现代矿山电工技术3图片

2020/5/27,1,学习要求一般掌握：对矿用电气设备的基本要求及其防爆原理、漏电的基本概念与原理、漏电、触电的预防措施、接地保护的基本概念、井下过流保护、过电压保护2.重点掌握：漏电（触电）电流分析计算、漏电保护原理、接地保护分析、短路电流的分析与计算。,CH2安全用电及保护,2020/5/27,2,CH2安全用电及保护,煤矿井下三大保护：漏电保护保护接地过流保护,2020/5/27,3,2-1矿用电气设备及其防爆原理(1),一、煤矿井下的环境特点及对矿用电气设备的要求井下的沼气、煤尘等易爆环境要求设备要有防爆性能。井下巷道、硐室、采面空间狭窄，要求设备体积小、重量轻。井下会发生片帮冒顶掉矸等意外砸压，要求设备应有坚固的外壳，及较强的抗震能力。井下空气潮湿，有滴水、淋水等情况，要求设备防潮性能好，较高的绝缘水平。,2020/5/27,4,5.井下散热条件差，硐室巷道温度较高，要求设备尽量选择耐热性好的铜材作导体，并采用较高的绝缘等级。6.井下电气设备启动频繁，电网电压波动大，负荷变化大，容易过载，要求电机等拖动设备有较大的启动力矩和较强的过负荷能力。7.井下供电系统及设备容易发生漏电、人身触电、短路、过负荷、电火灾、电雷管提前引爆等电气事故，所以必须采用各种预防措施和设置必要的保护装置，以防止事故的发生，一旦发生事故，保护装置会迅速切断故障部分电源，防止事故进一步扩大，确保矿井、设备、人员安全。,2-1矿用电气设备及其防爆原理(2),2020/5/27,5,二、瓦斯、煤尘爆炸条件分析矿井发生瓦斯煤尘爆炸必须具备以下两个条件：瓦斯煤尘浓度在爆炸浓度范围内；存在足够温度的点火源。如明火、高热导体、电火花等。以上两个条件缺一不可。,2-1矿用电气设备及其防爆原理(3),2020/5/27,6,二、瓦斯、煤尘爆炸条件分析(1),瓦斯煤尘的爆炸，从接触点火源到发生化学反应引起爆炸要经过一段时间，该时间称为引爆延迟时间。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。点燃温度和延迟时间对矿用电气设备的设计制造有重大意义。点燃温度用来确定电气设备及导电体的最高允许温度；延迟时间用来设计超前切断保护的时间，用来在引起爆炸前切断点火源。,2020/5/27,7,为防止瓦斯煤尘的爆炸，应采取以下预防措施：1）将瓦斯煤尘含量严格控制在非爆炸的范围内。可通过加强通风降低瓦斯含量，通过洒水减少悬浮的煤尘。2）控制井下各种可能引爆的热源、火源和电源，使之不能外露或低于引爆温度。3）完善井下供电系统的保护，在系统或设备可能引爆瓦斯煤尘爆炸时及时切断电源。4）建立健全有效的安全制度和操作制度，保证井下供电系统和设备的正常运行。,二、瓦斯、煤尘爆炸条件分析(2),2020/5/27,8,三、矿用电气设备的类型与防爆原理(1),矿用电气设备分为矿用一般型电气设备和矿用防爆型电气设备。对矿用一般型电气设备的基本要求为：外壳有一定的防水、防外物的要求；引入电缆的接线端子有一定的空气间隙和漏电距离的要求；有良好的耐潮性能，有内外接地螺栓；进线装置符合相应的防爆电气设备制造规程；接线盒的内壁盒可能产生火花的金属外壳内壁涂耐弧漆。,2020/5/27,9,防爆型电气设备：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矿用电气设备。六种常用防爆类型：增安型EXeI2.隔爆型EXdI充油型EXoI4.本质安全型EXibI5.正压型EXpI6.特殊型EXsI,三、矿用电气设备的类型与防爆原理(2),2020/5/27,10,矿用增安型（EXeI）对正常运行时不产生电弧、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。主要适用井下异步电动机、照明灯、接线盒等固定式电气设备。,三、矿用电气设备的类型与防爆原理(3),2020/5/27,11,矿用隔爆型（EXdI）具有隔爆外壳的矿用电气设备。隔爆外壳利用了间隙防爆原理设计制造，应有足够的机械强度，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。,三、矿用电气设备的类型与防爆原理(4),2020/5/27,12,2.矿用隔爆型（EXdI）,1）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。（1）根据设备的净容积确定外壳的机械强度。（2）设计隔爆外壳时，尽量避免具有多个连通空腔的结构；外壳的纵向与横向尺寸比不宜过大；选择合适的外形（最优：长方形圆柱形正方形圆球形（避免使用）等。,2020/5/27,13,2.矿用隔爆型（EXdI）,2）隔爆性：也称不传爆性，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，通过外壳与壳体的结合面向外喷出时，受到足够的冷却，使之不能将壳外的爆炸性混合物点燃引爆。隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆面光洁度即隔爆三要素保证。,2020/5/27,14,3.