浅论零序电流保护与剩余电流保护的应用

(中国神华神东煤炭集团 运销处，内蒙古 鄂尔多斯 017205)
摘 要：文章介绍了零序电流保护与剩余电流保护的工作 原理及应用，指出在低压配电系统中采用零序电流保护和剩余电流保护是防止触电事故及电 气火灾的有效措施。
关键词：零序电流保护；剩余电流保护；接地保护
中图分类号：TM93  文献标识码：B  文章编号：1007—6921(2010)01—0073—01

为了防止人身触电以及配电线路由于各种原因而遭损坏，引起电气火灾和电气设备损坏 事故，保证设备和线路的热稳定性，我国现行的电气设计、施工等有关规范都提出了在低压 配电线路中需设置人身触电或漏电等接地故障保护装置。在《民用建筑电气设计规范》和《 低压配电设计规范》中指出了采用接地故障保护的两种方法，零序电流保护与剩余电流保护 (亦称漏电电流保护)。这两种电流保护的基本工作原理相同，但使用范围、安装等要求却 有所不同。
1 零序电流保护与剩余电流保护的工作原理

零序电流保护为让三相线路导线一起穿过一零序C.T(电流互感器缩写为C.T)，也可在中性线 N上安装一个零序C.T，利用这些C.T来检测三相电流矢量和，即零序电流I₀，I_A+I_B＋I_C=I_o，当线路上所接的三相负荷完全平衡时(无接地故障，且不考虑线路、电器设备的 泄漏电流)，I0=0；当线路上所接的三相负荷不平衡，则I₀=I_N，此时的零序电流为不 平衡电流IN；当某一相发生接地故障时，必然产生一个单相接地故障电流I_d，此时检测 到的零序电流I_O=I_N+I_d，是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。

剩余电流保护是在被测的三相导线上与中性线N上各装一个C.T，或让三相导线与中性线N一 起穿过一个零序C.T，得到三相导线与中性线N的电流矢量和I_A＋I_B＋I_C＋I_N，当没 有发生接地故障时，无论三相负荷平衡与否，则此矢量和为零(严格讲为线路与设备的正常 泄漏电流)；当发生某一相接地故障时，故障电流中会通过保护线PE及与地相关连的金属构 件，即I_A＋I_B＋I_C＋I_N≠0，此时数值为接地故障电流Id加正常泄漏电流。

从以上分析可看出，零序电流保护和剩余电流保护两者的基本原理都是基于基尔霍夫电 流定律：流入电路中任一节点的电流的失量和等于零，即ΣI=0，并且都用零序C.T作为取样 元件。在线路与电器设备正常运行情况下，各相电流的矢量和等于零(对零序电流保护假定 不考虑不平衡电流)，因此，零序C.T的二次侧绕组无信号输出(零序电流保护时躲过不平 衡电流)，执行元件不动作。当发生漏电或触电等接地故障时，各相电流的矢量和不为零， 故障电流的零序C.T的环形铁芯中产生磁通，零序C.T的二次侧感应电压使执行元件动作，带 动脱扣装置，切换供电网络，达到漏电故障保护的目的。
2 零序电流保护与剩余电流保护的应用

零序电流保护一般应用于TN接地系统。因为当发生一相接地时，对TN-S系统,I_d(接地故障 电流)回路阻抗包括相线阻抗Z₁，PE线阻抗Z_PE和接触阻抗Z_f，即Z_s＝Z₁+Z_PE+Z_f；对于TN-C系统，I_d回路阻抗包括相线阻抗Z₁，PEN线阻抗Z_PEN和接 触电阻Rf，即Z_S＝Z₁+Z_PEN+R_f；对于TN-C-S系统，I_d回路阻抗包括相线阻 抗Z₁，PEN线阻抗Z_PEN，PE线阻抗Z_PE和接触电阻R_f，即Z_S＝Z₁+Z _PEN+Z_PE+R_f，产生的单相接地故障电流为I_d＝U₀/Z_S(相线对地标称电压) ，明显大于无故障时的三相不平衡电流，只要整定合适，就可检测出发生接地故障时的零序 电流，以切断故障回路。

而对IT系统，一般均是使用对供电可靠性要求较高、对单相接地不必要立即切断供电回路、 但需发出绝缘破坏监察信号、以维持继续供电一段时间的工矿企业内的不配出中性线的三相 三线配电线路。当单相接地时，该故障线路上流过的零序电流是另两相电容电流的失量和， 故障电流很小，外露导电部分的故障电压限制在50V以下，不构成对人体伤害，因而不容易 检测出接地故障电流，故应用绝缘监测装置来监察相对地第一次接地故障。

TT接地系统常应用于工农业、民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统中，常发 现三相不平衡电流较大，当发生一相接地时，I_d回路阻抗包括相线阻抗Z₁，PE线阻抗 Z_PE，负载侧接地电阻R_A和电源侧接地电阻R_B，接触阻抗Z_f，即Z_S=Z₁+Z_PE+R_A+R_B+Z_f，接地故障电流I_d=U₀/Z_S，R_A+R_B＞＞Z₁+Z_PE+Z_f，且R_A+R_B数值一般均较大,当故障点为非金属性接地时，接触阻抗阻值难估算，与T N系统相比TT系统的故障环路阻抗大，产生的单相接地故障电流I_d，远远小于不平衡电流 ，很难检测出故障电流，故不适用于TT接地系统。

由剩余电流保护工作原理分析可知，它的保护动作整定电流可以从mA级到A级，有相当 高的动作灵敏性，因此剩余电流保护装置对于TN、TT、IT接地系统均可适用。但剩余电流保 护适用于TN接地系统中的TN-S系统，不能用于TN-C接地系统的馈电主干线保护。因为TN-C 接地系统中保护线PE和中性线N合用一根线PEN、PEN在正常工作时流过三相不平衡电流，当 单相接地时产生的接地故障电流Id也从PEN线上流过，剩余电流保护装置根本无法检测出 是不平衡电流还是接地故障电流，也就是说，已丧失单相接地故障的检测功能。当用于分干 线及末端线中时，如果是TN-C接地系统，则应按TN-C-S或局部TT接地处理，剩余电流保护的 动作电流整定值(IΔn)一定要躲开正常漏电电流，才可避免误动作。我们在选用时，对于I Δn数值可根

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