煤矿井下电钳工-课件

煤矿电气安全技术（培训提纲）

第一节防爆电气设备及原理 第二节漏电保护 第三节井下保护接地

第四节过流保护

第五节快速断电技术……………………

-1-

1煤矿电气安全技术（培训提纲） 第一节防爆第一节防爆电气设备及原理 一、瓦斯的爆炸特点 1.

瓦斯爆炸的两个必要条件浓度：5～16%；存在650～750℃的点火源 2.

点火源的类型灼热导体，电火花，机械火花，雷击电弧 3.煤尘影响瓦斯与煤尘同存，爆炸浓度下限明显降低 二、防爆电气设备的类型与原理 1.

类型及原理-2-2第一节防爆电气设备及原理2

⑴隔爆型（标志“d”）具有隔爆外壳，外壳具有耐爆性和隔爆性。

⑵增安型（标志“e”）正常无危险点火源，再加强绝缘、使之更加安全的设备。 ⑶本安型（标志“i”－ia，ib）即使产生电火花也弱得点燃不了瓦斯的设备。 ⑷正压型（标志“p”）具有正压外壳，壳内气体压力高于壳外，瓦斯不能进入。 ⑸油浸型（标志“o”）导电部件浸在油中，与危险气体隔离。-3-3 ⑴隔爆型（标志“d”）具有隔爆外壳，外壳具3

⑹充砂型（标志“q”）外壳内部充填砂粒材料，具有泄压散热作用。⑺无火花型（标志“n”）正常运行条件没有电火花和危险温度产生。 ⑻浇封型（标志“m”）导电部件浇封在浇封剂中，与危险气体隔离。

⑼气密型（标志“h”）完全密封的金属外壳，与危险气体隔离。 ⑽特殊型（标志“s”）其它经试验证明具有防爆性能的类型。 2.防爆电气设备的标志总标志：Ex-4-4⑹充砂型（标志“q”）外壳内部充填砂粒4

防爆型式：d，e，i（ia，ib），p，o，q，n，m，h，s 类别：I类（煤矿用），II类（工厂用）危险级别：A，B，C（仅II类分三级）温度组别：T1～T6（450℃，300℃，200℃，135℃，100℃，85℃） 防爆标志举例：ExdⅠ－－Ⅰ类隔爆型电气设备ExdⅡBT3－－Ⅱ类B级T3组隔爆型电气设备

ExepⅡBT4－－Ⅱ类B级T4组主体增安，并有正压部件的电气设备-5-

5 5

三、选用原则1.选用

严格按《煤矿安全规程》2019年版444条所规定的表选用。

2.执行验证采购制度要求“三证齐全”：防爆合格证，安全标志准用证（MA），产品合格证。

-6-66

第二节漏电保护

一、漏电概论1.漏电故障的概念漏电是一种电网对地发生电能泄漏的电气故障，流入大地的电流叫漏电电流。特征：电网对大地的绝缘阻抗降低，入地电流增大。2.漏电故障的种类集中性（长期、间歇、瞬间）漏电；分散性漏电-7-77

3.发生原因与危害原因：绝缘受潮、老化、外力、接线操作不当、过电压侵入等。 危害：人身触电，引爆瓦斯、引起电火灾，发展为短路等。

4.基本漏电电流回路

由漏电相A经过渡电阻Rtr入地，经其它两相的对地绝缘阻抗回到电网，再经变压器二次绕组到中性点N。

-8-8 8

图2-1漏电电流回路示意图

-9-9图2-

5.人身触电 ⑴概念触电是人接触了带电导体而成为电流通路的现象，人通过大地而构成回路的触电是电网漏电的特殊形式。 ⑵触电电流的计算公式

（2-1）

电网绝缘良好时，r→∞（2-2）-10-

10 5.人身触电10

电网对地电容小时，C→0

（2-3）

二、两种常用的漏电保护原理1.附加电源直流检测式漏电保护在三相电网与大地之间附加一直流电源，监测电流流经电网对地总绝缘电阻r∑，并近似与r∑成反比。保护无选择性，动作电阻值稳定。-11-11

