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第九章矿井供电 第一节 矿井供电系统 一、矿井电能的来源及供电电压等级 1．矿井电能的来源 煤矿电能一般由电力系统供给，只是在尚未形成电力系统的地区才由地方发电厂供电。个别情况则由煤矿自用电厂供电，大多采用列车站作补充供电。目前，我国的电力基本得到了缓解，各种开采技术利用电能进行物质转换的时代已经到来。典型的电力系统是由发电厂、输电线路、变电所组成的。 2．供电电压等级的划分 1矿井电源电压为35 kV。 2大型机械的电动机或输电电压为6 kV10 kV。 3双高高产、高效综采工作面电压为3 300 V但必须由总工程师批准。 4采区大型采煤机组等供电电压为I 140 V。 5井下低压供电网的电压为660 V。 6地面或井下低压动力电压为380 V。 7地面照明、低压动力或综采工作面照明电压为220 V。 8井下照明、信号、煤电钻供电电压为127 V。 9煤矿低压隔爆磁力起动器的控制回路及信号回路电压为36 V。 10安全及控制电压为直流24 V及其以下。 二、煤矿对供电的基本要求及矿井用电户的分类 1．煤矿对供电的基本要求 煤矿是电力能源的最重要用户，这是由于煤矿井下开采过程中的特殊生产条件所造成的。要想保证煤矿井下的正常生产，就必须对煤矿供电提出一定的要求。其内容有 1供电的安全性 煤矿井下有水、火、瓦斯、煤层以及顶板5大自然灾害存在，并且在井下有着空间狭小、空气潮湿、电气设备移动频繁、负荷变化大等特点，容易发生触电或由电火花引起的瓦斯、煤尘爆炸。为保证煤矿井下达到安全生产，在我国煤矿井下采取了变压器中性点不接地系统，以及对电气设备采用加装过电流、接地和漏电保护等安全措施。 2供电的可靠性 煤矿生产过程中如果供电中断，不但会影产量，而且由于水泵停止排水，通风机停止通风从而造成矿井水灾和瓦斯、煤尘爆炸。这些都将会直接威胁到井下的安全生产、危及人员的生命安全，有时甚至会毁掉整个矿井。因此要求煤矿供电要绝对可靠，即在任何情况下，都必须保证能提供一部分电能，从而保证人身与设备不受危害。 3供电的质量要好 供电质量主要是指供电的电压和频率应该在额定值范围内。井下低压供电电压偏移范围为5％。当电压高过5％时，就会使电气设备发热损坏绝缘；而电压低于5％时，则会使电气设备电流增大，设备同样会发热，甚至会烧毁。 4供电的经济性 煤矿的电气设备容量大耗电量多，机采矿井的电费在吨煤成本中占10％以上，水力采煤与综采的矿井所占比重更大，而且由于供电系统不合理，电气设备使用不当，造成“大马拉小车”，功率因数降低，线路损耗加大，会浪费许多电能。因此，在矿井供电中，采取积极有效的措施进行节约用电，降低耗电能量，有着极其重大的意义。 2．矿井用电户的分类 1一级负荷 当供电中断时，会造成人的生命危险和重大设备损坏直至报废，给国民经济造成巨大损失，所以要求供电应该绝对可靠。 2二级负荷 当供电中断时，会造成重大的经济损失，或因停电造成严重减产，但不会造成人的生命危险。 3三级负荷指停电以后不会有人的生命危险和重大的经济损失，但会对人们的生活习惯方式带来不便。 三、矿井供电系统 1．深井供电系统 深井供电系统主要由供电电源、输电线路、变电设备、控制设备和用电负荷组成。电源是从矿区变电站35 kV的母线上取得的，由两台架空线直接将高压电输入到矿井的负荷中心地面变电所，并用两台35／6 kV的主变压器配电给地面的主要高压设备，如主、副井提升机，空压机，主通风机等。地面总变电所另设两台6／0.38 kV的配电变压器，构成三相四线制系统向地面低压动力及照明设备供电。 由地面变电所两条高压电缆经井筒将6 kV的高压电能送到井下中央变电所，再由井下中央变电所通过高压配电装置分配给井底车场附近的高压用电设备。为向井底车场及附近巷道、硐室中的低压动力设备供电，在井下中央变电所中设置了两台矿用动力变压器，将6 kV的高电压降到660 V380 V。同时还设置了照明变压器将660 V380 V电压降到127 V，向井底车场附近巷道及硐室中的照明设备供电。 2．