浅析矿井接地系统对煤矿安全生产的作用
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【摘 要】：接地仍然是应用最广泛的并且无法用其他方法替代的电气安全措施之一。从接地功能上可以分为以下几种：防雷接地、工作接地、保护接地。
【关键词】：防雷；工作；保护
Abstract: The ground is still one of the electrical safety measures that with the most widely used and can not be replaced by other means. From the ground functions it can be divided into the following categories: lightning protection and grounding, grounding, protective grounding.Key words: mine; work; protection
中图分类号：TU856文献标识码： A 文章编号：
接地就是把设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接在一起。到目前为止，接地仍然是应用最广泛的并且无法用其他方法替代的电气安全措施之一。从接地功能上可以分为以下几种：防雷接地、工作接地、保护接地。
（1）防雷接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。主要用于防雷接地的主要设备有避雷针、避雷器、避雷线等。
（2）工作接地的作用主要是为了保障电气设备的正常运行。它在电力系统的运行、通信系统的正常工作、电子线路的稳定工作中都起着十分重要的作用。
（3）保护接地作用是设备的保护接地各种电气设备的金属外壳、线路的金属管、电缆的金属保护层、安装电气设备的金属支架等，由于导体的绝缘损坏后可能带电，为了防止这些不带电金属部分产生过大的对地电压危及人身安全而设置的接地系统。
一、在《煤矿安全生产规程》中对防雷接地系统作出了严格的要求:如在第一百四十六条抽放瓦斯设施必须有防雷电装置距进风井口和主要建筑物不得小于50m，并用栅栏或围墙保护。第一百六十条矿井安全监控系统必须具有防雷电保护. 第二百九十七条爆炸材料库上面覆盖层厚度小于10ｍ时，必须装设防雷电设备。第三百条地面临时性爆炸材料库的内外部安全距离、照明、防火和防雷电措施、管理制度与永久性地面爆炸材料库相同。第四百五十九条井上、下必须装设防雷电装置，并遵守下列规定：（一）经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线，必须在入井处装设防雷电装置。（二）由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近将金属体进行不少于2处的良好的集中接地。（三）通信线路必须在入井处装设熔断器和防雷电装置。第六百九十一条 接触网防雷电装置地线应接在单轨道电路回流钢轨上，或接在双轨道电路轭流变压器中性点上。
二、在煤矿供电系统中，矿井的主变压器接地一般为中性点接地，因为中性点的接地电阻很小，因此中性点与地间的电位差接近于零。当相线碰壳或接地时，其他两相对地电压，在中性点绝缘的系统中将升高为相电压的倍，而在中性点接地的系统中则接近于相电压，因此中性点接地将有利于系统的稳定运行，防止系统振荡，且系统中的电气设备和线路只需按相电压来考虑其绝缘水平，可降低电气设备的制造成本和线路的建设费用。中性点接地的系统，还可以保证继电保护的可靠动作。同时工作接地对煤矿的通讯系统也有很重要的作用。通信系统一般采用正极接地，可防止杂音窜入和保证通信设备的正常运行。另外随着煤矿电力系统自动化水平的提高，电子线路在煤矿的地面及井下都已经大量使用，而电子线路需要稳定的参考点才能正常运行，因此也需要进行接地。因此没有可靠的工作接地系统，就无法保证煤矿设备的正常运行，工作接地系统在煤炭安全生产中起着不可替代的作用。
三、在《煤矿安全生产规程》中的第九章第六节，更是对电气设备保护和接地作出了详细的要求。规程中明确规定：“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。主接地极应在主、副水仓中各埋设1块。主接地极应用耐腐蚀的钢板制成，其面积不得小于0.75m2、厚度不得小于5mm。” ……“设置在水沟中的局部接地极应用面积不小于0.6m2、厚度不小于3mm的钢板或具有同等有效面积的钢管制成，并应平放于水沟深处。