煤矿电工学第三章三大保护课件

1、煤矿电工学,第三章 煤矿供电三大保护,山西省煤炭关键岗位从业人员系列教材,山西人民出版社,2021/4/16,2,第三章 煤矿供电三大保护,第一节 井下电气设备的保护接地 第二节 井下漏电保护装置 第三节 井下过流保护装置,第三章 煤矿供电三大保护,第一节 井下电气设备的保护接地,2021/4/16,4,第一节 井下电气设备的保护接地,一、保护接地的原理 二、井下保护接地系统 三、接地网接地电阻的检查与测定 四、低压选择性漏电保护系统,2021/4/16,5,电气设备的金属外壳及构架在正常情况下是不带电的。但如果电气设备绝缘损坏，其金属外壳和构架就要带电。此时人若触及它们，就会发生触电事故。

2、为了预防这一事故，重要措施之一就是对电气设备实行保护接地。,一、保护接地的原理,2021/4/16,6,一、保护接地的原理,1.保护接地 就是把电气设备的金属外壳和构架，用导线与埋在地中的接地极连接，如图2-8b所示。,2021/4/16,7,2.保护原理,接地装置与人体构成并联电路，并联电压相等保护接地装置接地电阻re越小，通过人体的电流将越少，因而越安全。 保护接地的关键是将保护接地装置的接地电阻值降低到规定的范围内就可以使流过人体的电流不超过安全极限电流达到减小触电危险目的 煤矿安全规程规定：接地网上任一保护接地点的接地电阻2。,2021/4/16,8,接地电阻的降低,接地电阻,接地线电

3、阻： 接地体电阻：,接触电阻：,土壤电阻：,截面足够大,焊接或镀锌螺栓连接,水沟或湿地,2021/4/16,9,保护接地系统将各接地极经接地芯线并联而成,优点：降低接地电阻，提高安全性；互为后备，提高可靠性,2021/4/16,10,二、井下保护接地系统,主接地极3 0.75m2钢板 局部接地极4 0.6m2钢板,主接地母线1 50mm2裸铜线或100mm2的镀锌扁钢,电缆接地芯线7 电阻1欧姆,辅助接地母线2 连接导线12 接地导线13,25mm2裸铜线 或50mm2的镀锌扁钢,系统组成,2021/4/16,11,局部接地极的设置,煤矿安全规程规定，在下列地点应装设局部接地极,采区变电所9（

4、移动变电站）,电气设备硐室和单独装设高压电气设备,低压配电点10或三台以上电气设备地点,采煤机14工作面的运输巷、回风巷 集中运输巷（大巷）10以及由变电 单独供电的掘进工作面,连接高压动力铠装电缆的连接装置11,2021/4/16,12,三、接地网接地电阻的检查与测定,接地网各组成部分的检查与维修 （1）接地母线和接地导线的导体是否完整、平直与连续，铁质导体有无严重锈蚀、断裂或开焊现象，铜导线有无断丝或断线。如发现有损坏达到超过规程允许截面的情况，应及时进行处理或更换，并作好记录。设置在有腐蚀性环境中的接地母线与接地导线，还应定期涂防腐涂料。 （2）接地母线和接地导线与金属外壳、接地极间的连

5、接是否完整可靠，如果用螺栓连接时，是否装有弹簧垫圈、压接是否坚固可靠；如果采用焊接，其焊缝是否符合规定。若发现有连接不符合规定者，应立即进行处理，并做好记录。,2021/4/16,13,三、接地网接地电阻的检查与测定,接地网各组成部分的检查 （3）穿墙壁或基础的接地母线防护套管是否完好；与电缆，管道等交叉时，其遮盖物是否完好。 （4）每年至少要将主接地极和局部接地极，从水仓或水沟提出来，详细检查一次。两个主接地极，应该轮流分别检查，不能同时提出来检查，以免影响安全。如果矿井水含酸性较大，应适当增加检查次数，如发现严重锈蚀或接触不良等情况，应立即处理。 （5）对于设置在水沟以外的管状局部接地极，

