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礦井供電設備及井下供電安全技術
一、 礦井供電電網保護的類型及要求
（一）礦井供電電網類型
根據井下電氣設備的作用、使用電壓等級、作業方式與環境的不同，礦井供電電網保護類型有以下幾種∶
（1）電流保護∶包括短路保護、過流（過負荷）保護;
（2）漏電保護∶包括非選擇性、選擇性漏電保護;
（3）保護接地∶包括系統保護接地、局部保護接地;
（4）電壓保護∶包括欠電壓保護、過電流保護;
（5）單相斷線保護;
（6）風電、瓦斯電閉鎖;
（7）綜合保護∶有電動機綜合保護和電鑽（照明）綜合保護等。
礦井電氣保護裝置必須具備可選擇性、快速性、靈敏性和動作可靠性的特點。
（二）對井下供電的要求
（1）對井下各水平中央變電所、主排水泵房和下山開採的採取排水泵房供電的線路，不得少於兩迴路。當任一迴路停止供電時，其餘迴路應擔負全部負荷。兩迴路電源來自各自的變壓器和母線段，線路上不應分接任何負載。
（2）井下低壓配電系統同時存在2種或2種以上電壓時，低壓電器設備上應明顯標出其電壓額定值。
（3）礦井必須備有井上、井下配電系統圖，井下電氣設備布置示意 圖和電力、電話、信號、電機車等線路平面敷設示意圖，並隨著情況 變化定期填繪。
（4）電氣設備不應超額定值運行。
（5）直接向井下供電的高壓饋電線上，嚴禁裝設自動重合閘。
（6）井上、井下必須裝設防雷電裝置。
（三）對礦井電氣保護裝置的要求
（1）選擇性∶ 當供電系統發生故障時，電氣保護裝置應能有選擇地將故障段切除，即斷開距離事故點最近的開關設備，從而保證供電系統的其他部分能正常運行。上一級開關保護的動作值應比下一級開關 保護的動作值大 1.1 倍以上，而且要求上級開關的動作金屬非金屬礦山作業安全技術時間比下一級開關的動作時間長 0.5～0.7s。
（2）快速性∶一般要求電氣保護裝置能快速切斷故障。在快速動作與選擇性相矛盾時，一般應先滿足選擇性的要求。
（3）靈敏性∶電氣保護裝置應具有對其保護範圍內的故障和不正常運行狀態的快速反應能力。
（4）動作可靠性∶指線路和電氣設備發生故障時，保護裝置應能可靠動作，不會出現劇烈波動，也不會出現誤動。
（四）井下電器保護類型
由於井下環境條件惡劣，容易發生各種電氣事故，因此，必須採取相應的安全措施，設置可靠的保護裝置，才能提高礦井生產的安全水平。井下最重要的電氣保護是過流保護、漏電保護和保護接地，即井下三大保護。它們是井下安全供電的主要保護技術措施，對確保安全、發展生產起著十分重要的作用。
1.過流保護裝置
凡是流過電氣設備或線路的電流，如果超過其額定值或允許值，都叫作過電流。引起過電流的原因很多，如短路、過負荷、電動機單相運轉（斷相）等。長時間過電流運行，將導致電氣設備與井下電纜的迅速損壞，甚至引發嚴重的安全事故。為此，對於電氣設備和供電線路都必須設置相應的過流保護，以便能及時切斷故障處的電源，防止事態的惡化。
過流保護包括短路保護、過載保護和斷相保護。在保護過程中，過流保護裝置應滿足以下基本要求∶
（1）選擇性∶當電網某部分發生過流故障時，要求保護裝置只切除故障設備或線路的電源，儘量縮小停電範圍，保證無故障設備繼續運行。
