等電位連接在井下接地系統中的研究與應用

王 偉

（中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京市西城區，100120）

隨著我國煤礦機械自動化的發展，電氣設備在井下的大量使用增加了人員發生觸電事故的幾率，同時由于煤礦井下存在生產條件較差、巷道空間不足以及空氣潮濕等原因，人員一旦接觸到漏電設備必然會造成嚴重的觸電傷亡事故。設備漏電產生的電火花也有可能引起煤塵和瓦斯爆炸，造成重大的安全事故，因此接地保護對礦井的安全生產意義重大。

1 接地保護的工作原理

煤礦井下配電變壓器為中性點不直接接地系統，在沒有接地保護時，若人體接觸到漏電設備的外殼，漏電電流通過人體流入大地，再經過電網對地絕緣阻抗形成回路，無接地保護時人員觸電示意圖見圖1。

由圖1可見，電網對地絕緣一切正常時，漏電設備對地電壓很低，但在煤礦井下長期的生產運行中，當發生電網對地絕緣下降，對地絕緣阻抗降低，則通過人體的漏電電流值很可能遠遠超過人體安全極限電流 （30 mA），造成人身觸電事故，特別在煤礦井下，漏電電流還有可能引起煤塵和瓦斯爆炸等重大事故。

圖1 無接地保護時人員觸電示意圖

為了避免各種因漏電而可能發生的事故，井下供配電系統必須設置有效的接地保護裝置。當設有接地保護時，若人體接觸到漏電的設備外殼，人體與接地裝置形成并聯電氣回路，有接地保護時人員觸電示意圖見圖2。

圖2 有接地保護時人員觸電示意圖

由圖2 可見，由于人體電阻遠遠大于接地電阻，所以漏電電流的絕大部分是經過接地裝置流入大地的，而流過人體的漏電電流很小，遠小于人體的安全極限電流值，因而保證了井下作業人員的人身安全。

2 煤礦井下普遍使用的接地做法及存在的問題

2.1 井下保護接地系統的構成

井下保護接地系統是由分布在井下各供配電點的保護接地裝置通過接地導線連接起來，組成統一的保護接地網。根據煤礦相關規范的規定，井下需要設置保護接地裝置的地點包括井下各變電所、配電點、電氣設備硐室和高低壓電纜接線盒等處。井下任意一處供配電點的保護接地裝置的做法，都是由各電氣設備引出接地支線，接地支線均連接至接地母線，由接地母線連接至接地極，再通過引至該供配電點的鎧裝電纜的金屬外皮和橡套電纜的接地芯線將此處保護接地系統接入井下接地網。

2.2 井下普遍使用的接地做法

煤礦井下最常見的接地做法是沿著變電所或配電硐室的巷道壁敷設一根鍍鋅扁鋼作為接地母線，該地點的所有電氣設備以獨立的接地支線連接至接地母線，接地支線與接地母線之間以焊接或螺栓連接，接地母線與接地極采用連續焊接的方式連接。

在一些臨時的配電點，例如動力電纜接線盒處、采區排水點、小型絞車處、掘進頭以及移動設備列車等處，也常采用以鍍鋅鋼絲繩作為接地母線和接地支線，兩端均分別壓制銅線線鼻，電氣設備、接地支線、接地母線與接地極之間均采用鍍鋅螺栓連接。

2.3 目前存在的問題

目前我國煤礦井下普遍使用的接地做法并不適用于井下所有的工作場合，尤其是作業環境較惡劣的場所容易出現安全隱患，存在的問題如下：

（1）井下的接地母線均是裸露敷設，所以接地母線和接地支線靠焊接或螺栓連接的連接點暴露在空氣中，在井下長期使用的過程中，會有很多煤塵堆積在接地線上，加之空氣潮濕很容易對接地母線與支線的連接點造成腐蝕，使得連接點出現虛接的現象，未能形成有效的電氣通路，從而沒有很好的保護接地系統。

（2）在移動設備列車和掘進頭配電點這樣需要頻繁搬遷設備的場合，由于接地母線較長又沒有防護罩，很容易在搬遷設備的過程中磕碰到接地母線，對接地母線造成機械性損傷，且時常伴有落煤和落石現象，砸到沒有防護的接地母線就有可能造成接地線的機械性損傷，也可能造成接地母線與支線連接點的松動。井下多數供配電點都敷設有兩根接地母線，即局部接地母線和輔助接地母線，在一些照明條件不佳的場合，容易出現將設備的局部接地線和輔助接地線接錯的現象。

