＊韓 煜

（晉能控股集團(tuán)煤業(yè)公司同家梁礦 山西 037003）

引言

近年來隨著科技的發(fā)展，新的生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)情況雖有好轉(zhuǎn)，但由于資源的不可再生，及開采難度的增大，受礦井深度及復(fù)雜的井下形式，各種危險(xiǎn)事故常有發(fā)生。同樣機(jī)電設(shè)備引起的安全事故也是引發(fā)煤礦安全的主要原因，嚴(yán)重時(shí)其火花可以引起瓦斯爆炸。這就凸顯出礦用隔離開關(guān)在實(shí)際生產(chǎn)中的作用，它是煤礦井下應(yīng)用較廣的的設(shè)備元件，其主要的分?jǐn)嗄芰δ軝z驗(yàn)出礦用隔離開關(guān)的安全性能，屬于實(shí)驗(yàn)和研發(fā)過程中的重要項(xiàng)目。在煤礦電網(wǎng)中起到電氣隔離、無載換向和下一級(jí)接觸器故障情況下分?jǐn)喙收想娏鞯淖饔谩?/p>

1.分?jǐn)嚯娀±碚?/h2>

礦用隔離開關(guān)的組成包括由雙滅弧系統(tǒng)和雙操作機(jī)構(gòu)兩個(gè)大的部分。滅弧系統(tǒng)主要作用于電流的分?jǐn)嘁约案綦x電氣；操作結(jié)構(gòu)主要為其提供動(dòng)力，礦用隔離開關(guān)就是通過兩者的密切的配合來實(shí)現(xiàn)基本的分?jǐn)喙δ?，從而保證設(shè)備人員的安全，避免了產(chǎn)生飛弧，引發(fā)額外的漏電現(xiàn)象，造成短路，氣體可以作為理想介質(zhì)，認(rèn)為可以完美的阻斷電流，在兩端各施加電壓，其空隙中沒有檢測(cè)到電流。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中不存在理想狀態(tài)，空氣中因?yàn)楦鞣N射線的影響，都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一定數(shù)量的帶電粒子，當(dāng)氣體兩端產(chǎn)生電壓差時(shí)，就會(huì)形成電場(chǎng)，導(dǎo)致帶電粒子發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電流。當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電流也將迅速增加，從而使氣體導(dǎo)電，失去絕緣能力。氣體的這種絕緣狀態(tài)變化，稱之為氣體擊穿。從而產(chǎn)生電弧，造成不同類型的放電。

在發(fā)熱角度上，電弧屬于純電阻性元件，消耗的電功率可以通過以下公式計(jì)算：

注：Ih為弧柱電流，A；

U0為近陰極和近陽(yáng)極的壓降和，V；

UZ為弧柱壓降，V。

由此得出：電弧消耗的功率Ph等于近陰、近陽(yáng)極以及弧柱3個(gè)部分消耗功率之和。電弧產(chǎn)生的功率損耗一方面導(dǎo)致自身溫度升高，另一方面通過熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種方式傳遞到周圍介質(zhì)。

注：Pcd為傳導(dǎo)散熱功率；

Pdl為對(duì)流散熱功率；

Psf為輻射散熱功率。

動(dòng)、靜觸頭之間承受弧隙電壓，但不發(fā)生重燃現(xiàn)象，是礦用隔離開關(guān)分?jǐn)嘀凶顬楸举|(zhì)的要求?；∠峨妷捍嬖诨謴?fù)過程，其主要與弧隙介質(zhì)的回復(fù)強(qiáng)度有關(guān)，都屬于一個(gè)物理過程。其電弧最易發(fā)生重燃現(xiàn)象，如何調(diào)節(jié)弧隙恢復(fù)電壓與弧隙介質(zhì)強(qiáng)度成為關(guān)鍵，交流電弧熄滅具備的條件如以下公式：

注：uif(t)為弧隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度，V；

uhf(t)為弧隙的恢復(fù)電壓，V。

2.分?jǐn)嘞到y(tǒng)設(shè)計(jì)