综采工作面的供电系统 随着国民经济的发展和科学技术的进步，采煤方法由原来的人力劳动逐步向机械化方向发展。综采工作面特点是用电设备多、单机容量大，工作面走向长度也随之增加，采用移动式供电已经是正常的供电需要了，为此，移动变电站取代了原工作面的配电点。移动变电站由高压开关室、变压器室、低压开关室3个部分组成，可安装在平板车上，在巷道的轨道上移动。移动变电站将通过高压电缆由采区变电所送来的6 kV电能降低到1140v，通过防爆真空磁力起动器和千伏级电缆把电能分配给综采工作面的用电设备。 移动变电站内的低压馈电开关可对馈出的电缆和电动机进行控制和保护，其保护内容主要是过电流和漏电保护以及绝缘检测保护功能。磁力起动器是对电动机实行直接保护的设备，它可以实现真空管的真空度检测保护、绝缘检测保护和过电流保护多种功能保护为一体，从而达到电气设备正常运行的控制作用。 第二节 矿用电气设备 一、矿用电缆 1、矿用铠装电缆 铠装电缆的结构主要为导电芯线、相间浸渍纸绝缘、填料、统包浸渍纸绝缘、铅包层、防腐带、黄麻保护层、金属铠装。 矿用铠装电缆的最大优点是绝缘强度高，可承受更高电压，6 kv10 kv的干线电缆和不需要经常移动的电缆都采用它。它的成本比相同截面的橡套电缆要便宜得多，所以凡是能采用铠装电缆的地方尽量不要采用橡套电缆。铠装电缆的机械强度、耐热和安全性能都非常好，一条铠装电缆如果不移动的话，其寿命可达30～40年。但是铠装电缆也存在弯曲半径小、移动困难、敷设麻烦，而且电缆接头与封端会产生漏油等缺点。 2．矿用橡套电缆 矿用橡套电缆的结构与铠装电缆不同，主要材料是橡胶，其质地柔和。除了四芯电缆以外，还有六芯、七芯等多芯电缆。在四芯以上的电缆中，除-Tz根主芯线和一根接地芯线以外，其余都为控制芯线。 按照护套材料的不同，矿用橡套电缆又分为普通型、非燃型和加强型。矿用普通型橡套电缆是用天然橡胶制成的，矿用非燃型橡套电缆的护套采用氯丁胶制成，而矿用加强型橡套电缆是在护套中间夹有加强层，以提高护套的机械强度。 3．矿用屏蔽电缆 矿用屏蔽橡套电缆简称屏蔽电缆，它与非屏蔽矿用电缆相比具有以下构造特点在主芯线的每相橡胶绝缘外层加包一层半导体屏蔽层，中间的防振橡胶芯子也改用屏蔽材料制成，从而使三相主芯线的屏蔽层与接地芯线的屏蔽层连接成一体，四芯以上的电缆，接地芯线在中心，接地芯线外面的屏蔽层与三相主芯线的屏蔽层连成一体。 屏蔽层是由导电橡皮制成，用半导体橡胶带进行统包或用半导体橡皮直接挤包于芯线外层。各相主芯线的屏蔽层都通过接地芯线的屏蔽层直接与接地芯线接通，并且整个屏蔽层的对地过渡电阻不大于3 kQ。当电阻大于3 kQ时，检漏继电器立即动作，切断故障电源，以防止故障的扩大造成相问短路或损坏护套，从根本上大大提高了供电系统运行的安全性。 4．塑料电缆 塑料电缆是20世纪70～80年代由国外引进的矿用电缆。它成本低、易于敷设和判别颜色，是我国煤矿井下常用的矿用电缆。其构造特征基本与橡套电缆相同。 二、矿用隔爆真空磁力起动器 1．矿用隔爆真空磁力起动器种类 主要有QCZ83120／225型和QJZ一300型。 2．矿用隔爆真空磁力起动器的结构 图92所示为QCZ83120／225型矿用隔爆真空磁力起动器外形结构。该磁力起动器的结构是按照矿井空间状况及其特殊场所的需要而设计的，采用优质浇铸钢材，耐用防腐，操作简便，是理想的矿井控制设备。 图92 QCZ83120／225型矿用隔爆真空磁力起动器外形结构 3．矿用隔爆真空磁力起动器的用途 按照煤矿安全规程的规定，主要用于控制40 kw及其以上的电动机负载。 三、矿用变压器 1．矿用变压器的分类 矿用变压器按冷却方式不同，可以分为两种一种是油浸式矿用变压器，其结构特征如图93所示。它是利用变压器内的油循环达到散热效果，其型号有KSJ，、KSJ2和KSJ3三种系列。另外一种为矿用隔爆干式变压器，其特点是利用自身的结构进行散热，表面温度较高，一般在130～1902，可以装在平板车上进行移动，成为移动变电站的一个主要部分器件。 2．矿用变压器的结构 图93所示为矿用变压器外形结构及吊装。 