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1、电气安全与保护第六讲第六讲 矿山电气设备与保护矿山电气设备与保护2021/9/151第六讲第六讲 矿山电气设备与保护矿山电气设备与保护主要内容主要内容o1.煤矿井下环境特点及对矿用电气设备的要求煤矿井下环境特点及对矿用电气设备的要求o2.瓦斯、煤尘爆炸条件分析瓦斯、煤尘爆炸条件分析o3.防止瓦斯煤尘爆炸的预防措施防止瓦斯煤尘爆炸的预防措施o4.矿用电气设备的类型与防爆原理矿用电气设备的类型与防爆原理o5.煤矿井下的漏电煤矿井下的漏电/人身触电分析人身触电分析o6.煤矿井下漏电保护的实现煤矿井下漏电保护的实现o矿山供电系统（视频）矿山供电系统（视频）o矿山生产系统（视频）矿山生产系统（视频）20
2、21/9/152一、煤矿井下环境特点及对矿用电气设备的要求1井井下下有有瓦瓦斯斯、煤煤尘尘等等易易爆爆环环境境下下矿矿用用电电气气设设备备必必须须具具有有防爆性能防爆性能。2电电气气设设备备应应尽尽可可能能体体积积小小、重重量量轻轻，以以便便运运输输、安安装装、移动。移动。3电电气气设设备备应应有有坚坚固固的的外外壳壳，加加强强绝绝缘缘及及防防护护，有有较较强强的的抗震能力抗震能力。4要求电气设备要求电气设备防潮性能好，较高的绝缘水平防潮性能好，较高的绝缘水平。5.电气设备电气设备尽量选择铜作导体，并采用较高的绝缘等级尽量选择铜作导体，并采用较高的绝缘等级。6.电机等拖动设备电机等拖动设备有较
3、大启动力矩和较强的抗过载能力有较大启动力矩和较强的抗过载能力。7.煤煤矿矿井井下下供供电电系系统统及及设设备备必必须须采采用用各各种种预预防防措措施施，同同时时设置完善的保护系统。设置完善的保护系统。2021/9/153二、瓦斯、煤尘爆炸条件分析 o瓦瓦斯斯浓浓度度（即即在在空空气气中中的的含含量量）达达到到5%16%，遇遇到到温温度度达达650750的的点点火火源源，如如明明火火、灼灼热热导导体体、电电火火花花等等，就就可可能能发发生生爆爆炸炸。最最容容易易引引爆爆的的瓦瓦斯斯浓浓度度是是8.5%，爆爆炸炸压压力力最最大大的的瓦瓦斯斯浓浓度度是是9.5%；当当瓦瓦斯斯浓浓度度低低于于5%时时
4、，遇遇火火不不爆爆炸炸，但但能能在在火火焰焰外外围围形形成成燃燃烧烧层层；瓦瓦斯斯浓浓度度在在16%以以上上时时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。o煤煤尘尘的的粒粒度度在在1m1mm范范围围内内，挥挥发发分分指指数数（即即煤煤尘尘中中所所含含挥挥发发物物的的相相对对比比例例）超超过过10%，其其在在空空气气中中的的悬悬浮浮含含量量达达到到302000g/m3时时，具具有有爆爆炸炸性性，浓浓度度在在300400g/m3时时爆爆炸炸力力最最强强。煤煤尘尘引引燃燃温温度度在在6101050之之间间，一一般般为为700800。引燃温度越高，越容易引起爆炸。引
5、燃温度越高，越容易引起爆炸。2021/9/154瓦斯、煤尘爆炸条件矿井发生瓦斯、煤尘爆炸必须矿井发生瓦斯、煤尘爆炸必须同时具备以下同时具备以下2个条件个条件：o（1）瓦斯、煤尘浓度在爆炸浓度范围之内。）瓦斯、煤尘浓度在爆炸浓度范围之内。o（2）存存在在足足够够高高温温度度的的点点火火源源。如如明明火火、高高热热导导体体、电电火花等。火花等。当瓦斯中含有煤尘时，会使爆炸浓度的下限降低。当瓦斯中含有煤尘时，会使爆炸浓度的下限降低。瓦斯瓦斯浓浓度下限度下限/%0.51.42.53.54.5煤煤尘浓尘浓度下限度下限/（g/m3）34.526.415.56.10.42021/9/155引爆延迟时间o瓦斯
6、煤尘从接触点火源引起发生化学反应到发生爆炸瓦斯煤尘从接触点火源引起发生化学反应到发生爆炸要经过一个很短的时间，这种现象称为引爆延迟现象，要经过一个很短的时间，这种现象称为引爆延迟现象，该时间称为引爆延迟时间（也称瓦斯爆炸的感应期）。该时间称为引爆延迟时间（也称瓦斯爆炸的感应期）。引爆延迟时间随点燃温度的升高而缩短，随瓦斯煤引爆延迟时间随点燃温度的升高而缩短，随瓦斯煤尘的浓度的降低而增大尘的浓度的降低而增大，一般不超过几秒。，一般不超过几秒。o对指导煤矿安全生产的意义。对指导煤矿安全生产的意义。在设计制造矿用电气设备时，在设计制造矿用电气设备时，常用点燃温度来确定常用点燃温度来确定电气设备及导电
