WJ 矿山电工 第二章 chapter2.ppt

第二章安全用电及保护,,安全用电是保证矿井安全生产的关键之一。由于井下环境恶劣，容易发生漏电、人身触电、短路、过负荷、电火灾、电雷管提前引爆等电气事故，所以必须采用各种预防措施和设置必要的保护装置如漏电保护、保护接地和过流保护，即井下三大保护以防止各种电气事故的发生。一旦发生电气事故，保护装置迅速切断故障电源，防止事故的扩大和恶化，确保人员、矿井和设备的安全。,2.1.电气设备及其防爆原理,,2.1.1瓦斯（沼气、甲烷CH4）、煤尘的燃烧和爆炸,2.1.1.1.瓦斯爆炸条件浓度5-162.米，井低车场2。2米。,11.常用电气设备采用低压。,2.3井下低压电网的漏电分析p94图2-3,,,,,,,井下采用变压器中性点禁止接地（绝缘）的供电系统。,,地面采用变压器中性点可靠接地供电系统。,r1、r2、r3----分别为三相电缆对地电阻,c1、c2、c3----分别为三相电缆对地电容,2.3.1变压器中性点接地供电系统,,,,1.当系统额定电压为380V或660V时,人体单相触电时,触电电流Ima,,,220380mA30mA,电网→人体→大地→接地极→电网,,Ima,解电流回路,,2.当电网一相落地（单相短路）情况很危险，产生短路电流IS，引发火灾，瓦斯、煤尘爆炸等事故。,,,,,,2.2.2.4..预防漏电、触电的主要措施,不安全,Ima,2.3.2.变压器中性点绝缘的供电系统,,1.在该系统中人体单相触电时,触电电流Ima,解（1）画出等效电路图,图2-4人身触及一相时的等效电路图,运用戴维南定律）,②、其余部份可看作一有源二端网络,③.M、N之间开路电压Voc.MN,,→简化为一等效电源理想电动势E串联内阻R0；,M,①、取出Ima分支（MN）；,N,Voc.MNEVL1,Rma,,④.M、N之间入端阻抗Zin,,⑤、外电路阻抗Zex,ZinRo除去有源二端网络电源后的等效电阻,ZinRor1、∥r2、∥r3、∥C1∥C2∥C3,ZexRma1000Ω,,,,⑥该支路电流,,,,a-jb，有效值,）,2.对公式2-6讨论,设电网电缆每相橡胶对地电阻r35kΩ；供电系统采用380V（660V）电压时（线电压VCL）；当电缆长L1km，电缆对地电容C0.5μf，求流过人身触电电流Ima,,,,1.2矿山供电系统,①.当电缆长30mA,∴安全,∴不安全,解,,③能否增大r，降低Ima,a.电网长度1km时，C不可忽略,Ima,-------2-7,93.3mA（162mA）88.7mA（154mA）--更不安全,结论,,,1.当电缆长度1KM时公式27说明当绝缘电阻r↑增加到一定程度时，Ima相反会增加；,3.当r→∞时，Ima仅与电容C、Rma有关，而与r无关。,2.4漏电保护,,漏电保护的主要目的是通过切断漏电电源的操作来防止人身触电伤亡和漏电电流引爆瓦斯煤尘。侧重点控制故障发生后的跳闸时间即切断电源的时间,2.4.1.漏电保护的基本要求p23-图1-16,全面、安全、可靠、动作灵敏、选择性良好,漏电保护方式有漏电保护、选择性漏电保护、漏电闭锁。,,2.4.1.漏电保护的基本要求,①.全面保护应复盖整个被保护的单元，无死区。②.安全无论任何原因，造成了系统漏电30mA、在切断电源或发生间歇性漏电时，接地点电火花能量≥0.28mJ时，必须停止供电。③.可靠系统动作要可靠.从设备结构元件质量、制造工艺;从性能上不拒动，不误动.④.动作灵敏一但发生最轻微（临界值）漏电事故，能反映.⑤.选择性良好在保护范围内，准确无误的切除故障电源，尽可能的减少停电范围。,2.4.1.2.对检漏继电器的基本要求,,3.补偿流过人身的电容电流,,,,,L电路I比V滞后90φ90j,C,L,R,C电路I比V超前90φ-90-j,1.时刻监视绝缘水平,通过欧姆表时刻观察、监视电网的绝缘水平,2.进行漏电保护,（当有人触电，电流30mA时，仪器会自动断电）,（380V→3.5kΩ、660V→11kΩ、1140v→20kΩ）,R电路I与V同相φ0,,,2.4.2..检漏继电器的基本工作原理,,2.4.2.1.附加电源直流检测式检漏继电器,图2-12直流检测式漏电保护原理图P109,①.