煤矿电气安全技术

煤矿电气安全技术大同大学煤炭工程学院郭刚,第一章矿井供电概述一、煤矿企业对供电的要求安全、可靠、经济、技术合理。二、煤矿企业负荷分类一类负荷：凡因突然停电可能造成人员伤亡和重大经济损失的负荷。如：主通风机、主提升机、主排水泵等。对供电的要求：必须采用双回路供电。,煤矿井下电气安全技术,二类负荷：凡因突然停电可能造成较大经济损失的负荷。如：综采工作面设备、综掘工作面设备、压风机等。对供电的要求：一般采用单回路供电。三类负荷：不属于一类、二类负荷的所有负荷。对供电的要求：没有特殊要求。,煤矿井下电气安全技术,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,一、深井供电系统图1-1,煤矿井下电气安全技术,二、浅井供电系统图1-2,煤矿井下电气安全技术,矿井供电系统由电力系统的区域变电站、矿井地面变电站、井下中央变电所、采区变电所、工作面配电点组成。一、井下中央变电所井下中央变电所是井下供电中心，担负整个井下受电、配电、变电的重要任务。,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,1、井下中央变电所位置确定应尽量靠近负荷中心，并根据通风良好、交通方便、进出线易于敷设、顶底板条件及保安煤柱的位置等因素，综合加以考虑。一般设在靠近副井的井底车场范围内。井下主变电所的位置示意图。1副井井筒；2主井井筒；3井下主（配）变电所；4主水泵房；5井底车场巷道2、井下中央变电所的结线方式3、井下中央变电所的硐室及设备布置,煤矿井下电气安全技术,1、采区变电所位置确定2、采区变电所的结线方式3、采区变电所的硐室及设备布置,煤矿井下电气安全技术,1、移动变电站的设置2、工作面配电点位置及设备布置,煤矿井下电气安全技术,一、煤矿地面供电模式变压器中性点接地的三相四线制。用于地面三相不对称负载的供电系统。,煤矿井下电气安全技术,二、煤矿井下供电模式变压器中性点和地绝缘的三相三线制。用于井下三相对称负载的供电系统。,煤矿井下电气安全技术,第二章矿井供电系统的四大保护一、漏电保护1、漏电：矿井电缆对地泄漏电流大于等于30mA时即是漏电故障。,煤矿井下电气安全技术,漏电的种类：一、集中性与分散性漏电二、单相漏电、二相漏电、三相漏电2、漏电的危害（1）发生人身触电事故运行中的电气设备漏电，若漏电保护装置拒动时，其设备外壳带电，工作人员因工作的需要接触设备的外壳时，发生人身触电事故，当流过人体电流大于30mAs时，人身有生命危险。煤矿井下取人体电阻Rma=1000作为计算值，流过人体电流的安全极限值为30mAs。,煤矿井下电气安全技术,当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,当人触及外壳,接地电流Ie将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R及分布电容C回到电源。当R值较低、C较大时，Ib将达到或超过危险值。,（2）引起瓦斯和煤尘爆炸煤矿井下空气中瓦斯浓度或煤尘在空气中悬浮的浓度达到爆炸浓度时，而漏电电流产生的火源能量达到0.28mJ或700800时，即发生瓦斯或煤尘爆炸。瓦斯爆炸往往伴随着煤尘爆炸，带来毁灭性的灾难。,煤矿井下电气安全技术,煤矿井下电气安全技术,（3）使电雷管提前引爆漏电电流在通过的路经上会产生电位差，漏电电流越大，所产生的电位差越大。如果待引爆的电雷管两角线不慎与漏电回路上具有一定电位差的两点相接触，就可能使电雷管提前引爆，造成人身伤亡事故。,煤矿井下电气安全技术,（4）引起短路事故长期的漏电电流，使电缆及设备的绝缘进一步损坏，最后造成短路事故。（5）烧毁电气设备，引起火灾长期存在的漏电电流，尤其是经过渡电阻接地的漏电电流，在通过设备绝缘损坏处时，发出大量的热，使绝缘进一步损坏，甚至使可燃性材料，如非阻燃性橡胶电缆着火燃烧。,煤矿井下电气安全技术,3、漏电的原因1）电气设备或电缆绝缘损坏引起漏电2）电缆的接线安装不当引起漏电3）管理不完善造成电缆漏电,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,4、漏电保护模式1）附加电源直流检测式,煤矿井下电气安全技术,表：漏电保护动作电阻值注：漏电闭锁值为漏电动作值的2倍,直流检测电流I的通路为：L+大地电网对地绝缘电阻r1、r2、r3（三相并联）电网三相电抗器1L零序电抗器2Lk表直流继电器KD线圈L-。QS-检漏继电器电源开关，QS未合闸，其接点QS1接通了馈电开关中脱扣线圈YA回路，馈电开关不能合闸。1L-三相电抗器，将直流检测回路和交流电网连接起来的元件。