安全用电及保护.ppt

第二章 安全用电及保护,触电的危害及预防保护接地与接零井下漏电的危害及防护短路电流计算井下过流保护,第一节 触电的危害及预防,触电的危险性触电的预防触电后的急救,煤矿井下由于空间狭窄、照明不足、空气潮湿，以及电气设备易受砸、碰、压而使绝缘损坏，所以比地面更易发生人身触电、漏电及短路事故。如果缺乏必要和可靠的保护装置，电气设备长期过载容易引起井下火灾，漏电及短路故障容易引起瓦斯、煤尘爆炸，漏电电流的长期存在还可能使雷管超前引爆。所以，煤矿井下安全用电，就是根据井下的特殊工作条件而采取相应的措施，防止上述事故的发生和发展，确保人身和设备的安全及供电的可靠性。,一、触电的危险性,触电一般对人体的伤害大致分为电击和电伤两种类型。电击是指触电后电流通过人体，使人体内部器官受到损伤和破坏，多数情况下会致人死亡，所以是最危险的。电伤是指强电流瞬时通过人体的某一局部，或电弧烧伤人体，造成人体外表器官的破坏，一般容易治愈，严重时可能使人致残，但不会有生命危险,1、流过人体的电流,流过人体的电流又称人体触电电流。我国一般规定30mA为通过人体的极限安全电流值，但是因人而异。流过人体的电流越大，对人体组织的破坏作用就越大。见表3-1.,2、人体电阻,人体电阻由体内电阻和皮肤电阻两部分组成。体内电阻较小，不受外界影响，大约为500欧。皮肤电阻变化较大，皮肤干燥时为10千欧，潮湿或角质皮损坏时为1000欧左右。井下工作人员的人体电阻通常取1000欧作为计算依据。,3、人体触电电压,流过人体的电压和电流成非线性关系，这是因为人体电阻不固定。,工矿企业的安全电压采用36V。,4、触电时间,触电持续时间是指从触电瞬间开始到人体脱离电源的时间。我国规定触电电流与触电持续时间的乘积不得超过30 mA。触电的伤害程度还与触电方式、电流的种类、频率以及电流流经人体的路径等多种因素有关。相同的条件下，直流电的危险性比交流电小。,二、触电的预防,1、使人体不接触和不接近带电体,将带电裸导体置于一定高度或者加保护遮拦，使人体接触不到带电体。如：井下架线式电机车的架空线，在行人巷道中敷设高度距轨面不得低于2m。矿用电气设备的外壳与手把之间设置可靠的机械闭锁装置，以保证未合上外壳，不能送电;通电后，不能打开外壳。操作高压回路，必须戴绝缘手套、穿绝缘靴以防触电。,2、人体接触较多的电气设备采用低电压,触电机会多的设备采用低压。如：井下手持煤电钻、照明设备工作电压不得超过127 V。矿用井下控制回路的电压不得超过36 V。,3、设置保护接地装置,当电气设备的绝缘损坏时，可能使正常不带电的金属外壳或支架带电，如果人体触及这些带电的金属外壳或支架，便会发生触电事故。将正常时不带电的金属外壳和支架接地，以确保人身安全。,4、设置漏电保护装置,当电气设备或线路绝缘损坏时才有触电的危险，所以设置漏电保护装置，使之能不断地监视线路的绝缘状况，在绝缘电阻下降到危险值时，自动切断电源。,5、井下及向井下供电的变压器中性点禁止直接接地,中性点直接接地系统,5、井下及向井下供电的变压器中性点禁止直接接地,中性点对地绝缘系统,考虑对地电容时，流过人体的电流，比不考虑时大，比中性点接地系统的的小。,只考虑对地电阻时,三、触电后的抢救,两快，一坚持，一慎重。,两快是指快速切断电源和快速进行抢救。当出事地点没有电源开关时，若是380 V以下低压线路，可用木棒、绳索等绝缘物体拨开电源线或直接将触电者拉脱电源(注意与触电者的绝缘);若是高压线路，则应用相应等级的绝缘棒等物品使触电者脱离电源。一坚持是指坚持抢救一慎重是指慎重用药,1）人工呼吸法,抢救方法：,2）心脏按摩法,第二节 保护接地与接零,工作接地保护接地保护接地系统保护接零,电气设备的任何部分与大地之间作良好的电气连接，叫做接地。用来直接与土壤接触的一个或多个金属导体，称为接地体或接地极。