專(zhuān)利名稱(chēng)：礦井供電安全隔離消弧與保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及礦井供電安全隔離消弧與保護(hù)裝置。
二背景技術(shù)：
我國(guó)現(xiàn)有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦及個(gè)體煤礦大多采用一臺(tái)變壓器用于地面供電，同時(shí)又向煤礦井下供電，這種供電方式違背《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定“嚴(yán)禁由地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器或發(fā)電機(jī)直接向井下供電”的要求。因這種供電方式在發(fā)生人身觸電或單相接地故障時(shí)，容易產(chǎn)生強(qiáng)電弧引起瓦斯煤塵爆炸或人身觸電事故。為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用三種措施，其一是井上一臺(tái)變壓器，井下一臺(tái)礦用變壓器。采用這種供電方式又存在以下問(wèn)題①下井電源為中性點(diǎn)直接接地方式，不符合要求；②電壓等級(jí)不配套，礦用變壓器為6/0.4kV，農(nóng)網(wǎng)為10kV；③投資費(fèi)用大。礦用變壓器成本較電力變壓器價(jià)格高，增加了用戶(hù)的費(fèi)用。其二是變地面變壓器為中性點(diǎn)不直接接地方式。將變壓器中性點(diǎn)斷開(kāi)，變?yōu)樽儔浩髦行渣c(diǎn)絕緣方式或經(jīng)高阻(含消弧線(xiàn)圈)接地方式，這雖滿(mǎn)足了《煤礦安全規(guī)程》的要求，但又要受到以下幾個(gè)方面的制約①上述作法電業(yè)部門(mén)不允許，我國(guó)《低壓用電安全規(guī)程》中明確要求低壓供電變壓器的中性點(diǎn)必須直接接地；②因變壓器中性點(diǎn)斷開(kāi)，發(fā)生人身觸電或單相接地時(shí)，因漏電流降低，造成原保護(hù)裝置靈敏度降低甚至拒動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)行事故不易發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步擴(kuò)大事故范圍；③易發(fā)生過(guò)電壓現(xiàn)象，造成大面積家用電器燒壞；④變壓器中性點(diǎn)表面上看擬斷開(kāi)了，但實(shí)際并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)變壓器中性點(diǎn)真正意義上斷開(kāi)。因村民用電必須采用三相四線(xiàn)制，即使在變壓器上斷開(kāi)其中性點(diǎn)，斷開(kāi)的中性點(diǎn)與村民用電的零線(xiàn)連接，而零線(xiàn)又與村民用電設(shè)備的機(jī)殼相連構(gòu)成保護(hù)接零。這樣就形成多點(diǎn)重復(fù)接地，實(shí)際上變壓器仍然是中性點(diǎn)直接接地供電方式。其三是地面同時(shí)采用兩臺(tái)變壓器供電方式，一臺(tái)變壓器的中性點(diǎn)直接接地，向村民供電；另一臺(tái)變壓器的中性點(diǎn)不直接接地向井下供電。這種供電方式的缺點(diǎn)在于原變壓器負(fù)荷減少，相對(duì)損耗大，不利原變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，相對(duì)電費(fèi)成本增加。新增一臺(tái)變壓器需要變壓器購(gòu)置費(fèi)、高低壓配電柜及施工費(fèi)等，無(wú)形中給礦主增加一次性投資太大，不夠經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)資源。第四種方法是采用隔離變壓器實(shí)現(xiàn)下井電源中性點(diǎn)不接地，本方案受到井下負(fù)荷的限制，井下負(fù)荷較大時(shí)，隔離變壓器損耗增加不宜采用，經(jīng)我們檢索，亦有此方面專(zhuān)利。
鑒于上述四種供電方式都各自存在一定的缺陷，不利于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展，本實(shí)用新型只采用一臺(tái)變壓器供電方式，既解決地面用戶(hù)變壓器中性點(diǎn)直接接地要求，又解決了《煤礦安全規(guī)程二》規(guī)定的井下用電的中性點(diǎn)不直接接地的要求。而且具有相應(yīng)的用電安全消弧與保護(hù)功能。
