小电流接地系统接地保护装置优化方案

1.单相接地保护的组成和原理

单相接地保护利用单相接地故障所产生的零序电流使保护装置动作，发出报警信号，因此单相接地保护也称为零序电流保护。

单相接地保护必须通过零序电流互感器将一次电路发生单相接地时所产生的零序电流反映到二次侧的电流继电器中，如图7－31所示。单相接地时的接地电容电流的分布如图7－32所示。图7－32所示供电系统中，其母线上接有3路出线WL1、WL2和WL3，每路出线上都装设有零序电流互感器TAN。现假设WL1的U相发生接地故障。这时系统的U相处于“地”电位，因此所有出线的U相均无对地电容电流。其他两相（V、W相）的电容电流I1～I6的分布和流向如图7－32所示。从图上可以看出，WL1的故障芯线（U相）流过的所有电容电流I1～I6恰好与其他完好芯线（V、W相）以及电缆外皮流过的电容电流I1～I6反向，所以它们不可能在零序电流互感器TAN1的铁芯中产生磁通。但是穿过TAN1的电缆头接地线上流过的电容电流I3～I6（由其他正常线路WL2、WL3而来的不平衡电流）将在TAN1的铁芯中产生磁通，从而在其二次侧产生电流，使继电器KA动作，并发出信号。

图7－31　单相接地保护零序电流互感器的结构和接线

（a）结构；（b）接线

图7－32　单相接地时的接地电容电流的分布

由此可见，这种单相接地保护装置能够较灵敏地监察小电流接地系统的对地绝缘，而且从各条线路的接地保护信号可以具体判断发生单相接地故障的线路，因此这种保护装置适用于高压线路较多的大中型工业企业供电系统。

这里必须强调指出：电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁芯，否则零序电流（不平衡电流）不穿过零序电流互感器的铁芯，保护就不会动作。

关于架空线路的单相接地保护，可采用3个相的电流互感器同极性并联所组成的零序电流过滤器。但一般工业企业的高压线路不长，很少装设。(www.xing528.com)

2.单相接地保护动作电流的整定

如图7－32所示，当供电系统中某一线路（如WL1）发生单相接地故障时，其他线路（如WL2、WL3）上也会出现不平衡的电容电流。但这些线路（如WL2、WL3）本身是正常的，因此其接地保护装置不应该动作。为此，单相接地保护的动作电流Iop（E）应该躲过在其他线路上发生单相接地故障时而在本线路上引起的电容电流，即单相接地保护动作电流的整定计算公式为

式中，Ic——其他线路发生单相接地故障时，在整定保护的线路上产生的电容电流，可按计算，式中线路长度l0h或lcab应采用本身线路的长度（km），UN为系统的额定电压；

Ki——零序电流互感器的变流比；

Krel——可靠系数，保护装置不带时限时，取4～5，以躲过本身线路发生两相短路时所出现的不平衡电流，保护装置带时限时，取1.5～2，这时接地保护的动作时间应比相间短路的过电流保护的动作时间大一个Δt，以保证选择性。

3.单相接地保护的灵敏度

单相接地保护的灵敏度，应按被保护线路末端发生单相接地故障时流过电缆头接地线的不平衡电容电流作为最小故障电流来检验，而这一电容电流为与被保护线路有电联系的总电网电容电流Ic∑和该线路本身的电容电流Ic之差。Ic∑仍按上述公式计算，只是式中l0h为同一电压UN的具有电联系的架空线路总长度（km），lcab为同一电压UN的具有电联系的电缆线路总长度（km）。而计算Ic只取本身线路的长度（l0h或lcab），因此单相接地保护的灵敏度必须满足的条件为

式中，Ki——零序电流互感器的变流比。