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①电动机、变压器、配电设备、信号装置、通信装置等装设地点。
②每一设备的型号、容量、电压、电流种类及其他技术性能。
③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。
④线路电缆的用途、型号、电压、截面和长度。
⑤保护接地装置的安设地点。
12.电气设备不应超过额定值运行。
井下防爆电气设备变更额定值使用和进行技术改造时,必须经国家授权的矿用产品质量监督检验部门检验合格后,方可投人运行。
13.硐室外严禁使用油浸式低压电气设备。
40kW及以上的电动机,应采用真空电磁起动器控制。
14.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。
15.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。
16.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,必须对煤电钻的综合保护装置进行1次跳闸试验。
17.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。
18.直接向井下供电的高压馈电线上,严禁装设自动重合闸。
手动合闸时,必须事先同井下联系。
井下低压馈电线上有可靠的漏电、短路检测闭锁装置时,可采用瞬间1次自动复电系统。
19.井上、下必须装设防雷电装置,并遵守下列规定:
①经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线,必须在人井处装设防雷电装置。
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处的良好集中接地。
③通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置。
20.永久性井下中央变电所和井底车场内的其他机电设备硐室,应砌暄或用其他可靠的方式支护。
21.井下中央变电所和主要排水泵房的地面标高,应分别比其出口与井底车场或大巷连接处的底板标高高出0.5m。
(二)井下配电变压器运行方式
《煤矿安全规程》规定:
严禁井下配电变压器中性点直接接地。
井下配电变压器采用中性点直接接地的危害主要有两方面:
一是人体触电时大大增加了人体的触电电流;
二是单相接地时形成了单相短路。
因此,中性点直接接地对人身安全和矿井安全都极为不利。
如图9-4所示,当人体触及一相带电体时,跨接于人体的是相电压,通过人体的触电电流按欧姆定律计算,当电源电压为380V时为220mA,660V时为380mA(由于井下潮湿,人身电阻定为1000Ω)。
此时的电流路径为:
电源a相——人身——大地——接地体——电源中性点。
研究资料表明,当人体通过5mA电流时,就有触电感觉,通过30mA电流时,就有危险,通过50mA时可以致死,通过100mA时绝对致死。
中性点直接接地时,通过人体的触电电流达380mA,极其危险。
单相接地线路如图9-5所示,此时电流路径为:
电源a相——大地——接地体——电源中性点。
显而易见,这时电流没有经过阻抗而直接流回到了电源,形成了单相短路。
单相短路电流很大时,在接地点将产生很大的电弧,有可能引起瓦斯和煤尘爆炸以及电雷管提前引爆。
中性点不直接接地供电系统如图9-6所示,ra、rb、rc分别是电缆三相芯线的绝缘电阻,Ca、Cb、Cc为三相芯线的对地电容。
假如忽略电缆的对地电容,则人身的触电电流通过路径为:
电源a相——人身——大地——b相c相绝缘——b相c相芯线——电源中性点。
设电网每相绝缘电阻在380V时为90kΩ,660V时为35kΩ[实际上常为兆(百万)欧级],而人身电阻仍为1000Ω,通过计算,其触电电流分别为7mA和30mA。
由此可知,在中性点不直接接地时,通过人体的电流是安全的。
由于分布电容不应忽略,目前采用在漏电继电器中加零序电抗线圈来补偿对地电容电流。
(三)采区供电系统
采区供电系统是矿井供电系统的主要组成部分,也是矿井供电系统安全运行的薄弱环节。
1.采区变电所
采区变电所是采区用电设备的电源。
为保证采区供电系统运行安全、合理、经济,采区变电所应是采区的动力中心,其位置对采区供电安全和供电质量有直接的影响,其位置的选择应符合《煤矿安全规程》和《煤炭工业设计规范》的要求。
根据《煤矿安全规程》的规定,采区变电所硐室的结构及设备布置应满足下列要求:
(1)采区变电所应用不燃性材料支护。
从硐室出口防火铁门起5m内的巷道,应砌碹或用其他不燃性材料支护。
(2)硐室必须装设向外开的防火铁门。
铁门全部敞开时,不得妨碍巷道交通。
铁门上应装设便于关严的通风孔,以便必要时隔绝通风。
装有铁门时,门内可加设向外开的铁栅栏门,但不得妨碍铁门的开闭。
(3)变电硐室长度超过6m时,必须在硐室的两端各设一个出口,出口必须符合用不燃性材料支护的要求,硐室内必须设置足够数量的用于扑灭电气火灾的灭火器材。
例如,干粉灭火器、不少于0.2m3的灭火砂、防火锹、防火钩等.
