煤矿电气安全技术-培训课件

第三章供电安全技术
第一节变压器的中性点运行方式
在交流供电系统中，变压器的中性点运行方式有三种，即直接接地、不接地和经消弧线圈(或限流阻抗)接地。

变压器的不同运行方式，对井下供电的安全有直接影响，下面就不同的运行方式的特点做简要的分析。

1、变压器中性点直接接地的危害。

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1所示是在变压器中性点直接接地的供电系统中，人触及一相带电体时的情况。

当人体触及一相带电体时，跨接于人体的是相电压(人身电阻定为1000Ω)，通过计算，当电源电压为380V时通过人体电流为220mA，660V时为380mA，1140V时为660mA。

此时的电流路径为：电源a相→人身→大地→接地体→电源中性点。

当人体通过5mA电流时，就有触电感觉，通过30～50mA电流时，就有生命危险，通过50mA以上电流时绝对有生命危险。

设计漏电保护时，假定人身电阻为1000Ω，通过人体的触电电流不超过30mA为安全电流。

当电网一相接地时，由于变压器中性点直接接地，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，在接地点将产生很大的电弧，有可能引起瓦斯和煤尘爆炸或人员伤亡。

因此，《煤矿安全规程》规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地，严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。

2、变压器中性点不接地运行方式。

如图2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，此时人触及一相带电体，则人身的触电电流通过路径为：电源a相→人体→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90000Ω，660V时为35000Ω，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。

(3)变压器中性点采用消弧线圈接地运行方式。

从图3看出，变压器中性点经消弧线圈接地后，当人触及一相带电导体时，通过人体的电流将增加一个流过消弧线圈的电流分量I L，因而此时流过人体的电流是I r、I C、I L。

和I L的向量和，即I B=I r+ I C+I L，因为消弧线圈的电阻很小，可忽略不计，所以可以把消弧线圈看成是一个纯电感线圈，I L是纯电感电流，在相位上与电容电流I C相差180º，从而可以根据向量图，变成代数和形式，从而可以求得流过人体的电流：
由上式可知，此时流过人体中的电容电流分量被电感电流分量抵消了一部分，因而流过人体的总电流减小，安全程度得到了提高。

这种利用电感电流来抵消电容电流的作法，叫做电容电流的补偿。

同理，在电网发生一相线路接地故障时，也可以利用上述电感电流接地点电流中的电容电流分量，来减小漏电电流。

第二节采区供电安全
一、对机电硐室的规定与要求
(1)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，应砌碹或用其他可靠方式支护，采区变电所应用不燃性材料支护。

硐室必须装设向外开的防火铁门。

铁门全部敞开时，不得妨碍运输。

铁门上应装设便于关严的通风孔。

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。

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。

硐室内必须设置足够数量的扑灭电气火灾的灭火器材。

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O．5m。

(2)采掘工作面配电点的位置和空间必须能满足设备检修和巷道运输、矿车通过及其他设备安装的要求，并用不燃性材料支护。

(3)变电硐室长度超过6m时，必须在硐室的两端各设1个出口。

(4)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O．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。

(5)带油的电气设备必须设在机电设备硐室内。

严禁设集油坑。

(6)硐室不应有滴水。

硐室的过道应保持畅通，严禁存放无关的设备和物件。

带油的电气设备溢油或漏油时，必须立即处理。

(7)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。

(8)采区变电所应设专人值班。

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。

(9)硐室内的设备，必须分别编号，标明用途，并有停送电的标志。

二、工作面配电点的设置
工作面配电点是将采区变电所送来的电能再分配给采掘工作面的电机、电钻和照明装置，如图所示。

工作面配电点设在低压开关设备集中的地方，其特点是需要经常随工作面移动。

所以一般不需要开设专门的硐室，大都直接设在工作面附近的运输平巷或回风巷的一侧，位置一般距工作面70～100m处。

对于掘进工作面的配电点，大都设在掘进巷的一侧或掘进巷道的贯通巷内，一般距工
作面80～lOOm处。

由于采掘工作面的电气设备随工作面的推进而经常移动，并且它们的负荷大、变化大、起动频繁，加之工作的自然环境又差，为了保证安全用电和正常生产，并适应电气设备经常移动和日常维修的需要，一般每一个配电点都需设置一台电源进线总开关。

