浅谈煤矿井下接地保护技术

【摘　要】从目前矿山企业实际运行情况看，接地故障(特别是单相接地故障)时有发生，由此引发的灾害已给国家带来财产损失，也使矿工的人身安全受到威胁。解决好矿山企业的接地保护，是电气工作者必须重视的问题，处理好这个问题，会给矿山企业带来较好的社会效益和经济效益。

【关键词】煤矿;保护接地;接地体;中性点不接地系统

1.保护接地的必要性

在煤矿井下总接地电网是高、低压电气设备共用的高压电网的单相接地电流远大于低压电网，因此，井下总接地网电阻主要取决于高压电网的单相接地电流。但在中性点不接地系统中，此电流又与高压电网对地电容有关，电网愈大(包括电缆、架空线路)，电容就愈大。若此电容大至使单相接地电流超过20A（《煤矿安全规程》规定此电流应不大于20A)，则将超过人身允许的最大接触电压 40V（《煤矿安全规程》规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2Ω，每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过1Ω。)，将威胁到人身安全。为此，应根据单相电流的大小，适当降低总接地网的电阻值；或采用其它措施以减小电网对地的电容电流。目前常用中性点经消弧圈接地方式来补偿电网对地的电容电流。

2.接地保护的电阻计算

2.1 单根垂直接地体的接地电阻

单根垂直接地体的接地电阻的理论计算公式：

R=0.366 Lg ， (1)

式中，R 为接地体接地电阻，Ω；L 为接地体长度，m；ρ 为土壤电阻率，Ω；d 为接地体的外径或等效外径，m。常用的简化公式有：

R≈0.3ρ (2)

R≈ρ/L (3)

式中的符号含义同前。

在实际工程中，接地体的材料有角钢、圆钢和钢管三种，(2)式、(3)分别简化为：

2.1.1 角钢接地体

取 L=2.5，规格 40mm ×40mm ×4mm ，即宽b=40mm ，等效为 0.84b=0.0336m ，代入式(1)计算可得：R=0.36ρ，或 R=0.91ρ/L。

2.1.2 圆钢接地体

取 L=2.5m ，d=0.025m ，代入式(1)计算可得：R=0.38ρ，或 R=0.95ρ/L2.1.3 管体接地。取 L=2.5，d=0.6m ，代入(1)式可得：R=0.32ρ 或 R=0.81ρ/L。

为切实保证接地装置接地电阻的要求，接地电阻计算值宁可适当偏大而不宜偏小。如果接地电阻计算偏小，则设计出来的接地装置可能达不到限定的接地电阻值要求。建议单根垂直接地体的电阻简化计算公式采用式(2)。

2.2 单根水平接地体的电阻计算

单根水平接地体接地电阻的理论计算公式为：

R=0.366 Lg，(4)

式中，h为水平接地体埋地深度，其它符号的含义同前。

在工程中，常用的简化计算公式也有两个：

R≈0.03ρ (5)

R≈2ρ/L (6)

2.3主接地极的接地电阻计算

主接地极的接地电阻可按下式计算：

R=0.25ρ/A (7)

式中，A 为钢板的面积，m2；其它符号的含义同前。

3.井下低压系统中接地保护应注意的问题

3.1 矿山企业工作环境差，用电设备由于生产需要经常移动，对地电位时有变化。有些矿山企业不仅有使用交流电源的生产设备，而且还有使用直流电源的生产设备。因此，解决好矿山设备的保护接地问题是非常必要的。

3.2 目前矿山企业的供配电系统，多是中性点不接地系统。在该系统下出现的单相短路电流，与整个电网(高、低压电网)- 特别是高压电网对地电容有关，即与电容电流相等。电网愈大电容电流就愈大。为减少系统的电容电流，常采用中性点经消弧线圈接地的方式。

3.3 单根垂直接地体或水平接地体的接地电阻值计算，工程设计中使用简化计算公式时，应采用计算值偏大的计算公式。

3.4 井下低压中性点不接地系统中，除了设置接地保护装置外，还应在配电系统中加设漏电断路器，才能真正做到保护人身安全，消除单相接地事故隐患。

中性点不接地系统的单相接地电流，主要是电网对地电容的电流。由于井下单台变压器容量有限，低压电网的供电范围不大，电容电流较小(不足 1A)。配合井下保护接地电阻不大于 2Ω，接触电压远低于安全值。而这个“安全值”往往使人们产生麻痹大意，单相接地故障实际未得到排除，也就是说，接地保护装置的设置，仅仅是解决了(电流小时)人身安全问题，随着时间的推移，它会逐步扩大发展成更大事故。

4.结束语

由于井下这一特殊环境，单相接地故障时有发生。近年来漏电保护器发展迅速，井下漏电保护的最佳方式是：末端漏电保护+ 分干线或或干线漏电保护+总漏电保护，组成多级漏电保护体系，并能有选择地切断故障线路，在彻底根绝井下单相接地故障存在的同时，也可保证无故障线路用电不会受到影响。过去由于某些原因，矿山单相接地保护中，主要利用附加直流电源检漏继电器的方式进行保护，没有全面推广使用漏电断路器保护器，只要电源总开关处设置直流检测继电器，没有选择性，在事故跳闸时影响面很大，给工人带来精神伤害和国家财产的巨大损失，因此，在设计中采用一些措施和保证，在井下配电系统设计中，应大力推广使用漏电断路器、漏电保护器。我国目前矿山所采用的配电系统多为中性点不接地(即 TT)系统，在中性点不接地的供电系统中，人身触电电流值 IH 的大小，取决于电网的电压值，电网对地的电容值和绝缘电阻值。由于矿山井下工作环境恶劣，矿井巷道狭窄，地面潮湿，矿山设备随作业面的变化需经常移动，对地电位有变化，矿山供电系统中还混合使用交流电和直流电，更使这个问题复杂。因此，解决好矿山设备的接地保护也更具有一定的现实意义。

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