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[摘 要]随着矿井生产规模的扩大，我国煤矿10KV等级高压电网电缆长度越来越长，以致于造成高压电网单相接地电容电流越来越大，有的甚至达到70多安培，这对矿井安全生产危害是极大的。在发生单相弧光接地时较大的电容电流形成的弧光难以自动熄灭，但这种电容电流又不会大到形成稳定电弧程度，因此可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态。电弧在故障点重燃和熄灭的间歇现象会引起电力系统状态瞬息改变，从而导致电网电感电容回路的电磁振荡，因而产生遍及全电网的弧光接地过电压。据有关理论分析和大量现场试验及运行经验表明这种弧光接地过电压一般在3.5Φ 以内。这种过电压延续时间较长时，会危及电缆及设备绝缘，引起相间短路，造成电缆放炮或开关多级跳闸，造成大面积无计划停电停风，危及矿井生产及人身安全。
[关键词]高压电网；接地电容电流；短路
中图分类号：S776 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0165-02
前言
当电网产生稳定的金属性接地时，大的接地电容电流在接地点或其它绝缘薄弱环节产生很大的热能，进一步破坏相间绝缘，从而造成电缆一处放炮或多处放炮，造成矿井无计划大面积停电，从而造成大面积停风，这对高瓦斯矿井危害是极大。再次，当电缆单相弧光接地而又未引起短路跳闸或引起短路而开关拒动时，还会造成电缆着火，造成更大的危害。
因此对电网接地电流进行测试摸底并进行限制治理对于矿井安全是十分必要的。
一、电网单相接地电容电流的计算和测量
1、电网单相接地电容电流的计算
我国矿井10KV等级高压电网为中性点不直接接地系统或称小电流接地系统，这种系统当发生单相接地故障时，流过故障点的电流相对不大（与短路故障相比），且不影响三相电压的对称，因而不影响对用户的供电，所以允许运行人员有一段时间（0.5—2小时）查找故障，加以处理。也正是这个优点，我国35KV以下高压电网采用中性点不直接接地系统。
这种中性点不直接接地的电网可以简化成如下电路模型
a、b、c——高压电网相电压
A、B、C——高压电网相对地电压
N——变压器中性点（或人为中性点）对地电压
Ca、Cb、Cc——每相对地电容
Rd——接地电阻
对于矿井6KV电网来说，基本是由高压电缆及高压设备构成的，架空线数量较少。由于电缆为三芯构造，铠装外皮或橡套电缆金属网接地线与芯线等距，因而各相对地电容基本相同即Ca=Cb=Cc=C，所以在没有接地故障时中性点N对地电压UN=0；当有单相接地故障时，则UN不再为零。根据回路电压定律
A=a+N
B=b+N
C=c+N
此时A、B、C不再对称即大小相等，相位互差120°。而产生零序电压0
而每相对地电容上的电流也不再对称
根据节点电流定律有：
对于零序电压和接地电流来讲，可有如下等值电路图（图2）：
当Rd=0时，即直接接地时0=-a
从等值电路图可以看出，单相直接接地的电流即为全电网对地的电容电流之和。由此可以看出电网越大则单相接地电流越大。对同一电网而言，接地电阻越大零序电压越小，而接地电阻越小时零序电压则越大。当接地电阻为零即金属性接地时，零序电压最大，与接地相幅值相同且反相。
2、高压电网单相接地电容电流测量
高压电网单相接地电容电流测量可用直接接地方法，经电阻接地方法，或经电容接地方法等来直接测量。从读取数据方法又可分为接电压电流表直接读取数据办法，又可用单片机采样自动打印数据办法，还可用其他办法，如录波器录取波形的办法。
用直接接地方法，不论用哪种方法读取数据，都有百分之几的机会造成相间短路或造成电缆放炮，因而不要轻易采用。
用电容接地，不论直接读取数据还是自动采样打印数据都可以，但电容体积较大，比较笨重。
用适当功率的电阻接地比较小巧方便，但不能长时接地。用电压表电流表直接读取数据取得的是稳态数据。
二：电阻法测量计算方法
用电阻法需进行折算，电网单相接地时的等效电路图如图3：
其中UΦ为相电压，3C为电网三相对地电容，r/3为三相对地电阻，Rd为接地电阻，当电网电容足够大时，由上等效电路图可以得出：
式中Xc为容抗，Uo为线电压，I为流过接地电阻Rd的电流值。
值得说明的是：
