煤矿井下的漏电保护与分析改进

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引言：

我国的煤炭资源非常丰富，矿井低压用电设备运行是否正常将直接影响采矿企业的产量与经济效益。怎样保证井下供电系统用电设备安全、可靠、连续的运行，是一个值得研究和探讨的问题。

1煤矿井下漏电保护的意义

1.1煤矿井下漏电产生的原因

现今我国大多数煤矿企业采用的是地下采煤的作业方式。在井下作业面空间相对狭小、潮湿，整体环境相对比较恶劣。在这种工作环境下，供电线路与电气设备容易受潮，降低了绝缘性能造成漏电。电气设备长期超负荷运行，设备与线路过热引发绝缘性能下降造成漏电。在防爆开关内连接头过多，连接头绝缘松散，使得线头与设备外壳接触引发漏电。井下矿石跌落损伤供电线路外表造成绝缘降低引发漏电。移动设备时过度弯曲电力电缆线路，造成电缆外部裂口破损引发漏电。在阴暗潮湿的环境下，电工操作失误造成供电线路外表破损引发漏电。管理不到位，供电电缆未按规定挂设，供电电缆浸泡在水中或是埋在煤堆里造成漏电。设备过多，线路太长引发的整体绝缘下降造成的漏电。

1.2煤矿井下漏电造成的危害

井下工作环境阴暗潮湿，空间小，使得井下工作人员的自身阻值下降。不小心接触到漏电点时流过人体的电流放大，加大了触电的伤害，甚至会造成触电人员死亡。井下瓦斯多、煤尘多，当发生漏电故障时有可能发生相间短路引起火花，造成爆炸事故。漏电可能造成单相接地，电网上会产生过电压，对电动机等电气设备造成绝缘伤害，从而引起电气设备的烧毁。漏电也有可能造成相间短路，直接烧毁线路与设备，引发井下断电，工作设备停止运转，对企业造成较大的损失。综上所述，为了保障工作人员的安全、供电线路与电气设备的安全、企业的正常运行，在煤矿井下进行漏电保护具有十分重要的意义。

2漏电保护的原则

1）全面性。煤矿企业井下供电线路长，电气设备多，无论在哪个地方发生漏电故障，都能进行漏电保护。对整个供电体系进行全面的漏电保护。2）安全性。这是一条重要的原则。当发生漏电故障时，漏电保护应能保障供电系统安全、电气设备安全、井下工作人员安全。例如：工作人员接触漏电设备，导致有漏电电流流过人体乘以从接触到脱离电源的时间应小于30mAS。3）可靠性。井下发生漏电故障，漏电保护应能及时可靠的动作，减低因漏电而造成的损失。4）选择性。应有选择性的切断发生漏电故障的支路，不能随意扩大故障范围，给企业带来更大的经济损失。

3漏电保护的现状分析

我国井下常用漏电保护、保护接地和过电流保护三大保护法来保障供电体系、电气设备和工作人员的安全。保护接地能在发生漏电时减少流过人体的电流，降低人体发生触电时产生的危害，但不能解除漏电故障，必需与其它漏电保护装置一起配合使用。漏电保护装置保护成功率较高，成本相对较低，在我国井下大多采用这一种装置进行漏电保护。常见的漏电保护装置有：

3.1单相漏电保护装置单相漏电保护原理

如图1所示。后级负载在没有发生漏电情况时，流入初级线圈的电流I0与流出初级线圈的电流I1大小相等方向相反，在零序电流互感器的铁芯上没有磁场产生，因而在次级线圈上没有感应电流产生。当发生漏电时，初级线圈上的电流I0与I1不相等，在次级线圈中产生感应电流，这个电流比较小，需要通过电流放大器放大后推动保护装置动作断开电源。其特点是在发生单相漏电时，能迅速动作，反应灵敏，结构简单，但容易受到外界的干扰，动作电阻值不稳定。

3.2检测附加直流源的漏电保护装置

图2中C1、C2、C3是每相对地电容，R1、R2、R3是每相对地绝缘电阻，SK与LK分别是三相电抗器与单相电抗器，K是直流继电器。检测附加直流源的漏电保护原理如图2所示。附加直流回路是：直流电流由正极流出经过可调电阻W1，C4对于直流相当于开路电流不能通过，电流流入大地，经过R1-R3绝缘电阻、SK三相电抗器、LK单相电抗器、千欧表、直流继电器后到电源负极形成整个回路。井下电网正常运行时每相对地绝缘电阻值很高，在整个直流回路中电流较小，直流继电器不动作。当发生漏电故障或绝缘水平下降时，R1-R3绝缘电阻值变小，直流回路中电流变大，直流继电器动作，馈电开关动作切断电路。其特点是：保护全面无死区，不受电网状态与故障地点的影响，对供电单元具有电容、电流补偿效果，但动作无选择性，寻找故障点困难，保护装置动作时间长，安全性低。

3.3检测零序功率方向的漏电保护装置

我国煤矿井下供电系统采用的是中性点不接地系统如图3所示。在正常情况下，各相对地电压相同，零序电压U0等于零，各相上电流相同，零序电流等于零。当A相发生因漏电而造成的触电事故时，A相的对地绝缘电阻值与人体电阻并联，阻值发生改变与B、C相绝缘阻值不相等。各相对地电压不对称产生零序电压、零序电流，零序电压与零序电流具有一定的相位差。利用零序电压、零序电流的大小和零序电压与零序电流的相位关系来判断哪一条支路发生了漏电故障。其特点是：漏电保护选择性强，利用三种方式判断故障支路误动作少，但动作电阻值不固定，对称性漏电不动作，没有电容、电流补偿效果。除了上述三种保护装置以外，还有检测零序电压大小的漏电保护装置、检测零序电流大小的漏电保护装置、检测零序电流方向的漏电保护装置等，它们都有共同的缺点：动作电阻值不稳定，功能单一。

4主要的改进措施

1）将附加直流源法和零序功率方向法结合起来，互补两种方法的缺点。这种保护装置可对整个电网进行全面保护，对电网不同状态也可以保护，还可以利用零序电压、零序电流的大小和零序电压与零序电流的相位关系选择性的切断故障支路。2）采用单片机为控制核心。在保护装置中单片机只须进行直流采样和脉宽测量。将检测参数显示在液晶屏上。3）动作电阻值进行现场标定。这样既可以判断对称性漏电，又可以判断非对称性漏电，同时解决了由于现场情况不同而导致漏电保护装置无法动作的问题。4）从硬件和软件两方面提高漏电保护装置的抗干扰性能。

5结语

可靠性高反应快的智能选择型漏电保护装置对井下电气设备和生产具有较高的应用价值，其能选择性切断故障电源缩小停电范围、缩短漏电造成的停电时间，提高了井下电气设备与供电系统的安全性和可靠性。

作者：谢平 单位：娄底职业技术学院