煤矿井下三大保护Word格式文档下载.docx
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主接地极应在主、副水仓中各埋设1块。
主接地极应用耐腐蚀的钢板制成,其面积不得小于0.75m2、厚度不得小于5mm。
在钻孔中敷设的电缆不能与主接地极
连接时,应单独形成一分区接地网,其接地电阻值不得超过2Ω。
(2)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装有电气设备的硐室和单独装设的高压电气设备。
③低压配电点或装有3台以上电气设备的地点。
无低压配电点的采煤机工作面的运输巷、回风巷、集中运输巷(胶带
运输巷)以及由变电所单独供电的掘进工作面,至少应分别设置1个局部
接地极。
④连接高压动力电缆的金属连接装置。
局部局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近的潮湿处。
设置在水
沟中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
同等有效面积的钢管制成,并应平放于水沟深处。
设置在其他地点的局部
接地极,可用直径不小于35mm、长度不小于1.5m的钢管制成,管上应至
少钻20个直径不小于5mm的透孔,并垂直全部埋入底板;
也可用直径不
小于22mm、长度为1m的2根钢管制成,每根管上应钻10个直径不小于
5mm的透孔,2根钢管相距不得小于5m,并联后垂直埋入底板,垂直埋深
不得小于0.75m。
(2)连接主接地极的接地母线,应采用截面不小于50mm2的铜线,
或截面不小于100mm2的镀锌铁线,或厚度不小于4mm、截面不小于100mm2
的扁钢。
电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接,电缆连接装置
两头的铠装、铅皮的连接,应采用截面不小于25mm2的铜线,或截面不小
于50mm2的镀锌铁线,或厚度不小于4mm、截面不小于50mm2的扁钢。
一、漏电保护
随着煤矿井下用电设备数量的增多和电压的升级,供电与用电的安全
问题日益突出。
其中,漏电故障具有危害大、发生率高、突发性强、分布
范围广、不易察觉等特点,成为影响电力系统安全运行的重要因素。
漏电
保护设施可以监测电力系统的运行状况,一旦漏电发生,保护设施可以有
效控制故障的发展和事态的恶化。
(一)漏电故障
1漏电的原因
(1)电缆、电气设备自身的原因。
现象有:
①电缆在井下长期运行中,绝缘老化、受潮,导致绝缘性能下降。
②电动机工作时,绕组绝缘受热膨胀,停机后的绕组绝缘冷却收缩,
长期使用的结果是绝缘材料出现缝隙,潮起容易侵入,导致对地绝缘电阻降低。
(2)操作、维修不当。
①采掘机械迁移时,对电缆防护不周,导致电缆受到挤、压等外力,影响其绝缘性能。
②对检修后的电气设备送电时,由于内部残留有多余的零部件或遗留金属工具,导致带电部分和外壳之间的电气距离过小或二者直接接触。
③过载保护的动作值整定不适,导致过载长期存在而使绝缘受损。
(3)施工、安装不当。
①电缆与设备连接时,相线与地线接反。
②电缆冷补或热补时,操作工艺有误或使用的材质地下,影响绝缘性能。
③将电气设备安设在有淋水或其他易使设备受潮的地方。
(4)管理不当。
①购入并使用质量低劣的设备、电缆,其绝缘性能往往不能满足要
求。
②电缆长期浸泡在水中或埋压,没有及时处理。
2漏电对煤矿安全生产的危害
(1)产生过电压或造成相间短路。
当发生单相间歇性电弧接地时,由于接地电流不大,往往不能产生稳定的电弧,当电流经过零点而暂时熄弧后,在故障相的电压恢复上升道足够高的时候,电弧又立即重燃,这种间接性电弧现象会导致电磁能量的振荡和积聚,并在鉴权相及系统中性点间产生弧光接地过电压,危及电网与设备的绝缘。
