井下供电三大保护

井下三大保护井下过电流保护、保护接地和漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护。

它们相辅相成，缺一不可。

第一节漏电保护煤矿井下供电电网发生漏电，不仅会引起人身触电，而且还可能导致瓦斯，煤尘爆炸，甚至使电气雷管提前引爆。

此外，大量的漏电电流，还可能使绝缘材料发热着火，造成火灾及其它更为严重的事故。

因此，研究漏电的发生，掌握人身触电电流的计算方法，采取切实可行的漏电保护措施，对于井下安全供电具有重要意义。

一、漏电与触电的机理1．漏电故障的发生原因、种类和危害1)漏电故障的基本概念在供电系统中，当带电体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，该供电系统就发生了漏电故障．流入大地的电流，叫做漏电电流。

室外架空线路由于其离地面很高，线路是通过空气与大地绝缘的，其绝缘电阻较高，但沿线对地存在分布电容，所以正常时带电的架空导线上也有微小的泄漏电流经空气入地，只是其值很小，一般可以忽略不计，这种现象不能称做漏电故障。

电缆线路和各种电气设备与架空线路一样，正常运行时也有微小的泄漏电流入地，同样不算是发生了漏电故障。

当入地电流由于某种原因增大至数十毫安、数安培甚至数十安培时，线路或电气设备就已发生了漏电故障。

当入地电流增大至数百安培及以上时，它又超出了漏电故障的范围，进入了短路故障的范围。

漏电电流与正常的泄漏电流之间没有严格的界限，这种界限还与电网的结构、电压等级、电网中性点接地方式等因素有关。

漏电保护装置的动作值是这种界限的标志；同样，漏电电流与短路电流之间也没有严格的界限，而过流保护装置的动作值是这种界限的标志．对于目前国内井下广泛采用的变压器中性点绝缘(不接地)的低压供电系统，漏电故障的明确定义为；在中性点绝缘的低压供电系统中，发生单相接地(包括直接接地和经过过渡阻抗接地)或两相、三相对地的总绝缘阻抗下降到危险值的电气故障就叫做漏电故障，简称漏电．显然，在这种供电系统中，人身触及一相带电导体的情况，属于单相经过渡阻抗接地，对人来说是发生了触电，对整个供电系统来说就是发生了漏电。

2)漏电故障的种类根据煤矿井下电网的实际情况，漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。

集中性漏电，是指发生在电网中某一处或某一点，而其余部分的对地绝缘水平仍然正常的漏电。

分散性漏电，是指整条线路或整个电网的对地绝水平均匀下降到低于允许水平的漏电。

集中性漏电又分为长期集中性漏电、间歇集中性漏电和瞬间性漏电三种类型，长期集中性漏电，是指电网中的某一设备或电缆，由于某种原因使绝缘击穿或带电导体碰壳而造成的漏电故障。

如果没有相应的保护装置，或者保护装置拒动，这种漏电故障将长期存在。

间歇性漏电，一般指电网中某台控制设备的负荷端．如磁力起动器负荷侧的电缆和末端的电动机，由于某种原因使绝缘击穿，带电导体碰壳而发生的漏电故障。

这种漏电故障的存在与磁力起动器的停、送电状态有关，如果磁力起动器合闸，这部分线路就发生漏电，如果磁力起动器分闸，其漏电故障就消失，瞬间集中性漏电，主要指人员或其它接地的导体偶尔触及设备的带电部分后，立刻又摆脱或分开的情况。

3)漏电故障发生的原因井下供电系统常见的漏电故障，大多数是由于下列原因造成的：(1)运行中的电气设备因绝缘受潮或进水，造成相与地之间的绝缘下降到危险值。

例如铠装电缆或矿用橡套电缆长期浸泡在水中；隔爆型开关的母线盒进水；磁力起动器元件的安装绝缘底板受潮等，都可能造成这种漏电故障。

(2)铠装电缆在运行中受机械或其他外力的挤压，砍砸、过度弯曲等而产生裂口或缝隙，长期受潮气的侵蚀造成绝缘损坏，从而发生漏电故障；矿用橡套电缆因受砍砸、挤压，铁器的划伤或刺伤，造成相线与地线直接接通或通过潮气组成漏电通路，有时甚至会造成导电芯线裸露接地。