6、应经常灌注盐水，以保持良好的导电状态。,2021/4/16,14,三、接地网接地电阻的检查与测定,2.接地电阻值的测定 井下总接地网的接地电阻值测定工作，应有专人负责，每季至少进行一次，并把测量结果记入登记簿，以便查阅。新安装的接地装置，在投入运行前，应对其接地电阻值进行测量。 在有甲烷及煤尘爆炸危险的矿井内，进行接地电阻测量时，应用安全火花型仪表，如zc5型安全火花接地电阻测量仪。如果用普通型的测量仪表进行测定时，只准在沼气浓度为1以下的地点进行，并采取一定的安全措施，报有关部门审批,2021/4/16,15,保护接地实现保护的关键：将接地电阻降到规定值下，才能使人的触电电流小于安全值。 井

7、下保护接地组成系统的优点：降低系统接地电阻，提高保护的安全性；互为备用，提高保护的可靠性 井下保护接地系统组成：是由“两极”（主接地极、局部接地极）“五线”（主接地母线、辅接地母线、连接导线、接地导线、电缆的接地芯线）组成 井下接地系统的接地电阻规定值：2欧,本节小结,2021/4/16,16,思考题,2-9 说明保护接地的工作原理和保护接地实现保护的关键。 2-10 井下保护接地网是怎样组成的?为什么要组成井下保护接地网?,第三章 煤矿供电三大保护,第二节 井下漏电保护,2021/4/16,18,第二节 井下漏电保护,一、附加直流电源漏电保护 二、零序电流式漏电保护 三、零序功率方向式漏电保

8、护,2021/4/16,19,漏电当电网绝缘小于漏电电阻值时，人触及后会产生触电危险，此时称为漏电。 漏电危害煤矿井下由于潮气入侵或机械损伤，引起绝缘电阻下降，导致漏电事故发生。漏电不仅会使电气设备进一步损坏，形成短路事故，而且还可导致人身触电和漏电火花引爆瓦斯、煤尘的危险，漏电流还会提前引爆电雷管。 漏电保护作用实现监视绝缘、漏电保护、漏电闭锁、漏电试验以及补偿流过人身的电容电流。,2021/4/16,20,井下漏电保护装置的类型,按电压等级分：矿用隔爆高压漏电监视保护装置，低压1140v、660v、380v动力电网矿用隔爆检漏继电器；127v煤电钻（照明）综合保护装置。 按工作原理分：有附

9、加直流电源的漏电保护装置，有零序电流的漏电保护装置。 按其保护功能分：无选择性的漏电保护装置、有选择性的漏电保护装置及漏电闭锁的漏电保护装置。,2021/4/16,21,1.保护原理,1）监测电网绝缘电阻 接通附加直流电源组成的 检漏回路，产生附加直流 i大小为： 当结构一定时，电源电动势v、回路电阻r一定，回路电流i与三相绝缘电阻r成相反变化，用电流表测得i,再换算为相应的r刻度，从而读出绝缘电阻r大小而成为k表。表中漏电电阻r漏电区域为红色，对于380v电网为3.5k，660v电网为11k，1140v电网为20k。,图 2-10 原理图,i,一、附加直流电源漏电保护,2021/4/16,2

10、2,2）漏电保护 发生漏电时，绝缘电阻 rr漏电由上式知i？： 附加直流ii动作(继电器k) kd动作，其触点kd闭 合，接通馈电开关的脱 扣线圈ya,使得馈电开 关断路器qf脱扣跳闸， 切断漏电回路电源，实 现保护（点击观看）。,1.保护原理,图 2-10 原理图,i,2021/4/16,23,请问：,人触及一相 电网时，漏 电保护是否 动作？,2021/4/16,24,请问：,一相电网接 地时，漏电 保护是否动 作？,2021/4/16,25,3）漏电闭锁 如果在开关没有接通负载前，在三相电网对地绝缘电阻上附加直流电源检测漏电，如果发生漏电，通过继电器接通脱扣线圈则断路器无法合闸，这种漏电

11、时禁止合闸作用称之为漏电闭锁。,1.保护原理,图 2-10 原理图,i,2021/4/16,26,4）漏电保护试验 按下试验按纽，接通试 验电阻r（阻值为r漏电）， 模拟漏电发生，此时绝缘 电阻rr漏电 附加直流ii动作(继电器k) 如果馈电开关脱扣跳闸， 说明漏电保护？ 如果馈电开关不跳闸，说 明漏电保护？,1.保护原理,2021/4/16,27,5)补偿人体电容电流 未发生漏电时，绝缘电阻rr漏电，kd不动作但是电网线路较长时，对地电容较大，使人体的电容电流ic较大人体的触电电流仍会超过安全值，还有触电危险，为此必须补偿人体电容电流ic,1.保护原理,2021/4/16,28,5)补偿人体

