 其他电气设备的保护接地 有维修人员进行每周不少于一次的表面检查 发现问题 应及时记入记录表 向有关领导汇报 电气设备在每次安装或移动后 应详细检查电气设备接地装置的完好情况 对那些震动性较大及经常移动的电气设备 应特别注意 随时加强检查 检查发现接地装置有损坏时 应立即修复 电气设备的保护接地装置未修复前禁止受电每年至少要对主接地极和局部接地极详细的检查一次 主 副水仓中的主接地极不得同时提出检查 必须保证一个工作 以免影响安全 2 接地电阻的测定井下总接地网的接地电阻的测定 要有专人负责 每季至少一次 新安装的接地装置 在投入运行前 应测其接地电阻值 并必须将测定数据记入记录表内在有瓦斯及煤尘爆炸危险的矿井内进行接地电阻测定时 应采用本质安全型接地摇表 第二节矿用电气设备一 井下开采的工作环境对电气设备的要求煤矿井下是一个特殊的工作环境 有易燃 易爆可燃性气体和腐蚀性气体 潮湿 淋水 矿尘大 电网电压波动大 空间狭小 会发生冒顶和偏帮事故 机电设备启动频繁等 因此 矿用电气设备同一般电气设备相比具有如下特点 1 电气防爆 煤矿井下具有瓦斯和煤尘 当其浓度达到爆炸浓度时 若工作在该环境中的电气设备产生危险电弧 电火花或局部高温 就会发生燃烧和爆炸 因此 用于煤矿井下爆炸性环境的电气设备必须是防爆型电气设备 避免电气设备所产生的电弧 电火花和高温引起瓦斯和煤尘爆炸 2 防护性能好 煤矿井下除具有甲烷 一氧化碳等易燃易爆气体外 还有硫化氢等腐蚀性气体 矿尘大 潮湿 有淋水 因此 矿用电气设备的防护性能要好 具有防尘 防潮 防腐 防霉等防护措施 由于井下有时会发生冒顶和片帮等事故 碰撞和挤压电缆及电气设备 因此防电气设备冲击 3 电网电压波动适应能力强 地面电网电压的波动范围一般为90 110 而煤矿井下电网电压的波动范围可达75 110 因此 矿用电气设备的电网电压波动适应能力强 4 过载能力强 采 掘 运等电气设备启动频繁 井下机电硐室和巷道的温度较高 散热条件差 因此 矿用电气设备要有足够的过载能力 由于地质条件的变化 或在雨季 井下还可能发生突水事故 其出水量往往是正常用水量的几倍甚至几十倍 这就需要较大的排水能力和供电系统 5 保护功能强 煤矿井下潮湿 空间小 这就增加了人体触电的机会 因此 矿用电气设备和供电系统应使人身不能触及或接近带电导体 具有完整 可靠的保护接地网 在高 低压供电系统装设漏电保护系统及装置 对人体经常触及的电气设备对地的泄漏电流 并加强监测 为防止电网过流引起电气火灾事故 应装设过流保护装置 6 可靠性高 主要通风机 局部通风机等设备或供电系统的故障会引起瓦斯积聚 在一定的条件下会造成瓦斯和煤尘爆炸 因此 煤矿井下供电系统及设备的可靠性要高 二 矿用电气设备的分类矿用电气设备总的分为矿用一般型电气设备和矿用防爆型电气设备 矿用防爆型电气设备又分为10种类型 一 矿用一般型电气设备矿用一般型电气设备是一种煤矿井下用的非防爆型电气设备 只能用于井下无瓦斯 煤尘爆炸危险的矿井井底扯车场 总进风巷和主要进风巷 标志为 KY 二 矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备是按国家标准生产的专供煤矿井下使用的防爆电气设备 该标准规定防爆型电气设备分为I类和II类 其中I类为煤矿井下用防爆电气设备 II类为工厂用电气设备 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 在防爆电气设备的明显位置均有清晰的永久标志 Ex 和煤矿矿用安全标志 MA 矿用防爆型电气设备根据防爆性能的不同 可分为10种防爆电气设备类型 1 隔爆型电气设备 代号d 它是一种具有隔爆外壳的电气设备 该外壳既具有能承受其内部爆炸性气体混合物的爆炸压力 而本身不破裂和产生危险变形的能力 