防爆充油型（EXoI）将可能产生火花、电弧或危险高温的带电部件浸在油中，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，达到防爆的目的。本质安全型（EXibI）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，所有电路均为本安电路的电气设备叫做本安型。,三、矿用电气设备的类型与防爆原理,2020/5/27,15,5.防爆正压型（EXpI）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。6.特殊型防爆电气设备（EXsI）结构上不属于以上类型或组合类型的电气设备，经过国家防爆检验机构通过试验并确认具有防爆能力的电气设备，称为特殊型防爆电气设备。1）网罩隔爆结构2）微孔隔爆结构,三、矿用电气设备的类型与防爆原理,2020/5/27,16,四、矿用电气设备的使用范围及选用,选用矿用电气设备首先应根据煤矿安全规程第410条的规定，选用。还应贯彻经济和维护简便的原则。隔爆型造价昂贵且维护不便，故在可用一般型或增安型的场所，尽量选用。控制、监测、通讯等弱点系统的电气设备，应优先考虑本安型设备。这类设备体积小，重量轻，便于携带，造价低廉，且安全程度高。,2020/5/27,18,2-2漏电与触电,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。触电经常被认为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。,2020/5/27,19,一、漏电故障,漏电故障的基本概念在电力系统中，当带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经过该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，即称该带电导体（或供电系统）发生了漏电故障。流入大地的电流为漏电电流。正常情况下电网对地绝缘阻抗很大，流入大地的电流很小，这时一般不认为漏电故障。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，这时可以判断电网发生了漏电故障。当入地电流增大到几百安培以上时，这时已经超出了漏电故障，进入过流（短路）故障。,2020/5/27,20,是正常的泄漏电流，还是漏电电流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，两者之间没有严格的界限。如中性点直接接地的低压供电系统，当发生一相导线直接与大地相连，这时通过接地点流入大地的电流在几百、几千安培，属于短路故障。中性点不接地的低压供电系统，如果电网对地绝缘很好，如果发生一相导线直接接地，这时电网通过接地点流入大地的电流一般只有几十安培，就属于漏电故障。,1.漏电故障的基本概念,2020/5/27,21,我国井下普遍使用变压器中性点绝缘的低压供电系统，漏电故障定义为：在中性点绝缘的低压供电系统中发生单相接地（包括直接接地和经过过渡阻抗接地）或两相、三相对地的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,2020/5/27,22,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。其中前两种为不对称漏电故障，后者为对称性漏电故障。,1.漏电故障的基本概念,2020/5/27,23,1.漏电故障的基本概念,单相漏电电流回路示意图。,2020/5/27,24,2.产生漏电的原因,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。,2020/5/27,25,2.产生漏电的原因,（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。,2020/5/27,26,2.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。,2020/5/27,27,2.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）电气设备长期过负荷运行造成绝缘老化而发生漏电；（3）电机长期被矸石堵塞风道，造成通风不良发热使绝缘受损而漏电；（4）对已经发生受潮或水淹的电气设备未经过严格的干燥处理和对地绝缘电阻、耐压测试又投入运行，而发生漏电。,2020/5/27,28,2.产生漏电的原因,4）因维修操作不当引起漏电（1）工人工作时劳动工具容易使电缆刮伤或碰伤，造成漏电。设备移动时电缆容易受到挤压等造成漏电；（2）冷热补的橡套电缆或浇灌的电缆接头，由于芯线连接不牢，绝缘胶浇灌不均匀等造成运行期间接头容易发热，最终造成漏电；（3）开关设备检修后，残留在设备内的线头、金属碎片、小零件、电工工具等遗留在设备内容易发生漏电；（4）修理电气设备时停送电操作错误造成漏电；（5）开关分合闸，灭弧机构故障等造成漏电,2020/5/27,29,2.