按照國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5590-2008）以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（MT/T 111-2011、MT/T 971-2005）的規(guī)范要求，必須保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器的額定電壓或保持在1.05倍工作電壓、功率因數(shù)0.35±0.05試驗(yàn)條件下3次分?jǐn)囝~定或3～6倍額定電流能力，然后依次進(jìn)行正、反向6次分?jǐn)嘣囼?yàn)檢驗(yàn)。

此試驗(yàn)系統(tǒng)由試驗(yàn)線路、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 礦用隔離開關(guān)分段試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)線路設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)線路主要有高壓配電柜、沖擊試驗(yàn)變壓器、高低壓保護(hù)柜、負(fù)載阻抗、低壓開關(guān)柜組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。沖擊試驗(yàn)通過改變輸出端的連接方式，來進(jìn)行二次側(cè)的電壓調(diào)整，將10kV的電網(wǎng)電壓分別轉(zhuǎn)換成分?jǐn)嘣囼?yàn)用380V、660V、1140V三種電壓。通過前、后兩級(jí)阻抗的對(duì)比，形成不同的連接方式，來進(jìn)行調(diào)整整個(gè)回路使用的電流與功率因數(shù)。高、低壓保護(hù)柜用于控制和保護(hù)中試驗(yàn)回路的高、低電壓。同樣低壓開關(guān)柜由前級(jí)、后級(jí)陪試柜組成，分別用于礦用隔離開關(guān)的前后端，可以用于不同類型的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。

圖2 試驗(yàn)線路結(jié)構(gòu)圖

(2)控制系統(tǒng)

此次分?jǐn)嘣囼?yàn)主要采用的是雙PLC聯(lián)合控制系統(tǒng)，PLC信號(hào)輸出端發(fā)出信號(hào)，并直接與高壓配電柜、低壓保護(hù)柜、高低壓開關(guān)柜連接，實(shí)驗(yàn)中通過對(duì)線路設(shè)備的投入和切斷的有效調(diào)節(jié)，來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。將PLC2輸出端連接到試驗(yàn)中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制端，以此來調(diào)節(jié)隔離開關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作角度、運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)節(jié)，來達(dá)到與PLC相互協(xié)同、共同運(yùn)動(dòng)的功能。在接收PLC動(dòng)作信號(hào)的同時(shí)，合理設(shè)置延時(shí)時(shí)間，保障在電流滿載后立即進(jìn)行分?jǐn)嗫刂啤?/p>

(3)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的采集

數(shù)據(jù)的采集、處理單元主要由電流、電壓互感器、數(shù)據(jù)采集卡、積分器、工業(yè)計(jì)算機(jī)共同組成。通過各個(gè)電路元件的相互組合，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行合理的處理，將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，并進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理。并通過對(duì)電磁場(chǎng)的感應(yīng)，形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并通過對(duì)其輸出信號(hào)的積分運(yùn)算，通過一系列的轉(zhuǎn)換成為電流信號(hào)。

3.試驗(yàn)操作流程

當(dāng)進(jìn)行試驗(yàn)操作時(shí)，要確定斷路器的完好及相關(guān)位置，并確定額定電流、額定電壓（400A，1140V），同時(shí)嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)的操作流程，按照步驟開展實(shí)驗(yàn)，正確得到A相電壓、電流的波形示意圖（如圖3）。通過示意圖可知：電流、電壓的大小、持續(xù)時(shí)間分別為400A，1140V，140ms，當(dāng)實(shí)驗(yàn)停止時(shí)，同樣按照操作規(guī)范，按照順序關(guān)掉各開關(guān)。

圖3 分段試驗(yàn)曲線圖

4.結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)礦用隔離開關(guān)的分?jǐn)嘣O(shè)計(jì)試驗(yàn)，并重新改組設(shè)計(jì)了線路系統(tǒng)，非常有效的避免了接觸部分過熱、瓷質(zhì)絕緣損壞和閃絡(luò)放電等常見故障。以及減少了隔離開關(guān)拉、合過程中會(huì)引起電弧，燒傷觸頭，使接觸電阻增大的現(xiàn)象。充分證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較合理非常有效、性能穩(wěn)定，實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)，并為現(xiàn)場(chǎng)的安裝提供了有利的技術(shù)支撐。