图93矿用变压器外形结构及吊装 1－油箱；2－吊盘；3－油表；4－高压接线金；5－低压接线盒；6－接线螺钉；7－拉板；8－滚轮；9－防油塞；10－高压瓷套管；11－低压瓷套管；12－温度计座；13－注油塞；14－铭牌；15－器身；16－吊铁 四、煤电钻综合保护装置 煤电钻综合保护装置是由变压器380／660 V、1 140／133 v，变压器两侧的高、低压开关和保护装置组合在一起的综合体，通过先导控制回路，利用煤电钻原有的四芯电缆，实现煤电钻的远方操作接通127 V电源，做到煤电钻不工作时电缆线路不带电，从而提高了煤电钻的安全性能。有的型号煤电钻综合保护装置不仅煤电钻不工作时电缆不送电，而且主变压器也不送电，因而，节省了空载损耗，所以品质优良的煤电钻综合保护装置还是一种节能装置。 煤电钻综合保护装置的主要保护功能是煤电钻不工作时，其供电电缆不带电；此外，还能远距离启动和停止煤电钻，具有漏电保护、载频短路保护、过电流、过载及信号显示等保护功能。 五、防爆电气设备的有关规定及完好标准 1．电气设备的隔爆完好标准 隔爆电气设备除电气部分外，主要包括隔爆外壳及一些附在壳体上的零部件，如衬垫、透明件、电缆电线引入装置及接线盒等。一般隔爆外壳大都是由两个或两个以上的空腔组成，且空腔间是连通的，因此在外壳内爆炸性混合物发生爆炸时将会产生压力重叠现象，也就是当一个空腔里的爆炸性混合物爆炸时，会使另一个空腔里的爆炸性混合物受到压缩，而使压力增高。如果此空腔再发生爆炸，将会出现过压现象，形成多空腔压力的重叠，隔爆外壳的耐爆性将受到威胁。多空腔压力重叠的过压大小与两空腔容积比以及连通孔断面积有关。当两空腔容积比一定时，连通孔断面积越大，过压就越小，从而增加外壳的耐爆性能。 为保证隔爆电气设备的隔爆性能，必须保持隔爆外壳的清洁、完整无损，并有清晰的防爆EXI标志。对于使用中的防爆电气设备而言，有下列情况之一者均为失爆 1外壳有裂纹、开焊、严重变形的为失爆。严重变形是指长度超过50 mm，同时凸凹深度超过5 mm者。 2使用未经法定检验单位发证的厂家所生产的防爆部件指受压传爆的关键部件。 3连锁装置不全、变形，起不到机械连锁作用的或连锁装置不符合GB 3836.183规定的。 4隔爆室腔的观察窗孔的透明件松动、破裂或其机械强度不符合规定者。 5设备的隔爆腔之间的隔爆结构被破坏，如隔爆型电动机内的隔爆绝缘座被去掉等情况。 6改变隔爆外壳原设计安装尺寸，导致电气间隙或爬电距离不符合规定者。 2．螺栓固定的隔爆接合面的完好标准 隔爆型电气设备的隔爆外壳不但要具有耐爆性，还应具有隔爆性。隔爆外壳如何实现隔爆的作用，这是研究隔爆型电气设备的关键。无论何种形状的隔爆外壳，在加工、制造、使用、维护等方面，都不可能做到“天衣无缝”的整体，这是因为隔爆电气设备是由各种零部件构成的，部件间的连接必然会出现缝隙，而这些缝隙又必然会成为外壳内的爆炸性生成物穿过的途径。如果不对这些连接的间隙作出特殊的规定和技术要求，当隔爆电气设备发生内部爆炸时，那么穿过隔爆间隙内爆炸性生存物就要引燃壳外周围爆炸性混合物爆炸，造成矿井的重大损失。为阻止壳内爆炸性混合物爆炸引燃壳外周围的爆炸性混合物，就必须在壳体的各个接合部，即壳体连接间隙处采取一些特殊有效的技术措施，从而达到外壳隔爆的性能。 3．隔爆电气设备电缆引入装置完好标准 隔爆电气设备电缆引入装置是隔爆电气设备的关键部位。因生产、使用、维护、检修、运输等过程常要接触，因此在安装、维修过程中必须符合规定要求，这是保证隔爆电气设备隔爆性能的重要环节。电缆引入装置的完好标准为进线嘴完整、齐全、紧固，密封良好。 第三节 井下安全供、用电知识 一、井下电网保护 一漏电保护 井下漏电是煤矿生产过程中不可避免的事情，针对不同的漏电地点，设备、线路所产生的漏电情况也有所不同。井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两种。集中性漏电是指电网的某一处或某一点发生的漏电，而其他部分对地绝缘仍正常；分散性漏电是指某条线路的整体绝缘水平均降低到安全值以下。 1．造成漏电故障的原因 1电气设备长期超负荷运行造成绝缘老化，导致漏电。 