电网接地保护
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机械工业出版社
保护安装处A和B及故障点处 零序电压、电流的分布
• 保护按装处A和Ｂ及故 障点Ｋ处的零序电压 分别为： I Z Z U K0 01 0T 1 0T 2
I Z U A0 01 0T 1 I Z U B0 02 0T 2
根据对称分量法 求解可得在 故障点处，各序电压和电流、 功率有下列关系：
是由故障点流向各个中性点的变压器。因此，在变压器接 地数目比较多的复杂网络，必须考虑零序保护动作的方向 性。
机械工业出版社
（1）零序方向电流保护的工作原理
当K1接地短路时，按选择性
的要求，保护1、2动作切除
故障，加装零序功率方向元 件，将保护3闭锁。K2点接
地故障时，保护3、4动作，
保护2应装设零序功率方向 元件将保护2闭锁，保证了 动作的选择性。 图2-69零序电流方向保护工作原理 a)网络接线；b)K1点短路零序网络；c)K2点短零序网络
当保护1正向K1点发生接地故障时，取保护 安装点零序电流参考方向为由母线指向线 路，零序电压参考方向由母线指向地。
U 0.1 I 0.1 Z 0.T 1 U 0k I 0.1 / Z 0.T 1 Z 0 .l
(2-106)
机械工业出版社
正反向故障时，保护按装处零 序电压、电流的相位关系
•
0r
0T 1
U 0 1 I 0 1 ( Z 0 L Z 0 T 2 ) I 0 1 Z 0
机械工业出版社
(3)接地短路保护安装处零序电 压与零序电流的相位关系
U 01 I 01 ( Z 0 L Z 0T 2 ) I 01 Z 0
教材配套电子教案
电力系统继电保护
刘学军 编制
机械工业出版社
2.3 电网的接地保护
2.3 电网的接地保护
• 2.3.1中性点直接接地电网的零序电流保护和零序方向电 流保护
1、中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率 2、中性点直接接地电网的零序电流保护 3、中性点直接接地电网的零序方向电流保 护
Z0·Σ——保护正向系统零序总阻抗。 0.r 为Z0Σ的阻抗角，背后故障时U01超 前I01角度为 0.r 。
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（4）零序功率方向继电器 接线
图2-72零序功率方向继电器接线及相量图 a继电器接线；b零序电流3I0和零序电压3U0相量图
机械工业出版社
（4）零序功率方向继电器接线
• 2.3.2中性点非直接接地电网的接地保护
• 1、中性点不接地电网单相接地故障的特点 • 2、中性点不接地电网的接地保护
机械工业出版社
2.3.1 中性点直接接地电网接地短路时的 零序电压、零序电流和零序功率
中性点直接接地电网发生单相接地故障时，通过中性 点直接接地，在故障相中流过很大的短路电流，这
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三段式零序电流保护整定计算
（1）零序保护第I段 I
I op1
K 3I0max
I rel
III sen
t1I 0s
0min III TA 0op1
（2）零序保护第II段 （3）零序保护第III段
3 Iunbmax Knp K st Kerr I K max
K2 WL2
T1
WL1
K1
I 01
T2 G
G
0T 1 Z I 01 0T 1
0 r 180 0T 1
95 ~ 110
I 01
机械工业出版社
I Z U 01 01 0T 1
正反向故障时，保护按装处零序 电压、电流的相位关系
正向故障时零序网络及相量图 M ZOL1 ZOT1 ZOT1 U01 ZOL2 N -U01 I01
机械工业出版社
（4）零序功率方向继电器接线
把3I0和3U0不加改变均从正极性端子输入继电器，则继电器 将不工作在最灵敏状态下，如果把以反极性加到继电器正极 性端子上，这时接入的电压为-3U0，加入电流为3I0，Ir滞后 Ur70°，即° r m 70 ，亦即，这样才能使继电器工作 在最灵敏的条件下。 在实际工作中，把继电器电流绕组中标有“· ”号的端子与零 序电流滤过器标有“· ”号的同极性端子相连接，把继电器电 压绕组中不带“· ”号的端子与电压滤过器中带有“· ”号的异 性端子相连接. 当线路上发生接地故障时，接地点的零序电压最高，而离故 障点越远，则零序电压就越低，当故障点发生在保护安装处 附近时，接入继电器的零序电压很高，因此，零序功率方向 继电器没有死区。
KW接线如图2-72（a）所示，其电流绕组接于零序 电流滤过器，输入电流为3I0。电压绕组接于电压 互感器开口三角形绕组的输出端，输入电压为 3U0 。零序功率方向继电器只反应正向故障， 3I0 超前 3U0 约 95~110°。此时，继电器应正确动作， 并应在最大灵敏角条件下。 2）电力系统中实际使用的零序功率方向继电器最大 70 ~ 85 灵敏角 m ，即当从其正极性输入端的3I0 电 流 滞 后 于 按 正 极 性 输 入 的 电 压 3U0 的 相 角 70°～85°，这时，继电器最灵敏。
II II t01 t02 max II t01 t 0.5s
近后备保护：
III K sen
I
III III 3I 0min II K sen II 1.3 ~ 1.5 I 0op 0op1 rel unbmax 1
K I
3I 0min 1.3 ~ 1.5 III I 0op1
