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据有关资料统计，在煤矿瓦斯、煤尘发生爆炸事故中，由电火花引起的事故约占50%；在煤矿发生的触电事故中，井下触电死亡人数约占64%；在井下电器着火事故中，低压橡套电缆着火所占比例最大。 由于煤矿井下环境条件恶劣并且属于易燃易爆场所，故井下的负荷特征、电气设备及供电系统等都与地面有较大的差异，对安全供电与保护也提出了更高的要求。 井下电气设备的工作条件： 1、煤矿井下的空气中含有瓦斯及煤尘，在其含量达到一定量时，如果遇到电气设备或电缆电线产生电火花、电弧和局部高温时，就会燃烧或爆炸。 2、井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安装电气设备的地方，空间都比较狭窄，因此，电气设备的体积受到一定的限制，且使人体接触电气设备、电缆的机会比较多，容易发生触电事故。 3、井下由于岩石和煤层都存在着压力，常会发生冒顶和片帮事故，使电气设备（特别是电缆）很容易受到砸、碰、挤、压而损坏。 4、井下空气比较潮湿，湿度一般在95%以上，并且机电硐室和巷道经常有滴水和淋水，使电气很容易受潮。 5、井下有些机电硐室和巷道的温度较高，而井下电气设备的散热条件较差，电气设备容易过热损坏。 6、采掘工作面的电气设备移动频繁，且经常起动，使用电设备的负荷变化较大，有时会产生短时过载。 7、由于井下地质条件发生变化或在雨季期间，井下有发生突然出水事故的可能，其出水量往往为正常井下涌水量的几倍或几十倍，要求排水设备迅速开动，以保证矿井安全。 8、井下如发生全部停电事故，超过一定时间后，可能发生采区或全井被淹的重大事故。同时井下停电停风后，还会造成瓦斯积聚，再次送电使时，可能造成瓦斯或煤尘爆炸的危险。 井下电气保护的类型： 1）过流保护。包括短路保护、过载（过负荷）保护、断相。 2）漏电保护。包括选择性和非选择性漏电保护、漏电闭锁。 3）接地保护。包括局部接地保护、保护接地系统。 4）电压保护。包括欠电压保护、过电压保护。 5）单相断线（断相）保护。 6）风电闭锁、瓦斯电闭锁。 7）综合保护。电动机综保和照明综保等。 其中短路保护、保护接地和漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护，它们是缺一不可的。 为了避免井下电网所造成的各种危害，《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》对井下用电气设备、电压等级及管理方面等都做了具体规定，在煤矿井下供电系统中主要采取使用三大保护装置的措施。 一、过电流保护 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。这时电流很大，可达额定电流的几倍、几十倍，甚至更大，其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备，引起火灾或引起瓦斯、煤尘爆炸事故。短路电流还会产生很大的电动力，使电气设备遭到机械损坏，也会引起电网电压急剧下降，影响电网中的其他用电设备的正常工作。 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。 引起电气设备和电缆过负荷的原因主要有以下几方面：一是电气设备和电缆容量选择过小，致使正常工作时负荷电流超过了额定电流；二是对生产机械的误操作，例如在刮板输送机机尾压煤的情况下，连续点动起动，就会在起动电流的连续冲击下引起电动机过热，甚至烧毁。此外，电源电压过低或电动机机械性堵转都会引起电动机过负荷。 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、漏电保护 1、漏电故障的类型、原因和危害 集中性漏电：供电系统中某一处或某一点的绝缘受到破坏，其绝缘阻值低于规定值，而供电系统中其余部分的对地绝缘仍保持正常。 分散性漏电：供电系统网络或某条线路的对地绝缘阻值均匀下降到规定值以下。 井下供电中遇到的大多数漏电故障是集中性漏电故障。 常见漏电故障的原因: ①电缆和设备长期过负荷运行，促使绝缘老化。 ②电缆芯线接头松动后碰到金属设备外壳。 ③运行中的电缆和电气设备受潮或进水，使供电系统绝缘性能降低。 ④在电气设备内部随意增设电气元件，使元器件间的电气间隙小于规定值，导致放电而接地。 ③导电芯线与地线错接。 ⑥电缆和电气设备受到机械性冲击或炮崩。 ⑦人身直接触及一相导电芯线。 