煤礦電工學之井下供電安全技術
第二章 井下供電安全技術1
第一節 電火災及瓦斯煤塵爆炸的預防 1
第二節 礦用電氣設備的分類、特點、及其適用範圍 4
第三節 井下過流保護裝置 7
第四節 觸電的危險性及其預防方法 13
第五節 井下電氣設備的保護接地 17
第六節 井下漏電保護裝置 21
本章小結 25
複 習 題 26
第二章 井下供電安全技術
井下供電安全所涉及到的技術問題，一般與煤礦井下的特殊工作環境有關係，井下作業環境的特點及其供電安全要求可以歸納如下：
(1) 礦井中的瓦斯和煤塵等易燃易爆物體含量達到一定時，遇到的電火花或電弧和局部高溫時，容易引起火災和爆炸，造成人員傷亡和礦井損壞，為此電氣設備需要有防爆性能。
(1) 由於有地下水，井下空氣比較潮濕，濕度一般在90%以上，而且巷道、硐室經常有淋水、滴水，電氣設備比較容易受潮而出現漏電現象，因而電氣設備的絕緣材料應該是防潮的。
(2) 井下有時會發生冒頂和片幫02manbetx.com ，加之機電設備經常移動，電纜和電氣設備容易被砸傷、擠壓，造成短路和漏電。短路電流又會燒毀電機設備，短路電火花會引燃或引爆瓦斯、煤塵。因此電氣設備的外殼必須非常堅固，並設置短路保護、電纜絕緣監視裝置。
(3) 井下硐室、巷道、采掘工作麵的空間狹小，又需要安裝電氣設備，人體接觸電氣設備的機會較多，如上所述電氣設備容易發生漏電現象，所以造成觸電02manbetx.com 的可能性較大;此外漏電電流可能會引燃引爆瓦斯，在某些條件下還可能引起放炮用的電雷管先期爆炸。因此要求井下設置漏電保護和接地保護裝置。
(4) 采掘工作麵的電氣設備經常啟動，由於受自然條件變化的影響，用電設備的負荷變化很大，有可能產生過載和過熱，加之有些硐室、巷道的通風不良，使電氣設備的散熱條件較差、溫度較高，因此電氣設備絕緣要有較高的耐熱等級，並具有過載或過熱保護。
第一節 電火災及瓦斯煤塵爆炸的預防
一、 電火災產生的原因
電火災是指由於電氣的原因引起的火災。電網過流是電火災的主要原因。過流時電氣設備的溫度很高，特別是短路電弧溫度更高，從而點燃絕緣或瓦斯、煤塵。引起過流的原因主要有短路、過載、單相運行。此外以下一些原因也會引起電氣火災：①電網漏電點會產生電火花，引燃瓦斯和煤塵。②導線、元器件接觸不良會增大接觸電阻，當較大的負荷電流通過時，產生高溫引起火災。③井下照明燈罩上覆蓋的煤塵會使燈具散熱不良，溫度升高，導致煤塵燃燒而形成火災。④架線電機車電弧引燃木支護棚著火。
二、 電火災的預防方法
電氣火災不僅給國家財產造成重大損失，影響正常生產，而且燃燒時產生的一氧化碳、二氧化碳等有害氣體會危及井下工作人員，因此，對電氣火災要積極預防。預防電氣火災的主要辦法是避免電網過流、及時處理電網漏電、接觸不良和散熱不良等問題。為此應注意以下事項：
(1) 由於高低壓開關斷流容量不足而不能滅弧，發生弧光短路，短路電流引燃電纜。因此要根據開關出口處的最大短路電流，校驗高低壓開關設備及電纜的動穩定性及熱穩定性。
(5) 對輸電線路和用電設備必須設過流保護，並按《煤礦井下低壓電網短路保護裝置的整定細則》進行整定和校驗靈敏度。若開關因短路跳閘，不查明原因不許反複強行送電。
(6) 為了防止已著火的電纜脫離電源或火源後繼續燃燒，必須采用合格的礦用阻燃橡套電纜。
(7) 為防止散熱不良，電纜不準盤圈、成堆或壓埋送電，電纜懸掛要符合《煤礦安全01manbetx 》要求。
(8) 對防止接觸不良，加強高壓電纜接線盒、尤其是鋁芯電纜接線盒的檢查。鋁芯接頭處極易氧化，產生較大接觸電阻，電流通過時使接頭過熱以致燒毀絕緣，甚至引起芯線相間短路，造成接線盒“放炮”，熔化起火。接線盒處不得有可燃物。
(9) 防止礦用變壓器接線端子接觸不良，或變壓器檢修時掉入異物所造成的高壓短路。防止變壓器絕緣油失效，使變壓器溫升過熱造成套管炸裂，絕緣油噴出著火。
(10) 井下不準用燈泡取暖，照明燈應懸掛，不準將照明燈放置在易燃物上。
(11) 為防止架線電機車運行時產生電弧高溫引燃木棚著火，和架空線斷落在高壓鎧裝電纜外皮上使油浸紙絕緣著火。應嚴格按規定架設架空線，架線電機車行駛的巷道，必須是錨噴、砌镟或混凝土棚支護。
(12) 檢查變配電硐室是否備有足夠的消防滅火器材，機電硐室不得用可燃性材料支護，並應有防火門。
(13) 嚴禁違章指揮、違章作業，做到十不準：①不準帶電檢修。②不準甩掉無壓釋放器、過流保護裝置。③不準甩掉漏電繼電器、煤電鑽綜合保護和局扇風電閉鎖裝置。④不準明火操作、明火打點、明火放炮。⑤不準用銅、鋁、鐵絲等代替保險絲。⑥停風、停電的采掘工作麵，未檢查瓦斯不準送電。⑦有故障的供電線路不準強送電。⑧電氣設備的保護裝置失靈後不準送電。⑨失爆設備、失爆電器不準使用。⑩不準在井下拆卸礦燈。
三、 電火災的撲滅方法
消滅礦井火災的實質是針對礦井火災發生的三個必要條件即引火熱源、可燃物及氧氣，采取消除其中一、兩個或全部因素的方法，達到消滅礦井火災的目的。常用的方法有以下三種：
1. 直接滅火法
直接滅火法是用水、砂子(或岩粉)及化學滅火器等，在火源附近直接撲滅火災或者是消滅火源。
(2) 用水滅火
用水滅火，簡單易行，經濟有效。強力水流把燃燒物的火焰壓滅，使燃燒物充分浸濕而阻止其繼續燃燒;水有很大的吸熱能力，能使燃燒物冷卻降溫;水遇火蒸發成大量水蒸氣，能衝淡空氣中氧的濃度，並使燃燒物表麵與空氣隔絕。因此，水有較強的滅火作用。經驗證明，在井筒和主要巷道中，尤其是在膠帶運輸機巷道中裝設水幕，當火災發生時立即啟動水幕，能很快地限製火災的發展。用水滅火應注意如下事項：
(1) 水能導電，故用水撲滅電氣火災時，應先切斷電源，以防觸電。
(14) 水比油重，故水不能撲滅油類火災，如帶油的電氣設備引發的火災。
(15) 供水量要充足，當火勢旺時，應先將水流射向火源外圍，不要直射火源中心。否則，高溫火源會使水分解成具有爆炸性的氫和一氧化碳混合氣體(又稱水煤氣)，帶來新的危險。
(16) 確保正常通風，使排除火煙和水蒸氣的風路暢通。
(2) 用砂子(或岩粉)滅火
把砂子(或岩粉)直接撒在燃燒物體上能隔絕空氣，將火撲滅。通常用來撲滅初起的電氣設備火災與油類火災。砂子成本低廉，滅火時操作簡便，因此，在機電硐室、材料倉庫、炸藥庫等地方均應設置防火砂箱。
(3) 用化學滅火器滅火
目前煤礦上使用的化學滅火有兩類：一類是泡沫滅火器;另一類是幹粉滅火器。
(1) 泡沫滅火器。使用時將滅火器倒置，使內外瓶中的酸性溶液和堿性溶液互相混合，發生化學反應，形成大量充滿二氧化碳的氣泡噴射出去，覆蓋在燃燒物體上隔絕空氣。為防止觸電，在撲滅電氣火災時應首先切斷電源，或直接采用幹粉滅火器。
(2) 幹粉滅火器。目前礦用幹粉滅火器是以磷酸銨粉為主藥劑的。在高溫作用下磷酸銨粉末進行一係列分解吸熱反應，將火災撲滅。磷酸銨粉末的滅火作用是：切斷火焰連鎖反應;分解吸熱使燃燒物降溫冷卻;分解出氨氣和水蒸氣，衝淡空氣中氧的濃度，使燃燒物缺氧熄滅;分解出漿糊狀的五氧化二磷，覆蓋在燃燒物表麵上，使燃燒物與空氣隔絕而熄滅。因此，磷酸銨粉末具有多種滅火功能，是一種新型的滅火藥劑。我國已經生產的適合於煤礦井下使用的幹粉滅火器有滅火手雷和噴粉滅火器。
(4) 用高倍數空氣機械泡沫滅火
高倍數空氣機械泡沫是用高倍數泡沫劑和壓力水混合，在強力氣流的推動下形成的。它的形成借助於一套發射裝置。
泡沫劑經過引射泵被吸人高壓水管與水充分混合形成均勻泡沫溶液。然後通過噴射端噴在錐形棉線發泡網上，經扇風機強力吹風，則連續產生大量泡沫。這就是空氣機械泡沫。井下的有限空間——巷道很容易被大量泡沫所充滿，形成泡沫塞推向火源，進行滅火。