在正常运行或最大运行方式下以较短延时切除本线路接地 短路，另一个定值较小，有较长时限，保证在系统最小运 行方式下线路末端接地时有足够的灵敏性。
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3、中性点直接接地电网的零序方向电流
保护
（1）零序方向电流保护的工作原理。
在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序功率
的方向总是由故障点指向各个中性点的，即零序电流方向
零序电压成正比，即Umn=Ua+Ub+Uc=（UA+UB+UC）/KTV=3U0/KTV。
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二、零序电流滤过器接线和零 序电流互感器接线
图2-64零序电流滤过器的接线 a零序电流滤过器接线;b零序电流互感器接线
机械工业出版社
零序电压滤过器 接线
机械工业出版社
(3)接地短路保护安装处零序电 压与零序电流的相位关系
III Krel 1.2 ~1.3
III III t0 t ( n1) 0n t
远后备保护：
III K sen
3I 0min 1.2 I 0III op1
机械工业出版社
零序电流保护II段保护整定计算
当灵敏性不满足要求时，采用括号内值，此时，可增
加一个零序II段，保护有两个零序II段。一个定值大，能
U U U K1 K2 K0 SK1 SK 2 SK 0 I I I K1 K2 K0
故障点的零序电流为
E I 0 Z1 Z2 Z0
机械工业出版社
1、单相接地零序分量特点
（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零 序电压越低。 （2）零序电流超前零序电压90° （3）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和 中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性 点的数目和位置。 （4）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向 相反，是由线路流向母线的。短路点零序功率最 大。 （5）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流 之间的相位差取决于背后元件的阻抗角。
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（5）三段式零序方向电流保护
在同一方向上零序方向电流保护动作电流和动作 时限的整定同前面介绍的三段式零序电流保护相 同。零序电流元件的灵敏度校验也与前面相同。 三段式零序方向电流保护接线如图2-73所示 由于零序电压分布的特点可知，在靠近保护安装 处附近不存在方向元件死区，但远离保护安装地 点发生接地短路时，流过保护的零序电流很小， 零序电压也很低，方向元件有可能不动作，为此 应分别检验方向元件的电流和电压灵敏系数。
的非周期分量，造成TA的铁芯严重饱和，由于三个TA饱和
程度不同，造成励磁电流有很大差别，因而产生很大不平 衡电流。零序电流滤过器的最大不平衡电流为：
Iunbmax Knp K st Kerr I K max
机械工业出版社
3
零序电流滤过器
图2-64零序电流滤过器的接线
a)由三个TA接成零序电流滤过器；b)由零序电流互感器构成的 零序电流保护
图2-67带时限零序电流速断保护原理说明图
机械工业出版社
零序电流保护的时限特性
III III III t06 t05 t04
III III t0 t ( n1) 0n t
图2-68零序电流保护的时限特性
零序电流保护时限比相间短路过流保护动作时限缩短了。因为变压器 Yd 接线，所以高压侧无零序电流，所以零序保护4可以瞬时动作，不必和保护3 配合。所以零序保护动作时限从保护4开始逐级加大一个时限级差。从图268中可以看出接地保护时限比相间短路保护时限缩短了。
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（2）零序电流保护接线
图2-65 三段式零序电流保护的接线
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（3）三段式零序电流保护的 整定计算
1）零序保护第1段
I I I0 K op1 rel 3I 0max
t1I 0s
机械工业出版社
图2-66无时限零序电流速断保护原理说明图
（3）零序电流保护II段保护整定计算
机械工业出版社
变压器中性点的选择
不使系统出现危险的过电压； 不使零序网络有较大改变，以保证 零序保护有稳定的灵敏性。
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2 、中性点直接接地电网的零序电流保 护
（1）零序保护的构成 零序电流保护通过零序电流滤过器获得零序电流。 1）零序电流滤过器的不平衡的电流
零序电流滤过器由三个TA构成，由于短路电流中含有很大
种电网称为大接地电流电网。在中性点直接接地电
网发生单相接地故障时，要求继电保护装置切除故 障。采用前面电流保护虽然也能反应中性点直接接 地电网的单相短路，但因为这种保护灵敏性低和动 作时间长，所以，必须装设专用的接地保护装置。
