采掘电网三大保护

采掘电网的三大保护

第一节概,述

一、概念

井下短路保护、漏电保护和接地保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护，

对于采掘供电电网来讲，它们是缺一不可的。

二、煤矿井下电网可能造成的危害

(一)触电的危险性

人身接触带电导体或因绝缘损坏而带电的设备外壳，都可能造成人身触

电事故。由于井下的特殊工作条件，发生触电的可能性较大。

触电对人体组织的破坏性是很复杂的，一般对人体的伤害大致可分为电

击和电伤两种情况。电击是指触电后电流通过人体，在热化学和电解作用下使呼

吸器官、心脏和神经系统受到损伤和破坏，多数情况下电击可以使人致死，所以

是最危险的。电伤是指由于强电流通过人身某一局部或电弧烧伤人体造成对人体

外表器官的破坏。当烧伤面积不大时，不至于有生命危险。

触电对人身造成的危险首先与电流有关，其次与频率和电流种类，通电

时间和通电途径有关。实践证明，通过人身的电流在1毫安时就有感觉；在超过

15毫安时会抽筋；到50毫安时有生命危险；到1()0毫安时绝对致死。电流的频

率越高则危险性越小，5()赫兹的工频对人是最危险的。触电时间越长当然对人

也越危险。在电流为100亳安时只要0.2秒就能致人死亡。通电的途径则以流过

心脏为最危险。

流经人身电流的大小，与人身电阻有密切关系。人体电阻越大，通过人

身电流就越小，反之，则电流越大，也就越危险。人身电阻主要是非曲直人的表

面皮肤层的电阻，在人的皮肤层没有受到损伤时可达20〜100千欧，当受到破坏

时，降低到800〜100()欧。由于煤矿井下潮湿，劳动条件非常繁重，工人经常流

汗，人身电阻为8()0〜1500欧，我们取人身电阻为10()()欧作为计算依据。

(二)电网漏电的危险性

煤矿井下低压电网漏电，有两种情况，一是集中性漏电；二是分散性漏电。

集中性漏电，是由于电气设备或电缆某点因绝缘被破坏使导电部分直接

接地所造成的漏电。分散性漏电，是由于电气设各及电缆的绝缘老化、受潮等原

因，使电网对地绝缘电阻显著下降而造成的漏电。

导致采掘电网漏电的原因大致有以下情况：

属于设备或电缆本身的问题有：

1.敷设在井下巷道内的电缆，由于使用年久，绝缘老化，使绝缘电阻下降,

在正常运行中发生漏电现象。在这样的绝缘水平下，因网路过电压，会使绝缘击

穿，造成集中性漏电；

2.开关设备长期使用，接线板潮湿可造成漏电；开关内部元件（主要是变

压器、接触器、线圈等）或导线，因某种原因使绝缘老化，接触壳体后也可造成

漏电；

3.电气设备达不到有关间隙和爬电距离的要求而造成放电产生漏电。

属于误操作造成的漏电有：

1.电缆与电线相接时，误将火线与地线相接，或线柱压线不实，造成电气

设备运行时产生过热，破坏绝缘而产生漏电。

2.电缆接线违反有关规定，采用了鸡爪子、羊尾巴和明接头。这些接线方

法都破坏了橡套电缆的绝缘，在井下遭受淋水、滴水与潮湿气体的浸蚀下易发生

漏电。

3.有的橡套电缆吊挂方法违反规定，采用铁丝或铜丝吊挂，当受到外力作

用时，橡套电缆易受剪切作用，使铁丝或铜丝嵌入绝缘层内，从而产生漏电。

4.电缆接头在外力作用下从线柱上拔脱，使接头碰壳造成漏电。

5.开关设备检修言，残留在线箱或腔体中的线头与金属碎片等未能清扫干

净，或将小零件与工具忘在内部，如果这些东西碰到电源线，产生漏电。

属于管理方面的问题有：

1.由于其它工作造成电缆失挂后被埋压或浸泡于水中。电缆被埋压后，运

行中电流产生的热量不易散出，时间过长将使绝缘老化而漏电；电缆浸泡水中，

由于井下的酸性侵蚀及渗透作用，使电缆受潮而漏电。

2.井下电缆在运行中没保护好，放炮时将电缆的外皮崩坏破坏了绝缘面漏

电或产生微小裂口，潮湿空气浸入后，绝缘降低而漏电。

3.井下巷道狭窄，光线较暗，工人工作时，劳动工具易将电缆割伤或碰伤,

造成漏电。另外，由于采掘机械设备移动时，相关人员照顾不到，使电缆受到拉、

挤、压造成漏电。

4.井下工作的电动机，因长期过负荷，使绝缘老化，产生漏电。

采掘电网漏电可能导致的危险性有：

1.人身触电

当电气设备绝缘损坏时，使外壳带电，若人体接触此外壳，则导致触电事故。

2.使井下瓦斯爆炸

井下有瓦斯，煤尘，在一定条件下可以燃烧与爆炸。漏电有可能导致瓦斯煤

尘爆炸事故，其原因如图5-1-1所示。

C

B

A

5-1-1电网一相绝缘损坏时漏电电

流的途径

当电网一相绝缘损坏发生漏电时，漏电电流经绝缘损坏处入地，并经电网其

它两相对地绝缘电阻回到电源，如箭头所示。如果一旦断开此漏电回路（如设备

运转振动与地面离开瞬间），则在断开处（A点）产生电火花，就有可能点燃或

引爆瓦斯，导致火灾或瓦斯煤尘爆炸。

3.使雷管超前引爆

漏电电流在其通过的路径上将产生电位差，漏电电流越大，电位差也越大,

如果雷管两端引线不慎与漏电电路上具有一定电位差的两点相接触，则可能发生

雷管超前爆炸的事故。

4.烧毁电气设备

当井下电网中电气设备或电缆绝缘损坏时，便可造成相间短路或接地故障。

