井下低压供电漏电保护系统的探究分析

井下低压供电漏电保护系统的探究分析

左佳杰1,2

(1.太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024;2.神华神东煤炭集团公司榆家梁煤矿陕西神木719316)

摘要：在进行煤矿开采的过程中，井下低压供电系统发挥着非常重要的作用，因为在进行井下开采的过程中，既需要使用到一系列的大型电气设备，同时还需要一些辅助设备，所以离不开低压供电机械设备的应用。而煤矿井下低压供电机械设备不仅需要能够确保井下电网的安全合理，同时还要使得煤矿井下电网的布置更加经济，来确保煤矿井下开采工作的正常运行。与此同时，在供电系统的使用过程中，还需要做好漏电保护系统的方案设计，避免漏电现象，造成安全事故的发生。

关键词：低压电网；漏电保护功能；保护措施

1前言

在进行煤矿开采的过程中，离不开电能的使用，只有确保煤矿井下供电的安全可靠，才能够使得煤矿开采工作得以顺利进行。而在煤矿生产的过程中，井下低压供电机械设备应用非常普遍，对低压供电机械设备进行合理地布置才能够满足煤矿开采的各方面需求。由于矿井中的环境较为特殊，所以对于井下低压供电系统也提出了更高要求，在对供电机械设备进行布置的过程中，必须要考虑多方面因素的影响，同时还必须要采取必要的保护措施，防止井下低压供电机械设备遭到破坏，因此对于煤矿井下低压供电系统及其保护措施进行研究有着非常重要的意义。

2煤矿井下低压供电系统的特征

低压供电系统是由移变、馈电等组成，低压配电线路的主要作用就在于向低压机械设备进行电能的输送以及分配，因而对于低压供电系统而言，机械设备往往具有接头多、规格型号多、敷设方式多以及线路较长的特征，而且各个分配电箱内的控制开关的操作次数也非常的多。同时在矿井下，机械设备也具有多样性，比如说照明设备、输送设备以及打钻设备等，这些机械设备的用电特性往往也是不一样的，因而就使得煤矿井下低压供电系统容易受到多方面因素的影响，而且其系统结构往往也较为复杂。

3煤矿井下三大保护系统

3.1过电流保护

过电流保护是电气系统中的电缆或电气设备的电流超过额定的电流值，导致电气系统过电流的原因主要是短路、过载、断相等故障。井下常用的过电流保护装置是熔断器、过流继电器、热继电器、电子保护器等，过电流保护装置对保护装置要求很高，要求过流保护装置动作灵敏，可以在电气设备发生故障时第一时间将事故控制，同时要求过电流保护装置可以迅速断开故障区域，保护其他区域的正常运行。

短路是指电流不流经负载，而是两根或三根导线直接短接形成回路，此时产生的电流可达额定电流的几倍、几十倍，甚至更大，会在极短时间内直接导致设备迅速烧毁，引起瓦斯爆炸、火灾等事故，短路电流还会产生很大的电动力，引起电网电压急剧下降，影响电网中其他电气设备的正常运行，为避免此类事故的发生，需要对安装的短路保护设备定期进行检查和维护。

过载是指流过电气设备和电缆的实际电流超过其额定电流和允许过负荷时间。其危害是电气设备和电缆出现过负荷后，温度将超过所有绝缘材料的最高允许温度，损坏绝缘，如不及时切断电源，将会发展成漏电和短路事故。

熔断器和热继电器是目前井下使用最为广泛的过电流保护装置。熔断器串接在被保护的电气设备的主电路中，当电气设备发生短路时，流过溶体的大电流使溶体温度急剧升高并将它熔断，从而将故障线路与电源分开。热继电器是以双金属片为主体构成，一方面，因为双金属片有热惯性，从设备开始出现过载到双金属片因受热而产生显著变形，以致断开触电起保护作用，需要经过一段时间，另一方面，过载程度越大，双金属片的温度升高的越快，动作延时越短；反之，则动作延时越长。

3.2漏电保护

（1）发生漏电的原因。煤矿井下发生漏电的原因有很多，其中主要原因分为以下三种：首先煤矿井下受地理环境和自然环境的影响形成复杂的工作环境，导致设备或电缆线路受潮，开采过程中的供电线路发生老化容易造成供电系统的漏电，设备长期处于过热或膨胀状态，稍不注意就容易发生漏电事故；其次复杂的工作环境下，操作人员在井下采光不良且潮湿的环境中，作业人员操作方式不当也是引发漏电的原因之一，因此完善的工程管理可以避免漏电事故的发生，在供电系统投入使用前对供电系统进行严格的审查，减少井下复杂作业环境对线路的侵蚀；最后大部分煤矿企业的电网发生火花故障时容易遇到易燃气体，漏电电流的数值较大就会产生较大的电位差，容易引发爆炸事故，因此当发生漏电事故时要及时停电，降低直接经济损失。

