單相接地故障的定義及單相接地故障電流的采集方法

要回答題主的問題，首先我們要弄懂幾個原理。

1.單相接地故障的定義

我們設三相電流分別為ia、ib和ic，并且有如下關系：

如果三相電流是平衡的，也即Ia=Ib=Ic，則上式中可以寫成：

我們很容易利用中學的三角函數(shù)知識證明中括號內(nèi)三個正弦量的和等于0。

等號右側(cè)的量其實就是三相不平衡電流。我們看到，中性線電流In與三相不平衡電流的大小相等方向相反。所以，當三相平衡時，中性線N的總線上的電流為零。

提醒一下：雖然三相平衡時中性線N總線上的電流等于零，但中性線支線上的電流不等于零。事實上，中性線支線上的電流與某相的相線電流大小相等而方向相反。

現(xiàn)在，我們把中性線電流和三相電流合在一起求相量和，如下：

結(jié)果會怎樣呢？

我們發(fā)現(xiàn)，即使出現(xiàn)了三相不平衡，但ig的值依然為零。即：

我們看下圖中的圖1，它的負載其實就是安裝在三條相線上的三只阻值相同的電阻，顯見三相是平衡的。而圖2中A相多了一只電阻，所以三相不平衡。然而不管是圖1還是圖2，中性線電流與三相電流的相量和，卻始終等于零。

注意1：圖1中N線的總線上電流等于零，但N線的支線電流不等于零。

注意2：圖1和圖2的接地系統(tǒng)是TN-S。

現(xiàn)在我們假設A相出現(xiàn)了漏電ias，我們看看會怎樣：

我們把ig叫做剩余電流，它的值反映了漏電流的值。

我們看下圖：

圖3和圖4中A相都對負載外殼發(fā)生了漏電，漏電流ias順著PE線返回電源。通過前面的解釋，我們已經(jīng)知曉剩余電流就能反映出漏電流。

在低壓配電系統(tǒng)中，ig又叫做單相接地故障電流。

2.單相接地故障電流的采集方法

我們看下圖：

圖5中，我們在負載的上游處安裝了一只零序電流互感器鐵芯，并且讓三條相線和一條N線同時穿過鐵芯。如此一來，我們在零序電流互感器的次級繞組中就能測量出漏電電流ias。

另外，在圖5中我們還可以在地線PE上安裝零序電流互感器直接測量漏電流。

圖5中的兩種方法很常用。但問題是：斷路器的內(nèi)部空間狹小，當三相電流很大時，我們根本就不可能把零序電流互感器安裝到斷路器內(nèi)部。在這種情況下，必須采取其它方式。

我們看圖6：

圖6是ABB的框架斷路器Emax內(nèi)部采集剩余電流的方法。

圖6中，我們看到在斷路器內(nèi)部安插了4個用羅氏線圈構(gòu)成的電流傳感器，它們分別采集三相電流和N線電流，然后在脫扣器內(nèi)部匯總求得四個電流的相量和，由此解出剩余電流。

圖6中第二個方法就是從地線安裝的零序電流互感器直接測量剩余電流，然后輸入給斷路器脫扣器。

第一種方法叫做斷路器的G保護測量，第二種方法叫做外部G保護測量。

現(xiàn)在，我們可以來回答題主的問題了。我們來看題主的問題是什么：

1）ACB框架斷路器的接地保護、漏電保護和中性線保護有何區(qū)別？

2）兩種接地故障保護：1.剩余電流型；2.地電流返回型，請問這兩者有何區(qū)別？

首先回答第二個問題：

從前面的描述中我們已經(jīng)知道，ACB框架斷路器的G保護有兩種：

第一種針對發(fā)生在斷路器下游的單相接地故障，包括發(fā)生在斷路器出口處的單相接地故障，以及發(fā)生在饋電電纜處的單相接地故障。此種單相接地故障可以通過三相電流和N線電流的相量和來測量。

第一種單相接地故障就是題主所謂的剩余電流型。

第二種針對發(fā)生在斷路器上游處的單相接地故障，此種單相接地故障可以通過變壓器接地極的零序電流互感器來測量。

第二種單相接地故障就是題主所謂的地電流返回型。

需要提醒的是：

剩余電流保護的電流范圍有三種：第一種剩余電流范圍是16mA到30mA，專用于人身安全防護；第二種剩余電流范圍是30mA到100mA，兼做人身安全防護和電氣火災防護；第三種剩余電流范圍是大于100mA，專用于電氣火災防護。

由于框架ACB斷路器的殼體電流一般都不小于630A，最大可達6300A，因此框架ACB斷路器的G保護一般都用于電氣火災防護。

再來回答第一個問題：

ACB的單相接地故障保護與漏電保護是一回事。

至于中性線保護，主要是指三相不平衡電流保護，還有三次諧波的中性線電流保護。

我們已經(jīng)知道，中性線電流是三相電流的相量和。但對于三次諧波來說，中性線電流不是相量和，而是代數(shù)和，所以三次諧波的中性線電流特別大。也因此，若電網(wǎng)中存在三次諧波，則中性線母線截面必須與相線母線截面相等。

另外，ACB若具有中性線保護，則ACB一定是四極斷路器。

我們來看具有中性線保護的ABB的框架斷路器Emax保護參數(shù)，如下：

我們看到，N極的保護與相線所在極的保護是一致的。

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給一個補充：

不要把相量與矢量（向量）等同起來。

兩個矢量相乘，再乘上它們夾角的正弦，叫做矢量的叉乘。矢量叉乘后的結(jié)果仍然是矢量，例如力臂與力的叉乘，結(jié)果是力矩。力矩是矢量。

電壓相量與電流相量的叉乘，其結(jié)果是無功功率，無功功率是標量。

因此相量與矢量不能畫等號。