井下供电系统的漏电保护论文详解.docx

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井下供电系统的漏电保护论文详解

摘　要

由于煤矿井下环境的特殊性，供电系统发生漏电的几率远比一般地面工业高，煤矿井下供电电网发生漏电会严重威胁安全生产。

本文首先简要分析了煤矿井下供电系统发生漏电的原因、漏电的危害和井下漏电保护的基本要求，然后介绍了几种单一漏电保护方案，最后在此基础上介绍了一种漏电综合保护方案。

通过实施各类优化方案，可达到有效预防井下漏电事故，确保煤矿安全生产和职工的人身安全。

关键词：

井下供电；漏电保护；单一保护方；综合保护方案

前言

保护接地、漏电保护、过流保护，称为煤矿井下电气网络的3大保护。

漏电保护可以在设备或线路漏电时，通过保护装置的检测机构获得异常信号，经中间机构转换和传递，然后促使执行机构动作，自动切断电源而起到保护作用。

第一章煤矿井下供电系统中发生漏电的原因

一、煤矿井下供电系统中发生漏电故障一般由下列原因造成

1、电缆或电气设备本身的原因

2、因施工不当引起漏电

3、因管理不当引起漏电

4、因维修操作不当引起漏电

5、因意外事故引起漏电

6、电缆在井下压、砸、穿刺;过分弯曲使电缆外皮出现裂隙；运行中电缆盘圆或盘“8”

字；导致电缆发热，绝缘老化，绝缘性能降低；

7、用电设备、电缆闲置不用时，不能定期升井检修或干燥，导致设备、电缆受潮，绝缘降低；

8、电气设备、电缆选择不合适，造成长期过截而发热，使其绝缘下降。

二、煤矿井下供电系统中发生漏电的原因分析

1、敷设在井下巷道内的电缆，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；开关设备长期使用，接线板潮湿可能造成漏电；其内部原件（主要是控制变压器、接触器、继电器、线圈、保护器等）或导线，因某种原因使绝缘化恶化、导线头碰壳也会造成漏电；自动馈电开关中的过流继电器，当调整螺杆拧得过低时也会因相对地放电而造成漏电。

2、电缆接线错误，如误将相线与地线相接，通电后就会发生漏电；橡套电缆接头违反接线工艺要求，如不用电缆接线盒的连接和明接头等，这样接法都破坏了橡套的绝缘，在井下潮气的侵蚀下容易发生漏电；电缆与设备联接时，由于芯线接头不牢固，密封不严、压板不紧，运行或移动时造成接头脱落或接头松动，使相线与金属外壳直接搭接而漏电；橡套电缆悬挂方法违反《煤矿安全规程》规定，采用铁丝或铁质挂钩悬挂，时间一长，揪可能发生漏电；开关或其他电气设备的内部接线错误，或接线头松脱碰壳，当合闸通电时便发生漏电。

3、由于井下现场管理不当，电缆被埋压、掉落浸泡于水沟中、巷道变形挤压使其热量不易散发，时间一久将绝缘老化而漏电；电气设备长期过负荷运行造成绝缘老化算坏而漏电；电动机因长期被煤石堵塞风道，水冷电机水压不足或无水运行中造成散热不良而发热，使绝缘老化受损而漏电。

对已受潮或遭水淋、水淹的电气设备，未经严格的干燥处理和对地绝缘电阻阻值遥测，继续投入运行，极有可能发生漏电；在井下安装电缆接线盒，或电缆进行冷热补接头时，由于线芯连接不牢固或由于绝缘胶浇灌不均匀，在运行期间芯线接头发热，使油和绝缘胶往外渗漏，严重时产生漏电。

4、工人工作时劳动工具（锹、镐、钎等）易将电缆割伤或碰伤，造成漏电；此外对电气设备、电缆的检查维护不细致，操作使用不当造成的漏电。

如：

带电检修和搬迁电气设备，使供电电缆受到拉、挤、压等作用，也可能造成漏电；开关设备检修后，残留在开关内的线头等未能清理干净，或将小零件与电工工具等忘在开关内，如果这些东西碰到相线，送电后就会发生漏电；修理电气设备时，由于停送电操作失误、带电操作或接头不慎，可能造成人身接触及一相漏电；开关分、合闸时，由于灭弧机构有故障，造成电弧熄灭困难、电弧接触外壳而漏电；当发生漏电而切断总电源后，为找漏电支路而分别强行送电也是造成重复漏电的原因。

