风电场的防雷和接地84页PPT

对于风力机而言，直 接雷击保护主要是针 对叶片、机舱、塔架 防雷，而间接雷击保 护主要是指过电压保 护和等电位连接。
电气系统防雷则主要 是间接雷击保护。
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
外部直击雷的保护设计
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
➢ 可以将多台风电机组的接地网进行互连，这样就可以 通 过延伸机组的接地网可进一步降低接地电阻，使雷电流迅 速流散入大地而不产生危险的过电压。
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
电力工程技术（china-dianliina-dianli）
风力发电机的防雷与接地 电力工程技术（china-
dianli）
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
风机防雷保护的必要性
风力机组在自然环境下，不可避免受到自然环境 的危害，其中，雷击是自然界中对风力发电机组 安全运行危害最大的一种危害，一旦发生雷击， 雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损 坏、发电机绝缘击穿、控制元件烧毁等后果，严 重可能造成风机报废，造成巨大的经济财产损失。 同时，雷击也会对检修维护人员造成巨大威胁。
研究表明，物体被雷电击中时，雷电流总是会选择传导 性最好的路径。故针对雷电的这一破坏特性，可以在被 击设备内部构造出一个低阻抗的对地导电通路，这样就 可以使设备免遭雷击破坏。这一原理是整个叶片防雷措 施的基础，并且贯穿于整个风力发电机的防雷系统中。
根据国际电工委员会推荐标准《风电发电系统——第24 部分：防雷保护》（IEC TR 61400—24）的要求，一般 情况下，是在叶片叶尖部位安装一个金属接闪器，用铜 质电缆导线把叶尖接闪器和轮毂的防雷引下线可靠接地。

1）接地的作用 所谓接地，就是把设备的某一部分通过
接地装置同大地紧密连接在一起。 接地的作用主要是防止人身遭受电击、
设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止 雷击、防止静电损害和保障系统正常运 行。
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2）接地的分类
系统接地
在电力系统中将其某一点与大地进行适当的 连接，称为系统接地或工作接地，如变压器 中性点的接地。
纵向电压
导线或设备对地电压。每条导线上的折射电压 或反射电压均为纵向电压。
横向电压
两导线间的电位差。导线过电压的不平衡，线 路阻抗不一致，被保护设备阻抗及接地电阻的影 响等都会造成横向电压。
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3）感应雷的防护
为防护感应过电压，在线路上安装过电 压抑制设备，即避雷器或防雷器。
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2、信号设备防雷
SPD由防雷元器件构成。
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2）信号设备浪涌保护器的要求
按照分区、分级、分设备防护和纵向、横向或 纵横向防护的需要合理选用防雷保安器。
当防雷保安器处于劣化或损坏状态时，须立即 自动脱离电路且不得影响设备正常工作。
用于电源电路的防雷保安器，应单独设置；必 须具有阻断续流的性能；安装在分线盘（柜） 处、电源防雷箱内及工作电压在110V以上的防 雷保安器应有劣化指示。
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（1）屏蔽
屏蔽，就是用金属网、箔、壳、管等导 体把需要保护的对象包围起来，把闪电的 脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来。
信号机房的建筑物应采用法拉第笼进行 电磁屏蔽，法拉第笼由屋顶避雷网、避雷 带、引下线、机房屏蔽和接地系统构成。
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（2）等电位连接
也称均衡连接、搭接，是指把各种金 属物用粗的铜导线焊接起来，或把它们直 接焊接起来，以保证各个分系统的电位相 等，可消除因“地电位骤然升高”而产生 的反击现象。

