煤矿供电三大保护教案.docx
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煤矿供电三大保护教案
木瓜煤矿
关键岗位从业人员教案
煤矿电工学
二零一二年十一月
煤矿供电三大保护
一、备课人：
樊祥
二、备课时间：
2012年11月2日
三、预计授课时间：
6课时
四、培训的目的：
使员工了解煤矿供电三大保护的意义和作用，同时了解这些保护的原理。
五、培训的重点、难点：
1、煤矿供电三大保护
2、井下各级变电所的设置地点和结线
六、培训内容：
1、煤矿供电系统的特征
2、井下各级变电所的设置地点和结线
七、复习思考题
1、煤矿供电系统的特征有哪些？
2、井下各级变电所的设置地点都在哪里？
3、井下各级变电所如何结线？
第三章煤矿供电三大保护
煤矿井下供电系统的过流保护、漏电保护、接地保护统称为煤矿井下的三大保护。
第一节接地保护
一、井下保护接地的作用
保护接地对保证人身触电安全是非常重要的。
由于接地电阻的数值被控制在《煤矿安全规程》规定的范围内，因此，通过接地装置的有效分流作用，就可以把流经人身的触电电流降低到安全值以内，确保人身的安全。
此外，由于装设了保护接地装置，带电导体碰壳处的漏电电流经接地装置流入大地，即使设备外壳与大地接触不良而产生电火花，但由于接地装置的分流作用，可以使电火花能量大大减小，从而避免了引爆瓦斯、煤尘的危险。
二、煤矿井下保护接地网
1、煤矿井下保护接地网的益处
一是将各接地极并联后，可降低系统的接地电阻，提高保护的安全性；二是各接地极互为后备，一旦某接地极断路，可通过其他接地极实现保护，提高了保护的可靠性。
1、《煤矿安全规程》对井下保护接地网的规定
1、36V以上的电气设备的金属外壳，构架、铠装电缆的钢带（或钢丝）、铅皮和橡套（塑料）电缆的接地芯线或屏蔽护套等均必须接地。
2、所有必须接地的设备和局部接地装置，都要和总接地网连接。
3、矿井内分区从井上独立供电者，可以单独在井下或井上设置分区的主接地极，但其总接地网的接地电阻不得超过2Ω。
4、从任意一个局部接地装置处所测得的总接地电网的电阻值，不得超过2Ω。
每一移动式和手持式电气设备同接地网之间的保护接地用的电缆芯线（或其它相当接地导线）的电阻值，都不得超过1Ω。
5、新安装的电气设备，在投入使用前，要对接地电阻进行一次测定。
三、井下接地装置的安装
1、保护接地的接地极
⑴主接地极
①主、副水仓的主接地极和分区的主接地极、均应采用面积不小于0.75m2，厚度不小于5mm的钢板。
如矿井水为酸性时，应视其腐蚀性情况适当加大其厚度或镀上耐酸金属或采用其他耐腐蚀钢板。
②安装主接地时，应保证接地母线和主接地极连接处不承受较大拉力，并应设有便于取出主接地极进行检查的牵引装置。
⑵局部接地极
①埋设在巷道水沟或潮湿地方的局部接地极，可采用面积不小于0.6m2，厚度不小于3mm的钢板。
②埋设在其它地点的局部接地极，可采用镀锌铁管。
铁管直径不得小于35mm，长度不得小于1.5m。
管子上至少要钻20个直径不小于5mm的透眼，铁管垂直于地面，并必须埋设在潮湿地方。
如果埋设有困难时，可用两根长度不得小于0.75m，直径不得小于22mm的镀锌铁管。
每根管子上至少要钻10个直径不小于5mm的透眼，两根铁管均垂直于地面，并必须埋设在潮湿的地方。
两管之间相距5m以上，且在与接地网连接前，必须实测由两根铁管经连接导线和接地导线连接后组成的局部接地极的接地电阻，接地电阻值不得大于80Ω。
⑶接地线的连接和加固
①接地母线与主接地极的连接要用焊接。
接地导线与接地母线的连接最好用焊接，无条件时，可用直径不小于10mm的镀锌螺栓加防松装置拧紧连接，连接处应镀锡或镀锌。
其连接和加固方法可参照图3－16～图3－18用裸线绑扎时，沿接地母线轴向绑扎长度不得小于100mm。
②在混凝土及料石砌碹的机电硐室里，接地母线或辅助接地母线应用铁钩或卡子固定在接近地面的碹墙上。
其装设方法可参照图3-19所示进行。
三、接地装置的检查和测定
