矿山井下保护接地设计

宋 玉

(五矿矿业(安徽)工程设计有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引言

矿山井下保护接地主要是指由主接地极、局部接地极、接地干线以及连接线构成的总接地网。保护范围包含36V以上及由于绝缘损坏而带有危险电压的电气装置、设备的外露可导电部分和构架等，这些设备部件均应通过可靠焊接的方式连接到总接地网上。

1 矿山井下保护接地的特殊性

与地表电气设备的保护接地不同，矿山井下有许多特殊性。所以在日常电气设计时，对于井下的保护接地需要考虑诸多方面内容，其中最为重要为三个方面：1)中性点不接地系统：在矿山井下供电系统中采用的基本是三相三线制中性点不接地系统。2)高低压共用接地：高压配电系统和低压配电系统共用总接地网。因为高压电网的单相接地电流远大于低压电网，所以井下接地电阻主要取决于高压电网的单相接地电流。3)工作环境恶劣：矿山井下巷道狭窄、潮湿，采矿设备经常跟随作业区变化而移动。在这样恶劣工作环境下，设备绝缘非常容易损耗，工作人员面临触电的危险程度比地表要严重的多。

2 矿山井下保护接地的要求

——当任一组主接地极断开时，井下总接地网上任一点接地点测得的接地电阻，不应大于2Ω。

——每一移动式和手持式电力设备与最近的接地极之间的保护接地电缆芯线和其它接地线的电阻值，不得大于1Ω。

——接地装置应使接地部分最大接触电压不超过40V。

已知井下接地电阻主要取决于高压电网的单相接地电流，而在中性点不接地系统中，又与高压电网对地电容有关。

式中U——最大接触电压；R1——总接地网电阻；R2——至移动手持设备的总接地电阻。

可以看出，当R1=2Ω、R2=3Ω时，最大允许的单相接地电容电流为13.33A。对此，规范中规定大于10A时应当采取措施减少总接地网电阻和单相接地电容电流。下文以某铁矿为例，介绍一下总接地网的设计思路和总接地电阻计算方法。

3 工程设计实例

设计的铁矿为小型矿山，单相接地电容电流小于10A，井下中央变电所附近共有主、副两个水仓，采区变电所距中央变电所840m，采区配电点距采区变电所380m,采区配电点最远供电范围286m。设计接地系统图见图1。

——主接地极：主接地极采用板式接地极，选用1 500mm×500mm×5mm镀锌钢板，并在主、副水仓各设一组。

——局部接地极：从中央变电所到采区变电所间的主巷道、以及采区变电所入口处附近都有排水沟，采用板式局部接地极，因为井下巷道空间有限，不宜选择过宽的钢板，所以选用两块2 000mm×300mm×4mm镀锌钢板为一组(两块钢板间距不小于6m)作为一处的局部接地极，并放入排水沟内。采区配电点由于没有排水沟，采用管式接地极，材质为选用镀锌钢管，直径40mm，厚度3.5m，长度1.5m，管上钻孔20个，每个钻孔直径5mm；管内及管外应填充吸水材料；接地极应垂直买入底下，埋深1.5m。

——接地干线和连接线：中央变电所到采区变电所采用YJV22-10kV 3×50电缆的铠装电缆外皮作为接地干线。采区变电所到采区配电点间采用YJV22-1kV 3×95+1×50电缆的保护接地电缆芯线和铠装电缆外皮作为接地干线。接地极与总接地网的连接线采用-40×4镀锌扁钢。

图1 接地系统图

4 总接地网电阻计算实例

4.1 移动手持设备连接线电阻

设计实例中，保护接地电缆芯线最小截面Smin=6mm2,最长的供电距离Lmax=286m,铜的电阻率ρ=0.0175。根据规范要求，该段保护接地电缆芯线电阻不得大于1Ω，那么计算该电缆的最大长度应为：

采区配电点中的移动设备电缆最大允许长度能够覆盖所有的工作范围。

4.2 总接地网电阻

图2 接地系统等值电路图

计算时忽略连接线，只考虑接地干线的电阻，其中板式主接地极电阻为5.9Ω，板式局部接地极电阻为4.84Ω，管式局部接地极电阻为10.7Ω。

R1、R2、R3为10kV铠装电缆外皮电阻：

R1=R2=R3=4.44×0.28=1.24Ω

R41为1kV铠装电缆外皮电阻，R42为保护接地电缆芯线电阻：

R41=4.44×0.38=1.69Ω

计算总接地网电阻

当一组主接地极断开时

通过计算，当任一组主接地极断开时，总接地网电阻小于2Ω，满足规范的要求。

5 结语

在实际日常设计时，如果碰到最终总接地网电阻不符合要求的情况，可考虑如下措施来减小总接地网电阻：1)如果是多中段开采，每个中段的总接地网应通过接地干线相互连接；2)大型矿山往往不止两个水仓，可以考虑在每个水仓中的均设置一套主接地极；3)增加局部接地极个数；4)除钢带铠装电缆的外皮和保护接地电缆芯线做接地干线外，再采用-40×4镀锌扁钢增加补充另一套接地干线。以上措施希望能够起到参考和帮助作用，对矿山井下保护接地设计的思路和计算过程有一定借鉴意义。