煤矿井下供电系统的“三大保护”

第三章煤矿井下供电系统的“三大保护”煤矿井下供电系统的过流保护、漏电保护、接地保护统称为煤矿井下的三大保护。第一节过电流保护一、过电流故障的危害及原因过电流是指流过电气设备和电缆的电流超过额定值。其故障有短路、过负荷和断相。第一节过电流保护•1.短路•短路是指电流不流经负载，而是两根或三根导线直接短接形成回路。这时电流很大，可达额定电流的几倍、几十倍，甚至更大，其危害是能够在极短的时间内烧毁电气设备，引起火灾或引起瓦斯、煤尘爆炸事故。短路电流还会产生很大的电动力，使电气设备遭到机械损坏，也会引起电网电压急剧下降，影响电网中的其他用电设备的正常工作。造成短路的主要原因是绝缘受到破坏，因而应加强对电气设备和电缆绝缘的维护和检查，并设置短路保护装置。第一节过电流保护•2.过负荷•过负荷是指流过电气设备和电路的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。其危害是电气设备和电缆出现过负荷后，温度将超过所用绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路事故。过负荷是井下烧毁中、小型电动机的主要原因之一。•引起电气设备和电缆过负荷的原因主要有以下几方面：一是电气设备和电缆容量选择过小，致使正常工作时负荷电流超过了额定电流；二是对生产机械的误操作，例如在刮板输送机机尾压煤的情况下，连续点动起动，就会在起动电流的连续冲击下引起电动机过热，甚至烧毁。此外，电源电压过低或电动机机械性堵转都会引起电动机过负荷。第一节过电流保护•3.断相•断相是指三相交流电动机的一相供电线路或一相绕组断线。•造成断相原因有：熔断器有一相熔断；电缆与电动机或开关的接线端子连接不牢而松动脱落；电缆芯线一相断线；电动机定子绕组与接线端子连接不牢而脱落等。第一节过电流保护•二、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则•（一）、一般规定•1、短路电流的计算方法•1）选择短路保护装置的整定电流时，需要计算两相短路电流值，可按公式（1）计算：•=（1）式中：----两相短路电流，A。•----短路回路内一相电阻，电抗值总和，Ω。•Xx----根据三相短路容量计算的系统电抗值,Ω。•R1、X1----高压电缆的电阻、电抗值，Ω。•Kb----矿用变压器变比。•Rb、Xb----矿用变压器的电阻、电抗值，Ω。•R2、X2----低压电缆的电阻、电抗值，Ω。•UN2----变压器二次侧额定电压，V。XXKXXbbxX2212222XRUNRRKRbbR221Id)2(XR、Id)2(第一节过电流保护•利用公式⑴计算两相短路电流时，不考虑短路电流周期分量的衰减，短路回路的接触电阻和电弧电阻值也忽略不计。•若需计算三相短路电流值，可按公式⑵计算：•．．．．．．⑵•式中：----三相短路电流，A。•2）两相短路电流亦可利用计算图(或表)查出。•2、短路保护装置•1）馈出线的电源端均需加装短路保护装置。低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护装置。•2）当干线上的开关不能同时保护分支线路时，则应在靠近分支点处另行加装短路保护装置。•3）各类短路保护装置均应按本细则进行计算、整定、校验，保证灵敏可靠，不准甩掉不用，并禁止使用不合格的短路保护装置。Id)3(IIdd)2()3(15.1第一节过电流保护•2、短路保护装置•1）馈出线的电源端均需加装短路保护装置。低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护装置。•2）当干线上的开关不能同时保护分支线路时，则应在靠近分支点处另行加装短路保护装置。•3）各类短路保护装置均应按本细则进行计算、整定、校验，保证灵敏可靠，不准甩掉不用，并禁止使用不合格的短路保护装置。第一节过电流保护•（二）、电缆线路的短路保护•1、电磁式过流继电器的整定•1）1200V及以下馈电开关过流继电器的整定值，按下列规定选择。