1、保护接地的检查
⑴有值班人员的机电硐室和有专人操作的电气设备的保护接地，每班必须进行一次全面检查。
其它设备的保护接地，由维修人员进行每周不少于一次的全面检查。
发现问题，立即处理，并应及时记录，处理不了的应向有关领导汇报。
⑵电气设备在每次安装或移动后，应详细检查电气设备接地装置的完善情况。
对那些震动性大及经常移动的电气设备，应特别注意，随时加强检查。
⑶检查发现接地装置有损坏时，应立即修复。
电气设备的保护接地装置未修复前禁止受电。
⑷每年至少对主接地极和局部接地极详细检查一次，如发现接触不良或严重锈蚀等缺陷，应立即处理或更换，并应测其接地电阻值。
主、副水仓的主接地极不得同时提出检查，必须保证一个工作。
矿井水含酸性较大时，应适当增加检查次数。
2、接地电阻的测定
⑴井下总接地网的接地电阻的测定，要有专人负责，每季至少一次；新安装的接地装置，投入运行前，测其接地电阻值，并必须将测定数据记入接地电阻测试记录。
⑵在有瓦斯及煤尘爆炸危险的矿井内进行接地电阻测定时，应采用本质安全性接地摇表，如采用普通型仪器时，只准在瓦斯浓度1%以下的地点使用，并采取一定的安全措施。
第二节漏电保护
一、过电流故障的危害及原因
漏电：
当电气设备或导线的绝缘损坏或人体触及一相带电体时，电源和大地形成回路，有电流流过的现象，称为漏电。
井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。
①集中性漏电是指漏电发生在电网的某一处或某一点，其余部分的对地绝缘水平仍保持正常。
②分散性漏电是指某条电缆或整个网络对地绝缘水平均匀下降或低于允许绝缘水平。
1、漏电的危害
⑴人接触到漏电设备或电缆时会造成触电伤亡事故。
⑵漏电回路中碰地碰壳的地方可能产生电火花，有可能引起瓦斯煤尘爆炸。
⑶漏电回路上各点存在电位差，若电雷管引线两端接触不同电位的两点，可能使雷管爆炸。
⑷电气设备漏电时不及时切断电源会扩大为短路故障，烧毁设备，造成火灾。
2、漏电的原因
⑴电缆和电气设备长期过负荷运行，使绝缘老化而造成漏电。
⑵运行中的电气设备受潮或进水，造成对地绝缘电阻下降而漏电。
⑶电缆与设备连接时，接头不牢，运行或移动时接头松脱，某相碰壳而造成漏电。
⑷电气设备内部随意增加电气元件，使外壳与带电部分之间电气间隙小于规定值，造成某一项对外壳造成放电而发生接地漏电。
⑸橡套电缆受车辆或其他器械挤压、碰砸等，造成相线和地线破皮或护套损坏，芯线裸露而发生漏电。
⑹铠装电缆受到机械损伤或过度弯曲而产生裂口或缝隙，长期受潮或遭水淋使绝缘损坏而发生漏电。
⑺电气设备内部遗留导电物体，造成某一相碰壳而发生漏电。
⑻设备接线错误，误将一相火线接地或接头毛刺太长而碰壳，造成漏电。
⑼移动频繁的电气设备的电缆反复弯曲使芯线部分折断，刺破电缆绝缘与接地芯线接触而造成漏电。
⑽操作电气设备时，产生弧光放电造成一相接地而漏电。
⑾设备维修时，因停、送电操作失误，带电作业或工作不慎，造成人身触及一相而漏电。
二、漏电保护及漏电保护的类型
1、漏电保护方式
目前使用的漏电保护装置种类很多，有电子电路的，也有单片计算机控制的。
漏电保护方式有漏电保护、选择性漏电保护、漏电闭锁。
2、漏电保护的作用
⑴当系统发生漏电时迅速切断电源；
⑵当人体解除带电体时迅速切断电源，防止发生人身触电事故；
⑶不间断的监控被保护电网或电气设备的绝缘状态；
⑷防止电气设备漏电及漏电故障扩大。
三、漏电保护装置工作原理
漏电保护器主要由三部分组成：
检测元件、中间放大环节、操作执行机构。
主要的工作原理是：
将漏电保护器安装在线路中，一次线圈与电网的线路相连接，二次线圈与漏电保护器中的脱扣器连接。
当用电设备正常运行时，线路中电流呈平衡状态，互感器中电流矢量之和为零（电流是有方向的矢量，如按流出的方向为“＋”，返回方向为“－”，在互感器中往返的电流大小相等，方向相反，正负相互抵销）。
由于一次线圈中没有剩余电流，所以不会感应二次线圈，漏电保护器的开关装置处于闭合状态运行。