7、体的最高允许温度，而利用引爆延迟时电气设备及导电体的最高允许温度，而利用引爆延迟时间来确定快速保护的动作时间间来确定快速保护的动作时间，实现在引起爆炸前切断，实现在引起爆炸前切断点火源。点火源。2021/9/156三、防止瓦斯煤尘爆炸的预防措施（1）严格控制瓦斯和煤尘的浓度在规定浓度以下。）严格控制瓦斯和煤尘的浓度在规定浓度以下。（2）采取一切措施杜绝井下高温火源的产生。）采取一切措施杜绝井下高温火源的产生。（3）设置完善的井下供电保护系统。）设置完善的井下供电保护系统。（4）加强技术管理，强化安全意识。）加强技术管理，强化安全意识。2021/9/157四、矿用电气设备的类型与防爆原理o矿用电
8、气设备分为矿用一般型和矿用防爆型矿用电气设备分为矿用一般型和矿用防爆型1矿用一般型电气设备矿用一般型电气设备 只能用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所只能用于井下无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所，如低沼气，如低沼气矿井的井底车场、主进风巷道及井下中央变电所等区域可以矿井的井底车场、主进风巷道及井下中央变电所等区域可以选用矿用一般型电气设备。在其外壳的明显处，均有清晰的选用矿用一般型电气设备。在其外壳的明显处，均有清晰的永久性金属凸纹红色永久性金属凸纹红色标志标志“KY”。矿用一般型电气设备具有坚固的外壳，能够防止任何人矿用一般型电气设备具有坚固的外壳，能够防止任何人员从外部直接接触带电体；员从外部直接
9、接触带电体；有良好的封闭性，满足防水、防潮、防外物的要求；有良好的封闭性，满足防水、防潮、防外物的要求；有电缆引入装置，引入电缆的接线端子有足够的空气间有电缆引入装置，引入电缆的接线端子有足够的空气间隙和漏电距离的要求，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；隙和漏电距离的要求，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有机械闭锁，有内外接地螺栓，并开关手柄和门盖之间有机械闭锁，有内外接地螺栓，并标有接地符号。标有接地符号。2021/9/1582矿用防爆型电气设备2矿用防爆型电气设备矿用防爆型电气设备 防爆型电气设备是指采取了特别的防爆措施，可以在爆防爆型电气设备是指采取了特别的防爆措施，可以在爆
10、炸危险环境场所正常安全使用的电气设备。炸危险环境场所正常安全使用的电气设备。其按使用环境的不同分为两类：其按使用环境的不同分为两类：o I类：煤矿井下用防爆电气设备。能在井下有瓦斯、煤类：煤矿井下用防爆电气设备。能在井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所使用。尘爆炸危险的场所使用。o II类：工厂用防爆电气设备。适用于有各种爆炸性气体类：工厂用防爆电气设备。适用于有各种爆炸性气体或可燃物的化工厂、石油开采、石油炼制、舰船等场所使用。或可燃物的化工厂、石油开采、石油炼制、舰船等场所使用。防爆电气设备的总标志为防爆电气设备的总标志为“Ex”。将不同防爆电气设备。将不同防爆电气设备的类型、类别、级别和组别连
11、同防爆设备的总标志的类型、类别、级别和组别连同防爆设备的总标志“Ex”一一起，构成防爆标志。要求在电气设备外壳的明显处，设有清起，构成防爆标志。要求在电气设备外壳的明显处，设有清晰的永久性金属凸纹红色防爆标志，如晰的永久性金属凸纹红色防爆标志，如“Exd I”。矿山防爆电器设备安装维护（视频）矿山防爆电器设备安装维护（视频）2021/9/1592矿用防爆型电气设备o国国家家标标准准GB3836-2000将将防防爆爆电电气气设设备备按按防防爆爆结结构构的的不不同同分分为为10种种基基本类型：本类型：（1）隔隔爆爆型型电电气气设设备备（d-类类型型代代号号）。它它是是一一种种具具有有隔隔爆爆外外壳
12、壳的的电电气气设设备备。该该外外壳壳既既能能承承受受其其内内部部爆爆炸炸性性气气体体混混合合物物的的爆爆炸炸压压力力，又又能能防防止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。止爆炸产物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。（2）增增安安型型电电气气设设备备（e）。对对正正常常运运行行时时不不会会产产生生电电弧弧、火火花花或或危危险险高高温温的的电电气气设设备备，采采取取加加大大绝绝缘缘、增增大大电电气气间间隙隙和和漏漏电电距距离离等等方方式式，进进一一步步提提高高安安全全程程度度，防防止止内内部部发发生生短短路路及及接接地地故故障障，并并严严格格控控制制外壳的表面温度，以达到防爆的目的
