礦業(yè)井下安全用電及保護課件

礦業(yè)井下安全用電及保護2023/7/2712023/7/272學習要求：一般掌握：對礦用電氣設備的基本要求及其防爆原理、漏電的基本概念與原理、漏電、觸電的預防措施、保護接地的基本概念、井下過流保護、過電壓保護。2.重點掌握：漏電（觸電）電流分析計算、漏電保護原理、保護接地分析、短路電流的分析與計算。

安全用電及保護2023/7/273

安全用電及保護煤礦井下三大保護*：漏電保護保護接地過流保護2023/7/274§2-1礦用電氣設備及其防爆原理(1)一、煤礦井下的環(huán)境特點及對礦用電氣設備的要求井下的沼氣、煤塵等易爆環(huán)境要求設備要有防爆性能。井下巷道、硐室、采面空間狹窄，要求設備體積小、重量輕。井下會發(fā)生片幫、冒頂、掉矸等意外砸壓，要求設備應有堅固的外殼，及較強的抗震能力。井下空氣潮濕，有滴水、淋水等情況，要求設備防潮性能好，較高的絕緣水平。2023/7/2755.井下散熱條件差，硐室巷道溫度較高，要求設備盡量選擇耐熱性好的銅材作導體，并采用較高的絕緣等級6.井下電氣設備啟動頻繁，電網電壓波動大，負荷變化大，容易過載，要求電機等拖動設備有較大的啟動力矩和較強的過負荷能力。7.井下供電系統(tǒng)及設備容易發(fā)生漏電、人身觸電、短路、過負荷、電火災、電雷管提前引爆等電氣事故，所以必須采用各種預防措施和設置必要的保護裝置，以防止事故的發(fā)生，一旦發(fā)生事故，保護裝置會迅速切斷故障部分電源，防止事故進一步擴大，確保礦井、設備、人員安全。§2-1礦用電氣設備及其防爆原理(2)2023/7/276二、瓦斯、煤塵爆炸條件分析礦井發(fā)生瓦斯煤塵爆炸必須同時具備以下兩個條件：瓦斯煤塵濃度在爆炸濃度范圍內；存在足夠溫度的點火源。如明火、高熱導體、電火花等。以上兩個條件缺一不可?！?-1礦用電氣設備及其防爆原理(3)2023/7/277瓦斯、煤塵爆炸條件瓦斯爆炸：濃度5%~16%溫度650~750℃煤塵爆炸：濃度30~2000g/m3溫度700~800℃2023/7/278二、瓦斯、煤塵爆炸條件分析(1)瓦斯煤塵的爆炸，從接觸點火源到發(fā)生化學反應引起爆炸要經過一段時間，該時間稱為引爆延遲時間。延遲時間隨點燃溫度的升高而縮短，隨瓦斯煤塵的濃度的降低而增大，一般不超過幾秒。點燃溫度和延遲時間對礦用電氣設備的設計制造有重大意義。點燃溫度用來確定電氣設備及導電體的最高允許溫度；延遲時間用來設計超前切斷保護的時間，用來在引起爆炸前切斷點火源。2023/7/279為防止瓦斯煤塵的爆炸，應采取以下預防措施：

1）將瓦斯煤塵含量嚴格控制在非爆炸的范圍內?？赏ㄟ^加強通風降低瓦斯含量，通過灑水減少懸浮的煤塵。

2）控制井下各種可能引爆的熱源、火源和電源，使之不能外露或低于引爆溫度。

3）完善井下供電系統(tǒng)的保護，在系統(tǒng)或設備可能引爆瓦斯煤塵爆炸時及時切斷電源。

4）建立健全有效的安全制度和操作制度，保證井下供電系統(tǒng)和設備的正常運行。二、瓦斯、煤塵爆炸條件分析(2)2023/7/2710三、礦用電氣設備的類型與防爆原理(1)礦用電氣設備分為礦用一般型電氣設備（標志KY）和礦用防爆型電氣設備（標志Ex）。對礦用一般型電氣設備的基本要求為：外殼有一定的防水、防外物的要求；引入電纜的接線端子有一定的空氣間隙和漏電距離的要求；有良好的耐潮性能，有內外接地螺栓；進線裝置符合相應的防爆電氣設備制造規(guī)程；接線盒的內壁盒可能產生火花的金屬外殼內壁涂耐弧漆。2023/7/2711

防爆型電氣設備：采取了特別的防爆措施，可以在爆炸危險環(huán)境場所正常安全使用的礦用電氣設備。I類為煤礦井下用電氣設備，II類為工廠用電氣設備。按防爆結構不同分為10種基本類型。六種常用防爆類型：增安型EXeI2.隔爆型

EXdI充油型EXoI4.本質安全型

EXibI正壓型EXpI6.特殊型EXsI其余4種：充砂型、氣密型、澆封型、無火花型三、礦用電氣設備的類型與防爆原理(2)2023/7/2712礦用增安型（EXeI）對正常運行時不產生電弧、火花或危險高溫的電氣設備，采取加大絕緣、增大電氣間隙和漏電距離等方式，進一步提高安全程度，防止內部發(fā)生短路及接地故障，并嚴格控制外殼的表面溫度，以達到防爆的目的的設備。主要適用井下異步電動機、照明燈、接線盒等固定式電氣設備。三、礦用電氣設備的類型與防爆原理(3)2023/7/2713

礦用隔爆型（EXdI）具有隔爆外殼的礦用電氣設備。隔爆外殼利用了間隙防爆原理設計制造，應有足夠的機械強度，能耐受內部爆炸性混合物可能產生的最大壓力，并嚴格控制結合面的間隙、寬度及加工光潔度，使電氣設備外殼內部發(fā)生的電火花及爆炸不致引燃外部爆炸性混合物。即要求隔爆外殼要有耐爆性和隔爆性能。三、礦用電氣設備的類型與防爆原理(4)2023/7/27142.礦用隔爆型（EXdI）

1）耐爆性：也稱為爆炸穩(wěn)定性，即外殼要有足夠的機械強度，在外殼內爆炸性混合物的爆炸壓力作用下，外殼不致于被破壞，因而爆炸所產生的火焰不能直接去點燃殼外的爆炸性混合物。（1）根據(jù)設備的凈容積確定外殼的機械強度。（2）設計隔爆外殼時，盡量避免具有多個連通空腔的結構；外殼的縱向與橫向尺寸比不宜過大；選擇合適的外形（最優(yōu)：長方形圓柱形正方形圓球形（避免使用））等。

2023/7/27152.礦用隔爆型（EXdI）2）隔爆性：也稱不傳爆性，即當爆炸性混合物在外殼內爆炸所產生的高溫氣體與火焰，通過外殼與殼體的結合面向外噴出時，受到足夠的冷卻，使之不能將殼外的爆炸性混合物點燃引爆。隔爆性能主要靠隔爆面長度（L）、間隙厚度（W）和隔爆面光潔度即隔爆三要素保證。2023/7/27163.防爆充油型（EXoI）將可能產生火花、電弧或危險高溫的帶電部件浸在變壓器油（絕緣油）中，使之不與油面上爆炸性混合物相接觸，電弧或火花在油中被冷卻熄滅，不致引燃油面上的爆炸性混合物，達到防爆目的。本質安全型（EXibI）

在規(guī)定的試驗條件下，正常工作或規(guī)定的故障條件下，所產生的電火花和熱效應，均不能點燃規(guī)定的爆炸性混合物的電路，叫做本質安全電路，所有電路均為本安電路的電氣設備叫做本質安全型（本安型）。三、礦用電氣設備的類型與防爆原理2023/7/2717本質安全型（EXibI）試驗表明，井下沼氣、煤塵的最小點燃能量為0.28mJ，本質安全型電氣設備，必須做到在正常工作或故障狀態(tài)下都不產生短時能量達到0.28mJ的電火花。通過適當選擇電氣元件和系數(shù)參數(shù)，降低電源電壓，減小線路電流，對儲能元件采取消能措施，在本安電路與非本安電路間采用安全柵，防止非本安電路的能量進入本安電路，限制電火花能量。2023/7/27185.防爆正壓型（EXpI）將新鮮空氣或惰性氣體充入密封具有正壓外殼的電氣設備外殼內部，并保持一定的正壓，以阻止設備外部的爆炸性混合物進入外殼內部，使點火源與周圍的爆炸性混合物隔離，達到防爆目的。6.特殊型防爆電氣設備（EXsI）結構上不屬于以上類型或組合類型的電氣設備，經過國家防爆檢驗機構通過試驗并確認具有防爆能力的電氣設備，稱為特殊型防爆電氣設備。