如相间直接接触，则短路电流较大，可以使短路保护动作，切断电源。如果相间

不是直接接触，而是经过漏电电阻相接的，则电流有可能不使保护或置动作，这

种漏电状态将长期存在下去。由于漏电电流长期通过绝缘损坏处，产生大量的热

能，将使电气设备烧毁。

（三）短路与过载的危害

“短路”是一种故障状态。短路一般是由于线路或用电设备的绝缘损坏而

造成的。在交流供电系统中，任何电设备或供电电缆，由于绝缘损坏等原因造成

电网相与相、相与地之间短接起来的现象，都叫做短路。

在煤矿井下，特别是采掘区域里，由于其特殊的工作环境，电气设备或电缆

的绝缘容易遭破坏（如水分和潮湿空气的浸入、物件对电缆的损伤，长期过负荷

运行以及使用年久绝缘老化等），都容易发生短路故障。

由于短路电流很大（通常可达到正常工作电流的几倍，甚至几十倍），可能

产生很大的机械应力使电气设备破坏；短路电流如不及时切除，可使电缆着火，

引起井下火灾；短路电流产生的电弧或热效应可以点燃瓦斯或引起瓦斯煤尘爆

炸，造成严重的后果；此外短路故障的存在，将使供电电压下降，还会影响电网

其它电气设备的正常工作。

所谓过载，是指电动机不仅负荷电流超过了允许值，而且过我的时间也超过

了允许值。煤矿井下，特别是井下采掘工作面的任务重，时间紧，由于机械方

面的原因，或超负荷运行以及频繁起动和网路电压降过大等原因，都容易造成电

动机的过载故障。

电动机过载后，绕组中电流密度大大增加，发热急剧增高，当温升超过绝缘

材料所允许的限度，在一定的时间内就将导致绕组烧毁而损坏电机。由于电动机

绝缘烧毁，还会造成单相漏电、两相或三相短路，如果不迅速消除故障，还可能

引起其它重大事故的发生。

（四）采掘电网的保护类型有哪些

采掘电网的保护有过流保护（包括过负荷保护和短路保护）；漏电保护（包

括漏电闭锁、漏电保护和选择性漏电保护）；接地保护；此外还有电压保护（包

括欠电压保护和过电压保护）；

断相保护以及风电、瓦斯电、温度闭锁等保护。其保护分类、保护范围、保

护方法与手段见表5—1—1所示。

表5-1-1采掘电网保护分类表

保护种保护分

保护范围方法和手段

类类

保漏漏电保

电网绝缘降低到某一数值时动作漏电继电滞

护电护

选择性

将漏电的回路选择出来动作选择性漏电继电器

漏

漏电闭送电前进行监测，漏电回路不消除漏电不有漏电闭锁的漏电继

锁能送电电器

接地保保护接防止人员触电，防止电火花引燃爆炸性气

保护接地系统

护地体

过（电（1）过（电流）负荷继电

（1）设备出现连续的过负荷时动作

电流）负荷器

流（2）设备由于过负荷而出现异常时动作

保保护（2）过热继电器

护

短路保（1）短路继电器

对电气系统或设备出现短路时动作

护（2）熔断器

（1）欠压继电器

当电压消失或低于某一数值时而动作（1）

欠压保（2）无电压继电器

防止设备自起动（2）防止电压过低时电气

电护（3）磁力起动器的电

压设备过热

保磁铁

护

（】）避雷器（2）压敏电

过电压（1）保护大气过电压引入井下（2）保护

阻（3）熔断器（4）阻

保护操作过电压

容吸收装置

断相保保护范

电机一相断线时动作断相保护装置

护围

风电、温

风电、温

度、瓦斯必须有风，无风断电；超过规定温度断电；风、温度、瓦斯保疔闭

度、瓦斯

电闭锁瓦斯超过规定浓度断电锁装置

电闭锁

护

第二节采掘低压电网的漏电保护

一、电网漏电保护从保护原理上分类有哪种保护方式

什么叫漏电：在供电系统中（主要是电缆），由于绝缘老化或机械性损坏而

产生微小的导电芯线本地电流时就是漏电。对于中性点不接地的供电电网一相漏

电时，流入地中的电流，只能通过其它两项的对地电容和对地绝缘电阻构成回路。

根据理论分析和实践证明，在煤矿井下供电系统中，由于一相漏电可能使正

常情况下不带电的电气设备外皮（如开关、电动机的外壳和电缆外皮）产生危险

电压，当人身触及这些带电外皮时会造成人身触电受伤以致死亡事故发生；同时

漏电所产生的电火花可能引起瓦斯、煤尘爆炸或使电雷管超前引爆；长时间较大

的漏电电流还可能使设备外皮发热以致引起火灾；如一相漏电不能及时消除，当

另外一相接地或漏电时，可能造成相间短路，产生电弧、高温极易引起瓦斯、煤

尘爆炸，引发火灾和造成电气设备和损坏口因此，漏电故障必须经常监视、及时

发现并使之消除。所以井下低压电网必须安装漏电保护装置。

电网漏电保护装置的种类很多，有的是专门制成一个完整的设备，有的则只

是制作成一个部件或一块插板安装在开关箱内，但从原理上看常见的漏电保护不

外以下四种：

（一）附加直流电源的检测保持方式

如图5-2-1所示。附加直流电源的漏电保护原理是在三相电抗器组成的人

为中性点（图5—2—la）或变压器的中性点（图5—2—lb）上附加直流电源。

使直流电流I由正极流出，入“地”后，经绝缘电阻「A、切、rc进入三相电网，

再经三相电抗器SK（ffl5-2-la）或（图5-2-lb）那样，经变压器绕组、零

序电抗器LK、干（KQ）表和直流继电器J,返回负极。

CC

BB

AA

u_於)KN1点R

((x)(b)