又具有防止爆炸后的产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物的能力 外壳的这两种能力分别称为隔爆外壳的耐爆性和隔爆性 隔爆型电气设备的标志为 ExdI失爆是指电气设备的隔爆外壳失去了耐爆性或隔爆性 失爆的危害 井下防爆设备具有隔爆性和耐爆性 就是说在设备的壳内产生的电火花引起混合气体爆炸时其火焰传不到壳外 而设备失爆后就起不到隔爆和耐爆的作用 内部发生爆炸的火焰会传到壳外 并且与井下的可燃 可爆性混合气体直接接触 会引起矿井火灾及瓦斯 煤尘爆炸 造成重大恶性事故 2 增安型电气设备 e 在正常运行条件下 不会产生电弧 火花或可能点燃爆炸性混合物的高温电气设备 在设备结构 制造工艺以及技术条件上采取措施提高安全程度 以避免了设备在运行和认可的过载条件下出现引爆现象 增安型电气设备标志为ExeI 3 本质安全型电气设备 i 通过限制电气设备电路的各种参数 或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能 使其在正常工作或规定的故障状态下 所产生的火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物来实现电气防爆 这种电气设备的电路本身就具有防爆性能 也就是从 本质 上是安全的 故称之 本质安全型电气设备标志为ExiI 4 正压型电气设备 p 它具有正压外壳 可以保持壳内新鲜空气或惰性气体的压力高于周围爆炸性环境的压力 并能阻止外部混合物进入壳内 正压型电气设备标志为ExpI 5 充油型电气设备 o 全部或部分部件浸在油内 使设备不能点燃油面以上的或壳外的爆炸性混合物的电气设备 充油型电气设备标志为ExoI 6 充砂型电气设备 q 在电气设备的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 均不能点燃周围爆炸性混合物的电气设备 充砂型电气设备标志为ExqI 7 无火花型电气设备 n 在正常的运行条件下 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 无火花型电气设备标志为ExnI 8 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 浇封型电气设备标志为 ExmI 9 气密型电气设备 h 将电气设备或电气部件置于经气密的外壳内 这种外壳能防止壳外部可燃气体进入壳内 气密型电气设备标志为 ExhI 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 经过防爆检验证明确实具有防爆性能的电气设备 特殊型电气设备标志为ExsI 三 矿用电缆矿用高低压电缆是矿井供电系统的重要组成部分 在供电系统成本中占有相当比例 特别是矿井采区电缆 数量大且最容易受到碰撞 挤 砸 是供电系统中的薄弱环节 为了确保供电系统的安全运行 必须对电缆进行正确的选择 安装和使用 一 矿用电缆的分类常用的矿用电缆分为铠装电缆 橡套电缆和塑料电缆 1 铠装电缆 即电缆用钢丝或钢带铠装起来的 在井下铠装电缆多用于对固定设备或半固定设备的供电 对井下移动设备的供电 多采用柔软较好 能够弯曲的橡套电缆 优点 绝缘强度高 适用于作高压电缆 机械强度 耐热和安全性都好 寿命可达30 40年 缺点 弯曲半径大 移动不方便 敷设麻烦及接头与封端要求工艺水平高 2 橡套电缆 又分为普通橡套电缆 可延燃橡套电缆 不延燃橡套电缆 阻燃电缆 和屏蔽电缆 1 普通橡套电缆 芯线分动力芯线和辅助芯线 辅助芯线又包括控制芯线和接地芯线 每个芯线包一层橡胶内护套 内护套的作用主要是使芯线间绝缘 在芯线内护套之外又包一层橡胶外护套 外护套由天然橡胶制成 天然橡胶可以燃烧 而且燃烧时分解出的气体成分有助燃作用 容易造成火灾 所以 煤矿井下特别是有瓦斯 煤尘爆炸危险的煤矿井下 