1、xy 大学毕业设计说明书 第 1 页远距离照明综合保护装置摘要目前国内煤矿井下 127V 照明网络综合保护的保护距离绝大多数在 650m 以内，而且大中矿井井下皮带运输巷已达千米以上，而传统的采用电流取样的短路保护，从原理上就达不到千米以上的保护距离，因而必须研究新的取样方式；此外，原有的综合保护没有断线保护，而据现场调查，照明网络整根电缆被砸断、扯断、脱空的故障时有发生，经常是前段线路灯亮着，后段线路灯全灭，产生严重的不安全隐患。所以有必要在新研制的远距离照明综合保护中架设断线保护功能，使之更为完善。而本次设计的任务就是设计出集漏电，断线保护于一体并采用新的取样方式的远距离照明综合保护装置。
2、关键词：漏电保护 断线保护 闭锁 直流继电器 三端集成稳压管 取样信号 集成运算放大器 SUMMARYDomestic colliery 127V lighting protection that network protect synthetically distance most within 650 ms in the pit at present, and large-and-middle-scale mine belt transport lane reach kilometers of the above already, and traditional adoption shor
3、t circuit that electric current take a sample protect in the pit, cant reach one kilometer of protections distance of the above from the principle, therefore must study the new sample way; In addition, already existing comprehensive protection has not broken and is protected, and investigate accordi
4、ng to the scene, Lighting network whole root cable bungle and break, tear and break, trouble that come to nothing take place occasionally, Sections of circuit light on before being often, back sections of circuit light all put out, produced the serious hidden danger. So necessary to erect and break
5、to protect the function of protecting synthetically in remote illumination that develop newly, Make it more perfect. And the task that design to design and collect and leak electricity , break and protect on an organic whole and adopt new sample remote lighting comprehensive protector of way.KEYWORD
6、: The electric leakage protecting , Break and protect ,Lock, the direct current relay, three end integrated steady voltage is managed, Signal that take a sample ,Integrated operation amplifierxy 大学毕业设计说明书 第 2 页目 录第一章: 引言31.1 下井场的照明供电电源.31.2 中央泵房的照明供电系统.41.3 工作面的照明电源来自移动变电站或采区变电所.4第二章: 低压照明网络故障分析.62.
7、1 漏电的定义与起因.62.2 对漏电保护的要求.62.3 漏电故障的理论分析.7第三章: 几种井下照明网络短路保护方案析.113.1 附加电源直流检测.113.2 其他的漏电保式.153.3 断线故障的分析和保护.18第四章: 漏电、断线保护一体化电路设计.214.1 设计思路.214.2 电路及原理分析.,214.2.1 性能介绍.214.2.2 保护原理.224.2.3 各部分电路介绍与原理分析.234.3 参数的选择与计算.394.3.1 综合取样电路的参数选择与计算.394.3.2 鉴别回路的参数选择与计算.40第五章: 设计电路的整机调试 :.44xy 大学毕业设计说明书 第 3
8、页总结与心得.45参考文献.46第一章 引言矿井照明，包括煤矿企业的地面照明和井下照明。是矿井供电系统的重要组成部分。照明电网工作是否正常，不仅对于提高劳动生产率，保证煤炭质量有很大影响，而且对于减少人身事故，保持工作人员健康安全有重大作用。良好的矿井照明是安全生产的保障，也是煤矿井下文明生产的重要标志之一。煤矿企业的生产相对其他参也有其特殊性。矿井开采是地下作业，由于受地质条件的制约，生产环境往往十分恶劣，生产条件比较危险，场地狭窄，生产过程中不仅要受自然灾害的威胁，而且也有其他工业普遍存在的事故因素。据统计，全世界每年煤矿事故死亡人数占所有产业工人因工死亡人数的 35%。鉴于这种严峻的现实