在持续过程中,单相接地还可能发展成两相接地短路。
(2)造成人身触电。
漏电故障具有隐蔽性,如果保护功能不完善,容易导致人身触电。
(3)提前引爆雷管。
当漏电发生在爆破作业场所附近,且漏电电流足够大时,有可能提前引爆雷管,并造成严重的人员伤亡。
(4)引爆瓦斯。
在660V系统中,漏电电流达到42mA时,其产生的电火花的能量足以引爆超限的瓦斯。
3预防漏电故障的措施
(1)严禁电气设备及电缆长期过负荷运行。
(2)导线连接要牢固,无毛刺,防松装置要完好,连接方式要正确。
(3)维修电器设备时要按规程操作,检修结束要认真检查,严禁将
工具和材料等导体遗留在电气设备中。
(4)避免电缆、电器设备浸泡在水中,防止电缆受挤压、碰撞、过
度弯曲、划伤、刺伤等机械损伤。
(5)不在电气设备中增加额外部件,若必须设置时,要符合有关规
定的要求。
(6)设置保护接地装置。
(7)设置漏电保护装置。
漏电保护装置应能连续监测电网的绝缘状态,并且只监视电网对地的绝缘电阻值,而不反映其内容的大小。
当电网绝缘电阻降低到规定值时,快速切断供电电源。
当电网的绝缘电阻对称下降或不对称下降时,其动作电阻值不变。
其动作电阻值不应受电源电压波动的影响,并具有自检功能。
漏电保护装置的检测电路的电阻应足够大,不应降低电网对地的阻抗和不增加人身触电危险。
漏电保护装置必须灵敏可靠,既不能拒动,也不能误动。
漏电保护装置应能对电网对地电容电流进行补偿,减小人体触电电流。
漏电保护装置在电网送电之前应能对电网的绝缘状态进行监测,一旦发现漏电,将电源开关闭锁。
漏电保护装置动作应有选择性,以缩小停电范围。
将漏电保护装置与屏蔽电缆配合使用,当相线绝缘损坏发生漏电时,由于通过屏蔽层接地,而屏蔽层外部又有绝缘外护套保护。
因此,在漏电火花还未外露之前,漏电保护装置就已经动作,切断电源,从根本上杜绝了在空气中出现漏电火花的可能性,即实现了超前切断。
(二)漏电保护
漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护之一,在控制漏电的危害方面,其地位举足轻重。
1漏电保护方式
漏电保护技术虽然发展较快,但从漏电保护的基本原理上看,常见的
漏电保护方式主要有两种:
附加直流电源保护方式和零序电流保护方式。
(1)附加电流电源保护方式。
①基本原理。
附加直流电源原理图如图5-1所示。
图5-1附加直流电源原理图
串接于漏电检测回路中的千欧表实际上是刻度为电阻的直流毫安表,
由于检测电流与总绝缘电阻有直接关系,因此可用电流的大小来表征绝缘
电阻的大小。
在图5-1中,电流检测回路如下:
回路中的直流检测电流的大小为
I=U/(R∑+r∑)
式中U---直流检测电源电压,V;
R∑--简陋继电器的内阻,Ω。
r∑---三相电网对地总绝缘电阻,Ω。
由于检测回路中三相电抗器、零序电抗器、千欧表和直流继电器的直
流电阻相对稳定,所以检测回路中的电流大小能反映三相电网对地的绝缘
水平,电网对地绝缘情况的变化,可用直接反映给检测回路中的检测电流。
当电网中发生人身触电时,检测回路发生变化:
由于触电人体对电网对地绝缘电阻的影响,导致电流检测电流数值增
大并使直流继电器动作,最终检漏继电器可控制开关将电源切断,实现漏
电保护。
②电容电流补偿。
空用低压电缆是用橡胶、聚氯乙烯塑料或其他高
分子聚合物(也成电介质)作护套。
电介质在外电场得作用下会发生计划
现象,这就形成了电网分布电容。
电网分布电容的大小,与电缆长度成正
比,流经交流电网分布电容的电流成为电网的电容电流。
当电缆长度小于1Km时,电网分布电容的影响很小,可以忽略。
但手机上,矿井中使用的电缆数量大,分布电容的影响不可忽视。
