礦山井下保護(hù)接地設(shè)計(jì)

宋 玉

(五礦礦業(yè)(安徽)工程設(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引言

礦山井下保護(hù)接地主要是指由主接地極、局部接地極、接地干線以及連接線構(gòu)成的總接地網(wǎng)。保護(hù)范圍包含36V以上及由于絕緣損壞而帶有危險(xiǎn)電壓的電氣裝置、設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分和構(gòu)架等，這些設(shè)備部件均應(yīng)通過可靠焊接的方式連接到總接地網(wǎng)上。

1 礦山井下保護(hù)接地的特殊性

與地表電氣設(shè)備的保護(hù)接地不同，礦山井下有許多特殊性。所以在日常電氣設(shè)計(jì)時(shí)，對于井下的保護(hù)接地需要考慮諸多方面內(nèi)容，其中最為重要為三個(gè)方面：1)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)：在礦山井下供電系統(tǒng)中采用的基本是三相三線制中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。2)高低壓共用接地：高壓配電系統(tǒng)和低壓配電系統(tǒng)共用總接地網(wǎng)。因?yàn)楦邏弘娋W(wǎng)的單相接地電流遠(yuǎn)大于低壓電網(wǎng)，所以井下接地電阻主要取決于高壓電網(wǎng)的單相接地電流。3)工作環(huán)境惡劣：礦山井下巷道狹窄、潮濕，采礦設(shè)備經(jīng)常跟隨作業(yè)區(qū)變化而移動。在這樣惡劣工作環(huán)境下，設(shè)備絕緣非常容易損耗，工作人員面臨觸電的危險(xiǎn)程度比地表要嚴(yán)重的多。

2 礦山井下保護(hù)接地的要求

——當(dāng)任一組主接地極斷開時(shí)，井下總接地網(wǎng)上任一點(diǎn)接地點(diǎn)測得的接地電阻，不應(yīng)大于2Ω。

——每一移動式和手持式電力設(shè)備與最近的接地極之間的保護(hù)接地電纜芯線和其它接地線的電阻值，不得大于1Ω。

——接地裝置應(yīng)使接地部分最大接觸電壓不超過40V。

已知井下接地電阻主要取決于高壓電網(wǎng)的單相接地電流，而在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，又與高壓電網(wǎng)對地電容有關(guān)。

式中U——最大接觸電壓；R1——總接地網(wǎng)電阻；R2——至移動手持設(shè)備的總接地電阻。

可以看出，當(dāng)R1=2Ω、R2=3Ω時(shí)，最大允許的單相接地電容電流為13.33A。對此，規(guī)范中規(guī)定大于10A時(shí)應(yīng)當(dāng)采取措施減少總接地網(wǎng)電阻和單相接地電容電流。下文以某鐵礦為例，介紹一下總接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路和總接地電阻計(jì)算方法。

3 工程設(shè)計(jì)實(shí)例

設(shè)計(jì)的鐵礦為小型礦山，單相接地電容電流小于10A，井下中央變電所附近共有主、副兩個(gè)水倉，采區(qū)變電所距中央變電所840m，采區(qū)配電點(diǎn)距采區(qū)變電所380m,采區(qū)配電點(diǎn)最遠(yuǎn)供電范圍286m。設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)圖見圖1。

——主接地極：主接地極采用板式接地極，選用1 500mm×500mm×5mm鍍鋅鋼板，并在主、副水倉各設(shè)一組。

——局部接地極：從中央變電所到采區(qū)變電所間的主巷道、以及采區(qū)變電所入口處附近都有排水溝，采用板式局部接地極，因?yàn)榫孪锏揽臻g有限，不宜選擇過寬的鋼板，所以選用兩塊2 000mm×300mm×4mm鍍鋅鋼板為一組(兩塊鋼板間距不小于6m)作為一處的局部接地極，并放入排水溝內(nèi)。采區(qū)配電點(diǎn)由于沒有排水溝，采用管式接地極，材質(zhì)為選用鍍鋅鋼管，直徑40mm，厚度3.5m，長度1.5m，管上鉆孔20個(gè)，每個(gè)鉆孔直徑5mm；管內(nèi)及管外應(yīng)填充吸水材料；接地極應(yīng)垂直買入底下，埋深1.5m。

——接地干線和連接線：中央變電所到采區(qū)變電所采用YJV22-10kV 3×50電纜的鎧裝電纜外皮作為接地干線。采區(qū)變電所到采區(qū)配電點(diǎn)間采用YJV22-1kV 3×95+1×50電纜的保護(hù)接地電纜芯線和鎧裝電纜外皮作為接地干線。接地極與總接地網(wǎng)的連接線采用-40×4鍍鋅扁鋼。

圖1 接地系統(tǒng)圖

4 總接地網(wǎng)電阻計(jì)算實(shí)例

4.1 移動手持設(shè)備連接線電阻

設(shè)計(jì)實(shí)例中，保護(hù)接地電纜芯線最小截面Smin=6mm2,最長的供電距離Lmax=286m,銅的電阻率ρ=0.0175。根據(jù)規(guī)范要求，該段保護(hù)接地電纜芯線電阻不得大于1Ω，那么計(jì)算該電纜的最大長度應(yīng)為：

采區(qū)配電點(diǎn)中的移動設(shè)備電纜最大允許長度能夠覆蓋所有的工作范圍。

4.2 總接地網(wǎng)電阻

圖2 接地系統(tǒng)等值電路圖

計(jì)算時(shí)忽略連接線，只考慮接地干線的電阻，其中板式主接地極電阻為5.9Ω，板式局部接地極電阻為4.84Ω，管式局部接地極電阻為10.7Ω。

R1、R2、R3為10kV鎧裝電纜外皮電阻：

R1=R2=R3=4.44×0.28=1.24Ω

R41為1kV鎧裝電纜外皮電阻，R42為保護(hù)接地電纜芯線電阻：

R41=4.44×0.38=1.69Ω

計(jì)算總接地網(wǎng)電阻

當(dāng)一組主接地極斷開時(shí)

通過計(jì)算，當(dāng)任一組主接地極斷開時(shí)，總接地網(wǎng)電阻小于2Ω，滿足規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

在實(shí)際日常設(shè)計(jì)時(shí)，如果碰到最終總接地網(wǎng)電阻不符合要求的情況，可考慮如下措施來減小總接地網(wǎng)電阻：1)如果是多中段開采，每個(gè)中段的總接地網(wǎng)應(yīng)通過接地干線相互連接；2)大型礦山往往不止兩個(gè)水倉，可以考慮在每個(gè)水倉中的均設(shè)置一套主接地極；3)增加局部接地極個(gè)數(shù)；4)除鋼帶鎧裝電纜的外皮和保護(hù)接地電纜芯線做接地干線外，再采用-40×4鍍鋅扁鋼增加補(bǔ)充另一套接地干線。以上措施希望能夠起到參考和幫助作用，對礦山井下保護(hù)接地設(shè)計(jì)的思路和計(jì)算過程有一定借鑒意義。