煤矿井下供配电设计规范GB50417.doc

煤矿井下供配电设计规范GB 504172007条文说明 1总则 1.0.1本条明确了煤矿井下供配电设计规范以下简称“本规范”的指导思想和制定本规范的目的。 1.0.2本条规定了本规范的适用范围。 1.0.3技术创新是工程设计的灵魂，只有不断创新和进步，在矿井建设中使用安全可靠的新设备、新器材，才能不断促进矿井的安全生产，不断提高矿井建设的经济效益。 2井下供配电系统与电压等级 2.0.1本条文对突然中断供电可能造成重大的人身伤亡或经济财产损失的井下主排水设备、人员提升设备等规定按一级负荷要求供电。为一级负荷供电的两个电源及线路，要求在任何情况下都不至于同时受到损坏，以确保供电的连续性，从而保证主排水设备、人员提升设备等的正常运转，这是必须满足的条件。 2.0.2本条文对突然中断供电可能造成生产秩序混乱或较大经济财产损失的井下主要生产设备等规定按二级负荷要求供电。二级负荷要求在条件许可时应尽量采用两回电源线路供电，但并不要求回电源线路必须来自两个电源；在条件不具备时，第二路电源线路可引自其他二级负荷用电设备处。 2.0.3井下主中央变电所主要向井下主排水泵房的一级用电负荷和主要生产负荷供电，要求供电可靠、电能充足。所以，要求供电电源线路不少于两回，且当任一回路停止供电时，其余回路的供电能力应能承担井下全部负荷的用电要求。 2.0.5本条文之所以规定井下供电的变压器或向井下供电的变压器或发电机中性点不直接接地，是因为变压器或发电机中性点直接接地系统存在以下问题 1人身触电电流太大。在变压器中性点直接接地系统中，人身触电电流为 在人身电阻Rz1000Ω不变情况下，由于井下环境潮湿，中性点接地电阻R一般都小于2Ω，因此，井下人身触电电流k都远大于30mA的安全触电电流。由此可见，在井下采用变压器中性点直接接地系统，将会对人身安全造成重大威胁。 2单相接地短路电流太大，容易引起供配电设备和电缆损坏或爆炸着火事故；同时，接地点会产生很大电弧，容易引起煤尘或瓦斯爆炸事故。 3容易引起电雷管先期超前引爆。 以上问题对煤矿的安全生产威胁太大。采用变压器中性点不直接接地供电系统，再配合安装漏电保护装置和使用屏蔽电缆，可以较好地避免漏电和相间短路故障。我国从1955年起即采用变压器中性点不直接接地供电系统，实践证明是可以实现安全运行的。 2.0.6本条文规定了井下局部通风机的专用供电问题，低瓦斯矿井掘进工作面局部通风机供电要求达到“二专”专用开关和专用线路；高瓦斯矿井掘进工作面局部通风机要求达到“三专”专用变压器、专用开关和专用线路；煤岩与瓦斯二氧化碳突出矿井掘进工作面局部通风机要求达到双电源供电，且主供电源应达到“三专”专用变压器、专用开关和专用线路。这主要是因为 1在调查中发现，有些矿井特别是一些中小型矿井的掘进工作面之所以频繁发生停风、瓦斯超限和积聚现象，都是因为局部通风机没有实行专用线路供电，而是与掘进工作面其他动力用电设备共用供电线路，在其他动力用电设备搬迁、检修或发生短路事故时，都会造成局部通风机的停电运行。 2“关于印发煤矿瓦斯治理经验五十条的通知”发改能源[20053457号第四十五条规定“保证井下局部通风机的连续供电。局部高低压供电实现双电源供电；采区变电所电源从地面变电所或井下中央变电所直供，且做到至少两个电源；采区变电所分段运行”。根据这一规定，煤岩与瓦斯二氧化碳突出矿井掘进工作面局部通风机必须双电源供电。为确保局部通风机供电的可靠性、连续性，特制定本条文。 20.9本条文规定了采区电气设备使用3300V供电时，必须制定专门的安全措施。这主要是因为，井下变压器或移动变电站采用中性点不接地供电系统的运行方式，在这种运行方式下，随着高产高效工作面装机容量的不断增大，工作面所配移动变电站容量也不断增大，过大的变电站容量将产生较大的单相接地电流，而过大的单相接地电流将增大人身触电的可能性，容易引起电气火灾和电雷管超前引爆等事故发生。安全隐患远比采取1140V供电时大得多，因此特制定本条文。 