（2）可靠性∶ 即要求保護裝置本身應具有較高的可靠性，不出問題，隨時處於可靠的準備動作狀態。此外，還要求保護性能可靠，當本保護範圍內發生過流故障時，它一定動作（不拒動）;當本保護範圍外發生過流故障時，它一定不動作（不誤動）。
（3）動作迅速性∶在故障電流造成危害之前，保護裝置便應將過流故障切除。
（4）動作靈敏性∶保護裝置對它所保護範圍內發生故障和不正常工作狀態的反應能力，稱為保護裝置的靈敏性。在實際工作中，通常用靈敏係數來衡量保護裝置的靈敏程度。對於不同的保護裝置和不同的保護對象，靈敏係數的取值也不相同。靈敏係數是考察短路保護裝置在其保護範圍內出現最小短路電流時，該裝置能否可靠動作的重要指標。
2.漏電保護裝置
礦井下低壓電網的漏電，有分散性漏電和集中性漏電兩種。分散性漏電主要是由於電氣設備和電纜絕緣老化、受潮，使整條線路或整個電網對地絕緣電阻下降而造成的漏電。集中性漏電則是由於電氣設備和電纜某一處或某一點受到外界的砸、擠壓，或由於某種誤作業使導電部分直接接地所造成的漏電。
當電網漏電後，將可能導致以下危險∶
（1）漏電電流若通過人身，將造成人身觸電;
（2）漏電電流產生的火花，可能引起瓦斯爆炸;
（3）漏電電流在其通過的路徑上要產生電位差，這個電位差就是跨步電壓。該電壓也可使人身觸電。更嚴重的是若電雷管兩引線不慎與漏電電路上存在電位差的兩點相接觸，則會發生雷管先期引爆的事故;
（4）電網漏電後，若不能及時排除漏電故障，漏電流將會長時通過絕緣損壞處，給人身和設備帶來危害，首先要預防漏電事故的
發生。
為了解決這些問題，井下電網必須裝設漏電保護裝置。其主要作用是∶可通過漏電保護裝置上的歐姆表，連續監視電網對地的絕緣狀態，以便進行預防性維修;當電網對地絕緣電阻降低到危險程度、人身觸及帶電導體或電網一相接地時，漏電保護裝置動作。通過電源饋電開關自動切斷電源，以防止事故的擴大;可以補償人體觸電和一相接地時的容性電流，以降低人體觸電的危險性，減小接地電流的危害。
3.接地保護裝置
井下巷道狹窄，人體觸及電氣設備的機會很多。如果電氣設絕緣損壞，將會發生電源線碰殼事故。在檢漏繼電器失靈的情下，電氣設備的金屬外殼將和該相電源具有相同的電位。此時，被人體接觸，流過人體的電流將大大超過安全極限值，產生嚴重觸電事故。
另外，這時的一相漏電電流產生的電火花，還有可能造成井下瓦斯爆炸或電雷管引爆的危險。為了保證人身和礦井的安全，應撲電氣設備的外殼和大地之間用導線連接起來。這種使金屬外殼接出的方法，稱為保護接地。
由於井下環境多水、潮溼，易使接地裝置鏽蝕而影響接地網正常工作，所以，必須加強對井下保護接地系統的檢查和維護，以保證井下供電的安全性。對接地裝置的檢查主要包括以下幾方面∶
（1）對井下有電氣設備的硐室，值班人員在交接班時，必須對保護接地進行1次表面檢查;無值班人員的硐室或其他設備的保護接地，應由維護人員每周至少進行1次表面檢查。
（2）表面檢查的重點是觀察整個接地網的連接情況，對於接制不良或嚴重鏽蝕的接地線，應立即處理，以避免接地電阻值的增大。
（3）對水倉和水溝裡的主接地極或局部接地極，每年至少要提出來詳細檢查1次。檢查主接地極時應注意一人檢查，一人監護不能同時提出，以免影響安全。如礦井水酸性較大時，應適當增加檢查次數，對鏽蝕嚴重的接地極要及早更換。
