零序電流保護(hù)的原理_零序電流互感器的選型_零序電流互感器接線圖和接地圖

　　零序電流互感器為單匝穿心式電流互感器，一般用于電力保護(hù)設(shè)備。用戶可根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，中性點(diǎn)有效接地或中性點(diǎn)非有效接地的不同，選用相適應(yīng)的零序電流互感器。零序電流互感器在電力系統(tǒng)產(chǎn)生零序接地電流時(shí)與繼電保護(hù)裝置或信號配合使用，使裝置元件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)或監(jiān)控。在互感器的二次繞組中不感生電流，當(dāng)一次線路中發(fā)生單相接地等故障時(shí)，一次回路中產(chǎn)生不平衡電流（意即零序電流），在二次繞組中感生微小的電流使繼電器動(dòng)作，發(fā)生信號。

　　零序電流互感器的作用

　　當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，互感器二次側(cè)輸出零序電流，使所接二次線路上的設(shè)備保護(hù)動(dòng)作（切斷電源，報(bào)警等等）。

　　零序電流保護(hù)的原理

　　零序電流保護(hù)具體應(yīng)用可在三相線路上各裝一個(gè)電流互感器（CT），或讓三相導(dǎo)線一起穿過一零序CT，也可在中性線N上安裝一個(gè)零序CT，利用這些C.T來檢測三相的電流矢量和，即零序電流Io，IA+IB+IC=Io，當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷完全平衡時(shí)（無接地故障，且不考慮線路、電器設(shè)備的泄漏電流），Io=0；當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷不平衡，則Io=IN，此時(shí)的零序電流為不平衡電流IN；當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時(shí)，必然產(chǎn)生一個(gè)單相接地故障電流Id，此時(shí)檢測到的零序電流IO=IN+Id，是三相不平衡電流與單相接地電流的矢量和。

　　作用原理零序電流保護(hù)一般適合使用于TN接地系統(tǒng)。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，對TN-S系統(tǒng)Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PE線阻抗ZPE和接觸阻抗Zf，即Zs=Z1+ZPE+Zf；對于TN-C系統(tǒng)，Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PEN線阻抗ZPEN和接觸電阻Zf，即ZS=Z1+ZPEN+Zf；對于TN-C-S系統(tǒng)，Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PEN線阻抗ZPEN，PE線阻抗ZPE和接觸電阻Zf，即ZS=Z1+ZPEN+ZPE+Zf，產(chǎn)生的單相接地故障電流Id=220/ZS，明顯大于無故障時(shí)的三相不平衡電流，只要整定合適，就可檢測出發(fā)生接地故障時(shí)的零序電流，以切斷故障回路。而對IT系統(tǒng)，一般均是使用對供電可靠性要求較高、對單相接地不必要立即切斷供電回路、但需發(fā)出絕緣破壞監(jiān)察信號、以維持繼續(xù)供電一段時(shí)間的工礦企業(yè)內(nèi)的不配出中性線的三相三線配電線路。

　　當(dāng)單相接地時(shí)，該故障線路上流過的零序電流是全系統(tǒng)非故障系統(tǒng)電容電流之和，因而容易檢測出接地故障電流，故可用零序電流保護(hù)裝置來監(jiān)察相對地第一次接地故障。

　　TT接地系統(tǒng)常應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、民用建筑的照明、動(dòng)力混合供電的三相四線配電系統(tǒng)中，常發(fā)現(xiàn)三相不平衡電流較大，當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PE線阻抗ZPE，負(fù)載側(cè)接地電阻RA和電源側(cè)接地電阻RB，接觸阻抗Zf，即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf，接地故障電流Id=220/ZS，由于RA+RB》》Z1+ZPE+Zf，且RA+RB數(shù)值一般均較大，很明顯TT系統(tǒng)的故障環(huán)路阻抗大，產(chǎn)生的單接故障電流Id，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不平衡電流，很難檢測出故障電流，故不適用于TT接地系統(tǒng)。

　　對于零序電流保護(hù)的零序CT安裝，一定要符合有關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)。對于IT接地系統(tǒng)，由于發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流不僅可能沿著發(fā)生故障電纜的導(dǎo)體表面流回，而且也可能沿著非故障電纜的導(dǎo)體表面流回，故安裝時(shí)必須將電纜頭經(jīng)零序CT接地，這樣才能保證故障相和非故障相的電容電流通過接地點(diǎn)，即能防止區(qū)外故障時(shí)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，又能保證故障時(shí)裝置可靠動(dòng)作。

