简析零序电流保护与剩余电流保护

简析零序电流保护与剩余电流保护
谢金洪
【摘要】介绍了零序保护和剩余电流保护这两种保护的基本原理,分析了两者在接地故障应用上的异同,以解决实际工程中出现的问题.
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2010(039)006
【总页数】2页(P163-164)
【关键词】零序电流保护;剩余电流保护;应用
【作者】谢金洪
【作者单位】广深珠高速公路有限公司营运管理中心机电部,广东东莞,523925【正文语种】中文
【中图分类】TM64
1 引言
在此次“麻涌、望牛墩、长安和南头配电房变压器低压总屏更新改造工程”中，设备厂家混淆了零序保护和剩余电流保护在接地故障保护方面的应用，误认我司所须采用的零序保护为剩余电流保护，未将不平衡电流纳入保护范围，达不到要求。

现将2种保护的异同加以分析。

2 零序电流保护与剩余电流保护基本原理
在国家标准GB50054－95《低压配电设计规范》第4.4.10条明确指出了采用接
地故障保护的两种方法，即零序电流保护与剩余电流保护（亦称漏电电流保护）［1］。

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。

零序电流保护具体应用可在三相线路上各装一个电流互感器（CT），或让三相导线一起穿过一零序CT，也可在中性线N上安装一个零序CT，利用这些CT来检
测三相的电流矢量和，即零序电流 I O， 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 O＝0；当线路上所接的三相负荷不平衡，则I O＝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。

剩余电流保护的具体做法是在被测的三相导线路上与中性N上各装一个CT，或让三相导线与N线一起穿过一个零序CT，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，当没有发生单相接地故障时，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I d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复电流的代数和等于零，即ΣI＝0，并且都用零序CT作为取样元件。

在线路与电器设备正常情况下，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CT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。

当发生接地故障时，各相电流的矢量和不为零，故障电流的零序CT的环形铁芯中产生磁通，零序CT
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，达到接地故障保护的目的。

3 零序电流保护与剩余电流保护在应用上的异同
零序电流保护一般适合使用于TN接地系统。

因为当发生一相接地时，对TN－S
系统Id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，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1、PEN线阻抗Z PEN 和接触电阻 Z f，即 Z S＝Z1＋Z PEN＋Z f；对于 TN－C－S 系统，Id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 Z f，即 Z S＝Z1＋Z PEN＋Z PE＋Z f，产生的单相接地故障电流Id＝220／Z S，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，一般均是使用工矿企
业内的不配出中性线的三相三线配电线路，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。

当单相接地时，该故障线路上流过的零序电流是全系统非故障系统电容电流之和，因而容易检测出接地故障电流，故可用零序电流保护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，Id回路阻抗包括
相线阻抗Z1，PE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＝220／Z S，由于 R A＋R B＞＞Z1＋Z PE＋Z f，且 R A＋R B 数值一般均较大，很明显 TT
系统的故障环路阻抗大，产生的单接故障电流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。

按《低压配电设计规范》要求，对于相线对地标称电压为220V的TN系统三相
四线制配电线路接地故障保护，当用过电流保护不能满足人身遭受电击所允许的最大切断故障时间时，宜采用零序电流保护，但保护整定值不应小于该供电线路中最大不平衡电流，当用过电流保护与零序电流保护均不能满足上述要求时，应采用剩余电流保护。

对于TT系统的低压配电线路接地故障保护，当用过电流保护电器不能满足动作特性Z s LA≤50V时，应采用剩余电流保护。

对于IT系统的低压配电
线路接地故障保护，当外露可导电部分单独接地时，或发生第二次异相接地故障时，故障回路的切断应符合TT系统接地故障保护的要求，当外露可导电部分为共同接地，则发生第二次异相接地故障时，故障回路的切断应符合TN系统接地故障保护的要求。

从保护的动作灵敏性与使用安全性来说，剩余电流保护高于零序电流保护，并且零序电流保护不能像剩余电流保护一样应用在单相配电线路上，因此对于三相供配电系统，如果零序电流保护灵敏度足够，并且也适合选用该保护装置的场合，为节约资金，可采用零序保护。

4 结束语
由以上综合分析可知，我司所要求的零序保护比剩余电流保护所实现的接地保护，多一项不平衡电流保护，且可在 MICROLOGIC 6.0A 上显示（I A＋I B＋I C）电流数值，方便监测变压器运行状态。

但此次所做接地保护由MICROLOGIC 6.0A
控制，故障跳闸时MICROLOGIC 6.0A上有指示灯显示及故障电流记录。

查阅施
耐德MICROLOGIC控制器资料，6.0A可实现三段保护＋接地保护，7.0A可实现三段保护＋零序保护［2］。

但MT断路器额定电流最小630A，6.0A接地保护
最小整定0.4IN对于我司的小变压器、小负载状况保护存在缺陷（整定值偏大）；
7.0A的零序保护可整定0.2IN，基本达到要求。

参考文献：
［1］ GB50054－95.低压配电设计规范［S］ .
［2］施耐德电气.低压产品用户手册［Z］.1998.。