一種具有保護功能的防觸電高壓開關的設計及應用分析

苗陽播

（山西潞安礦業（集團）責任有限公司古城煤礦，山西 長治 046000）

引言

高壓開關指的是額定電壓≥3 kV，用于電路開合的電器。近十年來，隨著我國大型設備的不斷引入，高壓開關的需求也在逐年提升，行業工業總產值同比增長率均超過10%，行業整體處于高速發展階段。當前高壓開關行業的戰略發展主要包括縱向延伸以及橫向拓展，縱向延伸指的是行業整體水平的提升，例如設備的使用性能提升、行業標準完善以及創新體系形成等[1-2]；橫向拓展指的是行業整體規模逐漸提升、結構體系不斷完善。當前煤礦高壓開關使用過程中存在故障率較高等問題，給施工人員的生命安全帶來隱患。此外，由于礦井工作環境較為復雜，一旦出現故障維修人員難以準確掌握故障情況進行修理，降低了工作效率，增加了工人的勞動強度。本文針對此類問題，設計了一種具備保護功能的防觸電高壓開關，其能夠顯著降低高壓開關的觸電事故發生概率，確保施工人員的作業安全，提升煤礦的開采效率，對于煤礦企業具有重要借鑒意義。

1 帶有保護功能的防觸電高壓開關結構與原理

1.1 結構分析

針對當前高壓開關存在的弊端，設計出一種具備保護功能防觸電的高壓開關，結構示意圖如圖1 所示。新型高壓開關的主要組成部分包括支撐平板、限位釘、回形固定架、橫板、角度調節裝置、照射裝置、支撐腿以及防觸電裝置等。為了確保支撐平板工作過程中的穩定性，在其底部布置4 個固定且對稱的限位釘，為了確保角度調節裝置的穩定性，在支撐平板頂部設置1 個回形固定架，在固定架上方安裝橫板和角度調節裝置。為了確保角度調節的準確性，在裝置前方設置有照明設備，防觸電裝置處于整個設備的頂端，通過支撐腿和高壓開關相連接[3-4]。

圖1 帶有保護功能防觸電的高壓開關結構示意圖

角度調節裝置結構示意圖如圖2 所示，裝置的主要組成零部件包括轉軸、正反電機、活動板、滑槽以及限位桿等。轉軸的主要作用是將角度調節裝置和回形固定架進行可連接，通過上方的正反電機驅動其運動，轉軸中部和活動板相連接使得滑塊能夠在活動板上運動，為了起到對滑塊的限位作用，活動板前部開設有滑槽，滑槽內部設置有限位桿，確?；瑝K依照既定路線進行運動[5-6]。

圖2 角度調節裝置結構示意圖

照射裝置結構示意圖如下頁圖3 所示，裝置的主要組成部分包括滑塊、支撐桿以及照射燈等。照明裝置和防觸電裝置間存在一定間隔，避免照明裝置的照明效果受到干擾，照射燈和滑塊通過支撐桿進行連接，一旦裝置出現故障，照射燈能夠確保開關柜在維修過程中始終處于照明狀態，提升維修效率?；瑝K安裝在角度調節裝置的滑槽之中，通過限位桿進行限位，確保照射裝置和角度調節裝置的活動連接。

圖3 照射裝置結構示意圖

防觸電裝置結構示意圖如圖4 所示，裝置的主要組成零部件包括開關柜、放置槽以及斷路器等。開關柜通過支撐腿和照射裝置相連接，開關柜前部開設有放置槽，放置槽主要用于斷路器的固定，斷路器用于裝置的保護，使用過程中一旦電路短路或者電流過大，斷路器能夠控制電路自動斷電保護用電器；放置槽面積應當足夠大，確保斷路器能夠順利放置在槽中，照射裝置高度和斷路器保持一致[7-8]。

圖4 防觸電裝置結構示意圖

1.2 工作原理

煤礦開采過程中，一旦高壓開關電路電流超出標準范圍，裝置能夠實現自動斷路，避免開關產生漏電現象，實現防觸電功能，確保了操作人員的作業安全；斷路完畢后維修人員進入現場進行維修，裝置中的照明設備始終處于工作狀態，確保維修工作的順利進行，需要移動照明設備時通過手動控制支撐桿的前后運動帶動滑塊在滑槽中運動，限位桿確?；瑝K沿指定路線運動，支撐桿帶動照明設備前后移動，提升照明效果；需要轉動照明設備時通過轉軸上部安裝的正反電機進行調節，通過轉軸帶動照明設備轉動，起到角度調節的作用，提升照明效果；煤礦作業環境較為復雜，作業面煤渣厚度不一致，因此通過底部的限位釘將裝置固定在煤渣中，提升了設備的工作穩定性[9]。

2 實踐應用及效果分析

潞安化工集團古城煤礦百萬噸死亡率為0。當前已經實現全自動采煤作業，掘進作業的自動化程度也接近100%。由于原有的高壓開關裝置并未集成防觸電保護裝置并且設備維修過程中很多情況下需要維修人員對開關柜進行維修，因此存在漏電導致維修人員觸電的風險，維修人員的作業安全難以得到保障。為了避免此類問題的出現，礦井計劃對高壓開關進行更換，使用帶有保護功能防觸電的高壓開關對供電系統進行優化。

高壓開關更換過程進度較快，從2021 年9 月開始，僅耗時2 個月便順利完成，當前礦井已全面使用新型的高壓開關。對新型高壓開關投入使用后的使用效果進行分析不難發現，帶有保護功能防觸電的高壓開關實際使用效果較好，設備整體受外界干擾較少，應用以來未出現一起因為漏電導致的安全事故。顯著提升了礦井供電系統的安全性和使用壽命，此外即便出現故障，配置的照明系統和斷路器能夠在保證維修人員作業安全的基礎上提升維修效率。本次高壓開關優化十分成功，降低了觸電事故的發生概率、降低了設備的維修成本、確保了操作人員的作業安全，從源頭上提升了供電電網質量，安全經濟效益十分顯著。

3 結語

設計了一種新型的帶有保護功能防觸電的高壓開關，通過在傳統高壓開關的基礎上增設了防觸電裝置，防觸電裝置通過支撐腿和回形固定架相連接，照明裝置和轉軸相連接，通過正反裝置進行角度調節，通過支撐桿進行位置調節，提升了照明效果，進而提高了維修效率。新型帶有保護功能防觸電的高壓開關已經在潞安化工集團古城煤礦供電系統中投入使用，使用效果較好，給企業帶來了顯著的安全經濟效益。