(4)硐室内敷设的高低压电缆可吊挂在墙壁上,高压电缆也可置于电缆沟中,高压电缆应去掉黄麻外皮,高压电缆穿入硐室的穿墙孔应用黄泥封堵,以便与外界空气隔绝。
(5)硐室内各种设备与墙壁之间应留出0.5m以上的通道,各种设备相互之间,应留出0.8m以上的通道。
对不需从两侧或后面进行检修的设备,可不留通道。
(6)带油的电气设备必须设在机电硐室内,并严禁设集油坑。
带油电气设备溢油或漏油时,必须立即处理。
(7)硐室的过道应保持畅通,严禁存放无关的设备和物件,以避免妨碍行人和搬迁。
(8)硐室内的绝缘用具必须齐全、完好,并作定期绝缘检验,合格后方可使用。
绝缘用具包括绝缘靴、绝缘手套和绝缘台。
(9)硐室入口处必须悬挂“非工作人员禁止入内”字样的警示牌。
硐室内必须悬挂与实际相符的供电系统图。
硐室内有高压电气设备时,入口处和硐室内必须在明显地点悬挂“高压危险”字样的警示牌。
(10)采区变电所应设专人值班。
应有值班工岗位责任制、交接班制度、运行制度。
值班工应如实填写交接班记录、运行记录、漏电继电器试验记录等,无人值班的变电硐室必须关门加锁,并有值班人员巡回检查。
(11)硐室内的设备,必须分别编号,表明用途,并有停送电的标志。
2.采掘工作面的供电。
向采煤、掘进工作面供电时,因为采煤工作面负荷较大且集中,掘进工作面距采区变电所较远,所以一般采用移动变电站的供电方式。
采煤工作面的低压配电,可根据采煤工作面的供电负荷的容量选择一台或两台移动变电站,俗称配电点。
可通过配电点集中控制台的操作按钮使开关分别向采煤机、运输机、破碎机、转载机、液压泵和清水泵供电,并能实现连锁与停电。
掘进工作面相对于采煤工作面负荷较小,往往一台移动变电站就能满足一个工作面的配电需要。
其供电线路较长,一般属于干线式供电,但煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面最大的一个特点是要使用局部通风机进行通风,一旦中断供电会使局部通风机停止运转,从而导致掘进工作面及其附近巷道聚集瓦斯和其他有害气体。
3.“三专两闭锁”
局部通风机是掘进工作面正常供风的主要动力设备,为了保证掘进工作面新鲜风流的连续供应,必须保证局部通风机的持续运转,因此供电的可靠性是关键。
《煤矿安全规程》规定,瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中,掘进工作面的局部通风机应采用“三专”(专用变压器、专用开关和专用线路)供电;
也可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电,但每天应有专人检查1次,保证局部通风机可靠运转。
这样可以确保掘进工作面和掘进巷道的良好通风,避免由于停电、停风引起的事故发生。
“三专”供电可用以下两种供电方式实现:
(1)采区变电所内,设立专供局部通风机使用的高压防爆开关、变压器、低压馈电开关、漏电继电器和供电电缆,如图9-7(a)所示。
(2)同一采区内相邻的两个掘进巷道内的局部通风机,可用1条电缆从采区变电所为其供电,也可分开供电,供电系统如图9-7(b)所示。
“两闭锁”应满足以下要求:
(1)局部通风机停止运转时立即切断供电区域内动力电源。
(2)局部通风机起动前,若供风区域内瓦斯超限,局部通风机不会启动,解除闭锁,起动局部通风机排放瓦斯后方可正常运行。
(3)局部通风机起动,当工作面风量符合要求后,才可向供风区域内供电。
(4)正常工作中,当供风区域检测点瓦斯超限切断相应控制区域的动力电源时,局部通风机仍照常运转。
二、供电系统电气保护
完善的供电系统电气保护是保证电气安全的重要措施,其功能是区分故障状态与正常工作状态,并发出信号或动作。
(一)漏电保护
1.漏电
电网与电气设备的绝缘状态是重要的电气参数。
电网与电气设备漏电是指绝缘电阻显著下降的现象。
漏电具有广布性、隐秘性、连续性,可以为单发或多发,也可以为渐发或突发,具有诸多特点。
若在井下供电系统发生漏电故障,可能导致人身触电、电火灾以及瓦斯、煤尘爆炸等事故,严重威胁着矿井和井下工作人员的安全。
在电力系统中,如果带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度,就说明该带电导体发生了漏电故障。