电气设备接地部分与接地极连接用的导体，称为接地线。接地极与接地线，合称为接地装置。接地极与土壤接触时，两者之间的电阻及土壤的电阻，称为流散电阻接地线电阻、接地体电阻及流散电阻之和，称为接地电阻。接地按其目的和作用可分为:工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地、重复接地等。,相关概念,一、工作接地,当为保证电力系统中电气设备在任何情况下都能安全、可靠地运行，要求系统中某一点必须用导体与接地体相连接，称为工作接地。如电源中性点的直接接地或经消弧线圈的接地等都属于工作接地。,二、保护接地,为防止人体触电事故，将电设备中所有正常时不带电、绝缘损坏时可能带电的外露金属部分接地，称为保护接地。,1）TT接地系统,2）IT接地系统,三、保护接地系统,1地面保护接地系统,接地体分为自然接地体和人工接地体。应尽量使用自然接地体，如不满足时再敷设人工接地体。接地体的深度：垂直埋人地中的接地体一般长2 m一3m；接地体上端与地面应有0.5 m一1 m的距离。接地体的布置：为了降低接触电压和跨步电压，接地体的布丑形式要适当考虑，应尽量使电位分布均匀。因此，在环形接地网中间加装几条平行的扁钢均压带;在人员经常出人处，加装帽檐式均压带，就能较好地降低电位变化的陡度。,2、煤矿井下保护接地系统,保护接地、过流保护、漏电保护构成井下的三大保护。,煤矿井下保护接地系统地极、局部接地极、接地母线、辅助接地母线和接地线组成，如图3一9所示。,煤矿安全规程要求接地系统做到以下几点：(1)电压在36 V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、构架，恺装电缆的钢带(或钢丝)、铅皮或屏蔽护套等必须有保护接地。(2)接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2欧姆。每一移动式和手持电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻位，不得超过1 欧姆。(3)所有电气设备的保护接地装置(包括电缆的恺装、铅皮、接地芯线)和局部接地装置，应与主接地极连接成1个总接地网。,四、保护接零,第三节 井下漏电的危害及防护,漏电的概念漏电的危害漏电的原因漏电保护方式漏电保护装置的整定矿用隔爆型检漏继电器,一、漏电的概念,漏电是指在电力系统中，因导体对地的绝缘阻抗降低，流入大地的电流也将会随之增大的故障现象，流人大地的电流称为漏电电流。在煤矿井下的供电系统中，漏电故障表现为单相直接接地（由于变压器中性点不直接接地），或者单相、两相、三相对地的绝缘电阻下降至规定值。其中单相漏电约占漏电故障的85%。集中性漏电是指电网的漏电发生在某一点或某一处，其余部分的对地绝缘水平仍保持正常。分散性漏电是指整个电网或整条电缆的绝大部分对地绝缘水平下降，多处发生漏电现象。,二、漏电的危害,煤矿井下的漏电事故会对人身、设备、矿井的安全造成很大的威胁。其危害主要有以下几个方面:人接触到漏电设备或电缆，电流通过人体经大地与电源形成回路，造成触电伤亡事故。漏电回路中碰地或碰壳的地方可能产生电火花，有可能引起瓦斯煤尘爆炸。漏电回路中各点存在电位差，若电雷管引线两端接触到不同电位的两点，可能使雷管爆炸。电气设备漏电时不及时切断电源会扩大为短路故障，烧毁设备，造成火灾。发生一相严重漏电或接地时，电动机绕组对地(外壳)电压将会升高为线电压，对绕组对地绝缘构成威胁。,三、漏电的原因,煤造成并下低压电网漏电的原因，大致有以下儿个方面：电缆和电气设备本身的原因。管理不当而引起的漏电。维修操作不当引起漏电。施工安装不当引起漏电。意外事故引起漏电。