13、的设备。外壳的表面温度，以达到防爆的目的的设备。（3）本本质质安安全全型型电电气气设设备备（i）。全全部部电电路路均均为为本本质质安安全全电电路路的的电电气气设设备备。采采用用IEC76-3火火花花试试验验装装置置，在在正正常常工工作作或或规规定定的的故故障障状状态态下下产产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物。生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物。2021/9/15102矿用防爆型电气设备（4）正正压压型型电电气气设设备备（p）。将将新新鲜鲜空空气气或或惰惰性性气气体体充充入入密密封封具具有有正正压压外外壳壳的的电电气气设设备备外外壳壳内内部部，并并保保持持一一定定的的正正压压，以以阻阻
14、止止设设备备外外部部的的爆爆炸炸性性混混合合物物进进入入外外壳壳内内部部，使使点点火火源源与与周周围围的的爆爆炸炸性性混混合合物隔离，达到防爆目的。物隔离，达到防爆目的。（5）充充油油型型电电气气设设备备（o）。将将可可能能产产生生火火花花、电电弧弧或或危危险险高高温温的的带带电电部部件件浸浸在在变变压压器器油油（绝绝缘缘油油）中中，使使之之不不与与油油面面上上爆爆炸炸性性混混合合物物相相接接触触，电电弧弧或或火火花花在在油油中中被被冷冷却却熄熄灭灭，不不致致引引燃燃油油面面上上的的爆爆炸性混合物，达到防爆目的。炸性混合物，达到防爆目的。（6）充充砂砂型型电电气气设设备备（q）。外外壳壳内内充
15、充填填砂砂粒粒材材料料，使使之之在在规规定定的的使使用用条条件件下下壳壳内内产产生生的的电电弧弧、传传播播的的火火焰焰、外外壳壳壁壁或或砂砂粒粒材材料料表表面面的过热，均不能点然周围爆炸性混合物的电气设备。的过热，均不能点然周围爆炸性混合物的电气设备。2021/9/15112矿用防爆型电气设备（7）浇浇封封型型电电气气设设备备（m）。整整台台设设备备或或其其中中部部分分浇浇封封在在浇浇封封剂剂中中，在在正正常常运运行行和和认认可可的的过过载载或或认认可可的的故故障障下下，不不能能点点燃燃周周围围的的爆爆炸炸性性混混合物的电气设备。合物的电气设备。（8）无无火火花花型型电电气气设设备备（n）。在
16、在正正常常运运行行条条件件下下，不不会会点点燃燃周周围围爆爆炸炸性混合物，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备。性混合物，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备。（9）气气密密型型电电气气设设备备（h）。具具有有气气密密封封外外壳壳的的电电气气设设备备。气气密密封封外外壳壳是是用用熔熔化化挤挤压压或或胶胶粘粘的的方方法法进进行行密密封封的的外外壳壳。这这种种外外壳壳能能防防止止壳壳外外气体进入壳内。气体进入壳内。（10）特特殊殊型型电电气气设设备备（s）。是是指指采采用用的的防防爆爆措措施施不不为为上上述述9种种基基本本防防爆爆类类型型所所包包括括，但但经经过过防防爆爆检检验验证证明明确
17、确实实具具有有防防爆爆性性能能的的电电气气设设备备。这这种种特特殊殊的的防防爆爆电电气气设设备备，是是使使点点火火源源与与爆爆炸炸性性气气体体混混合合物物进进行行了了隔隔离离，即即正正常常或或故故障障时时产产生生的的危危险险因因素素，不不与与爆爆炸炸性性混混合合物物直直接接接接触，一般采用网罩隔爆结构或微孔隔爆结构。触，一般采用网罩隔爆结构或微孔隔爆结构。2021/9/15122.1矿用隔爆型（Exd I）电气设备 o矿矿用用隔隔爆爆电电气气设设备备的的隔隔爆爆外外壳壳利利用用了了间间隙隙防防爆爆原原理理设设计计制制造造，具具有有足足够够的的机机械械强强度度，能能耐耐受受内内部部爆爆炸炸性性混
18、混合合物物可可能能产产生生的的最最大大压压力力，并并通通过过严严格格控控制制结结合合面面的的间间隙隙、宽宽度度及及加加工工光光洁洁度度，使使电电气气设设备备外外壳壳内内部部发发生生的的电电火火花花及及爆爆炸炸不不致致引引燃燃外外部部爆爆炸炸性性混混合合物物。即即要要求求隔隔爆外壳要有耐爆性和隔爆性能爆外壳要有耐爆性和隔爆性能。o耐耐爆爆性性也也称称为为爆爆炸炸稳稳定定性性，即即外外壳壳要要有有足足够够的的机机械械强强度度，在在外外壳壳内内爆爆炸炸性性混混合合物物的的爆爆炸炸压压力力作作用用下下，外外壳壳不不致致于于被被破破坏坏，因因而而爆爆炸炸所所产生的火焰不能直接去点燃壳外的爆炸性混合物。产
