關(guān)于礦井低壓供電的漏電保護(hù)方案概述

(浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 Magtron Lennon)

1、井下供電網(wǎng)絡(luò)：

井下供電系統(tǒng)由地面變電所、井下中央變電所、采區(qū)變電所、防爆移動(dòng)變電所、采用變電點(diǎn)以及彼此間的電纜線組成。

其中，地面變電所(6KV/10KV)是全礦供電的總樞紐，擔(dān)負(fù)受電、變電、配電任務(wù)。井下泵房中央變電所是井下的中心，其任務(wù)是向采區(qū)變電所、整流變電所、主排水泵及井底車場(chǎng)附近負(fù)荷供電。采區(qū)變電所是采區(qū)變、配電中心，任務(wù)是采區(qū)負(fù)荷及巷道掘進(jìn)負(fù)荷供電。工業(yè)面配電點(diǎn)是采掘工作面及其附近巷道的配電中心，向工作面及附近負(fù)荷供電。

圖 1 礦井供電流程

2、井下供電系統(tǒng)分類

1、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

此系統(tǒng)也被稱為大接地電流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中一相接地時(shí)，出現(xiàn)除中性點(diǎn)以外的另一個(gè)接地點(diǎn)，構(gòu)成了短路回路，接地故障相電流很大，為了防止設(shè)備損壞，必須迅速切斷電源，因而供電可靠性低，易發(fā)生停電事故。但這種系統(tǒng)上發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)的鉗位作用，使非故障相的對(duì)地電壓不會(huì)有明顯的上升，因而對(duì)系統(tǒng)絕緣是有利的。

圖 2 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

2、中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)

這是我國(guó)特有電力系統(tǒng)，方式主要有三種：即不接地、經(jīng)消弧線圈接地和直接接地。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式有不接地、經(jīng)電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地或直接接地等多種。在中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)中，當(dāng)一相發(fā)生接地時(shí)：一是未接地兩相的對(duì)地電壓升高到√3倍，即等于線電壓，所以，這種系統(tǒng)中，相對(duì)地的絕緣水平應(yīng)根據(jù)線電壓來(lái)設(shè)計(jì)。

這主要是因?yàn)檫@樣做具有下述優(yōu)越性：一是正常供電情況下能維持相線的對(duì)地電壓不變，從而可向外(對(duì)負(fù)載)提供220/380V這兩種不同的電壓，以滿足單相220V(如電燈、電熱)及三相380V(如電動(dòng)機(jī))不同的用電需要。

圖 3 中性點(diǎn)不直接接地

在礦井作業(yè)系統(tǒng)中，我國(guó)主要采用中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較大的零序阻抗值，普遍比其它阻抗值高，所以當(dāng)井下發(fā)生漏電或電路短路故障時(shí)，產(chǎn)生的電流較小，不易造成較大危害。

3、井下漏電的危害

瓦斯爆炸

瓦斯是一種易燃?xì)怏w。其爆炸有一定的濃度范圍，大約界限為5%～16%。

當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?.5%時(shí)，其爆炸威力最大；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時(shí)，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會(huì)燃燒。

不過(guò)其爆炸界限并不是恒定的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體的混入等因素的影響。

當(dāng)?shù)V井電纜絕緣層被破壞，會(huì)產(chǎn)生漏電流。由于瓦斯被點(diǎn)燃所需要的能量很低，如果漏電產(chǎn)生的電弧擊穿空氣，就會(huì)將其引燃。

圖 4 瓦斯爆照事故

雷管引爆

雷管是一種爆破工程的主要起爆材料，它的作用是產(chǎn)生起爆能來(lái)引爆各種炸藥及導(dǎo)爆索、傳爆管。其分為火雷管和電雷管兩種。煤礦井下均采用電雷管。電雷管分為瞬發(fā)電雷管和延期電雷管。延期電雷管又分為秒延期電雷管和毫秒延期電雷管。

電氣雷管在煤礦開(kāi)采中有廣泛應(yīng)用，漏電可能會(huì)引爆電氣雷管，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。如果電氣雷管被引爆，就意味著有極高的電流，高于人體安全電流，如果流經(jīng)人體，對(duì)生命安全也有極大影響。

圖 5 電氣雷管控制箱

四、漏電保護(hù)的選擇性

當(dāng)發(fā)生漏電故障時(shí)，漏電保護(hù)器的選擇性保護(hù)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

縱向選擇性

指井下發(fā)生漏電故障的問(wèn)題線路被漏電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并被切斷，同時(shí)使正常線路正常運(yùn)行。其工作原理見(jiàn)圖2，A、B1、B2、C1、C2、C3、C4中均裝有漏電保護(hù)裝置。A、B1、B2是饋電開(kāi)關(guān)，C1、C2、C3、C4是磁力啟動(dòng)器，K1、K2是漏電故障點(diǎn)。假如漏電故障在點(diǎn)K1發(fā)生，這時(shí)，C4元件中的選擇性漏電保護(hù)器將會(huì)做出反應(yīng)，使漏電點(diǎn)從整體電路上切除。而饋電開(kāi)關(guān)B2中的選擇性漏電保護(hù)器不產(chǎn)生作用，整體上可以使故障部分被切除，但是正常部分仍然保持正常運(yùn)行。

