矿井安全供电及用电课件.ppt
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- 矿井 安全 供电 用电 课件
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1、第二章第二章 矿井安全供电及用电技术矿井安全供电及用电技术v人身触电及其预防措施人身触电及其预防措施v井下供电系统中性点不接地分析井下供电系统中性点不接地分析v井下保护接地井下保护接地v井下电网漏电保护井下电网漏电保护第一节第一节 触电的危险性及预防措施触电的危险性及预防措施 v触电事故触电事故v人身触及带电体或接近高压带电体时,将会有电流人身触及带电体或接近高压带电体时,将会有电流通过人体通过人体v触电对人体组织的破坏性很复杂触电对人体组织的破坏性很复杂v电击:电击:触电后电流通过人体,使人体内部器官受到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,是最危险的损伤和
2、破坏,多数情况下会致人死亡,是最危险的v电伤:电伤:强电流瞬时通过人体的某一局部,或电弧烧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,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,但不会有生命危险严重时可能使人致残,但不会有生命危险v触电对人体的危害程度是由多种因素决定的触电对人体的危害程度是由多种因素决定的v电流强度电流强度、电流的类型及频率电流的类型及频率、电流通过人体路径电流通过人体路径v触电持续时间触电持续时间、电压的高低电压的高低、人的体质状态等人的体质状态等跨步电压触电跨步电压触电两相触电两相触电单相触电单相触电电流电流5
3、0Hz交流交流直流直流0.61.5始有感觉,手指有麻刺感始有感觉,手指有麻刺感无感觉无感觉23手指有强烈麻刺感,颤抖手指有强烈麻刺感,颤抖无感觉无感觉57手部痉挛手部痉挛感觉痒、刺痛、灼热感觉痒、刺痛、灼热810手难以摆脱带电体,手指到手腕手难以摆脱带电体,手指到手腕有剧痛有剧痛热感增加热感增加2025手迅速麻痹,不能摆脱带电体,手迅速麻痹,不能摆脱带电体,剧痛,呼吸困难剧痛,呼吸困难热感觉增强较大,手部肌肉热感觉增强较大,手部肌肉不强烈收缩不强烈收缩5080呼吸麻痹心室开始震颤呼吸麻痹心室开始震颤有强烈热感觉,手部肌肉收有强烈热感觉,手部肌肉收缩,痉挛,呼吸困难缩,痉挛,呼吸困难90100呼
4、吸麻痹,持续呼吸麻痹,持续3s以上则心脏麻以上则心脏麻痹,心室颤动痹,心室颤动呼吸麻痹呼吸麻痹100300时间时间0.1s以上则呼吸心脏麻痹,以上则呼吸心脏麻痹,肌体受电流热破坏肌体受电流热破坏通过人体的电流及其对人体组织的危害 人体电阻人体电阻v流经人体电流值的大小与人体电阻有密切关系流经人体电流值的大小与人体电阻有密切关系v人体电阻人体电阻主要是人体表面皮肤角质层的电阻,数值变动很大主要是人体表面皮肤角质层的电阻,数值变动很大与人的皮肤有无损伤以及潮湿等程度有关与人的皮肤有无损伤以及潮湿等程度有关范围:范围:8001500规定:规定:1000v我国规定:我国规定:通过人体的最大安全电流为通
5、过人体的最大安全电流为30mA允许安秒值(即电流与时间的乘积)为允许安秒值(即电流与时间的乘积)为30mAs&30mA电流作用于人体电流作用于人体1s及以内,对人体无伤害作用及以内,对人体无伤害作用510152025306543210200406080ab电流(mA)ab潮湿的手干燥的手电压(V)触电电流与触电电压的关系触电电流与触电电压的关系触电的预防措施触电的预防措施 v防止人身触及或接近带电导体防止人身触及或接近带电导体v裸露导体必须有高度和距离裸露导体必须有高度和距离v闭锁装置闭锁装置v带电部件全部封闭在外壳内带电部件全部封闭在外壳内v采取相应的技术措施,防止人身触电采取相应的技术措施
