第6章井下供电保护

1、第六章 井下供电保护 第一节 漏电保护 第二节 保护接地 第三节 过电流保护 第四节 综合保护装置 复习思考题第一节 漏电保护 一、 漏电的种类 漏电是指在变压器中性点不接地电网中，发生单相接地（直接接地或经阻抗接地）或两相、三相对地的总绝缘电阻降低到危险值的电气故障。人体触及一相带电导体的情况，是单相经过电阻接地，也属于漏电。根据煤矿井下电网的实际情况,漏电可分为集中性漏电和分散性漏电2类。第一节 漏电保护 1.集中性漏电 集中性漏电是指由于电网中某一处或某一点绝缘损伤而发生的漏电，有漏电故障点。 2.分散性漏电 分散性漏电是指由于整个电网或某条线路的对地绝缘电阻降低而发生的漏电，没有明显的

2、漏电故障点。第一节 漏电保护 二、 井下电气设备漏电的主要原因 （1） 电气设备或电缆长期过负荷运行使绝缘老化。 （2） 运行中的电缆、电气设备受潮或进水,造成相间或相与地（外壳）之间的绝缘下降到危险值。第一节 漏电保护 （3） 电缆与电气设备内部的相线绝缘老化、损坏或连接不符合要求，造成接头松动脱落，使一相火线触及金属外壳。 （4） 橡套电缆的连接不符合要求，出现“鸡爪子”、“羊尾巴”和“明接头”。 （5） 用金属丝吊挂橡套电缆，使其嵌入绝缘层内接触芯线。第一节 漏电保护 （6） 接线时，将导电芯线与地线接错。 （7） 橡套电缆在运行中被炮崩或受挤压、碰砸、过度弯曲等机械作用而使护套绝缘破损

3、。 （8） 电缆因长期过度弯曲而产生裂口或缝隙，运行中潮气或淋水侵入。 （9） 设备维修时，因停、送电操作错误、带电作业或工作不慎，造成人身触及一相而漏电。第一节 漏电保护 （10） 在电气设备内随意增添电气元件，或检修时将工具等导体留在设备内，使电气间隙小于规定值，导致一相对外壳放电。 （11） 操作电气设备时产生弧光对地放电。 （12） 出现严重过电压，击穿电缆或电气设备的对地绝缘。第一节 漏电保护 三、 漏电的危害 （1） 漏电产生的电火花可引起瓦斯、煤尘爆炸。 （2） 当人体触及设备或电缆的漏电部位时，存在触电的危险。 （3） 长时间漏电会使绝缘发热、老化，甚至引起相间短路和电气火灾事

4、故。第一节 漏电保护 （4） 在漏电电流流经的路径上会产生电压降，当电雷管两端的引线接触漏电路径上具有电位差的两点时，可造成电雷管提前引爆。第一节 漏电保护 四、 漏电保护装置 漏电的危害十分严重，为避免漏电故障给作业人员和设备造成危害，必须采取措施，防止发生漏电事故。因此，除了合理选择和使用电气设备外，还必须加强对电气设备和电网线路的日常维护、运行监视，积极搞好预防性检修工作。同时，井下供电电网还必须装设漏电保护装置。第一节 漏电保护 煤矿安全规程第457条规定：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

5、次跳闸试验。 目前，煤矿井下供电系统常用的漏电保护装置有：漏电保护装置（非选择性）、选择性漏电保护装置和漏电闭锁装置。第一节 漏电保护 1.漏电保护装置（非选择性） 漏电保护装置（非选择性）一般采用附加直流电源式保护原理，只能安装在变压器低压侧总馈电开关处。当低压电网任一点发生漏电或低压电网对地总绝缘电阻下降到漏电保护装置的动作电阻值时，就会引起总开关跳闸，使整个低压电网停电，起到保护的作用。这种保护装置的缺点是停电范围大，不易查找故障点。第一节 漏电保护 2.选择性漏电保护装置 选择性漏电保护装置一般采用零序电流方向式保护原理，安装在变压器低压侧总馈电开关控制的支路开关处。当支路开关控制的电