雷电的类型 直击雷：雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电。 感应雷：包括静电感应雷和电磁感应雷。 球形雷：是一种球形的发红光或极亮白光的火球。
风电场电气系统
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§1.2 雷电的危害
防雷与接地
直击雷：雷云放电时，雷电流可达几百千安。通过被雷击物 体时，产生大量的热量，使物体燃烧。
感应雷：雷电感应是雷电的第二次作用，即雷电流产生的电 磁效应和静电效应作用。
❖ 电气设备的接地：通常情况下是指不带电的金属导体（一 般为金属外壳或底座）。
❖ 非电气设备的导体接地：如风管、输油管及建筑物的金属 构件经金属接地线与接地电极相连接。
风电场电气系统
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§2.1 接地基本概念
防雷与接地
Uk
❖ 接地电阻：即接地装置对 地电压与入地电流之比。
它包括接地线、接地体的
电阻以及接地体与土壤间
属体，如输油金属管道等，称为防电蚀接地。牺牲阳极保 护阴极的称为阴极保护。
风电场电气系统
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防雷与接地
§2.3 接地的一般要求
§2.3.1 接地网设计基本要求
❖ 1）电气设备及设施宜接地或接中性线，并做到因地制宜， 安全可靠，经济合理。
❖ 2）不同用途和不同电压的电气设备，除另有规定者外， 应使用一个总的接地系统，接地电阻应符合其中最小值的 要求。
➢ 电力设备传动装置。 ➢ 互感器的二次绕组。 ➢ 配电、控制保护屏（柜、箱）及操作台等的金属框架。 ➢ 屋内配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架，以及靠近带
电部分的金属围栏和金属门、窗。 ➢ 交、直流电力电缆桥架、接线盒、终端盒的外壳、电缆的
屏蔽铠装外皮、穿线的钢管等。 ➢ 装有避雷线的电力线路杆塔。 ➢ 在非沥青地面的居民区内，无避雷线非直接接地系统架空

害。
经济性原则
在满足安全要求的前提下，应 尽量降低防雷接地系统的成本 ，包括材料、施工和维护费用 。
技术先进性原则
防雷接地系统的设计应采用先 进的技术和设备，以提高系统 的性能和可靠性。
环境适应性原则
防雷接地系统的设计应充分考 虑当地的气候、地质和环境条 件，确保系统能够适应各种环
境变化。
防雷接地系统的设计步骤
接闪器
接闪器是用来直接接受雷 击的金属物体，通常安装 在建筑物顶部，如避雷针 。
引下线
引下线是连接接闪器和接 地装置的金属导体，用于 将雷电流从接闪器传导至 接地装置。
接地装置
接地装置包括接地体和接 地线，负责将雷电流引入 大地，实现电流的分散和 消散。
防雷接地系统的设计原则
安全性原则
防雷接地系统的设计应确保人 员和设备的安全，避免雷击对 建筑物及其内部的设施造成损
防雷设施检查
检查防雷设施是否完好，如避雷针、 避雷带等是否出现锈蚀、断裂等现象 。
防雷接地系统故障排查
接地电阻异常
当接地电阻值异常时，应检查接 地体是否受到腐蚀、损伤，接地
线连接是否牢固等。
防雷设施损坏
如发现防雷设施损坏，应及时更换 或修复，并重新进行防雷检测。
设备接地不良
对于设备接地不良的情况，应检查 设备接地线是否完好，接地端子是 否牢固连接。
防雷接地系统更新改造
系统升级改造
根据实际情况和需要进行防雷接 地系统的升级改造，提高系统的
防雷效果和安全性。
材料更换与更新
对于老化、腐蚀的接地材料，应 及时进行更换，使用符合规定的
优质材料。
设计优化
根据最新的防雷技术标准和规范 ，对防雷接地系统设计进行优化

§7.1.2 雷电的防护
目前使用的避雷器主要有四种类型：保护间隙、排气式避雷
器、阀型避雷器和氧化锌避雷器。
5．接地装置
接地和接地装置的概念参见本章7.2节。针对防雷保护装置的
需要而设置的接地称为防雷接地。其作用是使雷电流顺利入
地，减小雷电流通过时的电位升高。
风电场电气工程
风电场电气一次系统
§ 7.2 接地的概念及措施
入大地，残留下来的大量电荷，相互排斥而产生强大的能
量使建筑物震裂。同时，残留电荷形成的高电位，往往造
成屋内电线、金属管道和大型金属设备放电，击穿电气绝
缘层或引起火灾、爆炸。
风电场电气工程
风电场电气一次系统
§7.1.2 雷电的防护
1．避雷针
避雷针由接闪器、支持构架、引下线和接地体四部分构成，
作用是将雷电吸引到自身并泄放入地中，从而保护附近的建
接地装置。
➢ 避雷器宜设置集中接地，其接地线应以最短的距离与接
地网相连。
➢ 独立避雷针（线）应设独立的集中接地装置，接地电阻
不宜超过10Ω。
➢ 独立避雷针（线）不应设在人经常通行的地方。
风电场电气工程
风电场电气一次系统
§ 7.3风电机组的防雷保护
7.3.1 叶片的防雷保护
7.3.2 机舱的防雷保护
风电场电气工程
风电场电气一次系统
第7章 风电场防雷与接地
章节设置：
7.1 雷电及常见防护措施
7.2 接地的概念及措施
7.3风电机组的防雷保护
7.4 集电线路的防雷与接地
7.5 升压变电站的防雷与接地
风电场电气工程
风电场电气一次系统
第7章 风电场防雷与接地
教学目标：