4井下电缆选择与计算 4.1电缆类型选择 4.1.1阻燃电缆是遇火点燃时燃烧速度非常缓慢，离开火源后即自行熄灭的特制电缆，对阻止或减少火灾事故非常有好处。 因此，本条文规定下井必须选用煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。 1电缆应采用铜芯，而不采用铝芯，主要有以下原因 1隔爆型电气设备的安全间隙铜电极为0.43mm，铝电极0.05mm。煤矿井下隔爆型电气设备采用法兰间隙隔爆结构都是按照铜芯材料设计的，所以一旦接入铝芯电线后，电气设备也就失去了防爆性能。 2铝与氧气发生化合反应释放的氧化热是铜的5.5倍，铝产生的电火花或电弧的温度比铜高得多。 3铝的线性膨胀系数是铜的1.41倍，铜铝接头受热膨胀不一致，必然会导致接头松动，电阻增加，造成电缆接头放炮、漏电、短路等事故发生。 2严禁采用铝包电缆，主要有以下原因 1电缆铝包皮极易发生氧化、腐蚀，一旦腐蚀严重，将失去电缆的保护性能，可能引发电气及其他事故。 2当电路发生漏电、断相等故障，使三相电流不平衡时，铝包中将流过很大的电流，使铝包皮中电位升高，造成人身触电事故。 3由于铝的膨胀系数大，极易发生氧化，如果断点发生电火花，铝与氧迅速化合，放出大量的热量，烧坏电缆，引爆瓦斯和煤尘，威胁矿井的安全。因此，严禁采用铝包电缆。 4.2电缆安装及长度计算 4.2.1在总回风巷和专用回风巷中敷设电缆存在以下问题 1在总回风巷和专用回风巷中不得敷设电缆，原因如下 1煤矿总回风巷和专用回风巷的风流中瓦斯浓度都相对较高，尤其是高瓦斯矿井、瓦斯突出矿井的回风流中瓦斯浓度还相当高。如果当总回风巷和专用回风巷中瓦斯含量达到爆炸浓度时，一旦敷设电缆出现故障、产生电火花，则会引起瓦斯爆炸事故。同时，如果当总回风巷和专用回风巷中煤尘沉积量较大，瓦斯爆炸后更可能引起煤尘爆炸，将造成更大的事故。 2煤矿总回风巷和专用回风巷的风流中瓦斯浓度较高，一旦达到瓦斯断电浓度值时，敷设在其中的电缆必须停电，导致停电区域无法生产，当发生灾变时，也无法抢险救灾。 3煤矿总回风巷和专用回风巷的相对湿度较大，腐蚀性气体含量高，使得电缆使用寿命缩短、故障率增高，不利于安全生产。 因此本条文规定在总回风巷和专用回风巷中不得敷设电缆。 溜放煤、矸、材料的溜道中敷设电缆时，电缆容易被碰撞、挤压和掩埋，容易引发短路、断线等故障。因此，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆。 2在有机械提升的进风斜巷不包括带式输送机上、下山和使用木支架的立井井筒中敷设电缆，一旦发生火灾将会迅速蔓延，危及区域较大。因此，必须有可靠的安全保护措施，并应符合下列要求 1不应设接头，需设接头时，必须用防爆的金属接线盒保护壳，并可靠的接地。 2短路、过负荷和检漏等保护应安设齐全、整定准确、动作灵敏可靠。 3保证电缆敷设质量，并指定专人对其接头、绝缘电阻、局部温升和电缆吊钩等项进行定期检查。 4支护必须完好。 5纸绝缘电缆的接线盒应使用非可燃性填充物。 6电缆应敷设在发生断绳跑车事故时不易砸坏的场所或增设电缆沟槽、隔墙以防砸坏电缆。 7定期清扫巷道和电缆上的落煤。 4.2.9本条文对电缆在井下巷道内的悬挂作出了规定，理由如下 1电缆不应悬挂在风管或水管上的原因有二其一，一旦管路漏风或漏水，电缆将直接受到压风的吹袭或雨淋，同时，沿电缆的渗油或渗水也容易进入电缆接线盒，使电缆和接线盒绝缘受到破坏，发生短路或接地的故障；其二，在电缆漏电保护失灵的情况下，风管或水管将带有高电位，容易发生人身触电事故。 2.电缆悬挂在风管或水管的上方是为了避免管子下落砸坏电缆，保持0.3m以上距离是为了方便管路检修时不影响电缆的供电。 3.在有瓦斯抽放管路的巷道内，电缆与瓦斯抽放管路分挂在巷道两侧是为了避免电缆漏电电流产生的火花引爆或引燃瓦斯。 5井下主中央变电所设计 5.1变电所位置选择及设备布置 5.1.3本条文规定井下主中央变电所内的动力变压器不应少于2台包括2台的理由 1满足对一级和二级负荷供电的要求。 