图5-2-1附加直流电源漏电保护原理

（a）直流电源加在人为中性点与地之间（b）直流电源加在变压器中性点

与地之间

对于稳定的直流电源，电容器C和电网对地电容CA、CB>Cc除了投入瞬间

外，不会有电流流过。

显然这个直流回路能用千欧表监视电网的绝缘电阻值，这个回路流过的电

流如用I表示时，则

1=-^

RE+rE

式中：U一直流检测电源电压，伏；

R£—为检漏继电器的内阻，其中包括直流继电器线圈的内阻RJ、千欧表的

内阻R。零序电抗线圈的直流电阻Ro和三相电抗相线圈的电阻之和，欧；

r£一三相电网每相对地绝缘电阻的并联值。即r£=-j-j-如三相

-----1------1----

rArBrc

绝缘电阻同时下降，且「A=「B=rc时，rE=-o

3

问题是RE已经确定后，rE应确定在多大时漏电继电器动作。这主要根据

人身触电的允许电流值来确定，我国此值采用30毫安秒。即人身触电电流为30

毫安时，漏电继电器动作时间不超过1秒钟。通过计算（详见本章第三节），660

伏电网每相对地绝缘电阻为厂35千欧时，人身触电电流为30毫安，即660伏电

网绝缘电阻低于35千欢时，便切断电源。我们将上述自动切断电网时的漏电继

电器动作值r£称为整定动作电阻值RZo即660伏漏电继电器当其电网绝缘电

阻为立=工=史=11.7千欧，也就是当电网绝缘电阻低于此值时，直流继电器J

33

动作。为了更加可靠我们取11千欧。

（二）零序电压保护方式

当三相电网的对地阻抗不平衡时（如一相绝缘受损），尽管电源电压三相对

称，也会使三相对地电压不对称，这主要是由于三相电网漏电时产生了零序电压

的原因。一相绝缘损坏的越重，该相对地阻抗越小，三相对地不平衡程度越重，

产生的零序电压值也就越大。所以人们利用检测零序电压的大小来反映对地绝缘

损坏的情况，这就是零序电压漏电保护的原理。利用零序电压的漏电监视和保护

装置原理如图5-2-2所示。

图示5-2-2利用零序电压的漏电监视和保护装置原理

（a）利用岚灯或电压表监视绝缘情况

（b）通过三相电抗器SK产生对地零序电压V

（c）利用零序电压的漏电保护装置原理

（三）零序电流保护方式

在相电网中如果发生了非对称的漏电故障时，必然产生零序电压。有了零序

电压又有零序电流通路，就必然有零序电流Io产生，零序电压Uo和零序电流I。

的特点是：在三相电网上同时产生，而且大小，方向一致。

如图5-2-3所示，在变压器中性点不接地的供电系统中，零序电流Io的通路

是由故障附近的三相电网出发，经三相电源线和三相电网对地的绝缘电阻出「B、

rc和电网对地电容CA、CB、Cc入地，再由地流回故障点。由图中可见有三倍的

零序电流31。流过零序电流互感器LLH的一次侧。在其二次侧线圈上就会产生与

I。大小成比例的电流Lo,此电流经整流器D整流后使灵敏继电器J动作，从而

使电源开关跳闸，这就是零序电流漏电保护的原理。

图5—2—3零序电流漏电保护装置原理

（四）零序电流方向保护（选择性保护）方式

在如图5-2-4所示的多路供电系统中，如果在第三支路是发生单相漏电故障

或接地故障时，我们希望只有第三支路上的漏电保护动作，让开关跳闸，其它支

路不受影响，这就是选择性。这时，第一、二支路的零序电流互感器LHi、LH2

中的零序电流的方向是由母线流向电网，并分别由各支路的对地电阻r入地，而

在LH3中的Io则由电网流向母线而且数量上为第一、二支路电流之和。因此，

利用零序电流的大小和方向不同，我们可以使故障支路区分开，达到选择性保护

的目的。

图5-2—4零序电流保护的选择性原理

零序电流漏电保护不仅适用于变压器中性点不接地系统，也适用于变压器中

性点经阻抗接地系统和人为中性点经阻抗接地系统，同样可实现有选择性的漏电

保护。

二、井下低压电网安全条件分析

（一）煤矿井下变压器中性点及电网人为中性点接地方式

我们知到，《煤矿安全规程》中规定：煤矿井下供电的变压器中性点禁止接

地。但实际为了实现零序电流保护，往往需要在电网中制造一个人为中性点。目

的是为了形成零序电流通路和直流检测通路以便实现漏电保护。如图5-2-5所

示，（a）、（b）、（c）为煤矿井下变压器中性点接地方式，（d）、（e）为电网人为

中性点接地方式。

变压器中性点接地方式有四种：1、中性点不接地系统（又叫中性点绝缘系

统）；2、中性点直接接地系统；3、中性点经高阻抗接地系统；4、中性点经低阻

接地系统。

电网中性点接线方式有二种：1、经三相电抗形成人为中性点；2、经三相电