如图2-63a接地短路的零序等值网络。
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图2-63 接地短路时的零序等值网络 (a)电网接线；（b）零序网络；（c）零序电压分布
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（5）三段式零序方向电流保护
图2-73三段式零序方向电流保护原理接线
机械工业出版社
（5）三段式零序方向电流保护
机械工业出版社
（2）零序电压滤过器
• 零序功率方向继电器需要输入保护处的零序电流和零序电压， 零序电流可通过零序电流滤过器提供，零序电压则由零序电
压滤过器提供。
• 零序电压滤过器由三个单相电压互感器构成或由三相五柱式 电压互感器构成，电压互感器一次侧的三相绕组接成星形接 线并将中性点接地，接于被保护线路母线上，二次侧三相绕 组接成开口三角形，其端子m、n上的电压与一次系统的三倍
0 r
I01
U0K -I01 Z0L2 U01
Z0L1
U01 I01
U0K
Z0T1
U01
Z0Hale Waihona Puke Baidu2
0 r
I01
反向故障时零序网络及向量图
机械工业出版社
(3)接地短路保护安装处零序电 压与零序电流的相位关系
/ Z0· T 1——变压器T1的零序阻抗； Z 0L——接地短路 点至保护安装处的线路之间的零序阻抗。零序功率 方向继电器输入电压U01和零序电流I01之间相角决定 于保护安装处背后变压器的零序阻抗。I01超前U01相 角 180 ，通常约为70°～85°，故零序 电流超前零序电压的相位角一般为95°～110°。 • 当保护1背后K2点发生接地故障时，保护安装处的 零序电压和零序电流之间关系为 ：
II K 3I II 1.3 ~ 1.5 I 0IIop1 rel I 0IopK2 IK I 2 ，K bmin 0op Kbmin
II K sen
I 0BC I 0 AB min
3I 0min 1.3 ~ 1.5 II I 0op1
保护安装处A和B及故障点处 零序电压、电流的分布
• 保护按装处A和Ｂ及故 障点Ｋ处的零序电压 分别为： I Z Z U K0 01 0T 1 0T 2
I Z U A0 01 0T 1 I Z U B0 02 0T 2
根据对称分量法 求解可得在 故障点处，各序电压和电流、 功率有下列关系：
是由故障点流向各个中性点的变压器。因此，在变压器接 地数目比较多的复杂网络，必须考虑零序保护动作的方向 性。
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（1）零序方向电流保护的工作原理
当K1接地短路时，按选择性
的要求，保护1、2动作切除
故障，加装零序功率方向元 件，将保护3闭锁。K2点接
地故障时，保护3、4动作，
保护2应装设零序功率方向 元件将保护2闭锁，保证了 动作的选择性。 图2-69零序电流方向保护工作原理 a)网络接线；b)K1点短路零序网络；c)K2点短零序网络
当保护1正向K1点发生接地故障时，取保护 安装点零序电流参考方向为由母线指向线 路，零序电压参考方向由母线指向地。
U 0.1 I 0.1 Z 0.T 1 U 0k I 0.1 / Z 0.T 1 Z 0 .l
(2-106)
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正反向故障时，保护按装处零 序电压、电流的相位关系
•
0r
0T 1
U 0 1 I 0 1 ( Z 0 L Z 0 T 2 ) I 0 1 Z 0
机械工业出版社
(3)接地短路保护安装处零序电 压与零序电流的相位关系
U 01 I 01 ( Z 0 L Z 0T 2 ) I 01 Z 0
教材配套电子教案
电力系统继电保护
刘学军 编制
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2.3 电网的接地保护
2.3 电网的接地保护
• 2.3.1中性点直接接地电网的零序电流保护和零序方向电 流保护
1、中性点直接接地电网接地短路时的零序电压、零序电流和零序功率 2、中性点直接接地电网的零序电流保护 3、中性点直接接地电网的零序方向电流保 护
Z0·Σ——保护正向系统零序总阻抗。 0.r 为Z0Σ的阻抗角，背后故障时U01超 前I01角度为 0.r 。
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（4）零序功率方向继电器 接线
图2-72零序功率方向继电器接线及相量图 a继电器接线；b零序电流3I0和零序电压3U0相量图
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（4）零序功率方向继电器接线
• 2.3.2中性点非直接接地电网的接地保护
• 1、中性点不接地电网单相接地故障的特点 • 2、中性点不接地电网的接地保护
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2.3.1 中性点直接接地电网接地短路时的 零序电压、零序电流和零序功率
中性点直接接地电网发生单相接地故障时，通过中性 点直接接地，在故障相中流过很大的短路电流，这
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三段式零序电流保护整定计算
（1）零序保护第I段 I
