煤礦井下的漏電保護(hù)與分析改進(jìn)

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引言：

我國(guó)的煤炭資源非常豐富，礦井低壓用電設(shè)備運(yùn)行是否正常將直接影響采礦企業(yè)的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益。怎樣保證井下供電系統(tǒng)用電設(shè)備安全、可靠、連續(xù)的運(yùn)行，是一個(gè)值得研究和探討的問(wèn)題。

1煤礦井下漏電保護(hù)的意義

1.1煤礦井下漏電產(chǎn)生的原因

現(xiàn)今我國(guó)大多數(shù)煤礦企業(yè)采用的是地下采煤的作業(yè)方式。在井下作業(yè)面空間相對(duì)狹小、潮濕，整體環(huán)境相對(duì)比較惡劣。在這種工作環(huán)境下，供電線路與電氣設(shè)備容易受潮，降低了絕緣性能造成漏電。電氣設(shè)備長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備與線路過(guò)熱引發(fā)絕緣性能下降造成漏電。在防爆開(kāi)關(guān)內(nèi)連接頭過(guò)多，連接頭絕緣松散，使得線頭與設(shè)備外殼接觸引發(fā)漏電。井下礦石跌落損傷供電線路外表造成絕緣降低引發(fā)漏電。移動(dòng)設(shè)備時(shí)過(guò)度彎曲電力電纜線路，造成電纜外部裂口破損引發(fā)漏電。在陰暗潮濕的環(huán)境下，電工操作失誤造成供電線路外表破損引發(fā)漏電。管理不到位，供電電纜未按規(guī)定掛設(shè)，供電電纜浸泡在水中或是埋在煤堆里造成漏電。設(shè)備過(guò)多，線路太長(zhǎng)引發(fā)的整體絕緣下降造成的漏電。

1.2煤礦井下漏電造成的危害

井下工作環(huán)境陰暗潮濕，空間小，使得井下工作人員的自身阻值下降。不小心接觸到漏電點(diǎn)時(shí)流過(guò)人體的電流放大，加大了觸電的傷害，甚至?xí)斐捎|電人員死亡。井下瓦斯多、煤塵多，當(dāng)發(fā)生漏電故障時(shí)有可能發(fā)生相間短路引起火花，造成爆炸事故。漏電可能造成單相接地，電網(wǎng)上會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，對(duì)電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備造成絕緣傷害，從而引起電氣設(shè)備的燒毀。漏電也有可能造成相間短路，直接燒毀線路與設(shè)備，引發(fā)井下斷電，工作設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)企業(yè)造成較大的損失。綜上所述，為了保障工作人員的安全、供電線路與電氣設(shè)備的安全、企業(yè)的正常運(yùn)行，在煤礦井下進(jìn)行漏電保護(hù)具有十分重要的意義。

2漏電保護(hù)的原則

1）全面性。煤礦企業(yè)井下供電線路長(zhǎng)，電氣設(shè)備多，無(wú)論在哪個(gè)地方發(fā)生漏電故障，都能進(jìn)行漏電保護(hù)。對(duì)整個(gè)供電體系進(jìn)行全面的漏電保護(hù)。2）安全性。這是一條重要的原則。當(dāng)發(fā)生漏電故障時(shí)，漏電保護(hù)應(yīng)能保障供電系統(tǒng)安全、電氣設(shè)備安全、井下工作人員安全。例如：工作人員接觸漏電設(shè)備，導(dǎo)致有漏電電流流過(guò)人體乘以從接觸到脫離電源的時(shí)間應(yīng)小于30mAS。3）可靠性。井下發(fā)生漏電故障，漏電保護(hù)應(yīng)能及時(shí)可靠的動(dòng)作，減低因漏電而造成的損失。4）選擇性。應(yīng)有選擇性的切斷發(fā)生漏電故障的支路，不能隨意擴(kuò)大故障范圍，給企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損失。

3漏電保護(hù)的現(xiàn)狀分析

我國(guó)井下常用漏電保護(hù)、保護(hù)接地和過(guò)電流保護(hù)三大保護(hù)法來(lái)保障供電體系、電氣設(shè)備和工作人員的安全。保護(hù)接地能在發(fā)生漏電時(shí)減少流過(guò)人體的電流，降低人體發(fā)生觸電時(shí)產(chǎn)生的危害，但不能解除漏電故障，必需與其它漏電保護(hù)裝置一起配合使用。漏電保護(hù)裝置保護(hù)成功率較高，成本相對(duì)較低，在我國(guó)井下大多采用這一種裝置進(jìn)行漏電保護(hù)。常見(jiàn)的漏電保護(hù)裝置有：

