10 安全矿山机电安全.ppt
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1、10 安全-矿山机电安全,主讲:路仁江,2011.9,主要内容:1、矿山电气安全2、机械伤害的原因及预防措施3、机械设备的管理与维修,矿山机电安全技术,机电设备是现代化企业生产所必须的技术设备,在矿山生产中离不开采掘、运输、提升、通风、排水、破碎、选矿和变配电等各种电气与机械设备。但是,机电设备有时会因为使用不当而造成损坏,从而影响矿山的正常生产,甚至发生各种机电伤害事故。掌握电气与机械相关的安全技术和设备管理方面的知识,对于充分发挥设备的效能,做好矿山安全生产工作是十分重要的。,矿山电气安全技术,一、矿山供配电(一)基本要求 1供电可靠 对矿山企业的重要负荷,如主要排水、通风与提升设备,一旦
2、中断供电,可能发生矿井淹没、有毒有害气体聚集或停罐甚至坠罐等事故。采掘、运输、压气及照明等中断供电,也会造成不同程度的经济损失或人身事故。根据对供电可靠性要求的不同,矿山电力负荷分为以下三级:(1)一级负荷 凡因突然中断供电会危及人员生命安全,重要设备损坏报废,造成重大经济损失的均属一级负荷。如因事故停电有淹没危险的矿井的主排水泵;有火灾、爆炸危险或含有对人有生命危害的气体的地下矿的主扇风机;无平硐或其他安全出口的竖井载人提升机;金矿选厂的氰化搅拌池。一级负荷应采用两个独立的线路供电,其中任何一条线路发生故障,其余线路的供电能力应能担负全部负荷。,(2)二级负荷 凡因突然停电会严重减产,造成重
3、大经济损失的为二级负荷。如矿山生产系统的主要设备,因事故停电有淹没危险的主要排水设备,以及高寒地区采暖锅炉房的用电设备等。二级负荷的供配电线路一般应设一回路专用线路;有条件的,可采用两回线路。(3)三级负荷 凡不属于一级和二级负荷的为三级负荷。如小型矿山的用电设备(属于一级负荷的除外),以及矿山的机修、仓库、车库等辅助设施的供电等。三级负荷一般采用单回路专线供电。,矿山电气安全技术,2供电安全 矿山生产的工作环境特殊,必须按照安全规程的有关规定进行供电,确保安全生产。3供电质量高 供电质量是衡量供电的电压和频率是否在额定值和允许的偏差范围内,因用电设备在额定值下运行性能最好。供电电压允许偏移范
4、围为士5,电压偏移增大,用电设备性能恶化,严重时会造成设备的损坏。4供电经济 从降低供电设施、器材的建设投资和减少供电系统中的电能损耗及维护费用等方面考虑,以求供电的经济性。,矿山电气安全技术,(二)电压等级 矿山供配电电压和各种电气设备的额定电压等级如下:(1)露天矿和地下矿地面高压电力网的配电电压,一般为6kV和10kV。井下高压配电,不大于10kv,一般为6kV。(2)露天矿场和地下矿山的地面低压配电,一般采用 380V和 380220V。井下低压网路的配电电压,不大于1140V,一般采用380V或660V。(3)照明电压、运输巷道、井底车场,应不超过220V;采掘工作面、出矿巷道、天井
5、和天井至回采工作面之间,应不超过36V;行灯或移动式电灯的电压应不超过36V。(4)携带式电动工具的电压,应不大于127V。(5)电机车牵引网络电压,采用交流电源应不超过380V;采用直流电源应不超过550V。(6)在金属容器和潮湿地点作业,安全电压不得超过12V。,矿山电气安全技术,二、触电伤害与安全电压(一)触电伤害的形式与种类 触电伤害可分为电击和电伤两种。电击是指电流通过人体时对人体内部造成的综合性伤害,是触电伤害的主要形式。电伤是指电流对人体外部造成的局部伤害,例如电弧烧伤、电流灼伤等。电击和电伤这两种伤害也可能同时发生,这在高压触电事故中是常见的。触电的种类:按人体是否接触正常情况
