礦井低壓供電系統漏電保護技術的應用探究

摘要：由于煤礦井下環境十分惡劣，含有一氧化碳、甲烷等易燃氣體，如果發生礦井低壓設備或電線漏電故障極易引發礦井火災或氣體爆炸事故，進而威脅礦工的生命安全。基于此，分析了礦井低壓供電系統漏電的重要性，針對礦井低壓供電系統漏電原因與危害，提出了相應的漏電保護措施，旨在降低礦井低壓系統漏電故障率，確保礦井的安全生產。

關鍵詞：煤礦"低壓供電系統"故障分析"漏電保護

Exploration"on"Application"of"Leakage"Protection"Technology"in"Low"Voltage"Power"Supply"System"of"Mines

XU"Longhao"1"WANG"Yan2

1.Power"Supply"Engineering"Department"of"Zaozhuang"Mining"（Group）"Co.，"Ltd.，"Zaozhuang，"Shandong"Province，""277800"nbsp;China;2.Zaozhuang"Mining"Group"Xincheng"Design"and"Research"Co.，"Ltd.，"Zaozhuang，"Shandong"Province，""277800""China

Abstract："Due"to"the"extremely"harsh"underground"environment"of"coal"mines，"which"contains"flammable"gases"such"as"carbon"monoxide"and"methane，"if"there"is"a"leakage"fault"in"low-voltage"equipment"or"wires"in"the"mine，"it"is"highly"likely"to"cause"mine"fires"or"gas"explosions，"thereby"threatening"the"safety"of"miners’"lives."Based"on"this，"the"importance"of"leakage"in"the"low-voltage"power"supply"system"of"mines"was"analyzed."Corresponding"leakagenbsp;protection"measures"were"proposed"to"reduce"the"leakage"failure"rate"of"the"low-voltage"power"supply"system"in"mines"and"ensure"safe"production.

Key"Words："Coal"mine;"Low"voltage"power"supply"system;"Fault"analysis;"Leakage"protection

眾所周知，煤礦井工開采環境十分惡劣，對采煤安全性要求較高。由于井下作業空間狹窄，環境復雜，并且陰暗潮濕，井下的供電線纜容易受到潮濕、機械損傷等因素的影響而引發低壓漏電故障，極易誘發短路或漏電事故，影響煤礦的正常生產。其中，礦井低壓漏電故障發生率較高，相關部門需要高度重視，必須針對礦井低壓漏電故障進行相關原因分析，并制定科學、詳細的預防策略，以減少或杜絕礦井低壓漏電故障的發生，確保采煤工作的順利開展。

1煤礦低壓供電系統漏電保護的重要性分析

受礦井惡劣環境和潮濕條件的影響，礦井電纜容易發生單相漏電故障進而引發過電壓，再加上礦井電纜受外力的擠壓碰撞作用，對電纜的絕緣性也產生一定影響，導致電纜的過電壓耐力變差，當礦井電網發生單相漏電接地時就會產生近地點電弧過電壓現象，極易擊穿電纜的絕緣薄弱位置，這樣就會發生兩相接地電路短路現象，嚴重的還有可能引發礦井瓦斯、煤塵自燃起火，甚至發生爆炸事故。因此，加裝礦井漏電保護裝置對礦井的安全生產具有重要意義，其主要表現在以下方面[1]。

第一，能夠預防礦井煤塵與瓦斯的自燃和爆炸事故。由于礦井地質環境惡劣，開采中會有煤塵與瓦斯氣體產生，如果瓦斯達到一定濃度后，遇到礦井電纜漏電，會引發礦井起火甚至爆炸，對礦井的電氣設備及工作人員造成一定危害。第二，加裝漏電保護裝置能夠預防漏電流引發的電氣雷管爆炸事故。通常漏電電流大于人身的安全電流才會引爆電氣雷管，因此，為防止電氣雷管爆炸事故，所設定的漏電保護電流必須低壓人身安全電流。第三，能夠預防礦井低壓電氣設備被燒壞。隨著時間的推移，低壓供電系統會由單相漏電故障發展為兩相短路故障，一些低壓電器設備在長期漏電故障的情況下，局部絕緣性差的部位會產生發熱，甚至燒壞礦井電氣設備。因此，加強漏電保護措施可以有效防止礦井電氣設備被燒壞的風險。