高倍數空氣泡沫滅火作用是：泡沫與火焰接觸時，水分迅速蒸發吸熱，使火源溫度急驟下降;生成的大量水蒸氣使火源附近的空氣中含氧量相對降低，當氧的含量低於16%，水蒸氣含量上升到35%以上時便能夠使火源熄滅;另外泡沫是一種很好的隔熱物質，有很高的穩定性，所以它能阻止火區的熱傳導、對流和輻射等;泡沫能覆蓋燃燒物，起到封閉火源的作用。
高倍泡沫發生裝置有GBP一200型和GBP一500型。高倍空氣機械泡沫滅火速度快，效果好，可以實現較遠距離滅火，而且火區恢複生產容易。撲滅井下各類巷道與硐室內的較大規模火災均可采用。但必須切斷火區電源，對消滅采空區和煤壁深處的火源有一定困難，不便采用。
1. 隔絕滅火法
隔絕滅火法是在直接滅火法無效時采用的滅火方法，它是在通往火區的所有巷道中構築防火密閉牆，阻止空氣進入火區，從而使火逐漸熄滅。隔絕滅火法是處理大麵積火區，特別是控製火勢發展的有效方法。
隔絕滅火法主要是構築防火牆。對防火牆的要求是：構築要快，封閉要嚴，防火牆要少，封閉範圍要小等。
2. 混合滅火法
混合滅火法就是先用防火牆將火區封閉，然後再采取其他滅火手段，如灌漿、調節風壓和充入惰性氣體等加速火的熄滅。充入惰性氣體混合滅火的原理如下。
惰性氣體是一類很難同其他物質發生反應的氣體，它是很好的阻燃劑。煤礦用作滅火的惰性氣體有：氮氣、二氧化碳、爐煙等氣體。
惰性氣體的滅火作用，是將它充入封閉的火區可以排擠火區空氣、降低氧含量;冷卻火源;增加火區內氣壓，減少新鮮空氣漏入火區;惰氣滲入煤、岩孔隙內、阻止可燃物氧化，將火熄滅。由於惰性氣體撲滅的火區，恢複生產容易，對設備損壞少，故有廣泛的發展前途。
在我國1959年盛行一時的爐煙滅火，可謂惰氣滅火的雛形，後來使用的幹冰滅火(即固體二氧化碳，其外觀與冰相似，能直接變成二氧化碳氣體)，液氮滅火，濕式惰氣滅火都是以惰化火區空氣窒息火源為基本原理的滅火方法。
液氮滅火有兩種形式，一是地麵建立氮汽化係統。用大型液氮槽車將製氧廠運來的液氮汽化後，借助於汽化壓力或壓縮泵通過水泵充填管路，或專用膠管送往井下火區。另一種形式是將液氮用小型槽車運往井下，直接噴入火區滅火。
四、 瓦斯、煤塵爆炸的預防方法
根據瓦斯和煤塵爆炸的條件(瓦斯和煤塵濃度、氧氣含量、引爆溫度等)以及供電安全方麵考慮，可以通過控製空氣中瓦斯和煤塵的濃度，消除引爆火源，來達到防止瓦斯和煤塵爆炸的目的。
對井下合理通風，可以降低空氣中瓦斯和煤塵的含量。井下集中產塵地點噴霧灑水，定期清理巷道浮塵和巷道刷漿，淨化風流可以降低煤塵含量。防止井下明火、電火花、電弧、電纜短路和漏電、使用失爆設備、違章放炮、井下火災及機械摩擦火花等，可以消除引燃瓦斯和煤塵爆炸的火源。為此必須設置短路保護、漏電保護及瓦斯監測、報警及斷電保護。
第一節 礦用電氣設備的分類、特點、及其適用範圍
礦用電氣設備是指使用在煤礦井下條件的各種電氣設備，為了適應井下的不同環境礦用電氣設備又分為礦用一般型電氣設備和礦用防爆型電氣設備。
一、 礦用一般型電氣設備
礦用一般型電氣設備的外殼上，鑄有“KY”字樣。礦用一般型電氣設備具有堅固而封閉的外殼，能防止任何人員從外部直接接觸帶電體，防止來自不同方向水滴的飛濺，並能防止機械損傷。外殼塗有防鏽漆可防止生鏽。外殼上的電源開關手柄和外蓋之間有機械聯鎖機構，防止帶電開蓋。外殼有電纜引入裝置，並能防止電纜扭轉，拔脫和損傷。接線端子相互之間以及與外殼(地)之間，有增大了的漏電距離和間隙。在外殼的明顯處有接地裝置，並標有接地符號。
因為礦用一般型電氣設備不防爆，所以隻適用於沒有沼氣、煤塵爆炸危險的井下。如低瓦斯礦井的井底車場、總進風巷道或主要進風巷道等處。
二、 礦用防爆型電氣設備
礦用防爆型設備種類較多，但使用最多的是礦用隔爆型設備和本質安全型設備。下麵重點介紹這兩種設備。
1. 隔爆型電氣設備
隔爆型電氣設備的外殼上標注有Ex d，可用於井下有瓦斯煤塵爆炸危險的場所。礦用隔爆型電氣設備的主要特點是采用隔爆外殼。隔爆外殼具有耐爆性和隔爆性。
1) 隔爆外殼的耐爆性
隔爆外殼的耐爆性，是指殼內的爆炸性氣體混合物爆炸時，在最大爆炸壓力的作用下，外殼不會破裂，也不會發生永久變形，因而爆炸時產生的火焰和高溫氣體不會直接點燃殼外的爆炸性混合物。為此，隔爆外殼應具有足夠的機械強度，能承受殼內爆炸時產生的最大爆炸壓力。
其容積之比越小，爆炸壓力越大;外殼的間隙越小，爆炸壓力越大;外殼的形狀為長方形時壓力最小。總之，外殼內的爆炸性混合氣體爆炸時，其最大爆炸壓力不是一個定值，而是隨外殼的間隙、淨容積和形狀的不同而異。為此，它的設計製造既要講究材料，又要講究尺寸和形狀結構。一般采用鋼板或鑄鋼製成長方體，容積不大於2.0升的隔爆外殼，可以采用塑料製造，但所用塑料應符合防爆通用要求的規定，同時不允許直接在塑料外殼上製成緊固用的螺紋(出線口除外)。隔爆型照明燈具的保護罩應采用鋼化玻璃，有機玻璃遇高溫會出現軟化，因而隻適宜做外殼的觀察孔。
表2-1 隔爆外殼的試驗壓力
外殼容積，V/LV≤0.50.5
試驗壓力，MPa0.350.60.8
除材質外，為保證隔爆外殼的耐爆性，在結構上還必須防止產生壓力重疊。當隔爆外殼由兩個或兩個以上空腔(如主腔和接線腔)組成，其間有小孔連通時 (見圖2-1)，在A腔發生爆炸後，壓力波將以聲速湧入B腔，使B腔中的爆炸性氣體受到預壓。A腔中爆炸生成的火焰傳入B腔，因此在B腔發生爆炸時，其爆炸壓力將按B腔內預壓力的大小成正比例增加，有時可達40個大氣壓。這一現象就稱作壓力重疊。為防止由此而破壞隔爆外殼，應盡可能避免采用這種結構。無法避免時，應盡量增大連通孔的總麵積(不小於750毫米2)，以求兩空腔中的爆炸性氣體同時爆炸。根據這一要求，隔爆電氣設備上貫穿接線盒和主腔的連接螺栓必須牢固密封，螺栓不能丟失。
1) 隔爆外殼的隔爆性
隔爆外殼的隔爆性又稱不傳爆性，即當爆炸性混合物在殼內爆炸時所產生的高溫氣體或火焰，通過外殼與外蓋各接合麵處的間隙噴向殼外時能得到足夠的冷卻，使之不會點燃殼外的爆炸性混合物。這種具有隔爆性的接合麵，稱為隔爆接合麵。
試驗表明：爆炸產生的高溫氣體或火焰隻要通過一個狹長且光潔的間隙傳到殼外，就能得到足夠的冷卻，不致點燃殼外的爆炸性混合物。因此，隔爆結合麵的隔爆性主要是靠嚴格控製各接合麵的間隙、長度和粗糙度來達到。隔爆接合麵的上述結構參數與外殼的淨容積、接合麵的形式有關，而且間隙尺寸可隨接合麵有效長度的增加而適當加大，詳見表2-2。靜止的隔爆結合麵的粗糙度須不大於6.3，操縱杆的粗糙度須不大於3.2。注：①對於操縱杆，當直徑d不大於6.0mm時，隔爆結合麵的長度L須不小於6.0mm;直徑d不大於25mm時，L須不小於d;d大幹25mm時，L須不小於25mm。
②當軸與軸孔不同心時，最大單邊間隙須不大於w值的2/3。
不能滿足耐爆性和隔爆性要求的一律視為“失爆”，失爆的電氣設備嚴禁在井下有爆炸危險的場所使用。
本質安全型電氣設
試驗證明，沼氣濃度為9.8%左右時，產生的爆炸壓力為最大;外殼的淨容積越大，爆炸的壓力越大。表2-1給出了不同容積以下外殼的機械強度要求。此外，外殼的散熱麵積對
1. 備
本質安全型電氣設備的特點是采用本質安全電路，因此本質安全型電氣設備又稱為安全火花型電氣設備，采用Ex i標誌。由於它的電火花是安全的，不會點燃瓦斯和煤塵，因此也可以用於有爆炸危險的場所。
1) 本質安全電路
本質安全電路就是要合理地選擇電路的參數，使電路在正常和故障情況下產生的電火花或電弧，都不能點燃瓦斯和煤塵，故又稱為安全火花電路。
通過試驗得知，當瓦斯濃度為8.2～8.5%時最容易爆炸，所需點燃瓦斯的最大能量為0.25毫焦，可見隻要將電路中的能量限製在點燃瓦斯的最小能量之內，就可實現安全火花。為此，在設計本質安全電路時，常采用以下措施來降低電火花的能量：