6、下带电的物体可分为直接触电和间接触电。人体与带电体直接接触形成的触电伤害叫直接触电。人体触及正常不带电而由故障原因造成的意外带电体而发生的触电叫间接触电,间接触电有:接触电压触电和跨步电压触电两种。大部分的触电事故是由于设备绝缘损坏而产生的接触电压造成的。,矿山电气安全技术,(二)安全电压 安全电压是防止触电事故的安全技术措施之一,它是根据人体电阻、安全电流和环境条件而制定的。(1)人体电阻 人体电阻包括体内电阻和皮肤电阻两部分。皮肤在潮湿、多汗、受伤出血的情况下,人体电阻会显著下降到8001000。此外,施加电压增高,电流持续时间增长,也会导致人体电阻的下降。一般在电气安全工程计算中,人体电
7、阻取值为1000。(下见祥解)(2)安全电流 我国取30mA为极限安全电流。安全电流随工作环境条件而变化,如在高空作业或水面上作业,可能因电击导致摔死、淹溺等事故,这时的安全电流值应降至5mA。(3)安全电压 根据安全电流和人体的计算电阻,安全电压大约为30V。国家标准规定的安全电压额定值的等级为42V、36V、24V、12V、6V。地下矿交流为40V。矿井的采掘工作面和天井照明的电压应采用36V;行灯电压应不大于36V。应该注意,井下36V的照明线路也应有良好的绝缘,某矿山曾经发生过36V的照明线路触电致死的事故。,矿山电气安全技术,人体电阻:一般在干燥环境中,人体电阻大约在1k-3k左右;
8、皮肤出汗时,约为lk左右;皮肤有伤口时,约为800左右。皮肤角质层的电阻值更高,而不经常摩擦部位的皮肤的电阻值是最小的。皮肤电阻还同人体与带电体的接触面积及压力有关,接触面积越大,人体电阻越小。当表皮受损暴露出真皮时,人体内因布满了输送盐溶液的血管而有很低的电阻,大约为500欧。当人体接触带电体时,人就被当作一电路元件接入回路。假定一个人用双手紧握带电体,双脚站在水坑里而形成导电回路,这时人体电阻基本上就是体内电阻约为500欧。一般情况下,人体电阻可按10002000欧考虑。接触高压时,会击穿皮肤,电阻下降。电压达到250V时,会击穿皮肤,电阻下降到600-800欧,此时电流为I=250/80
9、0=310mA,这是危险的电流值。电流通过人体的时间越长,人体发热,出汗,和电流对人体组织的电解作用,容易使人体电阻降低。,矿山电气安全技术,三、电气安全保护(一)中性点接地方式 供电系统的电源变压器中性点采用何种接地方式,对于电气保护方案的选择和电网的安全运行关系极大。低压供电系统一般有两种供电方式,一种是将配电变压器的中性点通过金属接地体与大地相接,称中性点直接接地方式(如图9-1所示);另一种是中性点与大地绝缘,称中性点不接地方式(如图92所示)。这两种接地方式各有短长,适合于不同的使用场所,并要有相应的电气保护装置才能保证电网的安全运行。,矿山电气安全技术,(1)当人触及电网一相时,中
10、性点接地系统危险性较大;中性点不接地系统只要保持较高的对地绝缘电阻和限制过大的电容电流,对人体触电的危险就小得多。(2)当电网一相接地时,中性点接地系统即为单相短路,短路点将产生很大的电弧;短路电流在大地流通时,易引起电雷管爆炸事故。中性点不接地系统接地电流较小,相对较安全。(3)以架空线路为主,比较分散的低压电网,要维护很高的绝缘电阻是很困难的,尤其是雨雪天。当线路绝缘降低到一定程度后即失去中性点不接地的优点。安全规程规定井下配电变压器不得采用中性点直接接地的供电系统;地面低压供电系统一般都是采用中性点直接接地的系统。井上下共用一台变压器时,为了能满足安全规程的要求,要采用中性点不接地的方式
