矿用保护器(通常称为矿用隔爆型馈电开关综合保护装置 或矿用综合保护器 )是安装在矿用隔爆型馈电开关、启动器或组合开关内部的一种智能电子保护单元 。它的任务是实时监测供电线路的电气参数,并在出现短路、过载、漏电(绝缘下降)、过压、欠压、断相/不平衡等异常或故障时,切断电源 ,防止电气事故扩大化,人身、设备和矿井生产。
矿山井下环境其特殊且危险:
易燃易爆环境: 存在瓦斯(甲烷)、煤尘等可燃性气体和粉尘,普通的电火花或高温就可能引发爆炸。
空间受限: 巷道狭窄,设备密集,人员集中。
环境恶劣: 潮湿、淋水、粉尘大、机械振动冲击强。
供电系统复杂: 长距离电缆供电、负荷变化大、易产生过电压和漏电。
要求高: 任何电气故障都可能引发连锁反应(火灾、爆炸、设备损坏、人员伤亡)。
因此,普通工业保护器无法满足要求,使用专门设计、符合严格防爆和标准的矿用保护器 。
矿用保护器详解:
防爆结构:保护器本身作为电子插件,安装在隔爆外壳 (如馈电开关本体)内。
隔爆外壳能承受内部爆炸压力而不损坏,并能阻止内部爆炸火焰和高温气体传到外部危险环境。保护器的电路板、接线端子等均需进行特殊处理(如胶封、涂覆)以适应潮湿、粉尘环境。
功能(保护类型):
短路保护: 当线路发生相间短路或严重对地短路时,保护器以快速度(毫秒级) 切断故障线路。这是重要的保护之一。
过载保护: 当负载电流长时间过额定值(但短路电流)时,根据设定的反时限特性 (电流越大,动作时间越短)切断电源,防止电缆和设备因过热损坏。
漏电保护 / 绝缘监视: 监测电网对地的绝缘电阻值。
漏电闭锁: 在开关合闸送电前,检测负载侧线路绝缘。如果绝缘电阻设定值(如 40KΩ/1140V, 22KΩ/660V),则禁止开关合闸 ,防止向已漏电线路送电。
漏电跳闸(选择性漏电保护): 开关合闸运行后,持续监测电网绝缘。如果绝缘电阻下降到危险值(闭锁值)或发生人身触电单相接地故障时,切断电源 。的保护器还具有选择性 ,能区分是总开关出线故障还是分支线路故障,只切断故障分支,减少停电范围。
过压保护: 当电网电压异常升高过设定值时(如额定电压的115%),切断电源,保护设备绝缘。
欠压保护: 当电网电压异常降低过设定值(如额定电压的70%)或消失时,切断电源。这既保护设备(如电机在低压下运行易过热损坏),也防止电网电压恢复时多台电机自启动造成冲击。
断相/不平衡保护: 检测三相电流不平衡(如缺一相)或严重不平衡,防止电机单相运行烧毁。
相敏保护(可选): 主要用于电机回路,结合电流和电压相位角判断是否发生堵转等异常工况。
附加功能和特性:
自检功能: 上电或定期自动检测保护器内部关键电路(如CPU、存储器、AD采样、出口回路)是否正常。
故障记忆与显示: 记录近发生的故障类型、故障参数(如故障电流值、漏电电阻值、故障相别)、发生时间。通过LED指示灯、数码管或液晶屏清晰显示当前状态、运行参数和故障信息,便于快查。
通讯接口: 通常具有RS485、CAN或以太网接口,支持Modbus等协议,可将运行数据、故障信息上传至矿井自动化系统或电力监控系统。
参数整定: 通过面板按钮或通讯接口,可灵活设置各项保护功能的定值(如额定电流、短路倍数、过载时间常数、漏电闭锁/跳闸电阻值、过压/欠压值等),以适应不同的负载和线路。
试验功能: 提供短路、过载、漏电等保护功能的模拟试验 按钮,方便定期检验保护器动作是否。
高压联锁(可选): 用于控制高压配电装置的断路器分闸。
风电瓦斯闭锁(煤矿): 接收来自风电瓦斯监控系统的信号。当工作面局部通风机停风或瓦斯浓度,强制切断被控设备的电源并闭锁,只有通风和瓦斯恢复正常后,经人工复电才能解锁。这是煤矿防爆的环节之一。
防晃电功能(可选): 短时电压跌落或中断时维持接触器吸合或按设定逻辑重启动,减少生产中断。
关键参数与选型:
额定电压: 匹配电网电压等级(常见1140V, 660V, 380V等)。
额定电流: 匹配所控制线路或设备的额定工作电流。
短路分断能力: 保护器所安装的开关本体的大短路开断电流(如7.5kA, 12.5kA),保护器需能驱动开关在此电流下分断。
保护功能: 根据应用需求选择的保护类型(短路、过载、漏电闭锁/跳闸是基本的)。
防护等级: 作为内部插件,由其安装的隔爆外壳保证(通常IP54以上)。
防爆标志: Ex d[ib] I Mb (煤矿用隔爆兼本安型)或 Ex d I Mb 。这是重要的强制性标志!在中国还矿用产品标志(MA/KA标志) 。
应用场景: 是用于总开关(进线)、分路开关(配出)、照明综保、还是磁力启动器(控制电机)?不同的应用对功能要求略有差异。
通讯要求: 是否需要接控系统?需要什么协议?
安装与应用场景:
矿用隔爆型馈电开关: 作为总开关或分路开关的保护单元,保护主干线或分支线路。
矿用隔爆型电磁启动器: 保护和控制电动机(如采煤机、掘进机、皮带机、水泵、风机电机)。
矿用隔爆型照明信号综合保护装置: 保护和控制127V照明及信号线路。
矿用隔爆兼本质型组合开关: 用于控制多台电机(如采煤机的截割、牵引、破碎电机),内部包含多套保护单元。
维护与注意事项:
定期试验: 严格按照规程使用面板上的试验按钮进行保护功能模拟试验,确保动作。
定期校准: 按厂家建议或规程进行电流、电压、漏电电阻等关键参数的校验。
参数整定: 参数设置准确,过大可能导致拒动(不保护),过小可能导致误动(无故跳闸)。需由人员根据负荷和线路情况计算设定。
防潮防尘: 保持开关外壳完好,密封圈有效。检修后务必恢复隔爆面清洁和紧固。
故障处理: 根据显示的故障信息快速问题(是线路故障还是保护器本身故障)。换保护器时注意型号、参数兼容性。
强制认证: 严禁使用无矿用产品标志(MA/KA)的“非标”保护器! 这是底线。
总结:
矿用保护器是矿山井下供电系统的“智能卫士”和 “防爆”。它集成了多种保护算法和功能,通过实时监控、快速判断和动作,有效防止短路、过载、漏电等电气故障引发的火灾、爆炸、设备损坏和人身伤亡事故。其设计严格遵循防爆和标准(特别是防瓦斯煤尘爆炸的要求),具备自检、显示、通讯等智能化特性。正确选型、安装、整定、维护和定期试验矿用保护器,是矿山生产的关键环节之一。
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