2系统接线简单。 3正常时双回路供电，发生单一故障时不致于全部停电。 5.1.4本条文规定理由如下 4规定井下主中央变电所硐室的地面应比其出口处井底车场或大巷的底板高出0.5m，是为了防止由井底车场或大巷等处向主中央变电所硐室内倒灌水。如经常发生倒灌水事故，将会加剧电气设备锈蚀，降低电气设备绝缘性能，从而容易引起电气设备失爆、接地、短路事故，并造成全矿井井下停电。 5规定硐室通道上必须装设向外开的栅栏防火两用铁门，是为了一旦硐室内发生电气火灾，便于人员撤离，并防止人员拥挤在风口处而打不开防火门的情况发生。在设置防火两用铁门时，铁门上应装设便于关严的通风孔，在正常情况下便于控制硐室通风量，而在意外火灾情况下便于隔绝通风。 6规定硐室必须有足够的固定照明和灭火器材是因为，若照明不足，可见度低，则不能及时观察设备的运行状态和周围环境的变化，不利于及时发现问题或提前采取措施，使事故扩大或失去最佳处理时机。同时，若照明不足容易产生视觉疲劳，造成误操作和人为事故。 足够的灭火器材能为电气火灾初期提供及时有效的灭火保证，避免火灾事故的蔓延。 6采区供配电设计 6.1采区变电所设计 6.1.1本条文规定采区严禁选用带油电气设备，其理由是 1采区通风条件相对较差，瓦斯浓度相对较高，人员密集，电气设备离瓦斯和煤尘等爆炸源最近，一旦发生因电气设备漏油、溢油等故障所引发的火灾事故，将对矿井的安全生产带来巨大威胁。 2油浸式电气设备较易发生漏油、溢油等故障，当电气设备工作电流较大，油温升高，油压增大，有造成电气设备喷油或爆炸着火的可能性，从而对矿井的安全生产带来巨大威胁。 3油浸式电气设备断路器体积相对较大，占用空间大，分断能力低在井下要折半使用，安全性能不如真空断路器，但综合造价包括柜体和安装硐室却高于真空断路器。61.4本条文规定采区变电所硐室的长度大于6m时，应在硐室的两端各设一个出口，并必须有独立的通风系统。其理由是 1变电所硐室的长度大于6m时，靠扩散通风已不能完全有效地排放和稀释硐室内释放出来的瓦斯和其他有毒有害气体。应在硐室的两端各设一个出口，以构成完整的通风系统，连续地补充新鲜空气，保证变电所硐室内瓦斯和其他有毒有害气体不致积聚和超限，从而保障工作人员的身体健康和电器设备的安全运行。 2规定采区变电所硐室必须有独立的通风系统，是为了防止和控制采区变电所一旦发生火灾时的灾情扩大，使火灾产生的烟雾能通过独立的风道直接排至总回风巷，并直至地面，而不危害其他地点乃至全矿井的安全，从而达到减小灾情的目的。 6.3采区低压网络设计 6.3.1本条文第4款规定采区低压电缆严禁采用铝芯的理由，同本规范第4.1.1条的条文说明。 7井下电气设备保护及接地 7.1电气设备及保护 7.1.1本条文规定经由地面架空线路引入井下的供电电缆，必须在入井处装设防雷电装置。其理由是经由地面架空线路引入井下的供电电缆是雷电电磁波、行波传导的良好路径。而雷电波所产生的强大的雷电电流将会引起井下火灾，并进而引起瓦斯和煤尘爆炸。因此，经由地面架空线路引入井下的供电电缆，必须在人井处装设防雷电装置。 7.1.2自动重合闸装置是指装在馈电线路上的馈电开关因线路故障自动跳闸后，能使馈电开关重新合闸，迅速恢复送电的一种自本条文规定向井下供电的电源线路上不得装设自动重合闸装置，其理由是在馈电线路上装设自动重合闸装置，当线路发生短暂性故障使开关跳闸后，如果故障没有得到及时排除或排除需要一定时间时，自动重合闸装置的动作，将会使故障进一步扩大，造成电气火灾，损坏电气设备，危及检修人员安全，更有可能引起瓦斯和煤尘爆炸，严重威胁矿井供电安全和矿井安全。 7.1.3条文根据煤矿井下常见的电气故障及危害，对井下变电所向压馈出线上装设的保护装置作出规定。 煤矿井下常见的几种电气故障及危害如下 一是短路故障。短路是指具有电位差的两点，通过电阻值很小的导电体直接短接的一种电气事故。当发生短路事故时，短路回路中的短路电流值比正常运行情况下的额定电流值大几倍，几十倍，甚至上百倍，这样大的电流在极短的时问内就可能造成电缆和电气设备的损坏、供电中断，从而引发着火事故和爆炸事故。 