零序电流保护的原理_零序电流互感器的选型_零序电流互感器接线图和接地图

　　零序电流互感器为单匝穿心式电流互感器，一般用于电力保护设备。用户可根据系统的运行方式，中性点有效接地或中性点非有效接地的不同，选用相适应的零序电流互感器。零序电流互感器在电力系统产生零序接地电流时与继电保护装置或信号配合使用，使装置元件动作，实现保护或监控。在互感器的二次绕组中不感生电流，当一次线路中发生单相接地等故障时，一次回路中产生不平衡电流（意即零序电流），在二次绕组中感生微小的电流使继电器动作，发生信号。

　　

　　零序电流互感器的作用

　　当电路中发生触电或漏电故障时，互感器二次侧输出零序电流，使所接二次线路上的设备保护动作（切断电源，报警等等）。

　　零序电流保护的原理

　　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C.T来检测三相的电流矢量和，即零序电流Io，IA+IB+IC=Io，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），Io=0；当线路上所接的三相负荷不平衡，则Io=IN，此时的零序电流为不平衡电流IN；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Id，此时检测到的零序电流IO=IN+Id，是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。

　　作用原理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ZPE和接触阻抗Zf，即Zs=Z1+ZPE+Zf；对于TN-C系统，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PEN线阻抗ZPEN和接触电阻Zf，即ZS=Z1+ZPEN+Zf；对于TN-C-S系统，Id回路阻抗包括相线阻抗Z1，PEN线阻抗ZPEN，PE线阻抗ZPE和接触电阻Zf，即ZS=Z1+ZPEN+ZPE+Zf，产生的单相接地故障电流Id=220/ZS，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的工矿企业内的不配出中性线的三相三线配电线路。

　　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ZPE，负载侧接地电阻RA和电源侧接地电阻RB，接触阻抗Zf，即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf，接地故障电流Id=220/ZS，由于RA+RB》》Z1+ZPE+Zf，且RA+RB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Id，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。

　　对于零序电流保护的零序CT安装，一定要符合有关工艺标准。对于IT接地系统，由于发生单相接地故障时，接地电流不仅可能沿着发生故障电缆的导体表面流回，而且也可能沿着非故障电缆的导体表面流回，故安装时必须将电缆头经零序CT接地，这样才能保证故障相和非故障相的电容电流通过接地点，即能防止区外故障时保护装置误动作，又能保证故障时装置可靠动作。

　　对于IT接地系统，一般采用在中性线N上安装零序CT，对在低压侧母排的零序CT必须安装于中性线N与工作接地点（或重复接地）之间的母排上。如零序CT安装于配电屏的N线母排上，由于配电屏金属外壳一般直接与接地极相联，当母线发生接地短路时，产生的故障电流Id将沿着配电屏金属外壳→接地线→变压器中性点流动，而不经过零序CT，达不到所要求实现的保护功能，这一点在现场施工时很容易疏忽。

　　零序电流互感器的选型

　　1、变比：额定一次电流与额定二次电流之比

　　零序电流互感器的应用一般都选用较小变比，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，因为只有发生一次接地故障时，零序电流互感器才有输出。人们不会让接地电流很大时才使保护动作（不用考虑躲过负荷电流）。可是由于一次绕组是电力电缆，仅有一匝，这样，50/5的零序电流互感器的二次额定匝数，仅10匝，所以50/5的零序电流互感器负荷特性较差，实际负载阻抗和零序电流互感器的容量不一致时将会出现较大的误差，而且在低于额定电流时误差也会加大，所以在允许的情况下尽量选用大一些的变比。

　　2、已有保护整定值时变比选择

　　已有保护定值，变比就很容易选择了。

　　如定值是一次电流80A时保护动作，可靠国标选100/5 或100/1。

　　3、电阻接地系统变比的选择

　　电阻接地系统接地点电流由两个分量组成，一个是电容电流，另一个是中性点电阻电流，两者相差90o。故障回路的零序电流等于接地点电流与本线路接地电容电流向量差，即等于所有非故障线路接地电容电流与电阻性电流向量和的负值。如：电阻接地系统（IR=1—1.5IC）。

　　