(1) 在合理選擇電氣元件(繼電器)的基礎上，盡量降低供電電壓。
(1) 在電路中串接限流電阻或利用導線本身電阻來限製電路的電流。
(2) 電感元件兩端並聯二極管，消耗斷開電路時電感元件釋放出來的磁場能量。
(3) 電容元件兩端並聯二極管或電阻，消耗斷開電路時電容元件釋放出來的電場能量。
1) 本質安全型設備
由本質安全電路可知，本質安全型設備隻能用於低電壓小電流的電路中，如信號、儀表、控製等回路中。本質安全型電氣設備分為單一式和複合式兩種形式。單一式本安型電氣設備是指電氣設備的全部電路都是由本質安全電路組成的，如便攜式儀表多為單一式。複合式本質安全型電氣設備是指電氣設備的輔助回路是本質安全電路，主回路是非本安電路，如圖2-2所示是用於采區運輸信號的隔爆兼本質安全型信號裝置。
該信號裝置中的信號回路是本質安全電路，信號線a,b可以采用裸導線或普通塑料線，按鈕可以采用普通按鈕。電鈴所在的回路為非本安電路。這種電氣設備就稱做本質安全型關聯電氣設備。對於這種電氣設備必須十分注意兩種電路之間的相互隔離，防止出現故障時導致非本質安全電路影響本質安全電路的安全。除如圖2-2所示電路采用變壓器隔離外，也常采用由快速熔斷器和晶體穩壓二極管組成的安全柵，或由晶體管組成的限能器來加以隔離，例如圖2-3就是一個最簡單的穩壓管式安全柵。其中穩壓二極管V1、V2用於穩定電源電壓，把電網電壓波動時產生的高電壓控製在穩壓管的標稱電壓值以下，保證本質安全電路得到一個穩定的低電壓，把本質安全電路中的電流限製在安全火花電流的範圍之內。快速熔斷器FU作為穩壓管的過載保護，一旦安全柵上出現危險的高電壓，穩壓管的電流過大，則先使熔斷器熔斷，以免燒毀穩壓管。
圖2-2 隔爆兼本安型信號裝置電路原理圖
除以上隔離措施外，在本質安全型關聯設備中，不允許將兩種電路的導線捆紮在一起布線或共用一根多芯電纜，除非在兩種電路的導線之間加裝屏蔽層。同理，兩種電路的接線端子也應分設在各自單獨的接線盒中，若設在同一接線盒中，兩者之間必須有可靠的隔離和屏蔽措施。
本質安全型電氣設備結構簡單、體積小、重量輕、製造、維修方便、費用低、安全可靠，是一種比較理想的防爆設備，在技術性能滿足要求的情況下，應優先考慮選用。
第一節 井下過流保護裝置
凡是流過電氣設備的電流超過額定值，都叫做過電流，簡稱過流。引起過流的原因很多，如短路、過負荷和電動機單相運轉等。因此，過流保護通常包括短路保護、過負荷保護和斷相保護等。雖然都屬於過流保護，但是有本質的區別。由於短路故障所產生的電流往往超過額定電流的十幾倍到幾十倍，使溫度迅速升高，如不及時排除，將導致電氣設備的嚴重破壞，因此短路保護動作時間要求迅速，而動作值設定較大;過載時所產生的電流隻有額定電流的幾倍，溫度升高緩慢，短時過載不會立即燒壞設備，為防止短時過載而造成的停電，要求過載保護延時動作，延時的長短取決於過載程度，過載程度越大延時越短，反之延時越長，我們稱之為反時限特性，此外過載的動作值設定小於短路保護的動作值。目前煤礦井下低壓電網過流保護裝置主要有熔斷器、過流繼電器、熱繼電器等。
一、 熔斷器
熔斷器是一種最簡單的過電流保護裝置，用於保護供電線路和電氣設備，使其不為短路或過載所損壞。
1. 熔斷器的結構和原理
熔斷器是由熔體和外殼組成。幾種常見的低壓熔斷器結構如圖2-4～2-9所示。
熔件通常由低熔點(200～420℃)的鉛、錫、鋅合金製成，串接在被保護電氣設備的電路中。當電氣設備發生短路或嚴重過負荷時，流過熔件的大電流使熔件的溫度急劇升高達到其熔點溫度後，熔體自行熔化，從而將故障電氣設備與電源分開，達到保護的目的。額定電流小的熔體，一般做成絲狀。額定電流大的熔件，多做成變截麵的片狀，如圖2-4中5和圖2-5中b所示，其目的是使熔體能在窄截麵處先熔斷，形成多斷點，將長電弧分成多段短電弧，以便加快熄滅電弧。
外殼除用於固定熔件並實現與電路的連接外，還須有滅弧能力。如圖2-4中1用有機纖維材料製造的外殼，在熔件熔斷時還能分解產生氣體，增加殼內的壓力，加快電弧的熄滅。圖2-5的陶瓷外殼1中和圖2-6的熔斷管3內均填有石英砂，用來阻擋電弧的燃燒。由於熔體是在石英砂中，無法識別是否熔斷，在外殼的端頭均設有熔斷指示如圖2-5中5和圖2-6中2。
根據熔斷器的上述工作原理，使用時應注意以下幾點：
(1) 熔斷器中的熔件必須選用特製的熔絲或熔片，不能用銅絲、鋁絲、鉛絲和鐵絲等難熔金屬代替;
(4) 切除三次大的短路電流後，纖維管被燒薄，機械強度和滅弧能力顯著降低，因而應加以更換，否則會發生外殼爆炸或向外飛弧，引起嚴重02manbetx.com ;
(5)
當熔斷器中需要並聯安裝兩個熔片時，必須選用刻有“兩片”字樣的熔件，並分別裝在接觸閘刀的兩麵，不能將兩片重迭裝在一起用，更不能在熔管外附加熔絲;
(6) 井下禁止使用不合格的熔斷器，也不準拆去熔管不用。
低壓係列的熔斷器通常使用以下係列：RC1A係列瓷插式熔斷器，多用於照明電路及小容量電動機電路;RL1係列螺旋式熔斷器，多用於額定電壓為 500V，額定電流為200 A以下的交流電動機控製電路;RM係列無填料封閉管式熔斷器，多用於低壓電力網絡和成套配電裝置的短路和過載保護;RT0係列有填料封閉管式熔斷器，多用於短路電流大的電力網絡或配電裝置中;RLS係列螺旋式快速熔斷器，用於保護半導體元件。
2. 熔斷器的技術數據
熔斷器有以下幾個主要參數：
(1) 熔斷器的額定電流。它是指熔斷器殼體的載流部分，在標準環境溫度下，允許長時通過的最大電流。使用時，所保護的電路電流不得超過此值。
(7) 熔體的額定電流。它是指在標準環境溫度下，長時通過熔體而不使熔體熔斷的最大電流。在一定額定電流的熔斷器中，可以裝設額定電流不相同的熔體。但是熔體的額定電流絕不能大於熔斷器的額定電流值。例如，在額定電流為200A的RM10係列熔斷器中，可以分別裝設額定電流為100、125、160和200A幾種規格的熔體，須根據實際需要選配。
(8) 熔斷器的極限斷路電流。它是指熔斷器所能切斷的最大電流，由它的熄弧能力而定。如果流過熔斷器的電流超過了這一極限值，它將不能熄滅電弧，而引起熔斷器爆炸的危險。因此選擇熔斷器時，所切斷的最大短路電流不能超過此電流。
常見的幾種熔斷器的極限分斷能力見表2-3
注：1.極限分斷能力以交流380V時的周期分量有效值表示。
2.括號內有·號者是交流660V時的數值，有··者為500V時的數值。對於RMl0，500V時的數值與380V時的相同。
(1)
熔斷器的額定電壓。它是指熔斷器長時所能承受的正常工作電壓。使用時所接電網的實際工作電壓不得超過此值。
(2) 熔體的熔斷時間。熔體的熔斷過程分弧前過程和電弧過程兩個階段。弧前過程是熔體被電流加熱後熔化，即熔斷器反應故障的過程;然後是發生電弧和熄滅電弧的弧後過程。通過熔體的電流越大，弧前過程越短;熔斷器滅弧能力越強，電弧持續時間越短。熔斷器的熔斷時間就是這兩個過程的時間之和。 熔斷時間與通過熔體電流的關係叫熔斷器的保護特性或叫做安秒特性 ，其曲線如圖2-7所示。圖中IR 為最小熔化電流，熔斷器的額定電流IN應小於IR。最小熔化電流與熔體額定電流之比稱為熔斷器的熔化係數。它表征熔斷器過載保護時靈敏度的指標。熔化係數取決於熔體的材料和工作溫度以及它的結構。
由保護特性曲線可知，熔斷器的動作時限具有反時限特性，可以作過載保護。但是不適宜作電動機的過載保護，因為電動機過載1.5倍時，要求熔斷時間不超過2分鍾，而此時熔體的熔斷時間都遠遠超過2分鍾。短路時熔體電流很大，熔斷時間很短，故熔斷器可以作電動機的短路保護。
一、 過電流繼電器
現在應用中的過流保護裝置，可以說是種類繁多，其動作原理有電磁式、感應式、熱動式、電子式等等。
