（内蒙古自治区特种设备检验院 内蒙古呼和浩特 010031）
摘要：电动铲运机与柴油驱动铲运机相比,在驱动功率相同时,具有多方面的优势。如更低的通风要求,更低的热量排放和噪音,更低的能耗,更低的维修费用,更有力的挖掘操作(电动机扭矩恒定、反应迅速)等,同时,电动机的使用寿命是柴油机的1～2倍。为了获取电能,电动铲运机需要拖拽一根橡套电缆,长度≤200m。电缆限制了铲运机的移动距离,同时也带来了漏电与电缆消耗等问题,这是电动铲运机使用中的共性问题,特别是操作人员容易发生触电的问题以及相关的保护技术,引起人们较多的关注。
关键词：地下铲运机；电气安全；拖拽电缆
1电动铲运机电气安全措施
(1)电动铲运机属于有“电能直接作用危险”的设备[1],其金属机架属于“电气设备外露导电部分”,需符合国家标准GB-4064-83电气设备安全设计导则规定“当基本绝缘发生故障或出现电弧时,使用人员不致受到危险的接触电压的伤害。设备必须有防护措施:导电部分必须有与接地线连接的装置,并要保证接线处在电气上和机械上有非常可靠的连接”。(2)根据国家标准JB8518-1997地下铲运机安全要求[2]规定“电动铲运机机体应有接地保护措施.(3)电动铲运机的接地保护措施需符合国家标准GB16424-1996金属非金属地下矿山安全规程[3]9-6“保护接地”中规定“每台移动式设备至接地干线的接地导线电阻,不得大于1Ψ”。如果铲运机机体至接地干线电阻≤1Ψ,人触电时与铲运机并联;人体的公称电阻值为1000Ψ,因此,99.9%的漏电流将经过导线流向接地极,可确保人员安全[5]。(4)GB16424-1996规程9-7“检查与维修”中规定:对主要电气设备对地绝缘电阻值的测定为每季度一次。在生产作业中,电动铲运机拖拽的橡套电缆故障率较高,绝缘损坏每天都可能发生,经过修复的电缆,绝缘电阻下降较大,因此,主电路对地绝缘电阻值测定不能作为避免人员触电的防护措施。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将铲运机机体进行可靠的“保护接地”,是预防人员触电的有效保护措施。“保护接地”是靠铲运机拖拽电缆的接地芯线将金属机体与接地干线连通,电缆接地芯线的通、断,是保护接地关键。因此,对电缆接地芯线的监视是必要的。但目前国内还没有标准产品。
2 SE-134C保护器工作原理
我国中条山有色金属集团有限公司铜矿峪铜矿2003年引进5台美国阿特拉斯科普柯瓦格纳公司生产的EST-3.5电动铲运机。随机配备SE-134C保护器作为铲运机漏电保护装置。SE-134C保护器是加拿大Startco工程有限公司电力安全系列产品之一[4]。该产品已通过IEEE(国际电工委员会)性能测试,具备IEEE标准设备3GC、50、51G、51N号的保护功能;与EST-3.5电动铲运机配合,完成对拖拽电缆的保护,含零序电流保护和接地监视两种检测功能.Startco工程有限公司另一种产品:MPU-16A保护器上世纪90年代曾在我国白银有色公司小铁山铅锌矿引进的HST-IA电动铲运机上应用,完成对电动机和电缆保护,有IEEE标准设备号37、38、46、48、50、50G、51的功能,含电动机温度保护电缆过流、短路、缺相保护等,使用效果较好;但MPU-16A不具备接地监视功能,不能预防人员触电。因此,SE-134C保护器功能更适用。SE-134C保护器主要功能有:(1)零序电流保护(GROUND-FAULTMONI-TOR)采用电流互感器检测电动机或电缆相线对地漏电的电流值,当漏电流超过设定值,表明绝缘层严重受损,检测器将发出断电指令;零序电流保护器的设定值从0.5A到12.5A设11挡,用于调节保护值,完成对设备的保护(图2)。(2)对电缆接地芯线、控制芯线进行监视(GROUND-CHECK MONITOR),主要检测是否出现短路、断路和阻抗值超限等故障。目的是保证拖拽电缆的接地芯线良好导通,确保铲运机金属机架通过接地芯线可靠接地,实现对铲运机的保护接地,预防人员触电。(3)SE-134C保护器为了隔离井下电网杂散电流,防止外来信号窜入接地线,在接地保护箱电缆进线端接有信号隔离器(PARLLEL-PATH ISOLA-TOR)。
3 SE-134C保护器故障分析
SE-134C保护器的接地监视器是EST-3.5铲运机保护人员安全的重要设备,工作原理为串联继电器型检测器。监视信号经电缆控制芯线与铲运机机架、电缆终端装置连接,再经电缆接地芯线返回,形成回路。接地芯线与井下接地干线连通,为漏电流提供低阻抗通路。铜矿峪铜矿EST-3.5铲运机的SEI-134C接地监视器在使用中频繁保护,造成频繁断电,影响铲运机出矿[6]。故障原因主要是:监视信号回路电阻超限,SE-134C接地监视器的电路参数为:监视信号电压24VDC,电流105mA,最大允许电阻值R=28×(1±0.1)Ψ;电缆终端装置为稳压二极管,根据已知参数可推算出稳压管击穿电压U2≈21V。监视信号回路电压公式为:U1=UR+U2式中,U1—监视器输出信号电压24V;UR—信号线阻抗电压降,V。EST-3.5铲运机刚投入运行,因电缆没有损伤,信号线总阻抗R<28Ψ,则UR=IR=0.105A×28Ψ≤3V。U2=U1-UR=24V-3V=21V式中,I—监视信号电流,A;R—信号线总阻抗(稳压管之前),Ψ。此时,U2高于稳压管的击穿电压21V,稳压管导通,信号电流经电缆接地芯线返回监视器,监视器判断线路无故障。EST-3.5铲运机运行200h后的监视信号回路状态。此时,R=R1+R2+R3+R4。式中,R1—电缆断线的接头电阻(主要因素);R2—集电环接触电阻增加值(主要因素);R3—电动机启动停止按钮触点接触电阻增加值;R4—电缆升温后信号线电阻。R>28Ψ,即阻抗超限;电压降UR将大于3V,造成U2电压值低于稳压管击穿电压,使稳压管阻断;监视信号不能通过接地芯线返回,监视器判断为线路断开,触发脱扣器断电(故障指示OPEN)。如果电缆某处控制芯线与接地芯线发生短路,使监视信号在未到达稳压管就已返回监视器,该短路故障SE-134C监视器能正确识别,“短路”故障指示灯亮,并触发脱扣器断电(故障指示SHORT)。
结束语
电动铲运机安全生产需要性能优良的监视保护装置作保障,同时,改善电缆的恶劣工况是降低电缆故障率行之有效的方法。如电缆断线修复技术、卷缆机构的速度调整、司机对车速的控制、作业路面的平整度、巷道转角岩壁处理、避免车轮碾压电缆等等诸多因素都与电缆的使用寿命相关。
参考文献
[1]原中华人民共和国国家标准局.电气设备安全设计导则[S].GB4064-83
[2]原中华人民共和国机械工业部.地下铲运机安全要来[S].JB8518-1997
[3]中华人民共和国国家技术监督局.金属非金属地下矿山安全规程[S].GB16424-1996
论文作者:胡建魁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/13
标签：电缆论文; 铲运机论文; 监视器论文; 电压论文; 电阻论文; 保护器论文; 信号论文; 《电力设备》2017年第32期论文;