产生漏电的原因,5）因意外事故造成漏电（1）电缆因顶板脱落砸伤、矿车出轨、支柱倾倒等意外机械事故使电缆绝缘破损发生漏电；（2）井下电缆因短路造成局部对地绝缘损坏，恢复送电时容易发生漏电；（3）大气过电压侵入井下供电系统，击穿电缆对地绝缘而发生漏电。,2020/5/27,30,3.漏电的危害,1）人身触电2）引起沼气、煤尘爆炸3）使电雷管无准备引爆4）烧损电气设备，引起火灾5）引起短路事故6）严重影响生产7）造成经济损失,2020/5/27,31,二、触电及影响触电程度的因素,触电：人体触及带电导体或因绝缘损坏而带电的电气设备外壳，甚至接近高压带电体而成为电流通路的现象。触电对人体的危害分为电击和电伤。电击是触电后人体成为电路的一部分，电流流经人体引起热化学反应、电解血液并影响人的呼吸、心脏及神经系统，造成人体内部组织的损伤和破坏，导致残废和死亡。电击也称内伤。电伤是人体触及高压时，强电弧对人体表面的烧伤，当烧伤面积不大时，一般没有生命危险。对低压电网，大部分为电击事故。显然，一般情况，电击对人体的伤害强于电伤。,2020/5/27,32,影响触电程度的因素：1.触电电流：人身触电时流过人身的电流，是直接影响人身安全的重要因素。触电电流越大，对人体组织的破坏越大，也就越危险。根据人体对电流的感受程度，触电过程分为四个阶段：（1）感知电流男：1.1mA女：0.7mA（2）反应电流1.55mA（3）摆脱电流男：9mA女：6mA（4）极限电流30mA30mAs,二、触电及影响触电程度的因素,2020/5/27,34,2.人体阻抗：触电电流流经人体各部分阻抗之和，包括体内电阻和皮肤电阻。通常取1000。3.接触电压：触电时人体接触带电部分与站立点之间的电位差称为接触电压，最大值为设备对地的相电压。4.触电持续时间：从触电瞬间开始到人体脱离电源或电源被切断的时间。与触电电流一样是影响触电程度的重要因素。因此我国现行的30mAs的安全值规定，即根据此道理。5.其他因素：电流类型（直流危险小于交流）、频率（5060Hz危害最大）、电流途径（局部、体表较轻）、人的体质状态、心理状态等。,二、触电及影响触电程度的因素,触电电流与触电电压的关系,2020/5/27,36,三、人身安全电流,影响触电程度最主要的因素是触电电流大小和触电时间的长短。1.安全电流：发生触电时不会致死、致伤的通过人体的最大触电电流。我国规电为30mA。2.允许安秒值：国际通用规定为：30mAs3.安全电压：通过安全电流推算出，规定：在没有高度危险的条件下65V，在高度危险的条件下为36V，在特别危险条件下，采用12V。,2020/5/27,37,四、井下低压电网人身触电电流,下图为中性点绝缘的井下低压供电单元原理图。T为动力变压器，Rma为人体电阻，r=r1=r2=r3为各相对地绝缘电阻，rRma，C=C1=C2=C3为各相对地电容，C约为01uF。,T,2020/5/27,38,利用戴维南等效定理求人身触电电流。求M、N之间的开路电压M、N间开路，相当于电网没有发生单相漏电故障，因此三相电网仍然对称，变压器二次绕组中性点N的电位为零，则,四、井下低压电网人身触电电流分析,2020/5/27,39,输入阻抗即不看外部电路，且内电路中的电压源按短接，电流源按开路考虑时，从M、N两点测得的阻抗。此时相当于L1、L2、L3及N各点短接，三相对地电阻合对地电容为并联关系。有ri=r/3Ci=3C总的输入阻抗Zin为ri与Ci的并联，为：,2.求M、N间的输入阻抗Zin,2020/5/27,40,对人身触电情况，外电路的阻抗即为人身电阻。故有：Zex=Zma。则电网发生人身单相触电等效电路如右图：,3.外电路阻抗Zex,2020/5/27,41,根据电路原理，人身触电电流为,人身触电电流,2020/5/27,42,将X3C=1/3C带入得：,人身触电电流,2020/5/27,43,取有效值，得：其中=2f=2x3.14x50=314,人身触电电流,例：设电网每相对地电容C0.5uF，每相对地电阻为r=35k,电网电压V660V，求人身单相触电电流。人体电阻取1k。,解：根据公式有：,可见，即使对中性点绝缘的低压供电系统，人身单相触电电流也是非常危险的。,那么，通过提高电网对地绝缘水平，是否就可以降低人身触电电流呢？,令则有：,结论：单纯通过提高对地绝缘水平，不一定能降低人身触电电流，有时可能相反。,如果通过改变电网对地电容，对人身触电电流有何影响？,令公式中C=0，则有：,结论：通过减小电网对地电容，即减小电网容性电流，对降低人身触电电流是有效的办法。,对地分布电容为0.5uF时，对地绝缘电阻从30k到100k时人身接地电流变化情况,对地绝缘电阻为35k时，对地分布电容由0uF到1uF时人身触电电流变化情况。,2020/5/27,49,人身触电电流值随绝缘电阻和电容的变化规律,2020/5/27,50,五、预防漏电、触电的措施,加强井下电气设备的管理和维护，定期对电气设备进行检查和试验，性能指标达不到要求的，应立即更换；将带电导体、电气元件和电缆接头，都封闭在坚固的外壳内，在设备外壳与盖子间设置可靠的机械闭锁，强制断电源后开盖。