19、生的火焰不能直接去点燃壳外的爆炸性混合物。试试验验证证明明，当当爆爆炸炸性性混混合合物物爆爆炸炸时时，外外壳壳内内产产生生的的最最大大压压力力为为0.73MPa，设设备备外外壳壳净净容容积积不不同同，所所产产生生的的最最大大压压力力也也不不同同，一一般般都都比比此此值值小小。所所以以，必必须须根根据据净净容容积积的的大大小小来来确确定定电电气气设设备备外外壳壳的的机机械强度。隔爆外壳的机械强度要求见表械强度。隔爆外壳的机械强度要求见表4-2。2021/9/1513外壳外壳净净容容积积/L应应受受净压净压力力/MPa0.5以下以下0.30.520.62以上以上0.8表 隔爆外壳的机械强度要求20
20、21/9/1514矿用隔爆型（Exd I）电气设备o设计隔爆外壳时，应尽量避免具有多个连通空腔的结构，这种设计隔爆外壳时，应尽量避免具有多个连通空腔的结构，这种结构由于爆炸有先后之分而极易产生压力叠加现象，使外壳不结构由于爆炸有先后之分而极易产生压力叠加现象，使外壳不能承受而损坏。能承受而损坏。o隔爆性亦称不传爆性隔爆性亦称不传爆性，即当爆炸性混合物在外壳内爆炸所产生，即当爆炸性混合物在外壳内爆炸所产生的高温气体与火焰，通过外盖与壳体的接合面喷向壳外时，受的高温气体与火焰，通过外盖与壳体的接合面喷向壳外时，受到足够的冷却，使之不能将壳外爆炸性混合物点燃。到足够的冷却，使之不能将壳外爆炸性混合物
21、点燃。o隔爆外壳的隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆面光隔爆外壳的隔爆性能主要靠隔爆面长度、间隙厚度和隔爆面光洁度等参数来保证，这三个参数通常称为隔爆三要素洁度等参数来保证，这三个参数通常称为隔爆三要素。2021/9/1515矿用隔爆型（Exd I）电气设备o壳壳内内爆爆炸炸的的火火焰焰，以以发发火火点点为为中中心心向向外外扩扩散散，并并通通过过壳壳体体隔隔爆爆法法兰兰盘盘向向壳壳外外扩扩散散，对对整整个个壳壳体体而而言言，法法兰兰盘盘的的宽宽度度就就是是隔隔爆爆面面的的长长度度，通通常常用用符符号号“L”表表示示。当当壳壳内内爆爆炸炸向向壳壳外外扩扩散散时时，法法兰兰隔隔爆爆面面能能吸
22、吸收收大大量量热热量量，使使通通过过的的火火焰焰及及喷喷射射物物温温度度急急剧剧降降低低，以以致致达达不不到到点点燃温度。燃温度。o隔隔爆爆接接合合面面相相对对表表面面间间的的距距离离称称为为间间隙隙厚厚度度，也也可可以以叫叫气气隙隙厚厚度度，通通常常用用符符号号“W”表表示示。间间隙隙的的作作用用是是：使使壳壳内内爆爆炸炸喷喷射射物物与与隔隔爆爆面面紧紧密密接接触触，有有利利于于温温度度的的降降低低；能能破破坏坏向向外外喷喷射射火火焰焰的的结结构构，使使锥锥形形火火焰焰变变成成舌舌状状，接接触触面面增增大大，有有利利于于冷冷却却；滞滞缓缓爆爆炸炸喷喷射射物物的的速速度度，延延长长了了冷冷却却
23、时时间间，加加大大了了热热损损失失；间间隙隙有有漏漏气气泄泄压压作作用用，降降低低壳内爆炸所产生的压力，减小对外壳的爆炸冲击力。壳内爆炸所产生的压力，减小对外壳的爆炸冲击力。o隔隔爆爆接接合合面面如如果果比比较较粗粗糙糙，一一方方面面等等于于增增大大了了隔隔爆爆接接合合面面的的间间隙隙，影影响响隔隔爆爆性性能能；另另一一方方面面，表表面面粗粗糙糙容容易易积积存存灰灰尘尘，造造成成表表面面生生锈锈，而而生生锈锈的的间间隙隙，在在爆爆炸炸火火焰焰的的作作用用下下，会会脱脱离离出出金金属属粒粒子子，灼灼热热的的金金属属粒粒子子向向外外喷喷出出，降降低低隔隔爆爆性性能能。接接合合面面表表面面平平均均粗
24、粗糙糙度度不不能能超超过过6.3m。2021/9/15162.2矿用本质安全型（Exib I）电气设备 在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障条在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障条件下，所产生的电火花和热效应，均不能点燃规定的件下，所产生的电火花和热效应，均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路，叫做本质安全电路（简称本安爆炸性混合物的电路，叫做本质安全电路（简称本安电路），所有电路均为本安电路的电气设备叫做本质电路），所有电路均为本安电路的电气设备叫做本质安全型（简称本安型）。安全型（简称本安型）。o 试验表明，当瓦斯浓度为试验表明，当瓦斯浓度为8.2%8.5%时最容易爆时最容易爆炸，所需
25、炸，所需点燃瓦斯的最小能量为点燃瓦斯的最小能量为0.28mJ0.28mJ，只要将电路，只要将电路中的能量限制在点燃瓦斯的中的能量限制在点燃瓦斯的0.28mJ之内，就可实现安之内，就可实现安全火花。全火花。2021/9/1517本质安全电路的设计要点采用以下措施来降低电火花的能量：采用以下措施来降低电火花的能量：o（1）在合理选择电气元件参数的基础上，尽量降）在合理选择电气元件参数的基础上，尽量降低电源供电电压。低电源供电电压。o（2）在电路中串接限流电阻或利用导线本身电阻）在电路中串接限流电阻或利用导线本身电阻来限制电路的电流。来限制电路的电流。o（3）电感元件两端并联二极管，消耗电感元件释）