6、,防止人身触电v变压器中性点不接地变压器中性点不接地v漏电保护和漏电闭锁装置漏电保护和漏电闭锁装置v设置保护接地设置保护接地v对易造成触电危险的系统,除应加强绝缘外,对易造成触电危险的系统,除应加强绝缘外,尽量采用尽量采用较低电压较低电压v严格执行严格执行煤矿安全规程煤矿安全规程中的有关规定和安中的有关规定和安全作业制度全作业制度井下供电的变压器中性点禁止接地分析井下供电的变压器中性点禁止接地分析 中性点直接接地中性点直接接地rxrxarRURUI3380mA38.010003660IrA220mA22.010003380IrA1.人触及一相带电导体时人触及一相带电导体时变压器中性点接地的供电
7、系统变压器中性点接地的供电系统 无论是无论是380V供电系统还是供电系统还是660V供电系统,当变供电系统,当变压器中性点接地,人触及带电导体一相时,通过压器中性点接地,人触及带电导体一相时,通过人体的电流都远远超过人体的电流都远远超过30mA,所以是绝对危险,所以是绝对危险的的!2电网一相接地电网一相接地 在变压器中住点接地的供电系统中,电网一相接在变压器中住点接地的供电系统中,电网一相接地即为单相短路,短路点将产生一个大电弧,足地即为单相短路,短路点将产生一个大电弧,足以引起瓦斯、煤尘爆炸。以引起瓦斯、煤尘爆炸。变压器中性点绝缘的供电系统变压器中性点绝缘的供电系统L1L2L3NC3r3C2
8、r2C1r1RtrIma单相漏电电流回路示意图。单相漏电电流回路示意图。变压器中性点绝缘的供电系统变压器中性点绝缘的供电系统若人体触及一相带电导体时,则通过人身的电流的途径是若人体触及一相带电导体时,则通过人身的电流的途径是从电网一相经过人身入地,再经过其他两相线路对地绝缘从电网一相经过人身入地,再经过其他两相线路对地绝缘分布电阻分布电阻r和对地分布电容和对地分布电容C回到其它两相。回到其它两相。1忽略电网对地电容忽略电网对地电容1忽略电网对地电容忽略电网对地电容1)在正常状态下:)在正常状态下:电源电压是对称的,电源电压是对称的,同时,各相对地的绝缘电阻值也是相等的,即:同时,各相对地的绝缘
9、电阻值也是相等的,即:ra=rb=rc=r。绝缘电阻绝缘电阻ra、rb、rc相当于一个假想的星形负载,在上述条相当于一个假想的星形负载,在上述条件下,这个假想负载是对称的,其中性点为地。在未发生件下,这个假想负载是对称的,其中性点为地。在未发生人身触电或单相接地时,每相绝缘电阻中流过的电流也是人身触电或单相接地时,每相绝缘电阻中流过的电流也是对称的,即对称的,即 0UUUUUUUcbaxacba0IIIIIIcbacba1忽略电网对地电容忽略电网对地电容可见,这时各相对地电压与电源相电压相等,也是可见,这时各相对地电压与电源相电压相等,也是对称的。因而,假想负载的中性点与变压器中性点对称的。因
10、而,假想负载的中性点与变压器中性点之间没有电位差。也就是说,变压器中性点对地电之间没有电位差。也就是说,变压器中性点对地电压为零,即:压为零,即:;aaarIUcccbbbrIUrIU;0U01忽略电网对地电容忽略电网对地电容2)当人触及一相时)当人触及一相时触及触及a相导体时,便有电流通过人身。该电流是经相导体时,便有电流通过人身。该电流是经过其它两相的绝缘电阻过其它两相的绝缘电阻rb和和rc形成通路;而形成通路;而a相的绝相的绝缘电阻缘电阻ra与人身电阻与人身电阻Rr并联,结果使并联,结果使a相对地电阻相对地电阻变为:变为:这就破坏了上述假想负载的对称性,于是电网对地这就破坏了上述假想负载