（2）预防漏电的主要措施。煤矿井下发生漏电现象时，低压检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置可以自动切断电源，及时保护井下作业安全，井下安装的设备漏电保护装置需要有合格的监测能力，当发生漏电时可以及时切断电源，在第一时间缩小漏电范围和缩短漏电时间，保障其它区域的正常运行。对已经发生漏电事故的系统要及时进行检查，查找漏电原因并制定对策，井下作业人员要保证对机电设备进行定期维修和保养，避免设备或线路因受潮而发生的漏电，及时处理松动的接头，保障线路处于良好绝缘的状态。

3.3接地保护

接地保护是三大保护中的重要组成部分，它的侧重点在于限制裸露漏电电流和人身触电电流的大小，最大限度地降低严重程度。井下电气设备接地的电阻和人体构成并联电路，接地保护则可以将漏电电流分流到地下，大大减小人身触电时通过人体的电流从而达到保护人身安全的目的，通过设置接地保护装置，形成接地网，当电气外壳、电缆等漏电事故发生时可以降低漏电电流的电压值，减少因漏电引发的瓦斯、煤尘爆炸等事故，保护接地系统可以将井下的电气设备所有正常不带电金属外壳、构架和埋在地下的接地极连接在一起，形成接地整体，避免人身的触电危害，保障井下作业人员的人身安全。

接地保护设备是将设备中绝缘的部分与金属外壳相连，达到有效控制漏电故障的范围，可井下电气设备比较分散，而且供电距离又较远，很难用一个集中的接地装置来满足保护接地的需要。因此，除井下中央变电所设置主接地极外，沿着供电线路还需要埋设许多局部接地极。利用铠装电缆的铅皮、钢带、电缆的接地芯线，把分布在运输大巷、采区变电所以及工作面配电点的金属外壳在电气上连接起来，这样就使各处埋设的接地极也并联起来，形成一个井下保护接地系统。

4煤矿井下低压漏电保护技术

漏电保护，其工作原理就是切断电源，防止漏电电流引起瓦斯爆炸，从而减少煤矿井下工作人员的伤亡，其侧重点是故障发生后的跳闸时间，一旦发生漏电或人身触电，应尽快切断电源，将故障存在的时间减少到最短。

4.1附加直流电源漏电保护原理

在附加直流电源的作用下，整个电路在进行工作时，随着电路中相应电阻阻值不断变小，通过继电器的电流就会越来越大，当电阻阻值小到一定程度，流经继电器的电流就会达到临界值，通过电磁原理使继电器开始工作，相关工作电路中的脱扣线圈分离，开关就会跳闸，从而完成整个漏电保护动作。如果绝缘值高于整定值，直流监测电流小于继电器的动作电流，馈电不会跳闸，正常供电。其优势在于动作保护范围全面，但是也存在动作时间较长的缺陷。

图4-1附加直流电源原理图

4.2选择性漏电保护

选择性漏电保护有零序电流方向和零序功率方向两种，大多利用零序电流方向保持原理，要完成漏电保护动作，就要通过打破电网三相电压之中三项负载的对称性，以使电流在零序中不再为零，才能达到漏电保护的目的。相比于附加直流电源漏电保护技术来说，零序电流漏电保护的横向选择性更强，但是在实际应用中，如果漏电事故发生在电网之中，零序电流漏电保护就会导致整个电网停电，因此会影响正常生产，加之矿井中地形复杂，突然断电还有可能引发其他的事故。

图4-2零序电流保护装置原理

零序功率方向保持原理的应用。现在矿井大多采用的智能型馈电，当它作为总开关时采用附加直流方式监测电网三相对地绝缘电阻完全可以实现漏电保护动作，但作为分开关使用时存在越级跳电现象，会导致大面积停电，不仅影响生产而且对于故障查找也存在一点的难题。原因是它的上一级移变也采用附加直流电源的保护装置，这样，在同一低压供电系统，同时附件了两个直流电源，移变和馈电漏电保护冲突，当馈电开关漏电保护投入时，由于移变动作更为灵敏，所以移变漏电保护动作。因此在实际的矿井中，馈电开关作为分开关时，大多采用基于零序电压和零序电流的保护方式，也就是所谓的零序功率方向保护，利用非故障线路与故障线路的零序电流相差180°来实现有选择性的保护。当电网发生漏电故障时，互感器上会产生零序电流，零序电流经接线端子输入给保护器，与此同时，零序变压器二次侧会产生零序电压，并经其接线端子输入给保护器。保护器将采集到的零序电流值和零序电压值与保护器设定值比较，并判断零序电压和零序电流之间的相位角。当零序电流值和零序电压值大于设定值，同时零序电流相位角滞后零序电压53°—218°时（保护器程序已设好此参数），保护器做出漏电故障判断并断电。

图4-3馈电漏电保护原理图

结束语：

由于煤矿井下低压供电系统长时间都处在一个较为复杂的环境之中，所以在对其进行建设的过程中，就必须要依据矿井下的实际情况来对相应的设备进行选择，选择最为合适的设备以确保供电系统能够正常运行，同时采取必要的漏电保护系统措施有效地对系统进行保护，避免低压供电系统受到外界因素的影响而出现故障，使得煤矿开采工作受到影响。

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