流入大地的电流称为漏电电流。
在电缆线路和电气设备正常运行时,也有微小的电流流入大地,这种电流称为泄漏电流。
如果由于某种原因使入地电流增加到数十毫安以上时,就发生了漏电故障。
目前,国内井下采用变压器中性点绝缘的低压供电系统,发生单相接地(包括直接接地和经过渡阻抗接地)或两相、三相对地绝缘阻抗下降至危险值的电气故障就叫做漏电故障。
漏电故障可分为单相漏电、两相漏电和三相漏电:
单相漏电占漏电故障的85%左右,两相漏电所占的比例很小,三相漏电的发生率占10%。
对于单相接地,由于接地电流很小(在660V电网中不足1A),故属于单相漏电,是最严重的漏电故障。
2.造成井下低压电网漏电的原因
(1)因电缆或电气设备本身引起的漏电,包括:
①敷设在井下巷道内的电缆,由于受环境潮湿等影响,运行后会出现绝缘老化或潮气入侵,引起绝缘电阻下降,造成电网漏电。
②长期使用的电动机会因绝缘受潮、绕组散热不良等原因使绝缘老化而造成漏电。
(2)因管理不当而引起的漏电,包括:
①由于管理不严,未按《煤矿安全规程》规定敷设电缆,电缆应用环境恶劣,导致绝缘老化、受潮而漏电。
②对已长期不用而受潮或遭水淹的电气设备,未经严格的干燥处理和进行对地绝缘电阻耐压试验,投人运行后极有可能发生漏电,甚至导致其他电气故障。
③电气设备长期过负荷运行,造成温升过高,绝缘老化而漏电。
(3)因操作不当引起的漏电,包括:
①机械损伤,井下人员工作时,不慎误将电缆割伤或碰伤导致漏电;
电缆受到拉、挤、压等造成漏电。
②开关设备检修后,由于残留导体、误接线或间隙过小等原因,送电后会发生漏电。
(4)因施工安装不当引起的漏电,包括:
①电缆与设备连接时,由于芯线接头不牢、压板不紧或移动时造成接头脱落,使相线与设备外壳接触,导致漏电。
②电气设备内部接线错误,在合闸送电后会发生漏电。
3.漏电故障的预防措施
(1)严禁电气设备及电缆长期过负荷。
(2)导线连接要牢固,无毛刺,防松装置好,接线正确。
(3)维修电气设备时要按《煤矿安全规程》操作,严禁将工具和材料等导体遗留在电气设备中。
(4)避免电缆、电气设备浸泡在水中,防止电缆的机械损伤。
(5)不在电气设备中增加额外部件,必须设置时,必须遵守有关规定。
(6)设置保护接地装置。
(7)设置漏电保护装置。
导致电网漏电故障造成的危害主要有漏电电流产生的电火花,当其火花能量达到最小点燃能量(0.28mJ)时,如果漏电点的瓦斯浓度也在爆炸浓度范围内,即能引起瓦斯、煤尘爆炸;
当人身触及一相漏电导体或漏电的设备外壳时,如果流过人身的漏电电流大于极限安全电流30mA/s时,可能造成人员触电伤亡;
如果超过50mA,可能引爆电雷管;
此外,如果漏电故障不能及时发现和排除而长期存在,可能扩大成相间短路,造成更严重的危害。
4.漏电保护及其功能
(1)煤矿安全生产对漏电保护有如下规定:
①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。
②井下低压馈电线上,必须装设检漏保护装置或有选择性漏电保护装置,保证自动切断漏电的馈电线路。
③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。
对于井下变压器中性点绝缘供电系统,目前常用的漏电保护原理有:
附加直流电源检测;
零序电流方向、旁路接地等。
漏电保护有选择性和非选择性之分。
(2)漏电保护的功能主要有:
①防止人身触电。
漏电保护可以缩短人身触电的时间,降低通过人身的电流,使之满足小于30mA/s的要求,从而保证人身的安全。
②及时切除漏电电气设备。
在电网中出现漏电故障后,漏电保护装置会及时地将故障线路、设备从电网中切除,恢复电网正常绝缘水平。
③防止漏电产生的电火花引爆瓦斯和煤尘。
对于380V或660V电网,当漏电电流达88mA或42mA时,产生的火花就能引爆瓦斯。
目前漏电保护无法保证杜绝漏电电流点燃瓦斯,但漏电保护可以降低漏电电流的数值,缩短漏电故障存在的时间,降低了漏电引爆瓦斯、煤尘的可能性。
5.检漏保护装置的运行、维护和检修
(1)值班电钳工每天应对检漏保护装置的运行情况进行检查和试验,并作记录。