2.保护接地 各种电气设备的金属外壳，线路的金属管，电 缆的金属保护层，安装电气设备的金属支架等， 由于导体的绝缘损坏可能带电，为了防止这些不 带电金属部分产生生过高的对地电压危及人身安 全而设置的接地，称为保护接地。 保护接地示意图见图1所示。 保护接零示意图见图2所示。
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3.保护接零 把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与 电网的零线（或）中性线紧密地连接起来称为保 护接零。
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20
2.TN系统
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2.TN系统
22
TN--S系统(b)
2.TN系统
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TN－C－S系统(c)
3.TT系统
如图所示，TT系统的电源中性点直接接地，与用电 设备接地无关。PE为保护接地，设备的金属外壳也直接 接地，且与电源中性点相连。
TT系统的工作原理是：当发生单相碰壳故障时，接 地电流经保护接地的接地装置和电源的工作接地装置所 构成的回路流过。此时，若有人触摸带电的外壳，则由 于保护接地装置的电阻远远小于人体的电阻，因此大部 分的接地电流被接地装置分流，从而对人体起到保护24 作 用。
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▉ 中性点、零点和中性线、零线
发电机、变压器、电动机等电器的绕组中以及串联电 源回路中有一点，它与外部各接线端间的电压绝对值相 等，这一点就成为中性点或中点。
当中性点接地时，该点则称为零点。由中性点引出的 导线，称为中性线；由零点引出的导线，则称为零线。
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▉ 接地线和接地—接地线
一般有中性线（代号N）、保护线（代号PE）或保护中性
3.TT系统
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TT接地系统
3.TT系统
但TT系统在确保安全用电方面也存在着不足之处： 1)在采用TT系统的电气设备发生单相碰壳故障时，接 地电流并不很大，往往不能使保护装置动作，这将导致 线路长期带故障运行。 2)当TT系统中的电气设备只是由于绝缘不良引起漏电 时，因漏电电流往往不大（仅为毫安级），不可能使线 路的保护装置动作，这也导致漏电设备的金属外壳长期 带电，增加了人体触电的危险。

为了预防雷电效应，对处在机舱内的金属设备如：金属构架、金属装置、电气装置 、通讯装置和外来的导体作了等电位连接，连接母线与接地装置连接。汇集到机舱底座
的雷电流，传送到塔架，由塔架本体将雷电流传输到底部，并通过3个接入点传输到接 地网。在 LPZ0与LPZ1、LPZ1与 LPZ2 区的界面处应做等电位连接。
根据以上研究结果，针对1500kW系列机组的叶片应用了专用防雷系统，此系统由雷电接
闪器和雷电传导部分组成，如下图所示。在叶尖装有接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内 腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片。
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叶片防雷
雷电从接闪器通过导引线导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂、主轴传至机舱，再通
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3、防雷保护的原理及方法
3.1、传统的防雷方法：
传统的防雷方法主要就是直击雷的防护，参见GB50057-94《建筑物防雷设计
规范》，其技术措施可分接闪器、引下线、接地体和法拉第笼。 其中接闪器包括避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器。根据建筑物
的地理位置、现有结构、重要程度等，决定是否采用避雷针、避雷带、避 雷网或其联合接闪方式。
过偏航轴承和塔架最终导入接地网。按IEC61400-24标准的推荐值，如风力发电机组要 达到一级防雷击保护要求，则叶片防雷击铜质电缆导线截面积最小为50平方毫米。 而金风1500Kw机组的叶片铜质电缆导线截面积为77平方毫米，能够满足一级防雷保护 的要求。
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3.2 现代防雷保护的原理及方法：
德国防雷专家希曼斯基在《过电压保护理论与实践》一书中，给出了现代计