9、，煤矿企业的生产必须坚持安全第一的方针。这就对矿井照明提示了越来越高的要求。良好的矿井照明，是在确保安全生产的前提条件下，根据煤炭生产和职工生活的需要，同时考虑技术经济上的合理性与可行性，设置的照明系统应适合煤矿生产的特点和要求，安全可靠，灵活经济。本设计是以井下低压电网照明网络为研究对象来研究井下照明网络的漏电、断线保护电路。因此，有必要对井下照明网络的特点作进一步的了解，以便根据生产实际制定合理的保护方案。照明电网供电方式的选择，根据煤矿电工手册应符合下列原则：（1）必须符合安全及防火要求；（2）到最远端灯具的电压损失值不应超过规定值；（3）供电形式灵活可靠；（4）供电器材省，电能损失小，
10、节约投资和运行费用；（5）施工简单，维护方便。基于这些原则，目前井下照明网络多采用放射式供电系统。1.1 下井场的照明供电电源，一般来自中央变电所，向各工作处所的照明变压器供电，如下图所示：（图 1-1）xy 大学毕业设计说明书 第 4 页图 1-1 井下照明供电。井的车场供电系统图中，1 来自中央变电所低垂配电盘；2 为防爆手动起动器；3 为照明变压器；4 为防爆插销；5 为低压（127v）照明线。1.2 中央泵房的照明供电系统，供电方式同井低车场，供电系统如下图所示:（图 1-2）图 1-2 井下照明供电。中央泵房供电系统1.3 工作面的照明电源来自移动变电站或采区变电所。已电缆送至距工作
11、面大约 30米处的顺槽配电点，以专用的照明变压器或与 127v 动力合用一台变压器向工作面照明电网供电。照明电网属于井下低压供电系统，根据煤炭工业部 1980 年颁布实施的煤矿安全规程规定：“井下照明，手持式电气设备，如煤电钻得额定电压和电话，信号装置的额定工作电压不得超过 127v。”基于这些原则，井下照明由中央变电所以电缆送至各配电点，采用二次侧为 127v 的照明变压器单独向各照明网络供电，或者，在工作面也xy 大学毕业设计说明书 第 5 页可与 127v 动力，如煤电钻等装置合用一台变压器供电。127v 照明电网由于属低压供电，故电缆供电距离一般不超过 300-500 米，但是，随着日
12、光灯的逐步推广使用，供电长度已达 1000 米以上。这也对维护工作和电网的保护工作提示了新的更高的要求。照明电网的供电设备一般包括照明变压器，照明灯具和照明电缆。由于规程的规定，井下照明网络必须采用的或与煤电钻共用的 KSG 型矿用隔爆型干式变压器，经井下中央变电所，采区变电站，移动变电站送来的 380v,660v,1140v 电压变成 127v 照明电压，照明灯具一般分为三类：矿用一般型；矿用安全型，矿用防报型（又分为防爆安全型 KA和隔爆型 KB 灯具） 。井下低压照明供电线路全部由电缆组成。照明电缆多采用橡套电缆，对固定设备，则采用铠装电缆。对于井下想到和井底车场控室等处的固定照明，普遍
13、采用三芯低压铠装电缆，例如采用 ZQ20-500-3*43*16 油浸纸绝缘铜芯钢带铠装电缆作为照明用干线电缆，采用 3*2.5 三芯软电缆（其中一芯接地用）作为照明线路支线电缆。对与采掘工作面的移动照明，则采用 UZ-500-4*44*6 电钻电缆作为照明干线电缆等等。总之，照明设备的选择应根据具体情况而定，做到既安全可靠又经济合理。随着煤炭事业的发展，对于矿井照明的要求也在日益提高。采掘的机械化成都日益提高，随之而来的生产率提高，生产方式的远方监控，井下各种测试的不断增多和工业电视的广泛应用，都要求提高其安全可靠性。照明网络的保护也随之提出了更高的要求。如何提高保护的可靠性，研究出更为先进
14、的综合性的保护装置，就成为摆在我们面前的一项重要任务。本设计将讨论的就是井下照明网络常见的漏电，断线故障并设计出综合的漏电，断线一体化保护装置。xy 大学毕业设计说明书 第 6 页第二章 低压照明网络故障分析漏电和断线故障时井下照明电网中最常发生的故障。也是保护设备的主要防护对象。电网中一旦发生漏电，不仅会引起人身触电，造成人身伤亡，而且还可能导致瓦斯及煤尘的爆炸，甚至可能使电雷管提前引爆。此外，大量的漏电电流还可能使绝缘材料发热着火，造成火灾或其他更为严重的事故。我们在制定保护方案，研究保护装置前，应对这种故障起因和危害作进一步的分析和讨论。2.1 漏电的定义与起因漏电，使之在电力系统中，当
15、某一部分带电导体对大地的绝缘阻抗下降到一定程度是，经该阻抗流入大地的电流增加到一定成度，足以威胁人身和设备安全，那么该导体就发生了漏电故障。也就是说，该供电系统发生了漏电事故。对于本设计来说，我们关心得失井下照明电网的漏电故障。照明电网属井下低压电网，我国井下低压电网供电采用的式变压器中性点不接地系统，即变压器中性点对的绝缘。则其漏电的定义是：中型点绝缘系统中，发生单相漏电（包括两相接地和经过渡阻抗接地）或两相，三相对地的总绝缘阻抗下降到位限制以下的电气故障。2.1.1 漏电产生的原因低压供电系统发生漏电的原因大致有以下几方面：1)、电缆或电气设备本身的原因这主要是井下环境潮湿，电气设备运行多
16、年，绝缘老化或潮气入侵，引起绝缘电阻下降。同时还存在由于偶然侵入的过电压冲击使绝缘击穿，产生漏电。2)、施工安装不当引起漏电3） 、管理维修不当引起漏电4)、因意外事故引起漏电总之，由于井下恶劣的生产环境，而低压电网有大多集中在工作人员和生产机械比较集中的地方。这些工作条件，使电气设备极易受损而发生漏电故障2.2、对漏电保护的要求漏电保护是井下三大保护之一，属于继电保护的范围，应满足下列基本要求：2.2.1 全面性要求保护范围应能覆盖整个供电单元，无动作死区；2.2.2 安全性要求安全性是从保护人身触电的要求出发，即必须满足 30mA.s 安秒值得规定。xy 大学毕业设计说明书 第 7 页2.
