井下供電系統(tǒng)的漏電保護(hù)論文詳解.doc

摘要 由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，供電系統(tǒng)發(fā)生漏電的幾率遠(yuǎn)比一般地面工業(yè)高，煤礦井下供電電網(wǎng)發(fā)生漏電會(huì)嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。本文首先簡要分析了煤礦井下供電系統(tǒng)發(fā)生漏電的原因、漏電的危害和井下漏電保護(hù)的基本要求，然后介紹了幾種單一漏電保護(hù)方案，最后在此基礎(chǔ)上介紹了一種漏電綜合保護(hù)方案。通過實(shí)施各類優(yōu)化方案，可達(dá)到有效預(yù)防井下漏電事故，確保煤礦安全生產(chǎn)和職工的人身安全。關(guān)鍵詞：井下供電；漏電保護(hù)；單一保護(hù)方；綜合保護(hù)方案 前 言 保護(hù)接地、漏電保護(hù)、過流保護(hù)，稱為煤礦井下電氣網(wǎng)絡(luò)的3大保護(hù)。漏電保護(hù)可以在設(shè)備或線路漏電時(shí)，通過保護(hù)裝置的檢測機(jī)構(gòu)獲得異常信號(hào)，經(jīng)中間機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換和傳遞，然后促使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源而起到保護(hù)作用。第一章 煤礦井下供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電的原因一、煤礦井下供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電故障一般由下列原因造成1、電纜或電氣設(shè)備本身的原因2、因施工不當(dāng)引起漏電3、因管理不當(dāng)引起漏電4、因維修操作不當(dāng)引起漏電5、因意外事故引起漏電6、電纜在井下壓、砸、穿刺;過分彎曲使電纜外皮出現(xiàn)裂隙；運(yùn)行中電纜盤圓或盤“8”字；導(dǎo)致電纜發(fā)熱，絕緣老化，絕緣性能降低；7、用電設(shè)備、電纜閑置不用時(shí)，不能定期升井檢修或干燥，導(dǎo)致設(shè)備、電纜受潮，絕緣降低；8、電氣設(shè)備、電纜選擇不合適，造成長期過截而發(fā)熱，使其絕緣下降。二、煤礦井下供電系統(tǒng)中發(fā)生漏電的原因分析1、敷設(shè)在井下巷道內(nèi)的電纜，由于井下環(huán)境潮濕，且運(yùn)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(yùn)行時(shí)系統(tǒng)對地的絕緣阻抗偏低或發(fā)生漏電；開關(guān)設(shè)備長期使用，接線板潮濕可能造成漏電；其內(nèi)部原件（主要是控制變壓器、接觸器、繼電器、線圈、保護(hù)器等）或?qū)Ь€，因某種原因使絕緣化惡化、導(dǎo)線頭碰殼也會(huì)造成漏電；自動(dòng)饋電開關(guān)中的過流繼電器，當(dāng)調(diào)整螺桿擰得過低時(shí)也會(huì)因相對地放電而造成漏電。2、電纜接線錯(cuò)誤，如誤將相線與地線相接，通電后就會(huì)發(fā)生漏電；橡套電纜接頭違反接線工藝要求，如不用電纜接線盒的連接和明接頭等，這樣接法都破壞了橡套的絕緣，在井下潮氣的侵蝕下容易發(fā)生漏電；電纜與設(shè)備聯(lián)接時(shí)，由于芯線接頭不牢固，密封不嚴(yán)、壓板不緊，運(yùn)行或移動(dòng)時(shí)造成接頭脫落或接頭松動(dòng)，使相線與金屬外殼直接搭接而漏電；橡套電纜懸掛方法違反煤礦安全規(guī)程規(guī)定，采用鐵絲或鐵質(zhì)掛鉤懸掛，時(shí)間一長，揪可能發(fā)生漏電；開關(guān)或其他電氣設(shè)備的內(nèi)部接線錯(cuò)誤，或接線頭松脫碰殼，當(dāng)合閘通電時(shí)便發(fā)生漏電。3、由于井下現(xiàn)場管理不當(dāng)，電纜被埋壓、掉落浸泡于水溝中、巷道變形擠壓使其熱量不易散發(fā)，時(shí)間一久將絕緣老化而漏電；電氣設(shè)備長期過負(fù)荷運(yùn)行造成絕緣老化算壞而漏電；電動(dòng)機(jī)因長期被煤石堵塞風(fēng)道，水冷電機(jī)水壓不足或無水運(yùn)行中造成散熱不良而發(fā)熱，使絕緣老化受損而漏電。