关于矿井低压供电的漏电保护方案概述
关于矿井低压供电的漏电保护方案概述
(浙江巨磁智能技术有限公司 Magtron Lennon)
1、井下供电网络：
井下供电系统由地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、防爆移动变电所、采用变电点以及彼此间的电缆线组成。
其中，地面变电所(6KV/10KV)是全矿供电的总枢纽，担负受电、变电、配电任务。井下泵房中央变电所是井下的中心，其任务是向采区变电所、整流变电所、主排水泵及井底车场附近负荷供电。采区变电所是采区变、配电中心，任务是采区负荷及巷道掘进负荷供电。工业面配电点是采掘工作面及其附近巷道的配电中心，向工作面及附近负荷供电。
图 1 矿井供电流程
2、井下供电系统分类
1、中性点直接接地系统
此系统也被称为大接地电流系统。这种系统中一相接地时，出现除中性点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。但这种系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的钳位作用，使非故障相的对地电压不会有明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。
图 2 中性点直接接地系统
2、中性点不直接接地系统
这是我国特有电力系统，方式主要有三种：即不接地、经消弧线圈接地和直接接地。电力系统中性点运行方式有不接地、经电阻接地、经消弧线圈接地或直接接地等多种。在中性点不接地的三相系统中，当一相发生接地时：一是未接地两相的对地电压升高到√3倍，即等于线电压，所以，这种系统中，相对地的绝缘水平应根据线电压来设计。
这主要是因为这样做具有下述优越性：一是正常供电情况下能维持相线的对地电压不变，从而可向外(对负载)提供220/380V这两种不同的电压，以满足单相220V(如电灯、电热)及三相380V(如电动机)不同的用电需要。
图 3 中性点不直接接地
在矿井作业系统中，我国主要采用中性点不直接接地系统，该系统具有较大的零序阻抗值，普遍比其它阻抗值高，所以当井下发生漏电或电路短路故障时，产生的电流较小，不易造成较大危害。
3、井下漏电的危害
瓦斯爆炸
瓦斯是一种易燃气体。其爆炸有一定的浓度范围，大约界限为5%～16%。
当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大；瓦斯浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。
不过其爆炸界限并不是恒定的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。
当矿井电缆绝缘层被破坏，会产生漏电流。由于瓦斯被点燃所需要的能量很低，如果漏电产生的电弧击穿空气，就会将其引燃。
图 4 瓦斯爆照事故
雷管引爆
雷管是一种爆破工程的主要起爆材料，它的作用是产生起爆能来引爆各种炸药及导爆索、传爆管。其分为火雷管和电雷管两种。煤矿井下均采用电雷管。电雷管分为瞬发电雷管和延期电雷管。延期电雷管又分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。
电气雷管在煤矿开采中有广泛应用，漏电可能会引爆电气雷管，导致安全事故的发生。如果电气雷管被引爆，就意味着有极高的电流，高于人体安全电流，如果流经人体，对生命安全也有极大影响。
图 5 电气雷管控制箱
四、漏电保护的选择性
当发生漏电故障时，漏电保护器的选择性保护主要体现在两个方面：
纵向选择性
指井下发生漏电故障的问题线路被漏电保护系统发现并被切断，同时使正常线路正常运行。其工作原理见图2，A、B1、B2、C1、C2、C3、C4中均装有漏电保护装置。A、B1、B2是馈电开关，C1、C2、C3、C4是磁力启动器，K1、K2是漏电故障点。假如漏电故障在点K1发生，这时，C4元件中的选择性漏电保护器将会做出反应，使漏电点从整体电路上切除。而馈电开关B2中的选择性漏电保护器不产生作用，整体上可以使故障部分被切除，但是正常部分仍然保持正常运行。
图 6 选择保护性原理
横向选择
指的是漏电故障所处支路仅被漏电保护系统切断，同时使其它正常的支路正常运行，如图2，漏电保护装置位于A、B、C点上。当某点如K1存在漏电故障时，该漏电保护系统的磁力启动器C4或分支馈电开关B2中的选择型漏电保护器对漏电故障做出反应，切断发生漏电故障点K1的支路，其余装置无反应。在当前技术下，上述的纵向选择性需要依靠延迟时间，也就是从负荷端到电源端方向上，逐级延时每个漏电保护装置。当其中一处发生故障时，附近的漏电保护装置能迅速反应，负荷端离漏电故障处较近时，因为离负荷端较近的漏电保护器及时反应并切除故障部分，由于该装置特有的延时性，当故障线路被切除后，它又回到初始位置，从而达到保护的目的。漏电故障可以运用选择性漏电保护理论来解决，这会大大提高井下生产效率。
五、漏电保护方案
漏电流保护器
GB3836-3增安型《爆照性气体环境用电气设备》中指出：在矿井下的TT或TN系统中，
建议采用额定漏电(剩余)动作电流不超过300 mA的漏电流保护器。建议优先选择额定漏电动作电流为30mA的保护器。该保护器在漏电动作电流时最大断开时间不超过5 s，并且在5倍额定漏电动作电流时不超过0.15 s。
附加直流电源保护系统
附加的直流电源Uz通过由三相电抗器SK流入三相电网，通过对地绝缘电阻，形成直流通路。三相电抗器通过星形连接，形成人为的中性点。直流电流Iz首先经过附加的直流电源正极流入大地，通过大地的绝缘电阻ra、rb、rc。进入到三相电网当中，在流经三相电抗器SK、零序电抗器LK、千欧表直流毫安表)，最后经过直流继电器返回附加电源的负极，形成一条通路。
图7附加直流电源法结构
智能漏电保护系统
选择性漏电保护系统，属于低压电网保护系统的一种。该系统吸取了其他漏电保护的优点，使旁路接地的安全性、在线监测绝缘电阻的特点、直流监测的全面性和以及零序电流方向的选择性等有机的结合起来，形成有效的漏电保护系统。该系统由带重合闸的馈电开关、磁力启动器与直流检测式漏电保护、闭锁、延时插件等组成，不论任何地方发生任何性质的漏电故障或人身触电事故，设在总开关处的直流检测式漏电保护使总开关断电，所有开关、磁力启动器均因失压断电，经过大约0.5s的延时，各处漏电闭锁启动，选择性的寻找漏电点，并将故障支路的开关或磁力启动器闭锁，之后总开关闭合并向为闭锁的电路供电。
图8系统结构图
六、结语
煤炭仍然作为最主要的能源，煤炭开采具有高危险性，因此选择正确的漏电保护装置是保证工作人员安全和生产正常进行的重要保障。随着煤矿开采的深度下延，对安全用电提出了更高的标准。 对于各种漏电原因要进行测试研究，同时结合供电系统的各项优化原理。 当前，解决矿井下漏电行为是迫在眉睫的任务。