检漏继电器中的零序电抗器的作用是形成感性电流,利用容性电流与感性电流在相位上的关系实现补偿效果。
补偿方法:
检查瓦斯后,断电打开继电器盒子,在电源进线端子的任何一相与地之间接入一交流毫安表
(量程0~500mA)和1kΩ电阻。
送上电源后,调节零序电抗器抽头,使毫安表的读数逐步减小,直至最小,此时达到最佳补偿状态。
上述属于静态补偿,由于补偿滞后,不能实现与电网分布电容变化的
同步,因此补偿效果不很理想。
动态补偿可用克服静态补偿的不足,即利
用微机自动检测和补偿。
在正常情况下,由微机对电网分布电容进行检测。
从电网取得的分布电容信号,一路送到由反馈电路组成的细调补偿电路,
另一路送到微机检测系统的粗调补偿电路。
细调补偿电路是由反馈电路直
接去调节磁放大器的激磁电流来改变其电感,从而适应分布电容小幅度的
变化。
当电网分布电容变化超出细调范围时,微机通过指令使执行电路的
继电器动作,改变磁放大器的抽头,进行粗调补偿。
(2)零序电流保护方式。
零序电流保护方式可可以实现对漏电故障有选择地处理,其原理如图5-2所示。
图5-2零序电流保护原理图
在变压器中性点不接地的供电系统中,正常状态下电网三相电压对
称,三相对地绝缘电阻和分布电容相同,变压器中性点对地电压为零。
此
时,电网中没有零序电压和零序电流产生。
东那个电网中的某条支路发生单相接地时,接地点留由接地点通过其他两相对地绝缘电阻和分布电容返回电网。
此时,故障相对地电压为零,其他两相对地电压等于线电压。
单相接地时,电网线电压仍然平衡,不影响负荷的运行。
由于三相对地电压不平衡,电网中出现零序电压和零序电流,零序电流在正常支路和故障支路中同时存在。
其中,正常支路上的零序电流是通过本支路对地电阻抗的零序电流,故障支路上的零序电流是本支路与正常支路的零序电流之和,并且正常支路与故障之路上零序电流的方向相反,由此可判断出故障支路。
在零序电流保护方式的实际运用中,综合利用了零序电压和零序电流两种采样信号,最终实现漏电故障的选择判断。
②旁路接地分流技术。
在利用零序电流保护方式实施漏电保护时,没有零序电抗器,不能进行电容电流的补偿。
为了提高漏电保护的安全程度,通常采用旁路接地分流技术,如图5-3所示。
图5-3零序电流保护原理图
在人身触及电网一相的暂态过程中,检测选相电路准确选定故障相,
然后驱动故障相继电器动作,使故障相迅速通过电阻R接地,起到旁路分流作用,使流经人身的电流大幅度地减小,降低触电的危险。
2漏电闭锁。
漏电闭锁是指在开关合闸前对电网进行绝缘监测,当电网对地绝缘电
阻值低于闭锁值时开关不能合闸,其闭锁作用。
图5-4是磁力启动器中漏电闭锁原理图。
在磁力启动器尚未吸合送电时,主接触器XLC的常闭辅助触头XLC3闭合,接通以下直流绝缘检测电
路:
附加直流电源E的“+”端→地→电动机及其供电线路的对地绝缘电
阻r→三相线路→人工星形三相硅堆GZ→常闭辅助触头XLC3→取样电位
器W→直流电源E的“-”端,从而对r进行检测。
图5-4磁力启动器中漏电闭锁原理图
若此时电动机及供电线路的绝缘水平较低,小于规定的漏电闭锁动作
电阻值或已存在漏电,检测电路中将流过较大的直流电流,从取样电位器
W上取得一个较大的信号电压,使后面的反相放大器输出零伏电压,导致
三级管BG截止,漏电闭锁继电器BHJ断电,因而后者的常开触点不能闭合,接触器XLC的线圈控制电路不能接通,磁力启动器不能合闸送电,这
就实现漏电闭锁。
反之,如果此时电动机及其供电线路的绝缘良好,r大于规定的漏电闭锁动作的电阻值,则在检测回路中流过较小的直流电流,
从取样电位器W上取得的信号电压也很低,因而反相放大器输出较高电压,促使BG导通,BGJ继电器有电,后者闭合它自身的常开触点,为接通接触