2电缆受到挤、压、砸、过度弯曲、铁器划伤或针刺，出现裂口和缝隙后，长期受潮气的侵蚀造成绝缘损坏或导电芯线外露。 3导线连接接头不牢固、有毛刺、防松措施差或无防松措施等，造成接头脱落、接头松动，使相线与金属外壳直接搭接，或由于接头处发热使绝缘损坏而造成漏电。 4电气设备因绝缘受潮或进水，造成绝缘老化，从而导致漏电。例如，长期浸泡在水中的电缆、接线盒进水等。 5操作电气设备时，由于弧光放电造成一相接地，从而导致漏电。 6维修电气设备时，将工具和材料等导电体遗留在设备内部，造成一相线接金属外壳。 7维修电气设备时，由于停、送电操作错误，带电作业，造成人身触电而发生漏电。 8移动频繁的电气设备，由于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。 9在电气设备内增加其他部件，使带电导体与外壳之间的电气间隙或爬电距离小于安全值时，造成对外壳放电。 导致电网漏电故障造成的危害主要有漏电电流产生的电火花，当其火花能量达到最小点燃能量0．28 mJ时，如果漏电点的瓦斯浓度也在爆炸浓度范围内，即能引起瓦斯、煤尘爆炸；当人身触及一相漏电导体或漏电的设备外壳时，如果流过人身的漏电电流大于极限安全电流30 mAs时，可能造成人员触电伤亡；如果超过50 mA，则可能引爆电雷管；此外，如果漏电故障不能及时发现和排除而长期存在，可能扩大成相间短路，造成更严重的危害。 2．漏电保护的基本原理 1线路原理图漏电保护线路原理如图94所示。 2基本原理 当人体触电时，其电流途径为电源正极→大地→人身→电源相线→SK→LK→k→ZJ→电源负极。直流继电器ZJ吸合，ZJl动闭，TQ线圈有电，DW机构脱落跳闸进行断电保护。 3．预防漏电故障的措施 1严禁电气设备及电缆长期过负荷运行。 2导线连接要牢固、无毛刺，防松装置要完好，接线方式要正确。 3维修电气设备时要按规程操作，检修结束要认真检查，严禁将工具和材料等导体遗留在电气设备中。 4避免电缆、电气设备浸泡在水中；防止电缆受挤压、碰撞、过度弯曲、划伤、刺伤等机械损伤。 5不得在电气设备中增加额外部件，若必须设置时，要符合有关规定的要求。 6设置保护接地装置。 7设置漏电保护装置。 图94漏电保护线路原理 4．漏电保护的作用及要求 1漏电保护的作用 漏电保护是矿井中必不可少的保护装置之一，它的保护着重点是针对人员、设备、矿井的安全而设计、使用的，其主要作用有 1防止人身触电。漏电保护可以缩短人身触电的时间，减小通过人身的电流，以保证人身的安全。 2防止漏电电流烧毁电气设备。在电网中出现漏电故障后，漏电保护装置立即动作，切断电源。 3防止漏电电流产生的电火花引起矿井瓦斯、煤尘爆炸的危险。 4对于由短路引起的接地故障，漏电保护还可起短路保护的后备保护作用，一旦短路保护装置拒动，漏电保护装置还可使开关跳闸。 2漏电保护的基本要求 目前使用的漏电保护装置很多，对煤矿井下低压漏电保护装置而言应满足以下要求 1安全性漏电保护首先要保证供电的安全，包括人身安全、矿井安全、设备安全。为了防止人身触电，检漏保护装置的动作速度越快越好。我国煤矿井下采取30 mAs。作为人身触电的安全限值，即人身触电电流与触电时问的乘积不应超过30 mAs。，只有这样，才能保证人身安全。对设备来说，漏电电流会使绝缘老化，但所需的漏电电流和漏电时间要超过人身触电的安全要求。因此，漏电保护只要能满足人身触电的安全条件，就可满足电气设备的安全要求。对矿井来说，漏电电流可能引起瓦斯、煤尘爆炸，通过漏电保护的作用，可以减小漏电电流和缩短漏电时间，降低出现严重事故的可能性。 2可靠性漏电保护必须灵敏可靠，一是不拒动，二是不误动。检漏保护装置本身最好具有自检功能。 3选择性漏电保护必须具有选择性，即切除漏电故障部分而非故障部分继续运行。其目的是为了减小出现故障时的停电范围。选择性分为横向选择性和纵向选择性。横向选择性是指漏电保护系统只切断漏电故障所在支路。当漏电故障不在本保护系统保护的支路上而是在电网的其他支路上时，保护系统不应动作。纵向选择性是指保护系统只切断漏电故障所在段的电源，并保护其他正常段的供电。