•①对保护电缆干线的装置按公式⑶选择：•．．．．．．⑶•式中：IZ----过流保护装置的电流整定值，A。•IQC----容量最大的电动机的额定起动电流，A。•∑Ie----其余电动机的额定电流之和，A。•KX----需用系数，取0.5～1。IKIIeXQCZ第一节过电流保护•（二）、电缆线路的短路保护•1、电磁式过流继电器的整定•1）1200V及以下馈电开关过流继电器的整定值，按下列规定选择。•①对保护电缆干线的装置按公式⑶选择：•．．．．．．⑶•式中：IZ----过流保护装置的电流整定值，A。•IQC----容量最大的电动机的额定起动电流，A。•∑Ie----其余电动机的额定电流之和，A。•KX----需用系数，取0.5～1。IKIIeXQCZ第一节过电流保护•②保护电缆支线的装置按公式⑷选择：•IZ≥IQC．．．．．．⑷•式中：IZ、IQC的含义同公式⑶。•目前某些隔爆磁力起动器装有限流热继电器，其热元件按公式⑸整定：•IZ≤Ie⑸•式中：IZ、Ie的含义同公式⑶。•2）按第1条规定选择出来的整定值，还应用两相短路电流值进行校验，应符合公式⑹的要求：•/IZ≥1.5⑹•式中：----被保护电缆干线或支线距变压器最远点•的两相短路电流值，A。•Iz----过流保护装置的电流整定值，A。•1.5----保护装置的可靠动作系数。Id)2(第一节过电流保护•若线路上串联两台及以上开关时(其间无分支线路)，则上一级开关的整定值，也应按下一级开关保护范围最远点的两相短路电流来校验，校验的可靠动作系数应满足1.2～1.5的要求，以保证双重保护的可靠性。•若经校验，两相短路电流不能满足公式⑹时，可采取以下措施：•①加大干线或支线电缆截面。•②设法减少低压电缆长度。•③采用相敏保护器或软起动等新技术提高可靠动作系数。•④换用大容量变压器或采取变压器并联。•⑤增设分段保护开关。•⑥采用移动变电站或移动变压器。第一节过电流保护•2、电子保护器的电流整定•1）馈电开关中，电子保护器的短路保护整定原则，按公式⑶进行计算、选择、整定，按公式⑹进行校验，其整定范围为(3～10)Ie；其过载长延时保护电流整定值按实际负载电流值整定，其整定范围为(0.4～1)Ie。Ie为馈电开关的额定电流。•2）电磁起动器中，电子保护器的过流整定值，按公式⑺选择：•Iz≤Ie⑺•式中：Iz----电子保护器的过流整定值，取电机额定电流近似值，A。•Ie----电动机的额定电流，A。•当运行中电流超过Iz值时，即视为过载，电子保护器延时动作；当运行中电流达到Iz值的8倍及以上时，即视为短路，电子保护器瞬时动作。第一节过电流保护•3）按公式⑺计算选择出的整定值，也应以两相短路电流值进行校验，应符合公式⑻的要求：•≥1.2⑻•式中：8Iz----电子保护短路保护动作值。•1.2----保护装置的可靠动作系数。•3、熔断器熔体额定电流的选择•1）1200V及以下的电网中，熔体额定电流可按下列规定选择。•①对保护电缆干线的装置，按公式⑼选择：•⑼•式中：IR----熔体额定电流，A。•IQC、∑Ie----含义同公式⑶。•1.8～2.5----当容量最大的电动机起动时，保证熔体不熔化系数。对不经常启动和轻载起动的可取2.5;对于频繁起动和带负载起动的则可取1.8～2。IIzd8)2(IIIeQCR5.2~8.1第一节过电流保护•②对保护电缆支线的装置按公式⑽选择：•．．．．．．．．⑽•式中：IQC、IR、1.8～2.5----含义同公式⑼。•③对保护照明负荷的装置，按公式(11)选择：•IR≈Ie．．．．．．(11)•式中：Ie----照明负荷的额定电流，A。•选择熔体的额定电流应接近于计算值。•2）选用的熔体，应按公式(12)进行校验：•≥4～7．．．．．．(12)•式中：----含义公式⑹。•4～7----为保证熔体及时熔断的系数，当电压1140V、660V、380V，熔体额定电流为100A及以下时，系数取7；电流为125A时，系数取6.4；电流为160A时，系数取5；电流为200A时，系数取4；当电压为127V时，系数一律取4。