人為接地實現(xiàn)開蓋斷電方法存在重大隱患分析

1、人為接地實現(xiàn)開蓋斷電方法存在重大隱患淺析 郭春平*（山西全安新技術(shù)開發(fā)有限公司，山西太原030006）摘 要：人為接地實現(xiàn)開蓋斷電已存在于我國部分礦用開關(guān)，但在“開蓋斷電過渡過程” 及“動作失靈”狀態(tài)下，會產(chǎn)生接地過電壓，在開蓋斷電時能產(chǎn)生大于30ma安全電流的接地過電流，是重大隱患。一些開關(guān)是在松動蓋板后（即“失爆”后）才斷電。本文提出了以礦用本安型開蓋傳感器（三開一防傳感器）為核心元件，與安全監(jiān)控系統(tǒng)共同組成系統(tǒng)來實現(xiàn)開蓋斷電的方法。關(guān)鍵詞：人為接地；三開一防；開蓋傳感器；開蓋斷電；過電壓；過電流在高低壓開關(guān)、電動機、變壓器、電纜接線盒等電氣設(shè)備用螺栓緊固的接線腔（盒）蓋板上實現(xiàn)“三開一防

2、”（即開蓋報警、或開蓋斷電、或開蓋閉鎖及防止非專職人員擅自開蓋操作）”，尤其是實現(xiàn)開蓋斷電，是發(fā)明隔爆設(shè)備百年來，各國煤礦技術(shù)人員渴望實現(xiàn)的目標(biāo)。目前，人為接地實現(xiàn)開蓋斷電在一些開關(guān)上得到了應(yīng)用，但在井下應(yīng)用的還不多，如果大量在井下應(yīng)用，其存在的重大隱患決不可等閑視之，分析如下：一、 人為接地實現(xiàn)開蓋斷電方法簡介打開礦用隔爆型分級閉鎖真空電磁起動器接線腔蓋板、移動變電站開關(guān)等電氣設(shè)備蓋板時，即可切斷上級電源，其基本原理如圖1所示。_* 通訊聯(lián)系人：郭春平（1959-），男，教授級高級工程師，山西全安新技術(shù)開發(fā)有限公司董事長，Tel: , Fax: e-mail: g

3、cp.007 41電源開關(guān) 42脫扣繼電器線圈 43-三相電抗器及零序電抗器 44負(fù)荷等效電感 45磁力起動器 J檢漏繼電器 E直流電源 Rg開蓋動作電阻 K開蓋動作開關(guān) C分布電容 Rj絕緣電阻圖1 人為接地實現(xiàn)開蓋斷電原理示意圖在圖1中，打開磁力啟動器45的接線腔蓋板時，開蓋動作開關(guān)K閉合，開蓋動作電阻Rg接入動力系統(tǒng)，檢漏繼電器J動作，脫扣繼電器線圈42得電，電源開關(guān)41可靠斷電，實現(xiàn)開蓋斷電。二、在“開蓋斷電過渡過程” 、“動作失靈”狀態(tài)下，人為接地實現(xiàn)開蓋斷電時能產(chǎn)生接地過電壓，造成絕緣擊穿，甚至引發(fā)瓦斯煤塵爆炸在圖1中，開蓋時，在這一“開蓋斷電過渡過程”中（包括：蓋板松動、開蓋動作

4、開關(guān)K閉合，開蓋動作電阻Rg接入動力系統(tǒng)，檢漏繼電器J動作，脫扣繼電器線圈42得電動作，電源開關(guān)41動作可靠熄弧斷電），或在檢漏繼電器J、電源開關(guān)41等裝備因故障“動作失靈”狀態(tài)下，都相當(dāng)于1140（660）V動力系統(tǒng)“強送電”到“故障點”（即：開蓋動作電阻Rg接入的開關(guān)），都會出現(xiàn)很高過電壓，一般達（1.14）UM(Um相電壓幅值)，1140V系統(tǒng)最高可達4××=3909V。過電壓種類及產(chǎn)生原理如下：、在向“故障點”“強送電”時，如果“故障點”的開蓋動作電阻Rg由于某種原因（如燒壞、開關(guān)淋水、引線接錯等）造成短路，使一相與地線之間斷續(xù)接觸，往往產(chǎn)生單相接地過電壓及電弧接地