I op1
K 3I0max
I rel
III sen
t1I 0s
0min III TA 0op1
（2）零序保护第II段 （3）零序保护第III段
3 Iunbmax Knp K st Kerr I K max
K2 WL2
T1
WL1
K1
I 01
T2 G
G
0T 1 Z I 01 0T 1
0 r 180 0T 1
95 ~ 110
I 01
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I Z U 01 01 0T 1
正反向故障时，保护按装处零序 电压、电流的相位关系
正向故障时零序网络及相量图 M ZOL1 ZOT1 ZOT1 U01 ZOL2 N -U01 I01
机械工业出版社
（4）零序功率方向继电器接线
把3I0和3U0不加改变均从正极性端子输入继电器，则继电器 将不工作在最灵敏状态下，如果把以反极性加到继电器正极 性端子上，这时接入的电压为-3U0，加入电流为3I0，Ir滞后 Ur70°，即° r m 70 ，亦即，这样才能使继电器工作 在最灵敏的条件下。 在实际工作中，把继电器电流绕组中标有“· ”号的端子与零 序电流滤过器标有“· ”号的同极性端子相连接，把继电器电 压绕组中不带“· ”号的端子与电压滤过器中带有“· ”号的异 性端子相连接. 当线路上发生接地故障时，接地点的零序电压最高，而离故 障点越远，则零序电压就越低，当故障点发生在保护安装处 附近时，接入继电器的零序电压很高，因此，零序功率方向 继电器没有死区。
KW接线如图2-72（a）所示，其电流绕组接于零序 电流滤过器，输入电流为3I0。电压绕组接于电压 互感器开口三角形绕组的输出端，输入电压为 3U0 。零序功率方向继电器只反应正向故障， 3I0 超前 3U0 约 95~110°。此时，继电器应正确动作， 并应在最大灵敏角条件下。 2）电力系统中实际使用的零序功率方向继电器最大 70 ~ 85 灵敏角 m ，即当从其正极性输入端的3I0 电 流 滞 后 于 按 正 极 性 输 入 的 电 压 3U0 的 相 角 70°～85°，这时，继电器最灵敏。
II II t01 t02 max II t01 t 0.5s
近后备保护：
III K sen
I
III III 3I 0min II K sen II 1.3 ~ 1.5 I 0op 0op1 rel unbmax 1
K I
3I 0min 1.3 ~ 1.5 III I 0op1
在正常运行或最大运行方式下以较短延时切除本线路接地 短路，另一个定值较小，有较长时限，保证在系统最小运 行方式下线路末端接地时有足够的灵敏性。
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3、中性点直接接地电网的零序方向电流
保护
（1）零序方向电流保护的工作原理。
在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序功率
的方向总是由故障点指向各个中性点的，即零序电流方向
零序电压成正比，即Umn=Ua+Ub+Uc=（UA+UB+UC）/KTV=3U0/KTV。
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二、零序电流滤过器接线和零 序电流互感器接线
图2-64零序电流滤过器的接线 a零序电流滤过器接线;b零序电流互感器接线
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零序电压滤过器 接线
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(3)接地短路保护安装处零序电 压与零序电流的相位关系
III Krel 1.2 ~1.3
III III t0 t ( n1) 0n t
远后备保护：
III K sen
3I 0min 1.2 I 0III op1
机械工业出版社
零序电流保护II段保护整定计算
当灵敏性不满足要求时，采用括号内值，此时，可增
加一个零序II段，保护有两个零序II段。一个定值大，能
U U U K1 K2 K0 SK1 SK 2 SK 0 I I I K1 K2 K0
故障点的零序电流为
E I 0 Z1 Z2 Z0
机械工业出版社
1、单相接地零序分量特点
（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零 序电压越低。 （2）零序电流超前零序电压90° （3）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和 中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性 点的数目和位置。 （4）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向 相反，是由线路流向母线的。短路点零序功率最 大。 （5）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流 之间的相位差取决于背后元件的阻抗角。
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（5）三段式零序方向电流保护