(3)电缆与设备连接时，由于芯线接头不牢、封堵不严，接线嘴压板不紧．在运行或移动时造成接头脱落，或接头松动，使相线与金属外壳直接搭接，或者是接头发热过度，使绝缘损坏而接地漏电。

(4)电气设备内部的相线绝缘老化损坏或接头脱落，使一相火线接金属外壳。

这种漏电故障在电动机内部常见．(5)因维护或操作不当引起漏电故障。

(6)井下电缆因短路故障造成局部对地绝缘损坏．当处理短路故障后未经对地绝缘电阻测定而恢复送电时，就会发生漏电。

(7)大气过电压沿下井电缆入侵，击穿其对地绝缘而发生漏电。

(8)由于管理不严格而引起漏电故障。

4)漏电可能造成的危害煤矿井下低压电网大部分在采区，环境条件恶劣，又是工作人员和生产机械比较集中的地方，井下电网若发生漏电，将导致以下危险：(1)造成人身触电。

当电气设备因绝缘损坏而使外壳带电，而工作人员又接触此外壳时，就会导致人身触电事故。

此时入地电流的一部分将要从人身流过，其数值大到一定程度，如表1所示，将会造成工作人员的伤亡，工作人员触及刺破橡套电缆外护套而暴露在空气中的芯线是一种更加严重的人身触电，此时，入地电流绝大部分流过人身，因而对工作人员的危险性更大。

(2)漏电可能引起瓦斯及煤尘爆炸。

我国大部分煤矿都有瓦斯和煤尘爆炸的危险，当井下空气中瓦斯或煤尘达到爆炸浓度且有能量达到0.28mJ的点火源时，就会发生瓦斯或煤尘爆炸，井下的点火源绝大部分是电火花，而漏电所产生的电火花则占有相当大的比例，当电网发生单相接地或设备发生单相碰壳时，在接地点就会产生电火花，若此电火花具有足够的能量，就可能点燃瓦斯和煤尘。

(3)漏电使电气雷管意外引爆．漏电电流在其通过的路径上会产生电位差，漏电电流的数值越大，所产生的电位差就越大。

如果电气雷管引线不慎与漏电回路上具有一定电位差的两点相接触，就可能发生电气雷管的意外爆炸事故．我国煤矿井下所使用的电气雷管，其引爆电流为150—200mA．(4)漏电易烧损电气设备，造成火灾．长期存在的漏电电流，尤其是两相经过渡电阻接地的漏电电流，在通过设备绝缘损坏处时，将散发出大量的热，使绝缘进一步损坏，甚至使可燃材料(如非阻燃性橡套电缆)着火燃烧．(5)漏电可进一步恶化为短路故障．据统计，约有30％的单相接地故障发展为短路故障，从而造成更大的电气故障，对矿井安全造成严重威胁．漏电故障发展为短路的原因是很简单的，长期存在的漏电电流及电火花使漏电处的绝缘进一步损坏，最终危及相间绝缘而造成短路。

2．触电及影响触电程度的因素人体触及带电导体或因绝缘损坏而带电的电气设备金属外壳，或者接近高压带电体，都可能造成触电事故．煤矿井下由于空间狭窄、照明不足、空气潮湿以及电气设备和电缆易受砸压而使绝缘损坏，所以比地面更容易发生人身触电事故．触电对人体组织的破坏过程是很复杂的．一般地，电流对人体的伤害，大致分为两种类型。

一是电击，二是电伤。

电击是指触电后的人体成为电路的一部分，电流流经人体引起热化学作用，电解血液和影响人的呼吸、心脏和神经系统；造成人体内部组织的损伤和破坏，导致残废或死亡．电击又称为内伤。

在触电死亡的事故统计中，多数是由电击造成的，所以，电击是最危险的触电事故。

关于电击致死的原因，目前世界上公认的有两种观点：一种是强电流引起心室颤动，收缩紊乱，失去“泵血”机能，造成血液循环中断而使人致死的观点，另一种是电流破坏神经系统使人呼吸停止而致死的观点．电伤往往是人体触及高电压时强烈的电弧对人体表面的烧伤。