17、2.3 可靠性要求一是保护装置本身的可靠性，二是保护性能要可靠。2.2.4 选择性要求在供电系统中只切除故障不峰电源，减小停电范围。目前我国井下广泛使用的低压供电系统有以下特点：以一台动力变压器为一个相对独立的供电系统供电。整个井下低压供电电网由多个相对地独立的小供电系统所组成，各小供电系统保持相对独立性。如意各照明网络既是由一台照明变压器和若干馈电开关，起动器，矿用电缆，照明灯具等用电设备组成，在低压范围内，各供电单元间无任何电的联系。这种重要的特点就为供电单元的故障分析，保护装置的设置和运行管理等工作带来很大方便。在分析故障时，可不必顾及整个供电系统，而指针对一个供电单元，分析起来较为简便
18、。而对漏电保护装置的设置而言，只要对一个供电单元能设置一个完善的保护系统，则整个井下低压电网的漏电保护都可据此解决。这事以后设计应注意的一个问题。另外，我国井下低压电网采用的是中型点绝缘系统，其最大的特点是比较安全，漏电电流小，但对保护装置灵敏度要求较高，在设计师应充分注意这一点。2.3 漏电故障的理论分析对漏电故障进行理论分析，是为了求出发生漏电时各相对的电压，入地电流，零序电流和中性点对地电压，的数学表达式。并讨论这些参数随电网参数，漏电程度的变化规律，以便找出合理的保护方法。对照明电网来说，多发生的是单相漏电，下面将采用对成分量法来讨论电网发生单相漏电是的变化情况，单相漏电时基本回路如下
19、图所示：（图 2-1）图 2-1 单相漏电基本计算回路xy 大学毕业设计说明书 第 8 页由于三相电源中性点不接地，不论电网中发生何种漏电故障，电网的线电压是不变的，但是三相对称的。单相漏电属于不对称故障，故障发生后，电网各相对地电压就不再对称变压器中性点也要发生位移，产生对地电压，即零序电压，由零序电流通过。图 2-1 中，动力变压器二次侧中性点不接地，Rg 为 a 相漏电的过渡电阻,ra=rb=rc 为各相对地绝缘电阻。Ca=Cb=Cc 为各相对地电容。G 为故障点。发生单相漏电时，漏电电流从 a 相经 Rg 入地，经 b.c 两相对地阻抗流回电网，再经 b.c 线路和变压器绕组回到中性点
20、。我们采用对称分量法进行分析。根据对称分量法，任意一组不对称的相量可以唯一地变换成三组对称向量：正序分量，负序分量和零序分量。根据这一理论，将故障处 g 处单相对地电压 Uga 和单相漏电电流 Iga 分解为三组对称向量，则有：（2-1 ）3.2.1.gagaIIUU据此可画出 a 相各序的等值电路图如图 2-1 所示。 （a）正序网络， （b）为负序网络，（c）为零序网络，g 为故障点，g，n 为各序的零电位点。由图可得 a 相各序电压的平衡关系为：（2-2 ）0.02.1. gaIZUa联立 2-1，2-2 式，再由式 Uga=RgIga 可得： RgzaUgaIIgaI 302130.2
21、.1. 所以，故障相漏电电流为： zI变压器中性点对的零序电压为： RgzaUgaIU30210.0 xy 大学毕业设计说明书 第 9 页故障相对地电压为 RgzaUgaRIU3021 对于井下照明电网，漏电回路中各元件总的正序阻抗和负序阻抗相同，z1=z2 且远小于 z0，故：1） 单相漏电时入地电流 （2-3gaRzUIjd3“0）2） 单相漏电时零序电流 (2-4)gagazI3 0.0式中 （忽略对地的电感）cjrjxrcz1)(0现在我们讨论一下人身触电似的情况：（1）不考虑电网对地的电容时：此时 z0=r(单相对地绝缘电阻) = (人身电阻),所以人身触电时，人身触电电rRg流为：
22、 rakRUI3（2）考虑电网对地电容时:=)1/(*0crjrcjxrjzcrRg所以人身触电时人身触电电流为： (2-5)22)1(96/raRcUIr由式 2-5 可知，由于电网电容的存在，使人身触电的危险增加了，因此，需要对电容xy 大学毕业设计说明书 第 10 页电流进行补偿。由于我国井下变压器中性点禁止接地，因此不能在变压器中性点接电抗线圈进行补偿，常用的方法是利用三个电抗器构成认为中性点，在人为中性点与地间接入一个电抗线圈，利用电抗线圈中所产生的感性电流来对电网中的容性电流进行补偿，当所选的电抗器感抗与电网容抗相等时，即： 时：电容电流被完全补偿，流过人身体的lcx触电电流最小。通过这节的分析，我们对漏电的成因和性质有了一定的了解，可以据此来设计保护电路。