对不能封闭的带电裸导体，如机车架空线，应将其安装在一定的高度，防止人身触电。加强手持式电动工具的把手绝缘对人员接触机会较多的电气设备采用较低的电压如手电钻、照明设备采用127V电压，控制电压在1242V以内。井下配电变压器中性点绝缘运行，严禁直接接地,2020/5/27,51,六、触电事故处置与急救,1.截断电源，关上插座上的开关或拔除插头。如果够不着插座开关，就关上总开关。切勿试图关上那件电器用具的开关，因为可能正是该开关漏电。如果患者靠近高压电，你一定要保持在50米以外，打电话通知供电部门和医院。,2020/5/27,52,2.若无法关上开关，可站在绝缘物上，如一叠厚报纸、塑料布、木板之类，用扫帚或木椅等将伤者拔离电源，或是用绳子、裤子或任何干布条绕过伤者腋下或腿部，把伤者拖离电源。切勿用手触及伤者，也不要用潮湿的工具或金属物质把伤者拔开，也千万不要使用潮湿的物件拖动伤者，例如湿毛巾，这样会导致您也遭到电击。,六、触电事故处置与急救,2020/5/27,53,3.如果患者呼吸心跳停止，开始人工呼吸和胸外心脏按压。4.若伤者昏迷，则将其身体放置成复原卧式。5.若伤者曾经昏迷、身体遭烧伤，或感到不适，必须打电话召救护车，或立即送伤者往医院急救。告诉院方人员伤者触电的时间有多久。,六、触电事故处置与急救,2020/5/27,54,现场抢救触电者的原则,现场抢救触电者的经验原则是八字方针：迅速、就地、准确、坚持。迅速争分夺秒使触电者脱离电源。就地必须在现场附近就地抢救，千万不要长途送往供电部门、医院抢救，以免耽误抢救时间。从触电时算起，5min以内及时抢救，救生率90左右。10min以内抢救，救生率60。超过15min，希望甚微。准确人工呼吸法的动作必须准确。坚持只要有百分之一希望就要尽百分之百努力去抢救。触电者死亡的几个象征：(1)心跳、呼吸停止。(2)瞳孔放大。(3)尸斑。(4)尸僵。(5)血管硬化。这五个象征只要12个未出现，应作假死去抢救。,2020/5/27,55,触电急救法之胸外心脏挤压法,心脏挤压是有节律地按压胸骨下部，心脏在胸骨与脊柱之间被挤压，间接压迫心脏，排出血液，然后突然放松，让胸骨复位，心脏舒张，接受回流血液，心脏因静脉回流而充盈，用人工维持血液循环。步骤：(1)将触电者仰卧在硬板上或地面上。不能卧在软床上或垫上厚软物件，否则会抵消挤压效果。,2020/5/27,56,(2)压胸位置是一只手掌根部放在触电者的心窝口上方，另一只手掌作辅助。抢救者跪在触电者腰旁，操作过度疲劳时可以交换位置。(3)掌根压胸，位置在心窝口的稍上方。挤压方法（1）压胸的一只手，在预备动作时略弯，然后向前压胸，成90角，完成动作后，突然放松(向后一缩)，如此循环下去。(2)挤压时触摸大动脉是否有脉搏。如果没有脉搏，应加大挤压力度，减慢挤压速度。胸外心脏挤压法口诀如下：掌根下压不冲击，突然放松手不离；手腕略弯压一寸，一秒一次较适宜。,触电急救法之胸外心脏挤压法,2020/5/27,57,触电急救法之对口吹人工呼吸法,头部后仰，使嘴张开，然后口对口吹气。是用人工方法使气体有节律地进入肺部，再排出体外，使触电者获得氧气，排出二氧化碳，人为地维持呼吸功能。其要领如下：(1)将触电者仰卧，使头部尽量后仰(先拿走枕头)。操作者腰旁侧卧，一手抬高触电者下颌，使其口张开。用另一只手捏住触电者的鼻子，保证吹气时不漏气。但是，如果在触电者口上盖一块手帕，可能影响吹气效果。(2)操作者用中等度深呼吸，把口紧贴触电者的口，缓慢而均匀地吹气，使触电者胸部扩张。胸部起伏过大，容易把肺泡吹破；胸壁起伏过小，则效果不佳。因此要观察胸部起伏程度来掌握吹气量。,2020/5/27,58,(3)吹气速度，对成人是吹气2s，停3s，5s一次。成年人每分钟1216次，对儿童是每分钟吹气1824次。(4)触电者嘴不能掰开时，可进行口对鼻吹气。方法同上，只是要用一只手封住嘴以免漏气。对口吹的口诀如下：张口捏鼻手抬颌，深吸缓吹口对紧；张口困难吹鼻孔，五秒一次坚持吹。触电者心跳、呼吸都停止时，应同时进行胸外心脏挤压和口对口人工呼吸。如果有两个操作者，可以一个负责心脏挤压，另一人负责对口吹气。操作时，心脏挤压45次，暂停，吹气一次，叫4比1或5比1。如果只有一个操作者，操作时最好是2次很快地肺部吹气，接着进行15次胸部挤压，叫15比2。肺部充气时，不应按压胸部，以免损伤肺部和降低通气的效果。,触电急救法之对口吹人工呼吸法,2020/5/27,59,触电急救法之摇臂压胸呼吸法,(1)使触电者仰卧，头部后仰。(2)操作者在触电者头部，一只脚作跪姿，另一只脚半蹲。两手将触电者的双手向后拉直，压胸时，将触电者的手向前顺推，至胸部位置时，将两手向胸部靠拢，用触电者两手压胸部。在同一时间内还要完成以下几个动作：跪着的一只脚向后蹬(成前弓后箭状)，半蹲的前脚向前倒，然后用身体重量自然向胸部压下。压胸动作完成后，将触电者的手向左右扩张。完成后，将两手往后顺向拉直，恢复原来位置。(3)压胸时不要有冲击力，两手关节不要弯曲，压胸深度要看对象，对小孩不要用力过猛，对成年人每分钟完成1416次。,2020/5/27,60,触电急救法之摇臂压胸法,单腿跪下手拉直，双手顺推向胸靠；两腿前弓后箭状，胸压力量要自然；压胸深浅看对象，用力过猛出乱子；左右扩胸最要紧，操作要领勿忘记。