2礦井低壓供電系統漏電原因與危害

2.1漏電原因分析

2.1.1礦井供電系統安裝問題

礦井低壓供電系統的安裝作業十分重要，它是確保礦井低壓設備正常運轉的重要環節，必須確保整個安裝作業的規范性和完整性。第一，如果井下電纜的安裝線路有誤，則相線與地線的接線線路出現問題，電力供應不足會引發大面積的漏電故障。第二，礦井電路開關與低壓電氣設備的電線結構處理不當，會導致線路的連接松動發生斷路漏電故障。第三，礦井電纜結構與設備間的連接不當，電纜線芯結合度不強，封口處理不好或壓板結構的緊密性不好，也會發生接頭斷開問題，當相線與設備金屬外殼接觸也會發生漏電故障[2]。

2.1.2礦井管理維護工作不當

礦井低壓供電系統發生漏電故障的致因除技術層面以外，日常運行中的維護與保養工作也要加強。由于日常管理維護工作的疏忽，一些礦井電纜絕緣層破壞、低壓設備散熱不好、電器部件被水浸泡沒有及時烘干等情況，導致接地電阻發生變化，一些金屬部件被腐蝕，都增加了漏電故障的發生率，制約了礦井的安全生產。

2.2礦井供電系統漏電的危害

如果礦井供電系統漏電現象沒有及時地解決與處理，久而久之漏電故障可能會發展成相間短路問題，極易引發安全事故。例如：當漏電電流大于50nbsp;mA的話，可能會引爆電氣雷管引發爆炸造成人員傷亡事故；如果漏電電流發生電火花后，遇到井下煤塵、高瓦斯、其他可燃氣體，容易發生爆炸現象；在工業生產中一般規定的極限安全電流為30"mA，當漏電電流高于安全限值，工人接觸就會發生觸電傷亡的危害。

3礦井低壓供電系統漏電保護措施

礦井供電系統發生漏電故障，不僅影響煤礦的生產效率，而且直接威脅礦工的生命安全。經上文對礦井供電系統發生漏電故障原因分析可知，當礦井電線絕緣電阻較低時，電力系統極易發生漏電現象。近年來，國內很多煤礦企業在安裝供電系統前都會加裝漏電保護裝置和自動復電設備等保護措施，以確保供電系統的安全性，各類漏電保護措施如下[3]。

3.1加裝漏電保護裝置

當礦井發生漏電時，如果處理不及時，則極易發生嚴重的安全事故，因此，在礦井低壓供電系統安裝之前，應結合礦井實際情況科學選用合適的漏電保護設備，以確保設備的安全、穩定運轉。目前，礦井漏電保護設備主要有選擇性漏電保護與非選擇性漏電保護，加裝漏電保護后，當發生漏電故障時，可以快速斷開故障線路，同時確保其他線路的正常供電，對供電系統具有較好的防護作用。

3.1.1利用附加直流電源檢測進行漏電保護

在電網工作電壓穩定運行中，如有電流通過電網對地絕緣電阻及分布電容流入大地，則此部分電流為漏電電流，即漏電。根據煤礦安全生產相關規定，在礦井供電系統中必須滿足過流保護、接地保護、漏電保護等三大保護，其中漏電保護是最為重要的一項。利用附加直流電源檢測法，不僅能夠對相路漏電、人身觸電等情況做出迅速反饋，還可以快速反饋三相絕緣電阻的變化情況，附加直流電源的保護原理如圖1所示。