二是过负荷。过负荷是指供配电回路中实际工作电流值超过了额定电流值，过电流时间也超过了规定的允许时间，如果过负荷现象较长时间存在，就可能造成电缆和电气设备的损坏，从而引发着火事故和瓦斯煤尘爆炸事故。 三是欠电压。欠电压是指电动机所接电网点实际工作电压低于电动机额定工作电压，并低于电动机允许的最低工作电压值。 在这种低电压状况下，电动机工作电流增大、温度升高，如果低电压现象较长时问存在，就可能造成电机绝缘损坏，从而引发着火事故和瓦斯煤尘爆炸事故。 四是单相接地故障。单相接地故障是指相线对地或与地有联系的导电体之间的短路，是短路事故的一种。它包括相线与大地、配电和用电设备的金属外壳、金属接线盒、金属管道或构件、水沟等之间的短路。对于高压电网，过大的电网将产生较大的单相接地电容电流。接地故障短路电流虽然较小，但与它有联系的电气设备和管道的外露可导电部分对地和装置外的可导电部分之间存在故障电压，此电压可使触摸到的人身遭到电击，也可因其对地所产生的电弧或电火花引发着火事故和瓦斯煤尘爆炸事故。 五是漏电故障。漏电故障是指电气设备的绝缘受到损坏或老化，使绝缘电阻降低，从而形成电气设备对地之间的放电或电弧现象，漏电故障是接地故障的一种。漏电故障的结果，不仅会使电气设备进一步损坏，形成短路事故，而且还可能导致人身触电和瓦斯煤尘爆炸事故。 六是单相断线故障。单相断线是指三相供电系统中有一相断线。电动机在运行中发生一相断线还能保持运行，但功率减小，只有三相运行时的1／2～1／3，随着负荷力矩的下降，电动机转速也相应降低，电流增大，一般比正常电流增大30％～40％，使电动机绕组烧坏，从而引发电气事故。 本条文规定原因分析 1本条文规定井下变电所的高压馈出线上，必须设有选择性的单相接地保护装置，其原因是矿井高压电网中的变压器都采用中性点不接地的运行方式，此种运行方式下，当变压器的容量较大、电缆长度总量较长时，将产生较大的单相接地电容电流，而过大的单相接地电容电流可能引起人身触电、电气火灾和雷管超前引爆等事故。 根据相关实验及计算分析，当井下电缆单相接地电容电流Io≥0.5A时，电网因漏电电流所产生的电火花就会引起瓦斯爆炸。 而当单相接地电容电流Io≥5A时，接地电容电流在接地网络中所产生的残余电压U36V，这时一旦人体触到井下接地网络中的任何一点，流经人体的漏电电流就会超过人体所允许的30mA’s的极限安全电流值。因此，规定井下变电所的高压馈出线上，必须设有选择性的单相接地保护装置，且在单相接地电容电流Io5A时作用于信号，而当单相接地电容电流Io≥5A时，保护装置应动作于跳闸。 之所以要求具备“选择性”，是为了快速判断故障地点、减小故障范围、提高处理故障效率的目的。 2规定供移动变电站的高压馈出线上，除必须设有选择性 的、动作于跳闸的单相接地保护装置外，还应设有作用于信号的电缆绝缘监视保护装置是因为移动变电站一般都深入到采、掘工作面，距离瓦斯和煤尘爆炸源较近，一旦单相接地电容电流过大或电缆绝缘被破坏，都可能引起电气火灾、雷管超前引爆、瓦斯和煤尘爆炸等事故发生。因此，供移动变电站的高压馈出线，一旦发等单相接地或电缆绝缘破坏事故，就应切断其供电电源，停止工作。 3本条文规定井下高压电动机、动力变压器的高压侧应有短路、过负荷、接地和欠压释放保护是因为电气设备在运行中极易发生短路、过负荷、单相断线和接地等故障，如不能将这些故障及时排除，就会造成电气设备损坏、供电中断、着火等事故。 7.1.4本条文规定原因分析 1规定井下变电所低压馈出线上，除应装设短路和过负荷保护装置外，还必须装设检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置包括人工旁路装置，保证在漏电事故发生时能自动切断漏电的馈电线路是因为电气设备在运行中极易发生短路、过负荷和漏电等故障，如不能将这些故障及时排除，则会造成电气设备损坏、供电中断、着火、人身触电等事故。