淺析煤礦供電電源過電壓的原因和解決辦法

摘 要：智能化設(shè)備、電子計算機及相關(guān)信息設(shè)備，一旦受到大的浪涌電壓浸入，就會導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至使整個系統(tǒng)癱瘓，造成無可挽回的損失。特別是目前的煤礦開關(guān)電氣設(shè)備，內(nèi)部大多采用真空斷路器或真空接觸器，而井下采、掘、運輸機械的電動機容量大，用真空開關(guān)控制啟動或停止時，往往會產(chǎn)生較大的過電壓，如果對出現(xiàn)的過電壓不加以重視和防護，就可能將電氣設(shè)備的絕緣擊穿、電氣元器件擊穿，損壞電氣設(shè)備，從而威脅礦井的安全與生產(chǎn)。因此，煤礦供電系統(tǒng)中應(yīng)加強對浪涌過電壓的保護環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：煤礦；供電；電源；浪涌；過電壓

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.042

1 浪涌過電壓形成的原因

1.1 大氣浪涌過電壓

大氣浪涌過電壓是自然界大氣中的雷云對地面附近的物體或電氣設(shè)備直接放電，通過電力系統(tǒng)侵入而形成浪涌電壓。它分為直擊雷浪涌電壓和感應(yīng)雷浪涌電壓。直擊雷浪涌電壓可達數(shù)百萬伏，電流可達十多萬安，危害巨大；感應(yīng)雷浪涌電壓幅值也非常大。

1.2 內(nèi)部浪涌過電壓

內(nèi)部浪涌過電壓是在電力系統(tǒng)運行過程中，由于開關(guān)控制設(shè)備的操作或短路等引起系統(tǒng)的某些參數(shù)發(fā)生變化，使電力系統(tǒng)發(fā)生突變，在供電系統(tǒng)上或某些設(shè)備上出現(xiàn)瞬間過電壓。內(nèi)部浪涌過電壓一般為額定電壓的2.5～4倍。內(nèi)部浪涌過電壓根據(jù)產(chǎn)生的原因可分為操作浪涌過電壓、諧振過電壓和電弧接地浪涌過電壓等。開關(guān)設(shè)備切斷電路的電感負載時，會在電感電路中出現(xiàn)感應(yīng)電動勢；切斷空載的線路或并聯(lián)的電容器組時，若斷路器熄弧能力差，可引起電感、電容電路的振蕩，產(chǎn)生過電壓。

2 防止浪涌過電壓應(yīng)采取的措施

煤礦供電防止浪涌過電壓的措施有二個方面，一是對落雷引起的大氣浪涌過電壓的侵入防護和煤礦供電系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的防護。對大氣浪涌過電壓侵入的防護是通過設(shè)置完善的避雷系統(tǒng)，如在礦井供電入口處裝設(shè)避雷器。消除內(nèi)部浪涌過電壓的方法是在電路中設(shè)置阻容吸收和并聯(lián)接入壓敏電阻器等。

2.1 大氣浪涌過電壓防治措施

大氣浪涌過電壓的防止措施一個根本原則，是把雷電發(fā)生時瞬間聚集的能量通過大地這個良好的導(dǎo)體釋放掉?？梢酝ㄟ^安設(shè)良好的避雷網(wǎng)及在線路端安裝避雷器，從建筑物規(guī)劃設(shè)計及內(nèi)部布局時就開始考慮：

①盡可能增加建筑物外部的下導(dǎo)電金屬體使雷電電流有更多的分流途徑；②外置設(shè)備如天線、空調(diào)等盡量置于避雷網(wǎng)450角內(nèi)的保護區(qū)；

③ 接地時接地點應(yīng)盡量集中，如電源線、電話線、水管等應(yīng)與避雷網(wǎng)接入同一“地”；④ 室內(nèi)布線應(yīng)注意屏蔽，特別是數(shù)據(jù)線，這樣可以盡可能減少瞬間過電壓的影響。

2.2 內(nèi)部浪涌過電壓的防治措施

2.2.1 阻容（RC）吸收電路

主要利用電容器C兩端電壓不能突變的原理，使過電壓被消除，把過電壓的陡度和幅值降低在設(shè)備允許的電壓范圍內(nèi)；電阻器R的作用是一方面在過電壓出現(xiàn)時進行限流，另一方面也是限制電容器C與電路中的電感可能產(chǎn)生的較高的振蕩電壓，從而保護電氣設(shè)備。阻容（RC）吸收電路一般并接入低壓開關(guān)的負荷側(cè)。