（4）對管狀接地極，應經常灌注鹽水來降低其接地電阻值，以保持其良好的導電狀態。
（5）在電氣設備每次安裝、檢修或遷移後，要詳細檢查接地置的完善情況。尤其是對那些震動性較大或經常移動的電氣設備必須隨時加強檢查，如發現接地裝置有損壞，應立即處理，對接裝置未修復的電氣設備禁止送電。
二、漏電保護
礦井高壓電網，必須採取措施限制單相接地電容電流不超過 20A。地面變電所和井下中央變電所的高壓饋電線上，必須裝設有選擇性的單相接地保護裝置;移動變電站的高壓饋電線必須裝設有選擇性的動作與跳閘的單相接地保護裝置。井下低壓饋電線上，必須裝設檢漏保護裝置或有選擇性的漏電保護裝置，保證自動切斷漏電的饋電線路。
每天必須對低壓檢漏裝置的運行情況進行1次跳閘試驗。電鑽必須使用設有檢漏、漏電閉鎖、短路、過負荷、斷相、遠距離啟動和停止電鑽功能的綜合保護裝置。每班使用前，必須對電鑽綜合保護裝置進行 1次跳閘試驗。
（一）漏電
在變壓器中性點不接地電網中，發生單相接地（直接接地或經過渡阻抗接地）或兩相、三相對地的總絕緣電阻降低到危險值的電氣故障叫做漏電故障，簡稱漏電。電網漏電按性質分集中性漏電和分散性漏電。
集中性漏電∶由於電網某處或某點的絕緣損壞而發生的漏電;分散性漏電∶由於整個電網或某條線路的對地絕緣電阻降低而發生的漏電。
（二）漏電保護
井下供電系統常用的漏電保護方式∶漏電保護（非選擇性）、選擇性漏電保護和漏電閉鎖。
漏電保護裝置∶安裝在各種開關中的具有漏電跳閘、漏電閉鎖和選擇性漏電保護功能的電子插件、微電腦綜合控制保護器和漏電繼電器;具有獨立隔爆外殼，必須與饋電開關配合使用的漏電繼電器。
漏電按保護原理分附加直流電源式、零序電流方向式、旁路接地式和自動復電式。
三、保護接地
電壓在 36V 以上和由於絕緣損壞可能帶有危險電壓的電氣設備的金屬外殼、構架，鎧裝電纜的鋼帶（或鋼絲）、鉛皮或屏蔽護套等必須有保護接地。所有電氣設備的保護接地裝置（包括電纜的鎧裝、鉛皮、接地芯線）和局部接地裝置，應與主接地極連接成1個總接地網。
（一）對主接地極的要求
所有電氣設備的保護接地裝置（包括電纜的鎧裝、鉛皮、接地芯線）和局部接地裝置，應與主接地極連接成1個總接地網。
主接地極應在主、副水倉中各埋設1 塊。主接地極應用耐腐蝕的鋼板製成，其面積不得小於0.75m²、厚度不得小於5mm。
在鑽孔中敷設的電纜不能與主接地極連接時，應單獨形成一分區接地網，其接地電阻值不得大於 2。
（二）對局部接地極的要求
下列地點應裝設局部接地極∶
（1）採區變電所（包括移動變電站和移動變壓器）;
（2）裝有電氣設備的硐室和單獨裝設的高壓電氣設備;
（3）低壓配電點或裝有 3 臺以上電氣設備的地點;
（4）無低壓配電點的採掘機工作面的運輸巷、迴風巷、集中運輸巷（膠帶運輸巷）以及由變電所單獨供電的掘進工作面，至少應分別設置1個局部接地極;
（5）連接高壓動力電纜的金屬連接裝置。