,四、漏电保护方式,在煤矿井下，电网发生漏电是不可避免的，由于电网漏电所带来的危害是极其严重的。因此，漏电保护是煤矿井下供电系统中不可缺少的。常见的漏电保护方式：附加直流电源检测式漏电保护。零序电流式保护。零序电压式。零序功率方向保护式。漏电闭锁式。,1、附加直流电源检测式漏电保护,电流回路动作过程（ZJ）工作原理（有无触电时对比）,2、零序电流式保护,一次、二次侧的构成零序电流的产生电缆终端盒接地线穿过互感器接地,2、零序电流式保护,漏电电流为各支路总和故障相与非故障相电流方向相反,3、零序电压式保护原理,零序电压的产生正常时无零序电压，故障时产生零序电压驱动保护元件动作,3、零序电压式保护原理,电抗器的结构,4、零序功率方向保护式,动作条件故障相与非故障相的零序电流方向相反,五、漏电保护装置的整定,1、JY82型检漏继电 器结构,六、矿用隔爆型检漏继电器,组成机械闭锁 断电才能开盖，盖开不能接通电2L 电容补偿 中性点对地绝缘R3 稳定负荷HL供千欧表照明K2比k1提前闭合C 交流旁路R2 试验电阻E2 辅助接地极,检测回路漏电后的动作过程电网对地电容补偿试验回路,1、JY82型检漏继电器工作原理,2、JY82A型检漏继电器结构,组成A3钢板拉伸成外壳机械闭锁机芯用加长杆固定三项电抗器 多抽头零序电抗器多抽头,2、JY82A型检漏继电器工作原理,电源电路补偿电路直流检测回路控制回路延时电路,2、JY82A型检漏继电器检修与安装,检查电压等级，按图3-5检查按图323接线 合DW,合QS，用SB试验调整好后下井下井后接线，检查无误后送电跳闸，检查漏电故障机芯故障检测,2、JY82A型检漏继电器检修与安装,3、JY82B型检漏继电器,发光二极管照明兼指示增加电源档次见图3-6双T滤波代替零序电抗器 滤波，延时小,3、JY82B型检漏继电器,4、BJJ3型检漏继电器,直流电源零序电压回路零序电流回路直流分量取样电路相敏电路动作执行电路试验电路,第四节 煤电钻综合保护装置,结构电气原理使用与维修,ZBZ-4Z型煤电钻综合保护装置,主回路低压电源控制电路短路保护过载保护漏电保护试验电路,主回路低压电源 一路是32v,另一路是5.5v控制电路 先导启动回路；主接触器的闭合过程；1J供电的切换短路保护 无论煤电钻是否送电，都有有固定频率信号；频率信号的生成电路；正常时单结晶体管导通状态；低阻放电回路；短路时动作过程；短路闭锁过载保护 RJ漏电保护LED4绝缘阻值低指示 LED2漏电指示试验电路,照明信号综合保护装置,结构电气原理使用与维护,第六节,矿井电网短路电流计算,第三章 短路电流,本章主要内容：无限大容量电力系统三相短路时的物理过程及物理量 三相短路及两相和单相短路的计算 短路电流的效应及短路校验条件,第一节 短路的原因、后果及形式,一、短路的原因,绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物造成等。,二、短路的后果,产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现。,三、短路的形式,三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路,短路的形式(虚线表示短路电流路径),第二节 无限大容量电力系统三相短路时的物理过程,一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程,a)三相电路图 b)等效单相电路图,无限大容量电力系统中发生三相短路,无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变动曲线,电路中存在电感，发生短路后，电流不能突变，有一个过渡过程即短路暂态过程。