器XLC的线圈电路做好了准备。
这时只要按压启动按钮QA,即可使磁力启
动器吸合送电,电动机启动运转。
但在启动器合闸送电后,主接触器XLC
的常闭辅助触头XLC3随之断开,切断漏电闭锁检测电路,漏电闭锁解除。
此后,如果电动机及其供电线路在运行过程中发生漏电,则由接在电网总开关上的检漏继电器进行保护,使总开关跳闸。
3漏电保护装置的整定
漏电继电器动作电阻值是以网路绝缘电阻为基准确定的,即当低压电
网绝缘水平下降到对人触电有危险时,漏电继电器应动作,并切断电源。
因此,把这个对人身触电有危险的电网极限绝缘电阻值,定位漏电继电器
的动作电阻值。
对漏电保护和漏电闭锁装置按表5-1整定。
表5-1漏电保护装置及漏电闭锁的动作电阻整定值
电压
漏电保护
漏电闭锁
1140V
20kΩ
40kΩ
660V
11kΩ
22kΩ
380V
3.5kΩ
7kΩ
127V
1.5kΩ
3kΩ
4检漏保护装置的运行、维护和检修
(1)值班电钳工每天应对检漏保护装置的运行情况进行检查和实验,并作记录。
检查试验内容有:
观察欧姆表指示数值是否正常;
安装位置是否平稳可靠,周围是否清洁,无淋水;
局部接地级和辅助接地极安设是否良好;
外观检查防爆性能是否合格;
用试验按钮对保护装置进行跳闸试验。
(2)电气维修工每月至少进行1次详细检查和修理,除了
(1)条规定的内容外,还应检查:
各处导线、元件是否良好;
闭锁装置及继电器动
作是否可靠;
接头和触头是否良好;
补偿是否达到最佳效果;
防爆性能是否符合规定。
(3)在瓦检员配合下,对运行中的检漏保护装置每月至少进行一次远方人工漏电跳闸试验。
(4)检漏保护装置每年升井进行一次全面检修,检修后必须在地面进行详细的检查、试验,符合要求后方可下井使用。
(5)检漏保护装置的维护、检修及调试工作,应记入专门的运行记录簿内。
二、过电流保护
(一)过电流故障
过电流故障是指实际通过电气设备或电缆的工作电流超过了额定电
流值。
常见的过电流故障有短路、过负荷、断相三种。
1短路的危害与原因
在煤矿井下发生的故障有两相短路和三相短路。
短路属于最严重的过
电流故障,对故障点周围的其他设备的正常运行造成很大的影响,短路点
电弧中心温度达2500~4000℃,短时间可能会烧毁设备或电缆,引起电气
火灾,甚至引起瓦斯、煤尘爆炸。
造成短路的原因主要有:
(1)绝缘击穿。
由于绝缘老化、受潮、或接线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。
如对电缆或电气设备防护不当,致使其受外力作用。
(3)误操作。
如:
将未停电线路当成停电线路进行短路接地;
对刚
检修完毕的设备送电时,忘记拆除短路接地线。
2过负荷的危害与原因
过负荷是指电气设备或电缆的实际工作电流超过了额定电流值,而且
超过了允许的过负荷时间。
在煤矿井下,过符合主要针对电动机,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,它是造成井
下中小型电动机烧毁的主要原因。
造成电动机过负荷的主要原因有:
(1)电源电压过低。
电源电压过低,会造成电动机工作电流加大。
(2)机械性堵转。
如电动机轴承损坏或电动机所带负荷被卡会造成
过负荷。
(3)重载启动。
重载启动时,启动时间长,会导致电动机温度升高。
3断相的危害及原因
断相是指三相供电线路或设备出现一相断线,以电动机断相多见。
电
动机在运行中断相后,仍会运转,由于机械负载不变,电动机的工作电流会比正常的工作电流大,引起过负荷。
为与三相对称过负荷区别,故称为断相或单相断线故障。
造成断相的主要原因有:
(1)熔断器一相熔断。
(2)电缆与电缆或电缆与设备没有可靠连接。
(3)电缆芯线中有一相断电。