1）網罩隔爆結構2）微孔隔爆結構三、礦用電氣設備的類型與防爆原理2023/7/2719四、礦用電氣設備的使用范圍及選用選用礦用電氣設備首先應根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第410條的規(guī)定選用。還應貫徹經濟和維護簡便的原則。隔爆型造價昂貴且維護不便，故在可用一般型或增安型的場所，盡量選用?？刂啤⒈O(jiān)測、通訊等弱電系統(tǒng)的電氣設備，應優(yōu)先考慮本安型設備。這類設備體積小，重量輕，便于攜帶，造價低廉，且安全程度高。使用場所煤與沼氣突出礦井和沼氣噴出區(qū)域沼氣礦井類別井底車場、總進風道或主要進風道翻罐籠硐室采區(qū)進風道總回風道、主要回風道、采區(qū)回風道、工作面和工作面進風回風道低沼氣礦井高沼氣礦井高低壓電機和電氣設備礦用防爆型（增安型除外）礦用一般型礦用一般型礦用防爆型礦用防爆型礦用防爆型（增安型除外）照明燈具礦用防爆型（增安型除外）礦用一般型礦用增安型礦用防爆型礦用防爆型礦用防爆型（增安型除外）2023/7/2721§2-2漏電與觸電漏電是電網對地發(fā)生電能泄漏的電氣故障，特征是電網對地的絕緣阻抗降低，泄漏入地電流增大。觸電經常被認為是電網發(fā)生漏電故障的一種形式，直接威脅工作人員的生命安全。2023/7/2722一、漏電故障漏電故障的基本概念電力系統(tǒng)中，當帶電導體對大地的絕緣阻抗降低到一定程度，使經過該阻抗流入大地的電流增大到一定程度，即稱該帶電導體（或供電系統(tǒng)）發(fā)生漏電故障。正常情況下電網對地絕緣阻抗很大，流入大地的泄漏電流很小，這時一般不認為是漏電故障。當流入大地的電流增大到幾十毫安、幾安培甚至幾十安培時，這時可以判定電網發(fā)生了漏電故障。當入地電流增大到幾百安培以上時，這時已經超出了漏電故障，進入過流（短路）故障。2023/7/2723是正常的泄漏電流，還是漏電電流的判斷一般根據(jù)電流的大小、電網的結構、電壓等級、中性點接地方式等各種因素綜合考慮，兩者之間沒有嚴格的界限。如中性點直接接地的低壓供電系統(tǒng)，當發(fā)生一相導線直接與大地相連，這時通過接地點流入大地的電流在幾百、幾千安培，屬于短路故障。但是如果是發(fā)生單相經過較大的過渡阻抗接地，如地電流一般不會超過幾個安培，則屬于漏電故障。1.漏電故障的基本概念2023/7/2724漏電故障的基本概念中性點不接地的低壓供電系統(tǒng)，如果電網對地絕緣很好，如果發(fā)生一相導線直接接地，這時電網通過接地點流入大地的電流一般不足1A，屬于漏電故障。中性點經高阻抗接地或消弧線圈接地的供電系統(tǒng)，當發(fā)生單相直接接地或經過渡阻抗接地，入地電流也不大，屬于漏電故障。2023/7/2725我國井下普遍使用變壓器中性點絕緣的低壓供電系統(tǒng)，漏電故障定義為：在中性點絕緣的低壓供電系統(tǒng)中發(fā)生單相接地（包括直接接地和經過過渡阻抗接地）或兩相、三相對地的總絕緣阻抗下降到一定危險值的電氣故障為漏電故障，簡稱漏電。人身觸電屬于其中的單相經過過渡電阻接地的漏電故障。1.漏電故障的基本概念2023/7/2726漏電可分為集中性漏電和分散性漏電。集中性漏電又分為長期集中性漏電、間歇性集中漏電和瞬間集中漏電。從理論分析的角度，漏電可分為單相漏電、兩相漏電和三相漏電。其中前兩種為不對稱漏電故障，后者為對稱性漏電故障。1.漏電故障的基本概念2023/7/27271.漏電故障的基本概念單相漏電電流回路示意圖。2023/7/27282.產生漏電的原因1）電纜或電氣設備本身的原因（1）敷設在井下巷道的電纜由于井下環(huán)境潮濕，且運行多年，其絕緣老化或潮氣入侵，引起絕緣電阻下降，使正常運行時系統(tǒng)對地的絕緣阻抗偏低或發(fā)生漏電。如果偶然發(fā)生過電壓沖擊，也會使絕緣水平較低處發(fā)生擊穿，產生集中性漏電。（2）開關設備長期使用，接線板潮濕可能造成漏電；內部元件或導線絕緣老化或導線頭碰殼也會造成漏電；自動饋電開關中的過流繼電器，當調整螺桿過低時也會因相對地放電造成漏電。2023/7/27292.產生漏電的原因

（3）長期使用的電動機，工作時繞組發(fā)熱膨脹，停機后冷卻收縮，使絕緣在冷縮中形成縫隙，潮氣、粉塵容易進入，在發(fā)生絕緣受潮、繞組散熱不好時使絕緣材料變性、老化造成漏電。電機內接頭脫落導致一相導線接觸外殼形成單相漏電故障。2023/7/27302.產生漏電的原因2）因施工安裝不當引起漏電（1）電纜施工接線錯誤；橡套電纜接頭違反施工工藝要求等；（2）電纜與設備連接時，芯線接頭不牢、封堵不嚴、壓板不緊，運行或移動過程造成接頭脫落或接頭松動等；（3）橡套電纜違反規(guī)定用鐵絲或銅絲懸掛，時間長造成漏電；（4）開關或其他電氣設備的內部接線錯誤，或接頭松脫，導致漏電。2023/7/27312.產生漏電的原因3）因管理不嚴引起漏電（1）管理不嚴，電纜被埋或脫落浸泡水中而引起漏電故障；（2）電氣設備長期過負荷運行造成絕緣老化而發(fā)生漏電；（3）電機長期被矸石堵塞風道，造成通風不良發(fā)熱使絕緣受損而漏電；（4）對已經發(fā)生受潮或水淹的電氣設備未經過嚴格的干燥處理和對地絕緣電阻、耐壓測試又投入運行，而發(fā)生漏電。2023/7/27322.產生漏電的原因

4）因維修操作不當引起漏電（1）工人工作時勞動工具容易使電纜刮傷或碰傷，造成漏電。設備移動時電纜容易受到擠壓等造成漏電；（2）冷熱補的橡套電纜或澆灌的電纜接頭，由于芯線連接不牢，絕緣膠澆灌不均勻等造成運行期間接頭容易發(fā)熱，最終造成漏電；（3）開關設備檢修后，殘留在設備內的線頭、金屬碎片、小零件、電工工具等遺留在設備內容易發(fā)生漏電；（4）修理電氣設備時停送電操作錯誤造成漏電；（5）開關分合閘，滅弧機構故障等造成漏電2023/7/27335）因意外事故造成漏電（1）電纜因頂板脫落砸傷、礦車出軌、支柱傾倒等意外機械事故使電纜絕緣破損發(fā)生漏電；（2）井下電纜因短路造成局部對地絕緣損壞，恢復送電時容易發(fā)生漏電；（3）大氣過電壓侵入井下供電系統(tǒng)，擊穿電纜對地絕緣而發(fā)生漏電。2023/7/27343.漏電的危害1）人身觸電2）引起沼氣、煤塵爆炸3）使電雷管無準備引爆4）燒損電氣設備，引起火災5）引起短路事故6）嚴重影響生產7）造成經濟損失2023/7/2735二、觸電及影響觸電程度的因素觸電：人體觸及帶電導體或因絕緣損壞而帶電的電氣設備外殼，甚至接近高壓帶電體而成為電流通路的現(xiàn)象。觸電對人體的危害分為電擊和電傷。電擊是觸電后人體成為電路的一部分，電流流經人體引起熱化學反應、電解血液并影響人的呼吸、心臟及神經系統(tǒng)，造成人體內部組織的損傷和破壞，導致殘廢和死亡。電擊也稱內傷。電傷是人體觸及高壓時，強電弧對人體表面的燒傷，當燒傷面積不大時，一般沒有生命危險。對低壓電網，大部分為電擊事故。顯然，一般情況，電擊對人體的傷害強于電傷。2023/7/2736影響觸電程度的因素：