26、电感元件两端并联二极管，消耗电感元件释放出来的磁场能量。放出来的磁场能量。o（4）电容元件两端并联二极管或电阻，消耗电容）电容元件两端并联二极管或电阻，消耗电容元件释放出来的电场能量。元件释放出来的电场能量。o（5）在本安电路与非本安电路间采用安全栅，防）在本安电路与非本安电路间采用安全栅，防止非本安电路的能量进入本安电路，限制电火花能止非本安电路的能量进入本安电路，限制电火花能量。量。2021/9/1518复合式本安型电气设备o本本质质安安全全型型设设备备只只能能用用于于低低电电压压、小小电电流流的的电电路路中中，如信号指示、监测仪表、控制保护等回路。如信号指示、监测仪表、控制保护等回路。o
27、本质安全型电气设备分为单一式和复合式两种形式。本质安全型电气设备分为单一式和复合式两种形式。单单一一式式本本安安型型电电气气设设备备是是指指电电气气设设备备的的全全部部电电路路都是由本质安全电路组成的，如便携式仪表。都是由本质安全电路组成的，如便携式仪表。复复合合式式本本安安型型电电气气设设备备是是指指电电气气设设备备的的辅辅助助回回路路是是本本质质安安全全电电路路，主主回回路路是是非非本本安安电电路路，如如矿矿用用隔隔爆爆兼本安型电气设备（兼本安型电气设备（Exdia I或或Exdib I）。）。2021/9/15192.3矿用增安型（Exe I）电气设备o增安型设备是对在正常运行条件下不会
28、产生电弧或火花的电气设备增安型设备是对在正常运行条件下不会产生电弧或火花的电气设备进一步采取措施，提高其安全程度，防止电气设备产生危险温度、进一步采取措施，提高其安全程度，防止电气设备产生危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。电弧和火花的可能性的防爆型式。o增安措施：增安措施：制成有效的防护外壳；制成有效的防护外壳；选择合适的爬电距离和电气间隙；选择合适的爬电距离和电气间隙；提高绝缘材料的绝缘等级；提高绝缘材料的绝缘等级；限制设备的温度；限制设备的温度；电路和导线要可靠连接。电路和导线要可靠连接。增安型电气设备的外壳应具备较好的防水、防外物能力，以确保增增安型电气设备的外壳应具备较好的防水、
29、防外物能力，以确保增安型电气设备安全可靠运行。为此，增安型电气设备的外壳应采用安型电气设备安全可靠运行。为此，增安型电气设备的外壳应采用耐机械作用和热作用的金属制成。对有绝缘带电部件的外壳，其防耐机械作用和热作用的金属制成。对有绝缘带电部件的外壳，其防护等级应达到护等级应达到IP44，对于有裸露带电部件的外壳，其防护等级应达，对于有裸露带电部件的外壳，其防护等级应达到到IP54。2021/9/15202.4矿用电气设备的使用范围及选用 使用使用场场所所类别类别煤（岩）与瓦煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）斯（二氧化碳）突出突出矿矿井和瓦斯井和瓦斯喷喷出区域出区域瓦斯瓦斯矿矿井井井底井底车场车场、总总进
30、风进风巷巷或主要或主要进风进风巷巷翻翻车车机机硐硐室室采区采区进风进风道道总总回回风风道、主要道、主要回回风风道、采区回道、采区回风风道、工作面和道、工作面和工作面工作面进风进风回回风风道道低瓦低瓦斯斯矿矿井井*高瓦高瓦斯斯矿矿井井高低高低压电压电机和机和电电气气设备设备*矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）矿矿用用一般一般型型矿矿用用一般一般型型矿矿用防用防爆型爆型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）照明灯具照明灯具矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）矿矿用用一般一般型型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用防用防爆型爆型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用