1. 電磁式繼電器
1) 電磁式繼電器結構與原理
電磁式繼電器的結構如圖2-8所示，可實現短路和過載保護。短路保護原理如圖2-9所示。電磁線圈1串入主回路，獲取電流信號;線圈繞在鐵芯2上構成電磁鐵，作為信號轉換環節，將電流信號轉換為電磁力信號;銜鐵3一端受反力彈簧4作用，另一端受電磁力作用，構成信號比較環節，調節反力彈簧的拉力可以調節給定信號;動觸頭6與靜觸頭7組成信號輸出環節。由於平常動觸頭與靜觸頭是分開的，故稱為常開觸頭，反之若動觸頭與靜觸頭平常是閉合的，稱為常閉觸頭。執行機構可以是接觸器(參見第三章第一節)，也可以是電磁鐵脫扣器(參見第四章第二節)。短路時，電流信號所產生的電磁力大於反力彈簧的拉力，銜鐵受電磁力作用被吸合，帶動觸頭動作，輸出開關信號，常閉觸頭(圖中未畫出)斷開執行機構的電磁鐵(或接觸器線圈)，由執行機構切斷主回路電源，實現過流保護。同時繼電器的常開觸頭接通信號燈回路，發出過流指示。
若實現過載保護，隻需增加延時環節，如圖2-10所示。延時環節由時間繼電器構成，時間繼電器的電磁線圈通電後，其觸頭經延時後動作。過載時，電流繼電器動作，其觸頭接通時間繼電器線圈，經延時後時間繼電器觸頭動作，使執行機構動作，切斷主回路電源，同時發出過載信號。
1) 電磁式繼電器的技術數據及動作值的調整
(1)
繼電器的額定電流IN是繼電器長期允許通過的最大工作電流。
(3) 繼電器的動作電流IOP是使繼電器銜鐵動作的最小電流。
(4) 繼電器的返回電流IRE是使繼電器銜鐵釋放的最大電流。由於繼電器銜鐵吸合後，銜鐵與鐵芯之間的氣隙被消除，使得磁路中的磁阻減小，維持繼電器銜鐵吸合的電流減小，當略小於繼電器最小維持吸合電流時，繼電器銜鐵釋放，此電流即為返回電流。可見返回電流小於動作電流。
(5) 繼電器的返回係數KRE是繼電器返回電流與動作電流的比值。返回係數小於1。
可通過調節繼電器反力彈簧的彈力或通過改變電磁線圈的串、並聯關係來調節繼電器的動作電流值IOP。
1. 電子式繼電器
電子式繼電器的組成環節和保護原理與電磁式繼電器相同，隻是由電子線路實現。由於電子電路屬於弱電，直接串入主回路(強電)中，會燒毀電子元件，因此需要通過電流互感器(參見第四章第二節)獲取電流信號，經信號轉換環節將電流信號經電阻轉化為電壓信號，送入信號比較環節的輸入端，與給定的電壓信號進行比較，信號比較環節由晶體管開關電路組成，調節該電路輸入端的電位器可調節給定電壓。當輸入的信號電壓大於給定電壓時，晶體管開關電路輸出一個開關信號給信號輸出環節，經信號輸出環節進行功率放大，推動執行機構動作，主回路開關跳閘，實現短路保護。同理在電路中增加延時環節，也可以實現過載保護。一般采用輸入電壓給電容充電實現延時，隻有經延時後，電容的充電電壓才能大於給定電壓，方可輸出開關信號，使執行機構跳閘。
電子式過電流保護裝置以獨有的體積小、功能全、靈敏可靠和調控方便等優點，特別是計算機技術的發展，用單片機集成電路，取代分立電子元件電路，使其優點更為突出，在礦井供電和電力控製中獲得了廣泛的應用。作為一個例子，這裏介紹相敏過流保護的工作原理。
2) 相敏保護組成及原理
相敏保護主要用作短路和斷相保護。現以專為DW80-200型和DW80-350型礦用隔爆自動饋電開關設計製作的一種新型短路、斷相保護裝置BXL1-200/400K型相敏過流保護器為例介紹。該相敏過流保護器主要由兩大部分組成，其保護原理方框圖如圖2-11所示。
(1)三相對稱性短路保護
對於三相對稱性短路故障，采用相敏保護原理。通常三相短路保護的動作值按大於電動機的起動電流整定，以防止電動機起動時短路保護誤動作，但同時又會使短路電流小於起動電流的短路(如遠離電源處短路)失去保護。相敏保護利用了短路時功率因數較大(近似等於1)，而啟動時功率因數較小(約等於0.4左右)，進行判斷，短路保護的動作值就可按大於正常工作電流值整定，從而較好的解決了遠離電源點短路的保護問題。
因三相短路電流為對稱電流，故從三相中的任一相取出相電流信號(如圖2-11中IB)，經電流互感器CT和I-U轉換電路進行信號轉換，轉換後的電壓信號Ui與給定電壓信號進行信號比較，當相電流大於正常工作電流時，即轉換後的電壓信號Ui大於給定的電壓信號時，信號比較電路輸出Ui的反向相信號U‘i，送入相位比較電路;同時來自電網的線電壓UBC信號的相位超前相電壓300，經電壓互感器PT降壓後，由移相電路移相300變為相電壓相位UB，由相敏開關電路輸出負半周電壓信號UB’，送至相位比較電路。相位比較電路隻有在相敏開關有輸出UB‘時方能通過U‘i信號。
相敏保護電路波形如圖2-12所示。當短路時，功率因數較大，電流與電壓的相位差f較小，半周內通過的相電流轉換信號Ui’較多，如圖2-12(a)中的陰影部份，經濾波電路輸出的平均值大於整定值，使三相鑒別電路有輸出信號，出口電路開關動作，主回路跳閘，實現三相短路保護;相反，而電動機啟動時，功率因素較小，電流滯後於電壓相位差f較大，半周內隻有很小部分相電流轉換信號Ui通過相位比較電路，如圖2-16(b)中的陰影部份，經濾波電路輸出的平均值小於整定值，三相鑒別電路無輸出，保護裝置不動作。以此可區分三相短路和正常起動狀態。
(2)兩相短路和斷相保護
對於兩相短路和斷相故障，采用負序保護原理。這是由於兩相短路和斷相都會產生不對稱電流，出現負序電流信號，隻是斷相時產生的電流小於兩相短路電流，危害較小，為防止瞬間斷相產生的停電，采取延時動作，而兩相短路必須瞬間動作。由圖2-11可見，A、C兩相的電流IA和IC，作為負序保護的信號源，經負序檢測回路，給出非對稱性故障信號, 在正常工作時(包括起動)和三相短路的情況下，三相電流都是對稱的，因而負序回路不會有什麼反映，如果斷相時，負序檢測回路產生信號，大於給定信號時，經延時和斷相鑒別後送至出口電路，實現斷相保護;如果是兩相短路，負序檢測回路產生的信號遠大於斷相信號，直接與兩相鑒別電路整定值比較鑒別後，送至出口電路，實現兩相短路保護。
3) 電子繼電器動作值的調整
電子繼電器的過載保護動作值可通過調節電位器的旋鈕分別進行粗調和細調。而短路保護也通過調節電位器來實現。用單片機編製的程序作保護時，隻需通過數碼開關設定過載保護動作值，其它保護動作值由程序自行設定。
2. 熱動式繼電器
1) 熱繼電器結構與原理
熱動式繼電器簡稱為熱繼電器。它是在井下低壓電網中最常用的過載和斷相保護裝置，其組成如圖2-13所示，保護原理同圖2-10所示。它的信號轉換元件是由加熱電阻13和雙金屬片1組成。加熱電阻串在主回路中，電流通過時會發熱，將電流信號轉換成熱信號;雙金屬片是由兩個膨脹係數不同的金屬片複合而成，受熱時雙金屬片向膨脹係數較小的一麵彎曲，從而將熱信號轉換為行程信號。轉動凸輪9，可推動軸11和叉10及連杆6一同移動，從而調節間隙6，給定行程信號。當過載時，電流通過加熱電阻產生的熱量較大，雙金屬片不斷的被加熱而彎曲，推動差動杆4和差動導板2向左移動，並推動補償雙金屬片5及連杆6，經過一定的延時，連杆6的行程大於間隙給定行程後，推動動觸頭7斷開執行機構的電磁鐵，由執行機構切斷主回路電源，實現過載保護。為了防止環境溫度的升高使熱繼電器誤動作，加裝了補償雙金屬片5，當環境溫度增高時，兩個雙金屬片同時彎曲，從而使間隙A保持不變。
該繼電器有上、下兩個差動導板3與2，可作斷相保護。例如電機發生C相斷線故障，此時C相負載為零，A、B兩相過載。則C相雙金屬片很快冷卻，恢複原位，在此過程中帶動上差動導板3向右移動。A、B兩相雙金屬片由於過載向左彎曲更大，並帶動下差動導板2向左作更大的移動;使差動杠杆4的下端向左轉動，將觸頭7打開。這就是說，當電機發生單相運轉時，繼電器三個主雙金屬片“一冷二熱”，使上下差動導板“一右一左”，產生了差動作用，將觸頭迅速打開。