,二、短路有关的物理量,1、短路电流周期分量,2、短路电流非周期分量,（波形按指数函数衰减）,（波形为正弦波）,3、短路全电流,4、短路冲击电流,=12 短路电流冲击系数（高压三相短路为1.8，低压为1.3）,高压三相短路,低压三相短路,5、短路稳态电流,（无限大容量系统）,短路电流的表示：,三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路,第三节 无限大容量电力系统中短路电流的计算,短路电流计算过程：绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量。,计算方法：欧姆法、标幺制法,一、采用欧姆法进行三相短路计算,计算公式,计算高压短路时电阻较小，一般可忽略。,时,可忽略,时,可忽略,1、电力系统的阻抗计算,电力系统的电阻相对于电抗很小，不予考虑。,2、电力变压器的阻抗计算,短路损耗,电阻,电抗,3、电力线路的阻抗计算,和,可查下表或其它数据表,电力线路每相的单位长度电抗平均值,4、阻抗换算（有变压器时）,电路内各元件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算，换算的条件是元件功率损耗不变。,例31,二、标幺制法进行三相短路电流计算,1、标幺值概念,任一物理量的标幺值,（实际值与基准值之比）,基准容量（可以任意选取，一般取100MVA）,基准电压（通常取短路计算电压）,基准电流,基准电抗,2、元件标幺值：,电力系统电抗标幺值：,电力变压器电抗标幺值：,电力线路电抗标幺值：,3、短路电流标幺值及短路电流计算,根据 可以计算出。,4、三相短路容量,例32,四、两相短路电流的计算,五、单相短路电流的计算,大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时,（要考虑正序、负序、零序阻抗）,工程中简单计算,单相短路回路的阻抗：,结论：在无限大容量系统中，两相短路电流和单相短路电流均比三相短路电流小，电气设备的选择与校验应采用三相短路电流，相间短路保护及灵敏度校验应采用两相短路电流，单相短路电流主要用于单相短路保护的整定热稳定度的校验。,第四节 短路电流的效应和稳定度校验,发生短路后产生危害效应：电动效应 热效应,一、短路电流的电动效应和动稳定度,1、短路时最大电动力,由计算可知：无限大容量系统发生三相短路时，中间相导体所受到的电动力比两相短路时导体所受到的电动力大，一般采用三相短路冲击电流校验电器的动稳定度。,2、动稳定度校验,一般电器：,和,分别为电器的极限通过电流（动稳定电流）的峰值和有效值，可查有关手册或产品样本。,绝缘子：,最大允许载荷,为绝缘子的最大允许载荷，可查有关手册或产品样本。如果手册或产品样本给出的是绝缘子的抗弯破坏载荷值，将其值乘以0.6作为 值；为三相短路时作用于绝缘子上的计算力；如果母线在绝缘子上为平放，；如果母线为竖放，则。如图所示（下页）。,硬母线：最大允许应力,为母线材料的最大允许应力，为母线通过 时所受到的最大计算应力；为母线通过 时所受到的弯曲力矩，当母线档数为12时，；当母线档数大于2时，；当母线水平放置时，为母线截面水平宽度，为母线截面的垂直高度。如图所示（下页）。,水平放的母线 a)平放 b)竖放,3、短路点附近交流电机反馈冲击电流的考虑,（参数见表3-3 67页）,大容量电动机对短路点反馈冲击电流,二、短路电流的热效应与热稳定度,1、短路时的发热及计算,短路前后导体的温度变化,短路发热假想时间,短路发热的假想时间：,短路时间 短路保护装置实际动作时间 断路器的断路时间 取0.10.2秒,2、短路热稳定度的校验条件,一般电器：,母线及绝缘导线和电缆等导体：,和可由有关手册或产品样本查得。,导体热稳定系数，可由附录表7查得。