设置在其他地点的局部接地极，可用直径不小于35mm、长度不小于1.5m的钢管制成，管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔，并垂直全部埋入底板；也可用直径不小于22mm、长度为1m的2根钢管制成，每根管上应钻10个直径不小于5mm的透孔，2根钢管相距不得小于5m，并联后垂直埋入底板，垂直埋深不得小于0.75m。” ……“连接主接地极的接地母线，应采用截面不小于50mm2的铜线，或截面不小于100mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于100mm2的扁钢。电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接，电缆连接装置两头的铠装、铅皮的连接，应采用截面不小于25mm2的铜线，或截面不小于50mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于50mm2的扁钢。” ……“橡套电缆的接地芯线，除用作监测接地回路外，不得兼作他用。”上述要求的主要原因在于防止电气设备的金属外壳、线路的金属管、电缆的金属保护层、安装电气设备的金属支架等，由于导体的绝缘损坏后可能带电产生过大的对地电压危及人身安全。
（1）现在煤矿井下多为660V用电设备，在此本人仅以660的供电系统为例，对煤矿井下防雷接地系统的设置情况作简要的分析：设定在井下空气潮湿的环境中人体的接地电阻为R=1000Ω, 根据公式，I＝＝＝0.66A，即在发生人体触电事故时人体触电电流约为660mA，而人体的触电极限电流为30mA・S，通过人体50 mA电流就能致人死亡，可见如果说井下一旦发生了人体触电事故时,事故发生地点又没有接地时，足以在1S内致人死亡。井下对接地系统中的各个地点的接地电阻作出详细规定的依据是以人体的触电极限电流为30mA，对接地体的总的接地电流进行计算后得出的结果。设定总漏电电流I=10A，人体电阻Rr=1000Ω，接地电阻为Rd=2Ω，根据公式， Id＝I×＝10×＝9.98A，则流过接地电阻的电流约为9.98A，Ir＝I×＝10×＝19.96mA，则流过人体的电流为19.96mA，
（2）经实际测定，设置在水沟中的局部接地极为0.6（长L=100,宽b=60）埋深h=30的接地电阻R约为11.46Ω，直径38m、长8.5m的钢管制成，管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔，并垂直全部埋入底板后的电阻值为42.88；单相接地电流通常不超过500mA（380V或660V低压供电系统中，）从理论上说，如果40V电压供电时，靠近工作面的局部接地极的接地地电阻也不应大于80Ω。
从上述的公式计算与实测的数值可以看出，规程中规定“连接主接极的接地母线，应采用截面不小于50mm2的铜线，或截面不小于100mm2的镀锌铁线，或厚度不小于4mm、截面不小于100mm2的扁钢。”的原由。
（3）随着矿井规模的增大，10kV高压下井已普遍使用，有些矿井已经开始使用10kV高压电机，在提高供电电压，减少线路损失，减少设备运行损耗，提高线路供电容量的同时，电网对地电容电流也越来越大，接地电火花能量也越来越高，发生井下人身触电伤亡的危险性及瓦斯、煤尘爆炸的可能性也越来越大，因此在使用10k高压下井供电时必须安装10kV单相接地保护，并对保护接地按有关规定进行各项试验。
（4）接地极(体)按其布置方式可分为外引式接地极和环路式接地极两种。若按接地极的形状来分，则有管形、带形和环形几种基本形式。若按接地极的结构来分，则有自然接地极和人工接地极之分。可用来作为自然接地极的有:上下水的金属管道;与大地有可靠连接的建筑物和构筑物的金属结构;敷设于地下而其数量不少于两根的电缆金属包皮及敷设于地下的各种金属管道，但可燃液体以及可燃或爆炸的气体管道除外。可用来作为人工接地极的，一般有钢管、角钢、扁钢和圆钢等钢材。在煤矿井下有化学腐蚀性的土壤中，则可采用镀锌的上述儿种钢材或铜质的接地极。（详见外引式接地极、环路式接地极接地装置示意）
外引式接地极接地装置示意
环路式接地极接地装置示意
四、结束语
到目前为止，在煤矿安全生产中接地对矿井电力系统、通讯、综合保护中是应用最广泛的并且无法用其他方法替代的电气安全措施之一。因此，我们应充分认识到矿井接地系统对煤矿安全生产的重大意义，做好接地工程，避免因井下接地系统的不合理而造成的电力系统供电不安全、通讯系统工作得不到保障、综合保护装置误动而引发的各种不安全因素。
参考文献
国家安全生产监督管理局。煤矿安全规程。北京：煤炭工业出版社，2010.
中国煤炭建设协会。煤炭工业小型矿井设计规范。北京：中国计划出版社出版，2006.
中国煤炭建设协会。煤炭工业设计规范。中国计划出版社出版，2006.
顾永辉，范延瓒。煤矿电工手册。北京：煤炭工业出版社，1997。
北京煤炭设计研究院。矿山电力设计规范。北京：煤炭工业出版社，1994。
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