對已受潮或遭水淋、水淹的電氣設(shè)備，未經(jīng)嚴(yán)格的干燥處理和對地絕緣電阻阻值遙測，繼續(xù)投入運(yùn)行，極有可能發(fā)生漏電；在井下安裝電纜接線盒，或電纜進(jìn)行冷熱補(bǔ)接頭時(shí)，由于線芯連接不牢固或由于絕緣膠澆灌不均勻，在運(yùn)行期間芯線接頭發(fā)熱，使油和絕緣膠往外滲漏，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生漏電。4、工人工作時(shí)勞動(dòng)工具（鍬、鎬、釬等）易將電纜割傷或碰傷，造成漏電；此外對電氣設(shè)備、電纜的檢查維護(hù)不細(xì)致，操作使用不當(dāng)造成的漏電。如：帶電檢修和搬遷電氣設(shè)備，使供電電纜受到拉、擠、壓等作用，也可能造成漏電；開關(guān)設(shè)備檢修后，殘留在開關(guān)內(nèi)的線頭等未能清理干凈，或?qū)⑿×慵c電工工具等忘在開關(guān)內(nèi)，如果這些東西碰到相線，送電后就會(huì)發(fā)生漏電；修理電氣設(shè)備時(shí)，由于停送電操作失誤、帶電操作或接頭不慎，可能造成人身接觸及一相漏電；開關(guān)分、合閘時(shí)，由于滅弧機(jī)構(gòu)有故障，造成電弧熄滅困難、電弧接觸外殼而漏電；當(dāng)發(fā)生漏電而切斷總電源后，為找漏電支路而分別強(qiáng)行送電也是造成重復(fù)漏電的原因。第二章 煤礦井下發(fā)生漏電的危害煤礦井下由于空間比較狹小，空氣相對濕度較大，工作場所一般較潮濕，環(huán)境溫度高，施工條件差，盡管我們采取了各種防范措施，但仍不可避免井下供電發(fā)生漏電現(xiàn)象。煤礦井下電網(wǎng)發(fā)生漏電時(shí)，由于井下環(huán)境的特殊性，其危害性要比地面情況大得多。歸納起來有以下幾種情況。 1、導(dǎo)致人身觸電危險(xiǎn)，而且人在井下觸及同地面同等電壓的帶電體時(shí)，會(huì)因井下環(huán)境比較潮濕，人體電阻小(5001000)，導(dǎo)致更不容易擺脫帶電體，造成觸電死亡的可能性更大。 2、漏電產(chǎn)生的雜散電流，有超前引爆電雷管的可能，危害極大。 3、漏電產(chǎn)生的火花，能引起瓦斯或煤塵爆炸等惡性事故。 4、大量的漏電電流能使絕緣材料發(fā)熱或造成相間短路，從而引起火災(zāi)等。 5、當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，會(huì)造成另外兩相對地電壓升高3倍，此時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣要承受較高的電壓，可能會(huì)導(dǎo)致絕緣的破壞，使故障進(jìn)一步擴(kuò)大。 6、間歇性的單相接地會(huì)造成電網(wǎng)產(chǎn)生過電壓，使電動(dòng)機(jī)、變壓器等絕緣較弱的電氣設(shè)備的絕緣被擊穿。第三章 井下低壓電網(wǎng)發(fā)生漏電的危害煤礦井下低壓電網(wǎng)大部分在采區(qū)，環(huán)境惡劣，工作人員和生產(chǎn)機(jī)械比較集中，電網(wǎng)若發(fā)生漏電，可能會(huì)導(dǎo)致以下危險(xiǎn)：一、引起瓦斯和煤塵爆炸我國大部分煤礦都有瓦斯和煤塵爆炸的危險(xiǎn)，當(dāng)井下空氣中的瓦斯或煤塵達(dá)到爆炸濃度且存在能量達(dá)到0.28 MJ 的點(diǎn)火源時(shí)，就會(huì)發(fā)生瓦斯或煤塵爆炸。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單線接地或設(shè)備發(fā)生單相碰殼時(shí)，在接地點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生電火花，若此時(shí)電火花具有足夠的能量，就可能點(diǎn)燃瓦斯或煤塵。二、引起人身觸電事故當(dāng)電氣設(shè)備因絕緣損壞而使外殼帶電時(shí)，工作人員接觸外殼就會(huì)導(dǎo)致人身觸電事故。這時(shí)入地電流的一部分將要從人體流過，會(huì)造成人員傷亡。工作人員觸及刺破橡套電纜外護(hù)套而暴露在空氣中的芯線是一種更為嚴(yán)重的人身觸電，此時(shí)入地電流大部分流經(jīng)人體，因此對人員的危害性更大。三、燒損電氣設(shè)備，引起短路長期存在漏電電流，尤其是兩相的過渡電阻因接地而產(chǎn)生的漏電電流，在通過設(shè)備絕緣損壞處時(shí)會(huì)散發(fā)出大量的熱，使絕緣進(jìn)一步損壞，甚至使可燃性材料著火燃燒。長期存在的漏電電流及電火花使漏電處的絕緣加快損壞，破壞相間絕緣而造成短路，形成更大的故障，對礦井安全造成嚴(yán)重威脅。 