图2-2附加直流电源的保护原理图

-12-12图2-2附加直流电源的保护原理图12

2.零序功率方向式漏电保护同时检测、比较零序电流、电压的大小和相位，确认漏电支路。用于高、低压电网，动作电阻值不固定，具有选择性。对称漏电不动作。-13-132.零序功率方向式漏电保护13图2-3零序功率方向式漏电保护

-14-14图2-3零序功率方向式漏电保护14

第三节井下保护接地 一、保护接地的作用原理－－分流作用 保护接地是用导体把电气设备中所有正常不带电的外露金属部分与埋在地下的金属接地装置连接起来。1.无保护接地（参阅图3-1） 漏电电流基本上全部经人体入地。（低压电网，Ima＞＞30mA） -15-15 第三节井下保护接地15图3-1装有保护接地的井下电网

-16-16图3-1装有保护接地的井下电网16

2.有保护接地 漏电电流经RE和Rma并联支路入地，Ima降为＜1mA。

二、井下接地网的必要性 1.

消除分流死区。（当两设备分别发生异相碰壳时，每台设备外壳的对地电压为1/2线电压，危及人身安全） 2.

因并联支路多使总的接地电阻降低。-17-17 17图3-2接成接地网后形成两相对地短路

-18-18图3-2接成接地网后形成两相对地短路18第四节过流保护 一、过流保护概论 1、过流故障电网及设备中的实际电流超过容许的工作电流时的故障，短路是其中最严重的一种。2、对过流保护的要求（1）选择性。只切除故障部分的保护特性。（2）快速性。从故障发生到完全断电的时间越短越好。（3）灵敏性。对故障的反应能力，越大动作越可靠。-19-1919

（4）可靠性。发生故障时不拒动，值班期间不误动的能力。 二、过流保护原理1.两种简单的保护元件⑴熔断器原理：串接于电路中，短路时熔断而断电。特点：熔断时间与通过电流的关系，反时限特性。 ⑵电磁式过流继电器-20-

2020 原理：线圈串接于电路中，短路时产生电磁力使接点转换，导致开关跳闸。特点：单一性，瞬时动作。2.电子式过流保护原理：电流互感器→信号变换→幅值鉴别→跳闸指令。特点：综合性，有短路瞬动，过载反时限，断相保护和漏电闭锁等齐全的功能。 3.相敏过流保护原理：据电动机起动时功率因数低，线路短路时功率因数高的特点，采用同时检测电流的幅值和相位而构成的保护。-21-21 原理：线圈串接于电路中，短路时产生电磁力使接点转图4-1相敏过流保护原理-22-22图4-1相敏过流保护原理22

特点：适用于井下长距离、重负荷低压电网，保护灵敏度高，但电路较复杂。

4.低电压式过流保护原理：基于短路点后对应的相间电压为零的特点，由终端检测电路鉴别低电压确认短路故障，传至首端保护装置动作于跳闸。特点：电路简单、灵敏度高且与线路长短、短路点位置、导线截面无关，保护距离长至线路供电能力所及。

-23-2323图4-2低电压式过流保护原理-24-24图4-2低电压式过流保护原理24

思考题及参考答案

1、煤矿常用三种防爆电气设备是：隔爆型、增安型、本安型。 2、对过流保护的四个基本要求是：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。 3、中点不接地电网发生单相漏电时，漏电电流如何构成回路？答：由漏电相经过渡电阻入地，经其它两相的对地绝缘阻抗回到电网，再经变压器绕组到中性点。

-25-2525

4、井下为什么有保护接地还要设置漏电保护？答：①保护接地无断电功能，而发生漏电故障必须断电。②电网发生单相直接接地时，保护接地无分流作用。③人触及刺穿电缆而外露的带电芯线或触及设备内带电导体时，保护接地无分流作用。-26-26 26