不宜使用普通橡套电缆 2 阻燃电缆 这种橡套电缆的构造与普通橡套电缆相同 只是它外护套采用氯丁橡胶制造 氯丁橡胶同样可以燃烧 但燃烧时分解产生的氯化氢气体不助燃 反而能使火焰与空气隔离 使其熄灭 因此 煤矿井下应使用这种不延燃橡套电缆 3 屏蔽电缆 主要用于采区工作面以提高工作的安全性 构造与普通橡套电缆基本相同 差别是在橡套电缆内护套外又包上一层屏蔽层 在屏蔽层外再加上外护套 屏蔽层用半导体材料或铜丝尼龙网 优点 能克服电缆主芯线绝缘破坏时会造成相间短路的严重事故 因为屏蔽层是接地的 主芯线首先会碰到屏蔽层造成接地故障 使检漏继电器动作 切断电源 不会形成严重的短路故障 另外可以避免由于电缆损坏造成使人触电的危险 因为当电缆主芯线绝缘损坏时首先碰到屏蔽层 造成接地故障 这样就超前切断了电源 保证了人身安全 3 塑料电缆 芯线绝缘和护套全部采用塑料制成 其外部又分为铠装和非铠装两种 优点 允许工作温度高 绝缘性能好 护套耐腐蚀 敷设的落差不受限制 二 矿用电缆的选择1 必须选用经检验合格 并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆 2 电缆实际敷设地点的水平差 应与电缆规定的允许敷设水平差相适 3 严禁采用铝包电缆 主要是由于铝活泼的化学性质所决定的 纯净的铝在大气中很容易与氧气发生氧化反应 铝与酸性物质 碱性物质都能发生化学反应 在煤矿井下环境中 矿井淋水较大 空气比较潮湿 且其中多含有二氧化碳 一氧化氮 二氧化氮等酸性气体 矿井水一般均呈酸性 在这种条件下 电缆若使用外包铝皮 则铝皮极易发生氧化 被腐蚀 因此 如果在井下敷设铝包电缆 轻则由于氧化腐蚀速度快电缆必须频繁更换 经济效益较差 重则由于其氧化腐蚀引发电气事故及其他事故 直接威胁井下供电安全和矿井安全 4 电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体 即保障作保护接地用的电缆芯线 其电阻值不超过规定值 用于移动式和手持式电气设备的电缆 作保护接地用的电缆芯线的电阻值 都不得超过1 其他电气设备用的电缆 作保护接地用的电缆芯线电阻值 不得超过2 5 电缆主线芯的截面应满足供电线路负荷的要求 6 对固定敷设的高压电缆 1 在立井井筒或倾角为45 及其以上的井巷内 应采用聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆 交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆 2 在水平巷道或倾角为45 及其以下的井巷内 应采用聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆 交联聚乙烯钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆 3 在进风竖井 井底车场及其附近 中央变电所至采区变电所之间 可以采用铝芯电缆 其他地点必须采用铜芯电缆 7 对低压动力电缆 1 固定敷设的应采用铠装铅包纸绝缘电缆 铠装聚氯乙烯绝缘电缆或不延燃橡套电缆 2 固定敷设的低压电缆 应采用MVV铠装或非铠装电缆或对应电压等级的移动橡套软电缆 3 照明 通信 信号和控制用电缆 应采用铠装或非铠装通信电缆 橡套电缆或MVV型塑力缆 8 非固定敷设的高低压电缆 必须采用符合MT818标准的橡套软电缆 移动式和手持式电气设备应使用专用橡套电缆 9 低压电缆不应采用铝芯 采区低压电缆严禁采用铝芯 原因 从安全性能看 1 试验资料证明 在其他条件相同的情况下 电机的材质对防爆设备的安全间隙有很大影响 对于采用法兰间隙的防爆结构 都是按照铜芯材料设计的 一旦接入铝芯线后 这种结构也就失去了防爆性能 在采区供电线路中是绝对不允许的 2 铝与氧气发生化学反应并