浅谈矿山供电安全隔离与消弧设计

供电安全就是在电能的分配、供应和使用过程中,不应发生人身触电事故和设备事故,也不致引起电火灾和爆炸事故。尤其是矿井井下,工作环境特殊,特别容易发生上述事故。因此,必须严格按照《煤矿安全规程》的有关规定执行,确保安全供电。煤矿安全供电的三大任务是防爆、防火、防触电。

1常见的矿山供电事故

1.1 触电引起的事故分析及预防

(1)触电的危害人碰到带电的导线。电流通过人体就称为触电,电流通过人体,会对于人的身体和内部组织造成不同程度的损伤,这种损伤分电击和电伤两种。电击是指电流通过人体时,使内部组织受到较为严重的损伤,电击伤会使人觉得全身发热、发麻。肌肉发生不由自主的抽搐,逐渐失去知觉,如果电流继续通过人体,将使触电者的心脏,呼吸机能和神经系统受伤。直到停止呼吸,心脏活动停顿导致死亡。电伤是指电流对人体外部造成的局部损伤,电伤从外观看一般有电弧烧伤,电的烙印和熔化的金属渗入皮肤(称皮肤金属化)等伤害。总之,当人触电后,由于电流通过人体和发生电弧,往往使人体烧伤,严重时造成死亡。

电弧的产生与消弧原理。

当开关在切断电路时,互相分离的触头间总是伴随着电弧的产生。开关的任务是迅速灭弧,切断电流,所以消弧能力的大小是开关性能好坏的主要标志。在电器的额定电压下,某种开关都有一定的最大断流能力,称为极限分断电流。若超过比值,电器本身可能发生严重的破坏,甚至使各相载流部分,导线和绝缘子之间发生电弧闪络以及发生接地故障。由于开关电器在消弧措施上不断革新,促使电器结构不断缩小体积、减轻重量。

1.2 电缆主要的故障

电缆短路故障。电缆放炮,即电缆相间短路,是煤矿井下电缆网络常见的故障之一。据统计,铠装电缆故障较多,橡套电缆故障较少。

2矿山供电电弧的发生

当开关触头分开时,在开关触头间便形成电场,由于分离瞬间,气隙极小,所以触头间的电场强度很大。触头间电压愈高,电场强度愈强。在电场力的作用下,电子便从触头表面拉出,这种作用称场致发射。这些电子在电场作用下,在两触头间作加速运动,其动能足够时,碰撞到中性分子(或原子)则能使其游离成正负离子,这个作用称碰撞游离。新生的自由电子,亦参加到碰撞游离的行列中,使间隙中导电性骤增,继续发展下去便形成弧光放电。电弧温度极高(弧柱表面3000℃,弧心达10000℃以上),并强烈发光。在高温中弧隙内的气体分子(或原子)动能增加,互相碰撞也能产生游离,称为热游离,这个作用帮助了电弧的发展。

3矿山供电安全隔离与消弧措施

3.1 防止人身触电的措施

(1)防止人身触及或接近带电导体。

①将电气设备的导体安装在一定高度。按《煤矿安全规程》规定,电机车架空线的悬挂高度,自轨面算起不得小于下列规定:在行人的巷道内、车场内及人行道与运输巷道交叉的地方不小于2m;在不行人的巷道内不小于1.9m;在井底车场内。从井底到乘车场不小于2．2m;在地面或工业广场内,不与其他道路交叉的地方。不小于2.2m。

②对导电部分的高压电气设备无法用外壳封闭的,必须围以遮栏,防止人员靠近。同时,在遮栏门上装设开门即停电的闭锁开关。确保工作人员开门进入高压电气室时。电气设备电源断开。

③井下电气设备的带电部件和电缆接头全部封闭在外壳内部,即制成封闭型,并在操作手柄与盖子之间设有机械闭锁装置,以保证不合上盖子便不能接通电源;合上电源后便不能打开盖子。

④各变(配)电所的人口处或门口,都要悬挂“非工作人员禁止入内”的牌子。无人值班的变(配)电所,必须关门加锁。井下硐室内有高压电气设备时,入口处和室内都应在明显地点加挂“高压危险”牌。

(2)对手持式或人员经常接触的电气设备采用降低的工作电压。照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压都不应超过127V,远距离控制的额定电压不应超过36V。

(3)采取技术措施,防止人员触电。严禁井下配电变压器中性点直接接地;在中性点不接地的高、低压系统中,设置漏电保护装置和保护接地装置。

(4)加强职工教育培训,提高安全素质,严格执行安全用电的各项制度,杜绝违章操作。

3.2 杂散电流的防治

(1)轨道采用焊接方式减小接缝电阻降低轨道接缝电阻,使负载电流尽可能多地通过轨道。(2)缩短电机车与整流硐室的距离供电距离越长,杂散电流越大。缩短供电距离需要增设整流硐室,整流硐室越多,每个硐室供电的半径就会减小。(3)改变直流电压的极性改变电源极性,可以解决金属管线的腐蚀问题。改变电源极性后,杂散电流的流入点在硐室附近是固定的,而流出点是随着机车的移动变化的,因此对管线的腐蚀作用就分散了。(4)提高交流电网的对地绝缘水平电网绝缘水平越高,可以减小漏电电流或单相接地电流,交流杂散电流也就越小。(5)采用在结构上三相对称的电缆的三根主芯线在结构上对称,每相对地的分布电容就相同,经电容流人大地的电流之和就为零。(6)采用屏蔽电缆供电采用屏蔽电缆供电,可使三相对地的电流从屏蔽层流回到变电所,而不通过地或其他金属管线。交流杂散电流将会减小。

3.3 消弧的措施

消弧措施的原理就是人为地创造有利于去游离的条件,加速灭弧。

(1)利用特制的弹簧增大触头的分离速度,迅速减小单位长度上的电弧电压降,使触头间的电压不足以维持电弧的燃烧,加速其熄灭。

(2)用空气或其它气体吹弧。有横吹、纵吹二种,吹弧的结果,冷却了电弧,使弧柱与周围介质的温差大,引起质点从温度高的地方向温度低的地方迁移;同时因为电弧内部和外部离子浓度不同,也推动了离子向周围介质扩散;再一方面,中性的气体分子被吹入弧隙内,热运动加剧,当其动能够大时,中性分子的互相碰撞会分离成原子,这样也吸收了大量热能,冷却了电弧,上述三个原因是吹弧使电弧熄灭的道理。再则,由于横吹还有拉长电弧的作用,对熄灭电弧更为有利,如果利用高游高电位和高导热率的气体(如氢、二氧化碳、水汽、闪氟化硫等)吹弧,效果会更好。

(3)利用电动力使电弧移动,或电磁横吹拉长电弧。利用电弧受它本身各部分电流间的电动作用,以及热气流上升的作用,因而使电弧发生移动。

参考文献

[1] 丁波.电气设备防爆检查工(复审)[M].中国劳动社会保障出版社,2008,3.

[2] 李虎伟.矿山供电技术[M].中国矿业大学出版社,2008,1.