,例34（自己看）,第七节 井下电网的过电流保护,过电流保护的任务和要求,一、过电流保护装置的类型和任务,过电流保护装置：,熔断器（简单、经济）低压断路器（供电可靠性较高、操作灵活）继电保护（自动化程度较高的场所）,二、对保护装置的要求,基本要求：选择性、速动性、可靠性、灵敏度（灵敏系数）。,第二节 熔断器保护,一、熔断器在供配电系统的配置,配置要求：使故障范围缩小到最低限度,注意：低压系统中的PE线和PEN线上不允许装设熔断器。,二、熔断器熔体电流的选择,1、保护电力线路,2、保护电力变压器,考虑因素：,熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流，熔体电流要躲过变压器低压侧电机起动的尖峰电流，熔体电流要躲过变压器空载含闸电流。,3、保护电压互感器,RN2为0.5A,三、熔断器的选择与校验,1、选择时应满足的条件：,熔断器的额定电压应不低于线路的额定电压，熔断器的额定电流不应小于它所装熔体的额定电流，熔断器的额定类型应满足技术要求。,2、断流能力的校验,限流式（RM、RT0等）：,非限流式（RM10）：,断流能力有上下限（跌开式）：,四、熔断器保护灵敏度的检验,见下表,检验熔断器保护灵敏度的最小比值K,注：表中K值适用于符合IEC标准的一些新型熔断器如RTl2、RTl4、RTl5、NT等型熔断器。对于老型熔断器，可取K=47，即近似地按表中熔断时间为5s的熔断器来取值。,五、熔断器之间的选择性配合,要求线路在发生故障时，靠近故障点的熔断器首先熔断，切断故障部分。,第三节 低压断路器的保护,一、低压断路器在低压配电系统中的配置,三种方式：,1、单独接低压断路器或低压断路器 刀开关的方式 2、低压断路器与磁力起动器或接触器配合的方式3、低压断路器与熔断器配合的方式,低压断路器的配置方式,a)适于一台主变b)适于两台主变C)适于低压配电出线d)适于频繁操作电路e)适于熔断器保护的电路 QF低压断路器，QK刀开关，QKF刀熔开关，KM接触器，KH热继电器,二、低压断路器脱扣器的选择和整定,1、低压断路器过电流脱扣器额定电流的选择,脱扣器额定电流,2、低压断路器过流脱扣器动作电流的整定,1）瞬时过流脱扣器动作电流的整定,动作电流,可靠系数 取值为,2）短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定,动作电流,取值为1.2,动作时间 0.2s,0.4s,0.6s三级,时间差0.2s,3）长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定,动作电流,取值为1.1,动作时间：反时限最长1-2h,4）过流脱扣器与被保护线路的配合要求,（允许载流量）,过负荷倍数：,瞬时、短时取4.5,长延时取1,有爆炸性危险的取0.8,3、低压断路器热脱扣器的选择和整定,1）热脱扣器额定电流的选择,2）热脱扣器动作电流的整定,过负荷保护,取值为1.1,三、低压断路器的选择与校验,1、选择低压断路器应满足的条件,低压断路器的额定电压不低于保护线路的额定电压。低压断路器的额定电流不小于它所安装的脱扣器的额定电流。低压断路器的类型应符合安装、保护、操作方式的要求。,2、低压断路器断流能力的校验,动作时间0.02s以上（DW）：分断电流,动作时间0.02s以下（DZ）：,四、低压断路器过电流保护灵敏度的检验,五、前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合,偏差范围正负20%到30%左右。,1、断路器配合：,2、低压断路器与熔断器之间的选择性配合：,前一级低压断路器保护特性曲线：-30%-20%的负偏差,后一级熔断器保护特性曲线：+30%+50%的正偏差,