检查试验内容有:
观察欧姆表指示数值是否正常;
安装位置是否平稳可靠,周围是否清洁,无淋水;
局部接地极和辅助接地极安设是否良好;
外观检查防爆性能是否合格;
用试验按钮对保护装置进行跳闸试验。
(2)电气维修工每月至少进行1次详细检查和修理,除了
(1)条规定的内容外,还应检查:
各处导线、元件是否良好;
闭锁装置及继电器动作是否可靠;
接头和触头是否良好;
补偿是否达到最佳效果;
防爆性能是否符合规定。
(3)在瓦检员配合下,对运行中的检漏保护装置每月至少进行1次远方人工漏电跳闸试验。
(4)检漏保护装置每年升井进行1次全面检修,检修后必须在地面进行详细的检查、试验,符合要求后方可下井使用。
(5)检漏保护装置的维护、检修及调试工作,应记入专门的运行记录簿内。
6.安全检查重点
(1)检漏继电器是否与单台馈点开关配合使用。
(2)检漏继电器的辅助接地线应是橡套电缆,芯线总面积不少于10mm2。
距局部接地极的直线距离不小于5m。
(3)检漏继电器应水平装设在适当高度的支架上,并要求动作可靠,便于检查试验。
(4)值班电工是否每天对检漏继电器的运行情况进行一次检查,是否有试验纪录。
(5)电缆与设备连接是否牢固。
(6)电缆的各种绝缘损失情况(机械或外力损害、挤压、砍砸、过度弯曲)。
(二)保护接地
防止触电的关键是使人体不触及带电体、不接近高压带电体,保持电气系统绝缘水平。
最难以防范的是发生一相带电导体碰壳事故,这会使日常不带电的金属部分出现危险电压。
人体触及后,就有可能发生触电危险。
单相触壳就是漏电故障,单从电气故障来看,应装置漏电保护,并应满足人身触电的安全条件。
从避免发生触电和引燃瓦斯、煤尘爆炸危险来看,最可靠的办法就是装设保护接地。
所谓保护接地,就是在井下变压器中性点不接地系统中用导体把电气设备所有正常状况不带电的金属部分和埋在地下的接地极连接起来。
由于装设了保护接地装置,带电导体碰壳处的漏电电流大部分经接地装置流入了大地。
即使设备外壳与大地接触不良,由于接地装置的作用,也可以避免和减少产生电火花,从而避免引起瓦斯、煤尘爆炸的危险。
由于有了保护接地,就可以将带电设备外壳的对地电压降低到安全数值,一旦人体接触这些外壳,就不致发生触电危险,从而保证人身安全。
在中性点不接地的供电系统中,当电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体碰壳时,人体接触外壳状态的保护接地等值电路如图9-8所示。
接地电流将通过人体电阻与接地装置电阻并联入地,再通过其他两相对地绝缘电阻和电容回到电源。
但由于接地装置电阻较小,可分流大部分电流,通过人体的电流就大大地减小了。
通过人身电流与通过接地极电流的关系公式为:
Ie/Ih=Rh/Re(9-3)
式中Re—接地装置的接地电阻,Ω;
Ie—通过接地极的入地电流,A;
Rh—人体电阻,Ω;
Ih—通过人体的电流,A。
通过人体的电流为:
Ih=IeRe/Rh(9-4)
由此可见,接地电阻Re愈小,则电流大部分由接地极人地,通过人体的电流Ih也愈小,足以防止人身触电事故的发生。
因此,电气设备的金属外壳与部件中,凡绝缘损坏可能带有危险电压的必须接地。
电气设备的工作电压低于安全电压的(如36V),则无需保护接地。
图9-8保护接地等值电路
保护接地是一种防护措施,只要按照有关规程规定安装保护接地系统,便可得到安全保证。
按《煤矿安全规程》规定,从接地网上任一局部接地极测得的接地电阻,不得超过2Ω;
高压电网单相接地电容电流不超过20A(低压电网远小于此值),人体允许最大接触电压(称交流安全电压)为40V。
井下所有电气设备的保护接地装置和局部接地装置,应与主接地极连接成一个总接地网,如图9-9所示。
形成接地网不仅降低了接地电阻,而且也能解决供电系统中不同电气设备发生不同相同时碰壳形成的异地两相短路的保护问题。
井下保护接地网包括主接地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线、接地导线和连接导线等。
其装设要求应符合《煤矿安全规程》规定。
1.主接地极
主接地极应在主、副水仓中各埋设一块。
主接地极应用耐腐蚀的钢板制成,其面积不小于0.75m2、厚度不小于5mm。
