礦山井下IT配電系統絕緣監測研究及應用

0 引言
      *，能源作為經(jīng)濟發(fā)展的重要引擎，堪稱(chēng)是國民經(jīng)濟的命脈。采礦業(yè)一直是能源工業(yè)的重要支柱，我國的礦業(yè)生產(chǎn)主要來(lái)自井下開(kāi)采，環(huán)境惡劣，就以煤礦為例，煤礦井下存在水、火、瓦斯、煤塵、頂板五大自然災害，加上生產(chǎn)環(huán)境復雜，易發(fā)生惡性事故。
      出于安全考慮，礦山井下低壓配電系統的接地形式按規定采用的是IT系統。IT系統就是電源中性點(diǎn)不接地、用電設備外露可導電部分直接接地（PE線(xiàn)）的系統。
      IT系統的特點(diǎn)是發(fā)生第一次接地故障時(shí)，接地故障電流僅為非故障相對地的電容電流，其值很小，外露導電部分對地電壓不超過(guò)50V，不需要立即切斷故障回路，因此可以保證供電的連續性。但此時(shí)非故障相對地電壓會(huì )升高1.732倍，對線(xiàn)路耐壓要求提升；同時(shí)一旦發(fā)生二次接地，則構成危險的相間短路，所以須配置絕緣監測裝置，以便在發(fā)生第一次接地時(shí)就要及時(shí)排除隱患。
      而對于以煤礦為典型代表的井下環(huán)境來(lái)說(shuō)，在開(kāi)采過(guò)程中，由于工作場(chǎng)所空間小、縱深長(cháng)，加上空氣潮濕、多塵、巷道滴水和積水等諸多惡劣因素，很容易引起電纜和電氣設備老化和絕緣電阻下降，從而導致井下設備、電纜經(jīng)常發(fā)生絕緣強度降低、單相漏電或單相接地故障，不及時(shí)處理就可能進(jìn)一步發(fā)展成相間短路。因此，井下作業(yè)人員比正常環(huán)境下更容易遭受電擊的危險，而且還可能導致瓦斯、煤塵的爆炸。
      顯而易見(jiàn)，對礦山井下IT系統的實(shí)時(shí)絕緣監測具有更重要的意義。

1 標準規范中的相關(guān)規定
      為了保證井下生產(chǎn)的正常開(kāi)展和保護井下人員的操作安全性，國家制定了不少相關(guān)標準和規范，對IT系統安裝絕緣監測裝置進(jìn)行了具體規定。
      例如《GB 50070—2009 礦山電力設計規范》規定如下：
      “4.1.3 井下低壓配電系統接地型式應采用 IT 系統，并應符合下列規定：
      1 配電系統電源端的帶電部分應不接地或經(jīng)高阻抗接地，且配電系統相導體和外露可導電部分之間第一次出現阻抗可忽略的故障時(shí)，故障電流不應大于5A。
      2 配電系統不宜引出 N 線(xiàn)。”

      “4.2.9 井下低壓配電 IT 系統應采取自動(dòng)切斷電源的間接接觸防護措施，并應符合下列規定：
      1 低壓配電 IT 系統均應裝設絕緣監視裝置，當絕緣下降至整定值時(shí)，應由絕緣監視器發(fā)出可聽(tīng)和（或）可見(jiàn)信號。
      2 有爆炸危險環(huán)境礦井，當發(fā)生對外露導電部分或對地的單一接地故障時(shí)，防護裝置應迅速切斷故障線(xiàn)路。”

      《GB 50058-2014 爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規范》中的5.5.1條款也規定了“爆炸性環(huán)境中的IT型電源系統應設置絕緣監測裝置。”
      此外，各種不同礦類(lèi)也都有自己專(zhuān)門(mén)的規范和工作細則，例如《煤礦井下低壓檢漏保護裝置的安裝、運行、維護與檢修細則》就對絕緣監測的報警定值設置等做了更具體的規定。

2 國內外絕緣監測儀在線(xiàn)監測現狀
      我國的電氣設計在師從前蘇聯(lián)電氣規范，主要是廣泛的采用TN—C系統，它可以節省一根PE線(xiàn)，比較經(jīng)濟，但存在很多缺點(diǎn)，如中性線(xiàn)斷裂后設備外殼對地將帶220V危險接觸電壓，不能裝用RCD防電擊等等。改革開(kāi)放之后我國引進(jìn)了電工學(xué)會(huì )標準，也隨著(zhù)我國電氣技術(shù)的不斷提高，在應用中TN-S、TT、IT系統得到了一定程度的推廣和應用，以IT系統為例，在醫療IT方面目前應用比較成熟，但在很多工業(yè)場(chǎng)合，由于對接地系統的理解和應用尚不盡深入和全面，比如煤礦井下場(chǎng)合比較缺乏國產(chǎn)絕緣監測裝置就是一個(gè)證明。
      目前礦用井下IT系統的絕緣監測裝置以進(jìn)口品牌為主，歐美等發(fā)達國家已經(jīng)較廣泛地在IT配電網(wǎng)絡(luò )中應用絕緣檢測技術(shù)，而且經(jīng)過(guò)長(cháng)期的在線(xiàn)運行使發(fā)達國家積累了大量監測數據和經(jīng)驗，這是目前國內生產(chǎn)廠(chǎng)家需要學(xué)習和追趕的。
      但采用進(jìn)口品牌絕緣監測裝置造價(jià)昂貴，而且人機界面往往是英文，不利于現場(chǎng)人員的使用，在這種背景下，也不斷有國內企業(yè)逐步推出了自己的工業(yè)用絕緣監測裝置，其中就包括了安科瑞電氣有限公司的AIM-T系列絕緣監測儀。

3 安科瑞工業(yè)絕緣監測儀

AIM-T300                       AIM-T500

AIM-T500L

      AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統。
      其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L則是相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。
1）AIM –T系列產(chǎn)品的技術(shù)參數如下表所示：

2）AIM –T系列產(chǎn)品的外觀(guān)尺寸如下圖所示：
  

AIM-T300正視圖

AIM-T300俯視圖

AIM-T300面板開(kāi)孔尺寸圖

AIM-T500/L正視圖

AIM-T500/L俯視圖

AIM-T500/L面板開(kāi)孔尺寸圖

3）AIM –T系列產(chǎn)品的典型應用如下圖所示：

4 小結
      安科瑞AIM-T系列工業(yè)用絕緣監測儀目前已經(jīng)在礦井、紙業(yè)、船舶、冶金廠(chǎng)等的諸多工業(yè)場(chǎng)合的IT系統中得到了應用，能夠實(shí)時(shí)監測系統對地的絕緣狀況，在系統出現絕緣下降或接地故障時(shí)，及時(shí)報警提醒相關(guān)人員排查故障，在應用中起到了很好的監控和預防效果。