在同一方向上零序方向电流保护动作电流和动作 时限的整定同前面介绍的三段式零序电流保护相 同。零序电流元件的灵敏度校验也与前面相同。 三段式零序方向电流保护接线如图2-73所示 由于零序电压分布的特点可知，在靠近保护安装 处附近不存在方向元件死区，但远离保护安装地 点发生接地短路时，流过保护的零序电流很小， 零序电压也很低，方向元件有可能不动作，为此 应分别检验方向元件的电流和电压灵敏系数。
的非周期分量，造成TA的铁芯严重饱和，由于三个TA饱和
程度不同，造成励磁电流有很大差别，因而产生很大不平 衡电流。零序电流滤过器的最大不平衡电流为：
Iunbmax Knp K st Kerr I K max
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3
零序电流滤过器
图2-64零序电流滤过器的接线
a)由三个TA接成零序电流滤过器；b)由零序电流互感器构成的 零序电流保护
图2-67带时限零序电流速断保护原理说明图
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零序电流保护的时限特性
III III III t06 t05 t04
III III t0 t ( n1) 0n t
图2-68零序电流保护的时限特性
零序电流保护时限比相间短路过流保护动作时限缩短了。因为变压器 Yd 接线，所以高压侧无零序电流，所以零序保护4可以瞬时动作，不必和保护3 配合。所以零序保护动作时限从保护4开始逐级加大一个时限级差。从图268中可以看出接地保护时限比相间短路保护时限缩短了。
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（2）零序电流保护接线
图2-65 三段式零序电流保护的接线
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（3）三段式零序电流保护的 整定计算
1）零序保护第1段
I I I0 K op1 rel 3I 0max
t1I 0s
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图2-66无时限零序电流速断保护原理说明图
（3）零序电流保护II段保护整定计算
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变压器中性点的选择
不使系统出现危险的过电压； 不使零序网络有较大改变，以保证 零序保护有稳定的灵敏性。
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2 、中性点直接接地电网的零序电流保 护
（1）零序保护的构成 零序电流保护通过零序电流滤过器获得零序电流。 1）零序电流滤过器的不平衡的电流
零序电流滤过器由三个TA构成，由于短路电流中含有很大
种电网称为大接地电流电网。在中性点直接接地电
网发生单相接地故障时，要求继电保护装置切除故 障。采用前面电流保护虽然也能反应中性点直接接 地电网的单相短路，但因为这种保护灵敏性低和动 作时间长，所以，必须装设专用的接地保护装置。
如图2-63a接地短路的零序等值网络。
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图2-63 接地短路时的零序等值网络 (a)电网接线；（b）零序网络；（c）零序电压分布
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（5）三段式零序方向电流保护
图2-73三段式零序方向电流保护原理接线
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（5）三段式零序方向电流保护
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（2）零序电压滤过器
• 零序功率方向继电器需要输入保护处的零序电流和零序电压， 零序电流可通过零序电流滤过器提供，零序电压则由零序电
压滤过器提供。
• 零序电压滤过器由三个单相电压互感器构成或由三相五柱式 电压互感器构成，电压互感器一次侧的三相绕组接成星形接 线并将中性点接地，接于被保护线路母线上，二次侧三相绕 组接成开口三角形，其端子m、n上的电压与一次系统的三倍
0 r
I01
U0K -I01 Z0L2 U01
Z0L1
U01 I01
U0K
Z0T1
U01
Z0Hale Waihona Puke Baidu2
0 r
I01
反向故障时零序网络及向量图
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(3)接地短路保护安装处零序电 压与零序电流的相位关系
/ Z0· T 1——变压器T1的零序阻抗； Z 0L——接地短路 点至保护安装处的线路之间的零序阻抗。零序功率 方向继电器输入电压U01和零序电流I01之间相角决定 于保护安装处背后变压器的零序阻抗。I01超前U01相 角 180 ，通常约为70°～85°，故零序 电流超前零序电压的相位角一般为95°～110°。 • 当保护1背后K2点发生接地故障时，保护安装处的 零序电压和零序电流之间关系为 ：
II K 3I II 1.3 ~ 1.5 I 0IIop1 rel I 0IopK2 IK I 2 ，K bmin 0op Kbmin
II K sen
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