6、网发生漏电故障时，能够判断出故障线路和非故障线路，有选择地发出故障信号并切断故障线路电源，而非故障部分继续供电，起到有选择地切断漏电故障线路的作用。这种保护装置缩小了停电范围，便于寻找漏电故障点，提高了供电的可靠性。第一节 漏电保护 3.漏电闭锁装置 漏电闭锁装置也称检漏继电器，一般采用附加直流电源式保护原理，安装在照明信号综合保护装置、煤电钻综合保护装置、电动机综合保护装置及低压电磁启动器中。在开关合闸前，漏电闭锁装置对电网绝缘情况进行监测，当电网对地绝缘电阻低于规定的闭锁电阻值时，使该开关不能合闸，起到闭锁作用。第二节 保护接地 一、 井下保护接地装置的作用 保护接地是指用导体把电气设备中

7、所有正常情况下不带电的外露金属部分，通过接地装置与大地紧密连接起来。保护接地的作用体现在2个方面。第二节 保护接地 1.降低人员触及漏电部位时的触电电流 不安装保护接地时，如图6-1（a）所示，人若触及带电的金属外壳，触电电流通过c相电源外壳人体大地a、b两相对地的绝缘阻抗后，与a、b两相构成回路。在该回路中，通过人体的电流较大，可能造成人身触电事故；第二节 保护接地第二节 保护接地安装保护接地后，如图6-1（b）所示，当人体触及带电的金属外壳时，触电电流的路径变为c相电源外壳人体与接地体RE并联后的总电阻大地a、b两相对地的绝缘阻抗，之后与a、b两相构成回路。由于与人体并联的接地体电阻不超过

8、2 ，在并联分流的作用下，通过人体的电流将大幅度减小，降低了人员触电的危险性。第二节 保护接地 井下一旦发生漏电或人体触电，漏电保护应在故障发生后跳闸，尽快切断电源，将故障存在时间缩小到安全范围以内；保护接地则应起到限制漏电电流和人体触电电流的作用，最大限度地降低危险程度。两种保护在煤矿井下低压电网中是相辅相成、缺一不可的重要安全保护措施。第二节 保护接地 2.防止漏电部位直接对地放电引起瓦斯、煤尘爆炸 设备外壳因故障带电后，外壳与大地之间存在电位差。如果没有保护接地，设备外壳直接对地放电，产生的电火花可能引起瓦斯、煤尘爆炸；安装保护接地后，设备外壳对地电流经接地线、接地体流入大地一定深度的地

9、点，不再直接对地放电，因此可以防止漏电电火花引起瓦斯、煤尘爆炸。第二节 保护接地 二、 井下保护接地网 井下保护接地网由主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、接地导线、连接导线、铠装电缆的铠装和铅包以及橡套电缆的接地芯线等组成。第二节 保护接地为提高保护接地的安全性和可靠性，利用供电的高、低压铠装电缆的金属外皮和橡套电缆的接地芯线，把分布在井下中央变电所、井底车场、运输大巷、采区变电所以及工作面配电点的电气设备的金属外壳在电气上连接起来，形成井下保护接地系统，如图6-2所示。第二节 保护接地第二节 保护接地这样就使埋设在各处的接地极并联起来，不仅降低了接地电阻值，而且防止了不同设备、不

10、同相同时碰触外壳所带来的危险。第二节 保护接地 三、 煤矿安全规程对保护接地的要求 1.对主接地极的要求 （1） 所有电气设备的保护接地装置（包括电缆的铠装、铅皮、接地芯线）和局部接地装置，应与主接地极连接成1个总接地网。第二节 保护接地 （2） 主接地极应在主、副水仓中各埋设1块。主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积不得小于0.75 m2、厚度不得小于5 mm。（3） 在钻孔中敷设的电缆不能与主接地极连接时，应单独形成一分区接地网，其接地电阻值不得超过2 。第二节 保护接地2.对局部接地极的要求（1） 下列地点应装设局部接地极： 采区变电所。 装有电气设备的硐室和单独装设的高压电气设备。第二