12、电容电流 在三相电抗器1l与kd之间串入零序电抗器2l，产生电感电流il流经人体，人体电流ih中 il与ic相量相反，相补偿，使得ih30ma，保证了人身安全。,1.保护原理,ic,il,ih,il,2021/4/16,29,2.保护特点,优点：不论是对称性漏电还是不对称性漏电，只要绝缘电阻下降到一定程度，保护就可以动作。且准确可靠，安全性高。还可以补偿人身触电或单相接地电流的容性分量部分。 缺点：无选择性，由于电网各支路绝缘电阻为并联关系，无论哪个支路绝缘电阻下降，都会使漏电动作， 结论：所以该保护装在总开关上，故障停电范围大，且不能直接判定故障支路。,2021/4/16,30,1.零序电流

13、取样装置 零序电流信号由零序电流互感器tan取得的。 零序电流互感器有一个环状铁芯套在被保护的电缆上，利用电缆作为一次线圈，二次线圈绕在环状铁芯上。二次线圈中的电流i2正比于一次线圈中的三相电流相量之和。当未发生漏电时，一次侧三相电流对称相量和为零，二次侧无电流输出当发生漏电时，一次侧三相电流不对称，其相量和不为零，二次侧有零序电流输出。,图2-11零序电流互感器结构示意图,电缆,一次电流,铁芯,二次电流,二、零序电流式漏电保护,2021/4/16,31,2.保护原理 对于多支路电网一相漏电时，各分支线路中都有零序电流通过。在故障支路中，总零序电流的代数和是非故障支路零序电流之和；而非故障支路

14、中，则只流过本支路的零序电流。零序电流式漏电保护装置就是根据故障线路零序电流大小与非故障线路不同来实现选择性的。,图2-12 多分支电路中零序电流分布,非故障支路,故障支路,二、零序电流式漏电保护,2021/4/16,32,注意：在发生单相接地时，接地电流可能沿着铠装电缆的钢铠外皮（接地线）流动，这部分电流不仅降低故障线路漏电保护的灵敏度，有时还会造成漏电保护装置的误动作。故此应将电缆终端接线盒的接地线穿过零序电流互感器的铁芯，如图所示。使铠装电缆外皮流过的零序电流，再经接线盒的接地线回流穿过零序电流互感器，从而使穿过互感器的外皮流过的零序电流和为零，防止引起漏电保护的误动作。,图2-11零序

15、电流互感器结构示意图,电缆外皮,终端 接线盒,接地线,外皮电流,二、零序电流式漏电保护,2021/4/16,33,二、零序电流式漏电保护,3.保护特点 优点：具有横向选择性。 缺点：三相绝缘电阻同时降低发生漏电，电网中无零序电流，失去保护功能。不能补偿人身触电电容电流。如果同一母线只有2支路，则 两支路零序电流大小相等，无法区分，从而失去选择性。,图2-12 多分支电路中零序电流分布,非故障支路,故障支路,2021/4/16,34,三、零序功率方向式漏电保护,1.零序电压取样装置 零序电压信号由零序电压互感器tvn取得的。 零序电压互感器一次侧三相绕组与电网星形连接，二次绕组为开口三角形连接，

16、根据变压器原理可知，二次侧开口端电压u正比于三相电压相量和，未发生不对称漏电时，其相量和为0，即 无电压输出；一旦发生不 对称漏电或单相接地，则 有电压输出，此电压即为零序电压。,2021/4/16,35,2. 保护原理 当电网中某支路发生不对称漏电时，由零序电流互感器、零序电压互感器提供的信号，经放大整形、相位比较电路来判断该支路零序电流相位滞后于零序电压，输出信号使继电保护动作，切断该支路电源，反之非故障支路相位关系不符合动作条件、保护不动作，从而实现有选择性漏电保护。,2分支电路中零序电流分布,非故障支路,故障支路,三、零序功率方向式漏电保护,2021/4/16,36,二、零序功率方向式