5.2~8.1IIQCRIIRd)2(第一节过电流保护•（三）变压器的保护•1、动力变压器在低压侧发生两相短路时，采用高压配电装置中的过流保护装置来保护，对于电磁式保护装置，其一次电流整定值Iz按公式(13)选择：•Iz≥．．．．．．(13)•式中：Kb----变压器变压比•1.2～1.4----可靠系数•对于电子式高压综合保护器，按电流互感器二次额定电流值(5A)的1、2、3、4、5、6、7、8、9倍分级整定，其整定值按公式(14)选择：•n≥．．．．．(14)•式中：n----互感器二次额定电流(5A)的倍数。•Ige----高压配电装置额定电流，A。IKIKeXQCb4.1~2.1IKIKIgebeXQC第一节过电流保护•对Y/Y接线的变压器，按公式(13)计算出的整定值，按公式(15a)检验：•≥1.5．．．．．．(15a)•对于Y/△接线的变压器，按公式(13)计算出的整定值，按公式(15b)校验：•≥1.5．．．．．．(15b)•式中：----Y/△接线变压器的二次两相短路电流折算到一次侧的系数。•1.5----保证过流保护装置可靠动作的系数。IKIZbd)2(IKIZbd3)2(第一节过电流保护•2、动力变压器的过负荷保护反映变压器正常运行时的过载情况，通常为三相对称，一般经一定延时作用于信号。高压配电装置中保护整定原则如下：•①电子式过流反时限继电保护装置，按变压器额定电流整定。•②电磁式动作时间为10～15s，起动电流按躲过变压器额定电流来整定：•Iz=kIeb/Kf．．．．．．(16)•式中：Iz----含义同前。•K----可靠系数，取1.05。•Kf----返回系数，一般为0.85。•Ieb----变压器额定电流。•3、照明、信号综合保护装置和煤电钻综合保护装置中变压器由下式校验：•≥4～7••式中：----变压器低压侧两相短路电流，A。•Kb----变压比。•----Y/△接线变压器二次侧两相短路电流折算到一次侧的系数，当为△/△接线时此系数取1。)3()2(IKIRbd第一节过电流保护•（四）管理制度•1、生产矿井(或采区)应有专人负责低压电气设备和高压配电装置过流保护装置的整定和管理工作，矿机电部门应加强对此项工作的检查和指导。•2、新投产的采区，在作采区供电设计时，应对保护装置的整定值进行计算、校验，机电安装人员应按设计要求进行安装整定、调整。•当电气设备涉及的电网及负荷状况发生变化时，矿井机电技术人员应及时进行计算，经机电副井长（机电副矿长）审批后，由专职的电气维修工负责调整。•3、运行中的电气设备的保护装置，由电气维修工负责定期检查，如发现有误动作或整定值选择有差错时，应查明原因，由机电技术人员或机电副井长(机电副矿长)根据实际情况作必要的改动，其他人员不得任意变更。第一节过电流保护•4、生产矿井(或采区)应备有实际的供电系统图(或计算机辅助管理系统)，其上注明电气设备型号、容量、电缆线路规格、长度、短路电流值和保护装置的整定值。此图由生产矿井(或采区)机电队和机电技术人员负责管理并随时修改补充。供电系统图每季报矿机电部门一次。•5、为了便于检查，设备应挂标志牌，牌上注明设备的编号、型号、整定值、两相短路电流值、整定日期、供电范围等情况。•6、检修后的高、低压开关，必须对其保护装置进行校验，使之符合要求，以便在井下使用时，可以根据其刻度正确地调整。•7、备用开关设备(含新的、检修完的)及单独保护器，在入井前，应由持合格证的防爆检查员检查其电气保护及防爆安全性能，取得合格证后，方可入井安装。•8、开关在井下使用超过6个月时，应对其过流保护装置进行一次检验和调整。第二节漏电保护•漏电：当电气设备或导线的绝缘损坏或人体触及一相带电体时，电源和大地形成回路，有电流流过的现象，称为漏电。•井下常见的漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。•集中性漏电是指漏电发生在电网的某一处或某一点，其余部分的对地绝缘水平仍保持正常。•分散性漏电是指某条电缆或整个网络对