11、节 保护接地 低压配电点或装有3台以上电气设备的地点。 无低压配电点的采煤机工作面的运输巷、回风巷、集中运输巷（胶带运输巷）以及由变电所单独供电的掘进工作面，至少应分别设置1个局部接地极。 连接高压动力电缆的金属连接装置。第二节 保护接地（2） 对局部接地极的具体要求：局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近的潮湿处。设置在水沟中的局部接地极应用面积不小于0.6 m2、厚度不小于3 mm 的钢板或具有同等有效面积的钢管制成，并应平放于水沟深处。第二节 保护接地设置在其他地点的局部接地极，可用直径不小于35 mm、长度不小于1.5 m的钢管制成，管上应至少钻20个直径不小于5 mm的透孔，并垂直全

12、部埋入底板；第二节 保护接地也可用直径不小于22 mm、长度不小于1 m的2根钢管制成，每根钢管上应钻10个直径不小于5 mm的透孔，2根钢管相距不得小于5 m，并联后垂直埋入底板，垂直埋深不得小于0.75 m。第二节 保护接地 3.对接地母线和连接导线的要求 （1） 连接主接地极的接地母线，应采用截面积不小于50 mm2的铜线，或截面积不小于100 mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4 mm、截面积不小于100 mm2的扁钢。第一节 漏电保护 （2） 电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接，电缆连接装置两头的铠装、铅皮的连接，应采用截面积不小于25 mm2的铜线，或截面积不小于50 mm2的

13、镀锌铁线，或厚度不小于4 mm、截面积不小于50 mm2的扁钢。第二节 保护接地 4.对保护接地的其他要求 （1） 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20 A。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。第一节 漏电保护 （2） 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。 （3） 电压在36 V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）、铅皮或屏蔽护套等必须有保护接

14、地。第二节 保护接地 （4） 接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2 。每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过1 。 （5） 橡套电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作他用。第三节 过电流保护 一、 过电流的种类 过电流是指流过电气设备或电缆的实际电流值超过了其额定值。煤矿井下常见的导致过电流的原因有短路、过负荷和断相。第三节 过电流保护(一) 短路1.短路的概念短路是指供电线路的相与相之间经导体直接短接，电流不流经负载而形成回路。井下电网可能出现的短路故障有两相短路、三相短路和异相两点接地短路。短路时流过供电线路的电流称

15、为短路电流。第三节 过电流保护短路电流很大，可达到额定电流的十几倍、几十倍甚至更大，短路电流的大小除与短路故障形式有关外，还与电缆的长度、电缆的截面和电网电压有关。第三节 过电流保护 2.短路的危害 （1） 短路电流产生大量的热量，烧毁电气设备，引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。 （2） 短路电流的电动力，使故障设备及其他设备遭受机械破坏。 （3） 短路引起电网电压突然下降，影响电网中其他电气设备的正常运行。第三节 过电流保护 3.短路的主要原因 （1） 电气设备或电缆的绝缘受到破坏，如绝缘老化、机械性损伤等。 （2） 不同相序的两回路电源线并联。 （3） 检修完毕的线路在送电时没有拆除三相短路接地的

16、临时接地线。 （4） 带电检修或搬迁电气设备。第三节 过电流保护 （5） 电气设备防护不当或保护失灵。例如，某矿一供电线路中，电缆发生相间短路事故并着火。经检查分析，其熔断器、过电流脱扣器等保护均失灵，短路电流产生的高温引起火灾事故。第三节 过电流保护 （二） 过负荷 1.过负荷的概念 过负荷又称过载，是指电气设备和电缆的实际电流超过了该电气设备和电缆的额定电流，并超过允许过负荷时间。过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。第三节 过电流保护 2.过负荷的危害 （1） 电气设备和线路出现过负荷后，其温度可超过所用绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘。 （2） 电气设备和线路长期过负荷会发展成