　　建议零序电流互感器变比选用：50/1 100/1 150/1 200/1 100/5 200/5。

　　4、中性点不接地和消弧线圈接地系统用零序电流互感器变比的选择。

　　这种系统接地电流较大时，或保护最小启动电流较小时，可选用大一些变比的零序电流互感器，如50/1、100/1、100/5、150/5及以上。可是有的中性点不接地系统一般不允许接地电流超过10A，所以一般10A以下保护就要动作。消弧线圈接地系统由于电感电流和电容电流的中和后，一般也不会有超过10A的接地电流（一般都是过补偿，实际接地电流已是电感电流）由于使用的综合保护（不用综合保护的有时用高灵敏度零序电流互感器，和与其配套的继电器，见2）。就要求有整定值，一般定值≤10A，如整定值一次电流为5A，可考虑100/5A或20/1A ，一次电流5A时，二次电流0.25A，一般已超过综合保护的启动电流。如综合保护最小启动电流》0.25A也只好选用75/5、50/5、15/1、10/1的变比，这些变比的零序电流互感器最好选用整体式的，否则精度要差一些。

　　5、大电流接地系统变比的选择

　　中性点接地系统单相接地就是单相短路。变比可以选大一些，如：150/5、150/1以上的变比，不要太小，否则躲不过不平衡电流。注意零线（N）不要穿过CT。

　　6、零序电流互感器二次额定电流的选择

　　国标规定有1A、2A、5A。考虑到零序电流互感器一般都是小变比，所以尽量选用1A的，来提高带负载能力。

　　但是有些综合保护设定1A或5A时是用菜单选择，这时零序电流互感器的二次额定电流就要服从主CT二次额定电流值。

　　零序电流互感器接线图

　　电流互感器在电气图中的画法是一样的，不管是零序电流互感器，还是差动用电流互感器，测量用电流互感器。画法为（见附图）。图里边的一个圈，就表示一个电流互感器，三个圈就表示三个电流互感器，因为电流互感器实际上是一个大的线圈，中间穿过一次电缆，感应一次电流，这样可以在电流互感器的二次侧感应到电流，这个电流可以通过电流互感器一次侧和二次侧的变比，进行换算，从而可以计算出一次的电流值，然后再二次侧形成的电压，用于保护，再与设定好的定值进行比较，从而通过保护逻辑来判断回路是否有故障。一般来说，零序电流互感器用于发变组主变中性点间隙接地或直接接地的系统中，用于零序差动保护。

　　

　　二次图中如果有检测零序电流的电流互感器，那么一次侧肯定也会有相应的零序电流互感器。

　　为由电抗器高压零序电流、零序电压组成的零序阻抗继电器，当电抗器匝间短路K1及内部单相接地故障K2 时，零序源在电抗器内部，既由电抗器向系统送出零序功率。如图2 所示。此时零序电压与零序电流的关系为U0=- I0jXIS0，端口测量到的是系统的零序阻抗。当电抗器外部单相接地故障K3 时，零序源在电抗器的外部，零序电压及零序

　　电流的关系为U0=I0jXIS0，因此，保护的原理具有明显的方向性。

　　

　　原理：零序电流保护的基本原理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。在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零，因此，零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出，执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，零序电流互感器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。

　　作用：当电路中发生触电或漏电故障时，保护动作，切断电源。

　　使用：可在三相线路上各装一个电流互感器，或让三相导线一起穿过一零序电流互感器，也可在中性线N上安装一个零序电流互感器，利用其来检测三相的电流矢量和。

　　电力电缆穿过零序电流互感器的接地方式

　　

　　接地点在零序电流互感器图

　　

　　 接地点在零序电流互感器以下时的接地方式

　　以上时的接地方式三芯电力电缆终端处的金属保护层必须接地良好；塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地线。电缆通过零序电流互感器时，电缆金属保护层和接地线应对地绝缘，电缆接地点在互感器以下时，接地线应直接接地；接地点在互感器以上时，接地线应穿过互感器接地。

　　电缆的接地线为什么要穿过零序电流互感器

　　电缆两端端部接地线与电缆金属保护层、大地形成的闭合回路不得与零序电流互感器匝链（穿过）。

　　即当电缆接地点在零序电流互感器以下时，接地线应直接接地；接地点在零序电流互感器以上时，接地线应穿过零序电流互感器接地。同时，由电缆头至零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘，对地绝缘电阻值应不低于50kΩ。以上做法是为了防止电缆接地时的零序电流在零序电流互感器前面泄漏，造成误判断；经电缆金属护层流动的杂散电流由接地线流入大地，也不与零序电流互感器匝链，杂散电流也不会影响正确判断。