17、漏电保护,3.保护特点 优点：具有横向选择性,且两支路时也可选择性保护。 缺点：三相绝缘电阻同时降低发生漏电，电网中无零序电流，失去保护功能。不能补偿人身触电电容电流。需增加零序电压互感器和相位比较电路。,图2-12 多分支电路中零序电流分布,非故障支路,故障支路,2021/4/16,37,四、低压选择性漏电保护系统,分开关装设有瞬时动作的有选择性零序功率方向漏电保护，总开关装设有延时动作的附加直流电源式漏电保护。当分开关以下发生漏电故障时，有选择性地切除故障支路；若漏电故障是对称的，或分开关失灵拒动时，总开关经短暂延时动作，实现后备保护，确保可靠性。,2021/4/16,38,本节小结,一、

18、附加直流电源漏电保护 作用： 1）监测绝缘电阻；2）漏电保护；3）漏电闭锁； 4）漏电试验；5）补偿人体电容电流 特点：结构简单，使用方便，但设在总自动馈电开关。 无选择性，停电范围大。查找漏电回路困难。 适用：作漏电的后备保护。 二、零序电流式与零序功率方向式漏电保护 作用：当开关所控线路发生漏电时，该开关动作。 特点：设在分路开关；有选择性，停电范围小 易查找漏电回路。 适用：作漏电主保护 三、低压漏电保护系统 总开关：设附加直流电源式漏电保护， 分开关：设零序电流保护或零序功率方向保护,2021/4/16,39,思考题,2-11井下电网的漏电有什么危害? 2-12漏电保护的类型及其作用是

19、什么?低压电网漏电保护系统是如何组成的？,第三章 煤矿井下三大保护,第三节 井下过流保护,2021/4/16,41,第三节 井下过流保护,一、熔断器 二、过流继电器 三、热继电器,2021/4/16,42,第三节 井下过流保护装置与保护接地、漏电保护并称井下三大保护,过流-电气设备的实际电流额定值 过流 原因 过流 保护,短路保护,过负荷保护,断相保护,动作电流值设定较大，对电动机应 启动电流； 瞬时动作,动作电流值设定小，额定电流 延时动作，为反时限特性 （动作时间与动作电流成反比）,短路,过负荷,断相运行,电流额定电流,温升迅速,电流额定电流,温升较慢,2021/4/16,43,常用过流保

20、护装置,过流 保护 装置,短路保护,过负荷保护,断相保护,熔断器、电流继电器、电子继电器,电流继电器与时间继电器 热继电器 电子继电器,2021/4/16,44,一、熔断器简单的一次性过流保护装置,1.结 构与 原理,熔体:,熔管,低熔点金属串入电路， 过流时熔断,连接熔体接线柱等 固定熔体接线柱、插座等 熄灭电弧产气管、填石英砂,rll型螺旋式熔断器 1瓷帽；2熔断指示红点；3熔管；4瓷套；5上接线端；6下接线端；7底座,rt0型熔断器结构 a结构；b熔体；1滑石陶瓷外壳；2金属盖板；3螺栓；4熔断指示器；5指示熔体； 6工作熔体；7刀形触头；8石英砂；9紫铜栅片；10锡桥；11小孔,rm1

21、0型熔断器结构 1熔管；2盖板；3黄铜帽盖；4刀形触头；5熔体,2021/4/16,45,一、熔断器,型号,类别号,组别号,r,m封闭式 t填料式 l螺旋式 c瓷插式,设计序号数字,电路符号,图符,文符 fu,2021/4/16,46,一、熔断器2.技术数据,熔断器的额定电流in熔断器壳体的载流部分，允许长时通过的最大电流。使用时电路in工作电流 熔体的额定电流in长时通过熔体而不使熔体熔断的最大电流。使用时， in in。如在额定电流为200a的熔断器中，可分别装额定电流为100、125、160和200a几种规格的熔体，须根据实际需要选配。 熔断器的极限断路电流isb熔断器所能切断的最大电流