　　對于IT接地系統(tǒng)，一般采用在中性線N上安裝零序CT，對在低壓側(cè)母排的零序CT必須安裝于中性線N與工作接地點(diǎn)（或重復(fù)接地）之間的母排上。如零序CT安裝于配電屏的N線母排上，由于配電屏金屬外殼一般直接與接地極相聯(lián)，當(dāng)母線發(fā)生接地短路時(shí)，產(chǎn)生的故障電流Id將沿著配電屏金屬外殼→接地線→變壓器中性點(diǎn)流動(dòng)，而不經(jīng)過零序CT，達(dá)不到所要求實(shí)現(xiàn)的保護(hù)功能，這一點(diǎn)在現(xiàn)場施工時(shí)很容易疏忽。

　　零序電流互感器的選型

　　1、變比：額定一次電流與額定二次電流之比

　　零序電流互感器的應(yīng)用一般都選用較小變比，常用的如：50/5、75/5、100/5、150/5、200/5、20/1、50/1、100/1、150/1、200/1等，因?yàn)橹挥邪l(fā)生一次接地故障時(shí)，零序電流互感器才有輸出。人們不會(huì)讓接地電流很大時(shí)才使保護(hù)動(dòng)作（不用考慮躲過負(fù)荷電流）。可是由于一次繞組是電力電纜，僅有一匝，這樣，50/5的零序電流互感器的二次額定匝數(shù)，僅10匝，所以50/5的零序電流互感器負(fù)荷特性較差，實(shí)際負(fù)載阻抗和零序電流互感器的容量不一致時(shí)將會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，而且在低于額定電流時(shí)誤差也會(huì)加大，所以在允許的情況下盡量選用大一些的變比。

　　2、已有保護(hù)整定值時(shí)變比選擇

　　已有保護(hù)定值，變比就很容易選擇了。

　　如定值是一次電流80A時(shí)保護(hù)動(dòng)作，可靠國標(biāo)選100/5 或100/1。

　　3、電阻接地系統(tǒng)變比的選擇

　　電阻接地系統(tǒng)接地點(diǎn)電流由兩個(gè)分量組成，一個(gè)是電容電流，另一個(gè)是中性點(diǎn)電阻電流，兩者相差90o。故障回路的零序電流等于接地點(diǎn)電流與本線路接地電容電流向量差，即等于所有非故障線路接地電容電流與電阻性電流向量和的負(fù)值。如：電阻接地系統(tǒng)（IR=1—1.5IC）。

　　建議零序電流互感器變比選用：50/1 100/1 150/1 200/1 100/5 200/5。

　　4、中性點(diǎn)不接地和消弧線圈接地系統(tǒng)用零序電流互感器變比的選擇。

　　這種系統(tǒng)接地電流較大時(shí)，或保護(hù)最小啟動(dòng)電流較小時(shí)，可選用大一些變比的零序電流互感器，如50/1、100/1、100/5、150/5及以上?？墒怯械闹行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)一般不允許接地電流超過10A，所以一般10A以下保護(hù)就要?jiǎng)幼?。消弧線圈接地系統(tǒng)由于電感電流和電容電流的中和后，一般也不會(huì)有超過10A的接地電流（一般都是過補(bǔ)償，實(shí)際接地電流已是電感電流）由于使用的綜合保護(hù)（不用綜合保護(hù)的有時(shí)用高靈敏度零序電流互感器，和與其配套的繼電器，見2）。就要求有整定值，一般定值≤10A，如整定值一次電流為5A，可考慮100/5A或20/1A ，一次電流5A時(shí)，二次電流0.25A，一般已超過綜合保護(hù)的啟動(dòng)電流。如綜合保護(hù)最小啟動(dòng)電流》0.25A也只好選用75/5、50/5、15/1、10/1的變比，這些變比的零序電流互感器最好選用整體式的，否則精度要差一些。

　　5、大電流接地系統(tǒng)變比的選擇

　　中性點(diǎn)接地系統(tǒng)單相接地就是單相短路。變比可以選大一些，如：150/5、150/1以上的變比，不要太小，否則躲不過不平衡電流。注意零線（N）不要穿過CT。

