浅谈井下保护接地问题
摘要:保护接地在减小漏电危害、预防人身触电方面起到极其重要的作用,文章论述了接地网主要组成部分,介绍和分析矿山井下保护接地网络的形式、作用,最后结合工程实际进行了实例阐述。
关键词:保护接地接地电阻井下保护
接地,一般是指电气装置为达到安全和功能的目的,采用接地系统与大地或某一基准电位点做电气连接。其中为了降低电气装置外露导电部分和装置外导电部分在故障情况下可能带的电压,减少对人身的危害,而进行的接地称为保护接地。矿山工程由于井下巷道狭窄、场地受到限制,加上潮湿和部分矿山存在可燃性气体和粉尘爆炸的危险性,人身处在这种恶劣的环境中,触电的危险程度大大增加,因此,井下的保护接地具有更为重要的意义。
1 井下接地网及接地电阻
1.1 井下接地网
规程规定在矿山井下指定地点安装主接地极、局部接地极,通过接地干线,把所有电气设备的保护接地装置(包括电缆的铠装、铅皮、接地芯线)连接起来,形成总接地网络。
(1)主接地极。
规范规定井下主接地极不应少于2块,分别设置于主、副水仓中。
(2)局部接地极。
下列地点应装设局部接地极:装有电气设备的硐室;单独装设的高压电气设备;低压配电点;连接电力电缆的接线盒;接触电压大于40 V 的任何地点。局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近的潮湿处。
(3)接地母线和接地支线
1.2 接地电阻
规范规定:当任一主接地极断开时,接地网上任一点测得的总接地电阻值不应大于2 Ω。
矿山井下的高压配电系统与低压配电系统采用共用接地,高压电网的单相接地电流远大于低压电网,因此井下接地电阻主要取决于高压电网的单相接地电流,而此电流在中性点不接地系统中,又与高压电网对地电容有关,电网越大电
容就越大。对此规范要求:矿井6～10 kV电网中,当单相接地电容电流小于等于10 A时,宜采用电源中性点不接地方式;大于10 A时,必须采取限制措施:或适当降低总接地网电阻值,或采取其他措施,如将变压器分列运行、缩小供电范围或采用消弧线圈补偿电网对地的电容电流等方法。
2.2 局部接地极电阻值
上述规定中没有对局部接地极电阻值做出明确规定,对于固定电气设备如变电所、水泵等接地母线连接一般比较可靠,局部接地极阻值不作要求没有问题,但在采矿工作面由于工作面不断推进,接地母线一般通过移动电缆接地芯线与局部接地极相连,此时局部接地极应考虑仍能起作保护人身触电作用。设计中应对380 V低压配电系统单相接地电流进行计算,以此为依据对局部接地极接地电阻进行限制。
3 工程实例
3.1 设计方案
本人进行的是铁锡矿采矿工程设计(采选规模为80万t/a),设计范围包括井下开采矿山及其相应的空压站、排风井、井下排水等配套工程、地上和井下配电站的设计、选矿厂设计以及为采选工程配套的综合楼、化验室、机电修理、锅炉房等附属设施。因为矿区电源引自上级变电站的10 kV侧两段母线,故分设10 kV中心配电站、主井中央配电站、空压机配电站、东风井配电站、西风井配电站。
10 kV用电设备23台,共设有12处10/0.4 kV变电所,其中由10 kV 中心配电站以放射方式供电线路为架空线路,其余配电站出线均为电缆。经过统计架空线和电缆的规格、长度,按照《工业与民用配电设
计手册》提供的架空线路和电缆线路每千米单相接地电容电流的平均值数据进行计算,得到本工程配电系统内10 kV系统的单相接地电容电流为4.7021 A,符合《矿山电力设计规范》中小于10 A的情况,所以采用10 kV电源中性点不接地方式。
井下低压配电网的中性点采用经电阻接地方式,根据接地电阻值的选择应以不超过电动机带单相接地运行的允许电流值(一般按10 A 考虑)原则,所以选用接地电阻为44 Ω,额定电流8.9 A。
井下的保护接地设如下:两组主接地极,规格为500×1500×5的镀锌钢板,分别放置在主、副水仓中;局部接地极,规格为250×2500×5的镀锌钢板,放置巷道的水沟中;局部接地极,规格为φ40,管厚 4 mm,长1800 mm的镀锌钢管,管上至少钻20个孔(φ5 mm),管内及管外充填吸水材料,例如：木炭或炭粉末及食盐的混合物,垂直埋入地下1.4 m。井下接地母线采用40×4镀锌扁钢,接地支线采用25×4镀锌扁钢。井下移动或手持设备的保护接地通过电缆芯线与配电点的局部接地极相连,因为电缆最小截面为S=6mm2,最长供电距离为L=300m,而铜线的电阻率ρ=0.0175Ω·mm2/m,则计算这部分电阻为:
满足规范关于每一移动式或手持式电器与接地网之间的保护接地线的电阻值不得大于1Ω的要求。
3.2 估算井下保护接地电阻
计算时忽略接地极间的接地母线和支线,只考虑利用钢带铠装电缆的外皮和接地芯线做接地干线,可得以下结果。
4 结论
目前矿山企业在实际运行中接地故障(特别是单相接地故障)时有发生,不但造成财产损失,也是人身安全的隐患,因此在设计过程中,电气工作者必须重视并解决好矿山企业的接地保护问题。
参考文献
[1]曾涛,田有连,石强,等.矿山电力设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009.
[2]任元会,卞铠生,姚家伟,等.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005.