如果故障点在下级磁力起动器的保护范围内，同时磁力起动器已切除了故障支路，那么本级保护就不应再动作，否则是越级动作，就失去了纵向选择性。 4灵敏性是指保护装置针对不同程度漏电故障的反应能力，要求对于最小的漏电故障保护装置也能可靠动作，即对临界漏电故障具有较强的反应能力。 二过电流保护 过流保护包括短路保护、过负荷保护和断相保护等。目前煤矿井下低压电网过流保护装置主要有电磁式过流继电器、热继电器、熔断器等。 矿井低压供电系统中短路电流、过载电流的大小和持续时间的长短，决定了对供电系统中电气设备的危害程度。必须采取有效措施将短路电流、过载电流的危害限制在最小程度，为此，应采取下列措施 1正确选择和校验电气设备，其短路分断能力要大于所保护供电系统可能产生的最大短路电流。 2正确整定过载电流、短路电流保护装置，使之在短路故障发生时，保证过流装置能准确、可靠、迅速地切断故障。 对各种过流故障虽采用预防措施但仍有可能发生，所以对电气设备和馈电线路还必须设置过流保护装置。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，不然的话，不仅起不到保护作用，还能引起严重的事故。那么什么是过电流故障呢过电流故障是指实际通过电气设备或电缆线路的工作电流超过了额定电流值。 1．引起过电流故障的原因 常见的过电流故障有短路、过负荷和断相3种。 1短路 在电网和电气设备使用中，若不同相线之间通过导体直接短接或通过弧光放电短路均会产生过电流。短路电流的大小取决于电网电压、由短路点形成的回路电阻及短路点的位置，一般是额定电流的几十倍以上。在三相供电的电网中，如果采用中性点不接地的系统，仅有三相短路和两相短路两种。造成短路故障的原因主要有 1绝缘击穿 由于电缆接头存在毛刺、松动，或外部导体影响了导电体之间的电气间隙和爬电距离，产生电弧放电而引起短路；或由于电气设备和电缆受潮、绝缘老化或机械损伤，引起绝缘击穿而造成短路。 2机械损伤使用中的电气设备和电缆由于冒顶砸压、机械碰撞等原因而造成短路。 3误操作 由于误操作造成的短路故障。例如，将两台不同相序的变压器并联运行等。 短路电流值很大，它能够在极短时问内烧毁电气设备，甚至引起火灾或引燃井下瓦斯、煤尘或造成瓦斯、煤尘爆炸事故。短路还会引起电网电压急剧下降，影响电网中其他用电设备不能正常工作。 2过负荷 过负荷是指电气设备的工作电流不仅超过了额定电流值，而且超过了允许的过负荷时间。过负荷在电动机、变压器和电缆线路中较为常见，是烧毁电动机的主要原因之一。过负荷电流一般比额定电流大1。2倍。造成电动机过负荷的原因主要有 1电源电压过低当机械负载不变时，电源电压降低，造成电动机工作电流加大，电动机的温度就会上升；当过负荷时间较长时，电动机的温度就会超过允许温度而烧毁。 2频繁启动异步电动机的启动电流为正常工作电流的57倍，如果电动机频繁启动，就会使电动机的温度上升造成过负荷。 3重载下启动电动机带负荷启动往往会造成启动时间长，造成电动机温度高的过负荷情况。 4机械卡堵 由于电动机轴承损坏，转子被卡，或电动机所拖动的负荷被卡等都会造成电动机过负荷。 3断相 三相电动机在运行过程中出现一相断线，这时电动机仍然会运转，但其输出转矩比三 相运行时要小得多。由于机械负载不变，电动机的工作电流会比正常工作时的工作电流大 很多，从而造成过负荷。造成断相的主要原因有 1熔断器熔断。采用熔断器作为短路保护的磁力起动器，由于熔断器在电流的作用下会发生氧化脱皮现象，使熔片截面变小，从而在正常启动或工作时熔断，造成断相。 2电缆芯线有一相断线。 3电缆与电动机或开关的连接接头脱落，电动机的定子绕组与接线端子的连接头脱 落，电缆芯线中有一相断线等。 2．预防过电流的措施 过电流事故多数是由于设备选择不合理，缺乏日常维护检修和巡回检查，检修质量不 高，没有定期进行预防性电气试验，缺少必要的保护装置，工作人员违反操作规程而引起 的。为迅速排除过电流故障，应设置并正确计算和选择过流保护装置。 1熔断器保护装置 熔断器的熔体通常用低熔点的铅、锡、锌合金制成，串接在被保护电气设备的主回路 中。