因為雙金屬片有熱慣性，從電氣設備(如電動機)開始出現過載到雙金屬片因受熱而產生顯著變形，以致斷開繼電器的常閉觸點而起保護作用，需要經過一段時間，即有一段動作延時。另一方麵，電氣設備的過載程度越大，雙金屬片的溫度升高得越快，繼電器的動作延時越短，反之，則動作延時越長。由此可知該熱繼電器也具有反時限保護特性，所以適合做過載保護裝置。
4) 熱繼電器的主要技術數據
(1) 熱繼電器和熱元件的額定電流
熱繼電器的額定電流是指熱繼電器所允許流過的長期工作最大電流。熱元件的額定電流，是指允許長期通過而又不使熱繼電器動作的最大電流。在熱繼電器額定電流一定的條件下，可裝設不同額定電流的熱元件。例如：QC810-60型隔爆電磁起動器中的JR0-60/3D型熱繼電器，其額定電流為60A，但它所裝熱元件的額定電流卻有22、32、45、63A等幾種，可按照被保護電動機的額定電流適當選配。
(6) 熱繼電器的整定電流及其調節範圍
熱繼電器的整定電流，實際上就是熱元件調節刻度上所規定的電流值。在此電流長期作用下，加熱元件所產生的熱量，不會使熱繼電器動作。但是，假若實際電流大於其整定值，它應當在規定的時間內動作，並且呈反時限特性。例如，當電流增到額定值的120%，對於JR0係列熱繼電器，則應在20分鍾內動作。
熱繼電器的整定電流調節範圍，不僅與熱繼電器的額定電流有關，而且還與熱元件的額定電流有直接關係。當熱元件選定以後、其整定電流的調節範圍才為一定值。例如，在額定電流為60A的JR0-60/3D型熱繼電器中，若裝設了額定電流為45A的熱元件.其整定電流的調節範圍便為28～45A。
JR9係列限流熱繼電器由電磁元件和熱元件兩部分組成，電磁元件相當於電磁式電流繼電器，可作為電動機的短路保護;熱元件相當於熱繼電器作過載保護之用。
JR0、JRl6D係列為具有差動導板的三相熱繼電器，它不僅可作為電動機的過負荷保護，還可作為斷相保護。
JR0和JRl5係列熱繼電器除了作電動機過負荷保護外，也可以保護Y形接線電動機的斷相保護。
第一節 觸電的危險性及其預防方法
一、 觸電的危險因素
觸電02manbetx.com 是指人體觸及帶電體，或人體接近高壓帶電體時有電流流過人體而造成的事故。按電流對人體傷害的程度，觸電大致分為電擊和電傷。
(1) 電擊。指電流通過人體內部器官，使心髒、呼吸和神經係統受到損壞。電擊多數可致人於死地，所以是最危險的。
(7) 電傷。指電流通過人身某一局部或電弧燒傷人體造成體表器官的破壞。當燒傷麵積不大或程度不深時，不致有生命危險。
觸電對人體的危害程度是由多種因素決定的，但流經人體電流的大小、頻率及其途徑是主要因素，電流的大小起決定作用。由表2-4可知，通過人體的電流在交流35～50毫安、直流50毫安以上就有生命危險，為此我國規定觸電的安全極限交流值為30毫安。
流經人身電流的大小與人身電阻關係密切。人身電阻包括體內電阻和皮膚電阻，體內電阻較小，基本不受外界因素影響，故人身電阻主要是皮膚(角質層)電阻，其數值隨人的皮膚狀況、觸電時間及觸電電壓的不同變動很大。若皮膚幹燥無損時，人身電阻可達10千歐～100千歐，反之，人身電阻可降至0.8千歐～1千歐，由於煤礦井下特別潮濕，工人勞動出汗多、皮膚易損，可認為皮膚基本失去絕緣。通常以1千歐作為人身電阻計算值。 流經人體的電流還與觸電電壓有關，根據歐姆定律和人體電阻、觸電安全極限值，可知安全觸電電壓極限值約為30～50伏，但因人體電阻與工作條件有關，我國規定安全觸電電壓，在條件較好的場所為65伏，條件較差的場所為36伏，特別危險的場所為12伏。
流經人體的電流也與觸電時間有關，隨著觸電時間的增加，人體發熱出汗增加，人身電阻會逐漸減小，使觸電電流逐漸增大。因此，我國還規定了人身與帶電部分的允許接觸時間，見表2-4。而且規定了人體觸電電流與觸電時間乘積不得超過30mAS。即使觸電電流是安全電流，若持續時間過久也會造成死亡事故;反之，即使觸電電流大於安全電流，若能迅速脫離電源也不致有生命危險。
這個數值遠大於安全極限值30毫安，所以是絕對危險的。
(1) 在井下中性點不接地電網中加設漏電保護裝置。
一、 觸電的急救
觸電急救要求把握兩點，既動作迅速和救護得法。當發現有人觸電時，不要驚慌失措，首先應盡快使觸電者脫離電源。然後再根據觸電者的具體情況盡快進行搶救。
1. 快速脫離電源
1) 脫離低壓觸電者的電源
(1) 如果觸電者的附近有電源開關或插銷，可以立即把開關拉下或把插銷拔出，斷開電源。
(2) 如果觸電的地點沒有電源開關和插銷，可以用帶有絕緣柄的鉗子或帶有幹燥木柄工具把電線砍斷，也可以用其它帶有絕緣的器具強行切斷電源。
(3) 如果是電線落壓在觸電者的身上，或觸電者把電線壓在身下，可用幹燥的木棒或木板等絕緣物把電線挑開，或用幹燥的衣服、手套等拉開觸電者，使其脫離電源。
(4) 如果觸電者的衣服是幹燥的，搶救者也可以用一隻手直接去拉觸電者的衣服，使其脫離電源。但搶救者不得觸及帶電者的皮膚和鞋等易導電部位，防止觸電。
1) 脫離高壓觸電者的電源
如果觸及高壓電源，應立即通知有關部門停電，或戴上絕緣手套，穿上絕緣靴，用相應耐壓等級的絕緣棒或絕緣鉗進行上述脫電工作。
1. 正確實施救護
人觸電以後，總會出現神經麻痹，呼吸中斷，心髒停止跳動等現象，在外表上呈現昏迷不醒的狀態。這可能是假死，而不應當認為是死亡.要立即進行搶救，而且越快越好。
正確救護的步驟如下：脫電後立即將觸電者抬到空氣新鮮處躺好，最迅速地檢查一下觸電者是否失去知覺，瞳孔有無光反射，摸摸脈搏，聽聽心髒是否跳動，用棉絮放在鼻孔處觀察有無呼吸，按一下指甲有無血液循環。根據傷害程度采用不同的救護方法。
觸電者還未失去知覺，可平臥繼續觀察;如已失去知覺，但還有呼吸，則應解開他的衣、帶、以利呼吸;如已停止呼吸，或呼吸不規則，但有心跳，要迅速進行人工呼吸;如已停止呼吸和心跳，或心跳不規則，還須在人工呼吸的同時進行體外心髒擠壓。下麵著重介紹這兩種方法：
1) 人工呼吸法
人工呼吸法是一種用人工的方法，恢複觸電者的呼吸。僅介紹用於搶救觸電者的口對口吹氣法。其步驟如下：
(1) 迅速解開觸電者衣扣、褲帶和緊身內衣等(解不開時可剪開)，讓其胸腹部能夠自由擴張，但要注意保溫。使觸電者仰臥屈腿、腹部肌肉放鬆，掰開觸電者的嘴，如牙關緊閉，可用小木片、鐵片從嘴角伸入牙縫慢慢撬開，清除口腔中的嘔吐物，摘下活動假牙，如舌頭後縮，應將之拉出以不妨礙呼吸為準。然後使觸電者頭部盡量後仰、鼻孔朝天，這樣舌根就不會阻塞氣流，見圖2-15(a)。通過上述措施，保證觸電者呼吸暢通。
(a) 頭部後仰 (b) 捏鼻張口 (c) 貼近吹氣 (d) 放鬆換氣
圖 2-15口對口人工呼吸
(5) 救護者跪在觸電者頭部一側，一手捏緊觸電者鼻孔不要漏氣，另一手扶著觸電者的下頜使嘴張開，如圖2-15(b)，嘴上可蓋一塊紗布或手絹。
(6) 救護者作深吸氣後，緊貼觸電者的嘴大口吹氣，同時注意觀察觸電者胸部是否擴張，以胸部略有起伏為宜。胸部起伏過大，表示吹氣太多，容易吹破肺泡;胸部無起伏，表示吹氣用力過小。故應按胸部起伏決定吹氣量的大小。參見圖2-15(c)
(7) 吹氣完畢準備換氣時，應立即離開觸電者的嘴，並放開捏緊的鼻孔，讓觸電者自動向外呼氣，見圖2-15(d)。這時應注意觸電者胸部複原情況，觀察有無呼吸道梗阻現象。
(8) 照此反複操作，並保持每分鍾均勻地做14～16次(吹氣約2秒呼氣約3秒共約5秒鍾一次)，直至觸電者複蘇，能自己呼吸為止。如觸電者嘴不易開，可捏緊嘴往鼻孔裏吹氣。