四、使雷管無準(zhǔn)備引爆漏電電流在其通過的路徑上會(huì)產(chǎn)生電位差，漏電電流的數(shù)值越大，所產(chǎn)生的電位差就越大，如果電雷管兩端引線不慎與漏電回路上具有一定電位差的兩點(diǎn)相接觸，就可能發(fā)生電雷管無準(zhǔn)備爆炸的事故。五、嚴(yán)重影響生產(chǎn)漏電故障的處理時(shí)間很長，一旦電網(wǎng)發(fā)生漏電，必須停電處理，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，降低煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；而且停電使局部通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，通風(fēng)惡化，形成瓦斯積聚，又會(huì)威脅礦井安全。第四章 漏電保護(hù)的基本要求漏電保護(hù)屬于繼電保護(hù)的范疇，也應(yīng)像其他繼電保護(hù)裝置一樣，滿足安全性、選擇性、可靠性和靈敏性這4 個(gè)要求。一 漏電保護(hù)的四個(gè)基本要求（一）、安全性指的是漏電保護(hù)從最嚴(yán)重的人身觸電事故發(fā)生到電源被切除的時(shí)間乘以流過人體的電流應(yīng)小于30 mA/s；而對于單相接地導(dǎo)致的漏電故障來說，應(yīng)保證在切斷電源或發(fā)生間歇性漏電時(shí)，其接地點(diǎn)的漏電火花能量要小于0.28 MJ。（二）、選擇性指在發(fā)生漏電事故時(shí)漏電保護(hù)裝置只切除供電系統(tǒng)中漏電部分的電源，要保留非漏電部分電源。無論是放射式供電還是干線式供電，均能將故障時(shí)的停電范圍盡可能減小。（三）、可靠性指漏電保護(hù)裝置，自身必須要具有一定的可靠性，在保護(hù)單元內(nèi)發(fā)生漏電故障時(shí)，不能有拒動(dòng)的情況；而當(dāng)保護(hù)單元外發(fā)生任何故障時(shí)，也不能誤動(dòng)。（四）、靈敏性指漏電保護(hù)裝置對臨界漏電故障具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力，以便及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和解決問題。第五章 漏電保護(hù)器的工作原理一、漏電保護(hù)器的工作原理漏電保護(hù)器主要包括檢測元件(零序電流互感器)、中間環(huán)節(jié)(包括放大器、比較器、脫扣器等)、執(zhí)行元件(主開關(guān)) 以及試驗(yàn)元件等幾個(gè)部分。三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護(hù)器工作原理示意圖。TA 為零序電流互感器，GF 為主開關(guān)，TL 為主開關(guān)的分勵(lì)脫扣器線圈。在被保護(hù)電路工作正常，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由克希荷夫定律可知，通過TA 一次側(cè)的電流相量和等于零，即：這樣TA 的二次側(cè)不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，漏電保護(hù)器不動(dòng)作，系統(tǒng)保持正常供電。當(dāng)被保護(hù)電路發(fā)生漏電或有人觸電時(shí)，由于漏電電流的存在，通過TA 一次側(cè)各相電流的相量和不再等于零，產(chǎn)生了漏電電流Ik。在鐵心中出現(xiàn)了交變磁通。在交變磁通作用下，TL二次側(cè)線圈就有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生， 此漏電信號(hào)經(jīng)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理和比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，使主開關(guān)分勵(lì)脫扣器線圈TL 通電，驅(qū)動(dòng)主開關(guān)GF自動(dòng)跳閘，切斷故障電路，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。用于單相回路及三相三線制的漏電保護(hù)器的工作原理與此相同，不贅述。 