11、,并要保持网路的绝缘性能。为了避免和减轻高压窜入低压的危险,要将中性点通过击穿保险器同大地可靠地连接起来,或在三相线路上装设避雷器。,矿山电气安全技术,中性点的运行方式主要有两大种:1.中性点直接接地系统;又称大电流系统;主要用在110KV及以上的供电系统和380V系统。直接接地系统发生单相接地是会使保护马上动做切除电源与故障点。对于高压系统,如110KV以上的供电系统,电压高,设备绝缘考虑成本不会作得很大,如果中性点不接地,当单相接地时,未接地的二相就要能够承受 3 倍的过电压,瓷绝缘子体积就要增大近一倍,原来1米长的绝缘子就要增加到1.732米以上,不但制造起来不容易,安装也是问题,会使设
12、备投资大大增加;另外110KV以上系统由于电压高,杆塔的高度也高,不容易出现单相接地的情况,因而就是出现了接地就跳闸也不会影响多少供电可靠性,因而从投资的经济性考虑,在110KV以上供电系统,我们多采用中性点直接接地系统。在低压380/220V系统中,有许多单相用电设备,如果中性点不接地运行,则发生单相接地后,有可能未接地相电压升高,会因过电压烧毁家用电器,从安全性考虑,我们必须采用中性点直接接地系统,将中性点的电位牢牢接地。,矿山电气安全技术,2.中性点不接地或经消弧线圈接地:主要用在35KV及以下的供电系统。不接地系统如果发生单相接地,系统可以正常运行两小时以内,必须找出故障点进行处理,否
13、则会扩大故障。中性点直接接地系统的优点:发生单相接地时,其它两相对地电压不升高,因此可降低绝缘费用。保证安全。其缺点:发生单相接地短路时,短路电流大,要迅速切除故障部分,从而使供电可靠性差。,矿山电气安全技术,中性点不接地方式也就是中性点对地绝缘方式,该方式结构简单、运行方便,不需要增加附加电力设备,投资便宜。在井下,禁止中性点接地,其主要目的是为安全,减小了单相接地电流。由于井下较为潮湿,电气设备容易出现漏电,中性点不接地,火线漏电就无法与地形成回路,人体接触也就不会造成触电。中性点不接地系统的优点:这种系统发生单相接地时,三相用电设备能正常工作,允许暂时继续运行两小时之内,因此可靠性高。其
14、缺点:这种系统发生单相接地时,其它两相对地电压升到线电压,是正常时的根号3 倍,因此绝缘要求高,增加绝缘费用。,矿山电气安全技术,(二)接地和接零 运行中的电气设备可能由于绝缘损坏等原因,而使它的金属外壳以及与电气设备相接触的其他金属物上出现危险的对地电压。人体接触后,就有可能发生触电危险。为了避免触电事故的发生,最常用的保护措施是接地和接零。1保护接地 保护接地就是把正常情况下不带电的电气设备的金属外壳(电动机、变压器、电器及测量仪表的外壳)、配电装置的金属构件、电缆终端盒与接线盒外壳等与埋设在地下的接地装置用金属导线连接起来,使泄漏的电流导人大地防止人员触电的措施。保护接地适用于中性点不接
15、地系统,也可在安装电流动作型漏(触)电保护器的中性点接地的系统中使用。,矿山电气安全技术,矿井内部保护接地措施有:(1)矿井内所有电气设备的金属外壳及电缆的配件、金属外皮等都要接地。巷道中接地电缆线路的金属构筑物等也要接地。(2)在井下,应设置局部接地极的地点有:装有固定电气设备的硐室和单独的高压配电装置。采区变电所和工作面配电点。铠装电缆每隔100m左右应就地接地一次,遇到接线盒时应接地。,矿山电气安全技术,(3)矿井电气设备保护接地系统的一般规定:所有需要接地的设备和局部接地极,都应与接地干线连接。接地干线应与主接地极连接,形成接地网。移动和携带式电气设备,应采用橡套电缆的接地芯线接地,并