11、的对称性,于是电网对地电压和电流将发生新的变化,假想的中性点与变压电压和电流将发生新的变化,假想的中性点与变压器中性点间便出现了电位差。器中性点间便出现了电位差。arararRrRr0U01忽略电网对地电容忽略电网对地电容 假想负载中性点由假想负载中性点由“0”移到移到“0”点,即点,即为为 。各相对地(即各相对地(即0点)的电压便不再对称了。点)的电压便不再对称了。但电源线电压仍保持对称,故对负载运行但电源线电压仍保持对称,故对负载运行并无影响。并无影响。0cc0bb0aaUUUUUUUUU;0U1忽略电网对地电容忽略电网对地电容c0ccccb0bbbba0aaaarUUrUIrUUrUIr
12、UUrUIr0ararRUURUI各相绝缘电阻中流过的电流各相绝缘电阻中流过的电流 人身触电电流值人身触电电流值 1忽略电网对地电容忽略电网对地电容0IIIIrcba0RUUrUUrUUrUUr0ac0cb0ba0a0RURUrU3rUUUr0ra0cbar3RrUUra0根据基尔霍夫第一定律根据基尔霍夫第一定律 当当r=ra=rb=rc时时1忽略电网对地电容忽略电网对地电容r3RU3RUUIrar0arr3RU3r3R3UIrxrar人身触电电流人身触电电流 取绝对值取绝对值1忽略电网对地电容忽略电网对地电容例:在井下例:在井下660V低压电网中,低压电网中,若每相对地绝缘为若每相对地绝缘为
13、35000,通过人身的电流是多少?通过人身的电流是多少?设人身电阻设人身电阻Rr1000。30mA03.0350001000336603r3R3UIrxarA在忽略电容的情况下,当绝缘电阻值等于或大于在忽略电容的情况下,当绝缘电阻值等于或大于35k时,就能够防止人身触电;反之,若低于时,就能够防止人身触电;反之,若低于35k,则可能发生危险。由此可见,提高电网对地,则可能发生危险。由此可见,提高电网对地的绝缘电阻,便能保证人身安全。的绝缘电阻,便能保证人身安全。1忽略电网对地电容忽略电网对地电容人身触电电流值的大小与电源的相电压成正人身触电电流值的大小与电源的相电压成正比,电压越高,人身触电电
14、流值也就越大。比,电压越高,人身触电电流值也就越大。如果电源电压升高了,而人身触电电流值仍如果电源电压升高了,而人身触电电流值仍要求不超过要求不超过30mA,那么,就只好提高电网,那么,就只好提高电网对地的绝缘电阻值。对地的绝缘电阻值。对于对于1140V电压,绝缘电阻值就必须大于或等于?电压,绝缘电阻值就必须大于或等于?63k;对于对于380V电压,绝缘电阻值却只要大于或等于?电压,绝缘电阻值却只要大于或等于?19k。2考虑电网对地电容考虑电网对地电容下图为中性点绝缘的井下低压供电单元原理图。下图为中性点绝缘的井下低压供电单元原理图。T为动为动力变压器力变压器,Rma为人体电阻,为人体电阻,r
15、=r1=r2=r3为各相对地为各相对地绝缘电阻,绝缘电阻,rRma,C=C1=C2=C3为各相对地电容,为各相对地电容,C约为约为01uF。L1L2L3NC3r3C2r2C1r1ImaMNRmaT利用戴维南等效定理求人身触电电流。利用戴维南等效定理求人身触电电流。求求M、N之间的开路电压之间的开路电压M、N间开路,相当于电网没有发生单相漏间开路,相当于电网没有发生单相漏电故障,因此三相电网仍然对称,变压器电故障,因此三相电网仍然对称,变压器二次绕组中性点二次绕组中性点N的电位为零,则的电位为零,则 2考虑电网对地电容考虑电网对地电容MNocV.1.lVVVMNMNoc输入阻抗即不看外部电路,且