当设备外壳发生漏电并有人触及时，则在故障点产生分流，此漏电电流经人体—大地—工作接地，返回变压器中性点（并未经电流互感器），致使互感器申流入、流出的电流出现了不平衡（电流矢量之和不为零），一次线圈申产生剩余电流。
因此，便会感应二次线圈，当这个电流值达到该漏电保护器限定的动作电流值时，自动开关脱扣，切断电源。
四、漏电保护装置的安装、整定、维护、检修
1、安装
⑴为便于检查、维护、同时确保检漏保护装置动作可靠，应将检漏保护装置放置于一定高度并无淋水的地方。
⑵安装前要对检漏保护装置的有关技术数据、跳闸线圈绝缘电阻、电网的绝缘电阻值等进行检查、测定，以符合安装要求。
⑶检漏继电器、选择性的保护装置应接在馈电开关的负荷侧。
带漏电闭锁功能的检漏保护装置，应接在馈电开关的电源侧。
⑷检漏保护装置作漏电试验用的辅助接地线应符合要求。
⑸安装完毕后，应作跳闸试验，动作可靠才可以投入使用。
2、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，定为漏电继电器的动作电阻值。
对漏电保护和漏电闭锁装置按下表整定。
整定的设置
电压（V）
漏电保护（kΩ）
漏电闭锁（kΩ）
1140
20
40
660
11
22
380
3.5
7
127
1.5
3
3、维护及检修
值班电工每天应对漏电继电器的运行情况进行一次检查和试验。
检查漏电继电器安装位置是否平稳可靠，周围是否清洁，有无淋水现象，局部接地极和辅助接地极安设是否良好，观察欧姆表指示数值是否正常，如果网路的绝缘水平下降到，６６０Ｖ低于３０ｋΩ，３８０Ｖ低于Ｉ５ｋΩ，１２７Ｖ低于１０ｋΩ时，则应及时地采取措施，设法提高网路的绝缘电阻值，预防跳闸。
此外，每天应用试验按钮对漏电继电器进行一次跳闸试验。
在超级瓦斯矿井和有瓦斯突出的矿井，试验漏电继电器将造成局通停止运转，使掘进巷道与工作面瓦斯聚集，易发生危险。
为此，某些煤矿采用了并接试验，用馈电开关的办法来解决这一问题。
每月至少要对漏电继电器进行一次详细的检查和修理，除了每天检查时的内容外，还要检查各处的线头是否良好，有无破损及受潮，闭锁开关是否灵活，各处接头，触点接触是否良好，有无松动脱落或烧毁的现象。
继电器的动作是否灵敏可靠，整流器的直流电压是否符合要求，内部元件、熔断器熔体及指示灯有无烧毁，调节补偿电感是否达到最佳补偿效果，漏电继电器是否符合防爆性能。
漏电继电器每年应上井进行检修，除对防爆外壳修理外，其他项目应按照安装前的检验内容进行检查和试验，并更换不合格的零件；对绝缘电阻较低、耐压试验不合格的须进行烘烤处理。
第三节过电流保护
一、过电流故障的危害及原因
过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过额定值。
其故障有短路、过负荷和断相。
1、短路：
短路是指电流不流经负载，而是两根或三根导线直接短接形成回路。
造成短路的主要原因是绝缘受到破坏，因而应加强对电气设备和电缆绝缘的维护和检查，并设置短路保护装置。
2、过负荷：
过负荷是指流过电气设备和电路的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。
其危害是电气设备和电缆出现过负荷后，温度将超过所用绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路事故。
过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。
3、断相：
断相是指三相交流电动机的一相供电线路或一相绕组断线。
造成断相原因有：
熔断器有一相熔断；电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落；电缆芯线一相断线；电动机定子绕组与接线端子连接不牢而脱落等。
二、采区低压电网过电流保护装置的整定计算
对各种过流故障虽然有预防措施，但仍有可能发生，所以在电气设备内均设有过流保护装置。