三
發(fā)明內(nèi)容
在地面上采用一臺(tái)中性點(diǎn)直接接地變壓器，變壓器的低壓側(cè)分別連接村民供電線(xiàn)路、礦井地面供電線(xiàn)路。本實(shí)用新型的改進(jìn)之處在于下井線(xiàn)路還串聯(lián)有礦井供電隔離消弧保護(hù)裝置后再下井，該裝置內(nèi)有信號(hào)采樣電路、短路保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電路，過(guò)流保護(hù)電路的輸出端與零序電抗器連接，零序電抗器的兩端并聯(lián)連接調(diào)節(jié)電容，零序電抗器的輸出端連接三相井下供電線(xiàn)路，在井下線(xiàn)路有線(xiàn)路分布電容存在。所述信號(hào)取樣電路又分別與過(guò)壓保護(hù)電路、欠壓、缺相保護(hù)電路連接，在零序電抗器的副線(xiàn)圈上連接有漏電保護(hù)電路。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，該裝置只用一臺(tái)中性點(diǎn)直接接地變壓器，它不改變地面變壓器供電方式，不影響地面用電設(shè)備的用電狀態(tài)，又可實(shí)現(xiàn)井下電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地供電方式。符合《煤礦安全規(guī)程》的要求。它最大的特點(diǎn)是①?gòu)牧阈螂娍蛊鞯挠疫吙?，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地，滿(mǎn)足下井供電變壓器的中性點(diǎn)不直接接地的要求；②從零序電抗器的左邊看，滿(mǎn)足地面供電中性點(diǎn)直接接地的要求；③消弧線(xiàn)圈電感量的調(diào)節(jié)是采用并聯(lián)電容C0調(diào)節(jié)，以達(dá)分布電容電流的最佳補(bǔ)償與消??；④實(shí)現(xiàn)了過(guò)電壓、欠電壓、短路、過(guò)流、缺相、接地和漏電等保護(hù)功能。特別是零序電流取樣來(lái)自零序電抗器的副線(xiàn)圈，有效防止相地短路電流引起的瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)和井下人身觸電或單相接地故障所造成的危害，是目前國(guó)內(nèi)解決小煤礦變壓器中性點(diǎn)接地問(wèn)題最為理想、經(jīng)濟(jì)的一種裝置。
主要技術(shù)指標(biāo)a.額定電壓Un三相380V；50Hzb.額定電流In45.6A；75.9A；121.5A；151.9A；243.1Ac.適配變壓器容量Sn30KVA；50KVA；80KVA；100KVA；160KVAd.中性點(diǎn)隔離度knkn≥300e.單相接地短路電流Ion≤150mAf.單相l(xiāng)k電阻漏電流IR≤100mAg.中性點(diǎn)等效阻抗z0＞3kΩh.過(guò)電壓動(dòng)作電壓值Ugk456+10Vi.欠電壓動(dòng)作電壓值Ujk304-10Vj.過(guò)電壓動(dòng)作時(shí)間tgktgk≤60sk.欠電壓動(dòng)作時(shí)間tjktjk≤120s
l.額定漏電動(dòng)作電流IΔn50mAm.額定漏電不動(dòng)作電流IΔn030mAn.輔助電源額定電壓Usn直流12V；交流15V。
o.額定漏電流保護(hù)分析時(shí)間tArtAr≤0.1sp.額定過(guò)電流動(dòng)作整定值IgIg＝(1.2～2.0)Inq.消弧補(bǔ)償選擇方式8級(jí)手動(dòng)r.諧度υυ≥0
圖2所示，三相電壓取樣濾波電路13的一端與具有短路保護(hù)功能的斷路器1的輸入端相連，另一端分別連接跟隨器14、15、16，跟隨器14、15、16的輸出端依次連接過(guò)壓比較器17、25、33，和欠壓或缺相比較器21、29、37，各路信號(hào)處理依次經(jīng)過(guò)延時(shí)器18、26、34、22、30、38；比較器19、27、35、23、31、39；觸發(fā)器20、28、36、24、32、40。圖中線(xiàn)路缺相保護(hù)與欠壓保護(hù)采用同一單元實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榍穳罕Ｗo(hù)的極限狀態(tài)就是系統(tǒng)缺相運(yùn)行。