1.电网阻尼率不超过10%，一般只有3%，那么如电容电流为1A的话，电阻电流不超过0.1A，其和为1.005A，其误差最大为0.5%，因为阻性电流太小因此可以忽略不计；
2.当接地电阻较大时，如2000Ω：假如接地电容电流分别为50A、40A、30A、20A、10A，那么由公式
可得出其容抗分别为69Ω、86.6Ω、115.5Ω、173Ω、346Ω，当用2000Ω电阻做接地试验时，等效电路中阻抗值分别为2001Ω、2002Ω、2003.3Ω、2007.5Ω、2030Ω，其接地电流为1.73A、1.73A、1.729A、1.726A、1.706A，最大值与最小值相对误差为1.5%，取其上限也不会造成多大误差，所以测量时可以不读取电流值，只读取开口三角形零序电压值即可。
3.其接地电流计算公式为
Id为电网直接接地时电流，Uo为电网开口三角电压值。
接地电流计算公式中1.73是以接地电阻阻值为2000Ω来计算的，如果接地电阻阻值为1000Ω，只需将上式中的1.73换成3.464即可。
本次所属矿单相接地电容电流就是采用此方法来进行测试的。
三：所属矿变电所接地电流数据
七月份我公司技术服务人员对矿区所属煤矿变电所接地电流进行了测试。结果如下表
北沟变电站（表1）：
从测试结果可以看出有二个电网测量值超过20A，需要进行接地电容电流限制。
四：限制接地电容电流措施
1、消弧线圈的消弧原理
为了消除较大的接地电容电流产生的种种危害，必须把电网接地电流限制在较小的数值上。限制接地电流过大的方法是变压器中性点经消弧线圈接地。
其电路图如图4，图5：
从图5可以看出，电容电流超前零序电压90°，电感电流带后零序电压90°，二者相位差180°（相反）相互抵消，使接地电流减小。
当时，IL﹤IC，Id呈容性，为欠补偿。
当时，IL﹥IC，Id呈感性，為过补偿。
当时，IL=IC，Id呈阻性，为全补偿。
五：总结
随着煤矿的开采，供电系统中的高压电网电缆长度逐渐增加，以致于造成高压电网单相接地电容电流越来越大，危害也随之增加。所以我们要认真分析供电系统中存在的问题利用中性点经消弧线圈接地减小了接地点的接地电流，而且对熄弧和限制重燃极为有利，减少了弧光接地过电压几率，还可大大降低故障间隙的恢复电压上升速度。从而能确保矿井供电系统可靠稳定地运行，为煤矿安全生产打下坚实的基础。
参考文献
[1] 王芳.系统单相接地危害及消弧线圈的选择[J].电器工业，2013（9）：73-74.
[2] 李晓波刘建华牟龙华王崇林张军国.6～10kV配电网微机型电容电流测试仪的研制[J].高电压技术，2007（3）：104-108.
[3] 苏继锋.配电网中性点接地方式研究[J].电力系统保护与控制，2013（8）：146-153.
[关键词]高压电网；接地电容电流；短路
中图分类号：S776 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0165-02
前言
当电网产生稳定的金属性接地时，大的接地电容电流在接地点或其它绝缘薄弱环节产生很大的热能，进一步破坏相间绝缘，从而造成电缆一处放炮或多处放炮，造成矿井无计划大面积停电，从而造成大面积停风，这对高瓦斯矿井危害是极大。再次，当电缆单相弧光接地而又未引起短路跳闸或引起短路而开关拒动时，还会造成电缆着火，造成更大的危害。
因此对电网接地电流进行测试摸底并进行限制治理对于矿井安全是十分必要的。
一、电网单相接地电容电流的计算和测量
1、电网单相接地电容电流的计算
我国矿井10KV等级高压电网为中性点不直接接地系统或称小电流接地系统，这种系统当发生单相接地故障时，流过故障点的电流相对不大（与短路故障相比），且不影响三相电压的对称，因而不影响对用户的供电，所以允许运行人员有一段时间（0.5—2小时）查找故障，加以处理。也正是这个优点，我国35KV以下高压电网采用中性点不直接接地系统。
这种中性点不直接接地的电网可以简化成如下电路模型
a、b、c——高压电网相电压
A、B、C——高压电网相对地电压
N——变压器中性点（或人为中性点）对地电压
Ca、Cb、Cc——每相对地电容
Rd——接地电阻
对于矿井6KV电网来说，基本是由高压电缆及高压设备构成的，架空线数量较少。由于电缆为三芯构造，铠装外皮或橡套电缆金属网接地线与芯线等距，因而各相对地电容基本相同即Ca=Cb=Cc=C，所以在没有接地故障时中性点N对地电压UN=0；当有单相接地故障时，则UN不再为零。根据回路电压定律
