矿井电网中保护接地系统及原理

煤矿系统电气保护及接地措施的探析摘要：电气系统是负责煤矿机械或机电设备电力调控的部分，已经成为煤矿机电一体化生产体系中关键的调控模式。

顾及到市场对煤矿资源需求量的大幅度增加，传统煤矿系统呈现出了多方面的功能缺陷，尤其是在电源分配方面常受到外界因素的干扰，导致电气设备运行的故障率扩大。

无论是从现场安全或采矿收益角度考虑，企业都要制定相对应的电气保护及接地方案，减小电气系统故障造成的不利印象。

本文分析了煤矿系统电气保护及接地措施的相关问题。

关键词：煤矿系统电气保护接地措施电气设备是自动采煤系统极为核心的组成部分，与机械设备共同建成了现代化的采煤作业模式。

科学技术推动了煤矿开采效率的成倍增长，但也使企业过度依赖于机电一体化作业方式，这给机电设备本身造成了许多功能方面的隐患。

据统计，每年一个小型煤矿企业需要为电气设备支出的维修费用高达20-50万，显然成为了采矿生产的成本负担。

注重煤矿系统电气保护及接地方案的执行，有助于煤矿作业管理目标的实现。

一、煤矿系统面临的隐患煤矿系统是针对旧采矿模式提出的先进方案，引用了大量的电气设备、机械设备为生产工具，极大地降低了过去煤矿工程开采的难度。

另一方面，需求量增多对煤矿系统运行造成了巨大的故障隐患，调控不当往往使煤矿系统面临着诸多的异常隐患。

1、安全方面。

安全问题一直以来都是制约采矿行业发展的关键因素，发生安全事故对整个煤炭经济都是极为不利的。

从组成结构来说，煤矿开采系统由机械、电气等两部分构成，两大系统在实际运行阶段均存在着较大的安全隐患。

具体情况：一是机械设备，机械设备主要负责矿井的挖掘、筛选、洗矿等操作，当其承受的作业荷载超出标准，势必造成机械事故；二是电气设备，机械自动化操作要由电气控制系统进行调节，电气系统失调容易引发漏电事故，对现场采矿人员及设备均造成了极大的危害。

2、功能方面。

可操作功能是保障煤矿系统顺利运行的基本要求，以也是企业大笔投资自动采煤建设的最终目标。

煤矿井下高低压供电系统及保护摘要：随着科学技术的进步，煤矿供电有着电压越来越高、负荷功率越来越大、线路越来越复杂、供电保护越来越精确的趋势。

那么煤矿井下供电系统的优劣直接影响到电网的安全性、可靠性、合理性和经济性。

尤其煤矿井下采掘机械化程度的提高，生产工作面不断向前延伸、扩大，给煤矿井下安全供电带来了许多不利的影响。

文章首先对井下特殊环境进行了分析，然后对煤矿企业井下供电提出了基本要求，最后就预防井下电气火灾的安全检查措施给出了一些措施。

关键词：煤矿井下；低压供电；保护措施引言：煤炭资源在我国各种能源中占据相当高的地位。

我国的煤炭资源存储量相较于其他能源要多的多，因此，煤炭的需求很大。

随着我国经济水平的不断提升，我们对煤炭的需求量日益增加。

需求量的增加必然导致煤矿开采量的增加。

煤矿的安全问题也越来越被人们重视。

对于一个煤矿矿井而言，它的结构非常复杂，开采煤矿也受到很多因素的影响。

而低压供电系统的复杂性更多，难以安全稳定运行。

因此对煤矿井下低压供电系统进行保护就显得尤为重要。

低压供电系统的安全稳定运行是煤矿正常开采的保障条件。

目前，我国对煤矿井下低压供电系统的保护措施的研究还不够成熟，导致煤矿发生火灾的情况问题频发。

为此，相关部门专门拨款用于研究低压供电系统的保护措施。

一、供电系统的现状电力是煤矿生产的主要能源。

对煤矿井下进行可靠、安全、经济合理的供电，对提高产品质量，提高经济效益及保证安全生产等方面都有十分重要的意义。

为确保安全和正常生产的需要，合理优化井下供电系统就显得更为重要。

当今，随着矿井供电电压等级的不断提高，井下低压供电系统的范围也在不断扩大。

对于供电路径而言，由地面110kV（或35kV）变电站到井下中央变电所，再由井下中央变电所到采区变电所，再由采区变电所到采掘工作面移动配电点。

对于高压来说，所用电压等级35kV/6kV。

井下供电高压采用10kv或6kV。

就高产高效综采工作面而言，若工作面供电电源引自采区变电所6000V分段母线上，则工作面就存在6000V，3300V，1140V和660V等4种动力电压等级。

煤矿井下供电三大保护（一）矿井低压电的电流保护一、常见过电流故障的类型低压电网运行中，常见的过电流故障有短路、过负荷（过载）和单相断线三种情况。

什么是短路电流？我们首先通过一个简单的实例来说明这一问题：在正常情况下流过导线、灯的电流为：I=V/R=220/（R1+R2+R3）=220/50.48=4.36A如果在灯头处两根导线相互碰头等于灯泡电阻没有接入，此时流过导线的电流则为：I=V/R=220/（R2+R3）=220/2.08=105.5A1、短路是指供电线路的相与相之间经导线直接逢接成回路。