圖3為圖2的過(guò)壓、欠壓、缺相保護(hù)電路圖。每相保護(hù)原理相同。信號(hào)采樣電路13由變壓互感器TVa、TVb、TVc、二極管D1～D4，C1、C2、R1、R2組成。電阻R3的輸出端與跟隨器A114連接，跟隨器14的一路接過(guò)壓保護(hù)電路，由R5、R6、R7、A2組成過(guò)壓比較器17，由R8、C3組成延時(shí)器18，由R9、R10、R11、A3組成判斷比較器19，由J1、D5、SCR1組成過(guò)壓觸發(fā)器20；跟隨器14的另一路由R12、R13、R14、A4組成欠壓缺相比較器21，由R15、C4組成延時(shí)器22，由R16、R17、R18、A5組成欠壓、缺相判斷比較器23，由J2、D6、SCR2組成欠壓、缺相觸發(fā)器24。
其他兩相原理與上述相同。
圖4為漏電保護(hù)原理圖，零序電流采樣電路的輸入端與零序電抗器4的副線(xiàn)圈M0連接，另一端依次連接的由D19～D22、C17、C18、R57、R58組成漏電取樣濾波電路，A17、R59、R60組成跟隨器，由R61、R62、R63、A18組成漏電比較電路，由R64、C17組成漏電延時(shí)器，由R65、R66、R67、A19組成漏電整定電路，由J7、D23、SCR7組成漏電觸發(fā)器。
圖5(a)為中性點(diǎn)接地隔離與消弧供電原理圖，圖中為M1、M2、M3互感耦合系數(shù)，C為線(xiàn)路分布電容，Rr為等值人身觸電電阻，L0為電抗器電感，R0為等值電阻。在變壓器1向井下供電線(xiàn)路上串接電抗器L0和并聯(lián)調(diào)節(jié)電容C0組成零序電抗器4。零序電抗器4的輸出端再向井下供電，其等值電路如圖5(b)所示，其中性點(diǎn)電抗XL0起中性點(diǎn)隔離作用，故障情況下在電感L0′上產(chǎn)生感性電流起補(bǔ)償消弧作用。
綜上所述，《煤礦安全規(guī)程二》是煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)遵守的一個(gè)行業(yè)法規(guī)，其規(guī)程規(guī)定“向井下供電的變壓器中性點(diǎn)不能直接接地”，而且“井下低壓供電應(yīng)具有短路、過(guò)負(fù)荷、欠壓釋放、漏電閉鎖保護(hù)裝置”。本實(shí)用新型的技術(shù)方案就是按規(guī)程的有關(guān)規(guī)定而設(shè)計(jì)的，同時(shí)又為生產(chǎn)企業(yè)降低生產(chǎn)成本所作出的發(fā)明創(chuàng)造。下面就本實(shí)用新型的保護(hù)功能作以下說(shuō)明1.過(guò)壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)是為防止電網(wǎng)電壓升高或負(fù)荷過(guò)小引起供電電壓過(guò)高導(dǎo)致用電設(shè)備或線(xiàn)路絕緣擊穿、放電、過(guò)熱等事故發(fā)生而設(shè)置的保護(hù)功能。過(guò)電壓保護(hù)信號(hào)采集來(lái)自電源進(jìn)線(xiàn)端，各相分別處理。其過(guò)電壓動(dòng)作值為380v+20％(456v+10v)，過(guò)電壓60s延時(shí)動(dòng)作于斷路器脫扣線(xiàn)圈跳閘，并以指示燈顯示。
2.欠壓和缺相保護(hù)電網(wǎng)供電電壓降低或用電負(fù)荷過(guò)大時(shí)就會(huì)造成欠電壓，井下設(shè)備以電動(dòng)機(jī)為主，長(zhǎng)期欠壓運(yùn)行造成線(xiàn)路及設(shè)備電流增大，導(dǎo)致供電線(xiàn)路和電機(jī)過(guò)熱或燒壞。
缺相運(yùn)行會(huì)造成電機(jī)過(guò)流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞電動(dòng)機(jī)與供電線(xiàn)路，對(duì)設(shè)備端運(yùn)行和煤礦安全造成危害。
欠壓和缺相檢測(cè)采用分相進(jìn)行處理，無(wú)論哪一相欠壓或缺相都將經(jīng)比較延時(shí)、觸發(fā)環(huán)節(jié)作用于跳閘并給出燈光信號(hào)。
3.過(guò)流保護(hù)過(guò)流保護(hù)利用熱繼電器/實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，具有過(guò)流保護(hù)的反時(shí)限特性。過(guò)電流整定值(1.2～2.0)In，并動(dòng)作于斷路器脫扣線(xiàn)圈和燈光指示。