阻形成人为中性点。

图5-2-5变压器中性点及人为中性点接地方式

（a）变压器中性点0不接地系统：

（b）变压器中性点0直接接地系统；

（c）变压器中性点0经阻抗（Ro、LK）接地方式（接地阻抗（Ro、LK）

又有高阻抗和低阻抗两种情况）；

（d）由三相电抗器SK形成人为中性点0,再由人为中性点经阻抗（Ro、

LK）接地方式；

（e）由三相电阻Ri、R2>R3构成人为中性点0，再经阻抗（R。、LK）接地

方式。

（二）井下低压电网安全条件分析

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。对于变

压器中性点绝缘系统又受电网对地电容因素的影响，电容越大，对地电流也就越

大，安全条件也就越差，当低压电缆线路较长时，必须要考虑这一问题，目前解

决的办法是采用电抗补偿来抵消电容电流，使之达到或接近纯电阻性电路。

I.变压器中性点不接地系统

在电缆的总长度比较短的条件下，电网对地电容不大，电容电流很小，可以

忽略。此时，人身触电电流和单相接地电流的计算就可以只考虑电网对地绝缘电

阻的影响，其电路图如图5-2-6中a所示。图中用集中的电阻rA.m和rc分别

表示各相对地的分布绝缘电阻。

A

a

图5-2-6忽略电网对地电容时的人身触电电流回路

a—电路图b—电压向量图c—电流向量图

(1)在正常状态下

在正常状态下，电源电压UA、UB和Uc是对称的，即：

UA=UB=UC=UO>

UA+UB+UC=O

式中Ue—电源的用电压。

此外，各相对地的绝缘电阻值也是相等的，即：

rA=re=rc=r

三相对地绝缘电阻口、「B和rc,可以看成是一个对称的星形负载，其中性点

为地。因此，当未发生人身触电或单相接地事故以前，每相绝缘电阻中流过的电

流IA、IB和k也是对称的，即：IA=IB=IC

iA+iB+ic=o

同时，出现下列关系：

•••

UA=iAfAUB=iB「AUc=iCfA

由此可见，在未发生人身触电或单相接地故障以前，各相对地电压与电源的

相电压相等，也是对称的。因而假想的负载中性点与变压器中性点之间没有电位

差，也就是说，变压器中性点对地的电压Uo为零，当然也无零序电流卜，即：

Uo=o,io=O

(2)人身触电时

在上述条件下，发生了人身触电事故，如触及A相带电导体时，便有电流

通过人身。该电流是经过其它两相的绝缘电阻「B和rc构成通路，而A相的绝缘

电阻以与人身电阻Rh并联，此时，A相的对地电阻变成为：「A=Rh*rA/（Rh+iA），

这就破坏了上述假想负载的对称性，于是，电网对地的电压和电流将发生新的变

化，假想负载的中性点与变压器中性点之间出现了电位差，即：UoWOo

在电压向量图（见图5-2-6b）中，此时可以认为假想负载的中性点相当于

由“0”点移到了”点，0’0标示着Uo的大小及方向。因而，A相对地的

电压便由0A值降到（向量O'A）,其余两相却增大到。B'和tic'（分

别为向量O'B和5C）o它们之间的关系式为：

UAZ=UA+UO

UBZ=UB+UO

Uc,=Uc+U（.

显然，各相对地（即O'点）的电压便不再平衡了。尽管如此，三相电源电

压仍然保持着对称关系，对负载的正常运行并无影响。

由于各相对地的电压不等，各相绝缘电阻中流过的电流值也就各不相同，变

成为：

.,_u;_u;_UA+U0

1A-----——

rArArA

i,工+U。

rB3

.,_U^_Uc+U0

Ic-----

rcrc

同时，人身触电电流值Ih为：

1

RhRh

各个电流的向量关系示于图5-2-6c中。

根据克希荷夫电流定律，则得：

,

iA'+\B'+ic+ih=o

即:

"+U0+U4+U“+U。

十十十一u

rAhrCRh

当FA=FB=rc时,上式变为:

3UUU八

UA+5+UC+--04-^A-+—o=0

rrRhRh

乂因

UA+0B+0c=0

所以，v(2—2—1)

3屏十「

人身触电电流值ih为:

iUU3U

=A+0=A(2—2—2)

Rh3风+「

从式(2—2—1)和式(2—2—2)可以看出，在忽略电容的条件下，变压器

中性点对地的电压Uo和A相电源电压的相位相反，而人身触电电流Ih却与A相

的电源电压UA相同。它们的绝对值分别为：

UA「Uir

U°=V

3人+「3凡+「

3U3U

2—2—3)A=4)A

3Rh+r3Rh+r

2—2—4)