人触电后为什么不能打强心针：垂危病人的心脏是松弛的。替垂危病人打强心针，目的是帮助其心脏恢复跳动功能。而触电者的心脏是纤颤的(即剧烈收缩)，而强心针是刺激心脏收缩的药物，若替触电者打强心针，是加速其心脏收缩，无异火上加油，加速死亡。,2020/5/27,61,2-3井下低压电网的漏电分析,一、井下低压供电系统的基本特点采用变压器中性点不接地或高阻接地运行方式。采用变压器中性点不接地的方式运行特点是：漏电电流小，比较安全，对漏电保护装置灵敏度要求高。对中性点直接接地系统发生人身单相触电时，人身触电电流为：此时单相接地电流很大，足以危及人身和矿井安全，如果发生单相直接接地，短路电流更大。,2020/5/27,62,一、井下低压供电系统的基本特点,2.以一台动力变压器为一个相对独立的供电单元。只要对一个小供电系统单元能设置一套完善的漏电保护系统，就可以解决所有电网的漏电保护问题。3.动力电压等级为380V、660V、1140V三种。其中660V和1140V电压等级应用最多，综采矿井一般为1140V，一些更高等级的电压正在试验中。4.低压线路全部由电缆组成。在电路分析过程中不能忽略电网对地的电容。电网对地电容是分散的，但为了方便分析，一般用集中性电容代替。660V电网，C的数值在01uF，r在60300k。,2020/5/27,63,二、井下低压电网的漏电分析,理论分析的目的：求出发生漏电后各相对地电压、入地电流、零序电流和中性点的对地电压或零序电压的数学表达式，并讨论其随电网参数、漏电程度的变化规律。,1.单相漏电分析(1),井下低压供电单元发生单相漏电电路图如图：Rtr为L1相漏电过渡电阻，变化范围在011K,等效电路图,1.单相漏电分析(2),1.单相漏电分析(3),N点为变压器的中性点，N为大地，在L1相发生单相漏电时，过渡电阻为Rtr。当未发生单相漏电时，电路为三相对称，即VNN0，无零序电压，也没有零序电流。三相对地只有较小的对称的各相对地泄漏电流，在大地中达到平衡。电网每相对地阻抗Zzs：,发生单相漏电时，等于在L1相Zzs上并联一个Rtr，此时电网三相不再对称。L1相Zzs=Zzs/Rtr。用戴维南等效原理（看作二端网络），得零序电压：,1.单相漏电分析(4),将Zzs=Zzs/Rtr带入，得到：,1.单相漏电分析(5),各相零序电流为故障相对地电压,1.单相漏电分析(6),非故障相对地电压电网经Rtr入地的漏电电流为,1.单相漏电分析(7),单相漏电分析(8),发生单相漏电各相对地电压向量关系变化如图：,2.两相漏电分析(1),两相漏电等效电路如图：,2.两相漏电分析(2),两相漏电分析方法同单相漏电分析。零序电压为：,将Zzs=Zzs/Rtr带入，得到：,各相零序电流为故障相对地电压,非故障相对地电压电网经Rtr入地得电流,电网入地总漏电电流为：,2020/5/27,78,两种漏电分析比较,（1）两种故障下零序电压与各相对地电压的向量关系基本相似；（2）在相同的电网参数和故障条件下，单相漏电的零序电压和零序电流的有效值大于两相漏电；（3）在中性点绝缘的电网发生单相漏电、两相漏电等不对称故障时，必产生一定大小和相位的零序电压和零序电流，而故障处的各相对地电压则分别等于各相正常时的相电压与零序电压的向量和，电网线电压仍保持对称。,2020/5/27,79,两种漏电分析比较,（4）当两相漏电过渡电阻Rtr0时，电网就发生两相接地短路，成为短路加漏电的复合型故障。而对于中性点对地绝缘的系统，发生单相直接接地故障时，由于接地电流很小，不属于短路故障，而属于漏电故障。,2020/5/27,80,2-4漏电保护,漏电保护的目的是通过切断电源的操作来防止人身触电伤亡和漏电电流引爆沼气煤尘。保护方式有：附加直流电源检测式漏电保护利用三个整流管的漏电保护零序电压式漏电保护零序电流式漏电保护零序功率方向式漏电保护旁路接地式漏电保护,2020/5/27,81,一、对漏电保护的要求：全面、安全、可靠、灵敏、有选择性1.全面：指保护范围应覆盖整个供电单元，没有动作死区，无论供电单元内何处发生何种类型的漏电故障（对称或不对称的），都能起到保护跳闸作用。另一个要求是，无论设备或电网处于什么状态（合闸前、合闸后、合闸过程中），当发生漏电故障应能起相应的保护作用，或切断电源，或闭锁送电开关，禁止对故障设备或线路送电。,2-4漏电保护(1),2020/5/27,82,一、对漏电保护的要求(2),2.安全：即要求满足30mAs安秒值的规定。从最严重的触电事故发生到电源被切除的时间乘以流过人体的电流，其乘积应不超过30mAs。因此一方面要提高保护装置的动作速度，另一方面降低通过人身的触电电流。应保证在切断电源或发生间歇性漏电时，接地点的漏电火花能量小于0.28mJ。,2020/5/27,83,一、对漏电保护的要求(4),3.保护可靠：一指保护装置本身有较高的可靠性，二指保护性能要可靠，当本供电单元发生漏电故障时，它一定动作，而本单元以外的任何故障，它一定不动作。4.动作灵敏：指保护装置对故障的反应能力，在发生最轻的漏电故障时也能可靠的动作，即灵敏度高。,2020/5/27,84,一、对漏电保护的要求(5),5.