第二章煤矿井下发生漏电的危害

 煤矿井下由于空间比较狭小，空气相对湿度较大，工作场所一般较潮湿，环境温度高，施工条件差，尽管我们采取了各种防范措施，但仍不可避免井下供电发生漏电现象。

煤矿井下电网发生漏电时，由于井下环境的特殊性，其危害性要比地面情况大得多。

归纳起来有以下几种情况。

 1、导致人身触电危险，而且人在井下触及同地面同等电压的带电体时，会因井下环境比较潮湿，人体电阻小（500~1000Ω），导致更不容易摆脱带电体，造成触电死亡的可能性更大。

 2、漏电产生的杂散电流，有超前引爆电雷管的可能，危害极大。

 3、漏电产生的火花，能引起瓦斯或煤尘爆炸等恶性事故。

 4、大量的漏电电流能使绝缘材料发热或造成相间短路，从而引起火灾等。

 5、当发生单相接地时，会造成另外两相对地电压升高3倍，此时，电气设备的绝缘要承受较高的电压，可能会导致绝缘的破坏，使故障进一步扩大。

 6、间歇性的单相接地会造成电网产生过电压，使电动机、变压器等绝缘较弱的电气设备的绝缘被击穿。

第三章井下低压电网发生漏电的危害

　　煤矿井下低压电网大部分在采区，环境恶劣，工作人员和生产机械比较集中，电网若发生漏电，可能会导致以下危险：

　　一、引起瓦斯和煤尘爆炸

　　我国大部分煤矿都有瓦斯和煤尘爆炸的危险，当井下空气中的瓦斯或煤尘达到爆炸浓度且存在能量达到0.28MJ的点火源时，就会发生瓦斯或煤尘爆炸。

当电网发生单线接地或设备发生单相碰壳时，在接地点就会产生电火花，若此时电火花具有足够的能量，就可能点燃瓦斯或煤尘。

　　二、引起人身触电事故

　　当电气设备因绝缘损坏而使外壳带电时，工作人员接触外壳就会导致人身触电事故。

这时入地电流的一部分将要从人体流过，会造成人员伤亡。

工作人员触及刺破橡套电缆外护套而暴露在空气中的芯线是一种更为严重的人身触电，此时入地电流大部分流经人体，因此对人员的危害性更大。

　　三、烧损电气设备，引起短路

长期存在漏电电流，尤其是两相的过渡电阻因接地而产生的漏电电流，在通过设备绝缘损坏处时会散发出大量的热，使绝缘进一步损坏，甚至使可燃性材料着火燃烧。

长期存在的漏电电流及电火花使漏电处的绝缘加快损坏，破坏相间绝缘而造成短路，形成更大的故障，对矿井安全造成严重威胁。

　四、使雷管无准备引爆

　　漏电电流在其通过的路径上会产生电位差，漏电电流的数值越大，所产生的电位差就越大，如果电雷管两端引线不慎与漏电回路上具有一定电位差的两点相接触，就可能发生电雷管无准备爆炸的事故。

　　五、严重影响生产

漏电故障的处理时间很长，一旦电网发生漏电，必须停电处理，严重影响生产，降低煤炭企业的经济效益；而且停电使局部通风机停转，通风恶化，形成瓦斯积聚，又会威胁矿井安全。

第四章漏电保护的基本要求

漏电保护属于继电保护的范畴，也应像其他继电保护装置一样，满足安全性、选择性、可靠性和灵敏性这4个要求。

一漏电保护的四个基本要求

（一）、安全性

　　指的是漏电保护从最严重的人身触电事故发生到电源被切除的时间乘以流过人体的电流应小于30mA/s；而对于单相接地导致的漏电故障来说，应保证在切断电源或发生间歇性漏电时，其接地点的漏电火花能量要小于0.28MJ。