式中Ue—电源的用电压，伏；

r一电网每相对地的绝缘电阻，欧；

Rh—人身电阻，欧。

根据式(2-2-2),可以绘制出计算人身触电电流h的等值电路图(见图

5-2-7),这样就把复杂的三相电路简化成为一个理相电路。人身触电电流Ih就等

于人身电阻Rh和绝缘电阻r/3串联，然后再以此直去除A相的电压UAO

［例11在井下660伏低压电网中，若每相对地绝缘

电阻r=35OOO欧，求人身触电时通过人身的电流值是多

少？

解：对于井下条件，通常取人身的电阻值Rh=1000欧,

于是，人身触电电流h为：

3心二3x38()

=0.03安

3氏+3x1000+35000

一般认为30亳安为人身触电电流的安全极限值，也

就是说，在忽略电容的情况下，当绝缘电阻值等于或大于35000欧时，就能够防

止人身触电；反之，若低于35000欧，则可能发生危险。由此可见，提高电网对

地的绝缘电阻，便能够保证人身安全。此外，还应当注意，人身触电电流Ihl勺大

小与电源的相电压成正比，电压越高，人身触电电流值也就越大。如果电压升高

了，而人身触电电流值仍然要求不超过3()毫安，那末，就只好提高电网对地的

绝缘电阻值。例如，对于1140伏电压，绝缘电阻值就必须等于或大于63000欧

才行。

下面再进一步求出此时的零序电压Uo'和零序电流io'。

由于人身触电后，三相电网对地的电压UA'、UBZ和0C'之和不再为零,

因而在故障点便出现了零序电压0。'。按照对称分量法，零序电压0。'可由下

式求出：

fz

Uo=i(UA)(2—2—5)

我们再将前面推导的IA'、OB'和Oc'关系式代入，则得：

•1.........................................................

Uo'=—(UA+UO十UB十Uo十Uc十Uo)

3

因UA+UB+UC=O

所以

•1•,—TJ.r

Uo'=—(3Uo尸Uo=—」

33Rh+r

(2—2—

6)

由此可见，零序电压Uo'与变压器中性点对地的电压jo相等，因此常用Uo

表示零序电压。而零序电压与故障相（A相）的电压GA方向相反。

零序电压Go是在故障点出现的三个大小相等、方向相同的电压，它们分别

作用到三相电网的每一相上，故在零序电流等效电路图（图5-2-8）中，可将故

障点的三个相用虚线联接起来。由于零序电压Go的存在，必然在由绝缘电阻r

构成的零序回路中，产生三个大小相等、方向相同的零序电流io（如图5-2-8

所示，但方向与一般相反）。

零序电流io可用下式进行计算：

。二工=二

(2—2—7)

r3R卜+r

于是，人身触电电流ih为:

-35二3必

ih=-3io=(2—2—8)

r3Rh+r

此式与（2—2—2）完全相同。这说明人身触电电流ih也可以用r去除（-3Uo）

得到。此时，I■就相当于下面的零序阻抗了。

图5-2-8零序电流等效电路图

由于变压器中性点与地之间没有零序电流通路，所以，变压器线圈内部（即

图5-2-8中0至M线段之间）便不会有零序电流，而零序电流只能在绝缘电阻

「和故障点之间（即M至N线段）流过，由此可见，对于单个支路来讲，如果

在其电源端装置零序电流互感器，是不可能反映该线路的故障状态。

至于多支路的辐射式电网（见图5-2-9）,如果其中一个支路发生触电事故,

那么，各个分支路中都将有零序电流流过，而人身触电电流便为各个零序电流的

总和。从电源母线端往外看，通过故障支路的零序电流，不仅大小，而且方向都

和非故障支路不同。在故障支路的零序电流互感器中流过的是非故障支路零序电

流之和，而其它支路的零序电流互感器则只流过本支路的零序电流。此外，故障

支路的零序电流方向，由线路向母线，而非故障支路，则由母线流向线路。这是

设计零序电流方向保护装置的理论根据。

图5-2-9各个支路中的零序电流分布图

LW、L%、L%一零序电流互感器

（3）单相接地时

当某相（如A相）导线发生了直接接地故障，在接地点便有电流流过，这

就是单相接地电流。它如同人身触电一样，也是经过其余两相对地的绝缘电阻

和rc构成电流回路，只不过此时的A绝缘电阻s被故障点短接起来了。A相对

地电压为零，而B相和C相对地电压升高了3倍，变成了线电压。自然，此时

电气设备的绝缘要承受较高电压，但这并不会影响负载的正常工作，因为电源的

线电压仍然是对称的。

由于三相对地电压之和不为零，于是也同样会出现零序电压Go和零序电流io,

其值和单相接地电流ic均可分别由式（2—2—6）〜式（2-2-8）导出，只需

令其Rh=O即可。结果

UO="UA

3UA

绝对•值

35,

(2-2-

9)

［例2］在［例1］的条件下，求单相接地电流值。

根据(2-2-9)可以求得单相接地电流:

学=就=°。33安

据有关资料表明，在660伏线电压作用下，对于纯电阻电路来讲，上述单相

接地电流所产生的电火花不致点燃瓦斯。因此，在忽略电网对地电容的情况下，

当绝缘电阻的数值等于或大于35000欧，不仅能保证人身安全，也能防止矿井的

瓦斯爆炸。

(4)考虑电网对地电容时的人身触电电流计算

当电缆线路较长，一般超过一公里时其对地电容较大，电容电流便不可忽略。

于是，在计算人身触电电流时，除绝缘电阻外，还必须考虑电容的影响(有时电

容甚至起主要作用，绝缘电阻的影响反而可以忽略)，其电路图如图5-2-10所示。

图5-2-10考虑电网对地电容时的人身触电电流回路

在这种情况下人身触及一相带电导体时，通过人身的电流可按下式计算：

Ih=-*丁］(2—2—10)