16、与接地干线连接。所有应接地的设备,要有单独的接地连接线,禁止将几台设备的接地连接线串联连接。所有电缆的金属外皮(不论使用电压高低),都应有可靠的电气连接,以构成接地干线。无电缆金属外皮可利用时,应另敷设接地干线。(4)各中段的接地干线,都应与主接地极相接。敷设在钻孔中的电缆,如不能与矿井接地干线连接,应将主接地板设在地面。钻孔套管可以用作接地极。(5)主接地极应设在矿井水仓或积水坑中,且不应少于两组。局部接地极可设于积水坑、排水沟或其他适当地点。,矿山电气安全技术,2保护接零 在380220V的三相四线制中性点接地的供电系统中,把设备正常不带电的外壳与中性点接地的零线连接,称为保护接零。在中性
17、点接地的系统中,如果仅仅采取保护接地装置,如图93所示。当某相发生碰壳短路时,短路电流往往不能使过流保护装置动作而长期存在,人体处在与保护接地装置并联的状态,这对人体也是很危险的。因此,中性点接地系统要采用保护接零。如果装设电流动作型漏电保护器,能将一定数值的漏电流可靠地切除,则在中性点接地系统中采用保护接地还是能够保障安全的。,矿山电气安全技术,矿山电气安全技术,3.接地与接零的要求:(1)在同一低压电网中,不允许将一部分电气设备采用保护接地,而另一部分采用保护接零。(2)接地(接零)装置一定要牢固可靠;接地线的截面不能过小,要有足够的机械强度;接地导线的连接必须良好,应采用螺栓紧固和焊接。
18、(3)保护接地和工作接地(变压器的中性点接地)的接地电阻不超过4;容量为100kVA及以下变压器的接地电阻不超过10;零线的重复接地电阻不超过10,容量100kVA及以下者不超过30。地下矿接地电阻不大于2.(4)接地装置要经常检查,及时维护,接地电阻每年应测定一次。,矿山电气安全技术,接地与接零的区别:(1)保护原理不同:保护接地是限制设备漏电后的对地电压,使之不超过安全范围。在高压系统中,保护接地除限制对地电压外,在某些情况下,还有促使电网保护装置动作的作用;保护接地就是把电气设备的金属外壳用足够粗的金属导线与大地可靠地连接起来。电气设备采用保护接地措施后,设备外壳已通过导线与大地有良好的
19、接触,则当人体触及带电的外壳时,人体相当于接地电阻的一条并联支路,由于人体电阻远远大于接地电阻,所以通过人体的电流很小,避免了触电事故。保护接零是借助接零线路使设备漏电形成单相短路,促使线路上的保护装置动作,以及切断故障设备的电源。此外,在保护接零电网中,保护零线和重复接地还可限制设备漏电时的对地电压。由接地的中性点引出的导线称为零线。,矿山电气安全技术,接地与接零的区别:(2)适用范围不同:保护接地即适用于一般不接地的高低压电网,也适用于采取了其他安全措施(如装设漏电保护器)的低压电网;保护接零只适用于中性点直接接地的低压电网。(3)线路结构不同:如果采取保护接地措施,电网中可以无工作零线,
20、只设保护接地线;如果采取了保护接零措施,则必须设工作零线,利用工作零线作接零保护。保护接零线不应接开关、熔断器,当在工作零线上装设熔断器等开断电器时,还必须另装保护接地线或接零线。,矿山电气安全技术,工作接地、保护接地与保护接零的区别:工作接地:为保证电气设备在正常或事故情况下可靠地运行,而必须把电力系统中某一点进行接地。如中性点直接接地或通过特殊设备(如电抗器、击穿保险器、消弧线圈等)和大地做金属连接。保护接地:将电气设备在正常情况下不带电的金属部分,以大地作金属性连接,以保证人身安全。如金属外壳、结构架等。保护接零:将电气设备正常不带电的金属部分与系统中的零线相连接,以免人身遭受触电的危险