圖 6 選擇保護(hù)性原理

橫向選擇

指的是漏電故障所處支路僅被漏電保護(hù)系統(tǒng)切斷，同時(shí)使其它正常的支路正常運(yùn)行，如圖2，漏電保護(hù)裝置位于A、B、C點(diǎn)上。當(dāng)某點(diǎn)如K1存在漏電故障時(shí)，該漏電保護(hù)系統(tǒng)的磁力啟動(dòng)器C4或分支饋電開(kāi)關(guān)B2中的選擇型漏電保護(hù)器對(duì)漏電故障做出反應(yīng)，切斷發(fā)生漏電故障點(diǎn)K1的支路，其余裝置無(wú)反應(yīng)。在當(dāng)前技術(shù)下，上述的縱向選擇性需要依靠延遲時(shí)間，也就是從負(fù)荷端到電源端方向上，逐級(jí)延時(shí)每個(gè)漏電保護(hù)裝置。當(dāng)其中一處發(fā)生故障時(shí)，附近的漏電保護(hù)裝置能迅速反應(yīng)，負(fù)荷端離漏電故障處較近時(shí)，因?yàn)殡x負(fù)荷端較近的漏電保護(hù)器及時(shí)反應(yīng)并切除故障部分，由于該裝置特有的延時(shí)性，當(dāng)故障線路被切除后，它又回到初始位置，從而達(dá)到保護(hù)的目的。漏電故障可以運(yùn)用選擇性漏電保護(hù)理論來(lái)解決，這會(huì)大大提高井下生產(chǎn)效率。

五、漏電保護(hù)方案

漏電流保護(hù)器

GB3836-3增安型《爆照性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》中指出：在礦井下的TT或TN系統(tǒng)中，

建議采用額定漏電(剩余)動(dòng)作電流不超過(guò)300 mA的漏電流保護(hù)器。建議優(yōu)先選擇額定漏電動(dòng)作電流為30mA的保護(hù)器。該保護(hù)器在漏電動(dòng)作電流時(shí)最大斷開(kāi)時(shí)間不超過(guò)5 s，并且在5倍額定漏電動(dòng)作電流時(shí)不超過(guò)0.15 s。

附加直流電源保護(hù)系統(tǒng)

附加的直流電源Uz通過(guò)由三相電抗器SK流入三相電網(wǎng)，通過(guò)對(duì)地絕緣電阻，形成直流通路。三相電抗器通過(guò)星形連接，形成人為的中性點(diǎn)。直流電流Iz首先經(jīng)過(guò)附加的直流電源正極流入大地，通過(guò)大地的絕緣電阻ra、rb、rc。進(jìn)入到三相電網(wǎng)當(dāng)中，在流經(jīng)三相電抗器SK、零序電抗器LK、千歐表直流毫安表)，最后經(jīng)過(guò)直流繼電器返回附加電源的負(fù)極，形成一條通路。

圖7附加直流電源法結(jié)構(gòu)

智能漏電保護(hù)系統(tǒng)

選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng)，屬于低壓電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的一種。該系統(tǒng)吸取了其他漏電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，使旁路接地的安全性、在線監(jiān)測(cè)絕緣電阻的特點(diǎn)、直流監(jiān)測(cè)的全面性和以及零序電流方向的選擇性等有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，形成有效的漏電保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由帶重合閘的饋電開(kāi)關(guān)、磁力啟動(dòng)器與直流檢測(cè)式漏電保護(hù)、閉鎖、延時(shí)插件等組成，不論任何地方發(fā)生任何性質(zhì)的漏電故障或人身觸電事故，設(shè)在總開(kāi)關(guān)處的直流檢測(cè)式漏電保護(hù)使總開(kāi)關(guān)斷電，所有開(kāi)關(guān)、磁力啟動(dòng)器均因失壓斷電，經(jīng)過(guò)大約0.5s的延時(shí)，各處漏電閉鎖啟動(dòng)，選擇性的尋找漏電點(diǎn)，并將故障支路的開(kāi)關(guān)或磁力啟動(dòng)器閉鎖，之后總開(kāi)關(guān)閉合并向?yàn)殚]鎖的電路供電。

圖8系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

六、結(jié)語(yǔ)

煤炭仍然作為最主要的能源，煤炭開(kāi)采具有高危險(xiǎn)性，因此選擇正確的漏電保護(hù)裝置是保證工作人員安全和生產(chǎn)正常進(jìn)行的重要保障。隨著煤礦開(kāi)采的深度下延，對(duì)安全用電提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于各種漏電原因要進(jìn)行測(cè)試研究，同時(shí)結(jié)合供電系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)化原理。 當(dāng)前，解決礦井下漏電行為是迫在眉睫的任務(wù)。