额定电压:矿山电力系统的电压等级具有多样性,常见的有 380V、660V、1140V 等。断路器的额定电压必须与开关柜所在的电力系统额定电压精确匹配。若额定电压选择过低,断路器易在运行过程中发生绝缘击穿,引发短路事故;而额定电压选择过高,不仅会造成设备成本不必要的增加,还可能因设备参数不匹配影响正常分合闸操作 。例如,在某煤矿井下 660V 供电系统中,低压开关柜断路器的额定电压就应明确选为 660V 。
额定电流:准确计算回路的负荷电流是确定断路器额定电流的基础。需综合考虑矿山设备的正常运行电流、启动电流以及可能出现的过载电流等因素。一般而言,断路器的额定电流应大于回路的长期工作电流。同时,对于频繁启动的设备,如井下的刮板输送机、绞车等,还需充分考虑其启动电流的冲击。启动电流通常是正常运行电流的数倍,以刮板输送机为例,其启动电流可能达到额定电流的 5 - 7 倍。因此,在选型时要断路器在启动电流冲击下仍能正常工作,不会误动作或损坏 。
防爆性能:多数矿山存在易燃易爆的瓦斯、煤尘等气体,这就要求断路器必须具备良好的防爆性能。根据矿山危险区域的划分,应选择符合相应防爆等级的断路器。例如,在煤矿井下瓦斯含量较高的区域,需选用矿用隔爆型断路器,其防爆标志一般为 ExdI。这类断路器采用的隔爆外壳设计,能够有效阻止内部爆炸火焰传播到外部环境,防止引发周围易燃易爆气体的爆炸 。
防护等级:井下环境潮湿、多粉尘,断路器的防护等级应能有效抵御这些恶劣条件。一般来说,防护等级需达到 IP54 及以上。IP54 防护等级表示该断路器能防护灰尘进入(不可能阻止灰尘进入,但进入的灰尘量不会影响设备正常运行),并能防护任何方向的水飞溅对设备造成有害影响 。通过良好的防护,可避免灰尘和水分侵入断路器内部,导致电气绝缘性能下降、短路等故障 。
抗振动与冲击能力:矿山开采过程中存在大量机械设备运行产生的振动与冲击,断路器要能在这种环境下稳定工作。在选型时,需关注产品的抗振动与冲击指标,选择具有相应设计和防护措施的断路器,其内部电气元件在振动和冲击下不会松动、损坏,保证正常的分合闸操作和电气性能 。
过载脱扣特性:断路器的过载脱扣特性应与被保护设备的过载特性相匹配。不同的矿山设备,其允许的过载时间和过载倍数各不相同。例如,通风机作为保障井下空气流通的关键设备,其电机允许一定时间的过载运行,以应对可能出现的风量需求变化。因此,为通风机回路配置的断路器,其过载脱扣曲线应具有一定的延时特性,在电机短时间过载时不会立即脱扣,通风机持续运行;但当过载时间超过允许范围时,能可靠动作切断电路,保护电机不被烧毁 。
短路脱扣特性:短路脱扣特性决定了断路器在短路故障发生时的动作速度。对于矿山电力系统,快速切断短路电流至关重要,以减少短路电流对设备和线路的损坏。一般采用瞬时脱扣或短延时脱扣方式。在一些对短路保护要求的场所,如矿山的中央变电所,应选择具有瞬时脱扣功能的断路器,能在短路故障发生的瞬间迅速切断电流;而在一些存在较大启动电流的设备回路,为避免启动电流引起断路器误动作,可选择具有短延时脱扣功能的断路器,在短路电流持续一定时间后才动作切断电路 。
与熔断器的配合:在某些矿山低压供电系统中,会同时使用断路器和熔断器。断路器主要用于正常操作和过载、短路保护,熔断器则在短路电流特别大时发挥作用。二者的配合应合理,在不同故障情况下,都能准确、可靠地切断电路。例如,在短路电流较小的情况下,断路器应先动作切断电路;当短路电流超过断路器的分断能力时,熔断器应迅速熔断,切除故障 。
与继电保护装置的配合:矿安低压开关柜通常会配备继电保护装置,以实现对电力系统的保护。断路器应与继电保护装置紧密配合,继电保护装置通过检测电流、电压等参数,判断是否发生故障,并向断路器发出分合闸指令。断路器需能够快速响应继电保护装置的指令,准确执行分合闸操作,共同保障电力系统的安全运行 。
特点:塑壳断路器具有结构紧凑、体积小、价格相对较低的特点。其分断能力一般能满足大多数矿山低压配电系统的要求,适用于支路保护和一些负荷较小的总开关 。塑壳采用绝缘材料制成,具有良好的绝缘性能和机械强度,能有效防止内部电气元件受外界环境影响 。
适用场景:常用于矿山井下的照明回路、小型设备配电回路等。例如,在井下巷道的照明系统中,使用塑壳断路器作为支路保护开关,可在照明线路发生过载、短路故障时,及时切断电路,保障照明系统的安全运行 。在小型水泵、局部通风机等设备的配电回路中,塑壳断路器也能发挥其保护作用 。
特点:框架断路器的额定电流和短路分断能力较大,可达数千安培甚至更高。它具有完善的保护功能,如过载长延时、短路短延时、短路瞬时、欠压保护等,且操作方式多样,可手动操作,也可电动操作 。框架结构坚固,能承受较大的短路电流冲击 。
适用场景:适用于矿山低压开关柜的进线总开关、大型设备的电源开关等。例如,在矿山的中央变电所低压开关柜中,进线总开关通常选用框架断路器,以满足大电流供电和高短路分断能力的要求,在整个变电所范围内发生短路故障时,能够可靠切断电路,保护上级电网和下级设备安全 。在大型提升机、主排水泵等重要设备的配电回路中,框架断路器也能为设备提供可靠的保护和控制 。
特点:智能型断路器集成了的电子技术和通信技术,能够实时监测电流、电压、温度等参数,并通过内置的微处理器进行数据分析和处理。具有故障诊断、预警功能,可提前发现潜在故障隐患,避免事故发生。同时,还支持远程通信,可实现远程监控和操作,方便运维人员对电力系统进行集中管理 。
适用场景:随着矿山智能化建设的推进,智能型断路器在矿山低压供电系统中的应用越来越广泛。特别适用于对供电可靠性和智能化管理要求较高的场所,如智能化采煤工作面的配电系统、矿山综合自动化控制中心的低压开关柜等。在智能化采煤工作面,智能型断路器可与自动化控制系统通信,根据设备运行状态自动调整保护参数,实现对设备的精准保护,同时将运行数据上传至监控中心,便于运维人员实时掌握设备运行情况 。