煤矿机电安全管理第二章矿井供电及安全管理.ppt

1、19 December 2020,工学院机电工程系,煤矿机电安全管理,第二章 矿井供电及安全管理,矿山供电 井下用电安全 井下电气保护,一、煤矿企业对供电的基本要求: 供电可靠 供电安全 有良好的供电质量,末端电压、频率、三相电压平衡、波形等,2-1 矿山供电,有足够的供电能力 供电经济,二、电力用户的分类,1、第一类负荷 （一级、类） 2、第二类负荷 （二级、类） 3、第三类负荷 （三级、类）,三、矿井供电电压等级,煤矿安全规程第四百四十八条 井下各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级，应符合下列要求： (一)高压，不超过10000V。 (二)低压，不超过1140V。 (三)照明、信号、电

2、话和手持式电气设备的供电额定电压，不超过127V。 (四)远距离控制线路的额定电压，不超过36V。 采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。,四、煤矿供电系统(一）矿井供电系统,1、深井供电系统,地面变电所,井下中央变电所,采区变电所,工作面配电点,采区距地表100200m,2、浅井供电系统,煤矿安全规程第四百四十一条 矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。年产60000t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。 矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。 正常情况下，矿井电源应

3、采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。 10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。 矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。,煤矿安全规程第四百四十二条 对井下各水平中央变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。 主要通风机、提升人员的立井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备房，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。 本条上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。 本条上述设备的控制回路和辅助设备，必须

4、有与主要设备同等可靠的备用电源。,煤矿安全规程第四百五十条 矿井必须备有井上、下配电系统图，井下电气设备布置示意图和电力、电话、信号、电机车等线路平面辐射示意图，并随着情况变化定期填绘。图中应注明： （一）电动机、变压器、配电设备、信号装置、通信装置等装设地点。 （二）每一设备的型号、容量、电压、电流种类及其他技术性能。 （三）馈出线的短路、过负荷保护的整定值，熔断器熔体的额定电流值以及被保护干线和支线最远点两相短路电流值。 （四）线路电缆的用途、型号、电压、截面和长度。 （五）保护接地装置的安设地点。,（二）采区供电系统,采区变电所高、低压接线方式,图22 单电源进线接线方式（）,图23单电

5、源进线接线方式（二）,图24双电源进线接线方式（一）,图25双电源进线接线方式（二）,图26典型低压供电系统图,图27用移动电站供电的接线方式,综合机械化采掘工作面的供电,掘进工作面供电的特殊要求,“三 专”：专用变压器、专用开关、专用线路 “两闭锁”：风电闭锁与瓦斯电闭锁,(a)面两台局部通风机 (b)两面各一台局部通风机 图28“三专”供电系统示意图,一、触电的的危险性及预防 （一）、触电的危险性 1）电击 2）电伤,2-2 井下用电安全,（二）、造成人触电危险的主要因数 1）流过人体的电流的大小 2）触电时间的长短 3）触电电压的高低 4）人体电阻 5）电流频率,极限安全电流：30 mA

6、.s 井下人体电阻：1000,（三）、触电的一般预防方法 1、供电系统结构及保护要合理 井下配电变压器及向井下供电的变压器或发电机，中性点禁止直接接地。 井下电气设备必须有保护接地。 井下变电所的高压馈电线及井下低压馈电线，应装设漏电保护装置。 供电系统应有完善的过电流保护装置。,2、防止人身接触或接近带电导体 将电气设备的裸露带电部分安装在一定高度，或围以遮拦。如电机车架空导线的高度从轨道平面算起，井下不得低于2米，井底车场不得低于22米。 井下各种电气设备的导电部分都必须封闭在坚固的外壳中，并在操作手柄和盖子之间设置机械闭锁装置，保证电气设备接通电源后不能打开盖子，盖子打开后，不能接通电源

7、。井下电缆敷设应符合规程规定，电缆破损必须及时更换或进行冷、热补。电缆连接须经隔爆接线盒，坚决消灭“鸡爪子”、“羊尾巴”、明接头。 各变（配）电所的入口或门口都悬挂“非工作人员，禁止入内”警示牌；无人值班的变（配）电所，必须关门加锁，井下硐室内有高压电气设备时，入口处和室内都应在明显地点加挂“高压危险”警示牌。,3、降低使用电压 对人员经常接触的电气设备，采用降低的工作电压。例如井下照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压，都不应超过127V，控制回路电压不应超过36V等。 4、严格遵守各项安全用电作业制度 井下不得带电检修、搬迁电气设备。检修或搬迁前，必须切断电源，并用同

8、电源电压相适应的验电笔检验；检验无电并对地放电后，才允许检修或搬迁。放电前必须先检查周围环境的瓦斯，只有当其巷道风流中的瓦斯浓度在1以下时，方可将导体对地完全放电。,在切断电源后，应将开关操作手柄闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”的警示牌。只有执行这项停电操作的工作人员，才有权取下此牌并送电。即在进行停送电操作时，必须严格执行谁停电就由谁送电的停送电制度，中间不得换人。严禁采用约时停送电。 非专职或值班电气人员，不得擅自操作电气设备；操作高压电气设备主回路时、操作人员必须戴绝缘手套，穿电工绝缘靴或站在绝缘台上；操作千伏级电气设备主回路时，操作人员必须戴绝缘手套或穿电工绝缘靴。 127V手持式电