A=a+N
B=b+N
C=c+N
此时A、B、C不再对称即大小相等，相位互差120°。而产生零序电压0
而每相对地电容上的电流也不再对称
根据节点电流定律有：
对于零序电压和接地电流来讲，可有如下等值电路图（图2）：
当Rd=0时，即直接接地时0=-a
从等值电路图可以看出，单相直接接地的电流即为全电网对地的电容电流之和。由此可以看出电网越大则单相接地电流越大。对同一电网而言，接地电阻越大零序电压越小，而接地电阻越小时零序电压则越大。当接地电阻为零即金属性接地时，零序电压最大，与接地相幅值相同且反相。
2、高压电网单相接地电容电流测量
高压电网单相接地电容电流测量可用直接接地方法，经电阻接地方法，或经电容接地方法等来直接测量。从读取数据方法又可分为接电压电流表直接读取数据办法，又可用单片机采样自动打印数据办法，还可用其他办法，如录波器录取波形的办法。
用直接接地方法，不论用哪种方法读取数据，都有百分之几的机会造成相间短路或造成电缆放炮，因而不要轻易采用。
用电容接地，不论直接读取数据还是自动采样打印数据都可以，但电容体积较大，比较笨重。
用适当功率的电阻接地比较小巧方便，但不能长时接地。用电压表电流表直接读取数据取得的是稳态数据。
二：电阻法测量计算方法
用电阻法需进行折算，电网单相接地时的等效电路图如图3：
其中UΦ为相电压，3C为电网三相对地电容，r/3为三相对地电阻，Rd为接地电阻，当电网电容足够大时，由上等效电路图可以得出：
式中Xc为容抗，Uo为线电压，I为流过接地电阻Rd的电流值。
值得说明的是：
1.电网阻尼率不超过10%，一般只有3%，那么如电容电流为1A的话，电阻电流不超过0.1A，其和为1.005A，其误差最大为0.5%，因为阻性电流太小因此可以忽略不计；
2.当接地电阻较大时，如2000Ω：假如接地电容电流分别为50A、40A、30A、20A、10A，那么由公式
可得出其容抗分别为69Ω、86.6Ω、115.5Ω、173Ω、346Ω，当用2000Ω电阻做接地试验时，等效电路中阻抗值分别为2001Ω、2002Ω、2003.3Ω、2007.5Ω、2030Ω，其接地电流为1.73A、1.73A、1.729A、1.726A、1.706A，最大值与最小值相对误差为1.5%，取其上限也不会造成多大误差，所以测量时可以不读取电流值，只读取开口三角形零序电压值即可。
3.其接地电流计算公式为
Id为电网直接接地时电流，Uo为电网开口三角电压值。
接地电流计算公式中1.73是以接地电阻阻值为2000Ω来计算的，如果接地电阻阻值为1000Ω，只需将上式中的1.73换成3.464即可。
本次所属矿单相接地电容电流就是采用此方法来进行测试的。
三：所属矿变电所接地电流数据
七月份我公司技术服务人员对矿区所属煤矿变电所接地电流进行了测试。结果如下表
北沟变电站（表1）：
从测试结果可以看出有二个电网测量值超过20A，需要进行接地电容电流限制。
四：限制接地电容电流措施
1、消弧线圈的消弧原理
为了消除较大的接地电容电流产生的种种危害，必须把电网接地电流限制在较小的数值上。限制接地电流过大的方法是变压器中性点经消弧线圈接地。
其电路图如图4，图5：
从图5可以看出，电容电流超前零序电压90°，电感电流带后零序电压90°，二者相位差180°（相反）相互抵消，使接地电流减小。
当时，IL﹤IC，Id呈容性，为欠补偿。
当时，IL﹥IC，Id呈感性，為过补偿。
当时，IL=IC，Id呈阻性，为全补偿。
五：总结
随着煤矿的开采，供电系统中的高压电网电缆长度逐渐增加，以致于造成高压电网单相接地电容电流越来越大，危害也随之增加。所以我们要认真分析供电系统中存在的问题利用中性点经消弧线圈接地减小了接地点的接地电流，而且对熄弧和限制重燃极为有利，减少了弧光接地过电压几率，还可大大降低故障间隙的恢复电压上升速度。从而能确保矿井供电系统可靠稳定地运行，为煤矿安全生产打下坚实的基础。
参考文献
[1] 王芳.系统单相接地危害及消弧线圈的选择[J].电器工业，2013（9）：73-74.
[2] 李晓波刘建华牟龙华王崇林张军国.6～10kV配电网微机型电容电流测试仪的研制[J].高电压技术，2007（3）：104-108.
[3] 苏继锋.配电网中性点接地方式研究[J].电力系统保护与控制，2013（8）：146-153.