R.,J—3+61)二

V9(l+r2<o2c2)R：

式中U<D—电源的用电压，伏；

Rh一人身电阻,欧。一般Rh=1000欧进行计算;

r一电网每相对地的绝缘电阻，欧；

C一电网每相对地电容，法；

3=2nf一交流电的角频率，弧度/秒。当f=50赫时，3=314弧度/秒。

由上式可见，由于电网对地电容的影响，人体触电电流增高了。在电网对地

电容较大的情况下，如果单纯强调提高电网的绝缘电阻，其结果不但不会减小通

过人身的触电电流，反而会增加。

例如，根据实验，电网电压为660伏，人身电阻1000欧，电网每相对地电

容为0.5微法，当电网每相对地绝缘电阻为35000欧时，人身触电电流为1S4毫

安，如果提高每相对地绝缘电阻为无穷大时，则人身触电电流为162毫安，大大

超过人身触电的安全电流值（30毫安）。所以只有在装置漏电保护时，采用电感

补偿办法，来抵消电容电流，达到安全的目的。

2.变压器中性点接地系统

变压器中性点接地系统，是指变压器中性点直接接地而言。在此条件卜，如

果发生了人身触电或单相接地事故，其安全程度也可以通过下列计算进行分析。

（1）人身触电电流计算

在变压器中性点接地系统中，发生了人身触电事故，便有电流通过人身，该

电流是经过变压器中性点构成回路（见图

Cc

Bb

A

Ue

Rh

0

图5-2T1人身触电电流回路

此时，人身触电电流值可按下式进行计算；

I=—（2—2—11）

h人

式中Ih一人身触电电流值，安

LU—电源的相电压，伏

Rh一人身电阻，欧。

上式中除了变压器内部阻抗、线路阻抗、土壤电阻和变压器中性点的接地电

阻被忽略不计以外，电网对地的绝缘电阻和电容，对人身触电电流均无影响，这

也就说明，在此条件下的人身触电电流值，只与电网的电压和人身的电阻有关。

在人身电阻一定的情况下，电压越高，人身触电电流值也就越大。

例如，对于660伏供电系统：

一价蒜二°38安

对于1140供电系统:

5侬=0.66

安

1000

由上述结果可以看出，它超过人身触电电流的安全值(30毫安)很多，必

然是非常危险的。减少人身触电电流值的办法：除降低电网的供电电压以外，就

是加强人身的绝缘。降低电压往往因工作需要而不可能，加强人身的绝缘(如穿

绝缘靴，戴绝缘手套等)，在井下潮湿润的环境中，也很难办到。

下面再将中性点接地与不接地两种条件下的人身触电电流值进行比较，便可

得到下列关系式：

U力

工______________________=11+(+6&)=而

Ih251V9R：(l+r232c2)

R

h.「(「+6氏)

N9Rh(l+r2<x)2c2)

式中Ihl和3—分别为中性点接地与不接地两种条件下的人身触电电流值；

a_«+6风)

9R：(l+r232c2)

上式说明，不管电源电压是多大，对于变压器中性点接地系统，人身触电电

流值总是要比不接地系统大，而且是随着电网对地电容值C减小，大得就更多,

相对的危险性也就越大。

例如1660伏电网中，若每相对地绝缘电阻厂35000欧、C=0.5微法，代入上

述式子进行计算，则得：

a=________3500x(3500+6x1000)________=51

9xl(XX)2x[l+35(X)2x3142x(O.5xlO_6i2",

乂=Jl+5.1=2.47

1h2

也就是说，在此条件下，中性点接地时的人身

触电电流值为不接地时的2.47倍.

（2）单相接地电流计算

在变压器中性点接地系统中，若发生单相接

地，便有很大的单相短路电流在故障点流过（如图

5-2-12所不）。

单相短路电流值IK⑴可以按下式进行计算：图5-2-12

I:"