31、防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）通信、自通信、自动动化装置、化装置、仪仪器、器、仪仪表表矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）矿矿用用一般一般型型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用防用防爆型爆型矿矿用用防爆防爆型型矿矿用防爆型用防爆型（增安型除外）（增安型除外）2021/9/1521五、煤矿井下的漏电/人身触电分析煤矿井下电网的三大保护煤矿井下电网的三大保护o漏电保护漏电保护o保护接地保护接地o过流保护过流保护2021/9/1522五、煤矿井下的漏电/人身触电分析o漏漏电电是是电电网网对对地地发发生生电电能能泄泄漏漏的的电电气气故故障障，特特征征是是电网对地的绝缘阻抗降低，泄漏入地
32、电流增大电网对地的绝缘阻抗降低，泄漏入地电流增大。o触触电电是是电电网网发发生生漏漏电电故故障障的的一一种种形形式式，直直接接威威胁胁工工作人员的生命安全。作人员的生命安全。2021/9/15231.漏电故障的基本概念 正常情况下电网对地绝缘阻抗很大，流入大地的正常情况下电网对地绝缘阻抗很大，流入大地的泄漏电泄漏电流流很小，不认为是漏电故障。很小，不认为是漏电故障。当流入大地的电流增大到几十毫安、几安培甚至几十安当流入大地的电流增大到几十毫安、几安培甚至几十安培时，判定电网发生了漏电培时，判定电网发生了漏电(接地接地)故障。故障。当入地电流增大到几百安培以上时，已超出漏电故障，当入地电流增大到
33、几百安培以上时，已超出漏电故障，成为过流（短路）故障。成为过流（短路）故障。正常泄漏正常泄漏/漏电故障漏电故障/过流（短路）故障的判断过流（短路）故障的判断:一般一般根据电流的大小、电网的结构、电压等级、中性点接地方根据电流的大小、电网的结构、电压等级、中性点接地方式等各种因素综合考虑，彼此之间没有严格的界限。式等各种因素综合考虑，彼此之间没有严格的界限。2021/9/1524 中中性性点点直直接接接接地地的的低低压压供供电电系系统统，发发生生单单相相导导线线直直接接接接地地，接接地地电电流流为为几几百百、几几千千安安培培，属属于于短短路路故故障障。若若发发生生单单相相经经较较大大过过渡渡阻阻
34、抗抗接接地地，入入地地电电流流一一般般不不会会超超过过几个安培，属于漏电故障。几个安培，属于漏电故障。中中性性点点不不接接地地的的低低压压供供电电系系统统，电电网网对对地地绝绝缘缘很很好好，若若发发生生单单相相导导线线直直接接接接地地，电电网网通通过过接接地地点点流流入入大大地地的的电流一般不足电流一般不足1A，属于漏电故障。，属于漏电故障。中中性性点点经经高高阻阻抗抗接接地地或或消消弧弧线线圈圈接接地地的的供供电电系系统统，当当发发生生单单相相直直接接接接地地或或经经过过渡渡阻阻抗抗接接地地，入入地地电电流流也也不不大大，属于漏电故障。属于漏电故障。1.漏电故障的基本概念2021/9/152
35、5o我国井下普遍使用我国井下普遍使用变压器中性点绝缘变压器中性点绝缘的低压供电系统的低压供电系统o中性点绝缘的低压供电系统中发生中性点绝缘的低压供电系统中发生单相接地单相接地（直接接地（直接接地/经过过渡阻抗接地）、经过过渡阻抗接地）、两相及三相对地总绝缘阻抗下降两相及三相对地总绝缘阻抗下降到一定危险值到一定危险值的电气故障为漏电故障，简称漏电。的电气故障为漏电故障，简称漏电。o人身触电属于其中的单相经过过渡电阻接地的漏电故障人身触电属于其中的单相经过过渡电阻接地的漏电故障。1.漏电故障的基本概念2021/9/1526o漏电可分为集中性漏电和分散性漏电。漏电可分为集中性漏电和分散性漏电。o集中
36、性漏电又分为长期集中性漏电、间歇性集中漏电集中性漏电又分为长期集中性漏电、间歇性集中漏电和瞬间集中漏电。和瞬间集中漏电。o从理论分析的角度，漏电可分为单相漏电、两相漏电从理论分析的角度，漏电可分为单相漏电、两相漏电和三相漏电。其中单相、两相漏电为和三相漏电。其中单相、两相漏电为不对称漏电故障不对称漏电故障，三相漏电为三相漏电为对称性漏电故障对称性漏电故障。1.漏电故障的基本概念2021/9/15272.产生漏电的原因1）电缆或电气设备本身的原因电缆或电气设备本身的原因 （1）敷设在井下巷道的电缆由于井下环境潮湿，且运行）敷设在井下巷道的电缆由于井下环境潮湿，且运行多年，其绝缘老化或潮气入侵，引
37、起绝缘电阻下降，使正常多年，其绝缘老化或潮气入侵，引起绝缘电阻下降，使正常运行时系统对地的绝缘阻抗偏低或发生漏电。如果偶然发生运行时系统对地的绝缘阻抗偏低或发生漏电。如果偶然发生过电压冲击，也会使绝缘水平较低处发生击穿，产生集中性过电压冲击，也会使绝缘水平较低处发生击穿，产生集中性漏电。漏电。（2）开关设备长期使用，接线板潮湿可能造成漏电；内）开关设备长期使用，接线板潮湿可能造成漏电；内部元件或导线绝缘老化或导线头碰壳也会造成漏电；自动馈部元件或导线绝缘老化或导线头碰壳也会造成漏电；自动馈电开关中的过流继电器，当调整螺杆过低时也会因相对地放电开关中的过流继电器，当调整螺杆过低时也会因相对地放电