17、漏电或短路故障。第三节 过电流保护 3.电气设备过负荷的主要原因 （1） 电气设备长时间超载运行。 （2） 频繁启动电动机，或在重载情况下启动电动机。 （3） 在井下采掘运机械中，机械部分卡阻、堵转。 （4） 电源电压过低。第三节 过电流保护 （三） 断相 1.断相的概念 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。电动机在这种状态下运行叫单相运行或缺相运行。第三节 过电流保护 2.断相的危害 断相后，电动机输出的转矩比三相运行时小得多，在其所带负载不变的情况下，工作电流大幅度增加，因此可能烧毁电气设备。 3.断相的原因 （1） 熔断器有一相熔断。第三节 过电流保护 （2） 电缆与电缆

18、、电缆与设备的连接不牢，一相松动脱落。 （3） 电缆一相芯线断开。 （4） 电动机定子绕组与接线端子的连接一相松动脱落。第三节 过电流保护 二、 过电流的保护装置 在煤矿井下低压供电系统中，过电流保护装置有熔断器、电磁式过电流继电器和电子式过电流继电器等3种。第三节 过电流保护 1.熔断器 熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座3部分组成。在煤矿井下低压供电系统中，熔断器串接在被保护的电气设备主回路中，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迅速熔断，从而将故障线路与电源分开，达到保护的目的。第三节 过电流保护2.电磁式过电流继电器电磁式过电流继电器主要由电磁线圈、铁芯及衔铁

19、、反力弹簧和触点组成，通常用作短路保护和过载保护。其中反力弹簧的作用力与线圈通电后在电磁铁上产生的电磁吸力构成信号比较，当电路中电流正常或较小时第三节 过电流保护继电器的衔铁不动作，触点无动作信号发出；当电路中发生短路时，因电路中电流过大，电磁力大于弹簧的作用力而使衔铁迅速吸合，触点立即发出动作信号，使保护电路的开关迅速断开，起到保护的作用。第三节 过电流保护 3.电子式过电流继电器 电子式过电流继电器主要由互感器组件、电流变换组件和保护插件等组成，可实现短路、过载、断相等保护功能。当继电器内的短路、过载等保护开关电路发出动作信号后，执行电路使脱扣线圈通电，断路器或真空接触器跳闸，起到保护的作

20、用。第三节 过电流保护 三、 过电流保护装置的要求 （1） 煤矿安全规程第455条规定：井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。第三节 过电流保护 （2） 煤矿安全规程第456条规定：井下配电网路（变压器馈出线路、电动机等）均应装设过流、短路保护装置；必须用该配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分断能力和动、热稳定性以及电缆的热稳定性。必须正确选择熔断器的熔体。必须用最小两相短路电

21、流校验保护装置的可靠动作系数。保护装置必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工作成组的电气设备能够启动。第三节 过电流保护 （3） 矿井或采区应有专人负责低压电气设备和高压配电装置过电流保护装置的整定和管理工作。矿机电管理部门要加强对此项工作的检查和指导，做好对机电维修工和负责整定工作人员的培训工作。第三节 过电流保护 （4） 运行中的电气设备的过电流保护装置，由电气维修工负责定期检查，如发现有误动作或整定值选择有差错时，应查明原因，由电气技术人员或矿井主管电气的负责人根据实际情况做必要的改动，其他人员不得任意变更。第三节 过电流保护（5） 矿井机电主管部门应备有与实际情况相符的供电系统图

22、板(或计算机辅助管理系统)，图板上应注明电气设备的型号、容量、电缆线路规格、长度、短路电流值和保护装置的整定值。该图板由矿机电管理部门负责管理并随时修改补充。各运行维护单位也必须建立相应的供电系统图板(或计算机管理系统)。第三节 过电流保护 （6） 为了便于检查，设备应挂标志牌，牌上注明设备的编号、型号、整定值、两相短路电流值、整定日期、用途、使用单位及维护人。 （7） 高、低压开关在检修完毕后，必须对其过电流保护装置进行校验。 （8） 开关在井下使用超过6个月时，应对其过流保护装置进行1次检验和调整。第四节 综合保护装置 一、 电动机综合保护器 1.概述 电动机综合保护器是采用集成元件的电子