5、過電壓，可達3 UM，1140V系統(tǒng)可達3××=2932V。原理如下：在圖1中，若開蓋動作電阻Rg接入A相并成為 “強送電” 的“故障點”，則發(fā)生單相接地故障，零序電流在線路阻抗上產(chǎn)生壓降而使健全相對地電壓升高，過電壓值與系統(tǒng)的零序阻抗及故障點的接地電阻有關(guān)，一般為（1.11.3）UM。若A相“故障點”的開蓋動作電阻Rg由于某種原因（如燒壞、開關(guān)淋水、引線接錯等）發(fā)生單相電弧接地故障，先不考慮線路經(jīng)電抗器接地，將圖1簡化為圖2a、2b（假設(shè)RJ=未畫出）圖2 電弧接地原理示意圖從圖2 中可知，流過故障點的電流是另外兩相的對地電容電流；由于電流值一般很小，往往不能形成穩(wěn)定電弧

6、。故障相（如A相）的電壓在最大時（如正峰值UM）發(fā)弧，B和C相的對地電壓要從-0.5 UM突變到-1.5 UM；在過渡過程中，有變壓器和線路的電感與線路電容形成的高頻振蕩電流過故障點；若B和C相的對地電壓變到-1.5 UM時，高頻振蕩電流恰好第一次過零而使故障點電弧熄滅，則三相導(dǎo)線上的電荷將重新分布而使整個三相系統(tǒng)獲得一個負(fù)直流電壓；半個工頻周期后，A相電壓為-UM與負(fù)直流電壓之和，若故障點再次發(fā)生電弧接地，則產(chǎn)生與前述相似的過程；由于系統(tǒng)中留存上次負(fù)電荷，高頻振蕩電流加大，于是這一次可以使整個系統(tǒng)獲得更高的正電流電壓。這樣，電弧時熄時燃，由于系統(tǒng)內(nèi)電磁能積聚，在故障相和健全相都可能出現(xiàn)很高的

7、過電壓。若考慮圖1中電抗器接地且不處于最佳補償狀態(tài)，RJ，則過電壓值可達3UM。在圖1中，“開蓋斷電過渡過程”時間約在0.20.5秒之間。在這么長的“開蓋斷電過渡過程”中，完全能發(fā)生電磁振蕩，產(chǎn)生過電壓。不要說檢漏繼電器因故拒絕動作，就是正常動作也會在“開蓋斷電過渡過程”中產(chǎn)生過電壓。、如果上級饋電開關(guān)沒有漏電閉鎖，如使用JY82等檢漏繼電器檢漏斷電，開蓋后雖然斷電，但工人可違章多次“強送電”，多次“強送電”,就會多次閉合三相觸頭不同時接觸的饋電開關(guān)，會產(chǎn)生諧振過電壓，其幅值最高可達6.7U，實際中可能達（45）U （U相電壓）原理略 。、多次強送電，必然多次斷電，這就可能產(chǎn)生開斷感性負(fù)荷過電

8、壓，最高可達4 U。原理略。給接地故障點強送電產(chǎn)生過電壓造成短路的事故案例表1是我們收集的由于給接地故障點強送電造成檢漏繼電器爆炸事故案例的調(diào)查表，雖然不是開關(guān)事故案例，但教訓(xùn)是很值得借鑒的。表1 原汾西礦務(wù)局某礦檢漏繼電器爆炸情況調(diào)查表型號出廠編號合格證號出廠年月爆炸年月爆炸地點及環(huán)境供電系統(tǒng)狀況檢漏繼電器狀況備注JY82-30091727813182.584.63采2號變電所，位于回風(fēng)水平，空氣潮濕，污染重。電纜有破口，脫扣線圈燒，長時給故障線路送電。三相接線柱放電，危險牌有放電痕跡，直流繼電器接點粘連，電抗器燒。廠家：河南焦作無線電一廠，以下同。JY82-30167527813180.8