21、。在三相四线系统中的电气设备,必须采用保护接零的方法。,矿山电气安全技术,要求:在同一电源供电的电工设备上,不容许一部分设备采用保护接零,而另一部分设备采用保护接地。因为当保护接地的设备外壳带电时(图1中B)如接地 电阻rD较大,故障电流ID不足以使保护装置动作,则因工作接地电阻rD的存在,使中性线上一直存在电压U0=IDrD,此时,保护接零设备(图1中A)的外壳上将呈现电压U0,当人触及时就会发生触电危险。,矿山电气安全技术,中国规定:380伏交流电源一般采用三相星形连接,中性点直接接地。故中性线即为零线。采用保护接零的电网中,中性线必须按规定重复接地。零线重复接地能够缩短故障持续时间,降低
22、零线上的压降损耗,减轻相、零线反接的危险性。在保护零线发生断路后,当电器设备的绝缘损坏或相线碰壳时,零线重复接地还能降低故障电器设备的对地电压,减小发生触电事故的危险性。因此零线重复接地在供电网络中具有相当重要的作用。,(三)继电保护 电力系统发生故障或出现异常现象时,为了将故障部分切除,或者防止故障范围扩大,减少故障损失,保证系统安全运行,需要利用一些电气自动装置来保护,自动装置的主要器件是继电器,装有继电器的保护装置称为继电保护装置。继电保护的作用是:(1)当电力系统发生足以损坏设备或危及安全运行的故障时,使被保护设备快速脱离系统。(2)当电力系统或某些设备出现非正常情况时,及时发出警报信
23、号以使工作人员迅速进行处理,使之恢复正常工作状态。(3)在电力系统的自动化,以及工业生产的自动控制(如自动重合闸,备用电源自动投入,遥控、遥测、遥讯等)中,作为重要的控制元素。,矿山电气安全技术,(四)漏电保护 当电路或电气装置不良,使带电部分与地接触,引起人身伤害、损坏设备以及发生火灾危险时,可将电源切断的保护称漏电保护。漏电保护装置主要有电压型与电流型两种。井下低压电网的漏电保护装置,一般是在电源端装设一台漏电继电器,对电网绝缘进行监视。当电网绝缘下降(漏电)到一定数值或接地时,漏电继电器就动作,并在极短的时间内将电源总开关自动切断。当人体触电时,漏电继电器也将动作。漏电保护的使用范围主要
24、有:(1)防触电、防火要求较高的场所和新、改、扩建工程使用各类低压用电设备、插座。(2)手持式电动工具、其他移动式机电设备,以及触电危险性大的用电设备。(3)潮湿、高温、金属占有系数大的场所及其他导电良好的场所。,矿山电气安全技术,(4)应采用安全电压的场所,不得用漏电保护器代替。如使用安全电压确有困难,须经企业安全管理部门批准,方可用漏电保护器作为补充保护。(5)额定漏电动作电流不超过30mA的漏电保护器,在其他保护措施失效时,可作为直接接触的补充保护,但不能作为惟一的直接接触保护。(6)选用漏电保护器,应根据保护范围、人身设备安全和环境要求确定。一般应选用电流型漏电保护器。(7)当漏电保护
25、器做分级保护时,应满足上下级动作的选择性。一般上一级漏电保护器的额定漏电动作电流应不小于下一级漏电保护器的额定漏电动作电流、或是所保护线路设备正常漏电电流的2倍。,矿山电气安全技术,(8)在不影响线路、设备正常运行(既不误动作)的条件下,应选用漏电动作电流和动作时间较小的漏电保护器。(9)在需要考虑过载保护或有防火要求时,应选用具有过电流保护功能的漏电保护器。(10)在爆炸危险场所,应选用防爆型漏电保护器;在潮湿、水汽较大场所,应选用密闭型漏电保护器;在粉尘浓度较高场所,应选用防尘型或密闭型漏电保护器。,矿山电气安全技术,(五)过电流保护 过电流是指电气设备或线路的电流超过规定值,有短路和过载
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