38、造成漏电。电造成漏电。（3）长期使用的电动机，工作时绕组发热膨胀，停机后）长期使用的电动机，工作时绕组发热膨胀，停机后冷却收缩，使绝缘在冷缩中形成缝隙，潮气、粉尘容易进入，冷却收缩，使绝缘在冷缩中形成缝隙，潮气、粉尘容易进入，在发生绝缘受潮、绕组散热不好时使绝缘材料变性、老化造在发生绝缘受潮、绕组散热不好时使绝缘材料变性、老化造成漏电。电机内接头脱落导致一相导线接触外壳形成单相漏成漏电。电机内接头脱落导致一相导线接触外壳形成单相漏电故障。电故障。2021/9/15282.产生漏电的原因2）因施工安装不当引起漏电）因施工安装不当引起漏电 （1）电缆施工接线错误；橡套电缆接头违反施工工艺）电缆施工
39、接线错误；橡套电缆接头违反施工工艺要求等；要求等；（2）电缆与设备连接时，芯线接头不牢、封堵不严、）电缆与设备连接时，芯线接头不牢、封堵不严、压板不紧，运行或移动过程造成接头脱落或接头松动等；压板不紧，运行或移动过程造成接头脱落或接头松动等；（3）橡套电缆违反规定用铁丝或铜丝悬挂，时间长造）橡套电缆违反规定用铁丝或铜丝悬挂，时间长造成漏电；成漏电；（4）开关或其他电气设备的内部接线错误，或接头松）开关或其他电气设备的内部接线错误，或接头松脱，导致漏电。脱，导致漏电。2021/9/15292.产生漏电的原因3）因管理不严引起漏电）因管理不严引起漏电 （1）管理不严，电缆被埋或脱落浸泡水中而引起漏
40、电）管理不严，电缆被埋或脱落浸泡水中而引起漏电故障；故障；（2）电气设备长期过负荷运行造成绝缘老化而发生漏）电气设备长期过负荷运行造成绝缘老化而发生漏电；电；（3）电机长期被矸石堵塞风道，造成通风不良发热使）电机长期被矸石堵塞风道，造成通风不良发热使绝缘受损而漏电；绝缘受损而漏电；（4）对已经发生受潮或水淹的电气设备未经过严格的）对已经发生受潮或水淹的电气设备未经过严格的干燥处理和对地绝缘电阻、耐压测试又投入运行，而发生干燥处理和对地绝缘电阻、耐压测试又投入运行，而发生漏电。漏电。2021/9/15302.产生漏电的原因4）因维修操作不当引起漏电）因维修操作不当引起漏电 （1）工人工作时劳动工
41、具容易使电缆刮伤或碰伤，造成）工人工作时劳动工具容易使电缆刮伤或碰伤，造成漏电。设备移动时电缆容易受到挤压等造成漏电；漏电。设备移动时电缆容易受到挤压等造成漏电；（2）冷热补的橡套电缆或浇灌的电缆接头，由于芯线连）冷热补的橡套电缆或浇灌的电缆接头，由于芯线连接不牢，绝缘胶浇灌不均匀等造成运行期间接头容易发热，接不牢，绝缘胶浇灌不均匀等造成运行期间接头容易发热，最终造成漏电；最终造成漏电；（3）开关设备检修后，残留在设备内的线头、金属碎片、）开关设备检修后，残留在设备内的线头、金属碎片、小零件、电工工具等遗留在设备内容易发生漏电；小零件、电工工具等遗留在设备内容易发生漏电；（4）修理电气设备时停
42、送电操作错误造成漏电；）修理电气设备时停送电操作错误造成漏电；（5）开关分合闸，灭弧机构故障等造成漏电）开关分合闸，灭弧机构故障等造成漏电2021/9/15312.产生漏电的原因5）因意外事故造成漏电）因意外事故造成漏电 （1）电缆因顶板脱落砸伤、矿车出轨、支柱倾倒等意）电缆因顶板脱落砸伤、矿车出轨、支柱倾倒等意外机械事故使电缆绝缘破损发生漏电；外机械事故使电缆绝缘破损发生漏电；（2）井下电缆因短路造成局部对地绝缘损坏，恢复送）井下电缆因短路造成局部对地绝缘损坏，恢复送电时容易发生漏电；电时容易发生漏电；（3）大气过电压侵入井下供电系统，击穿电缆对地绝）大气过电压侵入井下供电系统，击穿电缆对地
43、绝缘而发生漏电。缘而发生漏电。2021/9/15323.漏电的危害1）人身触电）人身触电2）引起瓦斯、煤尘爆炸）引起瓦斯、煤尘爆炸3）使电雷管无准备引爆）使电雷管无准备引爆4）烧损电气设备，引起火灾）烧损电气设备，引起火灾5）引起短路事故）引起短路事故6）严重影响生产）严重影响生产7）造成重大经济财产损失）造成重大经济财产损失2021/9/15334.井下低压电网人身触电电流分析o中性点绝缘的井下低压供电单元中性点绝缘的井下低压供电单元oT为动力变压器，为动力变压器，Rma为人体电阻，为人体电阻，r=r1=r2=r3为各相为各相对地绝缘电阻，对地绝缘电阻，rRma，C=C1=C2=C3为各相对