因此，要求高、低压控制设备应装备有上述保护的综合保护装置，以确保安全供电。之所以要求检漏保护装置具备“选择性”，是为了快速判断故障地点、缩小了漏电故障的停电范围、提高处理故障效率的目的。 2规定井下移动变电站或配电点引出的馈出线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。原因基本同上。 3规定低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置与远方控制装置。其原因分析基本同上，不同之处在于电动机在运行中经常发生一相断线运行故障，也称单相断线故障。单相断线故障所造成的危害同本规范第7.1.3条的条文解释。 设置漏电闭锁保护装置，可以检测并闭锁不送电线路和设备的漏电故障，减少了漏电保护装置的动作次数，缩小了漏电故障的停电范围。 4规定煤电钻必须设有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相、远距离启动和停止煤电钻的综合保护装置是因为煤电钻一般都工作在环境恶劣、瓦斯和煤尘积聚较严重的采、掘工作面。而且，煤电钻是手持式电动工具，振动大、移动频繁，是最容易发生触电、短路、引起瓦斯和煤尘爆炸事故的电气设备。煤电钻的综合保护装置有适应煤电钻短时工作的自动停送电功能，可以确保煤电钻在不工作时处于自动停电的安全状态；同时，煤电钻的综合保护装置还有检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相等保护功能，所以规定煤电钻必须使用煤电钻的综合保护装置。 7.1.5本条文规定用于控制保护的断路器的断流容量，必须大于其保护范围内电网在最大运行方式下的三相金属性短路容量，并校验断路器的分断能力和动、热稳定性以及电缆的热稳定性是因为最大三相短路电流是在断路器或接触器出口处发生三相金属性短路而产生的电流。当电网发生短路故障时，不仅要求装在故障线路上的开关能及时跳闸，还要求开关有能力将跳闸时产生的电弧迅速熄灭。如果电弧不能被熄灭，不仅故障电流没有消失，甚至将开关设备的隔爆外壳烧穿，产生严重的电气火灾事故，威胁矿井供电和人身安全。因此，在选择开关设备时必须验算其切断短路电流的能力。为了避免高压电网发生短路时将高压开关、电缆、母线等损坏，还须验算高压电气设备的短路热稳定性和动稳定性。 对于煤矿井下配电网路的短路保护装置要求动作灵敏可靠。 动作灵敏可靠是指线路和电气设备中通过最大的正常电流时，保护装置不动作，即不发生误动作。当线路或电气设备出现最小两相短路电流时，短路保护装置能可靠动作。短路保护装置动作灵敏性校验应按现行煤下供电矿井的三大保护细则合订本执行。 当短路校验不能满足要求时，可根据具体情况，分别采取以下措施 1加大干线或支线电缆截面； 2通过优化路径，减少电缆长度； 3适当增大变压器容量； 4对有分支的供电线路可增设分段保护开关。 7.2电气设备保护接地 7.2.1本条文规定电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、金属构架，铠装电缆的钢带或钢丝、铅皮或屏蔽护套必须有保护接地。其理由是 1保护接地是漏电保护的后备保护，是将因绝缘破坏而带电的金属外壳或构架同接地体之间做良好的电气连接，称为保护接地。保护接地是将设备上的故障电压限制在安全范围内的一种安全措施。 2井下安全电压为36V，人体触及36V带电导体时不会有触电死亡的危险，因而电压在36V以上的电气设备的金属外壳、金属构架，铠装电缆的钢带或钢丝、铅皮或屏蔽护套必须有保护接地。 7.2.8本条文规定橡套电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作他用。其理由是橡套电缆的接地芯线作他用时，接地芯线上会有电流通过，电气设备之间就会产生电位差，此电位差容易引起人身触电或产生电火花，引发瓦斯和煤尘爆炸事故。因此，规定橡套电缆的接地芯线不得兼作他用。