第五节

快速断电技术 一、快速断电概论 1、瓦斯爆炸的感应期 瓦斯、煤尘从接触点火源起到发生爆炸所需时间。瓦斯爆炸感应期：≥10ms； 煤尘爆炸感应期：40～250ms。 2、快速断电保护 能在发生电气故障后5～8ms内切断供电电源的装置。-27-2727-28-

3、实现快速断电的技术关键与途径 （1）利用电网载频保护实现快速检测 振荡器输出高频检测信号耦合到三相电网上，利用电网短路时高频阻抗的突变取得检测信号，时间≤1ms。 （2）半导体快速中性点开关 利用三相整流桥的导通和截止来闭合或打开供电变压器二次中性点，实现供电和快速断电的功能，断电时间≤2ms。28 28

（3）其他 利用电流变化率实现快速检测； 电动直线驱动快速水银开关。 二、快速断电在煤电钻综合装置中的应用 载频快速检测与半导体中性点开关配合，可在煤电钻综合装置中实现≤5ms的快速断电保护。-29-2929图5-1煤电钻快速断电保护原理-30-30图5-1煤电钻快速断电保护原理30煤矿电气安全技术（培训提纲）

第一节防爆电气设备及原理 第二节漏电保护 第三节井下保护接地

第四节过流保护

第五节快速断电技术……………………

-1-

31煤矿电气安全技术（培训提纲） 第一节防爆第一节防爆电气设备及原理 一、瓦斯的爆炸特点 1.

瓦斯爆炸的两个必要条件浓度：5～16%；存在650～750℃的点火源 2.

点火源的类型灼热导体，电火花，机械火花，雷击电弧 3.煤尘影响瓦斯与煤尘同存，爆炸浓度下限明显降低 二、防爆电气设备的类型与原理 1.

类型及原理-2-32第一节防爆电气设备及原理2

⑴隔爆型（标志“d”）具有隔爆外壳，外壳具有耐爆性和隔爆性。

⑵增安型（标志“e”）正常无危险点火源，再加强绝缘、使之更加安全的设备。 ⑶本安型（标志“i”－ia，ib）即使产生电火花也弱得点燃不了瓦斯的设备。 ⑷正压型（标志“p”）具有正压外壳，壳内气体压力高于壳外，瓦斯不能进入。 ⑸油浸型（标志“o”）导电部件浸在油中，与危险气体隔离。-3-33 ⑴隔爆型（标志“d”）具有隔爆外壳，外壳具3

⑹充砂型（标志“q”）外壳内部充填砂粒材料，具有泄压散热作用。⑺无火花型（标志“n”）正常运行条件没有电火花和危险温度产生。 ⑻浇封型（标志“m”）导电部件浇封在浇封剂中，与危险气体隔离。

⑼气密型（标志“h”）完全密封的金属外壳，与危险气体隔离。 ⑽特殊型（标志“s”）其它经试验证明具有防爆性能的类型。 2.防爆电气设备的标志总标志：Ex-4-34⑹充砂型（标志“q”）外壳内部充填砂粒4

防爆型式：d，e，i（ia，ib），p，o，q，n，m，h，s 类别：I类（煤矿用），II类（工厂用）危险级别：A，B，C（仅II类分三级）温度组别：T1～T6（450℃，300℃，200℃，135℃，100℃，85℃） 防爆标志举例：ExdⅠ－－Ⅰ类隔爆型电气设备ExdⅡBT3－－Ⅱ类B级T3组隔爆型电气设备

ExepⅡBT4－－Ⅱ类B级T4组主体增安，并有正压部件的电气设备-5-

35 5

三、选用原则1.选用

严格按《煤矿安全规程》2019年版444条所规定的表选用。

2.执行验证采购制度要求“三证齐全”：防爆合格证，安全标志准用证（MA），产品合格证。

-6-366

第二节漏电保护

一、漏电概论1.漏电故障的概念漏电是一种电网对地发生电能泄漏的电气故障，流入大地的电流叫漏电电流。特征：电网对大地的绝缘阻抗降低，入地电流增大。2.漏电故障的种类集中性（长期、间歇、瞬间）漏电；分散性漏电-7-377