当电气设备发生短路时，流过熔体的大电流使熔体温度急剧升高并使之熔断，这样将故障线路与电源分开，达到了保护的目的。严禁使用熔点较高的铁丝、铜丝等代替熔体，防止失去保护作用而造成电气设备烧毁等事故。 2电磁式过电流继电器保护装置 电磁式过电流继电器主要装设在DW系列框架式空气断路器，以及Dz系列空气断路器组成的矿用隔爆型馈电开关中，是一种直接动作的一次式过电流继电器。可作为变压器二次侧总的或配出线路的短路保护装置。它的动作电流整定值是靠改变弹簧的拉力进行均匀调节的，其调节范围一般是开关额定电流的1。3倍。当继电器的动作电流一经整定好后，只要流过继电器线圈的电流达到或超过整定值时，继电器就会迅速动作保护。 3热继电器 热继电器作为过载保护装置，对其基本要求是要有反时限的保护特性。所谓反时限保 护特性是指过载程度越重，允许过载时间越短；反之，允许过载时间越长。动作延时随过载程度的增加而减少。为了取得反时限保护特性，在井下常用的是以双金属片为主体构成的热继电器。一方面，因为双金属片有热惯性，故从设备开始出现过载到双金属片因受热而产生显著变形到断开触点，需要经过一段延时；另一方面，过载程度越大，双金属片的温度升高的越快，动作延时越短；反之，则动作延时越长。 三保护接地 矿井实行三大保护的含义即采用保护接地、过电流保护、漏电保护。保护接地是矿井三大保护的重要组成之一，从结构上看简单、安装上看方便、保护效果良好，主要目的是减少人身触电的危险性，防止设备因过电流运行造成的危害，实现电气安全的基本保护，保障矿井的安全生产。 1．保护接地的作用 保护接地就是指电气设备的金属外壳用一根导线与埋在地下的金属接地极相连的形式。 根据矿井设备漏电或人员接触带电导体的电压等级不同，其漏电电流的大小也就有所不同，当设备外壳带电时，通过保护接地芯线即可泄人大地，从而保证电气设备的运行安全。当人员接触到带电设备的外壳时，通过接地导线可以使大电流导人大地，大大地减少了人身触电的危险，起到了分配大电流入地的作用。经过总结分析认为，保护接地可以大量的减少设备、人身触电电流，防止设备带电对地泄漏产生的电火花而引起矿井瓦斯的燃烧或爆炸。 在煤矿井下供电系统，为提高供电的安全性，采取变压器二次侧无中性线输电，即中性点绝缘。但考虑到供电中的不同因素危害，必须实行保护接地，只有这样才能有效地保证人身安全。为了解保护接地的作用，现分析两种情况。 1如果没有保护接地，若人身触及因某一相绝缘损坏而带电的设备外壳时，电流将全部通过人身入地，因系统电网对地分布电容电流的存在，使得人身触电电流随时间的增长，而造成电流成平方倍的增长，直接影响了人身的安全。在这种情况下，人员若接触了系统无漏电保护的电源负荷线，则将造成人身触电的伤亡事故，其分析如图95所示。 工圪， 1。f 1B上一 一 ．厂 爪 贸 。行 CB _ Q I 蹲， 、 ””””””””弋，S””飞0≮””肺从””吵””” 图95无保护接地时人体触电示意图 2对于有正常的保护接地系统，如果人身触及带电设备外壳时，电流将通过接地极和人体两条并联路径而入地，再经过电网其他两相对地绝缘电阻和分布电容流回电源，如图96所示。由于接地装置的分流作用，且接地极电阻很小不得超过l，绝大部分电流通过接地装置流人大地，使得通过人身的电流大大减小，从而保证了人身的安全。 2．保护接地的方式 保护接地的基本形式有局部接地、系统接地和重复接地。 1局部接地保护就是指电气设备的金属外壳用一根导线与埋在地下的金属接地相 连的形式。 2系统接地保护就是利用供电系统中的保护接地芯线，将井下所有电气设备的金 属外壳连接起来，通过电源输送线路引到地面。 3重复接地保护是指供电系统中的设备或线路，即有局部接地保护又有系统接地 保护，使保护接地的安全性、可靠性大为提高的一种保护接地的方法。 图96有保护接地时人体触电示意图 二、电气设备的防爆 煤矿井下生产过程中存在着瓦斯、煤尘等有害气体，为防止此类有害气体造成对矿井的危害，在生产过程中，除限制瓦斯、煤尘在空气中的含量外，还应杜绝一切可能点燃矿井瓦斯、煤尘的点火源，以及危险温度等。