选择性：是保护系统的一个重要参数，要求在供电单元中只切除故障部分的电源，而不切除非故障部分的电源。确保在发生故障时停电的范围尽可能小。,2020/5/27,85,二、漏电保护原理,附加电源直流检测式漏电保护1）保护原理：电网发生漏电故障，最容易检测到电网各相对地绝缘电阻的下降。通过在电网上附加一直流电源的方式，检测电网对地的绝缘阻抗，判断是否发生漏电故障。,附加电源直流检测式漏电保护电气原理图,2020/5/27,87,1、附加直流电源检测漏电保护(2),直流电源V通过三相电抗器1L所组成的人为中性点（也可通过变压器中性点）加在三相电网与大地之间，直流电流I由电源正极流出入地，经绝缘电阻r1,r2,r3进入三相线路，再由三相电抗器1L、零序电抗器2L、千欧表K（直流毫安表）和直流继电器KD返回电源负极。,2020/5/27,88,对于稳定的直流电源，电容C和电网对地电容C1、C2、C3相当于开路，不会由电流通过，则电流I为：,1、附加直流电源检测漏电保护(3),2020/5/27,89,1、附加直流电源检测漏电保护(4),对直流回路，r相当于三相电网各相对地的绝缘电阻并联。若一相绝缘电阻降低，其余两相为正常或无限大，则rr；若L1、L2两相绝缘电阻同时下降，且r1=r2=r，而L3相为正常，则rr/2;若三相对地绝缘电阻同时下降，且r1=r2=r3=r，则rr/3。设R=RKD+RK+R2l+R1l/3为保护装置内阻，则当V和R一定时，直流继电器KD和千欧表中的电流值将随r的变化而变化。而直流继电器选定后，动作电流即确定。当r下降到一定程度，当电流I大于继电器动作电流时，KD便动作，通过自动馈电开关跳闸，达到漏电保护的目的。,2020/5/27,90,2）直流继电器动作值的确定。直流继电器的动作值应根据线路对地绝缘r的大小来确定，线路对地绝缘低到危险值后动作。考虑到人身安全电流为30mA，因此，r的整定值要满足使人身触电电流小于30mA的条件。在不考虑电网对地电容时，有,1、附加直流电源检测漏电保护(5),2020/5/27,91,直流继电器动作值的整定,代入Ima=30mA,Vl1=380V（相电压）,Rma=1000,可得r35k.即对于井下660V低压电网，相对地实际绝缘水平必须在35k以上，否则在发生人身触电时就可能危及人身安全。因此可以确定单相漏电保护装置的动作电阻应为：rr/311.7k低压电网的单相、两相、三相漏电的动作电阻值应为1：2：3关系，即11.7：23.4：35k的关系。,2020/5/27,92,直流继电器动作值的整定,三相电网交流对装置的影响：当电网对地绝缘阻抗不对称时，即使电源电压正常，也会有交流电流流经三相电抗器、零序电抗器进入直流回路，使保护装置受到交流电流的干扰，因而动作值不再保持1：2：3的关系。同时电网的对地电容电流也对动作值产生影响。为消除交流电流对直流回路的影响，在零序电抗器与大地之间接入一个大电容C0（几个微法至几十微法），构成交流通路（电容具有隔直流同交流的特性），通过C0的滤波作用，消除了交流电流的影响。,2020/5/27,93,3）电容电流的补偿,由于电网对地电容的存在，会使漏电电流和人身触电电流显著增大。在电容电流完全被补偿的情况下，漏电电流或人身触电电流才可能为最小。利用零序电抗器的电感电流与对地电容电流的反相特点，实现电容电流的补偿。,2020/5/27,94,3）电容电流的补偿,电容电流补偿后的等效图等效内阻为：,2020/5/27,95,3）电容电流的补偿,当电容电流与电感电流完全相等时，即电容电流被全部补偿时，漏电电流最小。即L=1/32C.或XL=X3C当XLX3C时漏电电流呈容性即欠补偿状态；当XLX3C时漏电电流呈感性即过补偿状态；当XL=X3C时即完全补偿或最佳补偿状态；,2020/5/27,96,4）附加直流电源检测式漏电保护的优点,附加直流电源检测式漏电保护的优点：（1）保护全面。保护范围几乎可以覆盖到整个低压供电保护单元，唯一不能保护的是一段由井下动力变压器低压侧至总低压开关的电缆。保护动作无死区，故障跳闸不受故障类型和发生的时间地点的影响。（2）对整个供电单元具有电容电流补偿，漏电电流和人身触电电流较小。,2020/5/27,97,（3）动作值整定简单，数值固定，而且能直接反应电网对地的绝缘情况；（4）这种保护装置与井下供电单元的各分组馈电开关、磁力启动器中的漏电闭锁单元结合，可以构成一个简单易行、可靠性高、成本低廉且易于查找故障支路的漏电保护系统；,4）附加直流电源检测式漏电保护的优点,2020/5/27,98,5）缺点,（1）保护无选择性，即在供电单元的任何处发生漏电故障，都将引起总开关跳闸，停电范围大。（2）电容电流的补偿是静态补偿，电感电抗值调整好后不能随电网对地电容的大小变化而自动调节，无法保持在最佳补偿状态。（3）保护装置的动作时间较长。,2020/5/27,99,2.