安全和保障设备正常运行具有重要意义。通过合理 设计和安装防雷系统，可以有效地减少雷电灾害的影响，降低损失和风险。
02 接地系统基础
接地系统的定义与分类
接地系统的定义
接地系统是将电气装置与大地连 接，通过大地作为电流回路的接 地方式。
接地系统的分类
根据不同的分类标准，接地系统 可分为工作接地、保护接地、防 雷接地等。
实例总结
通过该实例分析，可以了解到防雷系统检测 与验收的重要性和实际操作方法。在实际应 用中，需要根据具体情况选择合适的检测方 法和标准，严格按照验收流程进行操作，以 确保防雷系统的有效性和安全性。
06 防雷技术在不同领域的应用
防雷技术在建筑领域的应用
建筑物防雷系统设计
根据建筑物的重要性、使用性质和雷电灾害风险评估结果 ，合理选择防雷装置和布设方式，如接闪器、引下线、接 地装置等。
安装避雷针、避雷网等。
通信设备接地系统
02
建立良好的接地系统，确保通信设备在遭受雷击时能够迅速泄
放电流，保障设备正常运行和信号传输质量。
雷电监测与预警在通信领域的应用
03
利用雷电监测网和预警系统，实时监测雷电活动，及时发布预
警信息，指导通信设施采取有效措施应对雷电灾害。
THANKS
雷电监测与预警
利用雷电监测网和预警系统，实时监测雷电活动，及时发布预警信 息，指导电力设施采取有效措施应对雷电灾害。
电力设备接地系统
建立完善的接地系统，确保电力设备在遭受雷击时能够迅速泄放电 流，避免设备损坏和人身伤害。
防雷技术在通信领域的应用
通信设施防雷保护
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对通信设施的建筑物、天线、电缆等采取相应的防雷措施，如
避雷器的原理与选择

防雷接地施工前的准备
01
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防雷接地设计
根据建筑物特点和雷电环 境条件，进行防雷接地设 计，确定接地电阻要求和 接地装置型式。
材料准备
根据设计要求，准备足够 的接地材料，如接地极、 接地线、连接器等，并确 保材料质量合格。
现场勘查
对施工现场进行勘查，了 解地形、地质、地下管线 等情况，以便确定接地装 置的安装位置。
接地电阻测试
定期进行接地电阻测试，确保接 地电阻值符合规范要求。
外观检查
检查接地极、接地线等是否有损坏、 腐蚀等现象，评估其工作状态。
环境因素考虑
考虑土壤湿度、酸碱度等环境因素 对接地装置的影响，确保其正常工 作。
防雷接地装置的故障处理与修复
故障诊断与定位
通过检测和评估，确定接地装置的故障类型和位 置。
防雷接地系统的原理
防雷接地系统的原理是利用接地体将雷电引入地下，通过大地分散电流，避免雷 电对建筑物和设备的损害。
防雷接地系统的设计原则与步骤
设计原则
防雷接地系统的设计应遵循科学性、 经济性、安全性和可靠性的原则，确 保系统能够有效地防御雷电，保障建 筑物和设备的安全。
设计步骤
防雷接地系统的设计步骤包括确定防 雷等级、选择接地方式、计算接地电 阻值、选择接地材料和施工方法等。
雷电的危害
雷电具有极大的破坏性，可以造成人 员伤亡和财产损失。雷击可以产生高 温和高电压，对建筑物、电子设备和 生命安全造成威胁。
接地的基本概念与作用
接地的基本概念
接地是将电气设备和接地装置连接起来，使得电流能够安全地导入大地。接地 是防雷保护的重要措施之一，可以有效降低雷击对设备和人员的危害。
接地的作用

风力发电机的防雷与接地
内部防雷（过电压）保护系统
风力发电机的防雷与接地
内部防雷（过电压）保护系统
依据是否可能发生直击雷，雷电流的幅值以及相 关电磁场情况，国际电工委员会对防雷过电压保 护的防护区域划分为：LPZ0 区（LPZ0A、LPZ0B）， LPZ1 区，LPZ2 区。
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
鉴于雷击无法避免的特性，风 力发电机组的防雷重点在于雷 击时如何迅速将雷电流引入大 地，尽可能减少由雷电引入设 备的电流，最大限度地保障设 备和人员安全，使损失降低到 最小程度。
对于风力机而言，直接雷击保 护主要是针对叶片、机舱、塔 架防雷，而间接雷击保护主要 是指过电压保护和等电位连接。
电气系统防雷则主要是间接雷 击保护。
风力发电机的防雷与接地
外部直击雷的保护设计
风力发电机的防雷与接地
叶片的防雷保护
叶片防雷
叶片防雷重要性
位置最高是雷电袭击的首要目标 叶片是风力发电机组中最昂贵的部件
雷击造成叶片损坏
雷电击中叶尖后释放大量能量，雷电 流使叶尖结构内部温度急骤升高，造 成叶尖结构爆裂破坏甚至开裂；
叶片防雷系统的主要目标 是避免雷电直击叶片本体， 而导致叶片本身发热膨胀、 迸裂损害。
风力发电机的防雷与接地
机舱的防雷保护
现代大多数风力机的机舱罩是用金属板制成，本身就有良 好的防雷保护作用。机舱主机架除了与叶片相连，在机舱 罩顶上后部设置一个（数目可多于一个）高于风速、风向 仪的接闪杆，保护风速计和风向仪免受雷击。
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
风电机组采用TN方式供电系统，可以较好的保护风机 电气系统及人员的安全。