组成②.工作原理电流回路,,,,V→PE→大地→无人触电时∑r有人触电时人身Rma,→电网→1L→2L→KΩ→KD→V,正常时,I,≈,KD（线圈）不得电→触点KD1处于常开状态→,,iim或ImaxIim,imax–设备极限通过电流峰值；Imax-设备极限通过电流的有效值；iim、Iim–计算值,2.6.3.2.短路电流的热效应及电气设备的热稳定效验Ｐ１５２,1.热稳定效验应满足,Its-设备在ts内能承受的热稳定电流KA厂家提供；tts-设备热稳定电流所对应的时间秒厂家提供；Iss–稳态短路电流,IssIs/KA；tph-短路电流作用的假想时间秒；tse-短路保护动作时间秒；tbr-主开关的断路时间,秒快速动作tbr0.11～0.16，中、低速动作tbr0.18～0.25，0.05-考虑短路电流非周期分量的影响而增加的时间,tsetbr1s时,该值可不计；C-导体热稳定系数,P153表2-19,2满足热稳定的最小截面,,例22某井下低压供电系统如图2-38所示Ｐ146,,,,其中W1为6kV铝芯铠装电缆，低压供电系统为660V，线路参数如图注。试计算S1、S2、S3点的短路参数。,WlMYJV22一6kv3351800m；W2MVV221kv312015；W3MCP一0．38／0．66370125600；W4MCP一0．38／0．663351644250；TKSGB一315／0.693kV；vs0.4；ΔP2200W,S3,,解1.根据题意绘制等效计算图图2-39,,,,,2.计算S1点短路电流,系统折算电抗X/sy1,,例22解析法计算短路参数,查P34表1-8得任选一种50A都可满足动稳定,,②电缆Ｗ1折算电抗,,X/w1X0L10.081.80.144Ω,,,rsc.1电导率P145表2-13,③总阻抗,,iim2.55Is1（3）2.551.8254.65（KA）,Iim1.51Is1（3）1.511.8252.76（KA）,例22解析法计算短路参数,X0---P145高压0.08,低压0.06;P142高压架空线0.4,,①、系统折算电抗,3、计算S2、S3点短路参数,,②、电缆Ｗ1折算电抗,,,例22解析法计算短路参数,③、变压器阻抗,,,,,,,,例22解析法计算短路参数,,④电缆W2、W3、W4折算电抗,XW2XoL20.060.0150.0009（Ω）,XW3XoL30.060.60.36（Ω）,XW4XoL40.060.250.015（Ω）,,,X0---单位长度电抗,P145X00.060.08Ω/Km,,rsc.1电导率P145表2-13,⑤、计算S2点短路参数,,XΣ2Xsy2Xw1XTXW20.00950.00170.060.00290.0721（Ω）,,,RΣ2RW1RTRW20.1270.0110.00280.0353（Ω）,iim2.55IS2（3）12.699（KA）Iim1.51IS237.52（KA）,查P40表1-9QA1可选DW80-100表1-10BKD1-400,例22解析法计算短路参数,低压配电开关技术参数,,8,8,⑥、计算S3点短路参数,,XΣ3XΣ2Xw3XW40.07210.0360.0150.1231（Ω）,,,Iim1.51I（3）S31.510.95441.441（KA）,,RΣ3RΣ2RW3RW40.14080.20170.16810.3988Ω）,iim2.55I（3）S32.550.95442.434（KA）,例22解析法计算短路参数,【例２-3】在【例２-2】中已知W1MYJV-6-3*35-1800；通过短路电流Is（3）1.825（KA）；,,解满足短路时热稳定的最小截面,C141（P153表2-19→P62表1-20）tphtsetbr0.050.50.10.050.65tse0.5s-短路保护动作假想时间stbr0.1sP34b表1-80.05-考虑短路电流非周期分量的影响而增加的时间,tsetbr1s时,该值可不计.,QFPBG5-6/50，继电保护时间为0.1（s）---P35，试校验W1的热稳定性.,满足要求,【例２-4】表格法计算短路电流在上例中变压器若为T-KBSGZY-315/6，6/0.69KV,,解①.