16、内电路中的电压输入阻抗即不看外部电路,且内电路中的电压源按短接,电流源按开路考虑时,从源按短接,电流源按开路考虑时,从M、N两两点测得的阻抗。此时相当于点测得的阻抗。此时相当于L1、L2、L3及及N各点短接,三相对地电阻合对地电容为并联关各点短接,三相对地电阻合对地电容为并联关系。有系。有 ri=r/3 Ci=3C 总的输入阻抗总的输入阻抗Zin为为ri与与Ci的并联,为:的并联,为:3/3/33rjXrjXZinCC2.求求M、N间的输入阻抗间的输入阻抗Zin 对人身触电情况,对人身触电情况,外电路的阻抗即为外电路的阻抗即为人身电阻。故有人身电阻。故有:Zex=Zma。则电网发生人身则电网发
17、生人身单相触电等效电路单相触电等效电路如右图如右图:Rma3Cr/3MNImaVl13.外电路阻抗外电路阻抗Zex根据电路原理,人身触电电流为根据电路原理,人身触电电流为3/3/11133rjXrjXRmaVlZinRmalVZlVmaICC人身触电电流人身触电电流将将X3C=1/3C带入得带入得:)/1(3)/1(3/11 13/)3/1(3/)3/1(1222222CrRmaCjCrRmarRmaVlrCjrCjRmalVmaI人身触电电流人身触电电流取取有效值有效值,得:,得:其中其中=2f=2=2f=23.143.1450=31450=314)1(9)6(112222rCRRmarrR
18、maVlmaIma人身触电电流人身触电电流例:设电网每相对地电容例:设电网每相对地电容C C0.5uF0.5uF,每相对地,每相对地电阻为电阻为r=35k,r=35k,电网电压电网电压V V660V660V,求人身单,求人身单相触电电流。人体电阻取相触电电流。人体电阻取1k1k。解:根据公式有解:根据公式有:mAmAmaI30154)35000)105.0(3141(10009)1000635000(35000110003/66022622由于电网对地电容的影响,使通过人身的触电电由于电网对地电容的影响,使通过人身的触电电流有较大的增加。流有较大的增加。2考虑电网对地电容考虑电网对地电容通过上
19、面的分析可以看出,通过上面的分析可以看出,变压器中性点绝缘变压器中性点绝缘的的供电系统比供电系统比中性点接地中性点接地的供电系统,的供电系统,在人触及一相带电导体时,通过人身的电流要小得多。在人触及一相带电导体时,通过人身的电流要小得多。在中性点绝缘的供电系统中,当发生一相接地时,入在中性点绝缘的供电系统中,当发生一相接地时,入地电流也很小,从而使引燃瓦斯、煤尘的可能性大大地电流也很小,从而使引燃瓦斯、煤尘的可能性大大减少。这些就是井下变压器禁止中性点接地的原因。减少。这些就是井下变压器禁止中性点接地的原因。(入地电流?入地电流?)单相接地不破坏电源电压的对称性,并不立即对设备单相接地不破坏电
20、源电压的对称性,并不立即对设备造成损坏,不会造成断路器掉闸,按规程允许运行两造成损坏,不会造成断路器掉闸,按规程允许运行两小时。小时。变压器中性点绝缘的供电系统变压器中性点绝缘的供电系统 变压器变压器中性点绝缘中性点绝缘的供电系统也存在一些缺点,的供电系统也存在一些缺点,当电网一相接地时,往往不易发觉,如果没有漏电指当电网一相接地时,往往不易发觉,如果没有漏电指示,一相接地可能长期存在。示,一相接地可能长期存在。如人站在地上又触及另一相带电导体,则人身跨接于如人站在地上又触及另一相带电导体,则人身跨接于电网线电压。电网线电压。这时通过人身的触电电流较之变压器中这时通过人身的触电电流较之变压器中