而且总开关必须与其他开关放置在一起，以利于停、送电操作。

三、触电的危害及防治措施
1．触电的危害
人身接触带电导体或因绝缘损坏而带电的设备外壳时，都可能造成触电事故。

由于井下的特殊工作条件，发生触电的可能性较大。

触电对人体组织的破坏性是很复杂的。

一般对人体的伤害大致可分为电击和电伤两种情况。

电击是指触电后电流通过人体，在热化学和电解作用下使呼吸器官、心脏和神经系统受到损伤和破坏。

多数情况下电击可以使人致死，所以是最危险的。

电伤是指由于强电流瞬时通过人身某一局部，或电弧烷伤人体，造成对人体外表器官的破坏，当烷伤面积不大时，不至于有生命危险。

触电对人身的危害是由许多因素决定的，但流经人身电流的大小是起决定作用的主要因素。

通过人身的电流交流在15～20mA以下，直流在50mA以下时，一般对人体伤害较轻。

如果长期通过人体工频交流30～50mA就有生命危险。

超过上述电流数值，则对人的生命是绝对危险的。

因此，我国规定30mA·s为安全电流。

流经人身电流的大小，与人身电阻有关。

人身电阻越大，通过人身电流就越小；人身电阻越小，则通过人身的电流越大，也就越危险。

人身电阻是一个变动幅度很大的数值，它随人的皮肤(有无损伤、潮湿程度等)、触电时间、电压等因素而变动，通常我们取人身电阻为1000Ω作为计算的依据。

流经人身的电流与作用于人身电压有关。

作用于人身电压越高则通过人身的电流越大，也就越危险。

触电对人的伤害程度与电流作用于人身的时间有关。

即使是安全电流，若流经人体的时间过久，也会造成伤亡事故。

这是因为随着电流在人体内持续时间的增加，人体发热出汗人身电阻会逐渐减少，而电流随之逐渐增大的缘故。

反之，即使流经人身的电流较大，若能在很短的时间内脱离接触，也不致造成生命危险。

2．触电的防治措施
(1)井下不得带电检修、搬迁电气设备(包括电缆和电线)。

检修或搬迁前，必须切断电源，检查瓦斯，在其巷道风流中瓦斯浓度在1％以下时，再用同电源电压相适应的验电笔检验。

检验无电后，方可进行导体对地放电。

控制设备内部安有放电装置的，不受此限。

所有开关把手在切断电源时都应闭锁，并悬挂“有人工作，不准送电”牌，只有执行这项工作的人员，才有权取下此牌并送电。

(2)操作井下电气设备，必须遵守下列规定：
①非专职或值班电气人员，不得擅自操作电气设备。

②操作高压电气设备主回路时，操作人员必须戴绝缘手套，并必须穿电工绝缘靴或站在绝缘台上。

③操作干伏级电气设备主回路时，操作人员必须戴绝缘手套或穿电工靴。

④127V手持式电气设备的操作手柄和工作中必须接触的部分，应有良好绝缘。

⑤普通型携带式电气测量仪表，只准在瓦斯浓度1％以下的地点使用。

⑥井下防爆电气设备，在入井前应由指定的、经公司(矿务局)考试合格的电气设备防爆检查员检查其安全性能，取得合格证后，方准入井。

⑦井下防爆电气设备的运行必须符合防爆性能的技术要求，防爆性能受到破坏的电气设备，应立即处理，不得继续使用。

(3)防止人身触电或接近带电导体。

①将电气设备的裸露带电部分安装在一定高度，或围以遮栏。

例如《煤矿安全规程》规定，井下电机车架空导线的悬挂高度，自轨面算起不得小于下列数值：在行人的巷道内、车场内以及人行道同运输巷道交叉的地方为2m；在不行人的巷道内为1．9m；在井底车场内，从井底到乘车场为2．2m等。

②井下各种电气设备的导电部分和电缆接头都必须封闭在坚固的外壳中，并在操作手柄和盖子之间设置机械闭锁装置，保证电气设备接通电源后不能打开盖子，盖子打开后，便不能接通电源。

③各变(配)电所的入口或门口都悬挂“非工作人员．禁止入内”牌；无人值班的变(配)电所，必须关门加锁；井下硐室内有高压电气设备时，入口处和室内都应在明显地点加挂“高压危险”牌。

