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知識證明中括號內三個正弦量的和等于0。

等號右側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：

結果會怎樣呢？

我們發(fā)現，即使出現了三相不平衡，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的接地系統是TN-S。

現在我們假設A相出現了漏電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，我們已經知曉剩余電流就能反映出漏電流。

在低壓配電系統中，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內部采集剩余電流的方法。

圖6中，我們看到在斷路器內部安插了4個用羅氏線圈構成的電流傳感器，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，而是代數和，所以三次諧波的中性線電流特別大。也因此，若電網中存在三次諧波，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，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。矢量叉乘后的結果仍然是矢量，例如力臂與力的叉乘，結果是力矩。力矩是矢量。

電壓相量與電流相量的叉乘，其結果是無功功率，無功功率是標量。

因此相量與矢量不能畫等號。