9、气设备的操作手柄和工作人员必须接触的部分，应有良好绝缘。 电工必须经过培训，持证上岗。严禁非电气作业人员操作或摆弄电气设备。严禁醉酒上岗，疲劳上岗。,1、中性点直接接地系统存在的问题,二、中性点不直接接地系统,2、中性点不接地系统,煤矿安全规程第四百四十三条 严禁井下配电变压器中性点直接接地。 严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。,3、中性点不接地系统存在的问题,地面低压供电系统为什么要采用中性点直接接地系统？,短路故障的危害及其预防 过负荷故障的危害及其预防 断相故障的危害及其预防,三、电气火灾及其预防,一、电气保护装置的任务 二、井下电气保护的类型 1）过电流保护。包括

10、短路保护、过流（过负荷）保护。 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。电动机综保和煤电钻（照明）综保等。,“三大保护”,2-3 井下电气保护,三、对电气保护装置的要求 1、选择性 2、快速性 3、灵敏性 4、动作可靠性,保护范围末端最小两相短路电流,短路保护装置一次动作电流值,对于主保护Kr1.5；对于后备保护Kr1.2；对于熔断器保护Kr1.5；,四、矿井低压电网电流保护,1、井下低压电网短路电流计算 （1）公式法

11、,或：,井下电缆的平均电抗。高低压电缆均取x0=0.081 井下变压器的阻抗计算,变压器二次额定电压kV,变压器短路电压百分数,变压器短路损耗（铜损）W,系统电抗 XX,已知电源母线上的短路容量,已知电源线出口断路器的断流容量,三相短路电流与两相短路电流关系：,三相短路电流与两相短路电流：,用表格法计算短路电流的步骤： 1）选定短路计算点。 2）绘制等值计算图。 3）求出各段电缆换算长度。 4）求短路点至变压器二次侧的全部电缆总换算长度。 5）查表求出该点两相短路电流。算出三相短路电流。,（2）图表法,该段电缆的实际长度,附表1 变压器二次侧额定电压为400V及690V，两相短路电流计算表,例

12、： 资料如图2.14所示，计算出d1点的两相短路电流（用图表法）。,图2.14 短路计算电路图,L1hL2h600286.5886.5（m） 查附表1、附表2可知d1点的两相短路电流为 681（A） 该点的三相短路电流为 1.15 783（A）,解： L1的换算电缆长度为L1h600m，属于标准截面电缆。L2的换算电缆长度为 L2h1501.91286.5（m） d1点至变压器之间的电缆换算长度之和为,2. 低压电网过流保护装置的整定 （1）熔断器额定电流的选择 （2）熔体的选择,保护电力干线时的选择,保护范围内容量最大的电动机的额定起动电流,其余电动机的额定电流之和,熔体不熔化系数，对于不经

13、常起动和轻载起动的可取2.5，对于频繁起动和带负载起动的可取l.82。,保护支线时的选择,保护照明装置时,熔体可靠性的校验,（3）电磁式过电流继电器的整定,用于保护电缆干线的电磁式过流保护的整定,用于保护电动机或电缆支架的装置选择,整定值的校验,（4）过流过热继电器的整定计算 电磁元件的整定方法与电磁式电流继电器一样；热元件与热继电器整定方法一样,表2.2 JR9型继电器的技术数据,（5）电子保护器的电流整定 馈电开关中电子保护器的短路保护整定原则、计算方法和校验与电磁式过流保护相同。整定保护范围大，为310倍的馈电开关额定电流；其过载长延时保护电流整定值按实际负荷电流整定，其整定范围为0.4

14、1倍的馈电开关的额定电流。 磁力起动器中电子保护器的过流整定,电子保护器在电流达到整定电流的8倍及其以上时，视为短路，将瞬时动作。,电动机的额定电流,五、低压电网电压保护,1、欠电压保护 煤矿井下高低压防爆开关都具有欠电压保护功能。 磁力起动器的控制回路就兼有欠电压装置的功能,2、过电压保护 1）内部过电压保护 主要采用压敏电阻（高压隔爆配电箱）、阻容吸收装置（馈电开关、磁力起动器）进行防护。 2）外部过电压保护 主要采用避雷针、避雷器、接地等措施进行防护。,煤矿安全规程第四百五十九条 井上、下必须装设防雷电装置，并遵守下列规定： （一）经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线，必须在入

15、井处装设防雷电装置。 （二）由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好的集中接地。 （三）通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置。,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。,六、井下低压电网的漏电保护,常见漏电故障的原因: 电缆和设备长期过负荷运行，促使绝缘老化。 电缆芯线接头松动后碰到金属设备外壳。 运行中的电缆和电

16、气设备受潮或进水，使供电系统绝缘性能降低。 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。 导电芯线与地线错接。 电缆和电气设备受到机械性冲击或炮崩。 人身直接触及一相导电芯线。,2、漏电故障的危害:,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。,3、漏电保护原理 （1）利用附