对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，否则不能起到保护作用。
１．熔断器
熔断器串接在被保护的电气设备的主电路中，当电气设备发生短路时，流过熔体的大电流使熔体温度急剧升高并将它熔断，从而将故障线路与电源分开，达到保护的目的。
熔体额定电流的选择计算如下：
（１）对保护电缆支线的熔体，按下式计算：
式中ＩＲ——熔体的额定电流，Ａ；
ＩＱe一电动机的额定起动电流，Ａ；
１.８—２.５——电动机起动时保证熔体不熔化的系数，对不经常起动和轻载起动的电动机取２.５，对频繁起动或带负荷起动者可取Ｉ.８～２。
（２）对保护电缆干线的熔体，按下式计算：
式中ＩＱe——容量最大的一台鼠宠电动机的额定起动电流，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：
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，按规定要验算它们的下式进行短路电流，校验其灵敏度，公式如下：
式中Ｉd
（2）——被保护范围末端的最小两相短路电流，Ａ；
４～７——保证熔体及时熔断的系数，电压为３８０Ｖ、６６０Ｖ，熔体额定电流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及以上时，系数取４；电压为１２７Ｖ时，系数一律取４。
假若短路电流校验不能满足要求时，可根据具体情况，分别采取下列措施：
（１）加大干线或支线电缆截面。
（２）设法减少电缆线路的长度。
（３）换用大容量变压器。
（４）对有分支的供电线路可增设分段保护开关。
２．电磁式过流继电器
在ＤＷ系列矿用隔爆型自动馈电开关中装设的过流继电器，是一种直接动作的一次式过流继电器，作为变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ｌ～３倍。
当继电器的动作电流一经整定好后，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。
电磁式过流继电器的整定：
（１）保护支线按下式计算：
式中Ｉｚ——电磁式过流继电器的整定动作电流，Ａ；
ＩＱe——电动机的额定起动电流，Ａ。
（２）保护干线电缆按下式计算：
式中ＩＱe——容量最大的１台电动机额定起动电流．Ａ；
Ｉe——其余电动机的额定电流之和．Ａ。
（３）灵敏度校验：
式中Ｉd
（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——灵敏度系数。
井下采、掘、运机械常用电动机的额定电流和额定起动电流，可查技术数据表。
如果没有具体资料可查，可进行估算，方法如下：
对于３８０Ｖ电动机，Ｉe=2Ｐe；
对于６６０Ｖ电动机，Ｉｅ＝１.１５Ｐe;
对于１１４ＯＶ电动机，Ｉe=０．６７Ｐe。
Ｐe为鼠笼型电动机的额定功率（KW），ＩＱe＝６Ｉe。
３．热继电器
热继电器是以双金属片为主体构成的。
一方面，因为双金属
片有热惯性，从设备开始出现过载到双金属片因受热而产生显著
变形，以致断开触点起保护作用，需要经过一段延时。
另一方面，
过载程度越大，双金属片的温度升高的越快．动作延时越短；反
之．则动作延时越长。
热继电器的整定计算如下：
（１）保护单台电动机时按下式计算：
式中Ｉｚ——热继电器的整定电流，Ａ；
Ｉe——电动机的额定电流．Ａ。
（２）保护多台电动机时按下式计算：
式中∑Ｉe——各电动机额定电流之和，Ａ；
４、电磁起动器
电磁起动器中电子保护的过流整定值，按下式计算：
式中Ｉd
（2）——被保护范围末端的最小两相短路电流，Ａ；
Ｉｚ——电子保护器的过流整定值，Ａ；
Ｉe——电动机的额定电流．Ａ；
８Ｉｚ——电子保护器短路保护动作值；
１．２——保护装置的可靠动作系数。
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