1.觸電電流：人身觸電時流過人身的電流，是直接影響人身安全的重要因素。觸電電流越大，對人體組織的破壞越大，也就越危險。根據(jù)人體對電流的感受程度，觸電過程分為四個階段：

（1）感知電流男：1.1mA女：0.7mA

（2）反應電流

1.5～5mA

（3）擺脫電流男：9mA女：6mA

（4）極限電流

30mA30mA?s二、觸電及影響觸電程度的因素電流mA50Hz交流直流0.6～1.5始有感覺，手指有麻刺感無感覺2～3手指有強烈麻刺感，顫抖無感覺5～7手部痙攣感覺癢、刺痛、灼熱8～10手難以擺脫帶電體，手指到手腕有劇痛熱感增加20～25手迅速麻痹，不能擺脫帶電體，劇痛，呼吸困難熱感覺增強較大，手部肌肉不強烈收縮50～80呼吸麻痹心室開始震顫有強烈熱感覺，手部肌肉收縮，痙攣，呼吸困難90～100呼吸麻痹，持續(xù)3s以上則心臟麻痹，心室顫動呼吸麻痹100～300時間0.1s以上則呼吸心臟麻痹，肌體受電流熱破壞2023/7/27382.人體阻抗：觸電電流流經人體各部分阻抗之和，包括體內電阻和皮膚電阻。通常取1000Ω。3.接觸電壓：觸電時人體接觸帶電部分與站立點之間的電位差稱為接觸電壓，最大值為設備對地的相電壓。4.觸電持續(xù)時間：從觸電瞬間開始到人體脫離電源或電源被切斷的時間。與觸電電流一樣是影響觸電程度的重要因素。因此我國現(xiàn)行的30mA?s的安全值規(guī)定，即根據(jù)此道理。5.其他因素：電流類型（直流危險小于交流）、頻率（50～60Hz危害最大）、電流途徑（局部、體表較輕）、人的體質狀態(tài)、心理狀態(tài)等。

二、觸電及影響觸電程度的因素觸電電流與觸電電壓的關系2023/7/2740三、人身安全電流影響觸電程度最主要的因素是觸電電流大小和觸電時間的長短。

1.安全電流：發(fā)生觸電時不會致死、致傷的通過人體的最大觸電電流。我國規(guī)定為30mA。

2.允許安秒值：國際通用規(guī)定為：30mA?s

3.安全電壓：通過安全電流推算出，規(guī)定：在沒有高度危險的條件下65V，在高度危險的條件下為36V，在特別危險條件下，采用12V。2023/7/2741四、井下低壓電網人身觸電電流下圖為中性點絕緣的井下低壓供電單元原理圖。T為動力變壓器，Rma為人體電阻，r=r1=r2=r3為各相對地絕緣電阻，r>>Rma，C=C1=C2=C3為各相對地電容，C約為0～1uF。T2023/7/2742利用戴維南等效定理求人身觸電電流。求M、N之間的開路電壓

M、N間開路，相當于電網沒有發(fā)生單相漏電故障，因此三相電網仍然對稱，變壓器二次繞組中性點N’的電位為零，則

四、井下低壓電網人身觸電電流分析2023/7/2743

輸入阻抗即不看外部電路，且內電路中的電壓源按短接，電流源按開路考慮時，從M、N兩點測得的阻抗。此時相當于L1、L2、L3及N’各點短接，三相對地電阻合對地電容為并聯(lián)關系。有

ri=r/3Ci=3C

總的輸入阻抗Zin為ri與Ci的并聯(lián)，為：2.求M、N間的輸入阻抗Zin2023/7/2744

對人身觸電情況，外電路的阻抗即為人身電阻。故有：Zex=Rma。則電網發(fā)生人身單相觸電等效電路如右圖：3.外電路阻抗Zex2023/7/2745根據(jù)電路原理，人身觸電電流為人身觸電電流2023/7/2746人身觸電電流2023/7/2747取有效值，得：其中ω=2πf=2x3.14x50=314人身觸電電流例：設電網每相對地電容C＝0.5uF，每相對地電阻為r=35kΩ,電網電壓V＝660V，求人身單相觸電電流。人體電阻取1kΩ。解：根據(jù)公式有：

可見，即使對中性點絕緣的低壓供電系統(tǒng)，人身單相觸電電流也是非常危險的。

那么，通過提高電網對地絕緣水平，是否就可以降低人身觸電電流呢？令則有：結論：單純通過提高對地絕緣水平，不一定能降低人身觸電電流，有時可能相反。

如果通過改變電網對地電容，對人身觸電電流有何影響？令公式中C=0，則有：

結論：通過減小電網對地電容，即減小電網容性電流，對降低人身觸電電流是有效的辦法。2023/7/2751人身觸電電流值隨絕緣電阻和電容的變化規(guī)律2023/7/2752五、預防漏電、觸電的措施加強井下電氣設備的管理和維護，定期對電氣設備進行檢查和試驗，性能指標達不到要求的，應立即更換；將帶電導體、電氣元件和電纜接頭，都封閉在堅固的外殼內，在設備外殼與蓋子間設置可靠的機械閉鎖，強制斷電源后開蓋。對不能封閉的帶電裸導體，如機車架空線，應將其安裝在一定的高度，防止人身觸電。加強手持式電動工具的把手絕緣對人員接觸機會較多的電氣設備采用較低的電壓如手電鉆、照明設備采用127V電壓，控制電壓在12～42V以內。井下配電變壓器中性點絕緣運行，嚴禁直接接地2023/7/2753§2-3井下低壓電網的漏電分析一、井下低壓供電系統(tǒng)的基本特點采用變壓器中性點不接地或高阻接地運行方式。

優(yōu)點：漏電電流小，比較安全

缺點：對漏電保護裝置靈敏度要求高。對中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生人身單相觸電時，人身觸電電流為：

380mA>>30mA，足以危及人身和礦井安全，如果發(fā)生單相直接接地，短路電流更大。2023/7/2754一、井下低壓供電系統(tǒng)的基本特點2.以一臺動力變壓器為一個相對獨立的供電單元。

只要對一個小供電系統(tǒng)單元能設置一套完善的漏電保護系統(tǒng)，就可以解決所有電網的漏電保護問題。3.動力電壓等級為380V、660V、1140V三種。其中660V和1140V電壓等級應用最多，綜采礦井一般為1140V，一些更高等級的電壓正在試驗中。4.低壓線路全部由電纜組成。在電路分析過程中不能忽略電網對地的電容。電網對地電容是分散的，但為了方便分析，一般用集中性電容代替。660V電網，C的數(shù)值在0～1uF，r在60～300kΩ。2023/7/2755二、井下低壓電網的漏電分析理論分析的目的：求出發(fā)生漏電后各相對地電壓、入地電流、零序電流和中性點的對地電壓或零序電壓的數(shù)學表達式，并討論其隨電網參數(shù)、漏電程度的變化規(guī)律。1.單相漏電分析(1)

井下低壓供電單元發(fā)生單相漏電電路圖如圖：

Rtr為L1相漏電過渡電阻，變化范圍在0～11KΩ等效電路圖1.單相漏電分析(2)1.單相漏電分析(3)N點為變壓器的中性點，N’為大地，在L1相發(fā)生單相漏電時，過渡電阻為Rtr。當未發(fā)生單相漏電時，電路為三相對稱，即VNN’＝0，無零序電壓，也沒有零序電流。三相對地只有較小的對稱的各相對地泄漏電流，在大地中達到平衡。電網每相對地阻抗Zzs：1.單相漏電分析(4)發(fā)生單相漏電時，等于在L1相Zzs上并聯(lián)一個Rtr，此時電網三相不再對稱。L1相Zzs’=Zzs//Rtr。用戴維南等效原理（看作二端網絡），得零序電壓：