2) 體外心髒擠壓法
它是用人工的方法在胸外擠壓心髒，恢複心髒跳動。其步驟如下：
(1) 使觸電者仰臥，保持呼吸暢通，具體要求同吹氣法(1)，背部著地處應平整穩固，以保證擠壓效果。
(9) 救護者站立或跨跪在觸電者腰兩旁，兩手交叉相疊，把下邊那隻手的掌根放在觸電者左乳頭肋骨下端，劍突之上的地方，中指對準凹膛，如圖2-16 (a)中箭頭所示。
(3)選好正確的壓點後，救護者肘關節伸直借助自己的體重用力衝擊性地擠壓觸電者胸骨，壓陷深度3～4厘米，如圖2-16(b)所示。
(4)擠壓後，掌根迅速放鬆但不要離開胸部，讓胸廓自行彈起，見圖2-16(c)。
(5)反複地有節律地進行擠壓和放鬆，每分鍾約60—80次，直至複蘇為止。
操作時要特別注意：掌根定位必須準確，才能達到搶救目的;擠壓時，用力不宜太大，以防肋骨骨折或引起內髒損傷，或把胃中食物壓出堵住氣管，也不能用力太小而得不到擠壓效果。
(a) 正確定位 (c) 向下擠壓 (d) 迅速放鬆
圖 2-16 體外心髒擠壓法
心髒擠壓有效果時，可摸到脛部動脈和股動脈博動，血壓上升，瞳孔逐漸恢複正常，口唇變紅，心跳呼吸逐漸恢複正常。如摸不到脈博跳動，應適當加強擠壓力並放慢速度，再觀察脈博是否跳動。有時會有長達幾個小時的“假死”，因此，應耐心進行搶救，絕不要輕易中止。同時要立即通知調度室請求派醫生配合搶救，但切忌給觸電者打強心針。
第一節 井下電氣設備的保護接地
一、 保護接地的保護原理
電氣設備的金屬外殼及構架在正常情況下是不帶電的。但如果電氣設備的絕緣損壞，其金屬外殼和構架就要帶電。此時人若觸及它們，就會發生觸電事故，如圖2-17a所示。為了預防這一事故，重要措施之一就是對電氣設備實行保護接地。
所謂保護接地，就是把電氣設備的金屬外殼和構架，用導線與埋在地中的接地極連接，如圖2-17b所示。
接地裝置與人體構成並聯電路，根據並聯電壓相等的關係有IhRh=IERE ，整理後得：
由式(2-2)得知，保護接地裝置的接地電阻RE越小，通過人體的電流將越少，因而越安全。這是因為RE越小，對人體的分流作用越大，絕大部分電流將通過保護接地裝置入地，隻有很少一部分電流通過人體，所以觸電的危險性減小。由此可見，保護接地的關鍵是將保護接地裝置的接地電阻值降低到規定的範圍內，就可以使流過人體的電流不超過安全極限電流，達到減小觸電危險的目的。
此外，裝設保護接地後，當電氣設備外殼帶電時，接地漏電電流也大部分經過保護接地裝置流入地中，隻有很小一部分電流經電氣設備的外殼入地。這樣，當外殼與地因接觸不良而出現裸露的電火花時，電火花的能量也大為減小，因而引起礦井沼氣煤塵爆炸的危險性減少。
鑒於保護接地的上述保護作用，《煤礦安全01manbetx 》規定，36伏以上的和由於絕緣損壞，可能帶有危險電壓的電氣設備的金屬外殼、構架等，都必須有保護接地。
一、 井下保護接地係統的組成
根據《煤礦安全01manbetx 》的規定，應在煤礦井下指定的地點敷設主接地極、局部接地極，並用電纜鉛包、鎧裝外皮及接地芯線並相互連接起來，形成一個總接地網，稱之為保護接地係統。保護接地組成係統的好處，一是將各接地極並聯後，可降低係統的接地電阻，提高保護的安全性;二是各接地極互為後備，一旦某接地極斷路，可通過其他接地極實現保護，提高了保護的可靠性。保護接地係統的各個組成部分如圖2-18所示。
《煤礦安全01manbetx 》規定：接地網上任一保護接地點的接地電阻不得超過2Ω。為此，對井下總接地網各組成部分的要求和具體做法如下：
1. 主接地極
主、副水倉或集水井內必須各設一塊主接地極。若礦井有幾個水平時，各個水平都要設立主接地極。如果該水平沒有水倉，不能設立主接地極時，則該水平的接地網必須與其他水平的主接地極連接。礦井內分區從井上獨立供電者(包括鑽眼供電)，可以單獨在井下或井上設置分區的主接地極，但其總接地網的接地電阻也應符合不超過2Q的要求。
主接地極應采用麵積不小於0.75m2、厚度不小於5mm的鋼板製成。如礦井水含酸性時，應視其腐蝕情況適當加大厚度，或鍍上耐酸的金屬，或采用鍋爐鋼板及其它耐腐蝕的鋼板。
主接地極的表麵積大，而且礦井水的導電率高，使得接地電阻要比其他接地極的接地電阻小。又因為主接地極位於接地網的中心，因此它在整個保護接地網中起著非常重要的作用。
1. 局部接地極
根據《煤礦01manbetx 》規定，在下列地點應裝設局部接地極：
(1) 采區變電所(包括移動變電站和移動變壓器)
(1) 裝有電氣設備的硐室和單獨裝設的高壓電氣設備。
(2) 低壓配電點或裝有三台以上電氣設備的地點。
(3) 無低壓配電點的采煤機工作麵的運輸巷、回風巷、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麵，至少應分別設置一個局部接地極。
(4) 連接高壓動力鎧裝電纜的連接裝置。
局部接地極最好設置於巷道旁的水溝內，以減小接地電阻值。如無水溝時，則應埋設在潮濕的地方。對於埋設在水溝的局部接地極，應平放於水溝深處，並采用麵積不小於0.6m2、厚度不小於3mm的鋼板和具有同等有效麵積的鋼管製成，如礦井水含酸性時，也應該采取與主接地極相同的措施。
至於埋設在其他地點的局部接地極，應垂直埋入底板，並采用直徑不得小於35mm、長度不得小於1.5m的鋼管，管子上至少要鈷20個直徑不小於5mm的透孔，便於往土壤裏灌鹽水，以降低接地電阻值。二根鋼管並聯且埋設距離不得小於5m，埋設深度不得小於0.75m。
2. 接地母線和輔助接地母錢
井下中央變電所和水泵房均應設置接地母線，采區變電所、配電點及其他機電硐室則應設置輔助接地母線。接地母線應采用厚度不小於4mm、斷麵不小於100mm2的扁鋼(或鍍鋅鐵線)，或斷麵不小於50mm2的裸銅線。采區配電點及其他機電硐室的輔助接地母線應采用厚度不小於4mm、斷麵不小於50mm2的扁鋼(或鍍鋅鐵線)，或斷麵不小於25mm2的裸銅線。接地母線和輔助接地母線均應分別和主接地極、局部接地極連接。
3. 連接導線和接地導線
各個電氣設備的金屬外殼，鎧裝電纜的鋼鎧和鉛包，均應通過單獨的連接導線直接與接地母線或輔助接地母線連接;接地母線和輔助接地母線，通過接地導線與接地極相連。連接導線和接地導線均應采用斷麵不小於50mm2的扁鋼(或鍍鋅鐵線)，或斷麵不小於25mm2的裸銅線。對於移動式電氣設備，應用橡套電纜的接地芯線進行連接，並要求每一移動式電氣設備與總接地網或局部接地極之間的接地電阻，不得超過1W。
此外，與漏電保護裝置配合使用的電纜屏蔽層，也應可靠接地。低於或等於127V的電氣設備的接地導線和連接導線，可采用斷麵不小於6mm2的裸銅線。
禁止采用鋁導體作為接地極、接地母線、輔助接地母線、連接導線和接地導線。
在礦井中禁止使用無接地芯線(或無其他可供接地的護套，如鉛皮、銅皮套等)的橡套電纜或塑料電纜。
圖2-18 井下總接地網示意圖
l—接地母線 ; 2—輔助接地母線 ; 3—主接地極 ; 4—局部接地極; 5—漏電保護輔助接地極; 6—電纜;7—電纜接地層 ; 8—中央變電所 ; 9—采區變電 所; 10—配電點;11—電纜接線盒; 12—連接導線; 13—接地導線 ; 14—采煤機組;15—運輸機
二、 接地網接地電阻的檢查與測定
1. 接地網各組成部分的檢查
凡有值班人員的機電硐室和有專職司機的電氣設備，交接班時必須由值班人員和專職司機對保護接地進行一次表麵檢查，而其它設備的保護接地，則由維修人員每周至少進行一次表麵檢查。
表麵檢查時，應著重觀察整個接地網的連接情況，務必使其連續不斷。對於接觸不良或嚴重鏽蝕等，應立即處理，否則將使接地電阻值增大。電氣設備的保護接地裝置未修複前，禁止向其送電。