系统电抗的换算长度Lst20.9m表2一l7查得；,③.其它低压电缆的换算长度及短路电流如下,②.W1高压6kV电缆的换算长度Kctg*Lg0.017*180030.6m表2-18查得,,2.7井下电网过流保护,过流-----凡流过电气设备和线路的电流，超过其额定值或允许值，都叫做过电流。引起过流原因过负荷（如采煤机工作时遇到干石）、短路、电机单相运转（80～90％电机损坏是因为单相运转造成,,煤矿安全规程第四百五十五条井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置.,2.7.1过流保护整定计算原则、要求P153P162,,1）.确保保护装置可靠性和快速性指故障电流还没造成危害之前，便将过流故障切断（不要等设备都损坏造成危害才切断故障电源）在保护单元内不拒动（一定动作）；在保护单元内不误动（一定不动作,*动作灵敏Kr,在保护单元内，对故障反映能力要强、要快。,I（2）smin保护单元内末端最小两相短路电流（kA）,Kr,*动作迅速,*可靠性,,2.7.1过流保护要求,*主保护kr≥1.5（首先保护）*后备保护kr≥1.2（主保护不行，再于后备保护来保护）*熔断器保护kr≥4～7,2）.各级保护都应有后备保护,,3）.所选熔体必须与电缆截面相配合（P162见表2-24）4）.保护应有选择性要求保护装置只切断故障电源.当上下两极都采用熔断器保护时，上一级熔体额定电流比下一级大1～2级2.7.3.基本保护元件及电路（低压）,2.7.2.基本保护元件及电路（低压）,2.7.2.1.熔断器用于短路保护。最简单、最有效的短路保护电器1.井下低压电网常用型号、结构P154RL1系列螺旋式.熔断器用于小容量低压开关中。RM1、RM10系列无填充料管式熔断器RT0系列填充料（石英砂）管式熔断器,,RL1系列,图2-40RM1型熔断器的结构图,,2.主要参数P162表2-24,,,①.额定电流分熔断器的额定电流、熔体的额定电流。【例】有一额定电流为200A的RM系列的熔断器可选什么熔体解可选100A、125A、160A、200A,图241熔断器的保护特性曲线,③.极限分段能力切断多大断路电流的能力。也就是灭弧能力。对RM系列60A的熔断器---分段能力为3.5KA；100A的熔断器---分段能力为10KA。若系统电流超过熔断器额定电流，-----引起爆炸。④保护特性（反时限的保护特性）,②.额定电压500V、600V。,2.7.2.1.熔断器,3.熔断器熔体选择、计算、整定,,①熔体额定电流IN.F计算,,,IN..F,2.7.2.1.熔断器,②．灵敏度校验Kr,,,≥47,---P167表2-26选取,ISmin（2）-线路中最小两相短路电流,③.所选熔体必须与电缆截面相配合（P162见表2-24）④.满足选择性的要求当上下两极都采用熔断器保护时，上一级熔体额定电流比下一级大1～2级。,,2.7.2.1.熔断器,2.7.2.2.电磁式P155,,,主触点---接在电机主回路中，通过电流大。辅助触点----接在控制回路中，通过电流小.,,,,过流继电器常用于过流保护-------直接动作、间接动作热继电器过负荷保护限流继电器过负荷、短路保护工作原理------P156图2-42,1.组成、原理电磁铁、线圈、触点,,热继电器结构原理图,b结构,,a外形,,2.电磁式继电器过流整定计算,3.灵敏度校验Kr,≥1.5,2.7.2.3.电子综合装置保护,,P158图2-43．JDB一120、225A型电动机综合保护器原理框图,P158图2-43．JDB一120、225A型电动机综合保护器原理图,,2.7.2.3.电子综合装置保护,2.7.2.4.BZZ-2.5（4）型煤电钻的综合保护装置图2-45P170,,1.用途作为煤矿127V低压系统综合控制保护，具有过流、漏电、漏电闭锁等保护.,,2.7.2.4.BZZ-2.5（4）型煤电钻的综合保护装置图2-45P170,2.组成隔爆外壳、芯架、电子插件等。3.工作原理P154图2-45,组成1QS、1FU、2FU、干式电力变压器TMKSG、TA、4FU、5FU、交流接触器KM、电钻手柄开关2QS、电机MZ等。