將Zzs’=Zzs//Rtr帶入，得到：1.單相漏電分析(5)各相零序電流為故障相對地電壓1.單相漏電分析(6)非故障相對地電壓電網經Rtr入地的漏電電流為1.單相漏電分析(7)單相漏電分析(8)發(fā)生單相漏電各相對地電壓向量關系變化如圖：2.兩相漏電分析(1)兩相漏電等效電路如圖：2.兩相漏電分析(2)兩相漏電分析方法同單相漏電分析。零序電壓為：將Zzs’=Zzs//Rtr帶入，得到：各相零序電流為故障相對地電壓非故障相對地電壓電網經Rtr入地得電流電網入地總漏電電流為：2023/7/2770兩種漏電分析比較（1）兩種故障下零序電壓與各相對地電壓的向量關系基本相似；（2）在相同的電網參數(shù)和故障條件（Rtr）下，單相漏電的零序電壓和零序電流的有效值大于兩相漏電；（3）在中性點絕緣的電網發(fā)生單相漏電、兩相漏電等不對稱故障時，必產生一定大小和相位的零序電壓和零序電流，而故障處的各相對地電壓則分別等于各相正常時的相電壓與零序電壓的向量和，電網線電壓仍保持對稱。2023/7/2771兩種漏電分析比較（4）當兩相漏電過渡電阻Rtr0時，電網就發(fā)生兩相接地短路，成為短路加漏電的復合型故障。而對于中性點對地絕緣的系統(tǒng)，發(fā)生單相直接接地故障時，由于接地電流很小，不屬于短路故障，而屬于漏電故障。2023/7/2772漏電分析

工程實際中，井下低壓電網發(fā)生兩相漏電的幾率遠遠小于單相漏電，其故障程度也比單相漏電輕。單相漏電故障約占漏電故障總數(shù)的85%左右，而相當一部分（＞30%）的單相漏電故障不及時切除，將發(fā)展為更嚴重的短路故障。因此井下低壓電網漏電故障研究主要針對單相漏電。2023/7/2773§2-4漏電保護漏電保護的目的是通過切斷電源的操作來防止人身觸電傷亡和漏電電流引爆沼氣煤塵。保護方式有：

附加直流電源檢測式漏電保護利用三個整流管的漏電保護零序電壓式漏電保護零序電流式漏電保護零序功率方向式漏電保護旁路接地式漏電保護2023/7/2774一、對漏電保護的要求：

全面、安全、可靠、靈敏、有選擇性1.全面：指保護范圍應覆蓋整個供電單元，沒有動作死區(qū)，無論供電單元內何處發(fā)生何種類型的漏電故障（對稱或不對稱的），都能起到保護跳閘作用。另一個要求是，無論設備或電網處于什么狀態(tài)（合閘前、合閘后、合閘過程中），當發(fā)生漏電故障應能起相應的保護作用，或切斷電源，或閉鎖送電開關，禁止對故障設備或線路送電?！?-4漏電保護(1)2023/7/2775一、對漏電保護的要求(2)2.安全：即要求滿足30mA·s安秒值的規(guī)定。從最嚴重的觸電事故發(fā)生到電源被切除的時間乘以流過人體的電流，其乘積應不超過30mA·s。因此一方面要提高保護裝置的動作速度，另一方面降低通過人身的觸電電流。應保證在切斷電源或發(fā)生間歇性漏電時，接地點的漏電火花能量小于0.28mJ。2023/7/2776一、對漏電保護的要求(4)3.保護可靠：一指保護裝置本身有較高的可靠性，二指保護性能要可靠，當本供電單元發(fā)生漏電故障時，它一定動作，而本單元以外的任何故障，它一定不動作。4.動作靈敏：指保護裝置對故障的反應能力，在發(fā)生最輕漏電故障時也能可靠動作，即靈敏度高。5.選擇性：是保護系統(tǒng)的一個重要參數(shù)，要求在供電單元中只切除故障部分的電源，而不切除非故障部分的電源。確保在發(fā)生故障時停電的范圍盡可能小。2023/7/2777二、漏電保護原理附加電源直流檢測式漏電保護1）保護原理：電網發(fā)生漏電故障，最容易檢測到電網各相對地絕緣電阻的下降。通過在電網上附加一直流電源的方式，檢測電網對地的絕緣阻抗，判斷是否發(fā)生漏電故障。

附加電源直流檢測式漏電保護電氣原理圖2023/7/27791、附加直流電源檢測漏電保護(2)

直流電源V通過三相電抗器1L所組成的人為中性點（也可通過變壓器中性點）加在三相電網與大地之間，直流電流I由電源正極流出入地，經絕緣電阻r1,r2,r3進入三相線路，再由三相電抗器1L、零序電抗器2L、千歐表KΩ（直流毫安表）和直流繼電器KD返回電源負極。2023/7/2780對于穩(wěn)定的直流電源，電容C和電網對地電容C1、C2、C3相當于開路，不會有電流通過，則電流I為：1、附加直流電源檢測漏電保護(3)2023/7/27811、附加直流電源檢測漏電保護(4)對直流回路，rΣ相當于三相電網各相對地的絕緣電阻并聯(lián)。若一相絕緣電阻降低為r，其余兩相為正?；驘o限大，則rΣ＝r；若L1、L2兩相絕緣電阻同時下降，且r1=r2=r，而L3相為正常，則rΣ＝r/2;若三相對地絕緣電阻同時下降，且r1=r2=r3=r，則rΣ＝r/3。2023/7/27821、附加直流電源檢測漏電保護(5)設RΣ=RKD+RKΩ+R2l+R1l/3為保護裝置內阻，則當V和RΣ一定時，直流繼電器KD和千歐表中的電流值將隨rΣ的變化而變化。而直流繼電器選定后，動作電流即確定。當rΣ下降到一定程度，當電流I大于繼電器動作電流時，KD便動作，通過自動饋電開關跳閘，達到漏電保護的目的。2023/7/27832）直流繼電器動作值的確定。直流繼電器的動作值應根據(jù)線路對地絕緣rΣ的大小來確定，線路對地絕緣低到危險值后動作。考慮到人身安全電流為30mA，因此，

rΣ的整定值要滿足使人身觸電電流小于30mA的條件。在不考慮電網對地電容時，有1、附加直流電源檢測漏電保護(6)2023/7/2784直流繼電器動作值的整定代入Ima=30mA,Vl1=380V（相電壓）,Rma=1000Ω,可得r＝35kΩ.即對于井下660V低壓電網，相對地實際絕緣水平必須在35kΩ以上，否則在發(fā)生人身觸電時就可能危及人身安全。因此可以確定單相漏電保護裝置的動作電阻應為：

rΣ＝r/3＝11.7kΩ低壓電網的單相、兩相、三相漏電的動作電阻值應為1：2：3關系，即11.7：23.4：35kΩ的關系。2023/7/2785直流繼電器動作值的整定三相電網交流對裝置的影響：當電網對地絕緣阻抗不對稱時，即使電源電壓正常，也會有交流電流流經三相電抗器、零序電抗器進入直流回路，使保護裝置受到交流電流的干擾，因而動作值不再保持1：2：3的關系。同時電網的對地電容電流也對動作值產生影響。為消除交流電流對直流回路的影響，在零序電抗器與大地之間接入一個大電容C0（幾個微法至幾十微法），構成交流通路（電容具有隔直流同交流的特性），通過C0的濾波作用，消除了交流電流的影響。2023/7/27863）電容電流的補償由于電網對地電容的存在，會使漏電電流和人身觸電電流顯著增大。在電容電流完全被補償?shù)那闆r下，漏電電流或人身觸電電流才可能為最小。利用零序電抗器的電感電流與對地電容電流的反相特點，實現(xiàn)電容電流的補償。2023/7/27873）電容電流的補償電容電流補償后的等效圖等效內阻為：2023/7/27883）電容電流的補償當電容電流與電感電流完全相等時，即電容電流被全部補償時，漏電電流最小。即