（二）、选择性

指在发生漏电事故时漏电保护装置只切除供电系统中漏电部分的电源，要保留非漏电部分电源。

无论是放射式供电还是干线式供电，均能将故障时的停电范围尽可能减小。

　　（三）、可靠性

　　指漏电保护装置，自身必须要具有一定的可靠性，在保护单元内发生漏电故障时，不能有拒动的情况；而当保护单元外发生任何故障时，也不能误动。

　　（四）、灵敏性

　　指漏电保护装置对临界漏电故障具有较强的反应能力，以便及时地发现和解决问题。

第五章漏电保护器的工作原理

一、漏电保护器的工作原理

　　漏电保护器主要包括检测元件（零序电流互感器）、中间环节（包括放大器、比较器、脱扣器等）、执行元件（主开关）以及试验元件等几个部分。

　　三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理示意图。

TA为零序电流互感器，GF为主开关，TL为主开关的分励脱扣器线圈。

　　在被保护电路工作正常，没有发生漏电或触电的情况下，由克希荷夫定律可知，通过TA一次侧的电流相量和等于零，即：

这样TA的二次侧不产生感应电动势，漏电保护器不动作，系统保持正常供电。

　　当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，通过TA一次侧各相电流的相量和不再等于零，产生了漏电电流Ik。

　　在铁心中出现了交变磁通。

在交变磁通作用下，TL二次侧线圈就有感应电动势产生，此漏电信号经中间环节进行处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈TL通电，驱动主开关GF自动跳闸，切断故障电路，从而实现保护。

用于单相回路及三相三线制的漏电保护器的工作原理与此相同，不赘述。

　二、漏电保护器额定漏电动作电流的选择

　　正确合理地选择漏电保护器的额定漏电动作电流非常重要:

一方面在发生触电或泄漏电流超过允许值时，漏电保护器可有选择地动作；另一方面，漏电保护器在正常泄漏电流作用下不应动作，防止供电中断而造成不必要的经济损失。

　　漏电保护器的额定漏电动作电流应满足以下三个条件:

　　1、为了保证人身安全，额定漏电动作电流应不大于人体安全电流值，国际上公认30mA为人体安全电流值；

　　2、为了保证电网可靠运行，额定漏电动作电流应躲过低电压电网正常漏电电流；

　　3、为了保证多级保护的选择性，下一级额定漏电动作电流应小于上一级额定漏电动作电流，各级额定漏电动作电流应有级差112～215倍。

　　第一级漏电保护器安装在配电变压器低压侧出口处。

　　该级保护的线路长，漏电电流较大，其额定漏电动作电流在无完善的多级保护时，最大不得超过100mA；具有完善多级保护时，漏电电流较小的电网，非阴雨季节为75mA，阴雨季节为200mA；漏电电流较大的电网，非阴雨季节为100mA，阴雨季节为300mA。

　　第二级漏电保护器安装于分支线路出口处，被保护线路较短，用电量不大，漏电电流较小。

漏电保护器的额定漏电动作电流应介于上、下级保护器额定漏电动作电流之间，一般取30～75mA。

第三级漏电保护器用于保护单个或多个用电设备，是直接防止人身触电的保护设备。

被保护线路和设备的用电量小，漏电电流小，一般不超过10mA，宜选用额定动作电流为

30mA，动作时间小于011s的漏电保护器。

第六章几种单一保护方案分析

　　一、零序电流式漏电保护

　　零序电流式漏电保护中，在电网发生非对称性漏电的情况下，电网在产生零序电压的同时，回路中也出现零序电流，利用零序电流互感器，取值加以利用，驱动继电器，实现漏电保护。

　　优缺点：

零序电流式漏电保护可以实现放射式电网中横向选择性漏电保护，还可以应用于中性点接地及不接地系统中。

但也具有动作电阻值不固定.不能保护对称性漏电以及不能补偿电容电流等缺点。

　　二、零序电压式漏电保护

零序电压式漏电保护中，当电网非对称性漏电时，三相对地电压不平衡，会出现零序电压。

零序电压通过电压互感器二次侧开口三角形取出，利用零序电压的大小，来反映电网对地的绝缘程度。

当零序电压大到一定的程度时，执行回路动作，使馈电开关跳闸，以实现漏电保护。

　　优缺点：

零序电压式漏电保护能够检测电网漏电时的零序电压，算是一种较好的漏电保护手段，但也具有动作电阻值不固定.不能保护对称性漏电故障.保护无选择性且只能用在变压器中性点非直接接地的电网中等缺点。

　　三、零序功率方向式漏电保护

　　零序功率方向式漏电保护中，当电网非对称性漏电时，由取样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，经过放大整形，由相位比较电路来判断出故障支路，最后启动执行电路，切断故障支路的电源，实现有选择性的漏电保护。