　　6、零序電流互感器二次額定電流的選擇

　　國標(biāo)規(guī)定有1A、2A、5A?？紤]到零序電流互感器一般都是小變比，所以盡量選用1A的，來提高帶負(fù)載能力。

　　但是有些綜合保護(hù)設(shè)定1A或5A時(shí)是用菜單選擇，這時(shí)零序電流互感器的二次額定電流就要服從主CT二次額定電流值。

　　零序電流互感器接線圖

　　電流互感器在電氣圖中的畫法是一樣的，不管是零序電流互感器，還是差動(dòng)用電流互感器，測量用電流互感器。畫法為（見附圖）。圖里邊的一個(gè)圈，就表示一個(gè)電流互感器，三個(gè)圈就表示三個(gè)電流互感器，因?yàn)殡娏骰ジ衅鲗?shí)際上是一個(gè)大的線圈，中間穿過一次電纜，感應(yīng)一次電流，這樣可以在電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)到電流，這個(gè)電流可以通過電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)的變比，進(jìn)行換算，從而可以計(jì)算出一次的電流值，然后再二次側(cè)形成的電壓，用于保護(hù)，再與設(shè)定好的定值進(jìn)行比較，從而通過保護(hù)邏輯來判斷回路是否有故障。一般來說，零序電流互感器用于發(fā)變組主變中性點(diǎn)間隙接地或直接接地的系統(tǒng)中，用于零序差動(dòng)保護(hù)。

　　二次圖中如果有檢測零序電流的電流互感器，那么一次側(cè)肯定也會(huì)有相應(yīng)的零序電流互感器。

　　為由電抗器高壓零序電流、零序電壓組成的零序阻抗繼電器，當(dāng)電抗器匝間短路K1及內(nèi)部單相接地故障K2 時(shí)，零序源在電抗器內(nèi)部，既由電抗器向系統(tǒng)送出零序功率。如圖2 所示。此時(shí)零序電壓與零序電流的關(guān)系為U0=- I0jXIS0，端口測量到的是系統(tǒng)的零序阻抗。當(dāng)電抗器外部單相接地故障K3 時(shí)，零序源在電抗器的外部，零序電壓及零序

　　電流的關(guān)系為U0=I0jXIS0，因此，保護(hù)的原理具有明顯的方向性。

　　原理：零序電流保護(hù)的基本原理是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的復(fù)電流的代數(shù)和等于零。在線路與電氣設(shè)備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零，因此，零序電流互感器的二次側(cè)繞組無信號輸出，執(zhí)行元件不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，零序電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)電壓使執(zhí)行元件動(dòng)作，帶動(dòng)脫扣裝置，切換供電網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到接地故障保護(hù)的目的。

　　作用：當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，切斷電源。

　　使用：可在三相線路上各裝一個(gè)電流互感器，或讓三相導(dǎo)線一起穿過一零序電流互感器，也可在中性線N上安裝一個(gè)零序電流互感器，利用其來檢測三相的電流矢量和。

　　電力電纜穿過零序電流互感器的接地方式

　　接地點(diǎn)在零序電流互感器圖

　　?接地點(diǎn)在零序電流互感器以下時(shí)的接地方式

　　以上時(shí)的接地方式三芯電力電纜終端處的金屬保護(hù)層必須接地良好；塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應(yīng)錫焊接地線。電纜通過零序電流互感器時(shí)，電纜金屬保護(hù)層和接地線應(yīng)對地絕緣，電纜接地點(diǎn)在互感器以下時(shí)，接地線應(yīng)直接接地；接地點(diǎn)在互感器以上時(shí)，接地線應(yīng)穿過互感器接地。

　　電纜的接地線為什么要穿過零序電流互感器

　　電纜兩端端部接地線與電纜金屬保護(hù)層、大地形成的閉合回路不得與零序電流互感器匝鏈（穿過）。

　　即當(dāng)電纜接地點(diǎn)在零序電流互感器以下時(shí)，接地線應(yīng)直接接地；接地點(diǎn)在零序電流互感器以上時(shí)，接地線應(yīng)穿過零序電流互感器接地。同時(shí)，由電纜頭至零序電流互感器的一段電纜金屬護(hù)層和接地線應(yīng)對地絕緣，對地絕緣電阻值應(yīng)不低于50kΩ。以上做法是為了防止電纜接地時(shí)的零序電流在零序電流互感器前面泄漏，造成誤判斷；經(jīng)電纜金屬護(hù)層流動(dòng)的雜散電流由接地線流入大地，也不與零序電流互感器匝鏈，雜散電流也不會(huì)影響正確判斷。