44、地电为各相对地电容，容，C约为约为01uF。T2021/9/1534人身单相触电等效电路2021/9/1535根据电路原理，人身触电电流为根据电路原理，人身触电电流为人身触电电流2021/9/1536人身触电电流2021/9/1537取取有效值有效值，得：，得：其中其中=2f=23.1450=314人身触电电流2021/9/1538例：设电网每相对地电容C0.5uF，每相对地电阻为r=35k,电网电压V660V，求人身单相触电电流。人体电阻取1k。解：根据公式有：解：根据公式有：对中性点绝缘的低压供电系统，人身单相触电电流对中性点绝缘的低压供电系统，人身单相触电电流也是非常危险的。也是非常危险
45、的。2021/9/1539 那么，通过提高电网对地绝缘水平，是否就可以降低人身触电电流呢？o令令则有：则有：结论：单纯通过提高对地绝缘水平，不一结论：单纯通过提高对地绝缘水平，不一定能降低人身触电电流，有时可能相反。定能降低人身触电电流，有时可能相反。2021/9/1540 如果通过改变电网对地电容，对人身触电电流有何影响？令公式中令公式中C=0，则有：，则有：结论：通过减小电网对地电容（减小电网容性电流），是对降低人身触电电流的有效办法。2021/9/1541六、煤矿井下漏电保护的实现o 漏电保护漏电保护目的：目的：通过切断电源的操作来防止人身触通过切断电源的操作来防止人身触电伤亡和漏电电流
46、引爆沼气煤尘。电伤亡和漏电电流引爆沼气煤尘。o煤矿井下漏电保护的实现方式有：煤矿井下漏电保护的实现方式有：附加直流电源检测式漏电保护附加直流电源检测式漏电保护 利用三个整流管的漏电保护利用三个整流管的漏电保护 零序电压式漏电保护零序电压式漏电保护 零序电流式漏电保护零序电流式漏电保护 零序功率方向式漏电保护零序功率方向式漏电保护 旁路接地式漏电保护旁路接地式漏电保护2021/9/1542附加电源直流检测式漏电保护1）保护原理：电网发生漏电故障，最容易检）保护原理：电网发生漏电故障，最容易检测到电网各相对地绝缘电阻的下降。测到电网各相对地绝缘电阻的下降。通过通过在电网上附加一直流电源的方式，检测
47、电在电网上附加一直流电源的方式，检测电网对地的绝缘阻抗，判断是否发生漏电故网对地的绝缘阻抗，判断是否发生漏电故障障。2021/9/1543附加电源直流检测式漏电保护电气原理图附加电源直流检测式漏电保护电气原理图2021/9/15441、附加直流电源检测漏电保护 直直流流电电源源U通通过过三三相相电电抗抗器器1L所所组组成成的的人人为为中中性性点点（也也可可通通过过变变压压器器中中性性点点）加加在在三三相相电电网网与与大大地地之之间间，直直流流电电流流I由由电电源源正正极极流流出出入入地地，经经绝绝缘缘电电阻阻r1,r2,r3进进入入三三相相线线路路，再再由由三三相相电电抗抗器器1L、零零序序电
48、电抗抗器器2L、千千欧欧表表k（直直流毫安表）和直流继电器流毫安表）和直流继电器KD返回电源负极。返回电源负极。2021/9/1545o对于稳定的直流电源，电容对于稳定的直流电源，电容C和电网对地电容和电网对地电容C1、C2、C3相当于开路，不会有电流通过，则电流相当于开路，不会有电流通过，则电流I为：为：1、附加直流电源检测漏电保护2021/9/15461、附加直流电源检测漏电保护o对直流回路，对直流回路，r相当于三相电网各相对地的绝缘电阻相当于三相电网各相对地的绝缘电阻并联。并联。o若若一相绝缘电阻降低为一相绝缘电阻降低为r，其余两相为正常或无限大，其余两相为正常或无限大，则则rr；o若若
49、L1、L2两相绝缘电阻同时下降两相绝缘电阻同时下降，且，且r1=r2=r，而，而L3相为正常，则相为正常，则rr/2;o若若三相对地绝缘电阻同时下降三相对地绝缘电阻同时下降，且，且r1=r2=r3=r，则，则rr/3。2021/9/15471、附加直流电源检测漏电保护o设设R=RKD+R K+R2L+R1L/3为保护装置内阻，为保护装置内阻，则当则当U和和R 一定时，直流继电器一定时，直流继电器KD和千欧表和千欧表中的电流值将随中的电流值将随r的变化而变化。而直流继的变化而变化。而直流继电器选定后，动作电流即确定。当电器选定后，动作电流即确定。当r下降到下降到一定程度，当电流一定程度，当电流I
50、大于继电器动作电流时，大于继电器动作电流时，KD便动作，通过自动馈电开关跳闸，达到漏便动作，通过自动馈电开关跳闸，达到漏电保护的目的。电保护的目的。2021/9/15482）直流继电器动作值的确定）直流继电器动作值的确定。直流继电器的动作值应根据线路对地绝缘直流继电器的动作值应根据线路对地绝缘r的大小的大小 来来确定，线路对地绝缘低到危险值后动作。考虑到人身安全确定，线路对地绝缘低到危险值后动作。考虑到人身安全电流为电流为30mA，因此，因此，r的整定值要满足使人身触电电流的整定值要满足使人身触电电流小于小于30mA的条件的条件。在不考虑电网对地电容时，有在不考虑电网对地电容时，有1、附加直流