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对接地故障几种不同方式的探讨

来源:  作者:未知  [字体: ]
为防止因配电线路接地故障所发生的人身间接电击、电气火灾及线路的热稳定性,现行的设计和施工中均提出在低压配电线路中需设置接地故障保护。在《低压配电设计规范》(GB50054-95)第4.4.10至4.4.22条中分别详细的对几种不同接地型式的系统,明确指出所应采用的不同接地故障保护方式及条件。本文依据规范所认定的三种不同接地故障保护方式对其工作原理及条件进行 分析 ,以便在实际工作中更好的 应用
  1、利用配电线路所设置的过电流保护兼作接地故障保护;
  这种保护方式因利用所控制的线路断路器,在不增设其他装置就可以实现接地故障保护功能,所以方便易行。但应能满足规范所要求的在发生故障时,断路器切断故障电流的允许时间。
  2、利用零序电流来实现接地故障保护;
  依据基尔霍夫定律流入电路中任意节点的复电流的代数和为零,所以三相电流的矢量和即零序电流I0=︱IA︱+︱IB︱+︱IC︱在三相负荷完全平衡时(假定无接地故障,不考虑线路及电器设备的正常泄漏电流)I0=0.当三相负荷不平衡时I0=IN,此时零序电流为不平衡电流IN.当某一相发生接地故障时必然要产生一个单相接地故障电流Id,此时的零序电流
  I0=IN+Id是三相不平衡电流与单相接地故障电流的矢量和。所以利用零序电流来实现接地故障保护时其动作电流应大于三相不平衡电流。
  3、利用剩余电流实现接地故障保护;
  配电线路在没有发生接地故障时,三相负荷电流与中性线电流的矢量和无论三相负荷电流平衡与否它们的电流均为零,即∣IA︱+︱IB︱+︱IC∣+∣IN∣=0.当某一相发生单相接地故障时,故障电流通过保护线PE与大地构成通路,所以此时∣IA︱+︱IB︱+︱IC∣+∣IN∣≠0.此时的电流应为接地故障电流加上配电线路及电器设备的正常泄漏电流,我们称此电流为剩余电流。由此分析可知利用剩余电流来实现接地故障保护时其动作电流应为剩余电流。
  零序电流保护一般适用与TN接地系统。在发生某一相单相接地故障时,对于TN-S系统其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系统其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系统其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.所发生的单相接地故障电流Id=220/ZS,明显地大于无故障时的三相不平衡电流。如果其动作电流整定值合适,在发生接地故障时能躲过不平衡电流,检测出发生接地故障时的零序电流就能实现其对接地故障地保护。对于TT系统;因三相不平衡电流较大,在发生某相接地故障时其回路阻抗应包括相线阻抗Z1,PE线阻抗ZPE,负载侧接地电阻RA和电源侧接地电阻RB及接触阻抗Zf,即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf,接地故障电流Id=220/ZS.由于RA+RB>Z1+ZPE+Zf,并且RA+RB数值一般较大,故TT系统在故障回路阻抗大,所发生的单相接地故障电流Id远小于不平衡电流,很难检测出故障电流,所以零序电流保护不适用于TT接地系统。
  从利用剩余电流来完成接地故障保护的原理分析可知它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度。对于TN、TT、IT接地系统均可以运用。但不适用于TN系统中TN—C接地系统。在TN–C接地系统中保护线PE和中性线N是合为一根PEN线,在正常工作时PEN线要流过三相不平衡电流,当发生单相接地故障时所发生的故障电流也要从PEN线流过,所以剩余电流保护装置无法检测出剩余电流。也就是说对于TN-C系统,剩余电流保护已无检测剩余电流的功能。
  从保护动作灵敏度与使用安全性来说,剩余电流保护高于零序电流保护,并且零序电流保护不能应用于单相配电线路上。我国以前采取苏联用零序电流保护作为接地故障故障保护。对于TN–C系统由于零序电流保护装置是安装在PEN线上,保护整定值应躲过PEN线上最大不平衡电流,在单相接地故障电流小于该整定值时,保护装置就会拒动,就有可能引起人身电击或火灾危险的发生。所以在低压配电线路接地保护的IEC标准中已取消了零序电流保护。
  无论是通过电流保护兼接地故障保护,还是零序电流保护或剩余电流保护,它们都是我国现行规范允许的接地故障保护措施之一,在实施过程中都必须与等电位联接相结合使用,才能完善保护作用。
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