短路时，流过供电线路的电流称为短路电流。

在井下中性点不接地的供电系统中，短路分为三相、两相两种，而单相接地不属于短路，但可发展为短路。

⑴短路故障发生的原因①线路与电气设备绝缘破坏。

例如，绝缘老化、绝缘受潮，接线（头）工艺不合格，设备内部的电气缺陷和电缆质量低及大气过电压等。

②受机械性破坏。

例如，受到运输机械的撞击，片帮、冒顶物的砸伤，炮崩，电缆敷设半径过小等。

③误接线、误码操作。

例如，相序不同线路的并联，带电进行封装接地线与带封装接地线送电，局部检修送电等。

④严重隐患点。

例如，“鸡爪子”、“羊尾巴”处。

⑤带电检修电气设备。

⑥带电移挪电气设备。

⑵短路故障的危害短路事故是煤矿常见的恶性事故之一，它产生的电流很大，在短路点电弧的中心温度一般在2500℃~4000℃，可在极短的时间内烧毁线路或电气设备，甚至引起火灾。

在遇瓦斯、煤尘时，可以引起燃烧或爆炸.短路可使电网电压急剧下降，影响电气设备的正常工作。

2、过负荷过负荷也称为过载，是指实际流过电气设备的电流超过其额电流，又超过了允许的过流时间。

从过流和时间两个量来说，都是相对量，必须具备过流和超时这两个条件，才称为过负荷。

过负荷常烧坏井下电气设备，造成过负荷的原因有：电源电压过低；重载起动；机械性堵转和单相断相。

其共同表现是：电气设备超允许时间的过电流，设备的温升超过其允许温升，有时会引起线路着火，甚至扩大为火灾或重大事故。

工业技术INDUSTRY TECHNOLOGY由于矿山开采环境恶劣，井下电气设备在潮湿的环境中极易产生故障。

影响了煤矿井下工作的安全进行，严重时还会造成雷管提前引爆等重大安全事故，给井下工作人员的生命安全造成了巨大威胁。

本文，笔者针对煤矿井下电气设备的运行问题，介绍了煤矿井下电气设备常出现的安全事故，并提出了相应的接地和漏电保护措施。

一、煤矿井下电气设备的接地保护1.接地保护的原理。

接地保护主要是将电气设备不带电部分的金属外壳同接地系统之间做良好的电气连接，将故障设备上的漏电电压控制在安全范围之内。

无接地保护人体接触漏电电气设备模型如图1所示，有接地保护人体接触漏电电气设备的模型如图2所示。

在图1情况下，未采用接地保护，当电源与电气设备的金属外壳相接触时，接地电流I d 通过人体和电网形成闭合回路，为简化计算，假设各相对地绝缘阻抗均相等，那么漏电设备对地电压U d 为U d =3UR r /|3R r +Z |。

（1）式（1）中，U 为电网相电压，R r 为人体电阻，Z 为电网每相对地绝缘阻抗。

由于绝缘阻抗是绝缘电阻与分布电流的并联阻抗，所以当电网分布范围不大，接用电气设备不多、且绝缘电阻较高时，漏电设备对地电压不高；但当电网分布范围大，接用电气设备较多时，绝缘电阻将明显下降。

在图2情况下，采用了接地保护，在电路中，接地电流通过人体电阻以及接地电阻R d 以及电网对地绝缘阻抗形成回路，其中接地电阻与人体电阻相关联，漏电设备的对地电压U d 为U d =3UR d /|3R d +Z |。