21、性点接地的供电系统还要大性点接地的供电系统还要大0.73倍,这是非常危险的。倍,这是非常危险的。即使对中性点绝缘的低压供电系统,人身单相触即使对中性点绝缘的低压供电系统,人身单相触电电流也是非常危险的。电电流也是非常危险的。那么,通过提高电网对地绝缘水平,是否就可以降那么,通过提高电网对地绝缘水平,是否就可以降低人身触电电流呢低人身触电电流呢?令令则有则有:r结论:单纯通过提高对地绝缘水平,不一定能降结论:单纯通过提高对地绝缘水平,不一定能降低人身触电电流,有时可能相反。低人身触电电流,有时可能相反。mAmAaCRmaCVlaCjRmaVlmaI154162)105.0(314100091)3
22、/660(105.03143Im9113Im31126226222.如果通过改变电网对地电容,对人身触电电流有何影响?如果通过改变电网对地电容,对人身触电电流有何影响?令公式中令公式中C=0,则有:,则有:mArRmaVlmaI303/3500010003/6603/1结论:通过减小电网对地电容,即减小电网容性结论:通过减小电网对地电容,即减小电网容性电流,对降低人身触电电流是有效的办法。电流,对降低人身触电电流是有效的办法。对地分布电容为对地分布电容为0.5uF时,对地绝缘电阻从时,对地绝缘电阻从30k到到100k时人身接地电流变化情况时人身接地电流变化情况对地绝缘电阻为对地绝缘电阻为35k
23、时,对地分布电容由时,对地分布电容由0uF到到1uF时时人身触电电流变化情况。人身触电电流变化情况。人身触电电流值随绝缘电阻和电容的变化规律人身触电电流值随绝缘电阻和电容的变化规律1uf1uf0.5uf0.5uf0.4uf0.4uf0.3uf0.3uf0.2uf0.2uf0.1uf0.1ufR(k)Ir(mA)Ir(mA)中性点接地方式的再讨论中性点接地方式的再讨论v为了弥补中性点绝缘供电系统中存在的问题,为了弥补中性点绝缘供电系统中存在的问题,井下电网必须装设漏电保护装置井下电网必须装设漏电保护装置v井下供电系统中,中性点的工作方式井下供电系统中,中性点的工作方式中性点直接接地中性点直接接地
24、中性点经低阻抗接地中性点经低阻抗接地中性点经高阻抗接地(英国)中性点经高阻抗接地(英国)中性点不接地(我国、苏联、德国)中性点不接地(我国、苏联、德国)v井下采用中性点不接地方式不一定是最好的或井下采用中性点不接地方式不一定是最好的或唯一的唯一的不同接地方式的分析比较不同接地方式的分析比较u 从人身触电危险的角度看从人身触电危险的角度看中性点绝缘中性点绝缘可以通过提高电网对地绝缘电阻和减少电容的方法可以通过提高电网对地绝缘电阻和减少电容的方法来降低人身触电电流值。来降低人身触电电流值。中性点直接接地中性点直接接地触电电流很大,远远超过了安全极限值,比较危险。触电电流很大,远远超过了安全极限值,
25、比较危险。在中性点绝缘的供电系统中,必须装设漏电保护装置。在中性点绝缘的供电系统中,必须装设漏电保护装置。不同接地方式的分析比较不同接地方式的分析比较u从瓦斯、煤尘爆炸危险的角度看从瓦斯、煤尘爆炸危险的角度看中性点绝缘中性点绝缘单相接地电流值小,此时电火花能量较小,从点燃单相接地电流值小,此时电火花能量较小,从点燃瓦斯、煤尘的角度看,更安全。如果漏电保护装置瓦斯、煤尘的角度看,更安全。如果漏电保护装置再和屏蔽电缆配合使用,进一步降低危险程度。再和屏蔽电缆配合使用,进一步降低危险程度。中性点直接接地中性点直接接地电网的一相接地,能形成电网的一相接地,能形成单相短路单相短路。单相短路电流。单相短路
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