L=1/3ω2C.或XL=X3C當XL>X3C時漏電電流呈容性即欠補償狀態(tài)；當XL<X3C時漏電電流呈感性即過補償狀態(tài)；當XL=X3C時即（完）全補償或最佳補償狀態(tài)；2023/7/27894）附加直流電源檢測式漏電保護的優(yōu)點附加直流電源檢測式漏電保護的優(yōu)點：（1）保護全面。保護范圍幾乎可以覆蓋到整個低壓供電保護單元，唯一不能保護的是一段由井下動力變壓器低壓側至總低壓開關的電纜。保護動作無死區(qū)，故障跳閘不受故障類型和發(fā)生的時間地點的影響。（2）對整個供電單元具有電容電流補償，漏電電流和人身觸電電流較小。2023/7/2790（3）動作值整定簡單，數(shù)值固定，而且能直接反應電網對地的絕緣情況；（4）這種保護裝置與井下供電單元的各分組饋電開關、磁力啟動器中的漏電閉鎖單元結合，可以構成一個簡單易行、可靠性高、成本低廉且易于查找故障支路的漏電保護系統(tǒng)；4）附加直流電源檢測式漏電保護的優(yōu)點2023/7/27915）缺點（1）保護無選擇性，即在供電單元的任何處發(fā)生漏電故障，都將引起總開關跳閘，停電范圍大。（2）電容電流的補償是靜態(tài)補償，電感電抗值調整好后不能隨電網對地電容的大小變化而自動調節(jié)，無法保持在最佳補償狀態(tài)。（3）保護裝置的動作時間較長。2023/7/27922.利用三個整流管的漏電保護利用三個整流管構成的漏電保護原理圖如圖：2023/7/2793工作原理：三個整流管V1、V2、V3，分別接到電網的L1、L2、L3三相，另一端以星形方式接在一起，并經繼電器或負載電阻Rlo接地。由于變壓器的中性點不接地，經三個整流管整流以后的直流電流，必須流經Rlo大地電網對地的絕緣阻抗r1、r2、r3，才能返回電源。所以該電流的大小直接反應了電網對地的絕緣狀況，通過判斷該電流的變化，可以檢測漏電保護。2.利用三個整流管的漏電保護2023/7/27942.利用三個整流管的漏電保護特點及應用：結構簡單，不需要另設直流電源，即可獲得直流檢測式漏電保護所具有的保護特性。另外具有較高的直流電壓，所以能夠較真實反應電網的絕緣水平。缺點：動作值受電源電壓波動的影響較大和對整流管的反向電壓要求較高，因此只適合在較低電壓等級電網使用，如127V煤電鉆綜合保護中采用。2023/7/27953.零序電壓式漏電保護利用漏電時零序電壓的大小，來反應電網對地的絕緣程度，當零序電壓達到一定程度時即認為發(fā)生漏電，使饋電開關跳閘。缺點：動作電阻值不固定、無選擇性、不能保護對稱性漏電故障、只能在變壓器中性點非直接接地系統(tǒng)中，一般應用在6kV及以上電壓電網絕緣監(jiān)視保護中。2023/7/27964.零序電流式漏電保護在電網中發(fā)生非對稱性漏電故障時，如果存在零序回路，則在回路中出現(xiàn)零序電流。通過零序電流互感器檢測出該零序電流的大小，在超過整定值時使繼電器動作，切斷故障線路電源。利用各支路零序電流的方向的不同，可實現(xiàn)放射式電網的橫向選擇性漏電保護。既可在中性點不接地系統(tǒng)中應用，中性點接地系統(tǒng)中也可應用。缺點：動作電阻值不固定、不能保護對稱性故障、不能補償電容電流。2023/7/27975.零序功率方向式漏電保護利用零序電流或零序電壓的幅值大小來判斷供電系統(tǒng)是否發(fā)生漏電，同時利用各支路的零序電流與零序電壓的相位關系判斷故障支路，然后切除故障支路，實現(xiàn)有選擇性切除故障的保護方式。優(yōu)點：有較強的橫向選擇性，當支路發(fā)生漏電時，停電范圍很小。缺點：與零序電流方向保護類似。2023/7/27985.零序功率方向式漏電保護保護原理圖：2023/7/27996.旁路接地式漏電保護保護原理如圖：2023/7/271006.旁路接地式漏電保護當電網發(fā)生單相接地或人身觸及一相線時，由檢測選相器確認故障相并迅速輸出動作信號，執(zhí)行繼電器1~3KD迅速將故障相旁路接地，利用專設的接地極電阻Rgr的分流作用，降低人身觸電電流或經漏電點的電流，而不影響電網的正常運行。故障支路跳閘后，旁路接地裝置復位。2023/7/271016.旁路接地式漏電保護優(yōu)點：安全性較高，對礦井的安全生產和人身安全有較好的保障。缺點：保護范圍只能對單相漏電或觸電，且電路復雜，對裝置本身可靠性要求高。為了避免兩相或三相誤接地，電路中還必須設置電氣閉鎖。六種漏電保護的特點比較保護方式全面性選擇性動作值應用附加直流電源檢測√（供電單元內任意地點、任意類型的漏電故障）×固定低壓供電單元保護總后備用三個整流管檢測固定127V煤電鉆綜合保護器采用零序電壓×（只能檢測非對稱性漏電<單相、兩相漏電>故障，不能檢測三相對稱性漏電故障）×不固定6kV中性點不直接接地系統(tǒng)零序電流/零序功率方向√（橫向選擇性）中性點接地/不接地/不直接接地系統(tǒng)旁路接地×（只能檢測單相漏電故障）×（可檢測故障相）不固定低壓供電單元漏電保護系統(tǒng)2023/7/27103三、礦用隔爆檢漏繼電器JY82型礦用隔爆檢漏繼電器適用于煤礦井下中性點絕緣系統(tǒng)，電壓為380V或660V，頻率為50Hz的三相交流電網，能在井下任何有瓦斯煤塵爆炸性危險的場所正常工作。與低壓供電單元的總饋電開關QA配合，可以對整個供電單元實現(xiàn)漏電跳閘保護。2023/7/271041）主要功能（1）通過內設的歐姆表時刻監(jiān)視電網的絕緣電阻，以便及時進行預防性檢修；（2）當運行中的電網對地絕緣電阻降低到危險值或發(fā)生人身觸及一相帶電導體或電網一相接地故障，能夠迅速動作，使自動饋電開關跳閘，切斷電源，防止觸電漏電事故；（3）當人觸及電網一相時，可以補償通過人身的電容電流，從而減少通過人身的總電流，降低觸電危害，同時減少入地電流，降低引爆沼氣煤塵的能力。2023/7/271051.JY82型礦用隔爆檢漏繼電器2）結構、電路及元件

JY82檢漏繼電器由隔爆外殼、可拆出電氣芯子組成。外殼的前蓋利用止口卡在外殼本體上，并與隔離開關的操作手柄有機械閉鎖，以確保在斷電源后開蓋，開蓋后就無法接通電源。前蓋上有一個玻璃窗口，可以觀察歐姆表的指示數(shù)值；另有一個試驗按鈕，用以檢查繼電器能否可靠工作；下面的喇叭口用以接輔助接地極。2023/7/27107QS－隔離開關，檢漏繼電器的電源開關，對自動饋電開關有電氣閉鎖作用。當此開關不合閘，即檢漏繼電器未投入運行，由于其一組節(jié)點QS1接通了自動饋電開關的脫扣器線圈YA的電源，自動饋電開關不能合閘。即實現(xiàn)漏電保護的強制投入。

1L－三相電抗器，作用是把直流檢測回路與三相交流電網連接起來的元件。三相電抗器的三個線圈始端分別接在電網的三相上，末端結成星形，接在直流檢測回路；其中一相有二次線圈，作為橋式整流器VC和指示燈HL的電源，二次線圈做成抽頭式。JY82各主要元件的作用：2023/7/27108 2L－零序電抗器。作用一：本身有較大的電抗值（十萬歐姆），可以保證三相電抗器星形點對地的絕緣水平；作用二：通過它的電感性電流補償漏電、觸電時的電容性電流。

C2－電容器，也叫接地電容，用來接通檢測繼電器的交流回路。當電網發(fā)生漏電時，交流電流經C2入地，減少交流電流對繼電器KD直流電路的干擾，防止檢漏繼電器誤動作。JY82各主要元件作用2023/7/27109

KD－直流繼電器，檢漏繼電器的執(zhí)行元件，額定動作電流5mA，有兩個常開節(jié)點KD1和KD2，KD1為動作節(jié)點，用以接通自動饋電開關脫扣器線圈的電源，KD2為自保節(jié)點，且比KD1先行閉合，這樣可以提高繼電器的動作可靠性，并能防止間歇性漏電時，燒毀節(jié)點KD1。

