浅析煤矿供电电源过电压的原因和解决办法

摘 要：智能化设备、电子计算机及相关信息设备，一旦受到大的浪涌电压浸入，就会导致设备损坏，甚至使整个系统瘫痪，造成无可挽回的损失。特别是目前的煤矿开关电气设备，内部大多采用真空断路器或真空接触器，而井下采、掘、运输机械的电动机容量大，用真空开关控制启动或停止时，往往会产生较大的过电压，如果对出现的过电压不加以重视和防护，就可能将电气设备的绝缘击穿、电气元器件击穿，损坏电气设备，从而威胁矿井的安全与生产。因此，煤矿供电系统中应加强对浪涌过电压的保护环节。

关键词：煤矿；供电；电源；浪涌；过电压

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

1 浪涌过电压形成的原因

1.1 大气浪涌过电压

大气浪涌过电压是自然界大气中的雷云对地面附近的物体或电气设备直接放电，通过电力系统侵入而形成浪涌电压。它分为直击雷浪涌电压和感应雷浪涌电压。直击雷浪涌电压可达数百万伏，电流可达十多万安，危害巨大；感应雷浪涌电压幅值也非常大。

1.2 内部浪涌过电压

内部浪涌过电压是在电力系统运行过程中，由于开关控制设备的操作或短路等引起系统的某些参数发生变化，使电力系统发生突变，在供电系统上或某些设备上出现瞬间过电压。内部浪涌过电压一般为额定电压的2.5～4倍。内部浪涌过电压根据产生的原因可分为操作浪涌过电压、谐振过电压和电弧接地浪涌过电压等。开关设备切断电路的电感负载时，会在电感电路中出现感应电动势；切断空载的线路或并联的电容器组时，若断路器熄弧能力差，可引起电感、电容电路的振荡，产生过电压。

2 防止浪涌过电压应采取的措施

煤矿供电防止浪涌过电压的措施有二个方面，一是对落雷引起的大气浪涌过电压的侵入防护和煤矿供电系统内部过电压的防护。对大气浪涌过电压侵入的防护是通过设置完善的避雷系统，如在矿井供电入口处装设避雷器。消除内部浪涌过电压的方法是在电路中设置阻容吸收和并联接入压敏电阻器等。

2.1 大气浪涌过电压防治措施

大气浪涌过电压的防止措施一个根本原则，是把雷电发生时瞬间聚集的能量通过大地这个良好的导体释放掉。可以通过安设良好的避雷网及在线路端安装避雷器，从建筑物规划设计及内部布局时就开始考虑：

①尽可能增加建筑物外部的下导电金属体使雷电电流有更多的分流途径；②外置设备如天线、空调等尽量置于避雷网450角内的保护区；

③ 接地时接地点应尽量集中，如电源线、电话线、水管等应与避雷网接入同一“地”；④ 室内布线应注意屏蔽，特别是数据线，这样可以尽可能减少瞬间过电压的影响。

2.2 内部浪涌过电压的防治措施

2.2.1 阻容（RC）吸收电路

主要利用电容器C两端电压不能突变的原理，使过电压被消除，把过电压的陡度和幅值降低在设备允许的电压范围内；电阻器R的作用是一方面在过电压出现时进行限流，另一方面也是限制电容器C与电路中的电感可能产生的较高的振荡电压，从而保护电气设备。阻容（RC）吸收电路一般并接入低压开关的负荷侧。

为了保证安全保护器件的电压电平按下式确定：

Um≤Up≤Ush

式中：Um--供电线路正常工作的最大电压，V；

Up-保护器件的电压保护电平，V；

Ush-被保护电气设备能承受的冲击耐压，V。

2.2.2 压敏电阻的保护

压敏电阻器是利用该半导体元件的压敏特性，当电压较低时，电阻较大，通过压敏电阻器的电流为漏电流；电压升高一定值时，电阻减小，通过压敏电阻口碑 电流大幅度，抑制压敏电阻器两端的电压。当电压恢复正常后电阻器也恢复高阻状态，电路又恢复正常的工作状态。现在大量使用的是氧化锌压敏电阻器。它的电压范围有几伏至几千伏，通流量大小从几安到上百千安不等。压敏电阻器一般是一端接高压开关上的隔离开关之后断路器之前，另一端与接地良好端联接，若出现过电压，压敏电阻器将有效地发挥作用，它将电路产生的过电压削减在2.6倍的额定电压内。过电压保护器件都采用星形按法接入电路，所以保护电路中电容和压敏电阻器的耐压为相电压，按产生过电压时它们的相电压的2～4倍计，确定保护器件的持续运行电压（额定电压）Uc可按额定电压2倍选择。

3 解决措施

3.1 矿井地面部分

安装浪涌保护器。浪涌保护器 （Surge protection Device）是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”，英文简写为 SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入大地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

在正常情况下，电涌保护器外于极高的电阻状态，漏流几乎为零，保证电源系统正常供电。当电源系统出现浪涌过电压时，电涌保护器立即在纳秒级的时间内迅速导通，将该过电压的幅值限止在设备的安全工作范围内。同时把该过电压的能量释放掉。随后，保护器又迅速的变为高阻状态，因而不影响电源系统的正常供电。

3.2 井下部分

由于矿井井下供电系统中性线不接地，电源在入井处已经加强了防范线路过电压的措施，并且井下的高压供电的保护装置也具有防止过电压的措施，只是低压供电容易产生内部过电压。要解决此类问题，在设备问题选型时，就要考虑电源的安全性。选用适应电压范围宽且具有过电压保护功能的设备。井下设备防过电压常用措施有：

①选用设计安装有压敏限幅型元件的设备，它可以限制浪涌过电压，对井下耐冲击电压水平较高的电气设备的防护效果比较好。②加强对低压設备的防护，煤矿设备内部的二次侧负载与电源间都串入隔离变压器，除提供安全电压外，还可以隔绝高频尖峰干扰，保证次级电压电位的变动小。③引用吸收法，设备用吸波器件将浪涌尖峰干扰电压吸收掉，减少对电网线路的影响。煤矿井下大功率控制设备内都安装有吸波器件装置，对真空接触器产生的过电压有较好的抑制作用。④加强设备的绝缘。如手持式的设备在把手上加一层绝缘套，以形成双重保护防止过电压产生对人体的危害。

4 结束语

本文将煤矿井上下供电系统电源过电压产生的原因和造成的危害进行了分析和描述，并提出了相应的解决办法和应对措施；在一定程度上减少由于电源过电压对煤矿井上下供电系统造成的安全影响和改善了供电质量，从而间接的提高了煤矿井上下供电系统的安全可靠性。

作者简介：陈通（1986-），男，助理工程师，科长，主要从事机电、通讯信息管理工作。