（2）式（2）中，R d <<|Z |，所以设备对地电压大大减小，只需要适当的控制R d ，就可以将漏电设备的对地电压控制在安全范围内，从而防止人体触电。

2.接地保护在煤矿井下电气设备中的应用。

对于井下的电气设备主要是通过将井下的各供电点的接地极用公共母线连接起来，形成保护接地网。

在该系统中，公共母线主要采用铠装的电缆金属钢带帮铅套，接地总线主要采用橡套电缆。

矿山低压配电系统的接地保护与接零保护矿山保护地线概述矿山保护地线作用：电力系统接地一般为中性点接地，中性点的接地电阻很小，因此中性点与地间的电位差接近于零。

当相线碰壳或接地时，其他两相对地电压，在中性点绝缘的系统中将升高为相电压的根号下3倍，而在中性点接地的系统中则接近于相电压，因此中性点接地将有利于系统的稳定运行，防止系统振荡，且系统中的电气设备和线路只需按相电压来考虑其绝缘水平，可降低电气设备的制造成本和线路的建设费用。

中性点接地的系统，还可以保证继电保护的可靠动作。

所以说矿山保护地线系统是矿山安全的重要保障。

保护接地，是为防止因绝缘损坏而使人员遭受触电的危险，将电气设备正常情况下不带电的电器金属部分(即与带电部分相绝缘的金属结构部分)或构架用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。

保护接地主要应用于三相三线制电网，用于配电变压器中性点不直接接地(三相三线制)的供电系统中，如电气设备绝缘损坏而使金属外壳带电时，人体若触及设备外壳，电流会通过人体与大地和电网之间的阻抗构成回路而造成触电。

接地保护就是将电气设备正常情况下不带电的电器金属部分(即与带电部分相绝缘的金属结构部分)或构架用导线与接地体可靠连接起来，来保护人身安全，使漏电时产生的对地电压不超过安全范围。

变电所保护接地系统的电阻值在中性点不接地系统中要求小于4欧。

矿山采矿区保护地线要求。

采区变电所、配电点及其他机电硐室则应设置辅助接地母线。

接地母线应采用厚度不小于4mm、断面不小于100mm2的扁钢(或镀锌铁线)，或断面不小于50mm2的裸铜线。

采区配电点及其他机电硐室的辅助接地母线应采用厚度不小于4mm、断面不小于50mm2的扁钢(或镀锌铁线)，或断面不小于25mm2的裸铜线。

接地母线和辅助接地母线均应分别和主接地极、局部接地极连接。

辅助接地母线连接;接地母线和辅助接地母线，通过接地导线与接地极相连。

连接导线和接地导线均应采用断面不小于50mm2的扁钢(或镀锌铁线)，或断面不小于25mm2的裸铜线。

第1条 电气设备绝缘损坏时，在设备金属外壳上和电缆的钢带（或铁丝）上会产生危险电压，人若接触上，就会发生触电事故。

保护接地就是为了避免人身触电事故的发生。

第2条 36V 以上的电气设备的金属外壳、构架，铠装电缆的钢带（或钢丝）、铅皮和橡套（塑料）电缆的接地芯线或屏蔽护套等均必须接地。

在矿井中禁止使用无接地芯线（或无其他可供接地的护套，如铅皮、铜皮套等）的橡套电缆或塑料电缆。

第3条 所有必须接地的设备和局部接地装置，都要和总接地网连接。

第4条 主接地极应浸入水仓中；主、副水仓必须各设一块。

矿井有几个水平时，每个水平的总接地网都要与主、副水仓中的主接地极连接。

第5条 在下列地点应装设局部接地极：1. 每个采区变电所（包括移动变电站和移动变压器）。

2. 每个装有电气设备的硐室和单独装设的高压电气设备。

3. 每个低压配电点或装有3台以上电气设备的地点。

4. 无低压配电点的采煤工作面的机巷、回风巷、集中运输巷（胶带运输行）以及由变电所单独供电的掘进工作面，至少要装设一个局部接地极。

5. 连接动力铠装电缆的每个接线盒以及高压电缆连接装置。

第6条 局部接地极最好设于巷道水沟内，无水沟时应埋设在潮湿的地方。

第7条 矿井内所有需要接地的设备，均通过接地用的连接导线直接与接地母线（或辅助接地母线）或铠装电缆的钢带（钢丝）、铅皮套或橡套（塑料）电缆的接地芯线（或接地护套）相连接。

而接地母线（或辅助接地母线）与连接在一起的所有电缆的接地部分，又均通过各接地导线同各局部接地极相连接，最后都直接汇接到主接地极上，从而构成一个全矿井内完整的不间断的总接地网，如图1所示。