R1－平衡電阻，阻值為1千歐，使整流器經常有穩(wěn)定的負荷，保證整流器的輸出電壓的穩(wěn)定。JY82各主要元件作用2023/7/27110

kΩ－歐姆表，實際為一只刻著歐姆刻度的直流毫安表，用以直接監(jiān)視電網的對地絕緣水平；

C1－延時電容器，防止在檢漏繼電器投入運行的瞬間，因C2的充電電流引起KD的誤動作。

VC－橋式整流器，提供附加的直流檢測電源。

HL－指示燈，供給歐姆表照明，并兼作檢漏繼電器投入與否的指示燈。

R3－試驗電阻，用以檢查檢漏繼電器工作是否可靠，對660V電網為10kΩ，380V電網為3.5kΩJY82各主要元件的作用2023/7/27111各主要元件的作用

SB－試驗按鈕，與試驗電阻和輔助接地極配合，檢查漏電繼電器動作是否可靠。

1PE－局部接地極。

2PE－輔助接地極，供試驗用，安裝點距離檢漏繼電器的局部接地極5m以上。1.JY82型礦用隔爆檢漏繼電器2023/7/27112（1）監(jiān)視電網的絕緣水平

JY82采用附加直流電源檢測式漏電保護。當隔離開關QS合閘后，整個檢漏繼電器即通過三相電抗器1L與總開關QA連接，開始工作。其直流檢測回路為：VC(+)kΩ表SB2PE大地電網對地總絕緣電阻R電網1L2LKDVC(?)，形成閉合回路。3）工作原理1PE2023/7/271133)工作原理此時，通過歐姆表的直流電流I為：

VC－附加直流電源電壓；R－三相電網對地總的絕緣電阻，R=r/3；Σr－除R外，整個直流檢測回路的各元件電阻之和。直流檢測回路中的電流隨R的減小而增大。通過毫安表的讀數(shù)就可反應電網對地絕緣電阻值。2023/7/271143）工作原理（2）漏電、觸電保護當人觸及電網任一相或電網對地絕緣電阻下降到危險值，檢測電流I通過下面回路：

VC(+)kΩSB2PE大地人體電阻

電網1L2LKDVC(-)。形成閉合回路。由于人體電阻Rma為1kΩ，遠小于R，或者R本身降到了較小值，則檢測電流I將超過5mA，直流繼電器KD動作，KD2先閉合自保，后KD1閉合，接通總開關QA脫扣器線圈YA的電路，自動饋電開關跳閘，實現(xiàn)了漏電保護。1PER2023/7/271153）工作原理（3）檢漏繼電器的可靠性試驗煤礦安全規(guī)程規(guī)定：每天應對低壓檢漏繼電器的運行情況進行一次試驗，發(fā)現(xiàn)檢漏裝置有故障或網路絕緣降低時，應立即停電處理，修復后方可送電。試驗時，按下試驗按鈕SB，接通試驗回路：VC(+)kΩ1PE2PESBR32FU1L中間相2LKDVC(-)。由于R3小于檢漏繼電器的整定值，直流檢測電流I將大于5mA，檢漏繼電器動作，饋電開關跳閘，說明設備工作正常。2023/7/271163）工作原理（4）電網對地電容電流的補償通過調節(jié)零序電抗器2L的電感量（抽頭），使電感電流與電容電流相抵消，從而降低漏電電流。在試驗調整時，可用三組容量相等的電容器組成模擬電網，當調整電感抽頭使外加毫安表讀數(shù)為最小時，即認為達到最佳補償。補償效果E0：E0=(I1-I2)/I2х100%

I1：無補償I2：最佳補償時電流表讀數(shù)2023/7/27117四、井下低壓漏電保護系統(tǒng)方案旁·直·零式選擇性漏電保護系統(tǒng)共設置了五種保護單元或插件：

1）附加三相接地電容器組(C)，用來消除方向型保護動作死區(qū)，裝設在總開關的負荷側，其星形點連在接地網。

2）旁路接地式漏電繼電器(PL)一臺，設置在總開關處。采用旁路接地，保護系統(tǒng)的安全性能大大提高，使得靠延時的縱向選擇性得以實現(xiàn)。2023/7/27118旁·直·零式選擇性漏電保護系統(tǒng)3）直流檢測式漏電保護器插件(JY)一塊，裝設于總開關內，主要用來彌補方向型漏電保護的動作死區(qū)（對稱性故障），并作為整個漏電保護的總后備。

4）零序功率方向式漏電保護插件(UI)若干，在除總開關以外的所有饋電開關和磁力啟動器中各裝設一塊，主要完成橫向選擇性漏電保護。

5）直流檢測式漏電閉鎖插件(JB)若干，裝設地點同方向型插件，也可與方向型插件合一。根據(jù)縱向選擇性的要求，縱向各自的跳閘時間應在延時上有一定的差別。2023/7/271192.選擇性自動復電漏電保護系統(tǒng)所謂自動復電，即地面自動重合閘技術在井下的運用。具有自動復電功能的保護系統(tǒng)，可以減少故障停電時間，提高電網的供電可靠性，并具有選擇性。但是設計必須滿足《煤礦安全規(guī)程》第424條的規(guī)定，即在低壓饋電線上應有可靠的漏電、短路檢測閉鎖裝置。2023/7/27120系統(tǒng)由帶重合閘的饋電開關（總開關采用真空型）、磁力啟動器與直流檢測式漏電保護、閉鎖、延時插件等構成。保護原理：在該供電單元中任何地方發(fā)生任何性質的漏電故障或人身觸電時，設在總開關處的直流檢測式漏電保護插件動作，使總開關跳閘斷電，單元內所有開關啟動器均失壓脫扣斷電；約經過0.5s的延時，各處漏電閉鎖電路投入運行，選擇性尋找故障支路，并將故障支路的開關或啟動器閉鎖；而后經過1～2s，從總開關開始逐級自動恢復正常部分的供電。2.選擇性自動復電漏電保護系統(tǒng)2023/7/27121§2-5保護接地與保護接零漏電保護的側重點是故障發(fā)生后的跳閘時間，一旦發(fā)生漏電或人身觸電，應盡快切斷電源，將故障存在的時間減少到最短。（被動保護）井下保護接地的側重點，在于限制裸露漏電電流和人身觸電電流的大小，最大限度的降低故障的嚴重程度。（主動保護）兩種保護在井下電網中相輔相成，缺一不可，對井下電網的安全運行有重要作用。保護接零主要用于地面低壓三相四線制中性點直接接地的供電系統(tǒng)中，對防止人身觸電有重要作用。

2023/7/27122一、保護接地及其作用原理保護接地，就是用導體把電氣設備中所有正常不帶電、當絕緣損壞時可能帶電的外露金屬部分（電動機、變壓器、電器、測量儀表的金屬外殼、配電裝置的金屬構件、電纜終端盒與金屬外殼等），和埋在地下的接地極連接起來。是預防人身觸電的一項極其重要的措施。2023/7/27123保護接地及其作用原理沒有裝保護接地時的情況。當電氣設備內部絕緣損壞而使一相帶電體碰殼時，若人接觸此外殼，則電流經過人體入地，在經過其它兩相對地絕緣阻抗回到電源。當電網對地絕緣阻抗較低時，則通過人身的電流將遠超過安全值（見前面的計算）。同時，碰殼處出現(xiàn)的漏電電流還可能引起沼氣煤塵爆炸。2023/7/27124保護接地及其作用原理有保護接地時的情況。這時，當電氣設備內部絕緣損壞而使一相帶電體碰殼時，若人接觸外殼，電流將通過人體電阻與接地裝置的接地電阻所構成的并聯(lián)支路入地，在通過其它兩相對地絕緣阻抗回到電源。由于接地裝置的分流作用，通過人身的電流便大大減少。

2023/7/27125保護接地及其作用原理通過人身的電流與通過接地的電流有如下關系：

式中Rgr

——接地極的接地電阻，對于井下，Rgr<=2Ω；Igr——流過接地極的電流，A。2023/7/27126保護接地及其作用原理對于中性點絕緣的660V低壓電網，單相接地電流不大于1A。據(jù)公式可得