9、82.12109變電所，位于進風(fēng)水平，空氣濕度一般。電纜漏電，多次強送電，三相觸頭同時性差同上JY82-30167727813181.1289.48采2號變電所，位于進風(fēng)水平，空氣污染，潮濕重。四通漏電，脫扣機構(gòu)失靈，長時強送電，三相觸頭同時性差。同上，但電抗器沒有燒。JY82-3116327913183.685.73采4號變電所，位于回風(fēng)水平，空氣污染，潮濕重。分散性漏電，脫扣機構(gòu)被綁扎損壞，長時多次強送電，三相觸頭同時性差。同第一欄JY82-3159123813184.887.1同上電纜漏電，多次強送電，三相觸頭不同時接觸。同上JY82-30170227813180.983.86采區(qū)變電所

10、，空氣污染，潮濕較重。開關(guān)漏電，多次強送電，三相觸頭同時性差。三相接線柱放電，危險牌有放電痕跡。JY82-3112427813183.686.53采4號變電所分散性漏電，脫扣線圈燒，多次強送電。三相接線柱放電，危險牌有放電痕跡。JY82-387.53采5號變電所，位于回風(fēng)水平，空氣污染，潮濕重。電纜漏電，長時多次強送電，脫扣線圈燒，三相同時性差。三相接線柱放電，電抗器燒，直流繼電器接點粘連，檢漏蓋上有放電痕跡（如照片3）違章取了危險牌照片1 有放電痕跡的660V接線柱照片2 有放電痕跡的660V接線柱絕緣蓋板照片3 有放電痕跡的檢漏繼電器隔爆外殼轉(zhuǎn)蓋三、由于“同時性”問題，人為接地實現(xiàn)開蓋斷電

11、時能產(chǎn)生大于30ma安全電流的接地過電流，造成人身觸電，甚至引發(fā)瓦斯煤塵爆炸如圖3所示，人為接地實現(xiàn)開蓋斷電的開關(guān)如果大量在井下應(yīng)用，完全有可能同時打開兩個以上開關(guān)接線腔蓋板，在“開蓋斷電過渡過程”中，出現(xiàn)的“同時性”問題決不能忽視。如果兩臺開關(guān)開蓋斷電電阻Rg同接在C相上，相當(dāng)于兩個Rg并聯(lián)接入C相，此時如果有人觸摸到A、B某一相，或電纜損壞或電氣設(shè)備淋水，使A、B某一相與地線之間接觸，則電流超過人體或故障點的電流可遠(yuǎn)大于30ma安全電流，如果裝備因故障動作失靈，將發(fā)生觸電事故，或點燃瓦斯煤塵。即使裝備沒有動作失靈，“開蓋斷電過渡過程”中，也大大增加了故障點的危險性。不用對稱分量法，簡單計算

12、如下：對于660V系統(tǒng)，Rg1=Rg2=11k，取人體電阻Rr=1k，流過人體電流Ir=660/(Rg1/2+1)=102mA。圖3 同時打開兩臺開關(guān)電路示意圖四、某些開關(guān)，人為接地實現(xiàn)開蓋斷電時已“失爆”，有可能從上下蓋板間隙之間噴出火焰，而引發(fā)瓦斯煤塵爆炸。1接線腔殼體、2帶凸塊（5）的接線腔蓋板、3-導(dǎo)向套管、4-彈簧、6蓋板緊固螺栓、7-螺母、8-墊片、9-導(dǎo)向管、10-閉鎖桿、11連接片、12-開蓋動作開關(guān)、13-位移開關(guān)按鈕桿、14-閉鎖桿壓塊壓動。圖4 某些開關(guān)人為接地實現(xiàn)開蓋斷電機械示意圖在圖4中，松開蓋板緊固螺栓（6）后，才能進行開蓋斷電動作，而這時蓋板（2）與接線腔殼體（1