当烧伤面积不大时，不致于有生命危险．在高压电网的触电事故中，这两种触电类型都可能发生，对于低压电网来说，则大部分是电击事故。

人身触电是一个极为复杂的生理过程，至今还没有建立起一个完整的触电理论学说，其原因除了其机理的复杂性外，还在于进行大量触电试验所遇到的困难．近几十年来，国内外已有不少根据人体及动物试验所得出的大量数据和分析结果，就影响触电程度的因素来说，人们已积累了丰富的经验和教训。

1)触电电流I ma发生人身触电时流过人身的电流叫做触电电流，它是直接影响人身安全的重要因素。

流过人身的电流越大，对人体组织的破坏作用也越大，因而也就越危险。

多数试验证明，对于工频，lmA左右的电流通过人体，便开始有麻刺和疼痛的感觉。

当其达到25mA时，将会使人身感觉麻痹和剧痛，甚至呼吸困难，自己不能摆脱电源．如果电流再大些，而且不能及时切断电源，势必有生命危险。

我国煤矿井下长期以来是取30～50mA作为人身触电的长时安全电流值，但从80代初开始采用30mA安全电流和30mA·s安秒值相结合的规定．各种不同电流值对人体的伤害情况如表1所示。

表中数据指的是一般情况，具体对于每个人来讲，可能有较大差别。

有的人比较敏感，即使比上述电流小很多，也会有危险；有的人则相反，伤害较小。

不仅如此，女性对电流的敏感性往往比男性强，危害也比较大。

2)人身电阻R ma对于低压电网来讲，人身电阻是决定人身触电电流大小、人对电流的反应程度和伤害的重要因素。

一般地，当电压一定时，人身电阻越大，通过人身的屯流也就越小；反之，则越大。

所谓人身电阻，是指电流所经过人身组织的电阻之和。

它包括两个部分，即体内电阻和皮肤电阻。

体内电阻电由肌肉组织、血液和神经等组成，电阻较小，并且基本上不受外界的影响，一般不低于500Ω。

皮肤电阻是指皮肤表面角质层的电阻，它是人身电阻的重要组成部分。

因为皮肤表面角质层是一不完善的电介质，厚度约为0．005～0．2mm，电阻较大，而且并不固定，常受外界条件的影响。

如果皮肤表面角质层完好，而且皮肤干燥，并在低电压作用下，其电阻值可高达10kΩ以上。

当条件变坏时，如角质层损伤，皮肤受渐、多汗或有导电性的粉尘等，电阻便会极剧降低。

一般情况下，人身电阻主要是由皮肤电阻决定的。

由于煤矿井下潮湿多尘，而且工人劳动繁重，流汗较多，所以，把在井下工作的人身电阻定为800～1500Ω，通常取1000Ω进行计算。

3)接触电压U co人站在地上，身体某一部分碰到带电的导体或金属外壳时，人体接触部分与站立点的电位差称接触电压。

接触电压的最大值可达电气设备的相对地电压。

流经人身的触电电流与接触电压的高低有直接的关系。

一般电压越高，触电电流越大，但并非线性关系，如图1所示。

接触电压、触电电流与人身电阻之间的关系符合欧姆定律；但是人身电阻是非线性的，故接触电压与触电电流的关系为一曲线。

随着电压的增高，人体皮肤表面的角质层有类似介质击穿的现象，使人体电阻急剧下降，造成严重的触电事故。

4)触电的持续时间触电持续时间，是指从触电瞬间开始到人体脱离电源或电源被切断的时间。

它与触电电流一样是影响触电程度的重要因素。

在短暂(指持续时间小于1～3s)电流的作用下触电持续时间越长，对人越危险。

随着电流在人体内持续时间的增加，人体发热出扦，人体电阻会逐渐减小．因而触电电流增大。

所以即使是比较小的电流，若流经人体的肘间过长，也会造成伤亡事故，反之，即使触电电流较大，若能在很短的时间内脱离接触，也不致于造成生命危险。