為了保證安全保護器件的電壓電平按下式確定：

Um≤Up≤Ush

式中：Um--供電線路正常工作的最大電壓，V；

Up-保護器件的電壓保護電平，V；

Ush-被保護電氣設(shè)備能承受的沖擊耐壓，V。

2.2.2 壓敏電阻的保護

壓敏電阻器是利用該半導(dǎo)體元件的壓敏特性，當電壓較低時，電阻較大，通過壓敏電阻器的電流為漏電流；電壓升高一定值時，電阻減小，通過壓敏電阻口碑 電流大幅度，抑制壓敏電阻器兩端的電壓。當電壓恢復(fù)正常后電阻器也恢復(fù)高阻狀態(tài)，電路又恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。現(xiàn)在大量使用的是氧化鋅壓敏電阻器。它的電壓范圍有幾伏至幾千伏，通流量大小從幾安到上百千安不等。壓敏電阻器一般是一端接高壓開關(guān)上的隔離開關(guān)之后斷路器之前，另一端與接地良好端聯(lián)接，若出現(xiàn)過電壓，壓敏電阻器將有效地發(fā)揮作用，它將電路產(chǎn)生的過電壓削減在2.6倍的額定電壓內(nèi)。過電壓保護器件都采用星形按法接入電路，所以保護電路中電容和壓敏電阻器的耐壓為相電壓，按產(chǎn)生過電壓時它們的相電壓的2～4倍計，確定保護器件的持續(xù)運行電壓（額定電壓）Uc可按額定電壓2倍選擇。

3 解決措施

3.1 礦井地面部分

安裝浪涌保護器。浪涌保護器 （Surge protection Device）是電子設(shè)備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”，英文簡寫為 SPD。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氪蟮兀Ｗo被保護的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

在正常情況下，電涌保護器外于極高的電阻狀態(tài)，漏流幾乎為零，保證電源系統(tǒng)正常供電。當電源系統(tǒng)出現(xiàn)浪涌過電壓時，電涌保護器立即在納秒級的時間內(nèi)迅速導(dǎo)通，將該過電壓的幅值限止在設(shè)備的安全工作范圍內(nèi)。同時把該過電壓的能量釋放掉。隨后，保護器又迅速的變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，因而不影響電源系統(tǒng)的正常供電。

3.2 井下部分

由于礦井井下供電系統(tǒng)中性線不接地，電源在入井處已經(jīng)加強了防范線路過電壓的措施，并且井下的高壓供電的保護裝置也具有防止過電壓的措施，只是低壓供電容易產(chǎn)生內(nèi)部過電壓。要解決此類問題，在設(shè)備問題選型時，就要考慮電源的安全性。選用適應(yīng)電壓范圍寬且具有過電壓保護功能的設(shè)備。井下設(shè)備防過電壓常用措施有：

①選用設(shè)計安裝有壓敏限幅型元件的設(shè)備，它可以限制浪涌過電壓，對井下耐沖擊電壓水平較高的電氣設(shè)備的防護效果比較好。②加強對低壓設(shè)備的防護，煤礦設(shè)備內(nèi)部的二次側(cè)負載與電源間都串入隔離變壓器，除提供安全電壓外，還可以隔絕高頻尖峰干擾，保證次級電壓電位的變動小。③引用吸收法，設(shè)備用吸波器件將浪涌尖峰干擾電壓吸收掉，減少對電網(wǎng)線路的影響。煤礦井下大功率控制設(shè)備內(nèi)都安裝有吸波器件裝置，對真空接觸器產(chǎn)生的過電壓有較好的抑制作用。④加強設(shè)備的絕緣。如手持式的設(shè)備在把手上加一層絕緣套，以形成雙重保護防止過電壓產(chǎn)生對人體的危害。

4 結(jié)束語

本文將煤礦井上下供電系統(tǒng)電源過電壓產(chǎn)生的原因和造成的危害進行了分析和描述，并提出了相應(yīng)的解決辦法和應(yīng)對措施；在一定程度上減少由于電源過電壓對煤礦井上下供電系統(tǒng)造成的安全影響和改善了供電質(zhì)量，從而間接的提高了煤礦井上下供電系統(tǒng)的安全可靠性。

作者簡介：陳通（1986-），男，助理工程師，科長，主要從事機電、通訊信息管理工作。