局部接地極可設置於巷道水溝內或其他就近的潮溼處。設置在水溝中的局部接地極應用面積不小於0.6m²、厚度不小於 3mm 的鋼板或具有同等有效面積的鋼管制成，並應平放於水溝深處。設置在其他地點的局部接地極，可用直徑不小於 35mm、長度不小於 1.5m 的鋼管制成，管上應至少鑽 20 個直徑不小於 5mm 的透孔，並垂直全部埋入底板;也可用直徑不小於 22mm、長度為1m 的2根鋼管制成，每根管上應鑽10 個直徑不小於 5mm 的透孔，2根鋼管相距不得小於 5m，並聯後垂直埋入底板，垂直埋深不得小於0.75m。
（三）對接地母線和連接導線的要求
連接主接地極的接地母線，應採用截面不小於 50mm2的銅線，或截面不小於 100mm²的鍍鋅鐵線，或厚度不小於 4mm、截面不小於 100mm² 的扁鋼。
電氣設備的外殼與接地母線或局部接地極的連接，電纜連接裝置兩頭的鎧裝、鉛皮的連接，應採用截面不小於 25mm²的銅線，或截面不小於 50mm²的鍍鋅鐵線，或厚度不小於 4mm、截面不小於 50mm²的扁鋼。
（四）其他要求
接地網上任一保護接地點的接地電阻值不得大於 2Ω。每一移動式和手持式電氣設備至局部接地極之間的保護接地用的電纜芯線和接地連接導線的電阻值，不得大於 10。
橡套電纜的接地芯線，只能用作監測接地迴路，不得兼作他用。
四、 過電流保護與電壓保護
過電流是指流過電氣設備或電纜的實際電流超過了額定值。過電流保護包括短路保護、過負荷保護和斷相保護。井下高壓電動機、動力變壓器的高壓控制設備，應具有短路、過負荷、接地和欠壓釋放保護。井下由採區變電所、移動變電站或配電點引出的饋電線上，應裝設短路、過負荷和漏電保護裝置。低壓電動機的控制設備，應具備短路、過負荷、單相斷線、漏電閉鎖保護裝置及遠程控
制裝置。
（一）過電流故障的危害及原因
1.短路
短路，是指供電線路的相與相之間經導線直接短接，電流不流經負載形成迴路。短路時，流經供電線路的電流稱為短路電流。
井下電網可能出現的短路故障有兩相短路、三相短路和異相兩點接地短路等幾種。 2.過負荷
過負荷又叫過載，是指電氣設備和電纜的實際電流超過了該電氣設備和電纜的額定電流，並超過允許過負荷時間。
過負荷的危害主要有以下幾個方面∶
（1）電氣設備和線路過負荷後，其溫度將超過所用絕緣材料的最高允許值，燒毀絕緣;
（2）長期過載會擴展成漏電或短路故障;
（3）電氣設備長期超載運行、電源電壓過低和斷相運行等會使電氣設備出現過負荷現象。
3.斷相
斷相，是指三相交流電動機的一相供電線路或一相繞組斷線。在這種狀態運行的電動機叫單相運行。
斷相故障現象如下∶（1）熔斷器有一相熔斷;
（2）電纜與電纜、電纜與設備的連接不牢而一相鬆動脫落，電纜一相芯線斷開;
（3）電動機定子繞組與接線端子的連接一相鬆動脫落。 （二）電壓保護 1. 欠電壓保護
在供電過程中，由於某種原因，出現電網電壓突然消失或急劇降低30%～40%，此時，保護裝置使開關跳閘，自動切斷電源。當電網電壓恢復後，開關不會自動合閘，不會自動恢復供電或用電設備自啟動的一種保護裝置。
井下高、低壓防爆開關都具有欠電壓保護功能。高壓防爆開關內裝設有欠電壓釋放裝置，通常叫做無壓釋放裝置。
2.過電壓保護
在供電系統的運行過程中，產生危及電氣設備絕緣電壓升高，一般超過額定電壓 15%以上。井下的過電壓主要是內部過電壓，按其性質分為作業過電壓，弧光接地過電壓和諧振過電壓等幾種。