井下的各种电气设备无论是正常工作或故障状态下都将可能产生电火花和电弧，并且其表面有一定的热能，是矿井瓦斯点燃的隐患。为保证矿井安全生产，煤矿井下必须使用防爆电气设备。 一电气设备防爆基本知识 1．矿用电气设备的类型、标志符号 矿用电气设备分为两大类，即矿用一般型电气设备和防爆型电气设备。而防爆电气设备又分为两类，即I类和Ⅱ类。其中I类为煤矿井下用防爆电气设备；Ⅱ类为工厂用防爆电气设备。 1矿用一般型电气设备 矿用一般型电气设备KY是煤矿井下用的非防爆型电气设备，适用于无瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。其基本要求是外壳坚固、封闭，能防止从外部直接触及带电部分；防滴、防溅、防潮性能好；有电缆引入装置，并能防止电缆扭转、拔脱和损伤；开关手柄和门盖之间有连锁装置等。 2矿用防爆电气设备 1矿用防爆电气设备总标志“ExI” 其中Ex表示防爆电气设备，I表示矿用。 2隔爆型电气设备d 这种电气设备有较强的隔爆外壳，能承受因内部爆炸引起的气体混合物爆炸的压力，最为突出的优点是能够防止爆炸性生存物穿出隔爆间隙点燃外壳周围的爆炸性混合物。 3本质安全型电气设备i 电气设备的全部电路均为本质安全电路。此种电气设备在正常工作或规定的故障状态下产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物。 4特殊型电气设备s 根据矿井特殊性生产场合需要而设计生产的电气设备，称之为特殊型电气设备。它能将点火源与爆炸性气体混合物进行隔离，且正常或故障时产生的危险因素，不与爆炸性混合物直接接触。 5增安型电气设备e 结构上采取一定措施以提高设备的安全程度，使设备在正常运行状态下，不会产生电火花、电弧或可能点燃爆炸性混合物的高温电气设备。 6正压型电气设备P 这种电气设备的外壳内保持新鲜空气或大多为惰性气体，其内部压力高于周围爆炸性环境的压力，利用其正压外壳可阻止外部混合物进入壳内。 7充油型电气设备o 部分或全部部件均浸在油内，使其利用油面降低导体温度，并不能点燃油面以上的或壳外的爆炸性混合物。 8充砂型电气设备q 设备外壳内充填砂粒材料，使其产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或砂粒材料表面的热效应不能点燃周围爆炸性混合物的电气设备。 9无火花型电气设备n 这种设备，在正常工作状态下，不会点燃周围爆炸性混合物，一般情况下不会发生有点燃作用的故障。 10浇封型电气设备m 设备的部分或整台均浇封在浇封剂中，无论是正常运行或过载故障时，都不会点燃周围爆炸性混合物。 11气密型电气设备h 设备的外壳采用熔化挤压或胶粘的方法进行密封，并能防止壳外气体进入壳内，从而实现了防爆的目的。 2．矿用电气设备的防爆途径 煤矿井下存在着瓦斯和煤尘，当达到一定的浓度时，遇到火源就会爆炸。井下电气设备在运行过程中都可能产生电火花或电弧，成为引爆瓦斯、煤尘的火源。因此必须采取专门措施，使其在正常工作或发生故障时都不能点燃矿井中的瓦斯和煤尘等爆炸性混合物。根据矿井各种电气设备的特点，主要采取下列防爆途径 1采用隔爆外壳方法是将能够产生火花的电气元件放置在一个坚固的外壳中，且外壳具有耐爆性和不传爆性，瓦斯爆炸范围限制在设备外壳之内，从而实现了防爆的目的。 2采用本质安全电路在规定的试验条件下，正常工作或在规定的故障状态下产生的电火花或热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。本质安全电路应考虑下列3个方面。 ①合理选择电气元件，尽量降低电源电压； ②增加电路电阻，限制电路中的电流； ③采取消能措施，消耗或衰减电感或电容元件上的能量。 3采用超前切断电源和快速断电系统为防止橡套电缆在受到机械损伤发生短路产生电火花而引爆瓦斯，井下采用屏蔽电缆与漏电继电器配合，使用了超前切断电源系统。当电缆受到机械损伤时，相问绝缘层破坏，导电芯线首先与屏蔽层接触，使漏电继电器动作，造成低压总开关跳闸。这样，在没有发生相间短路前，就将故障电路与电源断开，实现了超前切断电源。 