隔爆型电气组合开关在煤矿中的应用

杨 博

（阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司，山西晋中 045300）

0 引言

随着矿井智能化水平不断提高，生产效率越来越高，井下的综采、掘进、排水、监控等用电设备越来越多，然而我国大多数矿井仍然在使用单体防爆开关。由于《煤矿安全规程》对单体防爆开关的个体间以及与墙体间均要留有一定的间隙，因此如果一个变电所或配电点稳设的单体防爆开关数量较多时，需在配电点施工充足的空间[1]，而且传统的煤矿单体隔爆电气开关安全性能低，无法远程操控，供电稳定性差，不利于煤矿安全高效供电。

以某煤矿公司为例，该公司共计120 个配电点，每个配电点的占地面积约为30 m2，配电点内采用单体隔爆开关进行独立供电。由于配电点占地面积大，造成配电硐室工程施工量大，硐室内支护成本费用高；而且配电点内安装开关数量多，不仅增加了设备成本费用，开关数量多，分散区域广，不利于检修维护，而且传统单体隔爆开关故障率高，降低了煤矿供电安全。为此，为了解决这一技术问题，该煤矿公司决定对井下配电点安装KJZ2-1600/1140-8型组合隔爆电气开关。

1 KJZ2-1600/1140-8 型矿用隔爆电气组合开关结构参数

1.1 组合开关安全技术参数

开关安全技术参数如表1所示。

1.2 组合开关结构组成

（1）本组合开关采用该锰钢材料制成，经过热处理后组合馈电具有适应性强、防振性强、防腐蚀及防爆等特点[2]。为了搬运方便，组合开关上部安装有吊环，下部安装牵引钩。本组合开关主要有3个部分组成：电源接线箱设计在右侧，内部有2个主电路接线嘴及控制回路1个接线嘴；负荷箱设计在左侧，内部有5个主电路接线嘴及控制回路8各接线嘴；主箱安装在组合馈电中间。

表1 KJZ2-1600/1140-8型矿用隔爆电气组合开关技术参数

（2）KJZ2-1600/1140-8 型矿用隔爆兼本质安全型组合开关内部安装10块控制模板，可以在开关内部安装控制电源模块、保护装置、延时元件、控制模块及照明系统。为了能够对开关内部的进行实时观察，在开关盖上留有观察窗，如开关出现漏电或风瓦电闭锁，值守人员可以通过观察窗口进行查看[3]。

1.3 组合开关整定计算

组合开关整定值计算公式如下：

式中：IQ为启动器被保护范围内最大容量的启动电流；∑I为其他电动机的额定电流之和。

开关正常工作时的最小两相短路电流与IZ的比需大于1.5。由于启动器在组合馈电内部，两者不用线缆进行连接，这样即使在主变压器容量较小的情况下，组合开关仍具有较好的短路保护，组合开关内的熔断器仅仅作为备用保护使用。

2 KJZ2-1600/1140-8型矿用隔爆电气组合开关优点

2.1 故障跳闸及电压监测性能

（1）井下供电系统采用中性点不接地，当馈电开关漏电保护装置监测到供电网有漏电情况时，为了供电系统设备不被烧损，保护会及时报警并切断电源侧电源；检修人员根据现场生产负荷对开关保护整定值进行计算并投入[4]，当保护检测到供电网内的参数低于整定值时，馈电开关闭锁跳闸。

（2）漏电闭锁能够在无电压时对开关负荷侧电缆及设备的三相对地绝缘状态进行监测，如图1所示。当负荷侧电缆的绝缘性下降后，保护装置将继电器的连锁点断开，使馈电开关不能合闸送电。馈电所有监测信号的电压要保证不引起周围易燃物的爆炸[5]。

图1 KJZ型矿用隔爆电气组合开关主回路原理图

（3）由于大多数矿井的供电范围较大，线路间会形成较大电容，当供电网内的电阻增大，供电系统内的充电电压超过闭锁检测电压值时，此时如果有金属接地，供电电网会产生较大的电火花[6]。根据电容引爆曲线表可以查出，1 μF的电容是70 V引爆电压，因此可以计算出矿井的检测电压设定在35 V 以下，就可以保证电网不会发生爆炸，而且还要考虑设定的电压不会对人体造成伤害。组合馈电开关安装的漏电装置能够保证馈电在断电状态下仍对供电系统进行监测。

2.2 短路保护功能

电磁启动器的熔断器能够对电机与启动器间的线路起到短路保护的作用，组合馈电内的短路保护能够对负荷侧的支路起到短路保护作用，实现两级保护的功能。如电机与启动器间的线路发生短路故障后，电磁启动器的熔断器会烧损[7]，对负荷侧电源切断进行选择性的保护；然而在实际生产中，当发生漏电后，电磁启动器的熔断器没有烧损，普通馈电开关的内的保护通常不会发生跳闸。通常普通馈电开关采用RT0 等老旧的熔断器，在发生电路故障后，由于熔断器容量不够或与接触器不匹配，即使电网发生短路故障，短路电压还没有达到接触器的释放电压，在熔断器还没有熔断的情况下接触器先开始动作，导致断电事故的发生。KJZ2-1600/1140-8 型矿用隔爆兼本质安全型组合开关由于采用自动开关和启动器集合技术，组合开关能够起到良好的短路保护。

2.3 远距离操控

在实际生产中，当启动器的接触器触头发生烧损黏在一起后，此时启动器失去了分断电源的功能，需要馈电开关进行分断。此时即使馈电开关周围有人员值守，也需要较长的时间进行操作，造成设备烧损。KJZ2-1600/1140-8 型矿用隔爆型组合开关能够与8台启动器功能合二为一，该开关既能够满足正常分合闸需求，又能够满足短路事故时远程分合闸需求[8]。该设备可以在远程对多台启动器进行切换，能够确保启动器在带负荷的情况下进行分断。

3 结束语

KJZ2-1600/1140-8 型矿用隔爆电气组合开关在煤矿中投入应用后，不仅减少了井下电气设备安装的数量及设备安装施工的工程量，而且提高了井下供电稳定性。通过实际应用效果发现，该煤矿公司井下采用隔爆开关后，可减少传统单体隔爆电器开关安装数量达40台，降低设备成本费用达52万元；每个配电点安装隔爆开关硐室容积仅需14 m3即可，同时配电点采用隔爆电气组合开关后，供电系统稳定性得到了有效提升，与传统单体隔爆开关相比，供电事故率降低了12%，有效保证了煤矿安全稳定生产。