(二)过电流保护装置
过电流保护包括短路保护、过负荷保护和断相保护等。
目前,煤矿井
下低压电网过流保护装置主要有电磁式过流继电器、热继电器、段容器等。
矿井低压供电系统中短路电流、过载电流大小和持续时间长短,决定了对供电系统中电气设备的危害程度,必须采取有效措施将短路电流、过载电流的危害限制在最小程度。
为此,应采取下列措施:
①正确选择和校验电气设备,其短路分断能力要大于所保护供电系统可能产生的最大短路电流。
②正确整定过电流、短路电流保护装置,使之在短路故障发生时,保证过流装置能准确、可靠、迅速的切断故障。
对各种过流故障虽采用预防措施但仍有可能发生,所以对电气设备和
馈电线路还必须设置过流保护装置。
过流保护装置的额定电流或动作电流
必须进行正确的选择或整定,否则不仅起不到保护作用,还能引起严重的
事故。
1熔断器
熔断器的熔体通常用低熔点的铅、锡、锌合金制成,串接在被保护的
电气设备的主回路中,当电气设备发生短路时,流过熔体的电流使熔体温
度急剧升高并使它熔断,这样将故障路线与电源分开,达到保护的目的。
严禁使用熔点较高的铁丝、铜丝等代替熔体,防止失去保护作用而造成电
气设备烧毁等事故。
熔体额定电流的选择方法如下:
(1)对保护电缆支线的熔体,按下式计算
IR=
IQe
1.8~2.5
式中
IR----熔体额定电流,A;
IQe---
电动机的额定启动电流(若被保护的是几台同时启动的电动
机,则应为这几台电动机额定启动电流之和),A;
1.8-2.5容量最大的电动机启动时保证熔体不熔化的系数,
对不经常
启动和轻载启动的电动机取2.5,对频繁启动或带负载启动者可取
1.8-2。
(2)对保护电缆干线的熔体,按下式计算
+∑Ie
IQe---容量最大的1台鼠笼电动机的额定启动电流,
A;
∑Ie---其余电动机额定电流之和,A。
(3)对保护照明负荷的熔体,按下式计算
IR≈Ie
式中Ie---照明负荷的额定电流,A。
为保证在熔断器保护范围内出现最小短路电流时熔体能可靠熔断,可
按下式进行短路电流校验
Id
(2)≥(4~7)
IR
Id
(2)
---
被保护范围末端的最小两相短路电流,
(4
~7)---
保证熔体及时熔断的系数。
电压为
380、660V,熔体额定
电流为
100A及以下时,系数取
7,
;
熔体额定电流
125A时,系数取
6.4;
熔体额定电流160A时,系数取5;
熔体额定电流200A时及以上时,系数取4;
电压为127V时,系数一律取4。
2电磁式过电流继电器
电磁式过电流电器主要装设在DW系列框架式空气断路器,以及DZ系
列空气断路器组成的矿用隔爆型馈电开关中。
是一种直接动作的一次式过
流继电器,作为电压器二次侧总的或配出线路的短路保护装置。
它的动作
电流整定值,是靠改变弹簧的拉力进行均匀调节的,其调节范围一般是开
关额定电流的1~3倍。
当继电器的动作电流整定好后,只要流过继电器线
圈的电流达到或超过整定值时,继电器就迅速动作。
(1)保护电缆支线的装置按下式计算
Iz≥IQe
式中Iz---电磁式过流继电器的整定动作电流,A;
IQe---电动机的额定启动电流,A。
(2)保护电缆干线的装置按下式计算
Idmin
(2)>Iz≥IQem+∑Ie
式中IQem---容量最大的电动机额定启动电流,A;
∑Ie---其余电动机的额定电流之和,A。
(3)灵敏度校验
Ks=Idmin
(2)≥1.5
式中Idmin
(2)---被保护范围末端的最小两相短路电流,A;
Iz---过流继电器动作电流整定值,A;
Ks---保证保护装置可靠动作的灵敏度系数。
采区变压器选择
S=1.33Kc.∑P千伏
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