淺析煤礦井下雜散電流的危害及防治方法

王占奎

（山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

1 雜散電流的概念和產生條件

1.1 雜散電流的概念

不在既定的電路中流動的電流稱為雜散電流。當電流流經電路時，有少量電流從電路中逸散出來，流到了電路之外的其他設備或者流到了與電路接觸的土壤之中最后回到交變所，這部分電流就稱為雜散電流。

1.2 雜散電流的產生條件

電路中會產生雜散電流，尤其是煤礦井下的直流驅動電機車電路，由于鐵軌與土壤接觸，不可避免地會產生雜散電流。

根據物理電學，要產生電流，就必須有電位梯度，存在電場，使得電子或離子開始運動。當鐵軌與土壤之間存在電位梯度時，部分電流就會從鐵軌流入到與之接觸的土壤，再流回變電所的負極。由此，雜散電流形成的兩個原因是電位梯度和電流泄漏。如果電路范圍內存在電位梯度，導致電場不是均勻地分布于電路，不均勻電場驅動自由電子移動，產生雜散電流。有的埋地管道絕緣線做的不夠好，或者時間長了發生腐蝕，導致絕緣性能下降，這時，一部分電流從導線中流到埋地管道，形成雜散電流。

2 雜散電流的危害機理探究

雜散電流是正常電路中逸散的多余的電流，這部分電流通常會對正常生產造成不可控的負面影響。最直接的危害是對電纜的腐蝕，另外由于雜散電流可能產生電火花，對于瓦斯礦井來說，這是非常危險的。雜散電流的危害多種多樣，且一旦產生危害，便會產生經濟損失甚至發生事故伴隨人員傷亡。雜散電流的危害有如下幾點：

2.1 雜散電流的腐蝕性

（1）雜散電流會腐蝕走行軌。由于走行軌不可能完全絕緣，必然會有部分電流流到土壤中形成雜散電流，這部分電流會對軌道產生腐蝕，這種腐蝕在隧道或者岔道等地點最顯著。

（2）雜散電流會腐蝕煤礦井下的電纜。電纜容易產生雜散電流，易被腐蝕。

（3）雜散電流會破壞鋼筋混凝土結構，究其原理，也是由于雜散電流對金屬的腐蝕作用造成的。鋼筋混凝土中電流流入端的鋼筋可看作陰極，流出端看作陽極，陰極會發生析氫反應，陽極會發生腐蝕生銹。由于陰極的析氫反應產生氫氣聚集在鋼筋周圍無法排出，產生一定的氣壓，使得鋼筋脫離混凝土；陽極的銹蝕會使得鋼筋體積增大，撐裂鋼筋混凝土，陰陽兩極的鋼筋就以這種方式被雜散電流腐蝕，進而造成混凝土結構的破壞。

2.2 造成電雷管早爆現象

一般電雷管的引爆電壓是1～1.5V，而煤礦井下的雜散電流很容易達到300mA，這會使得軌道與大地或者電纜與大地之間的電壓達到1.5V甚至更高，若此時電雷管正好安裝在附近，且其放炮導線與電纜或者軌道接觸了，另一根接地，就很容易引起電雷管的爆炸，從而導致井下爆炸事故，嚴重危害到礦工生命安全。

2.3 引起礦井瓦斯或煤塵爆炸

雜散電流通過的路徑多樣化，有的在導軌與鋼絲之間流過，此時由于尖端放電效應，容易產生電火花，可點燃瓦斯或者煤塵，從而引發爆炸，造成礦井設施毀壞或人員傷亡。

2.4 干擾通信設備和電氣設備的正常工作

雜散電流產生的電磁場會形成雜波，干擾周圍的通信設備，使其不能正常接收信號，比如造成陰極保護電位儀報警，產生誤動作。

雜散電流經過繼電器時，與原來的電流合并，使得電流比理論上的更大，導致漏電保護裝置判斷失誤，自動斷電，這就是誤動作的形成機理。

3 雜散電流的防治方法探究

雜散電流在生產中不可完全杜絕，但是可以通過各種方式進行削弱或者預防，減輕雜散電流造成的危害。因此對雜散電流的防治工作要從“削弱”和“預防”兩方面著手。

3.1 削弱雜散電流

在煤礦井下的雜散電流應該保持在一定的電流閾值之內，保證生產的安全，具體根據《煤礦井下牽引網絡雜散電流防治技術規范》規定地點的雜散電流值應不大于60mA。

研究發現，要削弱雜散電流，可以通過以下幾種方法：

（1）在煤礦井下架設電線時，每隔500m就設置絕緣開關。對于雙弓電機車，架線要設置兩個絕緣處，間距大于電車雙弓之間的間距。

（2）嚴格按照規范架設電線，每個礦井都要設置單獨的直流供電系統，不可一對多的供電；牽引變流所的正極饋電線接架線，負極經回電線接軌道，當有多個牽引變流所同時供電時，要用同極相連的方式連接。

（3）電機車運行時牽引網絡的電壓降不得超過電機車額定電壓20%。

（4）減小供電半徑，一般牽引變流所的供電半徑不宜超過1.5km。隨著供電半徑的增加，雜散電流也隨著增大，因此減小供電半徑能有效降低雜散電流。

（5）在架設軌道時，在兩根軌道的連接處是電阻最大的地方，也是最易產生雜散電流的地方，使用扁鋼焊接，能減少軌道電阻，從而削弱雜散電流。

3.2 預防雜散電流

圖1 雜散電流測量儀的連接方法

預防也是治理的一種有效方式，也能在一定程度上降低雜散電流造成的安全事故。在煤礦井下作業中，安裝雜散電流測定儀與礦井環境監測系統，通過監測結果來判斷雜散電流是否超標，一旦發現雜散電流超標，應立即采取應急措施。

圖1為牽引電網的雜散電流儀的連接方法，這樣連接能有效減少誤差。

4 結語

雜散電流是煤礦井下作業電路中常見的安全隱患，在驅動電機車的架線電路的直流電路以及其他設備的交流電路中都會產生雜散電流。雜散電流會造成金屬腐蝕，引爆電雷管以及產生電火花引燃瓦斯產生爆炸等危害。防治雜散電流要 “削弱”和“預防”結合，可以通過科學的布線方式和減小線路中的電阻來削弱雜散電流，通過安裝雜散電流測定儀來實時監控雜散電流的大小，防患于未然。