（4)对人员经常接触的电气设备，采用降低的工作电压。

例如井下照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压，都不应超过127V；控制回路电压，不应超过36V等。

3．煤矿井下防止触电应注意的事项
(1)非专职电气人员不得擅自摆弄、检修、操作电气设备。

(2)不准自行停电、送电。

(3)谨防触架空线伤人。

①携带较长的金属工具用具、金属管材在架空线下行走，严禁扛在肩上；
②乘坐平巷人车或专列人车，上车、下车时必须切断该区段架空线。

为了安全，仍要特别注意头顶上的架空线，不能让身体的任一部分超高，触到架空线。

(4)下山行走，不能手扶电缆，电缆一旦漏电后，后果及其严重。

(5)严禁在电气设备与电缆上躺坐，以防触电。

第三节“三专两闭锁”
掘进工作面是独头巷道，容易发生瓦斯聚集，其特点是：安装使用局部通风机供风。

根据《煤矿安全规程》规定，瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井中，掘进工作面的局部通风机供电必须设专用变压器、专用开关、专用线路。

局部通风机和工作面的电气设备必须装有风电闭锁和瓦斯电闭锁装置，以保证局部通风机停止运转或掘进巷道内瓦斯超限时，能立即自动切断巷道中电气设备的电源，防止爆炸事故的发生。

（一）构成与工作原理
由于掘进工作面是独头巷道，容易产生瓦斯集聚，而机电设备在运转过程中会产生电火花和机械火花，当瓦斯浓度达到5％～16％，火花能量达到O．28mJ以上时，就会引起瓦斯爆炸。

为了防止事故的发生，采取“三专两闭锁”是有效的措施，其电气系统如图3—11所示。

(1)“三专”是指在瓦斯喷出区域、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实行专用变压器、专用开关、专用线路供电，如图3—11所示。

(2)风电闭锁是用两台磁力起动器进行联锁控制，其中一台接通风机，另一台接掘进工作面电气设备，实现先通风后送电，风机停转时，掘进工作面电源也同时被切断。

风电闭锁工作原理是把QBC-80起动器中的辅助常开触点CQ2通过电缆串联接于QBC—120起动器的控制回路中，只有局部通风机运转后其触点CQ2闭合，QBC—120起动器的控制回路才能接通，并使接触器吸合，给掘进工作面的电气设备供电。

若局部通风机停止运转，CQ2常开触点断开，从而切断QBC起动器的控制回路，达到切断掘进工作面电气设备电源的目的。

(3)瓦斯电闭锁是由瓦斯探头、监控系统(监控分站)、断电仪和高压开关构成，如图3—13所示。

瓦斯电闭锁工作原理是由瓦斯探头测得CH4含量信号送给监控分站，当瓦斯超限时，监控分站显示CH41.5%，其常开触点K1闭合，接通断电仪电路，其常开触点K2闭合，接通高压开关内的脱扣线圈TQ电路使高压开关跳闸，切断了掘进工作面电气设备的电源，实现了瓦斯电闭锁。

二、作用与使用范围
“三专两闭锁”适用于掘进工作面。

掘进工作面是独头巷道，甲烷和有害气体易于集聚、而引起爆炸，同时也会给人员造成伤亡，所以工作面人员需要呼吸新鲜空气，有害气体必须及时排出或稀释，主要靠局部通风机。

三专的作用是：对局部通风机实行专用变压器、专用开关、专用线路供电来保证供电的连续性，不间断地向掘进工作面通风。

风电闭锁的作用是：掘进动力设备工作前应先通风吹散瓦斯，当瓦斯浓度降到1％以下时，再开动掘进动力设备；由于故障原因局部通风机停止通风时，掘进动力设备也同时停电，这样可防止由于电火花或机械火花引起的瓦斯爆炸事故。