（3）由于接地母線較長且需使用專用支架敷設在固定的巷道壁上，所以接地母線要求敷設平整，然而在井下除了大巷、變電所和一些固定配電點等處的巷道壁較為平整外，很多場所的巷道壁都是凹凸不平的，而母線支架都是統一制作，這就使得接地母線不能平整沿巷道壁敷設，在安裝施工過程中造成了不小的困難，安裝時會使用幾段鍍鋅扁鋼靠焊接或螺栓連接在一起形成一根接地母線，在巷道不平整的時候，由于受力不均勻也增加了接地母線機械損傷的風險。

3 井下等電位連接

3.1 井下等電位連接的原理和優點

等電位連接簡單來說就是將建筑物內所有的金屬構件的接地線統一用電氣連接的方法連接起來，使整個建筑物形成一個良好的等電位體，可以降低建筑物內間接接觸電壓以及不同金屬物間的電位差，消除經電纜線路和金屬管道引入的故障電壓的危害。而井下等電位連接，也就是將井下供配電點內的所有金屬構件連接起來，形成一個良好的等電位體，由于井下作業環境復雜，各類金屬構件又較多，各種金屬管道和軌道等與電纜在同一巷道中平行敷設數公里，一旦電氣設備或電纜發生漏電故障引起其它金屬構件帶電，就有可能造成重大的安全事故。

等電位連接的做法，是通過等電位連接線將金屬管道和軌道等金屬構件與大地連接形成一個良好的等電位體，各金屬構件之間便不會因為存在較大的電位差而引起電火花。當人員觸碰到已經帶電的金屬構件時，因為金屬構件與大地之間的電位差很小，則施加在人體的漏電電壓值就很小，流過人體的電流值會遠小于安全極限的電流值。

井下等電位連接還可以起到靜電防護的作用，由于井下金屬設備較多，則可能因感應和摩擦等原因產生靜電，容易產生火花放電引起煤塵和瓦斯爆炸，做好等電位連接可以將靜電電荷通過接地裝置流入大地，從而防治和降低了靜電危害。

3.2 井下等電位連接的兩種做法

針對煤礦井下普遍接地做法所引起的諸多問題，經過研究井下保護接地系統的特點，考察現場實際應用的需求，提出了將等電位連接這一概念和做法運用在井下的接地系統中。煤礦井下的等電位連接根據不同的安裝地點分為以下兩種做法：

（1）在環境比較惡劣的條件下，供配電點等場所的等電位連接做法，是在供配電點內掛壁處安裝1臺帶防護罩的等電位連接端子箱，將所有電氣設備的金屬外殼或接地端子、進出供配電點的電纜金屬屏蔽層、金屬管道和金屬軌道等金屬構件用獨立的接地支線接至等電位端子箱，再由等電位端子箱引出接地母線至接地極，接地線與等電位端子板采用螺栓連接。

該做法與原來接地的做法最大的區別就是使用等電位連接端子箱取代了在供配電點內敷設的接地母線段，很好解決原有接地做法的弊端。由于等電位端子箱帶有護罩，可以避免因煤塵堆積、淋水等原因造成的接地連接點腐蝕而引起的電氣連接故障，還大大降低了因為設備搬遷以及落石和落煤等原因造成的機械性損傷。在等電位端子箱和輔助接地端子箱上均設有明顯的標識，接線簡單方便，不易出現將局部接地線和輔助接地線接錯的問題。端子箱體積小，安裝簡單，對安裝環境要求小。

（2）在變電所和固定供配電點等安裝使用環境較為簡單場所的做法，依然采用沿巷道壁敷設一整根鍍鋅扁鋼作為接地母線，將所有的接地支線均接至接地母線后再接至接地極。

與原接地做法的區別是除了需要正常接地的電氣設備和電纜金屬屏蔽層等外，還將進出變電所或供配電點的金屬水管、風管及金屬軌道等金屬構件也用接地導線邊接至接地母線。這時接地母線就起到了等電位端子板的作用，將該變電所或供配電點形成一個良好的等電位體。

3.3 井下等電位連接的實際應用案例及問題

井下等電位連接的做法首先應用在陜西的檸條塔煤礦，經過現場的實際考察后發現等電位連接做法安全、可靠、實用，解決了原有接地做法會出現的諸多實際問題。尤其是在條件惡劣的應用場所，等電位端子箱的使用為整個接地保護系統提供了可靠的防護措施，解決了重大的安全隱患問題。此后，又陸續在陜西的小莊礦和雅店礦以及山西的常村礦和高河礦等煤礦井下使用了等電位連接的做法，效果同樣得到了實踐的肯定。

另外，井下等電位連接應該可以起到抑制井下交流雜散電流的作用，但實際應用效果還待繼續研究和實驗。

4 結語

井下接地保護對煤礦企業安全生產的意義重大，井下等電位連接既解決了實際問題，又完善了接地保護系統，為煤礦企業的安全生產提供了可靠的安全保障。

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