主要通過在三相電網與大地間加裝一個電源信號，來檢測電網中三相對地電流數值的波動，并依據電流數值的變化來反饋對地絕緣阻值的變化情況。在圖1中通過在三相電網接入三相電抗器SK和直流電源后，電網內的所有電容C0、CA、CB、CC等則具備通交流隔直流的功能，此時電流I的流向為：從電源正極流出到電網對地三相絕緣電阻（rA"、rB"、rC）再流入三相電網，到三相電抗器SK，再到零序電抗器LK，最后經歐姆表到電源的負極。電流計算公式為

" " " "

式（1）中：為附加直流的電源電壓，單位為V；r為rA"、rB"、rC的并聯電阻值，單位為Ω；為直流電源的電位阻值，單位為Ω。

式（1）中，直流電源，的電壓穩定不變，當三相電網的對地絕緣電阻r降低發生漏電后回路電流值增大；當電流達到設定保護電流值大于人身安全電流30"mA時，保護裝置會主動切斷主回路的電源進而達到漏電保護的目的。一般漏電保護裝置的種類很多，其基本機構和工作原理也大致相同，其結構主要由檢測系統、中間環節和執行機構組成（如圖2所示）。當檢測到的回路電流經互感器后產生感應電流，然后經過中間環節的信號放大比較后，對電流值進行分析，根據設定電流值規定要求再利用繼電器推動斷路器的脫扣機構實現斷路目的，以保護電氣設備[4]。3.1.2零序電流選擇性漏電保護

目前，大部分礦井同一個盤區會有多個工作面，當多個工作面同時開采時會有多個電流回路，由于工作面路線較長，設備較多，很多設備都是共用一個電源，如果某個電氣設備出現漏電故障的話，就會導致一整路的電氣設備停機，影響煤礦正常生產。因此，采取選擇性漏電保護十分重要。目前選擇性漏電保護裝備多采用零序電流檢測保護系統，其保護原理如圖3所示，主要利用零序電流互感器作為系統的取樣元件，當供電線路和設備正常工作時，各項電流的矢量和為零，此時零序互感器二次側無電流信號輸出，執行機構無動作。反之，當線路發生漏電時，各相電流的矢量和不為0，則漏電電流會對零序電流互感器的環形鐵芯產生磁通從而產生二次感應電壓，進而推動執行元件帶動脫扣裝置切斷電路，進而實現漏電保護功能。

3.2加裝自動復電漏電保護設備

自動復電漏電保護裝置具有良好的穩定可靠性、動作快速等優點，相較于自動切斷器，其通過在礦井安裝合適的自動復電漏電裝置能夠做到及時恢復供電，極大地節省了停電產生的經濟損失。此外，還要定期檢修或更換絕緣老化或漏電線路的電線，同時加強漏電保護工作，嚴格落實低壓電纜布置規范要求，提升漏電保護作業水平[5]。

4結語

綜上所述，隨著煤礦開采逐漸走向深井開采階段，礦井空氣十分潮濕，井下電纜與電氣設備絕緣性容易被破壞，再加上井下空間狹窄電纜和電氣設備容易遭到機械損壞，不僅制約了煤礦的正常生產，而且還嚴重威脅著礦工的生命安全。因此，煤礦管理人員應加強對低壓供電系統的管理工作，結合礦井實際情況安裝合適的漏電保護裝置、自動復電保護裝置等，以確保低壓供電系統的安全穩定運轉，為礦工提供安全的工作環境。

參考文獻

[1]于瑞業.漏電斷路保護裝置在煤礦地面供電系統中的應用[J].能源與節能，2023（8）：180-182.

[2]陳仲波.煤礦機電設備與供電系統的保護方法探討[J].內蒙古煤炭經濟，2024（10）：45-47.

[3]孔維相.面向建筑配電系統的漏電斷路器壽命試驗及預測方法研究[D].蘇州：蘇州科技大學，2022.

[4]盧國華.煤礦供電系統防越級跳閘保護裝置設計探討[J].內蒙古煤炭經濟，2023（9）：33-35.

[5]霍偉功.煤礦井下帶有保護功能的防觸電高壓開關的分析與應用[J].機械管理開發，2021，36（11）：61-62，119.