其中有一相带有二次绕组，经整流作为直流检测回路的电源和指示灯电源；该二次绕组带有抽头，以便于调整直流电源的电压。,煤矿井下电气安全技术,2L-零序电抗器，其作用有2个，一是保证三相电抗器中性点对地的绝缘水平（自身的电抗为100k），二是通过它的电感电流来补偿分布电容电流。C2-接地电容，当电网发生漏电时，提供交流通路，从而减小交流电流对直流继电器KD回路的干扰。KD-直流继电器，额定动作电流为5mA，其接点KD2比KD1先闭合，提高了继电器动作的可靠性，防止发生间歇性漏电时，继电器抖动，烧坏接点KD1。k-电阻表，实为直流mA表，刻度标为电阻值。,煤矿井下电气安全技术,2）零序电流式漏电保护,煤矿井下电气安全技术,煤矿井下电气安全技术,电网中发生了非对称漏电故障时，就会产生零序电压，此时如果存在零序电流回路，则在该回路中将出现零序电流，该电流用零序电流互感器检测出来，经过信号处理电路，使继电器动作，切断故障线路。,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,3）零序功率方向式漏电保护选择性漏电保护原理,煤矿井下电气安全技术,煤矿井下电气安全技术,利用零序电流或零序电压的幅值大小来判断供电线路是否发生了漏电；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，实现有选择性的漏电保护。零序功率方向保护原理如图所示。当电网中某支路发生漏电故障或人身触电时，由传感电路分别从电网中取出零序电压和各支路的零序电流信号，经放大整形后，由相位比较电路来判别故障支路，最后起动执行电路，切断故障支路电源，实现保护。,煤矿井下电气安全技术,二、过流保护过流保护包括短路保护、过载保护、断相保护。（一）短路保护,煤矿井下电气安全技术,1、短路：电源经小阻抗直接形成回路即短路。2、电路发生短路以后的现象1）短路电流急剧增大，是正常运行电流的几十倍或更大；2）短路后，电源所带的负载性质发生了变化，功率因数变大；,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,3、短路的危害1）引起供电电缆的过热，使电缆的绝缘性能下降；2）使供电电缆着火，引起火灾，造成更大的损失；4、短路保护1）以电流大小为依据实施短路保护的元件或装置：熔断器、过流继电器、JDB综合保护器。,煤矿井下电气安全技术,（1）熔断器熔断器主要由外壳和熔体两部分组成。根据用途的不同，外壳由电工陶瓷或有机纤维制成。熔体用熔点为200420的铅、锡、锌合金制成。熔断器串联在电路中，当电路发生短路或严重过负荷时，大电流使熔体发热而熔断，切断了故障电路的电源，实现了保护。RM1和RM10系列为无填料，密封管式熔断器，有机纤维制成的外壳内，装的变截面锌片熔体，以提高熔断器的保护性能。,煤矿井下电气安全技术,（1）熔断器变截面的熔体在电流突然增大时，由于窄截面处电阻大，所以发热严重而迅速熔化，并在密封管壳内形成强烈的电弧，电弧高温使纤维管壳分解出大量气体，管内高压气体阻止空气电离，将电弧迅速熄灭。随着管壁的多次分解，外壳的机械强度降低，因此，一般发生三次短路后就应该更换，以免造成熔断器爆炸事故。,煤矿井下电气安全技术,（1）熔断器,熔断器的保护特性,煤矿井下电气安全技术,（2）过流继电器,限流热继电器原理示意图,煤矿井下电气安全技术,主回路发生短路时，电流继电器KA动作，接点6断开，馈电开关脱扣器脱扣，开关跳闸，实现短路保护。,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,（3）JDB综合保护器,JLB-300型电流继电器电路原理,煤矿井下电气安全技术,当运行中发生短路故障时，I8IN（或10IN、12IN）时，电流信号VA足够大，不经延时环节，直接触发由场效管VT5和VT6组成的触发器，使6K继电器动作，6K为磁持继电器，不能自动复位，6K1打开了接触器线圈控制回路，使开关跳闸。,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,2）以电源所带的负载性质发生变化，功率因数变大为依据的短路保护装置相敏短路保护装置,煤矿井下电气安全技术,煤矿井下电气安全技术,相敏短路保护的主要特点是能区分电路的功率因数的高低和电流的大小，对大容量鼠笼型电动机启动时，启动电流大，而功率因数低，相敏短路保护装置不动作；而低压电路末端发生短路时，短路电流较小，而功率因数较高，相敏短路保护装置可靠动作。这样，将电动机的启动和电路的短路区分的清楚、明白，不至于将二者混淆，所以，相敏短路保护在短路保护中更科学、合理。