k⑴D।D

式中U中一电源相电JE,伏；

IK<1）一单相短路电流，安；

%一工作接地极的接地电阻，欧；

Ri一故障点土壤的流散电阻，欧。

当电网电压为660伏时，若Re=4欧、Rt=16欧,

那么，单相短路电流值IKm为：

显然，此单相短路电流大大超过安全火花电流值，足以引起瓦斯煤尘爆炸，

但并不能使熔断器的熔体熔断，起到应有的短路保护作用。因此，对于中性点直

接接地系统来讲，必须相应地采取接零措施。有了接零以后，单相短路电流值才

足以使保护装置可靠地动作，及时切除接地故障。

三、采掘电网的绝缘电阻

（一）绝缘与绝缘电阻的概念

电气设备的绝缘与绝缘电阻，是电气人员经常碰到的技术术语。必须提出，

绝缘与绝缘电阻是完全不同的物理概念。

电气设备为了防止每相芯线对地、芯线对芯线之间的漏电,用不导电材料（绝

缘材料）如橡皮、布代、电缆纸、塑料带与云母等，将芯线包扎并使相与相隔开,

称为电气绝缘，筒称绝缘。按“绝缘”两字词意说，是绝对不导电的意思，但实

际情况不是如此，电气绝缘不是绝对不导电，而是经过绝缘层的绝缘电阻进行漏

电，而且电流有大有小而己。

绝缘电阻是表示电气设备或电网漏电程度的物理量，由于电气设备所采用的

绝缘材料不同与使用环境的温度、湿度的区别，使电气设备呈现不同的绝缘电阻。

根据欧姆定律，绝缘电阻大，即漏电电流小，说明绝缘好；绝缘电阻小，即漏电

电流大，说明绝缘差。

绝缘电阻的符号用R或r表示，计量单位是千欧（KC）或百万欧（M。）,

百万欧也称兆欧。

（二）采掘电网总绝缘电阻的概念

1.单一电气设备的单相、两相、三相对地绝缘电阻

每台电气设备都有绝缘电阻的问题，由于是三相制，就存在单相对地，两相

对地与三相对地的绝缘电阻，我们用图5-2-13来说明它的意义。这是一条10（）

米长的电缆。

,100m

C

B

A

nnnu

rrATr.^

图5-2-13漏电绝缘电阻示意图

对于变压器中性点不接地系统，我们将每相对地漏电电阻用一个集中的绝缘

电阻来代替即「A、「B、rco

单相对地绝缘电阻，是指每相芯线对地绝缘电阻，如图5-2-13所示的「A、

年、re®

两相对地绝缘电阻，是指每两相芯线连接在一起对地的绝缘电阻，它是两相

芯线对地绝缘电阻并联值。

rAB0=■%；「BCO二一」；Fo二%」

「A+「BrB+rCrC+rA

式U」「ABO、「BCO、「CAO表小AB、BC、CA各两相对地绝缘电阻。

电气设备的每两相对地绝缘电阻基本上是对弥的，即：

rA=rB=rc=r所以「ABOFOA二「CAO二二

2

三相对地绝缘电阻，是指三根芯线连接一起对地的绝缘电阻，它是三芯线对

地绝缘电阻并联值。由于「ATBTC二r所以三相对地绝缘电阻值R为：

R=1（R为三相对地绝缘电阻）

（

2—2—12）

对于电动机、变压器在已经连接成△或Y的情况下，摇测每一接线端子对

地绝缘电阻是三相对地绝缘电阻，要摇测单相或两相对地绝缘电阻时，必须把接

线板拆开，分别进行摇测。正常情况下三相对地绝缘电阻是对称的，所以可以用

计算的方法求得。

[例3]一台电动机Y接法，未拆开接线板摇测接线端对地绝缘电阻为35千

欧，求单相与两相对地绝缘电阻（设三相对称）。

解：已知R=35000欧

由R=£所以r=3•R=105000欧

3

乂因为FAB0=rB0A=rcA0=—=52500欧

2

[例4]一条电缆，摇测每相对地绝缘电阻s=「B=rc=r=2兆欧，求两相与三相

对地绝缘电阻。

解：己知r=2兆欧

r,

R=—=—=0.66兆欧

33

rABO=rBOA=rcAo=-=13K欧

2

2.采掘电网单相、两相、三相总绝缘电阻

采掘低压电网是由变压器、电缆、低压开关、电动机等电气设备组成，每台

设备与每条电缆都存在漏电电流与绝缘电阻的问题，我们仍用前面同样的方法，

将电网中所有的电气设备的对地绝缘电阻用一个集中的总的对地绝缘电阻表示，

如图5-2-14所示。

C

B

A

性5-2-14电网总绝缘电阻示意图

采掘电网的单相、两相、三相对地总绝缘电阻的概念与上述基本相同，只不

过是电网中各个电气设备对地绝缘电阻的并联而已。采掘低压电网中检漏继电器

欧姆表的指示数值，为电网三相对地总绝缘电阻值。电网三相对地绝缘电阻要比

单一电气设备对地绝缘电阻复杂的多，受影响的因素也比较多，只要其中一台电

气设备的单相对地绝缘电阻发生变化，电网总的单相、两相、三相对地绝缘电阻

都会发生变化，计算方法与前面讲的一样。

3.采掘电网漏电保护动作电阻值的确定

采掘电网发生漏电事故时，必须切断故障线路的电源，确保人身安全和不发

生瓦斯、煤尘爆炸事故，我们就必须对漏电保护装置的动作值进行确定。根据前

面所讲解的内容，其原则为：在不考虑电网对地电容时，当人身触及一相导线时,

允许通过人身的最大安全触电电流为30毫安，人身电阻在井下潮湿条件下按最

低值Rh=l。。。欧计算，利用（2—2—4）公式可得

3U小

(2—2—13)