瓦斯电闭锁的作用是：由于瓦斯喷出量大时局部通风机不能将其及时吹散或稀释，则由瓦斯监控系统对掘进工作面的动力电源实行闭锁。

当瓦斯浓度达到1％时，瓦斯监控器发生警报；当瓦斯达到1.5％时，立即切断掘进工作面的动力电源，防止电火花和机械火花引起瓦斯爆炸。

第四节井下电气设备的安全保护措施
煤矿井下供电系统的过流保护、漏电保护、接地保护统称为煤矿井下的三大保护。

井下供电系统的三大保护是保证井下供电安全的可靠措施。

一、漏电保护
当电气设备或导线的绝缘损坏或人体触及一相带电体时，电源和大地形成回路，有电流流过的现象，称为漏电。

井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。

集中性漏电是指漏电发生在电网的某一处或某一点，其余部分的对地绝缘水平仍保持
正常。

分散性漏电是指某条电缆或整个网络对地绝缘水平均匀下降或低于允许绝缘水平。

一）漏电的危害及原因
1．漏电的危害
漏电会给人身、设备以致矿井造成很大威胁，其危害主要有四个方面：
(1)人接触到漏电设备或电缆时会造成触电伤亡事故。

(2)漏电回路中碰地碰壳的地方可能产生电火花，有可能引起瓦斯煤尘爆炸。

(3)漏电回路上各点存在电位差，若电雷管引线两端接触不同电位的两点，可能使雷管爆炸。

(4)电气设备漏电时不及时切断电源会扩大为短路故障，烷毁设备，造成火灾。

2．漏电的原因
(1)电缆和电气设备长期过负荷运行，使绝缘老化而造成漏电。

(2)运行中的电气设备受潮或进水，造成对地绝缘电阻下降而漏电。

(3)电缆与设备连接时，接头不牢，运行或移动时接头松脱，某相碰壳而造成漏电。

(4)电气设备内部随意增加电气元件，使外壳与带电部分之间电气间隙小于规定值，造成某一相对外壳放电而发生接地漏电。

(5)橡套电缆受车辆或其他器械的挤压、碰砸等，造成相线和地线破皮或护套破坏，芯线裸露而发生漏电。

(6)铠装电缆受到机械损伤或过度弯曲而产生裂口或缝隙，长期受潮或遭水淋使绝缘损坏而发生漏电。

(7)电气设备内部遗留导电物体，造成某一相碰壳而发生漏电。

(8)设备接线错误，误将一相火线接地或接头毛刺太长而碰壳，造成漏电。

(9)移动频繁的电气设备的电缆反复弯曲使芯线部分折断，刺破电缆绝缘与接地芯线接触而造成漏电。

(10)操作电气设备时，产生弧光放电造成一相接地而漏电。

(11)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。

二）漏电保护方式
漏电保护方式有漏电保护、选择性漏电保护、漏电闭锁。

1．漏电保护
目前使用的漏电保护装置种类很多，有电子电路的，也有单片计算机控制的。

这里介绍的漏电保护。

从原理上也叫附加直流电源漏电保护，如图4—1所示。

其工作原理是：漏
电继电器用直流电进行绝缘监视，当人体触电时，绝缘电阻降低，其回路如下：电源一接地极一人体一负荷线c相一SK(三相电抗器)一LK(零序电抗器)一Ω(欧姆表)一ZJ(直流继电器)一电源，ZJ吸合一ZJ1闭合一TQ(跳闸线圈)有电触点断开一DW(馈电开关)断开一切断了供电回路。

如果绝缘阻值高于整定值时，直流监测电流小于ZJ的动作电流，馈电开关不会跳闸，正常供电。

2．选择性漏电保护
选择性漏电保护大多利用零序电流方向保持原理，如图4—2所示，采用的主要检查元件是零序电流互感器。

零序电流互感器有一个环形铁芯，其上缠有二次绕组，环形铁芯套在电缆上，穿过铁芯电缆中的三根芯线就是它的一次绕组。

在线路正常工作时，电网的三相电压对称，三相负载相同，三相电流的矢量和等于零，电流互感器二次没有电流和电压，执行继电器J不动作。

当发生漏电故障时，三相电路不对称，必然有零序电流，这个零序电流通过电网对地绝缘电阻r和分布电容c构成通路。

当发生单相漏电故障时，在零序电流互感器LLH的一次侧中流过3倍的零序电流，在二次侧产生电流，经二极管整流后，可使执行继电器J动作，带动开关跳闸。

3．漏电闭锁
漏电闭锁是指在开关合闸前对电网进行绝缘监测，当电网对地绝缘阻值低于闭锁值时开关不能合闸，起闭锁作用。

图4—4是磁力起动器中漏电闭锁原理图。

在磁力起动器尚未吸合送电时，主接触器XLC的常闭辅助触头XLC3闭合，接通以下直流绝缘检测电路：附加直流电源E的“+”端一地一电动机及其供电线路的对地绝缘电阻r一三相线路一人工星形三相硅堆GZ一常闭辅助触头XLC3一取样电位器W一直流电源E的“一”端，从而对r进行检测。