23、或微电脑综合保护装置，安装在电磁启动器中，对电动机实现短路、过载、断相和漏电闭锁等保护功能。常用的电动机综合保护器有ABD和JDB等系列。第四节 综合保护装置下面以ABD8系列电动机综合保护器为例进行介绍，该保护器如图6-3所示。第四节 综合保护装置2.基本结构及主要工作原理保护器由主体及其底座、3个电流互感器、故障显示器组成（不需要显示时，显示器可以不装）。主体顶部装有7个拨动开关，供整定电流之用。整定方法由主体侧面上的整定值表给出。第四节 综合保护装置主体与底座之间由接插件连接，底座与电流互感器二次侧及显示器之间由用户用导线连接。电流互感器为环形串芯式，显示器上有显示过载、过流、相不平衡、

24、漏电及短路闭锁等故障信号的5个发光二极管及电源指示，工作状态由2个发光二极管指示。第四节 综合保护装置 煤矿安全规程规定：煤电钻必须使用设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻功能的综合保护装置。每班使用前，必须对煤电钻综合保护装置进行1次跳闸试验。第四节 综合保护装置 目前，我国生产和使用较多的煤电钻综合保护装置是将干式变压器及一、二次侧控制开关、保护元件等组合在一起的矿用隔爆型电气设备，其具有变压、短路保护、短路闭锁、过载保护、漏电保护和漏电闭锁等多种功能；这类煤电钻综合保护装置型号有多种，功能基本相同，其中BBZ-4.0矿用隔爆型煤电钻综合保护装置，如图6-4所示。

25、 第四节 综合保护装置第四节 综合保护装置 BBZ-4.0矿用隔爆型煤电钻综合保护装置的防爆外壳为圆筒形，具有凸出的底和盖。壳盖和壳身采用转盖止口结构。外壳上部有是一接线箱作为引进和引出电缆用。外壳右侧装有操作隔离开关的手把和检查短路、漏电保护系统是否有效的试验按钮。并有可靠的机械联锁装置，保证当隔离开关闭合时，壳盖打不开；壳盖打开时，隔离开关不能闭合。第四节 综合保护装置壳盖上方有一透明孔，可以从外面观察状态指示灯。主变压器与机芯的联锁采用端子板，检修时机芯可单独拿出。该装置的电气线路由主回路、控制回路、短路保护电路、过载保护电路、漏电保护电路、保护装置动作试验电路等几部分组成。第四节 综合

26、保护装置 三、 照明信号综合保护装置 煤矿安全规程规定：井下照明和信号装置，应采用具有短路、过载和漏电保护的照明信号综合保护装置配电。第四节 综合保护装置照明信号综合保护装置的结构与煤电钻综合保护装置类似，也是集变压器、控制开关、保护装置于一体的综合装置，二者功能基本相同，其中照明信号综合保护装置不需要设置电钻不工作时电缆不带电的功能。照明信号综合保护装置用于煤矿井下127 V照明和信号负荷的控制和保护，具有照明和信号短路保护、过载保护、漏电保护和漏电闭锁功能。第四节 综合保护装置 四、 带式输送机综合保护装置 带式输送机综合保护装置是指集输送机控制、信号、保护于一体的综合保护器，具有控制集中、功能齐全、结构简单、使用维修方便等优点，目前已广泛应用在煤矿井下运输系统中。其中KPJB -型带式输送机综合保护装置的结构如图6-5所示。第四节 综合保护装置第四节 综合保护装置 (一) 基本结构 KPJB -型带式输送机综合保护装置由隔爆兼本安型综合保护控制主机及各种本安型传感器组成。第四节 综合保护装置（1） 主机由隔爆箱和本安箱2部分组成。隔爆箱中装有电源变压器及本安电源电路板，箱体设有3个进出口，左侧的接线口为交流36 V或127 V电源输入口及执行继电器接点输出口；第四节 综合保护装置右侧接线口作为J2继电器接点输出口，可控制烟雾、自动洒水电磁阀或作为双机拖动控制第2台输送