關于地下礦山用電安全問題的探討

□文 / 湖南有色冶金勞動保護研究院 吳小雪 陳湘蘭

電力是地下礦山井下生產的基本能源動力。供電線路和用電設備在井下幾乎無所不在，由于井下空間相對狹窄、封閉，人員與電路、用電器接觸幾率大，導致觸電事故時有發生。當供電或傳輸線路過載時，將導致線路過熱并引燃線路包裹層，是引發電力火災事故的常見原因。鑒于此，加強井下用電安全工作十分必要。

事故常見類型和事故機理

井下用電事故大致上可分為線路過載（過流）、漏電、短路和觸電，其中觸電事故又分為直接觸電和間接觸電兩種類型。不同類型的事故引發機理不同，防范技術和措施也因此不同。只有對各種事故的引發機理充分認識和了解，才能采取有效的技術措施和手段防范事故發生。

◎線路過載（過流）

通常線路過載的主要原因是線路上連接的用電設備負荷太重，導致導線劇烈發熱，容易引燃導線包裹層（如塑料、橡膠、纖維編織物等），使得燃燒沿導線傳送蔓延。導線的允許載流量通常由導線材質、導線橫截面積以及導線敷設條件決定。不同導線的載流量在國際電工協會IEC 60364-5-523 1983標準中都有載明。

◎線路漏電

在正常情況下，電網線路通過絕緣、架空與地斷開，火線和地之間無電流環路。但在井下狹窄、潮濕環境中，火線有可能通過巖壁、潮濕空氣、水或者其他非正常搭接等渠道與地形成環路，產生漏電電流。漏電不僅會造成電能損失，相間短路、破壞電網電壓平衡，還會在漏電點或區域形成高電位，形成觸電威脅。嚴重的漏電可能導致三相電網失衡而無法正常工作。

◎線路短路

線路短路是指線路火線與火線、或者火線與零線發生意外短接事故。一旦發生短路，短路電流瞬間趨近于無窮大，不僅會燒毀線路及用電設備，還可能因瞬間產生的高熱量形成電弧，灼傷人員。對三相交流供電系統而言，線路短路會導致電網“失相”，三相平衡被破壞，嚴重者會導致供電系統崩潰。

◎人員觸電

人員觸電是地下礦山常發的用電事故類型。在井下十分有限的作業空間內布設了較多的線路和設備，大大增加了人員觸電的可能性和危險性。最容易發生的井下人員觸電事故有電氣維修觸電、接觸設備機殼帶電、觸碰電源火線等。

◎電氣維修觸電

在電氣維修過程中，如果電源未被切斷，極易造成觸電事故發生。對于某些容性設備的維修，如果電容正負極之間聚集的大量電荷未進行有效釋放，即使切斷了設備電源，電容器也有可能通過人體放電造成觸電事故。還有一種情況——維修的設備接地與人員接地系統不一致，兩個“地”之間存在較大電位差，也可能造成維修人員觸電。

◎接觸設備機殼帶電

在井下作業中，一些用電設備根據需要會經常被移動，或者是供電線纜被經常拖動，這些情況都容易造成線纜表皮磨損或接線端子脫扣、折斷、誤接，火線一旦接觸用電設備就會造成機殼帶電。在這種情況下，如果人員接觸機殼，就會發生觸電危險。

◎觸碰電源火線

地下礦山生產作業空間小，電力線路分布廣泛，人員與電網之間缺少足夠的安全空間，線路的誤接、不規范布設連接、電纜表皮磨損以及有線電力機車的裸露架線等都有可能因人員觸碰而發生事故。

主要安全技術

井下用電的安全工作主要從技術應用和措施管理兩方面開展，歸結下來，安全技術主要有過流保護、漏電保護和旁路保護。

◎過流保護

過流保護的基本原理是對線路電流進行檢測，當電流達到預先設定的限值時保護器動作，切斷過流線路。考慮到在大負載啟動時，線路上也可能會產生短暫過流現象，因此過流保護器一般還會增設延時動作或電壓檢測環節。因為線路過流往往還會伴隨著線路電壓的快速下降，所以可將過流和低壓作為保護器動作的兩個必要條件，避免誤動作。

◎漏電保護

漏電保護裝置的核心單元是檢測互感器。互感器磁芯為環形，三相線路火線、零線穿過環中，環形磁芯上繞有二次線圈。在無觸電、漏電情況下，穿過環形磁芯的線路電流矢量和為0，感應磁通的矢量和也為0，二次線圈無感應電勢輸出；當發生觸電或漏電現象時，穿過環形磁芯的線路電流矢量和不為0，感應磁通的矢量和也不為0，二次線圈有感應電勢輸出，經放大后驅動保護器動作切斷線路。

◎旁路保護

旁路保護技術的基本原理是在故障發生時保護器動作，將故障線路電流的絕大部分旁通接地，避免人員和設備受到意外大電流沖擊。常見的應用包括用電設備金屬外殼接地和防雷器保護。

◎用電設備金屬外殼接地

井下作業過程中人員觸碰設備外殼的現象是難以避免的，而因為移動、拖拽或磨損，火線觸碰機殼的現象也時有發生。當設備外殼接地后，一旦發生火線觸碰機殼使得設備外殼帶電，即使人員觸碰機殼也不會發生大的危險。因為人體電阻一般在1000Ω左右，而設備接地電阻一般為10Ω以下，此時大部分電流將通過機殼接地通道旁路掉，而流過人體的電流不足總電流的1%，在安全范圍內。

◎防雷器

防雷器是專門用于防止感應雷電流對用電設備造成沖擊的一種裝置。雷電流峰值往往高達數十千安，且脈動性極強，在一定區域范圍內會因電磁感應效應在導體內產生強大的感應電流。防雷器一端接設備電源輸入端，另一端接地。其作用機理是依靠內部的火花裝置旁路雷電流。火花裝置為一個密封的充滿惰性氣體的空腔，空腔內有陰陽兩個極片，正常情況下處于斷開狀態。當雷電流發生時，惰性氣體被擊穿，陰陽兩極導通，將雷電流旁路泄放入地。

探討

根據多年的非煤礦山安全培訓工作經驗，筆者認為在地下礦山用電安全問題上有幾個環節特別值得注意，提出來供大家探討。

◎設備接地和接零

用電設備應該采取接地保護還是接零保護，是一個容易讓人混淆的問題。搞清楚這一問題的關鍵，在于了解供電系統零線是否接地：如果供電系統零線未接地，則用電設備外殼必須接地；反之，在供電系統零線已經接地的情況下，用電設備外殼與零線相接就等同接地。

◎地網等電位連接

接地是否有效？這一問題常常被人忽略。主要表現在兩個方面：一是接地不良，接地電阻過大，導致設備電壓與地電壓相比仍然很高；二是地網之間未進行等電位連接，使得局部接地位置仍可能保有較高電壓。因此，地下礦山各中段、各作業點應統一接地，確保各個接地點等電位，且接地極與大地之間應通過添加電解質進行有效耦合，降低接地電阻。

◎合理的倒閘操作

在進行維修等作業之前需要進行倒閘操作切斷電源。但如果在線負載過大，倒閘時可能引起電弧火花，灼傷操作人員，因此對高壓、大負載的主回路開關應安裝滅弧裝置。合理的倒閘順序應該是從小負載開始，依次逐步關斷負載開關，使得在關斷總回路時在線負載盡量小。