Ima=2×1000mA/1000=2mA<<30mA可見，保護接地對人身觸電安全是非常重要的。另外，接地電阻Rgr越小，則流經人體的電流Ima就越小，電流大部分由接地極入地。2023/7/27127將接地電阻的數(shù)值控制在規(guī)程規(guī)定的范圍以內，就可以使通過人身的電流降到反應電流以內，確保人身安全。由于裝設了保護接地裝置，碰殼處的漏電電流大部分將經接地極入地。即使設備外殼與大地接觸不良而產生火花，但由于接地裝置的分流作用，使電火花能量大大減小，從而避免引爆瓦斯、煤塵的危險。保護接地及其作用原理2023/7/27128電氣設備發(fā)生單相碰殼，接地電流經接地極入地后，向四周流散，形成地中電流。距接地極越近，電流通過土壤的導電面積越小，反之越大。在電流擴散的方向上選同長的一段，可見距接地極越近，半球面表面積越小，電阻較大；越遠的地方，電阻越小。離接地極20m以外的地方，土壤電阻很小，近似認為零。電流通過電阻時產生壓降，距接地極越近的地方，單位長度上的電壓降越大；反之也就越小。在20m以外的土壤中，幾乎沒有電壓降，因而認為該處的電位為零，即通常所說的電氣上的“地”。接地回路中任何一點對“地”的電位差稱為對地電壓。

保護接地及其作用原理接地極附近土壤中的電位分布曲線如圖

2023/7/27130

接地極的對地電壓與經接地極流入地中的接地電流之比稱為接地極的流散電阻；電氣設備接地部分的對地電壓與接地電流之比稱為接地裝置的接地電阻，它等于接地線的電阻與接地極的流散電阻之和。因為接地線的電阻很小，可略去不計，故一般認為接地電阻等于流散電阻。

保護接地及其作用原理2023/7/27131跨步電壓的概念：當接地極有電流流過時，在離接地極20m的圓內，地面上具有不同的電位分布。當人的兩腳站在這種帶有不同電位的地面時，兩腳間的電位差叫做跨步電壓。在計算時，一般取步距0.8m，即取0.8m間的電位差為跨步電壓。由圖可知，距接地極越近，跨步電壓越大，反之越小。保護接地及其作用原理二、井下保護接地系統(tǒng)（1）井下各種電氣設備裝設了單獨的保護接地裝置，并不能完全消除觸電的危險。如圖所示的系統(tǒng)中，電動機M1和M2均裝設了單獨的保護接地裝置。

當電動機M1發(fā)生單相碰殼（如L3相），則其外殼帶電；如電網沒有絕緣監(jiān)視或絕緣監(jiān)視失靈，這一接地故障將長期存在。此時假設電動機M2的另一相（如L1相）絕緣擊穿碰殼，這時電網就發(fā)生了兩相對地短路，短路電流如圖所示。2023/7/27134如果這一短路電流不足以使過流保護裝置動作，這一故障將長期存在下去，這時電氣設備外殼將帶有危險的電壓。

兩電動機外殼對地電壓的大小，與兩電動機的接地電阻成正比。若電動機M1和M2的接地電阻大小相等，則兩電動機外殼對地電壓相等，為電網電壓的一半，即380V電網對地電壓為190V；660V電網對地電壓為330V。這時如果人觸及該電動機外殼時，是非常危險的。二、井下保護接地系統(tǒng)（2）2023/7/27135解決方案：通常利用供電的高、低壓鎧裝電纜的金屬外皮（鉛包和金屬鎧裝層）和橡套（塑料）電纜的接地芯線或屏蔽護套，把分布在井底車場、運輸大巷、采區(qū)變電所以及工作面配電點的電氣設備（36V以上）的金屬外殼在電氣上連接起來，這樣就使各處埋設的接地極（或稱局部接地極）也并連起來，形成一個井下保護接地系統(tǒng)（或稱總接地網）。這樣做既降低接地電阻，也可防止不同電氣設備的不同相同時碰殼（接地）所帶來的危險。

二、井下保護接地系統(tǒng)（3）如圖所示。因為接地網電阻遠遠小于接地極電阻，這時兩相短路電流主要通過接地網流通，因而提高了兩相短路電流的數(shù)值，保證過流保護裝置可靠動作。

井下保護接地系統(tǒng)

井下保護接地系統(tǒng)有主接地極、局部接地極、接地母線、輔助接地母線、接地導線和連接導線組成。設置在井底主、副水倉或集水井內的接地極稱為主接地極。主接地極要用面積不小于0.75m2，厚度不小于5mm的鋼板做成。如礦井水為酸性時，應視其腐蝕性情況適當加大其厚度，或鍍上耐酸金屬，或采用其它耐腐蝕鋼板。一般在主、副水倉內各設一個主接地極，以保證一個水倉清理或檢修接地極時，另一個起保護作用。有幾個水平的礦井，每個礦井的總接地網都要與主接地極連接。礦井內分區(qū)從井上獨立供電者（包括鉆眼供電）,可以單獨在井下或井上設置分區(qū)的主接地極。

為加強接地系統(tǒng)的可靠性，在裝有電氣設備的地點獨立埋設的接地極成為局部接地極。需要裝設局部接地極的地點有：（1）每個裝有固定電氣設備的峒室和單獨的高壓配電裝置；（2）采區(qū)變電所（包括移動變電所）和至少有3臺開關的低壓配電點；（3）連接動力鎧裝電纜內的每個接線盒；（4）采煤工作面的機巷、回風巷以及由變電所單獨供電的掘進工作面，至少要分別設置一個局部接地極。井下保護接地系統(tǒng)局部接地極可用面積不小于0.6m2，厚度不小于3mm的鋼板；如礦井水為酸性時，應采取與主接地極相同的措施。局部接地極應放在巷道的水溝中。無水溝的地方埋設局部接地極時，可以用直徑不小于35mm，長度不小于1.5m的鍍鋅鋼管，鉆直徑不小于5mm的透孔20個以上，鋼管必須埋設于潮濕的地方。井下保護接地系統(tǒng)連接井底主、副水倉內主接地極的母線成為接地母線。井下各機電峒室、配電點、采區(qū)變電所內與局部接地極、電氣設備外殼、電纜的接地部分連接的母線稱為輔助接地母線。接地母線及變電所輔助接地母線應采用截面不小于100mm2的鍍鋅扁鋼（或鍍鋅鋼絞線）或截面不小于50mm2的裸銅線。采區(qū)配電點及其他機電峒室的輔助接地母線應采用截面積不小于50mm2的鍍鋅扁鋼（或鍍鋅鋼絞線），或截面積不小于25mm2的裸銅線。井下保護接地系統(tǒng)從接地網或輔助接地母線引向電氣設備（包括電纜）的接地部分的導線稱連接導線（或接地引線）。從局部接地極引出的導線稱接地導線。連接導線、接地導線應采用截面不小于50mm2的鍍鋅扁鋼（或鍍鋅鋼絞線）或截面不小于25mm2的裸導線。電壓為127V及以下的電氣設備的接地導線、連接導線可采用截面積不小于6mm2的裸銅線。禁止采用鋁導體作為接地極、接地母線，輔助接地母線、連接導線和接地導線。接地母線與主接地極、局部接地級的連接要用焊接。接地導線和接地母線（或輔助接地母線）的連接最好也采用焊接。無條件時，可用直徑不小于10mm的鍍鋅螺栓加防松裝置（彈簧墊、雙螺帽）擰緊連接，連接處還應鍍錫或鍍鋅。

井下保護接地系統(tǒng)采掘工作面的移動機械以及不便裝設固定接地極的設備，它們的外殼應利用六芯或四芯橡套軟電纜中的接地芯線來接地。這時接地總線的一段接移動設備外殼，另一段接采區(qū)配電點設備外殼。巷道內固定照明接線盒，可以每隔100m左右作局部接地一次。對礦井接地系統(tǒng)的總接地電阻，一般可不進行計算，但必須定期測定。要求從任意一個局部接地裝置處所測的接地系統(tǒng)總接地電阻不得超過2Ω。每一移動式電氣設備與接地系統(tǒng)或局部接地極之間的接地芯線的電阻，不得超過1Ω。井下保護接地系統(tǒng)2023/7/27143三、保護接零

1.保護接零的作用地面低壓380/220V采用三相四線制供電系統(tǒng)，由于使用廣泛，并帶有生活、照明等負荷，發(fā)生人身觸電的幾率較高。這種供電系統(tǒng)，采用變壓器中性點直接接地的運行方式，其接地的中性點叫零點，由零點引出的線或接地的中性線叫零線。