二、漏電保護(hù)器額定漏電動(dòng)作電流的選擇正確合理地選擇漏電保護(hù)器的額定漏電動(dòng)作電流非常重要: 一方面在發(fā)生觸電或泄漏電流超過允許值時(shí)，漏電保護(hù)器可有選擇地動(dòng)作；另一方面，漏電保護(hù)器在正常泄漏電流作用下不應(yīng)動(dòng)作，防止供電中斷而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。漏電保護(hù)器的額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)滿足以下三個(gè)條件:1、 為了保證人身安全，額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)不大于人體安全電流值，國際上公認(rèn)30mA為人體安全電流值；2、 為了保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行，額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)躲過低電壓電網(wǎng)正常漏電電流；3、 為了保證多級保護(hù)的選擇性，下一級額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)小于上一級額定漏電動(dòng)作電流，各級額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)有級差112215倍。第一級漏電保護(hù)器安裝在配電變壓器低壓側(cè)出口處。該級保護(hù)的線路長，漏電電流較大，其額定漏電動(dòng)作電流在無完善的多級保護(hù)時(shí)， 最大不得超過100mA；具有完善多級保護(hù)時(shí)，漏電電流較小的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為75mA ，陰雨季節(jié)為200mA；漏電電流較大的電網(wǎng)，非陰雨季節(jié)為100mA，陰雨季節(jié)為300mA。第二級漏電保護(hù)器安裝于分支線路出口處，被保護(hù)線路較短，用電量不大，漏電電流較小。漏電保護(hù)器的額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)介于上、下級保護(hù)器額定漏電動(dòng)作電流之間，一般取3075mA。第三級漏電保護(hù)器用于保護(hù)單個(gè)或多個(gè)用電設(shè)備，是直接防止人身觸電的保護(hù)設(shè)備。被保護(hù)線路和設(shè)備的用電量小，漏電電流小，一般不超過10mA，宜選用額定動(dòng)作電流為30mA，動(dòng)作時(shí)間小于011s 的漏電保護(hù)器。第六章 幾種單一保護(hù)方案分析一、零序電流式漏電保護(hù)零序電流式漏電保護(hù)中，在電網(wǎng)發(fā)生非對稱性漏電的情況下，電網(wǎng)在產(chǎn)生零序電壓的同時(shí)，回路中也出現(xiàn)零序電流，利用零序電流互感器，取值加以利用，驅(qū)動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。優(yōu)缺點(diǎn)：零序電流式漏電保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)放射式電網(wǎng)中橫向選擇性漏電保護(hù)，還可以應(yīng)用于中性點(diǎn)接地及不接地系統(tǒng)中。但也具有動(dòng)作電阻值不固定.不能保護(hù)對稱性漏電以及不能補(bǔ)償電容電流等缺點(diǎn)。二、零序電壓式漏電保護(hù)零序電壓式漏電保護(hù)中，當(dāng)電網(wǎng)非對稱性漏電時(shí)，三相對地電壓不平衡，會(huì)出現(xiàn)零序電壓。零序電壓通過電壓互感器二次側(cè)開口三角形取出，利用零序電壓的大小，來反映電網(wǎng)對地的絕緣程度。當(dāng)零序電壓大到一定的程度時(shí)，執(zhí)行回路動(dòng)作，使饋電開關(guān)跳閘，以實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。優(yōu)缺點(diǎn)：零序電壓式漏電保護(hù)能夠檢測電網(wǎng)漏電時(shí)的零序電壓，算是一種較好的漏電保護(hù)手段，但也具有動(dòng)作電阻值不固定.不能保護(hù)對稱性漏電故障.保護(hù)無選擇性且只能用在變壓器中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中等缺點(diǎn)。