1FU、2FU作变压器保护，其它FU作线路保护。,1.主回路,作用引入交流电源、降压（127V）。,2.控制保护电源电路①.主控电源（控制KM的电源）1QS闭合LA→5FU→KD1断开→KM线圈→LC,,2.7.2.4.BZZ-2.5（4）型煤电钻的综合保护装置图2-45P170,②电源电路LA→5FU→KD1断开→,→KM线圈→LC→稳压VV（7815）→15V→,32V→故障保护电路,6V→显示电源有电,,红灯短路黄灯漏电；绿灯正常,,,,只要3KD,2KD得电2KD1闭合,1KD失电,KM线圈得电,KM主触点闭合,此时只需闭合2QS→M有电运行。,无短路时3KD有电→3KD1、3KD3闭合,无漏电时1KD失电→1KD1闭合.,3）.自动停送电控制电路,,①.送电时2QS合上，电流回路15V→22V→V5→17→KM4→2TP1→La→2QSa→MZ→2QSc→KM→19→R29→R33→接地0V。,组成2QS、VT3、VT4等,VR33VT467V触发电压→VT43输出为低电位→KD得电→KD2断开→VR180V→VT230V,KD1闭合→KM线圈→,KD3断开→红灯息,,→KM4断开→切断先导回路,,（这时TA产生感应电TA右→6→V17→VT46→R33TA左→小电流维持VT46得电→KD得电→保证KM线圈有电→保证MZ正常运转,→KM1-3闭合→MZ运转→,②.停转时2QS开关断开→主回路断电→TA无感应电流-KM失电，KM主触点断开→M失电→使127V电缆不带电。（达到电钻不工作时，不带电源）,2.7.2.4.BZZ-2.5（4）型煤电钻的综合保护装置图2-45P170,4.短路保护电路,,组成VT1～VT4等。,VT1、V6、L1-2、C3、C4、R３、R４、R11组成正弦波振荡电路产生２５KHZ高频信号→分为两组,,,☻.L３-４→C５-６、R５.６→①、④、③→反馈到127V主电路,☻.正常时V7、R9、Ｒ10、C10产生９V电压→VT25９V,经R７、R8分压使VT2６2.5V,VT27维持在高电位→VT46维持在高电→KD得电→KD1→KM线圈→MZ正常运转.,☻.短路时振荡器停振→VT2６电位低于2.5V,VT27低电位→V15→VT46低电位→KD失电→KD1断开→KM线圈失电→MZ正常停运转→实现短路保护.,,5过负荷保护FR热继电器,2.7.2.4.BZZ-2.5（4）型煤电钻的综合保护装置图2-45P170,6）.漏电保护电路（三个晶体管的漏电保护）,,2.7.2.4.BZZ-2.5（4）型煤电钻的综合保护装置图2-45P170,组成V9～V11、VT2等,.漏电保护电网→V9～V11能流到通→R16→R18,→0（V）→R22→R21→V14→Jdi→∑r→电网,VR18VT22电压4V,VT21为低电位→经R20,R24分压→为VT3提供电压,使其翻转→VＴ33低电位→V16→VT46低电位V20亮,VT43高电位→KD失电→KD1断开→KM线圈失电→MZ正常停运转→实现漏电保护.,15V→V5→17→KM4→2TP1→①→R12→V9→R16→R18→0V,②.漏电闭锁（∑r≤7.5、22、40KΩ）,漏电时（∑r≤3.5、11、20KΩ）,7实验电路按下1TP→La→R111KΩ→Fdi→跳闸→V20亮,2.7.3.高压系统过流保护整定计算,,,,,,,,Isb.r-瞬时过流继电器动作电流1.2～１.４可靠性系数KT-----变压器变比倍数KTV元边/V付边,,2.7.3.高压系统过流保护整定计算,,,,,Ist..M---最大一台（或同时起动）电动机额定起动电流ΣIN-----其余电器设备额定电流之和。Ist--------电动机额定起动电流,ＫｇＴ变压器组别系数Ｙ/ＹＫgT＝１；Ｙ/ΔＫgT＝,n-电流互感器二次侧额定电流（5A）倍数。,,Ked–须用系数,2.7.3.高压系统过流保护整定计算,,,,,,2.8过电压保护、静电防护、电火灾预防、,,2.8.1过电压产生、危害、保护.,,2.8.2静电产生、危害、防护,,a.接地----无论多大静电，一但入地很快为零,,2.8.3电火花预防,,,