单相接地故障的定义及单相接地故障电流的采集方法

要回答题主的问题，首先我们要弄懂几个原理。

1.单相接地故障的定义

我们设三相电流分别为ia、ib和ic，并且有如下关系：

如果三相电流是平衡的，也即Ia=Ib=Ic，则上式中可以写成：

我们很容易利用中学的三角函数知识证明中括号内三个正弦量的和等于0。

等号右侧的量其实就是三相不平衡电流。我们看到，中性线电流In与三相不平衡电流的大小相等方向相反。所以，当三相平衡时，中性线N的总线上的电流为零。

提醒一下：虽然三相平衡时中性线N总线上的电流等于零，但中性线支线上的电流不等于零。事实上，中性线支线上的电流与某相的相线电流大小相等而方向相反。

现在，我们把中性线电流和三相电流合在一起求相量和，如下：

结果会怎样呢？

我们发现，即使出现了三相不平衡，但ig的值依然为零。即：

我们看下图中的图1，它的负载其实就是安装在三条相线上的三只阻值相同的电阻，显见三相是平衡的。而图2中A相多了一只电阻，所以三相不平衡。然而不管是图1还是图2，中性线电流与三相电流的相量和，却始终等于零。

注意1：图1中N线的总线上电流等于零，但N线的支线电流不等于零。

注意2：图1和图2的接地系统是TN-S。

现在我们假设A相出现了漏电ias，我们看看会怎样：

我们把ig叫做剩余电流，它的值反映了漏电流的值。

我们看下图：

图3和图4中A相都对负载外壳发生了漏电，漏电流ias顺着PE线返回电源。通过前面的解释，我们已经知晓剩余电流就能反映出漏电流。

在低压配电系统中，ig又叫做单相接地故障电流。

2.单相接地故障电流的采集方法

我们看下图：

图5中，我们在负载的上游处安装了一只零序电流互感器铁芯，并且让三条相线和一条N线同时穿过铁芯。如此一来，我们在零序电流互感器的次级绕组中就能测量出漏电电流ias。

另外，在图5中我们还可以在地线PE上安装零序电流互感器直接测量漏电流。

图5中的两种方法很常用。但问题是：断路器的内部空间狭小，当三相电流很大时，我们根本就不可能把零序电流互感器安装到断路器内部。在这种情况下，必须采取其它方式。

我们看图6：

图6是ABB的框架断路器Emax内部采集剩余电流的方法。

图6中，我们看到在断路器内部安插了4个用罗氏线圈构成的电流传感器，它们分别采集三相电流和N线电流，然后在脱扣器内部汇总求得四个电流的相量和，由此解出剩余电流。

图6中第二个方法就是从地线安装的零序电流互感器直接测量剩余电流，然后输入给断路器脱扣器。

第一种方法叫做断路器的G保护测量，第二种方法叫做外部G保护测量。

现在，我们可以来回答题主的问题了。我们来看题主的问题是什么：

1）ACB框架断路器的接地保护、漏电保护和中性线保护有何区别？

2）两种接地故障保护：1.剩余电流型；2.地电流返回型，请问这两者有何区别？

首先回答第二个问题：

从前面的描述中我们已经知道，ACB框架断路器的G保护有两种：

第一种针对发生在断路器下游的单相接地故障，包括发生在断路器出口处的单相接地故障，以及发生在馈电电缆处的单相接地故障。此种单相接地故障可以通过三相电流和N线电流的相量和来测量。

第一种单相接地故障就是题主所谓的剩余电流型。

第二种针对发生在断路器上游处的单相接地故障，此种单相接地故障可以通过变压器接地极的零序电流互感器来测量。

第二种单相接地故障就是题主所谓的地电流返回型。

需要提醒的是：

剩余电流保护的电流范围有三种：第一种剩余电流范围是16mA到30mA，专用于人身安全防护；第二种剩余电流范围是30mA到100mA，兼做人身安全防护和电气火灾防护；第三种剩余电流范围是大于100mA，专用于电气火灾防护。

由于框架ACB断路器的壳体电流一般都不小于630A，最大可达6300A，因此框架ACB断路器的G保护一般都用于电气火灾防护。

再来回答第一个问题：

ACB的单相接地故障保护与漏电保护是一回事。

至于中性线保护，主要是指三相不平衡电流保护，还有三次谐波的中性线电流保护。

我们已经知道，中性线电流是三相电流的相量和。但对于三次谐波来说，中性线电流不是相量和，而是代数和，所以三次谐波的中性线电流特别大。也因此，若电网中存在三次谐波，则中性线母线截面必须与相线母线截面相等。

另外，ACB若具有中性线保护，则ACB一定是四极断路器。

我们来看具有中性线保护的ABB的框架断路器Emax保护参数，如下：

我们看到，N极的保护与相线所在极的保护是一致的。

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给一个补充：

不要把相量与矢量（向量）等同起来。

两个矢量相乘，再乘上它们夹角的正弦，叫做矢量的叉乘。矢量叉乘后的结果仍然是矢量，例如力臂与力的叉乘，结果是力矩。力矩是矢量。

电压相量与电流相量的叉乘，其结果是无功功率，无功功率是标量。

因此相量与矢量不能画等号。