電氣設備在每次安裝、檢修或移動後，應詳細檢查電氣設備的保護接地裝置的完善情況。對那些振動較大及經常移動的電氣設備，尤其應該特別注意，隨時加強檢查。如果發現問題應及時將問題記入記錄簿內，並及時向有關領導彙報，把處理的結果也要記入記錄簿內。對各部分的檢查內容有：
(1) 接地母線和接地引線的導體是否完整、平直與連續，鐵質導體有無嚴重鏽蝕、斷裂或開焊現象，銅導線有無斷絲或斷線。如發現有損壞達到超過規程允許截麵的情況，應及時進行處理或更換，並作好記錄。
(5) 接地母線和接地引線與電氣設備的金屬外殼、接地極、接地端子的連接是否完整可靠，如果用螺栓連接時，是否裝有彈簧墊圈、壓接是否堅固可靠;如果采用焊接，其焊縫是否符合規定。若發現有連接不符合規定者，應立即進行處理，並做好記錄。
(6) 穿過牆壁或基礎的接地母線，其防護套管是否完好;與電纜，管道等交叉時，其遮蓋物是否完好。
(7) 設置在有腐蝕性環境中的接地母線與接地導線，還應定期塗防腐塗料。
(8) 每年至少要將主接地極和局部接地極，從水倉或水溝提出來，詳細檢查一次。兩個主接地極，應該輪流分別檢查，不能同時提出來檢查，以免影響安全。如果礦井水含酸性較大，應適當增加檢查次數，如發現嚴重鏽蝕或接觸不良等情況，應立即處理。
(9) 對於設置在水溝以外的管狀局部接地極，應經常灌注鹽水，以保持良好的導電狀態。
4. 接地電阻值的測定
井下總接地網的接地電阻值測定工作，應有專人負責，每季至少進行一次，並把測量結果記入登記簿，以便查閱。新安裝的接地裝置，在投入運行前，應對其接地電阻值進行測量。
在有甲烷及煤塵爆炸危險的礦井內，進行接地電阻測量時，應用安全火花型儀表，如北京電表廠生產的ZC—18型安全火花接地電阻測量儀。該儀表的電源，是由它內部手搖式交流發電機提供的，輸出電壓不超過27V，輸出電流不超過13mA。當兩接線端直接短路時，其短路電流也不超過17mA，從而滿足了安全火花的要求。如果用普通型的測量儀表進行測定時，隻準在沼氣濃度為1%以下的地點進行，並采取一定的安全措施，報有關部門審批。
第一節 井下漏電保護裝置
當電網絕緣小於一定數值時，人觸及後會產生觸電危險。我們稱此時的電網絕緣為漏電，相應的絕緣電阻值稱為危險值。煤礦井下由於潮氣入侵或機械損傷，引起絕緣電阻下降，導致漏電事故發生。漏電不僅會使電氣設備進一步損壞，形成短路事故，而且還可導致人身觸電和瓦斯煤塵爆炸危險。因此，在井下供電係統中裝設漏電保護裝置，可以產生下述作用：
(1) 監視絕緣。通過裝設在檢漏繼電器內的歐姆表指示的線路對地絕緣電阻值，來監視供電係統對地的絕緣情況，以便根據絕緣情況進行預防性的檢修。
(10) 漏電保護。當電網對地的絕緣電阻值降到危險值(即檢漏繼電器整定的動作電阻值)，或人身觸及一相帶電體時，檢漏繼電器能快速地使自動饋電開關跳閘，斷開供電電源，以防止觸電事故，或造成其他事故。
(11) 補償流過人身的電容電流。當人觸及電網中的任何一相時，由於檢漏繼電器內的零序電抗器作用，可以補償通過人身的電容電流，使通過人身的總電流減小，以降低人身觸電的危險性，當電網一相接地時，也同樣可以減小接地故障電流，以防止由於漏電火花能量過大，而引起沼氣、煤塵爆炸，或漏電流提前引爆電雷管的事故發生。
漏電保護裝置的類型很多，按電壓等級分：有用於高壓6千伏電網的礦用隔爆高壓漏電、監視保護裝置;也有用於低壓1140伏、660伏、380伏動力電網的礦用隔爆檢漏繼電器;還有用於127伏電鑽、照明電網的煤電鑽(照明)綜合保護。按工作原理分：有附加直流電源的漏電保護裝置，如上述低壓漏電保護;有利用零序電流的漏電保護裝置，如上述高壓漏電保護。按其保護功能分又有無選擇性的漏電保護、有選擇性的漏電保護及有漏電閉鎖的漏電保護。
一、 無選擇性漏電保護裝置
無選擇性漏電保護采用的是附加直流電源的保護原理，即給對地絕緣電阻附加直流電源，監測其直流電流的變化，達到監測絕緣電阻的目的。該裝置需與低壓自動饋電總開關配合使用。當電網中任何地方發生漏電，都會使總開關跳閘，切除全部負荷。因此稱為無選擇性漏電保護。其缺點是停電範圍大，而且不易判斷漏電線路，但由於結構簡單、工作可靠，故仍在使用。下麵以我國使用數量最多的一種JY82係列檢漏繼電器為例作介紹。
1. 電路組成及作用
JY82係列檢漏繼電器的原理圖如圖2-19所示。附加直流電源是由變壓器T、橋式整流電路VC組成，直流電源的正極經歐姆表接地，相當於接在對地絕緣電阻的地端，歐姆表實際上是一隻以歐姆刻度的直流毫安表，用於監視電網的絕緣狀況，主接地E1極實際上就是采區變電所的局部接地，這裏用來實現直流電源的接地;直流電源的負極，經直流繼電器線圈K、零序電抗器2L、三相電抗器1L、隔離開關QS加在三相電網上，相當於接在對地絕緣電阻的線路端。隔離開關作為檢漏繼電器的電源開關，實現檢漏繼電器與電網的通斷。三相電抗器接成星形，一方麵使直流順利加在電網上;另一方麵阻止交流串入直流通路;同時還防止三相交流短路，並產生一個人為的中性點。在人為中性點與地之間，接入零序電抗器，零序電抗器具有較高的電抗，一方麵阻止交流串入直流通路，並保證電網對地的絕緣水平;另一方麵用來補償電網對地電容電流。直流繼電器線圈在動作時產生磁力，吸合其觸頭動作，繼電器有兩對常開觸點K1和K2， K1觸頭經隔離開關與自動饋電開關的脫扣線圈相連，繼電器動作時，該觸頭接通脫扣線圈，使自動饋電開關脫扣跳閘，實現保護(參見第四章第三節)。為防止絕緣電阻臨界動作值時，K1反複跳動產生的電弧燒毀觸頭，而設置了K2觸頭，繼電器動作時，K2比K1先閉合，從而短接了對地絕緣電阻，使K1可靠閉合。在電路中還設置了兩個交流旁路電容，C是將零序電抗器泄漏的交流旁路，防止其串入直流通路引起誤檢;CJ是防止檢漏繼電器合閘送電的瞬間，當隔離開關的三相觸頭非同時閉合，產生的衝擊電流經過繼電器K，使之誤動，特設此電容器將衝擊電流旁路。
為了檢測檢漏繼電器是否可靠動作，設有試驗回路。由試驗電阻R2、試驗按鈕SB和輔助接地極E2組成。試驗電阻值即為檢漏繼電器的動作電阻值，它的一端接電網上，另一端經試驗按鈕和輔助接地極接地。當按下試驗按鈕時將其接入，模擬電網漏電，檢漏繼電器應動作，使自動饋電開關跳閘;若開關不跳閘，說明檢漏繼電器不能可靠工作。為了檢測主接地極接地的好壞，輔助接地極應與主接地極相距大於5m。不進行試驗時，試驗按鈕的常閉觸頭將主接地極與輔助接地極並聯，一方麵減小接地電阻，另一方麵輔助接地極作為主接地極的後備。
此外，還設有監視燈HL，根據它的明暗程度，可以監視隔離開關觸頭閉合的好壞以及有無電源。同時，此監視燈也起照明作用，以便觀察歐姆表;設置的兩個熔斷器分別作為試驗回路和整流電源回路的短路保護。下麵分別介紹如何實現上述三個作用：
圖2-19 JY82係列檢漏繼電器原理圖
(1) 監測電網絕緣
當隔離開關閉合以後，便有直流檢測電流經下列回路流過電網絕緣電阻：
整流器VC(十) →kΩ表→E1和E2並聯支路→大地→電網對地絕緣電阻RU、RV和RW→電網U、V、W→電抗器1L→2L→繼電器K→VC(一)。該電流的大小可按式(2-3)計算：
式中：I一直流繼電器K線圈中流過的電流,mA;
U一整流器VC輸出的直流電壓，V;
ΣR一歐姆表的內阻、接地極電阻、零序電抗器線圈的電阻、三相電抗器的電阻、直流繼電器線圈的電阻之和，W;
R∑一三相電網每相對地絕緣電阻的並聯值，W。
當檢漏繼電器結構時，U和ΣR一定，直流繼電器K和歐姆表中的電流都將隨R∑變化，按照絕緣電阻與電流的對應關係，將其刻度到歐姆表上，就可從歐姆表中讀出電網對地絕緣電阻值，從而實現對電網絕緣的監測。
(1) 漏電保護