保護接零，就是把電氣設備正常情況下不帶電的金屬部分與電網的零線作電氣連接的保護措施。保護接零電氣示意圖2023/7/27145保護接零的目的：保證人身安全，防止發(fā)生觸電傷亡事故。當電氣設備發(fā)生一相碰殼故障時，則通過設備外殼造成相線對零線的單相短路，電流超出正常工作電流許多倍，能使線路上的過流保護裝置迅速動作，限制了故障存在的時間，減少觸電幾率。此時，如果在電源被切斷之前恰有人觸及該漏電設備外殼，可利用保護接零的分流作用，減少人身觸電電流，降低接觸電壓，以保證人員的安全。三、保護接零2023/7/271462.重復接地沿零線把一點或多點再次接地，成為重復接地。重復接地的作用：進一步降低發(fā)生單相碰殼接地短路時人體的接觸電壓，并可減少零線斷線時漏電設備外殼的對地電壓。

三、保護接零如圖所示，未采用重復接地時，當電氣設備發(fā)生單相碰殼時，故障點以后的零線上電壓為1/2相電壓（設零線與相線同材質同截面）。如圖所示，采用重復接地后，如果工作接地電阻與重復接地電阻相等，相線截面與零線截面也相等，則接觸電壓僅為1/4相電壓，在無重復接地時，若零線斷線并發(fā)生一相碰殼，則斷電以后的零線上及其它接零外殼上，將出現(xiàn)接近相電壓值的對地電壓。在有重復接地后，相電壓V降落在重復接地電阻及中性點接地電阻上。如果忽略導線電阻，則斷點后面的零線及接零外殼上對地電壓為如果Rgr.r=Rgr.N時，外殼對地電壓為相電壓的一半；如果Rgr.r>Rgr.N，則外殼對地電壓將大于1/2的相電壓，這種情況對人身來說顯然是不安全的，何況在一般情況下Rgr.r總是大于Rgr.N

的。因此，在供電系統(tǒng)中，應盡量避免零線斷線事故的發(fā)生，在三相四線制供電系統(tǒng)的零線上，一般不允許裝設熔斷器。

2023/7/27151四、井下接地電阻的測定《煤礦安全規(guī)程》第449條規(guī)定，井下接地網上任一保護接地點測得的接地電阻值，不得超過2Ω。此外，在有沼氣及煤塵爆炸危險的礦井內進行接地電阻測量，應采用本質安全性測量儀表。

1.電流、電壓表法

2.用ZC-18型本質安全性接地電阻測量儀測量

最簡單的測量方法有電流、電壓表法。圖中A為被測的接地極；B為第一輔助接地極（金屬探針），用于測定A與大地零電位的電壓；C為第二輔助接地極（金屬探針），使測量電流能在A、C和大地之間形成回路。合上開關QS，測取電壓表和電流表的讀數(shù)（Vtg和Igr），則接地極A的接地電阻Rgr=Vtg/Igr。電流、電壓表法2023/7/27153用ZC-18型本質安全性接地電阻測量儀測量

用于具有沼氣煤塵爆炸危險的礦井中，測量礦井內各種電氣設備的接地電阻值，以及低電阻導體的電阻值。測量儀由手搖發(fā)電機、電流互感器、電位器及檢流計等組成。全部機構裝于鋁合金鑄造的便攜式外殼內，附件有輔助接地探測針（電位探針P’和電流探針C’）及聯(lián)接導線等，裝于附件袋內。2023/7/27155測量步驟（1）沿被測接地極E’，使電位探測針P’和電流探測針C’依直線彼此相距20m,且P’位于E’和C’之間;（2）用導線將E’、P’和C’與儀表相應端鈕聯(lián)接；（3）

將儀表水平放置，檢查檢流計的指針是否指示黑線上，否則可調整零位調節(jié)器S0，使之對準黑線；2023/7/27156測量步驟

（4）轉動量限轉換開關SA，將倍率標度盤撥于乘10倍數(shù)檔，慢慢轉動發(fā)電機的手把，同時轉動測量表度盤（電位器3RP隨之轉動），使檢流計的指針對準黑線；（5）如測量標度盤的讀數(shù)小于1時，應將倍數(shù)表度盤置于乘1的倍數(shù)檔，在重新調整測量表度盤，已得到正確的讀數(shù)，即為所測接地極E’的電阻值Rgr。2023/7/27157§2-6礦井電網短路電流計算

在供電系統(tǒng)中，短路時最嚴重的故障之一，煤礦井下電網若發(fā)生短路故障，更是危害極大。掌握電網發(fā)生短路時短路電流的變化規(guī)律、穩(wěn)態(tài)短路參數(shù)的計算及短路電流的破壞效應等知識，有助于電氣設備的正確選擇和過流保護裝置的設置與整定，在礦井電網的故障分析中有重要作用。

2023/7/27158一、短路的原因、種類及危害（1）短路是指供電系統(tǒng)中不等電位的導體在電氣上被短接，如相與相之間的短接、相與地之間的短接等。

產生短路的主要原因是由于電氣設備載流部分絕緣損壞。絕緣損壞是由于絕緣老化、過電壓、機械損傷等造成。

三相電網中，可能發(fā)生的主要短路類型有三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路。第一種短路稱為對稱短路，后三種通稱為不對稱短路。

兩相對地短路三相短路兩相短路單相對地短路2023/7/27160在供電系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，但一般三相短路的短路電流值最大。為了使電氣設備在最嚴重的短路情況下不致?lián)p壞，常用三相短路電流來校驗電氣設備承受短路的能力。兩相短路電流數(shù)值最小，常用來校驗短路保護裝置的靈敏度，使保護裝置對最輕的短路故障也有較強的反應能力。一、短路的原因、種類及危害（2）

2023/7/27161短路產生的危害：（1）短路電流比正常電流一般要大幾十倍甚至幾百倍，這樣大的短路電流對供電系統(tǒng)及電氣設備要造成很大的危害。例如，強大的短路電流所產生的熱和電動力效應會使電氣設備受到破壞；短路點的電弧可能燒毀電氣設備；短路點附近的電壓顯著降低，使供電受到嚴重影響或被迫中斷；若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路，還可能影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使并列運行的發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)解列。一、短路的原因、種類及危害（3）

2023/7/27162（2）不對稱接地短路所造成的零序電流，會在附近的通訊線路內產生感應電動勢，干擾通訊；（3）在井下，短路也是引起沼氣煤塵爆炸和電氣火災的主要原因之一。

因此，在供電系統(tǒng)中必須設置短路保護，一旦發(fā)生短路，應盡快切斷故障部分的電源。一、短路的原因、種類及危害（4）

2023/7/27163二、無限大電源容量系統(tǒng)

短路電流暫態(tài)過程及參數(shù)

無限大電源容量是一個相對的概念，它是指電源距短路點的“電氣距離”較遠、電源額定容量遠大于系統(tǒng)供給短路點的短路容量的電源，常用S=∞表示?！半姎饩嚯x”較遠，實際上是指電源阻抗小于短路回路總阻抗10%的情況。對于無限大電源容量系統(tǒng)，在分析短路暫態(tài)過程中，可以不考慮電源內部的參數(shù)，可以認為電源電壓維持不變。

2023/7/271641.三相短路電流暫態(tài)過程分析

供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路的電路如圖所示，R、L為線路的電阻和電感，Rlo和Llo為負載的電阻和電感。由于電路對稱，可取一相來分析。

2023/7/27165短路前電路中的電壓和電流為

其中1.三相短路電流暫態(tài)過程分析

2023/7/271661.三相短路電流暫態(tài)過程分析在S處發(fā)生三相短路時，負載回路被短接，失去電源。S點處的電位為零，電源電壓全部加在短路回路上。在電源至短路點的回路內，電流將由原來的負載電流增大為短路電流，其瞬時值可由短路回路的微分方程來確定。

2023/7/271671.三相短路電流暫態(tài)過程分析可得一相的回路方程式為

解一階常系數(shù)非齊次微分方程，可得短路全電流表達式為

暫態(tài)非周期分量穩(wěn)態(tài)周期分量2023/7/271681.三相短路電流暫態(tài)過程分析式中:Ipe

——短路后的穩(wěn)態(tài)電流值，稱周期分量；Iap

——短路電流非周期分量；Ipe.m

——短路電流周期分量幅值；