计算的r值为电网允许的总的单相最低对地绝缘电阻值。再根据公式（2-2

-12）可得

R年皆f

电网允许的总的三相最低对地绝缘电阻动作值。

对于漏电保护装置的整定，为了确保动作灵敏可靠，实际上要比计算的三相

对地绝缘电阻动作值要小。

漏电闭锁：漏电闭锁是指对未送电的供电线路的对地绝缘状态进行监视，当

发现其绝缘电阻值下降到一定数值（闭锁整定值）以下时，使漏电闭锁继电器动

作，从而使相应的开关不能合闸送电，起到对供电网路的绝缘监视和保护作用。

我国规定的漏电闭锁整定值为漏电保护整定动作值的两倍。

采掘电网漏电保护绝缘电阻整定动作值见表5—2—1

表5—2—1

电压（伏）

12738066011403300

电阻值（欧）

允许最低绝缘电阻值（单相）4300190003500063000187000

动作电阻计算值（三相）14306460117002100062333

实际动作电阻整定值（三相）11003500110002000060000

漏电闭锁整定值220070002200040000120000

（三）采掘电网最低（极限）绝缘电阻值

采掘电网由变压器、电缆、电动机、开关等元件组成。电气设备运行规程对

每个元件的最低绝缘电阻的规定按下式计算

rk=l（）（）OUe（2—

2—13）

式中：入一元件三相对地绝缘电阻；

Ue—电网额定线电压。

由上式可以看出，每台设备的最低绝缘电阻「k，可总结为“一千伏工作电压

不低于一兆欧二即电网电压为600伏时，设备最低绝缘电阻值不低于0.66兆欧;

电网电压为1140伏时，设备最低绝缘电阻值不低于1.44兆欧。

电网的最低（极限）绝缘电阻，是由电网所有元件的最低要求来确定的，因

此，它不是一个固定值，是根据电网元件的多少有它自己的最低绝缘电阻值，采

掘电网中的启动器、控制开关与接线盒，一般情况下绝缘电阻相当高，在计算电

网最低绝缘电阻时，可以不予考虑，只是考虑变压器、电缆与电动机。现分析如

下：

1.一条电缆向一台电动机供电

如图5-2-15所示为一条电缆向一台电动机供电情况，由于电缆与电动机的

最低绝缘电阻均不低于lOOOUe,此系统的总绝缘电阻是电缆对地绝缘电阻rkl

与电动机对地绝缘电阻rk2并联，所以电网的最低绝缘电阻值

IQ00U

e欧(2—2—14)

rkP>

如图5-2-15一条电缆向一台电动机供电的绝缘电阻

图中rid—电动机最低绝缘电阻；

皿一电缆最低绝缘电阻；

心一电缆与电动机并联绝缘电阻。

上述系统中对于66()伏电网电压，最低绝缘电阻为不低于().33兆欧；对于

1140伏电网电压，最低绝缘电阻而不低于0.72兆欧。

2.配电点供电方式的采掘电网

如下图5-2-16所示为配电点供电系统。

图5-2T6配电点供电系统最低绝缘电阻计算图

该电网的最低绝缘电阻不低于公式(2-2-15)

1000Uc

欧(2—2—15)

Ko-2n+2

式中K。一电气设备同时工作系数取0.5~0.7；

n-一台电动机代一条电缆；

［注］分母的常数2代表一台变压器加一条干线。

［例5］如图5-2T6所示，供电电压为660伏，若代有8台电动机，求按电

气设备运行规程规定其电网极限绝缘电阻为多少时才允许供电？

解：己知n=8,取K°=0.5由式(2—2—15)可得

FkP=*660=66000欧=0.()66兆欧

2x0.5x8+2

答：电网绝缘电阻不低于0.066兆欧，则可以供电运行。

3.干线式供电方式的电网

图5-2-17所示为干线式供电系统的电网，电网的最低绝缘电阻不得低于公

式

(2—2—16)的计算值。

十线2

图5-2-17干线式电网最低绝缘电阻计算图

1000Uc

Fkp>

KQ,2n+(1+x)

—2—16)

式中K。一电气设备同时工作系数取().5~0.7；

n-表示一条电缆向一台电动机的数量；

x—干线电缆的数量(注)

注：干线电缆的条数，以有两个保险器之间算一条干线电缆，图5-2-17的

x=3o

［例6］图5-2-17干线式电网，电网电压为660伏，电动机台数为16台，求

此电网的绝缘电阻不低于多少时才符合电气设备运行规程规定？

解：己知n=16,取Ko=0.5,干线数x=3根据式(2—2—16)可得

lOfflU,1000x660

=33000欧=0.033兆欧

K0,2n+(1+x)2x0.5x16+(14-3)

答：电网的绝缘电阻不低于0.033兆欧才符合电气设备运行规程的规定。

（四）采掘电网漏电保护装置动作电阻值与最低绝缘电阻的关系

煤矿井下供电，必须保证人身安全和不点燃瓦斯、煤尘为主要目标。根据我

国煤矿井下供电采用变压器中性点不接地系统的特点，人身触及一相带电体时，

流经人体的漏电电流不大于30亳安，称为允许极限安全电流。

我们已知，电网电流的大小与电网对地绝缘电阻是有密切关系的。因此，要

保证人身触电的漏电电流不超过安全电流值，电网的三相总绝缘电阻最低不得小

于式（2—2—13）计算的结果，即：电网电压为660伏时，三相总绝缘电阻最低

不小于11700欧;电网电压为。欧伏时,三相总绝缘电阻最低不小于21000欧,

否则，就有可能发生人身触电死亡或点燃瓦斯、煤尘的危险。我们把这个对人身

触电有危险的电网极限绝缘电阻值，做为采掘电网漏电保护装置动作电阻值的理

论依据，动作电阻值定为：电网电压为660伏时，1100（）欧；电网电压为1140

伏时，20000欧（前面已经讲过）。

电气设备运行规程规定的电网最低绝缘电阻肺是与电网的元件数最有关的

量，在采掘电网为6