4.漏電保護(hù)利用零序電抗器副線(xiàn)圈輸出作為零序電流輸出信號(hào)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，輸出信號(hào)為零；系統(tǒng)接地短路時(shí)，輸出信號(hào)作為零序電流信號(hào)。而且故障愈嚴(yán)重，輸出信號(hào)愈大。此信號(hào)經(jīng)二階濾波、整流、放大、比較，作用于觸發(fā)跳閘閉鎖電路，并由燈光信號(hào)指示故障類(lèi)型。
權(quán)利要求1.一種礦井供電安全隔離消弧與保護(hù)裝置，包括中性點(diǎn)直接接地變壓器(1)，變壓器(1)的低壓側(cè)分別連接村民供電線(xiàn)路(2)、礦井地面供電線(xiàn)路(3)，其特征在于低壓側(cè)還分別連接有信號(hào)采樣電路7、短路保護(hù)電路10和過(guò)流保護(hù)電路(11)，過(guò)流保護(hù)電路(11)的輸出端與零序電抗器(4)連接，零序電抗器(4)的兩端并聯(lián)連接調(diào)節(jié)電容(C0)，零序電抗器(4)的輸出端連接三相下井電路(5)，在下井電路(5)的左側(cè)為線(xiàn)路分布電容(6)，所述信號(hào)采樣電路(7)用以取樣電網(wǎng)電壓信號(hào)，分別與過(guò)壓保護(hù)電路(8)、欠壓、缺相保護(hù)電路(9)連接，在零序電抗器(4)的副線(xiàn)圈上連接有漏電保護(hù)電路(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，礦井供電安全隔離消弧與保護(hù)裝置，其特征在于井下供電是通過(guò)零序電抗器達(dá)到向井下供電電源中性點(diǎn)不直接接地的隔離目的，而地面用電設(shè)備仍保留三相四線(xiàn)制，且變壓器中性點(diǎn)直接接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦井供電安全隔離消弧與保護(hù)裝置，其特征在于采用調(diào)節(jié)零序電抗器兩端所接電容C0值來(lái)改變向井下供電的電源中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈電感量大小消弧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述礦井供電安全隔離消弧與保護(hù)裝置，其特征在于采用檢測(cè)傳感器、電子式過(guò)壓、欠壓、缺相、漏電保護(hù)器、斷路器、熱繼電器組成具有報(bào)警與動(dòng)作的組合式漏電保護(hù)器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及礦井供電安全隔離消弧與保護(hù)裝置。該裝置置于礦井地面向井下輸電的供電系統(tǒng)中。該裝置包括具有短路保護(hù)功能的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和具有過(guò)流保護(hù)的熱繼電器，以及三相零序電抗器，其零序電抗器兩端并聯(lián)連接調(diào)節(jié)電容器，零序電抗器的輸出端連接三相下井線(xiàn)路，井下輸電線(xiàn)路存在有分布電容。零序電抗器的副繞組線(xiàn)圈上連接漏電保護(hù)電路。采用該裝置實(shí)現(xiàn)了《煤礦安全規(guī)程》“嚴(yán)禁由地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器向井下供電”的要求，又滿(mǎn)足了電力部門(mén)規(guī)定的地面供電須變壓器中性點(diǎn)直接接地的要求。本裝置可節(jié)約投資，有效防止井下供電人身觸電的發(fā)生及單相接地產(chǎn)生強(qiáng)電弧引起井下瓦斯煤塵爆炸的危害。
文檔編號(hào)H02H9/00GK2527010SQ02224430
公開(kāi)日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2002年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月16日
發(fā)明者傅周興, 何文林, 蘇陸嶺, 王楓, 趙永秀, 張莉, 李磊 申請(qǐng)人:西安科技學(xué)院