當R∑減小到危險值以下時，繼電器K中的電流便超過其動作值(5mA)。繼電器動作以後，首先K2閉合，使上述直流檢測回路的部分電阻被短接，因而繼電器中的電流進一步增大，而可靠動作。其次，K1閉合，接通自動饋電開關中的脫扣線圈1YA回路，使之跳閘，切斷供電電源.達到保護的目的。
剛好能使繼電器動作的絕緣電阻值，稱作檢漏繼電器的動作電阻值。按我國的規定，對於380V的檢漏繼電器，其動作電阻值為3.5kΩ;對於660v，為11kΩ;對於1140v則為20kΩ。
由於R∑和繼電器的動作電流值固定不變，由2-3式可知，調節U的大小必然要改變整個檢漏繼電器的動作電阻值。U升高，動作電阻值變大;反之，則減小。因此,改變三相電抗器1L二次線圈的抽頭，即可調節檢漏繼電器的動作電阻值。應以試驗按鈕按下時，檢漏繼電器能夠可靠動作為準。
(2) 補償電網對地電容電流
該檢漏繼電器的零序電抗器2L有9個抽頭(L0～L9)，調節抽頭，可改變其線圈的匝數，從而改變其電感電抗值，以達到最佳補償。調節時，在電網的任一相與地之間接入一個lkΩ的電阻(模擬人體電阻)和交流毫安表，當電流表的讀數最小時，即為最佳補償狀態。為了不讓自動饋電開關跳閘，應在K1觸點間加入絕緣物，使之隔開，以免脫扣線圈回路接通。實際上電網的對地電容是隨著線路工作狀態而改變，當線路不工作時，長度變短，分布電容變小;而線路工作時，線路變長，分布電容變大。而零序電抗器的抽頭無法隨之進行動態調整，從而無法保證在任何情況下都能達到最佳補償。這一點與無選擇性共同構成該繼電器的缺點。
1. 結構及使用
JY82型檢漏繼電器由隔爆外殼與可拆出的電路芯板組成。隔爆外殼如圖2-20所示，它裝在拖撬上，便於移動。前蓋利用止口卡在外殼上，並於隔離開關的操作手柄之間設有機械閉鎖裝置，隻有切斷電源才能解除閉鎖，打開前蓋，前蓋的上方有一個觀察千歐表的玻璃窗，窗口下方為試驗按鈕。後蓋為接線盒，打開後可進行接線。接線盒的一側有兩個接線咀，一個與自動饋電開關用電纜相連，一個用電纜與輔助接地極相連。拖撬上設有接地螺栓，與局部接地極相連。
電路芯板上裝有隔離開關、三相電抗器與零序電抗器、直流繼電器、橋式整流電路、千歐表、監視燈、熔斷器、試驗按鈕及電阻、電容等元件。
一、 有選擇性漏電保護裝置簡介
有選擇性漏電保護采用零序電流方向原理實現。對於多支路的輻射式電網，一相漏電時，那麼各個分支線路中都將有零序電流通過，而漏電電流便為各個零序電流的總和。從電源的母線端往外看，通過故障支路的零序電流，大小和方向都與非故隨支路不同。在故障支路中，總零序電流的代數和是非故障支路零序電流之和;而其它支路，則隻流過本支路的零序電流。此外，故障支路的零序電流方向，由線路流向母線，而非故障支路，則由母線流向線路。選擇性漏電保護裝置就是根據故障線路零序電流大小和方向，與非故障線路不同來實現選擇性的。
零序電流信號由零序電流互感器1TA~3TA取得的 。零序電流互感器結構如圖2-22所示。零序電流互感器有一個環狀鐵芯，套在被保護的電纜上，利用電纜作為一次線圈，二次線圈繞在環狀鐵芯上。根據變壓器原理可知，二次線圈中的電流I2正比於一次線圈中的三相電流之和。當未發生漏電時，一次側三相電流對稱，相量和為零，二次側無電流輸出;當發生漏電時，一次側三相電流不對稱，其相量和不為零，二次側有零序電流輸出。在發生單相接地時，接地電流不僅可能沿著故障電纜的導電外皮流動，而且也可能沿著非故障電纜外皮流動。這部分電流不僅降低故障線路接地保護的靈敏度，有時還會造成漏電保護裝置的誤動作。故此應將電纜終端接線盒的接地線穿過零序電流互感器的鐵芯，如圖2-22所示。使鎧裝電纜外皮流過的零序電流，再經接線盒的接地線回流穿過零序電流互感器，從而使穿過互感器的外皮流過的零序電流和為零，防止引起漏電保護的誤動作。
選擇性漏電保護裝置與分路開關配合使用。當發生漏電時，故障線路的選擇性檢漏繼電器動作，從而斷開該支路的分路開關，實現有選擇性保護，減小停電範圍，易於查找故障線路，因此被越來越廣泛的使用。
本章小結
煤礦井下供電的環境條件是空間狹小、潮濕、存在瓦斯和煤塵等可燃和爆炸性氣體。
電火災產生的主要原因是電網過電流，而過流又是由短路、過載和斷相引起的。因此預防電火災的方法，就是防止過流的產生。
礦用電氣設備分為礦用一般型和礦用防爆型兩大類。前者用於沒有瓦斯和煤塵爆炸危險的場所，後者用於有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所。礦用防爆型設備常用的有隔爆型和本質安全型，前者具有耐爆性和隔爆性，後者具有本質安全電路。前者用於主回路，後者用於通訊、監測、信號等回路。
過流保護裝置又分為短路保護、過載保護和斷相保護。短路保護要求瞬間動作，後兩者可以按反時限延時動作。熔斷器是一種最簡單的過流保護裝置，但對電動機隻能做短路保護。各種繼電器必須與接觸器或脫扣器配合實現過流保護，其中熱繼電器隻適用於做過載保護，電子繼電器具有功能完善、保護齊全、靈敏可靠、調控方便等優點，特別是計算機技術的發展，用單片機集成電路，取代分立電子元件電路，使其優點更為突出，在礦井供電和電力控製中獲得了廣泛的應用。相敏過流保護就是一種靈敏度比較高的電子保護裝置，它可以有效地區分電動機的起動電流和遠點短路電流。
預防觸電的措施主要有避免觸及帶電體和減少觸電危險。前者主要將帶電體高架或加裝外殼並采取閉鎖;後者主要從減少人體觸電電流、觸電電壓和觸電時間等著手。
向井下供電變壓器中性點采用不接地方式，係統出現接地故障或者人身觸電事故所產生的危害程度較小，但電網對地電容較大時，其危害程度增加，需采用中性點經電感線圈或高電阻接地方式。並采用漏電保護和保護接地措施來保證人身安全和防止漏電點燃瓦斯和電雷管。
保護接地的關鍵是接地電阻小於規定值，因此保護接地應組成係統，各組成部分的規格和設置必須符合《煤礦01manbetx 》的規定。
漏電保護又分為無選擇性和有選擇性的。前者采用附加直流電源的原理，後者采用零序電流方向的原理。
過流保護、保護接地、漏電保護組成井下三大保護。
複 習 題
(1) 電火災的產生的原因是什麼?如何防止其產生?熄滅電火災在有哪些方法，應注意什麼問題?
(3) 電氣方麵引起瓦斯和煤塵爆炸的原因有哪些?
(4) 隔爆型電氣設備的主要結構特點是什麼?什麼是它的隔爆性及耐爆性?對此有哪些具體要求和規定?
(5) 什麼是本質安全型電氣設備和本質安全電路?如何實現本質安全電路?試說明本質安全型電氣設備的基本特點及其適用範圍。
(6) 什麼是本質安全型關聯電氣設備?在使用這種電氣設備時應特別注意哪些問題?
(7) 煤礦井下常見的過流故障有哪幾種?它們各自的危害如何?主要預防措施有哪些?
(8) 對短路保護裝置有哪些要求?常用的短路保護裝置有哪些?
(9) 試說明熔斷器的保護工作原理。熔斷器中的熔件為什麼不能用鐵絲、銅絲、鋁絲等代替?使用中還應注意哪些問題?
(10) 熔斷器有哪些主要參數?熔斷器的額定電流與熔體的額定電流二者有何聯係和區別?
(11) 過流繼電器有哪種幾類型?說明它們各自的保護功能及優缺點。
(12) 對過載保護裝置的基本要求是什麼?常用的過載保護裝置有哪些?
(13) 熱繼電器有哪些主要參數?熱繼電器和熱元件的額定電流與整定電流應滿足何種關係?
(14) 井下人體電阻、極限安全電流，安全接觸電壓各取何值?
(15) 預防觸電有哪些措施?觸電急救的方法有哪些?各在何種情況下采用?
(16) 為什麼向井下供電的變壓器中性點禁止接地?
(17) 說明保護接地的工作原理和保護接地實現保護的關鍵。
(18) 井下保護接地網是怎樣組成的?為什麼要組成井下保護接地網?
(19) 井下電網的漏電有什麼危害?
(20) 說明檢漏繼電器的作用是什麼?