　　优缺点：

零序功率方向漏电保护具有很强的横向选择性，但也具有动作电阻阻值不固定.不能保护对称性漏电以及不能补偿电容电流等缺点。

　　四、附加电源直流检测式漏电

附加电源直流检测式漏电保护中，三相电抗器.零序电抗器.万用表和继电器电阻为定值，电网对地绝缘电阻值r为可变值。

当直流电压一定时，直流继电器中电流值将随r值而变。

当r下降到一定程度时，直流继电器动作，其常开接点接通自动馈电开关的分励脱扣线圈，或常闭接点断开无压释放线圈，自动馈电开关跳闸，实现漏电保护。

　　优缺点：

附加电源直流检测式漏电保护具有保护全面.动作无死区，保护不受故障类型.发生地点以及电网状态的影响，对整个供电单元具有电容电流补偿效果等优点，但其也具有保护无选择性.电容电流补偿具有静态性以及保护装置动作时间长等缺点。

　　五、无附加电源直流检测式漏电保护

　　无附加电源直流检测式漏电保护中，其利用3个整流管构成漏电保护装置，这3个整流管分别接到电网三相上，另一端采用星接的方式经电阻接地。

由于电网中性点不接地，经3个整流管的直流电流，必须流过电阻R.大地和电网对地绝缘电阻r才能返回到电源，因此该电流的大小就直接反映了电网对地的绝缘状况，检测直流电流的大小，就可形成漏电保护。

　　优缺点：

实质上，无附加电源直流检测式漏电保护同附加电源直流检测式漏电保护基本原理是一致的，这种漏电保护结构简单，具有较高直流电压，它能够真实地反映电网的绝缘水平，但是也有保护无选择性.漏电保护值受电源电压波动影响较大等缺点。

　　六、旁路接地式漏电保护

旁路接地式漏电保护中，当发生单相触电或人身触及电网的一相时，由检测选相器确认故障并输出动作指令，然后由执行电路强制故障相旁路接地，利用专设的接地极电阻分流，降低漏电点电流。

优缺点：

旁路接地式漏电保护安全性较高，能有效削弱断电后电动机反电势和电网分布电容储能，减少对触电人员的危害，但其具有保护范围单纯.只限单相漏电和人身触电.电路较为复杂等缺点。

第七章一种综合保护方案

由于不同的矿井使用的单一漏电保护方案各有各的优缺点，所以要想使得漏电保护的效果比较理想，就要求我们综合各种漏电保护方案的优缺点，以达到矿井的安全要求。

下面介绍一种功能较为完善的综合漏电保护方案。

该方案设置了5种保护单元：

首先采取附加三相接地电容组，达到消除方向型保护的动作死区；装在总开关的负荷一侧，它的星形点连接在接地网上；再采用1台旁路式漏电继电器，设置在总开关处，旁路接地大大提高了保护系统的安全性，还实现了延时的纵向选择性；在总的开关内装设直流检测式漏电保护插件，它弥补了对称性漏电保护的动作死区；在除总开关以外的所有馈电开关和磁力起动器中各装设1块零序功率方向式漏电保护插件，这样可以完成横向选择性漏电保护的功能；根据纵向选择性的要求，各自的跳闸延时有一定的区别；最后再采用若干个直流检测式漏电闭锁插件，也是装在总开关的负荷一侧。

结束语

当前，煤矿井下普遍采用单一化的漏电保护方式，还有由于厂家制造产品具有一定的差异性，使得煤矿井下的漏电保护系统很难做到满足4大基本特性的要求。

因此，需要我们研究各种漏电保护方式的原理，结合现场供电系统的要求来进行优化组合，寻求综合性的漏电保护方案是解决煤矿井下漏电保护的关键所在。

致谢

为了准备自己的毕业论文，指导老师悉心的指导我完成之时，我首先要感谢指导老师对我的指导，在专业上，我是个门外汉，经过这次论文的撰写，使我更深刻的认识到相关专业方面拥有广博深厚的知识，特别是指导老师在教学态度和坚持不懈的钻研精神给予我很大的深刻启发。

在此，衷心的感谢指导老师！

最后，感谢在学习期间的所有老师们，是他们教会了我，是他们给了我更多点知识，我在学习期间，努力的克服了许多困难，经过这次论文的撰写，提高了我的学习水平，同时也认识到自己的不足，仍需要自己不断的提高和努力。

参考文献

[1]陈奎，陈世军，唐轶.矿井电网漏电保护的研究［J］.电工技术，2004.

[2]黄延庆，史丽萍.煤矿井下6/10kV漏电保护研究［J］.中国科技论文在线，2005.