第8条 矿井内分区从井上独立供电者（包括钻孔供电），可以单独在井下或井上设置分区的主接地极，但其总接地网的接地电阻应满足第15条的要求。

第9条 严禁井下配电变压器中性点直接接地；严禁由地面上中性点直接接地的变压器或发电机向井下供电。

但专供井下架线电机车变流设备用的专用变压器不在此限。

谈煤矿井下电气网络三大保护之保护接地煤矿井下防止触电保护有：变压器中性点禁止接地、完善的保护接地系统、灵敏的漏电保护。

对保证煤矿低压电气设备的安全运行，避免各类事故的发生发挥着重要作用。

保护接地、漏电保护、过流保护，通常称为煤矿井下电气网络的三大保护。

这里主要谈谈保护接地有关知识。

什么是保护接地呢？肯定有人说，保护接地就是由金属线把电气设备外壳和大地连接。

这仅是片面的理解。

保护接地就是用导体把电气设备中所有正常不带电部分的外露金属部分和埋在地下的接地电极连接起来，以防止人身触电的一项极其重要的措施。

井下电气设备电压在36伏以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电器设备的金属外壳、构架、铠装电缆的钢带等必须有保护接地。

保护接地的主要形式有：保护接地网、主接地极、局部接地极、接地母线、连接导线与接地导线。

保护接地有什么重要作用呢？从触电安全保护和直接短路两个方面来解释保护接地的重要作用。

1、有保护接地和没有保护接地情形下，设备外壳带电，如果人触及带电外壳的情形分析：没有保护接地：这是触电电流全部经过人体流入大地，形成回路，非常危险，可能导致触电身亡。

有保护接地：人体电阻为1000欧姆，规程规定接地电阻不得超过2欧姆，由于人体电阻远远大于接地极的电阻，因此只有接地电流的一小部分流经人体，大部分则从接地装置流过。

两者比较可以看出，有保护接地的情况下，人体在触及带电设备时相对安全多了。

2、若两台井下电气设备碰壳漏电，两相对地短路，如果短路电流不能使继电器动作，就存在危险电压。

若将所有的电器设备的接地极都连接起来，形成接地网，此时就不是接地短路，而是直接短路，短路电流增大，从而使保护装置动作，切除故障。

我们再来谈谈保护接地网的构成。

井下电气设备比较分散，而且供电距离又远，很难有一个集中的接地装置来满足保护接地的需要。

因此，除井下中央变电所设置接地极外，沿途供电线路还埋设了许多局部接地极。

利用铠装电缆的铅皮、钢带以及橡套电缆的接线，把分布在井底车场、运输大巷、采区变电所以及工作面配电点的电气设备（36伏以上）的金属外壳在电气上连接起来，这样就使各处埋设的接地极（局部接地极）也并联起来，从而形成一个井下保护接地系统，这就是井下保护接地网。

矿井三大保护的讲解矿井三大保护是指中国矿山企业对井下高压供电、井下主排水、矿井提升运输系统的简称。

是保证矿山安全生产的重要措施。

一、高压供电保护1. 保护名称：井下变压器中性点接地保护。

2. 保护作用：当变压器绝缘击穿时，保护装置应可靠动作，将故障点短接，避免单相接地或相间短路，避免人身触电和设备的进一步损坏。

3. 整定原则：按照《煤矿安全规程》的规定，井下变压器中性点接地电阻值应不大于4Ω，单台移动变压器中性点接地电阻值应不大于10Ω。

在上述规定值下，考虑到电网对地电容电流的大小和继电保护动作的配合，一般将接地保护整定为10-20ms的延时。

4. 实现方式：一般采用零序电流保护实现。

即通过采集变压器中性点电流信号，计算出零序电流，当零序电流超过整定值时，保护装置动作，发跳闸指令，断开机房配电馈电开关，并闭锁重合闸。

二、主排水系统保护1. 保护名称：井下主排水泵无压自动启动保护。

2. 保护作用：当井下主排水泵因故障或其他原因不能自动运行时，保护装置应可靠动作，将故障点短接，启动备用泵，保证矿井排水系统的正常运行，避免水患的发生。

3. 整定原则：按照《煤矿安全规程》的规定，井下主排水泵应能自动切换到备用泵运行，保证在发生水患时能够及时排水。

考虑到主排水泵的启动时间和运行稳定性，一般将无压自动启动保护整定为10-15s的延时。

4. 实现方式：一般采用压力传感器和水位传感器实现。

即通过在主排水泵房设置压力传感器和水位传感器，当水位达到一定高度且压力低于正常值时，保护装置动作，发跳闸指令，断开机房配电馈电开关，并闭锁重合闸。

同时启动备用泵。

三、提升运输系统保护1. 保护名称：提升机电气制动保护。

2. 保护作用：当提升机在运行过程中出现电气故障或其他原因导致停机时，保护装置应可靠动作，将故障点短接，启动备用电机或备用制动装置，保证提升机的安全运行，避免发生事故。

3. 整定原则：按照《煤矿安全规程》的规定，提升机应具备可靠的电气制动和机械制动装置，并能在停机后自动投入使用。