13、）之間的隔爆間隙已超過規(guī)定值，已經(jīng)“失爆”， 可能噴出火焰，而引發(fā)瓦斯煤塵爆炸。煤礦安全規(guī)程445條：“井下不得帶電檢修、搬遷電氣設(shè)備、電纜和電線，檢修或搬遷前，必須切斷電源，檢查瓦斯，在其巷道風(fēng)流瓦斯?jié)舛鹊陀?.0%時，再用與電源電壓相適應(yīng)的驗電筆檢驗；檢驗無電后，方可進行導(dǎo)體對地放電”。 松動緊固螺栓（6）時，如果開關(guān)還帶電，顯然是違章作業(yè)，如果是停了電，必須先檢查瓦斯，再松動蓋板緊固螺栓（6），再驗電、放電。松動蓋板緊固螺栓（6）后，其電源開關(guān)已斷電，即使檢漏繼電器沒有失靈，也不存在斷電問題。那就是說，該設(shè)備只能作為違章帶電開蓋造成失爆后的一種防止帶電作業(yè)的后備保護，該設(shè)備不能預(yù)防帶電開

14、蓋造成失爆引發(fā)瓦斯煤塵爆炸。五、實現(xiàn)開蓋斷電的有效方法人為接地實現(xiàn)開蓋斷電既然存在上述隱患，如何實現(xiàn)開蓋斷電？建議用以礦用本安型開蓋傳感器（三開一防傳感器）為核心元件，與安全監(jiān)控系統(tǒng)共同組成的系統(tǒng)實現(xiàn)開蓋斷電，原理及功能如下圖示：圖5 礦用本安型開蓋傳感器（三開一防傳感器）實現(xiàn)開蓋斷電示意圖超前開蓋報警見圖5，取下開蓋傳感器時，緊固螺栓還沒有松動，即還沒有“失爆”，螺栓套離開繼電器，常閉接點閉合，觸動繼電器連通聲光報警裝置，發(fā)出聲光報警信號，提示“嚴(yán)禁帶電作業(yè)、停電、測瓦斯?jié)舛?、驗電、放電”，達到“超前開蓋報警”目的；超前開蓋斷電見圖5，超前開蓋報警的同時，與電磁起動器上的開蓋傳感器連通的礦井

15、監(jiān)控系統(tǒng)檢測到開蓋信號，給自動饋電開關(guān)發(fā)出斷電指令，自動饋電開關(guān)動作，切斷電磁起動器電源，實現(xiàn)“超前開蓋斷電”；開蓋閉鎖見圖5，開蓋斷電后，打開電磁起動器蓋板作業(yè)，這時，監(jiān)控系統(tǒng)給自動饋電開關(guān)送出一個“閉鎖”信號，使得即使有人誤操作自動饋電開關(guān)啟動按鈕，也送不出電，確保安全作業(yè)，實現(xiàn)“開蓋閉鎖”。防止非專職人員擅自開蓋操作非專職人員由于沒有鎖鑰，所以不能有效操作螺栓轉(zhuǎn)動。比較上述兩種方法，不難看出，用礦用本安型開蓋傳感器（“三開一防”傳感器）實現(xiàn)開蓋斷電方法與人為接地實現(xiàn)開蓋斷電方法的優(yōu)劣，用“三開一防”傳感器實現(xiàn)開蓋斷電方法不會產(chǎn)生過電壓、過電流、失爆后再斷電問題，不僅有“三開一防”功能及安

16、全方面的優(yōu)點，還有不需要更換現(xiàn)有電氣設(shè)備，就可以應(yīng)用在所有具有螺栓緊固蓋板的電氣設(shè)備上的優(yōu)點。為解決山西省煤礦所存在的用螺栓緊固的電氣設(shè)備接線腔（盒）蓋板缺少安全保護的問題，山西煤炭工業(yè)廳2009年下發(fā)的煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及考核評級辦法明確規(guī)定：“用螺栓緊固的電氣設(shè)備接線腔（盒）蓋板上應(yīng)實現(xiàn)“三開一防”（即開蓋報警、或開蓋斷電、或開蓋閉鎖及防止非專職人員擅自開蓋操作）”，從而從裝備上消除了這一重大安全隱患。注：、請參看電機工程手冊1、第3篇、第1章 、請參看礦井電網(wǎng)的漏電保護123頁 、同1 、同1 、同2 、產(chǎn)生諧振過電壓的理論分析請參看礦井電網(wǎng)漏電保護，第三章，第三節(jié)（胡天祿著） 、同1 作者簡介：郭春平（1959-），性別：男，籍貫：山西平遙，職稱：正高工，畢業(yè)時間及院校：1989年畢業(yè)于北京