3.1單相漏電保護(hù)裝置單相漏電保護(hù)原理

如圖1所示。后級(jí)負(fù)載在沒(méi)有發(fā)生漏電情況時(shí)，流入初級(jí)線圈的電流I0與流出初級(jí)線圈的電流I1大小相等方向相反，在零序電流互感器的鐵芯上沒(méi)有磁場(chǎng)產(chǎn)生，因而在次級(jí)線圈上沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)生漏電時(shí)，初級(jí)線圈上的電流I0與I1不相等，在次級(jí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這個(gè)電流比較小，需要通過(guò)電流放大器放大后推動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作斷開(kāi)電源。其特點(diǎn)是在發(fā)生單相漏電時(shí)，能迅速動(dòng)作，反應(yīng)靈敏，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但容易受到外界的干擾，動(dòng)作電阻值不穩(wěn)定。

3.2檢測(cè)附加直流源的漏電保護(hù)裝置

圖2中C1、C2、C3是每相對(duì)地電容，R1、R2、R3是每相對(duì)地絕緣電阻，SK與LK分別是三相電抗器與單相電抗器，K是直流繼電器。檢測(cè)附加直流源的漏電保護(hù)原理如圖2所示。附加直流回路是：直流電流由正極流出經(jīng)過(guò)可調(diào)電阻W1，C4對(duì)于直流相當(dāng)于開(kāi)路電流不能通過(guò)，電流流入大地，經(jīng)過(guò)R1-R3絕緣電阻、SK三相電抗器、LK單相電抗器、千歐表、直流繼電器后到電源負(fù)極形成整個(gè)回路。井下電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)每相對(duì)地絕緣電阻值很高，在整個(gè)直流回路中電流較小，直流繼電器不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生漏電故障或絕緣水平下降時(shí)，R1-R3絕緣電阻值變小，直流回路中電流變大，直流繼電器動(dòng)作，饋電開(kāi)關(guān)動(dòng)作切斷電路。其特點(diǎn)是：保護(hù)全面無(wú)死區(qū)，不受電網(wǎng)狀態(tài)與故障地點(diǎn)的影響，對(duì)供電單元具有電容、電流補(bǔ)償效果，但動(dòng)作無(wú)選擇性，尋找故障點(diǎn)困難，保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，安全性低。

3.3檢測(cè)零序功率方向的漏電保護(hù)裝置

我國(guó)煤礦井下供電系統(tǒng)采用的是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)如圖3所示。在正常情況下，各相對(duì)地電壓相同，零序電壓U0等于零，各相上電流相同，零序電流等于零。當(dāng)A相發(fā)生因漏電而造成的觸電事故時(shí)，A相的對(duì)地絕緣電阻值與人體電阻并聯(lián)，阻值發(fā)生改變與B、C相絕緣阻值不相等。各相對(duì)地電壓不對(duì)稱產(chǎn)生零序電壓、零序電流，零序電壓與零序電流具有一定的相位差。利用零序電壓、零序電流的大小和零序電壓與零序電流的相位關(guān)系來(lái)判斷哪一條支路發(fā)生了漏電故障。其特點(diǎn)是：漏電保護(hù)選擇性強(qiáng)，利用三種方式判斷故障支路誤動(dòng)作少，但動(dòng)作電阻值不固定，對(duì)稱性漏電不動(dòng)作，沒(méi)有電容、電流補(bǔ)償效果。除了上述三種保護(hù)裝置以外，還有檢測(cè)零序電壓大小的漏電保護(hù)裝置、檢測(cè)零序電流大小的漏電保護(hù)裝置、檢測(cè)零序電流方向的漏電保護(hù)裝置等，它們都有共同的缺點(diǎn)：動(dòng)作電阻值不穩(wěn)定，功能單一。

4主要的改進(jìn)措施

1）將附加直流源法和零序功率方向法結(jié)合起來(lái)，互補(bǔ)兩種方法的缺點(diǎn)。這種保護(hù)裝置可對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行全面保護(hù)，對(duì)電網(wǎng)不同狀態(tài)也可以保護(hù)，還可以利用零序電壓、零序電流的大小和零序電壓與零序電流的相位關(guān)系選擇性的切斷故障支路。2）采用單片機(jī)為控制核心。在保護(hù)裝置中單片機(jī)只須進(jìn)行直流采樣和脈寬測(cè)量。將檢測(cè)參數(shù)顯示在液晶屏上。3）動(dòng)作電阻值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。這樣既可以判斷對(duì)稱性漏電，又可以判斷非對(duì)稱性漏電，同時(shí)解決了由于現(xiàn)場(chǎng)情況不同而導(dǎo)致漏電保護(hù)裝置無(wú)法動(dòng)作的問(wèn)題。4）從硬件和軟件兩方面提高漏電保護(hù)裝置的抗干擾性能。

5結(jié)語(yǔ)

可靠性高反應(yīng)快的智能選擇型漏電保護(hù)裝置對(duì)井下電氣設(shè)備和生產(chǎn)具有較高的應(yīng)用價(jià)值，其能選擇性切斷故障電源縮小停電范圍、縮短漏電造成的停電時(shí)間，提高了井下電氣設(shè)備與供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

作者：謝平 單位：婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院