漏电的危害 ： 当漏电电流的电火花能量达到瓦斯、煤尘最小点燃能量时，能引起瓦斯、煤尘燃烧或爆炸； 当漏电电流超过50 mA时，可能引起电雷管的超前起爆； 当漏电故障不能及时发现和排除时，就可能扩大为相间短路事故； 若人身触及一相带电导体或漏电设备外壳时，流经人身电流超过30mA的极限电流时，就有伤亡的危险。 电网对地电容电流随着电网的增大而增大。 漏电保护的作用是多方面的，主要有如下几点： 1、能够防止人身触电。 2、能够不间断地监视井下采区低压电网的绝缘状态，以便及时采取措施，防止其绝缘进一步恶化。 3、减少漏电电流引起矿井瓦斯、煤尘爆炸的危险。 4、防止短路电流所产生的电弧烧穿隔爆型电气设备的金属外壳，或其外壳的温度升高，超过危险值，引起瓦斯、煤尘爆炸，从而提高了电气设备的防爆性能。 5、预防电缆和电气设备因漏电而引起的相同短路故障。特别是在使用屏蔽电缆的情况下，相间短路必然先从接地漏电开始，致使漏电保护装置首先动作，将故障排除，因而可防止短路事故的发生。 6、对于由短路引起的接地故障，漏电保护还可起短路保护的后备保护作用，一旦短路保护装置拒动，漏电保护装置还可使开关跳闸。 7、防止电网的接地漏电电流引爆电气雷管。 8、选择性漏电保护装置的使用，将会缩小漏电的停电范围，便于寻找漏电故障，及时排除，从而缩短了漏电的停电时间，有利于提高劳动生产率，给矿井带来显著的经济效益。 9、为了充分发挥漏电保护的作用，特对煤矿井下低压检漏保护装置提出如下要求：应具有漏电跳闸和漏电闭锁双重功能，并连续不断地监视电网的绝缘状态。 当电网对地的总绝缘电阻降低到下表1中所列数值及其以下时,应立即动作，切断其供电电源。 三、保护接地 1. 保护接地及其作用 人体触电的分析： 当人身触及一相绝缘损坏而带电的设备时，电流几乎全部通过人身而入地,其触电电流的回路如图中所标。人身触电电流的大小，取决于电网的电压值、电网对地的电容值和绝缘电阻值。可以通过下式来分析： 无保护接地时人体触电的分析： 在井下660V电网中，若每相对地的绝缘电阻r=3500 ?，电容C=0.5微法，则人身触及一相导线时的触电电流为： 有保护接地时，人体与接地极构成了并联，而人身电阻为1000Ω，接地极电阻为2Ω，并联后的电阻为1.996Ω≈2Ω。 通过人体的电流：Ir=IRd/(Rr Rd) =154×2/（1000 2） =0.31mA 通过保护接地线的电流为153.69mA。 由此可知，有保护接地时通过人身电流比较小，因而是安全的。另外，有了保护接地的良好接地，大大减少了因设备漏电时，使其外壳与地接触不良产生的电火花。从而减少了引起瓦斯、煤尘爆炸的可能性。 2、接地网中接地电阻的确定 由于保护接地是将设备上的故障电压限制在安全范围内的一种安全措施，同时也可作为漏电保护的后备保护。 根据煤矿井下规定的额定安全电压的空载上限值为40V和矿井高压电网的单相接地电容电流不得超过20A的规定，接地网上任一保护接地点的接地电阻不得超过2 ?。 3、井下保护接地系统 井下各种电气设备装设单独的保护接地装置，并不能完全消除触电的危害。因此《煤矿安全规程》规定，将井下电气设备正常不带电的金属外壳、构架、铠装电缆的钢带（钢丝）、铅皮和橡套电缆的地芯线或屏蔽护套用导线与埋在地下的接地极（主接地极、局部接地极）连接起来，形成一个总接地网。 电气设备的接地方法： (1)变压器的接地方法 用连接导线把变压器高低压侧铠装电缆的钢带和铅皮，分别接到变压器外壳专供接地的螺钉上，然后再将该螺钉与接地母线（或辅助接地母线）相接。如用橡套电缆时，则应把电缆的接地芯线接到进出线接线装置的接地端子上，然后再将变压器接地。 电动机的接地方法： 橡套电缆的接地线芯与接线盒（箱）内的接地螺钉连接，然后再将电动机外壳上接地螺钉连接到接地母线（或辅助接地母线）上，如用铠装电缆时，则应将其端头的钢带（钢丝）和铅皮直接同该接地螺钉连接。禁止把电动机的底脚螺栓当作外壳的接地螺钉使用。 高压防爆开关的接地方法： 高压防爆开关的各个进出口的电缆头需要接地的部分（如金属铠装外皮、铅包或接地线芯），应分别用连接导线汇集到配电箱底架（外壳）的接地螺钉上，然后再用连接导线将其与接地母线（或辅助接地母线）相连，也可将各个电缆头的接地部分直接与接地母线（或辅助接地母线）相连。 几台设备的接地方法： 禁止将几台设备串联接地，也禁止将几个接地部分串联。见下图 图a为错误的串联接地方式 图b为正确的接地方法。 移动变电站的接地方法： 移动变电站的接地，应先将高、低压侧橡套电缆的接地芯线分别接到进线装置的内接地端子上，用连接导线将高压侧电缆引入装置上的外接地端子与高压开关箱的外接地端子连接牢固；再将高、低压侧开关箱和干式变压器上的外接地螺钉分别用独立的连接导线接到接地母线（或辅助接地母线）上。 接地电阻测试仪 |
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