22、。使用时，所切断的最大短路电流 isb 熔断器的额定电压un熔断器长时所能承受的正常工作电压。使用时所接电网的电压 un,2021/4/16,47,保护特性熔断时间与熔体电流的关系（安秒特性）,熔断器具有反时限特性可作？ 过载保护。但是不宜作电动机 的过载保护，因为电动机启动 时电流为46倍额定电流，使 过载保护误动作。 短路时熔体电流很大，熔断时 间很短，故熔断器可作？ 电动机的短路保护。,图 2-10 熔断器的保护特性曲线,2021/4/16,48,一、熔断器3.使用注意事项,熔断器中的熔件必须选用特制的熔丝或熔片，不能用铜丝、铝丝、铅丝和铁丝等难熔金属代替； 切除三次大的短路电流后，rm

23、型熔断器的纤维管被烧薄，机械强度和灭弧能力显著降低，因而应更换否则会发生外壳爆炸或向外飞弧，引起严重事故； 当熔断器中需并联两个熔片时，必须选用刻有“两片”字样的熔件，并分装在接触闸刀的两面，不能将两片重迭装在一起，更不能在熔管外附加熔丝； 井下禁用不合格的熔断器，也不准拆去熔管不用。,2021/4/16,49,二、过电流继电器可重复使用的过流保护装置,类 型,电磁式 （靠电磁力动作）,电子式（靠电子电路动作）,可以组成不同电路，实现三相短路、两相短路、过载、断相漏电、欠压、过压等多种保护,电流继电器作过流保护 电压继电器作欠压保护 时间继电器与电流继电器配合作过载保护,热动式,作电动机的过载

24、保护,分立元件,集成电路,2021/4/16,50,1.电磁式继电器结构原理,结构 与 原理,电磁铁,触点,铁芯,常开动作后接通脱扣线圈 和信号回路,电磁继电器结构图 1-电磁线圈；2-铁芯；3-衔铁；4-反力弹簧；5-转轴；6-动触头；7-静触头,动铁带动触点,定铁导通磁路,常闭动作后断开接触 器线圈回路,反力弹簧,设定过流保护动作值 只有电流大于动作值时 产生的磁力弹力，使 动铁吸合,带动触点。,线圈接入被保护电路 通电产生磁力,2021/4/16,51,1.电磁式继电器电路符号,2021/4/16,52,1.电磁继电器技术数据,继电器的额定电流in继电器的载流部分，允许长时通过的最大电流

25、。使用时电路工作电流in 继电器的动作电流iop 使继电器衔铁动作的最小电流。须根据保护整定值确定。 继电器的返回电流ire使继电器衔铁释放的最大电流。 继电器的返回系数kre 继电器返回电流与动作电流的比值。返回系数小于1,2021/4/16,53,2.电子式继电器原理,原理框图,短路保护框图,过载保护框图,2021/4/16,54,2.电子式继电器举例jdb电动机综合保护外电路,外形与电路连接,2021/4/16,55,2.电子式继电器举例jdb电动机综合保护外电路,功能,过载保护、短路保护、漏电闭锁,试验,整定,保护,过载试验、短路试验、漏电闭锁试验,过载动作值刻度值倍率档1,2,4,8

26、,2021/4/16,56,3.热动式继电器结构与原理,结构与原理,动作值设定,触点,双金属片1受热弯曲推4、2,加热元件13串入主回路 通电后发热,常闭7、8动作后断开接触 器线圈回路,调节凸轮9转动9后推动11,差动杆4 差动导板2,信号转换,向左推动5、6,推动轴11 推动10、6,叉10及连杆6 改变行程a （动作值）,温补,双金属片5环境温度升高与1同时向左弯曲保证动作值a不变,2021/4/16,57,3.热动式继电器电路符号,触点,常开动作后接通脱扣 线圈和信号回路,加热元件串入主回路 通电后发热,常闭动作后断开接触 器线圈回路,图符 文符,fr,fr,fr,2021/4/16,58,3.热动式继电器技术数据,热继电器的额定电流in热继电器的载流部分，允许长时通过最大电流。使用时电路in 工作电流 热元件的额定电流in 使热继电器不动作的最大电流。使用时in in 。 如热继电器额定电流为60a，可装热元件的额定电流为22、32、45a等 整定电流及其调节范围 热元件调节刻度上所规定电流值,如热元件的额定电流22a，调节范围为141822a,整定电流为调节凸轮确定其中某值,2021/4/16,59,3.热继电器使用,jr9系列限流热继电器由电磁元件和