4采用正压外壳壳内无可燃性气体释放源，并能保持外壳内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境的压力，并且能够阻止外部爆炸性混合物进入外壳，以达到防爆的目的。 5设备外壳内充油将全部或部分带电部件浸在油中，使其设备产生的高温热源不能点燃油面以上或外壳以外的爆炸性混合物，从而达到防爆的目的。 6设备外壳内充砂在规定的条件下，壳内产生的电弧、传播的火焰、外壳壁或砂粒材料表面的过热均不能点燃周围爆炸性混合物，以达到防爆的目的。 7采用浇封剂浇封将可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、电火花或高温部分浇封在浇封剂中，使其不能点燃周围的爆炸性混合物，从而达到防爆的目的。 8采用气密外壳这种措施主要用熔化、挤压或胶粘的方法对外壳进行密封，以防止壳外爆炸性气体混合物进入壳内，从而达到了防爆的目的。 3．矿用防爆型电气设备的基本要求 矿用防爆型电气设备和矿用隔爆型电气设备的某些结构、特征、用途类似，但两种设备又各有自身的特点就矿用防爆电气设备而言，它包括了隔爆电气设备，但还有其他类型，而矿用隔爆型电气设备则只具备隔爆功能，所以两者不能同论。防爆电气设备每一类型除符合煤矿安全规程要求外，还要符合“通用要求”的规定，从而保证其防爆性能。 1紧固件的要求 紧固件是防爆电气设备的主要零部件，它直接影响到电气设备的防爆功能。常用的紧固件由螺栓和螺母及防松弹簧垫组成。对于需用特殊紧固件的防爆电气设备必须用特殊的紧固件，如隔爆型电气设备的外壳各部分的连接必须用护圈式紧固件，主要是防止非专职人员随意打开外壳，使电气设备失去防爆性能。使用护圈式紧固件必须符合下列要求 1螺栓头或螺母要放在护圈内，并且只有专用工具才能打开； 2紧固后的螺栓头或螺母的上平面不能超出护圈； 3各种规格螺栓的通孔直径、护圈高度、护圈直径应符合煤矿安全规程规定的紧固件技术要求； 4护圈可设开口，开口的圆心角不应大于120； 5护圈要与主体牢固连接。 2安全设置要求 1防爆电气设备必须进行良好的接地设备的外壳接地的目的主要是防止电气设备外壳带电而发生人身触电事故；同时也防止设备带电对地放电引起周围可燃气体混合物的爆炸。 2防爆电气设备必须具有防止人员误操作的连锁装置防止电气设备误操作必须对电气设备装设连锁装置。连锁装置可保证在设备带电时，设备的可拆卸部分不能拆卸，而当可拆卸部分拆开时，设备不能送电，以保证电气设备的运行安全。 3电气连接要求为保证电气设备和电缆连接牢固，防止电气设备运行中产生火花、电弧，引燃爆炸性混合物，其电缆和导线的连接都应使用接线盒和连接件。接线盒内要留有导线弯曲半径的空间；接线盒内裸露导体间的电气间隙、爬电距离要符合相应防爆类型的有关规定；为防止电弧、闪烙现象，接线盒内壁应涂耐弧漆。 4引入装置的要求引入装置是防爆电气设备外电路的电缆或电线进入设备内的过渡装置，是防爆电气设备的薄弱环节，因此引入装置的密封至关重要。密封引入装置的类型有密封圈式引入装置、浇封固化填料密封式引入装置和金属密封环式引入装置。常用的为密封圈式引入装置。密封圈要用具有弹性好、不易老化、不易龟裂的橡胶材料或其他类似材料制造，其硬度应达到邵氏硬度45～55。引入装置的密封圈只有硬度适宜，才能起到密封和防松脱作用，才能保证电气设备的防爆性能。 二电气设备的失爆及常见失爆现象 隔爆型电气设备是指设备的所有电气元件全部装入具有一定强度的由钢板、铸钢或铸铁等制成的外壳内。当外壳内部发生可燃性混合物爆炸时，决不会引起壳外的可燃性混合物燃烧或爆炸。这种外壳的结构特点是由壳体与盖子共同构成的，故称之为隔爆外壳。壳体与盖子之间的接合面称之为隔爆面，它具有一定的长度和间隙，并具有一定的粗糙度。显然，隔爆外壳具有两个作用，一是要有耐爆性，即内部可燃性混合物爆炸时所产生的压力、温度不使外壳损坏，也不变形，它是由外壳材质强度和本身机械结构强度来保证的；二是要有不传爆性，即壳内爆炸后，传出壳外的火焰不会使外部的可燃性混合物发生爆炸，它是由隔爆面的长度、间隙和粗糙度来保