[科普中国]-井下杂散电流

在煤矿井下各生产场所的杂散电流。杂散电流指 任何不按指定通路而流动的电流。如大气雷电引入井 下，电力系统三相不平衡，井下电机车直流供电系统因 回流不好，均能产生不同程度的杂散电流，其中电机车 运输系统中的杂散电流最为严重。1

杂散电流的产生大气雷电引入井下 大气雷电能以行波或电磁感 应方式，沿着下井金属轨道、水管等导体侵入井下。当 发生雷击避雷针或地面设施时，还能经地闪通道引入 井下。

电力系统三相不平衡 井下电网在正常运行时， 由于电源电压及三相对地阻抗并不完全相等，此时井 下煤层中也会有较小的零序电流通过。

直流杂散电流在井下电机车运输系统中，钢轨 除支持车轮在其上滚动外，同时又作为导电体，即电机 车的负荷电流是经过钢轨返回电源的。由于钢轨与大 地等不是绝缘的，所以总会有一部分电流流散到大地 或流散到金属管路和电缆外皮，最后返回牵引变流所 (图1)。2

当轨道接缝只有鱼尾板连接，无电气连接时，杂散 电流在电机车负荷电流中能达到很大的比例。杂散电 流随着轨道与底板间接触电阻的减少，轨道电阻的增 加，杂散电流所占负荷电流的比例就越大。杂散电流在 运输巷道中的分布规律如图2所示。

轨道对地电位的变化曲线(图2)。在负荷端轨道 的电位高于大地，一部分负荷电流流入大地，因此杂散 电流又从大地流入轨道。大地中流过的杂散电流随着 测定位置不同，其大小也有所变化。杂散电流是个随机 事件，其数值大小，存在时间和流经地点是无规则的。 如扩散到采煤和掘进工作面，将危及矿井和人身安全。

直流杂散电流的危害引起雷管早爆 采区上山的轨道与运输大巷相 连，并通过回风平巷铺设到采煤工作面，轨道具有正 电位，因此杂散电流通过轨道到采煤工作面。雷管的两 根导线，如果一根碰轨道，一根碰地线时，就有杂散电 流流过雷管。当电流值超过引爆电流值时，就可使雷管 引爆。

引起瓦斯爆炸 距运输大巷较近的掘进工作面， 如果掘进巷道的轨道与运输大巷的轨道不加绝缘板 时，其杂散电流的数值很大，有时高达5A以上，如果 掘进工作面的瓦斯浓度达5%～15%时，其产生的电 火花，就有可能引起瓦斯爆炸。

引起井下采区煤仓着火 在高瓦斯矿井的采区煤 仓处的杂散电流，有时可高达几十安培，由于装车点的 轨道与运输大巷的轨道是相连的，因此当煤仓的闸门 打开时，所产生的高能量电火花，会引燃瓦斯引起井火 灾事故。

引起人身触电 由于采区煤仓下面的轨道与运输 大巷的轨道相连。电机车的架线也拉到采区煤仓附近。 当煤仓下面的矿车放满煤时，需要向前移动一个矿车 位置，电机车要移动一下，这时采区煤仓的放煤工人， 两脚站在轨道上，两手扶着采区煤仓阀门的手柄，人的 身体处于轨道与煤仓外壳之间，其间的电位差可达 75V(山西煤矿的测试结果)，对于人体是非常危险的。

引起金属腐蚀 在井下运输巷道中，铺设有高压 电缆和金属管道。井下非常潮湿，井下水又多为酸性， 由于电解作用而腐蚀金属，井下运输巷道中的管线是 杂散电流的良好通道。在回电点附近，电流从管线中流 出而成为阳极区，电流的流出点使管线受到腐蚀，根据 计算，每一安培杂散电流每年能腐蚀33.96kg铅， 9.11kg铁。可以看出杂散电流对金属的腐蚀是很严重 的。

引起漏电继电器误动作 进入采区的杂散电流， 可以通过低压橡套电缆网络对地绝缘进入电网，再通 过漏电继电器的三相电抗器、零序电抗器、继电器再回 到大地。与漏电继电器的工作电流叠加而使漏电继电 器发生误动作。这种现象一般仅发生在运输大巷附近 的采区变电所内。

直流杂散电流的防治方法(1)缩短供电半径，缩短供电半径，可降低牵引电 网的电压降，因此减少了杂散电流。一般把牵引变流所 设置在架线区间的中央，或者多设牵引变流所供电，以 缩短供电半径。

(2)焊接长轨，减小轨道接缝电阻值 降低轨道接 缝电阻值，使大部分负载电流通过轨道，是减少杂散电 流的关键措施。新钢轨如果焊接成长轨，杂散电流有显 著降低。

(3)安装绝缘道夹， 安装绝缘道夹板的目的是把 掘进工作面的轨道和采区轨道与主要运输巷道的轨道 隔开，这样可以避免杂散电流流入采掘工作面。

直流杂散电流的测量 直流杂散电流是个随机事件，很难掌握规律。测量时要用假设负载的办法，使之 出现最大杂散电流进行测量。掘进工作面杂散电流的 测量，是把电机车开到掘进工作面附近，使之处于制动 状态，这时电机车的负荷电流最大，使掘进工作面附近 的杂散电流达到最大值。要用专用仪表(矿用杂散电流 测定仪)进行测量。仪器的一端接轨道，一端接地线 (开关、电动机的外壳或高压电缆的外皮)便可测出最大杂散电流值。

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学