17、加直流电源的保护原理,（2）零序电压和电流式漏电保护,当电网中发生非对称性漏电故障，则必然产生零序电压和零序电流。通过对其数值判断，可对漏电故障进行保护 。,图 2.16零序电流漏电保护原理示意图,零序电流方向保护原理,（3）零序功率方向式漏电保护,（4）旁路接地式漏电保护,（5）漏电闭锁,图 2.18 旁路接地式漏电保护原理示意图,图 2.17 零序功率方向式漏电保护原理示意图,4漏电保护装置的组合应用,检漏继电器能保护所有漏电故障，但无选择性，一旦动作会导致整个低压电网停电； 零序功率方向式漏电保护选择性好，停电范围小，却不能保护对称性漏电故障。 旁路接地式漏电保护方式安全性较高，但保护范

18、围单一，只能保护单相漏电或人体触电。 漏电闭锁只在开关断开时对负荷一侧进行检测，开关合闸后不起作用。,各种漏电保护装置的优点和存在的缺限：,旁、直、零式低压选择性漏电保护系统方案,附加电容器组，防止只剩一条支路运行时方向保护不起作用。0.20.25F/相，星形点联于接地网。,直流检测式漏电保护插件，延时1.22s,旁路接地式漏电继电器，50ms,零序功率方向式漏电保护插件，“零压零流起动，零压维持”,直流检测式漏电闭锁插件,5、JY82型检漏继电器,（1）作用 能连续检测电网的对地绝缘电阻。 当电网绝缘水平降低到规定值，或人触及一相带电导体时能使自动开关跳闸切电源。 当人触及一相带电导体，或发

19、生一相线路接地漏电故障时能补偿流过人体的电容电流和接地漏电电流中的电容电流。,（2）原理,（3）检漏继电器的安装 下井安装前应在地面对检漏继电器进行全面检查和试验，确认它们的隔爆性能和绝缘性能符合要求，线路完整无缺，并经模拟电网和整组开关跳闸试验，证明动作准确、灵敏、可靠后，方可下井安装。 检漏继电器一般安装在井下中央变电所和采区变电所中。为保证动作可靠，应将它水平放置在特设的架子上，或吊架在硐室的墙壁上，以便观察和检查，并应避免淋水。 检漏继电器在井下装卸、搬运的过程中，应将其直流继电器先固定起来，安装完毕再松开，使之自由下垂，否则将影响它的动作电流值。, 检漏继电器应和带有分励脱扣线圈的D

20、W系列馈电自动开关配合使用，并装设在开关的负荷侧。 当一台变压器的低压侧有数台自动馈电开关时，不能在每台自动馈电开关上都装检漏继电器，而只能在变压器低压侧的总开关上装设一台检漏继电器。这是因为JY82型和JL82型检漏继电器对漏电的保护都无选择性。 当同一地点装设两台或两台以上检漏继电器时，每台检漏继电器应有各自的辅助接地极。辅助接地极应与继电器的主接地极（变电所的局部接地极）分开，并且相距不得小于5m，以保证各自的接地电阻值的相对独立性。 为使检漏继电器能够正常地投入运行，安装时要求整个电网对地的总绝缘电阻值应符合规程要求。 安装完毕后应再次进行检查和试验，确认安全无误、动作可靠后，方能投入

21、使用。,（4）检漏继电器的运行与维护 按照规程的要求，检漏保护装置的动作应灵敏可靠，严禁甩掉不用。 值班人员每天应对检漏继电器的运行情况进行一次检查和动作试验。检查时，除进行一般外观检查外，还应观察欧姆表的指示数值是否正常。当电网的绝缘电阻值低于规定值时，应及时采取措施，提高电网绝缘水平，以免跳闸。 维修工至少每个月对检漏继电器进行一次详细检查，每年应上井检修一次。 在瓦斯检查员的配合下，每月至少对检漏继电器进行一次远方人工漏电试验，即在最远端的隔爆磁力启动器的一根线路与地之间，按不同电压等级接入相应的试验电阻，观察馈电自动开关是否跳闸。如立即跳闸，说明检漏继电器动作可靠。试验完毕，应将试验电

22、阻拆除。,煤矿安全规程第四百五十七条 矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。 井下低压馈电线上，必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。 每天必须对低压检漏装置的运行情况进行1次跳闸试验。,七、井下电网的保护接地,保护接地的作用： 1、漏电电流大部分经接地极入地，降低了人体触电的危险； 2、避免了设备外壳与大地接触不良而产生的火花。,1. 保护接地及其作用,局部接地极应采用面积不小于0.6平方米，厚度不小于3毫米的钢板平放在水沟深处。每年至少提出来，详细检查一次,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15m的钢管制成、管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔，并全部垂直埋入底板。,主接地极应采用面积不小于0.75平方米，厚度不小于5毫米的钢板制成。每年至少提出来，详细检查一次,2. 井下保护接地系统,煤矿安全规程第四百八十二条 电压在36V 以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架，铠装电缆的钢带（或钢丝）、铅皮或屏蔽