现代矿山电工技术CH2

2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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),2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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),2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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),2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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),2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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),2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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),2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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、通讯等弱电系统的电气设备，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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,23,1.漏电故障的基本概念,单相漏电电流回路示意图。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,41,根据电路原理，人身触电电流为,人身触电电流,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,42,将X3C=1/3C带入得：,人身触电电流,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,49,人身触电电流值随绝缘电阻和电容的变化规律,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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。,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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,2020/6/11,河南理工大学电力工程系,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