,煤矿井下电气安全技术,（二）过载保护1、过载：电动机实际运行电流大于额定电流即是过载。2、电动机过载的危害：电动机外壳散热面积只能散去额定电流所产生的热量，过载后多余的热量散不出去，导致电动机铁芯和绕组的温度不断上升，最终将电动机的绝缘结构破坏，使电动机烧毁。3、电动机的过载保护要求为反时限特性，即当电动机的电流I小于等于额定电流IN时，过载保护不应动作；I=1.2IN时，动作时间约为20min左右，I=1.5IN时，动作时间为2min左右；I=6IN时，动作时间应不大于5s。,煤矿井下电气安全技术,1、电机、变压器绝缘结构匝间绝缘：绕组中每匝漆包线之间的绝缘。相间绝缘：三相绕组之间的绝缘。相对地绝缘：每相绕组对地之间的绝缘。2、三相交流异步电动机的机械特性电动机外壳散热器只能散去额度电流所产生的热量。绝缘材料耐热等级,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,限流热继电器原理示意图,煤矿井下电气安全技术,（三）断相保护1、断相：电动机运行过程中电源线突然断去一相，剩二相电运行。2、缺相运行现象：电动机定子产生脉动磁场，导致电动机运行震动并产生很大的噪音。3、缺相运行危害：电动机三相电流不平衡，导致电流增大，电动机发热，破坏电动机绝缘结构，烧毁电动机。,煤矿井下电气安全技术,4、断相保护利用热继电器或电动机综合保护器进行断相保护。三、保护接地保护接地，就是用导体把电气设备在正常运行不带电、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连接起来，它是防止人身触电的一项极其重要的措施。,1、保护接地原理,保护接地原理图,煤矿井下电气安全技术,保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。用于中性点不接地的低压系统电气设备外壳有保护接地时通过人体的电流：Rb与Ro并联，且RbRo通过人体的电流可减小到安全值以内,煤矿井下电气安全技术,煤矿井下电气安全技术,2、煤矿井下保护接地系统,煤矿井下电气安全技术,保护接地系统：通常利用供电的高低压铠装电缆的铅包层和金属铠装层，橡胶电缆的接地芯线或屏蔽护套，把分布在井底车场、运输大巷、采区变电所、工作面配电点的电气设备，在正常运行时不带电的金属外壳在电气上连接起来，再与各处埋设的局部接地极、主接地极连接起来，组成保护接地系统，亦称总接地网。煤矿安全规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻不得超过2。,煤矿井下电气安全技术,主接地极安装示意图,局部接地极安装示意图,3、保护接地极的安装,煤矿井下电气安全技术,四、矿井供电系统的电压保护（一）、欠电压保护1、无压失放保护：供电系统突然停电，电压为0时，控制电器使电动机断电，生产机械设备停止运行；系统突然来电时，控制开关需人为启动后，生产机械设备才可以启动运行。2、电源电压低于额定电压的75%时，电动机运行电流会超过其额定电流，电动机长时运行会过热，导致绝缘结构破坏，烧毁电动机；故电源电压低于额定电压的75%时，系统需实施断电保护，称为欠电压保护。,煤矿井下电气安全技术,（二）、过电压保护1、大气过电压（雷电）保护雷电的形成：大气中云层电荷体和地球之间形成的强电场，导致空气被击穿，形成离子导电（电闪），使云团中的电荷泄入大地，同时释放的大量热量使空气急剧膨胀产生爆裂声（雷声）。雷电的种类：直击雷、感应雷、球雷。,煤矿井下电气安全技术,雷电的防护：为防止雷电对供电系统及煤矿井下造成破坏，通常采用避雷器进行防护。如避雷针、避雷线、阀型避雷器等。2、操作过电压保护真空开关在断电时产生的自感电动势非常大，导致触头两端的电场非常强，形成了很高的电压，称为操作过电压。此电压若不进行吸收，会给系统和设备造成击穿破坏，对此的保护称为操作过电压保护。,煤矿井下电气安全技术,操作过电压的吸收：阻容吸收器、压敏电阻吸收。阻容吸收：压敏电阻吸收：,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,第二章：人身触电及预防一、人身触电事故1、电击：是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。2、电伤：是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。,调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。,人体电阻：人体电阻因人而异，通常为104105，当角质外层破坏时，则降到8001000。2.