3.发生原因与危害原因：绝缘受潮、老化、外力、接线操作不当、过电压侵入等。 危害：人身触电，引爆瓦斯、引起电火灾，发展为短路等。

4.基本漏电电流回路

由漏电相A经过渡电阻Rtr入地，经其它两相的对地绝缘阻抗回到电网，再经变压器二次绕组到中性点N。

-8-38 8

图2-1漏电电流回路示意图

-9-39图2-

5.人身触电 ⑴概念触电是人接触了带电导体而成为电流通路的现象，人通过大地而构成回路的触电是电网漏电的特殊形式。 ⑵触电电流的计算公式

（2-1）

电网绝缘良好时，r→∞（2-2）-10-

40 5.人身触电10

电网对地电容小时，C→0

（2-3）

二、两种常用的漏电保护原理1.附加电源直流检测式漏电保护在三相电网与大地之间附加一直流电源，监测电流流经电网对地总绝缘电阻r∑，并近似与r∑成反比。保护无选择性，动作电阻值稳定。-11-41

图2-2附加直流电源的保护原理图

-12-42图2-2附加直流电源的保护原理图12

2.零序功率方向式漏电保护同时检测、比较零序电流、电压的大小和相位，确认漏电支路。用于高、低压电网，动作电阻值不固定，具有选择性。对称漏电不动作。-13-432.零序功率方向式漏电保护13图2-3零序功率方向式漏电保护

-14-44图2-3零序功率方向式漏电保护14

第三节井下保护接地 一、保护接地的作用原理－－分流作用 保护接地是用导体把电气设备中所有正常不带电的外露金属部分与埋在地下的金属接地装置连接起来。1.无保护接地（参阅图3-1） 漏电电流基本上全部经人体入地。（低压电网，Ima＞＞30mA） -15-45 第三节井下保护接地15图3-1装有保护接地的井下电网

-16-46图3-1装有保护接地的井下电网16

2.有保护接地 漏电电流经RE和Rma并联支路入地，Ima降为＜1mA。

二、井下接地网的必要性 1.

消除分流死区。（当两设备分别发生异相碰壳时，每台设备外壳的对地电压为1/2线电压，危及人身安全） 2.

因并联支路多使总的接地电阻降低。-17-47 17图3-2接成接地网后形成两相对地短路

-18-48图3-2接成接地网后形成两相对地短路18第四节过流保护 一、过流保护概论 1、过流故障电网及设备中的实际电流超过容许的工作电流时的故障，短路是其中最严重的一种。2、对过流保护的要求（1）选择性。只切除故障部分的保护特性。（2）快速性。从故障发生到完全断电的时间越短越好。（3）灵敏性。对故障的反应能力，越大动作越可靠。-19-4919

（4）可靠性。发生故障时不拒动，值班期间不误动的能力。 二、过流保护原理1.两种简单的保护元件⑴熔断器原理：串接于电路中，短路时熔断而断电。特点：熔断时间与通过电流的关系，反时限特性。 ⑵电磁式过流继电器-20-

5020 原理：线圈串接于电路中，短路时产生电磁力使接点转换，导致开关跳闸。特点：单一性，瞬时动作。2.电子式过流保护原理：电流互感器→信号变换→幅值鉴别→跳闸指令。特点：综合性，有短路瞬动，过载反时限，断相保护和漏电闭锁等齐全的功能。 3.相敏过流保护原理：据电动机起动时功率因数低，线路短路时功率因数高的特点，采用同时检测电流的幅值和相位而构成的保护。-21-51 原理：线圈串接于电路中，短路时产生电磁力使接点转图4-1相敏过流保护原理-22-52图4-1相敏过流保护原理22

特点：适用于井下长距离、重负荷低压电网，保护灵敏度高，但电路较复杂。

4.低电压式过流保护原理：基于短路点后对应的相间电压为零的特点，由终端检测电路鉴别低电压确认短路故障，传至首端保护装置动作于跳闸。特点：电路简单、灵敏度高且与线路长短、短路点位置、导线截面无关，保护距离长至线路供电能力所及。