矿山变压器中性点接地方式技术分析

矿山变压器中性点接地方式技术分析
摘要：随着煤矿生产用电量增大及矿井供电网路的不断延伸，矿井电网单相接地电容电流不断增加。

据统计，单相接地电流超过20a 者占70%以上，严重威胁着井下生产安全及矿工的人身安全。

关键词：矿山机电；变压器；中性点接地；单相接地；强电弧；流散电阻；触电电流
1引言
煤矿井下低压电网的安全运行条件与变压器中性点的接地方式有关，下面从变压器中性点不接地方式（又称中性点绝缘方式）、直接接地方式和经消弧线圈接地方式给予分析。

2变压器中性点直接接地方式
2.1人身触电电流的计算
图1所示为变压器中性点直接接地方式下发生人身触电或单相接地的系统图。

图1 变压器中性点直接接地示意图
在变压器中性点直接接地的供电系统中，一旦发生人身触电事故，通过人身的电流是经过变压器中性点构成回路。

此时，人身触电电流：
2.2单相接地电流的计算
在中性点直接接地的情况下，当发生单相接地或短路事故时，便有很大的单相接地电流在故障点流过，易产生强电弧，足以引起瓦斯、煤尘爆炸。

若考虑变压器中性点接地电阻和接地故障点的土壤
的流散电阻的影响，单相接地电流为：
显然，此单相接地电流值大大超过安全火花电流值，足以引起井下瓦斯、煤尘爆炸。

若用电设备具有保护接零，则单相接地变成了单相短路。

若人身触电，则人身触电电流远超过人体触电电流的安全极限值（30ma）很多，这是十分危险的。

此外，值得指出的是，在变压器中性点直接接地的条件下，变压器中性点的对地电压始终很小，在理想情况下，与地保持等电位，自然，各相的对地电压也不会升高。

这样，就能够防止电弧接地过电压和单相经电感接地所引起的过电压，有利于电气设备的绝缘安全。

这是变压器中性点直接接地方式的一个突出的优点。

3变压器中性点不接地方式
3.1仅考虑电网绝缘电阻对安全的影响（当电缆线路较短时）
如图2所示为变压器中性点不接地方式的系统图。

由于电网的对地电容值不同，此方式下的人身触电电流和单相接地电流的数值和变化规律也不同，现分述如下。

图2 中性点不接地供电系统图
在电缆总长度较短的条件下，一般讲，电网对地电容值不大，电容电流很小，可以忽略，此时，仅考虑电网对地绝缘电阻对安全的影响。

正常情况下各相对地电压与电源的相电压相等，负载中性点与变压器中性点之间没有电位差。

人身触电或单相接地时，各相对地电压不再平衡，其它两相对地出现倍相电压，产生中性点位移电压
u0 ，其值为：
从上面分析知，单相接地时，其它两相电压对地升高了倍变成线电压，系统易产生操作过电压，一般操作过电压可达到3.5倍左右，对电器设备的绝缘安全极为不利。

但是，应该指出，此时三相电源的相电压和线电压，仍然保持这对称关系，对电器设备的正常运行并无影响。

在相地短路故障时，短路电流很小不会产生强烈的电弧，这十分有利于防止瓦斯煤尘爆炸，对煤矿安全十分重要。

3.2分布电容对中性点不接地系统的影响（当电缆线路较长时）当电缆线路较长时，对地电容较大，电容电流不可忽略，在发生人身触电或单相接地时电容电流起主要作用，绝缘电阻的影响反而可以忽略。

当发生人身触电时，各相对地电压就不再对称，变压器中性点与地之间便出现了零序电压u0 ，该电网每相的零序阻抗 z0为绝缘电阻r和电容电抗 xc的并联，即：
4变压器中性点经消弧线圈接地方式
在变压器中性点与地之间接入电抗线圈，利用故障时中性点零序电压在电感线圈中产生的感应电流对分布电容引起的容性相地电
容电流进行补偿，其原理图如图3所示。

图3 在变压器中性点与地之间接入电抗线圈的补偿方法
在人身触电时，通过人体的电流不仅有电网对地的电容电流和绝缘电阻电流，还有由变压器中性点入地的电感电流。

应用戴维南定理作等效电路如图4所示：
图4 人身触电电流的等效电路图
其等效阻抗为：
（1）人身触电电流
在r0=0的理想情况下：
（2）单相接地电流
相对地短路电流最小，这样，就很好地防止了因相地短路电流引起的强电弧和瓦斯煤尘爆炸事故的发生。

以上分析可以看出，在煤矿井下供电中，为了防止相地短路引起的瓦斯、煤尘爆炸和人身触电事故的发生，应采用变压器中性点不接地方式，最好应采用变压器中性点经消弧线圈接地方式。

5结束语
在一些小型煤矿中，普遍采用一台中性点直接接地的变压器除向地面用电设备及村民供电任务外，同时也向井下负荷供电，与《煤矿安全规程》的规定:”严禁地面中性点直接接地的变压器直接向井下供电”相违背，必须认真加以解决。

解决的方案已在前面进行了分析、讨论，我们采用零序电抗器隔离与消弧技术，使之产生感性电流来补偿系统的容性电流，从而达到在中性点接入消弧线圈的效果，很好的实现对变压器中性点的接地隔离，有效地减少了人身触电电流或相地短路电流，防止了强电弧引起的瓦斯煤尘爆炸事故的发生。

参考文献：
[1] 郭玉，等.矿山电工学[m]. 北京煤炭工业出版社，1989
[2] 任慧. 煤矿井下低压电网电容电流自动补偿方法的研究[j]. 电力系统自动化，1999,（2）:24-25
作者简介：张志忠（1975-），男，汉族，山西阳泉人，2010年毕业于山西职工联合大学，助理工程师，现主要从事煤矿机电方面的工作。