电流强度对人的伤害人体允许的安全工频电流:30mA工频危险电流:50mA3.电流频率对人体的伤害电流频率在40Hz60Hz对人体的伤害最大。实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。,煤矿井下电气安全技术,4.电流持续时间与路径对人体的伤害电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的。5.电压对人体的伤害触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。把36V以下的电压定为安全电压。,煤矿井下电气安全技术,煤矿井下电气安全技术,二、人身触电安全电流秒1.安全电流：30mA2.允许安秒值：30mAS3.安全电压没有高度危险的条件下（干燥洁净的场所）65V有高度危险的条件下（潮湿的场所）36V在特别危险的条件下（潮湿酸性场所）12V,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,三、人身触电的预防措施避免触电减少触电危险四、触电的急救1、快速脱离电源2、正确实施救护,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,第三章：掘进工作面三专二闭锁煤矿安全规程规定：矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电，并设置风电闭锁、瓦斯电闭锁，确保掘进工作面生产安全。1.三专供电每个掘进工作面的局部通风机供电，直接由采区变电所采用专用变压器、专用开关和专用电缆向局部通风机供电，以防其他电气设备的用电干扰，保证局部通风机的连续正常供电，从而保证局部通风机连续运转，不停地向掘进工作面供给需要的新鲜风流，以确保掘进工作面和掘进巷道中良好通风条件。,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,三专二闭锁电气系统图,煤矿井下电气安全技术,2风-电闭锁风-电闭锁，是指控制通风机的起动器与控制掘进机的起动器进行联锁控制，来实现先给通风机供电，然后才能给掘进机供电的方式，风机停转时，掘进机工作面的电源同时被切断。,两台开关实现风电闭锁接线图,煤矿井下电气安全技术,3瓦斯-电闭锁瓦斯-电闭锁，是当掘进巷瓦斯超限时，自动切断给掘进机供电的高压电源。,瓦斯-电闭锁接线原理,郭刚大同大学煤炭工程学院,煤矿井下电气安全技术,4用KSGJY型综掘专用移动变电站实现三专二闭锁,KSGJY系列综掘专用移动变电站供电系统,煤矿井下电气安全技术,第四章：矿用电气设备及其防爆技术一、矿用电气设备符号的含义KB:矿用隔爆型电气设备KY：矿用一般型电气设备Ex：爆炸环境下用的电气设备I：矿用设备ExeIExdibIExSId:隔爆型p:正压型o:充油型q:充砂型e:增安型n:无火花型ib：本质安全型S:特殊型,煤矿井下电气安全技术,采用间隙隔爆技术间隙隔爆技术是把正常运行或故障状态下可能引爆瓦斯或煤尘的电气设备置于坚固的具有隔爆结构的外壳内，当隔爆壳内部发生爆炸时，高温火焰不会引起外部的瓦斯与煤尘爆炸，即为隔爆。用于强电系统。,煤矿井下电气安全技术,采用本质安全技术本质安全技术的特点是限制热源的能量，使本质安全设备在正常或事故状态下所产生的火花均不能点燃瓦斯与煤尘。即采用本质安全电路。这种防爆技术只适用于弱电系统。,煤矿井下电气安全技术,采用增加安全程度的措施采用各种方法提高电气设备的安全程度，使其故障率大大降低，从而防止电弧、火花或危险温度的产生。这项措施主要用于正常运行时不会产生点燃作用的设备和照明灯具上。ExeI,煤矿井下电气安全技术,采用快速断电技术快速断电技术又叫超前切断技术，其特点是采取可靠的自动快速切断故障电流的措施，使可能产生电火花或电弧存在的时间小于点燃瓦斯、煤尘所需要的最小时间。瓦斯、煤尘爆炸之前都存在一个感应期，即从爆炸性混合物接触引火源起，到转化为快速燃烧爆炸的时间间隔，感应期的长短与爆炸物的种类、浓度和点火源的温度等因素有关。瓦斯爆炸的感应期在10ms以上，煤尘爆炸的感应期在40250ms。所以，只要在发生电气故障的5ms之内切断供电电源，即能可靠地达到防爆的要求。,煤矿井下电气安全技术,二、矿用防爆型电气设备的种类1、ExdI：矿用隔爆型电器设备矿用隔爆型矿用电气设备的防爆性能靠隔爆面的粗糙度、隔爆面的长度、隔爆面的间隙度来保证。耐爆性：外壳要求能承受0.8Mpa的压力.隔爆性:不传爆性，间隙/冷却2、ExibI:矿用本质安全型电器设备本质安全电路：在规定条件（包括正常工作和规定的故障条件）下产生的任何电火花或任何热效应的能