利用三个整流管的漏电保护,利用三个整流管构成的漏电保护原理图如图：,额定电压380V低压供电网络仿真图，三相对地绝缘为35千欧，Rlo=50千欧,额定电压380V低压供电网络仿真图，其中两相对地绝缘为35千欧，一相对地绝缘为5千欧，Rlo=50千欧,额定电压380V低压供电网络仿真图，其中两相对地绝缘为5千欧，一相对地绝缘为35千欧，Rlo=50千欧,2020/5/27,103,工作原理：三个整流管V1、V2、V3，分别接到电网的L1、L2、L3三相，另一端以星形方式接在一起，并经继电器或负载电阻Rlo接地。由于变压器的中性点不接地，经三个整流管整流以后的直流电流，必须流经Rlo大地电网对地的绝缘阻抗r1、r2、r3，才能返回电源。所以该电流的大小直接反应了电网对地的绝缘状况，通过判断该电流的变化，可以检测漏电保护。,2.利用三个整流管的漏电保护,2020/5/27,104,2.利用三个整流管的漏电保护,特点及应用：结构简单，不需要另设直流电源，即可获得直流检测式漏电保护所具有的保护特性。另外具有较高的直流电压，所以能够较真实反应电网的绝缘水平。缺点：动作值受电源电压波动的影响较大和对整流管的反向电压要求较高，因此只适合在较低电压等级电网使用，如127V煤电钻综合保护中采用。,2020/5/27,105,3.零序电压式漏电保护,利用漏电时零序电压的大小，来反应电网对地的绝缘程度，当零序电压达到一定程度时即认为发生漏电，使馈电开关跳闸。缺点：动作电阻值不固定、无选择性、不能保护对称性漏电故障、只能在变压器中性点非直接接地系统中，一般应用在6kV及以上电压电网绝缘监视保护中。,2020/5/27,106,4.零序电流式漏电保护,在电网中发生非对称性漏电故障时，如果存在零序回路，则在回路中出现零序电流。通过零序电流互感器检测出该零序电流的大小，在超过整定值时使继电器动作，切断故障线路电源。利用各支路零序电流的方向的不同，可实现放射式电网的横向选择性漏电保护。既可在中性点不接地系统中应用，中性点接地系统中也可应用。缺点：动作电阻值不固定、不能保护对称性故障、不能补偿电容电流。,2020/5/27,107,5.零序功率方向式漏电保护,利用零序电流或零序电压的幅值大小来判断供电系统是否发生漏电，同时利用各支路的零序电流与零序电压的相位关系来判断故障支路，然后切除故障支路，实现有选择性切除故障的保护方式。优点：有较强的横向选择性，当支路发生漏电时，停电范围很小。缺点：与零序电流方向保护类似。,2020/5/27,108,5.零序功率方向式漏电保护,保护原理图：,2020/5/27,109,6.旁路接地式漏电保护,保护原理如图：,2020/5/27,110,6.旁路接地式漏电保护,当电网发生单相接地或人身触及一相线时，由检测选相器确认故障相并迅速输出动作信号，执行继电器13KD迅速将故障相旁路接地，利用专设的接地极电阻Rgr的分流作用，降低人身触电电流或经漏电点的电流，而不影响电网的正常运行。故障支路跳闸后，旁路接地装置复位。,2020/5/27,111,6.旁路接地式漏电保护,优点：安全性较高，对矿井的安全生产和人身安全有较好的保障。缺点：保护范围只能对单相漏电或触电，且电路复杂，对装置本身可靠性要求高。为了避免两相或三相误接地，电路中还必须设置电气闭锁。,2020/5/27,112,三、矿用隔爆检漏继电器,JY82型矿用隔爆检漏继电器适用于煤矿井下中性点绝缘系统，电压为380V或660V，频率为50Hz的三相交流电网，能在井下任何有瓦斯煤尘爆炸性危险的场所正常工作。与低压供电单元的总馈电开关QA配合，可以对整个供电单元实现漏电跳闸保护。,2020/5/27,113,1.JY82型矿用隔爆检漏继电器,1）主要功能（1）通过内设的欧姆表时刻监视电网的绝缘电阻，以便及时进行预防性检修；（2）当运行中的电网对地绝缘电阻降低到危险值或发生人身触及一相带电导体或电网一相接地故障，能够迅速动作，使自动馈电开关跳闸，切断电源，防止触电漏电事故；（3）当人触及电网一相时，可以补偿通过人身的电容电流，从而减少通过人身的总电流，降低触电危害，同时减少入地电流，降低引爆沼气煤尘的能力。,2020/5/27,114,1.JY82型矿用隔爆检漏继电器,2）结构、电路及元件JY82检漏继电器由隔爆外壳、可拆出电气芯子组成。外壳的前盖利用止口卡在外壳本体上，并与隔离开关的操作手柄有机械闭锁，以确保在断电源后开盖，开盖后就无法接通电源。前盖上有一个玻璃窗口，可以观察欧姆表的指示数值；另有一个试验按钮，用以检查继电器能否可靠工作；下面的喇叭口用以接辅助接地极。,2020/5/27,116,QS隔离开关，检漏继电器的电源开关，对自动馈电开关有电气闭锁作用。当此开关不合闸，即检漏继电器未投入运行，由于其一组节点QS1接通了自动馈电开关的脱扣器线圈YA的电源，自动馈电开关不能合闸。即实现漏电保护的强制投入。1L三相电抗器，作用是把直流检测回路与三相交流电网连接起来的元件。三相电抗器的三个线圈始端分别接在电网的三相上，末端结成星形，接在直流检测回路；其中一相有二次线圈，作为桥式整流器VC和指示灯HL的电源，二次线圈做成抽头式。,JY82各主要元件的作用：,2020/5/27,117,2L零序电抗器。作用一：本身有较大的电抗值（十万欧姆），可以保证三相电抗器星形点对地的绝缘水平；作用二：通过它的电感性电流补偿漏电、触电时的电容性电流。C2电容器，也叫接地电容，用来接通检测继电器的交流回路。