关于地下矿山用电安全问题的探讨

□文 / 湖南有色冶金劳动保护研究院 吴小雪 陈湘兰

电力是地下矿山井下生产的基本能源动力。供电线路和用电设备在井下几乎无所不在，由于井下空间相对狭窄、封闭，人员与电路、用电器接触几率大，导致触电事故时有发生。当供电或传输线路过载时，将导致线路过热并引燃线路包裹层，是引发电力火灾事故的常见原因。鉴于此，加强井下用电安全工作十分必要。

事故常见类型和事故机理

井下用电事故大致上可分为线路过载（过流）、漏电、短路和触电，其中触电事故又分为直接触电和间接触电两种类型。不同类型的事故引发机理不同，防范技术和措施也因此不同。只有对各种事故的引发机理充分认识和了解，才能采取有效的技术措施和手段防范事故发生。

◎线路过载（过流）

通常线路过载的主要原因是线路上连接的用电设备负荷太重，导致导线剧烈发热，容易引燃导线包裹层（如塑料、橡胶、纤维编织物等），使得燃烧沿导线传送蔓延。导线的允许载流量通常由导线材质、导线横截面积以及导线敷设条件决定。不同导线的载流量在国际电工协会IEC 60364-5-523 1983标准中都有载明。

◎线路漏电

在正常情况下，电网线路通过绝缘、架空与地断开，火线和地之间无电流环路。但在井下狭窄、潮湿环境中，火线有可能通过岩壁、潮湿空气、水或者其他非正常搭接等渠道与地形成环路，产生漏电电流。漏电不仅会造成电能损失，相间短路、破坏电网电压平衡，还会在漏电点或区域形成高电位，形成触电威胁。严重的漏电可能导致三相电网失衡而无法正常工作。

◎线路短路

线路短路是指线路火线与火线、或者火线与零线发生意外短接事故。一旦发生短路，短路电流瞬间趋近于无穷大，不仅会烧毁线路及用电设备，还可能因瞬间产生的高热量形成电弧，灼伤人员。对三相交流供电系统而言，线路短路会导致电网“失相”，三相平衡被破坏，严重者会导致供电系统崩溃。

◎人员触电

人员触电是地下矿山常发的用电事故类型。在井下十分有限的作业空间内布设了较多的线路和设备，大大增加了人员触电的可能性和危险性。最容易发生的井下人员触电事故有电气维修触电、接触设备机壳带电、触碰电源火线等。

◎电气维修触电

在电气维修过程中，如果电源未被切断，极易造成触电事故发生。对于某些容性设备的维修，如果电容正负极之间聚集的大量电荷未进行有效释放，即使切断了设备电源，电容器也有可能通过人体放电造成触电事故。还有一种情况——维修的设备接地与人员接地系统不一致，两个“地”之间存在较大电位差，也可能造成维修人员触电。

◎接触设备机壳带电

在井下作业中，一些用电设备根据需要会经常被移动，或者是供电线缆被经常拖动，这些情况都容易造成线缆表皮磨损或接线端子脱扣、折断、误接，火线一旦接触用电设备就会造成机壳带电。在这种情况下，如果人员接触机壳，就会发生触电危险。

◎触碰电源火线

地下矿山生产作业空间小，电力线路分布广泛，人员与电网之间缺少足够的安全空间，线路的误接、不规范布设连接、电缆表皮磨损以及有线电力机车的裸露架线等都有可能因人员触碰而发生事故。

主要安全技术

井下用电的安全工作主要从技术应用和措施管理两方面开展，归结下来，安全技术主要有过流保护、漏电保护和旁路保护。

◎过流保护

过流保护的基本原理是对线路电流进行检测，当电流达到预先设定的限值时保护器动作，切断过流线路。考虑到在大负载启动时，线路上也可能会产生短暂过流现象，因此过流保护器一般还会增设延时动作或电压检测环节。因为线路过流往往还会伴随着线路电压的快速下降，所以可将过流和低压作为保护器动作的两个必要条件，避免误动作。

◎漏电保护

漏电保护装置的核心单元是检测互感器。互感器磁芯为环形，三相线路火线、零线穿过环中，环形磁芯上绕有二次线圈。在无触电、漏电情况下，穿过环形磁芯的线路电流矢量和为0，感应磁通的矢量和也为0，二次线圈无感应电势输出；当发生触电或漏电现象时，穿过环形磁芯的线路电流矢量和不为0，感应磁通的矢量和也不为0，二次线圈有感应电势输出，经放大后驱动保护器动作切断线路。

◎旁路保护

旁路保护技术的基本原理是在故障发生时保护器动作，将故障线路电流的绝大部分旁通接地，避免人员和设备受到意外大电流冲击。常见的应用包括用电设备金属外壳接地和防雷器保护。

◎用电设备金属外壳接地

井下作业过程中人员触碰设备外壳的现象是难以避免的，而因为移动、拖拽或磨损，火线触碰机壳的现象也时有发生。当设备外壳接地后，一旦发生火线触碰机壳使得设备外壳带电，即使人员触碰机壳也不会发生大的危险。因为人体电阻一般在1000Ω左右，而设备接地电阻一般为10Ω以下，此时大部分电流将通过机壳接地通道旁路掉，而流过人体的电流不足总电流的1%，在安全范围内。

◎防雷器

防雷器是专门用于防止感应雷电流对用电设备造成冲击的一种装置。雷电流峰值往往高达数十千安，且脉动性极强，在一定区域范围内会因电磁感应效应在导体内产生强大的感应电流。防雷器一端接设备电源输入端，另一端接地。其作用机理是依靠内部的火花装置旁路雷电流。火花装置为一个密封的充满惰性气体的空腔，空腔内有阴阳两个极片，正常情况下处于断开状态。当雷电流发生时，惰性气体被击穿，阴阳两极导通，将雷电流旁路泄放入地。

探讨

根据多年的非煤矿山安全培训工作经验，笔者认为在地下矿山用电安全问题上有几个环节特别值得注意，提出来供大家探讨。

◎设备接地和接零

用电设备应该采取接地保护还是接零保护，是一个容易让人混淆的问题。搞清楚这一问题的关键，在于了解供电系统零线是否接地：如果供电系统零线未接地，则用电设备外壳必须接地；反之，在供电系统零线已经接地的情况下，用电设备外壳与零线相接就等同接地。

◎地网等电位连接

接地是否有效？这一问题常常被人忽略。主要表现在两个方面：一是接地不良，接地电阻过大，导致设备电压与地电压相比仍然很高；二是地网之间未进行等电位连接，使得局部接地位置仍可能保有较高电压。因此，地下矿山各中段、各作业点应统一接地，确保各个接地点等电位，且接地极与大地之间应通过添加电解质进行有效耦合，降低接地电阻。

◎合理的倒闸操作

在进行维修等作业之前需要进行倒闸操作切断电源。但如果在线负载过大，倒闸时可能引起电弧火花，灼伤操作人员，因此对高压、大负载的主回路开关应安装灭弧装置。合理的倒闸顺序应该是从小负载开始，依次逐步关断负载开关，使得在关断总回路时在线负载尽量小。