主接地极的表面积大,矿井水的导电率高,使得接地电阻要比其他接地极小,又因其位于接地网的中心因此主接地极在整个保护接地网中起着十分重要的作用。
矿井有几个水平时,各个水平都要设立主接地极,如果该水平没有水仓,不能设立主接地极时,则该水平的接地网必须与其他水平的主接地极相连;
矿井内分区独立供电者(包括电钻供电),可以单独在井下或井上设置分区的主接地极,但其总接地网的接地电阻也应符合不超过2Ω的要求。
2.局部接地极
《煤矿安全规程》规定,在下列地点应装设局部接地极:
①每个装有电气设备的硐室;
②每个(套)单独装设的高压电气设备;
③每个低压配电点,如果采煤工作面的机巷、回风巷和掘进巷道内无低压配电点时,上述巷道内至少应分别设置一个局部接地极;
④连接动力铠装电缆的每个接线盒。
在机巷或回风巷的局部接地极应尽量设在靠近工作面,为了避免接地极过于频繁移动,一般设在距工作面约50m处。
设这一局部接地极的作用是:
当供机巷或回风巷电气设备电缆线路的接地芯线断裂时,仍能起着保护人身触电的作用。
局部接地极最好设置于巷道旁的水沟内,以减小接地电阻值。
如无水沟时,则应埋设在潮湿的地方。
对于埋设在巷道水沟或潮湿地方的局部接地极,可采用面积不小于0.6m2、厚度不小于3mm的钢板,如矿井水含酸性时,也应采取与主接地极相同的措施。
至于埋设在其他地点的局部接地极,可采用镀锌钢管。
钢管直径不得小于35mm、长度不得小于1.5m,管子上至少要钻20个直径不小于5mm的透眼,并灌注盐水,以降低接地电阻值。
3.接地母线和辅助接地母线
井下中央变电所和水泵房均应设置接地母线;
采区变电所、采区配电点及其他机电硐室则应设置辅助接地母线。
接地母线及辅助接地母线应采用断面不小于100mm2的镀锌扁钢(或镀锌铁线)或断面不小于50mm2的裸铜线。
采区配电点及其他机电硐室的辅助接地母线应采用断面不小于50mm2的镀锌扁钢(或镀锌铁线)或断面不小于25mm2的裸铜线。
接地母线和辅助接地母线均应分别和主接地极、局部接地极连接。
连接接地极的接地导线应采用断面不小于50mm2的镀锌扁钢(或镀锌铁线)或断面不小于25mm2的裸铜线。
4.连接导线和接地导线
各个电气设备的金属外壳、铠装电缆的钢带(或铜丝)和铅包均应通过单独的连接线直接与接地母线或辅助接地母线连接。
连接导线和接地导线均应采用断面不小于50mm2的镀锌扁钢(或镀锌铁线)或断面不小于25mm2的裸铜线。
对于移动式电气设备,应用橡套电缆的接地线芯进行连接,并要求每一移动式电气设备与总接地网或局部接地极之间的接地电阻,不得超过1Ω。
此外,与漏电保护装置配合使用的电缆屏蔽层,也应可靠接地,低于或等于127V的电气设备的接地导线和连接导线,可采用断面不小于6mm2的裸铜线。
禁止采用铝导体作为接地极、接地母线、辅助接地母线、连接导线和接地导线。
在矿井中禁止使用无接地线芯(或无其他可供接地的护套,如;
铅皮、铜皮套等)的橡套电缆或塑料电缆。
凡有值班人员的机电硐室和有专职司机的电气设备,交接班时必须由值班人员和专职司机对保护接地进行一次表面检查,而其他设备的保护接地,则由维修人员每周至少进行一次表面检查。
表面检查时,应着重观察整个接地网的连接情况,务使其连续不断。
对于接触不良或严重锈蚀等情况,应立即处理,否则将使接地电阻值增大。
此外,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。
主接地极应是一个检查,一个工作,不能同时都提出,以免影响安全。
如矿井水含酸性较大时,应适当增加检查次数。
为了降低接地电阻值,对于局部接地极(除设置在水沟中外),特别是管状局部接地极,应经常灌注盐水,以保护良好的导电状态。
电气设备在每次安装、检修或迁移后,应详细检查其接地装置的完善情况。
对于那些震动性较大及经常移动的电气设备,应特别注意,必须随时加强检查,务使其接地良好。
如果发现接地装置有损坏时,应立即处理。
凡电气设备的保护接地装置未修复以前,禁止向其送电。
井下总接地网接地电阻值的测定,要有专人负
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