当电网发生漏电时，交流电流经C2入地，减少交流电流对继电器KD直流电路的干扰，防止检漏继电器误动作。,JY82各主要元件作用,2020/5/27,118,KD直流继电器，检漏继电器的执行元件，额定动作电流5mA，有两个常开节点KD1和KD2，KD1为动作节点，用以接通自动馈电开关脱扣器线圈的电源，KD2为自保节点，且比KD1先行闭合，这样可以提高继电器的动作可靠性，并能防止间歇性漏电时，烧毁节点KD1。R1平衡电阻，阻值为1千欧，使整流器经常有稳定的负荷，保证整流器的输出电压的稳定。,JY82各主要元件作用,2020/5/27,119,k欧姆表，实际为一只刻着欧姆刻度的直流毫安表，用以直接监视电网的对地绝缘水平；C1延时电容器，防止在检漏继电器投入运行的瞬间，因C2的充电电流引起KD的误动作。VC桥式整流器，提供附加的直流检测电源。HL指示灯，供给欧姆表照明，并兼作检漏继电器投入与否的指示灯。R3试验电阻，用以检查检漏继电器工作是否可靠，对660V电网为10k，380V电网为3.5k,JY82各主要元件的作用,2020/5/27,120,各主要元件的作用SB试验按钮，与试验电阻和辅助接地极配合，检查漏电继电器动作是否可靠。1PE局部接地极。2PE辅助接地极，供试验用，安装点距离检漏继电器的局部接地极5m以上。,1.JY82型矿用隔爆检漏继电器,2020/5/27,121,（1）监视电网的绝缘水平JY82采用附加直流电源检测式漏电保护。当隔离开关QS合闸后，整个检漏继电器即通过三相电抗器1L与总开关QA连接，开始工作。其直流检测回路为：VC(+)k表SB2PE大地电网对地总绝缘电阻R电网1L2LKDVC(-)，形成闭合回路。,3）工作原理,1PE,2020/5/27,122,3)工作原理,此时，通过欧姆表的直流电流I为：VC附加直流电源电压；R三相电网对地总的绝缘电阻，R=r/3；r除R外，整个直流检测回路的各元件电阻之和。直流检测回路中的电流随R的减小而增大。通过毫安表的读数就可反应电网对地绝缘电阻值。,2020/5/27,123,3）工作原理,（2）漏电、触电保护当人触及电网任一相或电网对地绝缘电阻下降到危险值，检测电流I通过下面回路：VC(+)kSB2PE大地人体电阻电网1L2LKDVC(-)。形成闭合回路。由于人体电阻Rma为1k，远小于R，或者R本身降到了较小值，则检测电流I将超过5mA，直流继电器KD动作，KD2先闭合自保，后KD1闭合，接通总开关QA脱扣器线圈YA的电路，自动馈电开关跳闸，实现了漏电保护。,1PE,R,2020/5/27,124,3）工作原理,（3）检漏继电器的可靠性试验煤矿安全规程规定：每天应对低压检漏继电器的运行情况进行一次试验，发现检漏装置有故障或网路绝缘降低时，应立即停电处理，修复后方可送电。试验时，按下试验按钮SB，接通试验回路：VC(+)k1PE2PESBR32FU1L中间相2LKDVC(-)。由于R3小于检漏继电器的整定值，直流检测电流I将大于5mA，检漏继电器动作，馈电开关跳闸，说明设备工作正常。,2020/5/27,125,3）工作原理,（4）电网对地电容电流的补偿通过调节零序电抗器2L的电感量（抽头），使电感电流与电容电流相抵消，从而降低漏电电流。在试验调整时，可用三组容量相等的电容器组成模拟电网，当调整电感抽头使外加毫安表读数为最小时，即认为达到最佳补偿。补偿效果E0：E0=(I1-I2)/I2100%,2020/5/27,126,四、井下低压漏电保护系统方案,旁直零式选择性漏电保护系统共设置了五种保护单元或插件：1）附加三相接地电容器组，用来消除方向型保护动作死区，装设在总开关的负荷侧，其星形点连在接地网。2）旁路接地式漏电继电器一台，设置在总开关处。采用旁路接地，保护系统的安全性能大大提高，使得靠延时的纵向选择性得以实现。,2020/5/27,127,旁直零式选择性漏电保护系统,3）直流检测式漏电保护器插件一块，装设于总开关内，主要用来弥补方向型漏电保护的动作死区（对称性故障），并作为整个漏电保护的总后备。4）零序功率方向式漏电保护插件若干，在除总开关以外的所有馈电开关和磁力启动器中各装设一块，主要完成横向选择性漏电保护。,2020/5/27,128,旁直零式选择性漏电保护系统,5）直流检测式漏电闭锁插件若干，装设地点同方向型插件，也可与方向型插件合一。根据纵向选择性的要求，纵向各自的跳闸时间应在延时上有一定的差别。,2020/5/27,129,2.选择性自动复电漏电保护系统,所谓自动复电，即地面自动重合闸技术在井下的运用。具有自动复电功能的保护系统，可以减少故障停电时间，提高电网的供电可靠性，并具有选择性。但是设计必须满足煤矿安全规程第424条的规定，即在低压馈电线上应有可靠的漏电、短路检测闭锁装置。,2020/5/27,130,系统由带重合闸的馈电开关（总开关采用真空型）、磁力启动器与直流检测式漏电保护、闭锁、延时插件等构成。保护原理：在该供电单元中任何地方发生任何性质的漏电故障或人身触电时，设在总开关处的直流检测式漏电保护插件动作，使总开关跳闸断电，单元内所有开关启动器均失压脱扣断电；约经过0.5s的延时，各处漏电闭锁电路投入运行，选择性寻找故障支路，并将故障支路的开关或启动器闭锁；而后经过12s，从