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保护接地和保护接零的适用范围如下： （1）额定电压为1000V及以上的高压配电
装置中的设备，在一切情况下均应采用 保护接地。 （2）额定电压为1000V以下的低压配电装 置中的设备，在中性点不接地电网中， 应采用保护接地；在中性点直接接地的 电网中，应采用保护接零。在没有中性 线的情况下，亦可采用保护接地。
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一、避雷针
1、用途 为了防止设备免受直接雷击，通常采用 装设避雷针或避雷线的措施，避雷针高 于被保护物，其作用是将雷电吸引到避 雷针本身上来并安全地将雷电流引入大 地，从而保护了设备。
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2、避雷针的保护范围 （1）单支避雷针
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按下式计算 ：
当hx h2时，rx (hhx)p
当hx
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三、防雷接地
这是针对防雷保护的需要而设置，目的 是减小雷电流通过接地装置时的地电位 升高。主要特点是雷电流的幅值大和雷 电流的等值频率高。
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1、输电线路的防雷接地 高压输电线路在每一杆塔下一般都设有 接地装置，并通过引线与避雷线相连， 其目的是使击中避雷线的雷电流通过较 低的接地电阻而进入大地。 高压线路杆塔都有混凝土基础，它也起 着接地体的作用，称为自然接地电阻。 大多数情况下单纯依靠自然接地电阻是 不能满足要求的，需要装设人工接地装 置。
单相接地时，接地网电压规定不得超过 2000V，其接地装置的接地电阻为
RE
2000 IE
当接地装置仅用于高压设备时，规定接
地电压不得超过250V，即
250 RE IE
9
当接地装置为高低压设备共用时，考虑
到人与低压设备接触的机会更多，规定
接地120 IE
1000V以下中性点直接接地系统的接地电 阻一般不宜大于4；当变压器容量不超过 100kV·A时，中性点接地装置的接地电阻 可不大于10。

接地与接零
UE
2.接地装置的散流效应 当电气设备发生接地故障时，电 流经接地装置是以半球面形状向 大地散开的，称为散流效应。 在距接地体20m左右处，散流电 阻趋近于零，该处电位也接近于 零，称为电气上的“地”。
接地体 散流电场
20m 接地体
图9.5.5 接地装置的散流效应 及对地电位分布曲线
接地与接零
在靠近隔离开关或断路器QF1处装 设一组管型避雷器F2，防止线路上 的雷电波侵入到隔离开关或断路 器开路处由于反射而形成两倍侵 不采用全线装设避雷线的线路， 入波幅值的电压，损坏隔离开关 可以在进线段1～2km内架设避 或断路器。F2的外间隙应调整于正 雷线，防护直接雷击，还可以 2 ．35～110kV变电所的进线保护 常运行时不被击穿。 使感应雷过电压产生在1～2km
过电压及其分类
过电压：在电气设备或线路上出现的超出正 常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。
大气过电压（外部过电压/雷电过电压）
过电压
内部过电压 操作过电压 弧光接地过电压 谐振过电压
过电压及其分类
大气过电压
大气过电压又称雷电过电压，是由于电力系统的
设备或建(构)筑物遭受来自大气中的雷击或雷电 感应而引起的过电压，因其能量来自系统外部， 故又称为外部过电压。 雷电过电压有两种基本形式：直击雷过电压和感 应雷过电压 。
电火灾产生的原因： 1、电网过流； 2、电网漏电点产生电火花，引燃瓦斯和煤尘； 3、导线、元器件接触不良，接触电阻过高， 电流流过产生高温； 4、井下照明灯上覆盖的煤尘使灯具散热不良， 温度升高而引起火灾； 5、架线电机车电弧引燃木支护棚
井下安全隐患：电火灾
电火灾的预防措施： 1、合理选择电气设备的容量及电缆截面； 2、对输电线路和用电设备设过流保护； 3、采用合格的矿用阻燃橡套电缆； 4、电缆不准盘圈、成堆或压埋送电以防散热 不良； 5、加强对电缆接线盒中接头的检查，以防接 触不良； 6、经常清理井下照明灯罩的灰尘； 7、配备足够的消防灭火器材； 8、严禁违章指挥、违章作业。