三、零序功率方向式漏電保護(hù)零序功率方向式漏電保護(hù)中，當(dāng)電網(wǎng)非對稱性漏電時(shí)，由取樣電路分別從電網(wǎng)中取出零序電壓和各支路的零序電流信號(hào)，經(jīng)過放大整形，由相位比較電路來判斷出故障支路，最后啟動(dòng)執(zhí)行電路，切斷故障支路的電源，實(shí)現(xiàn)有選擇性的漏電保護(hù)。優(yōu)缺點(diǎn)：零序功率方向漏電保護(hù)具有很強(qiáng)的橫向選擇性，但也具有動(dòng)作電阻阻值不固定.不能保護(hù)對稱性漏電以及不能補(bǔ)償電容電流等缺點(diǎn)。四、附加電源直流檢測式漏電附加電源直流檢測式漏電保護(hù)中，三相電抗器.零序電抗器.萬用表和繼電器電阻為定值，電網(wǎng)對地絕緣電阻值r 為可變值。當(dāng)直流電壓一定時(shí)，直流繼電器中電流值將隨r 值而變。當(dāng)r 下降到一定程度時(shí)，直流繼電器動(dòng)作，其常開接點(diǎn)接通自動(dòng)饋電開關(guān)的分勵(lì)脫扣線圈，或常閉接點(diǎn)斷開無壓釋放線圈，自動(dòng)饋電開關(guān)跳閘，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。優(yōu)缺點(diǎn)：附加電源直流檢測式漏電保護(hù)具有保護(hù)全面.動(dòng)作無死區(qū)，保護(hù)不受故障類型.發(fā)生地點(diǎn)以及電網(wǎng)狀態(tài)的影響，對整個(gè)供電單元具有電容電流補(bǔ)償效果等優(yōu)點(diǎn)，但其也具有保護(hù)無選擇性.電容電流補(bǔ)償具有靜態(tài)性以及保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間長等缺點(diǎn)。五、無附加電源直流檢測式漏電保護(hù)無附加電源直流檢測式漏電保護(hù)中，其利用3 個(gè)整流管構(gòu)成漏電保護(hù)裝置，這3 個(gè)整流管分別接到電網(wǎng)三相上，另一端采用星接的方式經(jīng)電阻接地。由于電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地，經(jīng)3 個(gè)整流管的直流電流，必須流過電阻R.大地和電網(wǎng)對地絕緣電阻r 才能返回到電源，因此該電流的大小就直接反映了電網(wǎng)對地的絕緣狀況，檢測直流電流的大小，就可形成漏電保護(hù)。優(yōu)缺點(diǎn)：實(shí)質(zhì)上，無附加電源直流檢測式漏電保護(hù)同附加電源直流檢測式漏電保護(hù)基本原理是一致的，這種漏電保護(hù)結(jié)構(gòu)簡單，具有較高直流電壓，它能夠真實(shí)地反映電網(wǎng)的絕緣水平，但是也有保護(hù)無選擇性.漏電保護(hù)值受電源電壓波動(dòng)影響較大等缺點(diǎn)。六、旁路接地式漏電保護(hù) 旁路接地式漏電保護(hù)中，當(dāng)發(fā)生單相觸電或人身觸及電網(wǎng)的一相時(shí)，由檢測選相器確認(rèn)故障并輸出動(dòng)作指令，然后由執(zhí)行電路強(qiáng)制故障相旁路接地，利用專設(shè)的接地極電阻分流，降低漏電點(diǎn)電流。優(yōu)缺點(diǎn)：旁路接地式漏電保護(hù)安全性較高，能有效削弱斷電后電動(dòng)機(jī)反電勢和電網(wǎng)分布電容儲(chǔ)能，減少對觸電人員的危害，但其具有保護(hù)范圍單純.只限單相漏電和人身觸電.電路較為復(fù)雜等缺點(diǎn)。第七章 一種綜合保護(hù)方案由于不同的礦井使用的單一漏電保護(hù)方案各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，所以要想使得漏電保護(hù)的效果比較理想，就要求我們綜合各種漏電保護(hù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以達(dá)到礦井的安全要求。下面介紹一種功能較為完善的綜合漏電保護(hù)方案。該方案設(shè)置了5 種保護(hù)單元：首先采取附加三相接地電容組，達(dá)到消除方向型保護(hù)的動(dòng)作死區(qū)；裝在總開關(guān)的負(fù)荷一側(cè)，它的星形點(diǎn)連接在接地網(wǎng)上；再采用1 臺(tái)旁路式漏電繼電器，設(shè)置在總開關(guān)處，旁路接地大大提高了保護(hù)系統(tǒng)的安全性，還實(shí)現(xiàn)了延時(shí)的縱