若此时电动机及其供电线路的绝缘水平较低，小于规定的漏电闭锁动作电阻值或已存在漏电，检测电路中将流过较大的直流电流，从取样电位器W上取得一个较大的信号电压，使后面的反相放大器输出零伏电压，导致三极管BG截止，漏电闭锁继电器BHJ断电，因而后者的常开触点不能闭合，接触器XLC的线圈控制电路不能接通，磁力起动器不能合闸送电，这就实现漏电闭锁。

反之，如果此时电动机及其供电线路的绝缘良好，大于规定的漏电闭锁动作电阻值，则在检测回路中流过很小的直流电流，从取样电位器w上取得的信号电压也很低，因而反相放大器输出较高电压，促使BG导通，BGJ继电器有电，后者闭合它自身的常开触点，为接通接触器XLC的线圈电路做好了准备。

这时只要按压起动按钮QA，即可使磁力起动器吸合送电，电动机起动运转。

但在起动器合闸送电后，主接触器XLC的常闭辅助触头XLC。

随之断开，切断漏电闭锁检测电路，漏电闭锁解除。

此后，如果电动机及其供电线路在运行过程中发生漏电，则由接在电网总开关上的检漏继电器进行保护，使总开关跳闸。

二、过电流保护
一）过电流故障的危害及原因
过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过了额定值。

其故障有短路、过负荷和断相。

1．短路
短路是指电流不流经负载，而是两根或三根导线直接短接形成回路，这时电流很大，可达额定电流的几倍、几十倍，甚至更大，其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备，
引起火灾或引起瓦斯、煤尘爆炸事故。

短路电流还会产生很大的电动力，使电气设备遭到机械损坏，也会引起电网电压急剧下降，影响电网中的其他用电设备的正常工作。

造成短路的主要原因是绝缘受到破坏，因而应加强对电气设备和电缆绝缘的维护及检查，并设置短路保护装置。

2．过负荷
过负荷是指流过电气设备和电缆的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。

其危害是电气设备和电缆出现过负荷后，温度将超过所用绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路事故。

过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。

引起电气设备和电缆过负荷的原因主要有以下几方面：一是电气设备和电缆的容量选择过小，致使正常工作时负荷电流超过了额定电流；二是对生产机械的误操作，例如在刮板输送机机尾压煤的情况下，连续点动起动，就会在起动电流的连续冲击下引起电动机过热，甚至烧毁。

此外，电源电压过低或电动机机械性堵转都会引起电动机过负荷。

3．断相
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。

此时，运行中的电动机叫单相运行，由于其转矩比三相运行时小得多，在其所带负载不变的情况下，必然过负荷，甚至烧毁电动机。

造成断相原因有：熔断器有一相熔断；电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落；电缆芯线一相断线；电动机定子绕组与接线端子连接不牢而脱落等。

由于井下过电流发生的机会多而且造成的危害巨大，所以对于电气设备和电缆都必须加以相应的过流保护。

二）采区低压电网过电流保护装置的整定计算
对各种过流故障虽然有预防措旋，但仍有可能发生，所以在电气设备内均设有过流保护装置。

对过流保护装置的额定电流或动作电流，必须进行正确的选择或整定，否则不能起到保护作用。

假若短路电流校验不能满足要求时，可根据具体情况，分别采取下列措施：
(1)加大干线或支线电缆截面。

(2)设法减少电缆线路的长度。

(3)换用大容量变压器。

(4)对有分支的供电线路可增设分段保护开关。

三、保护接地
漏电保护的侧重点是故障发生后的跳闸时间，一旦发生漏电或人身触电，应尽快切断电源，将故障存在的时间减少到最短。

井下保护接地的侧重点，在于限制裸露漏电电流和。