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低压电气接地故障及其防护措施

发表时间：2020/8/10 来源：《当代电力文化》2020年第8期作者：王佳奇

[导读] 工业用电当中，在低压电气系统方面往往存在着较为突出的接地故障问题

        [摘要]工业用电当中，在低压电气系统方面往往存在着较为突出的接地故障问题，这就需要以零序保护原理为基础，围绕着降低低压电气接地故障和防护措施开展深入的研究，便于今后能够更好地防范低压电气的接地故障，也为今后相关技术专家和学者对此类课题实践研究提供有价值的指导或参考。
        [关键词]低压电气；接地故障；防护措施；
前言：
        当低压电气设备发生接地故障时，常常会影响到工业生产所需要的正常、稳定的电力供应，因而，加强对接地故障问题的防护工作显得十分的重要且必要。对此，深入研究低压电气的接地故障原因和防护措施，现实意义较为突出。
1、低压配电零序保护的工作原理概述
        低压配电系统中的接地故障，主要是指相线对地或与地相关导电体之间的短路问题而形成的电气故障。若出现了接地故障，则会在短时间内对关联的电气设备造成不同程度的影响，同时形成较大的故障电流，而这种故障性的电流则会引发较大的安全隐患，最终诱发相关安全事故。由于绝大多数的接地故障都是单相接地故障，为提高其保护的灵敏性，各级开关普遍装设专门的接地保护装置。该装置构成简单，通常能够反映接地故障时的零序电流和电压，还可以准确快速的切断故障点，我们称这种接地保护装置为零序保护装置。因而，对于工业用电来说，如何有效解决低压配电系统的接地故障问题，以及如何发挥零序保护的作用，一直以来都是一项较为重要的技术研究课题。在工业用电当中，低压配电零序保护原理是以零序电流互感器为其取样元件，当线路和电气设备处于正常运行状态时，理论上各相电流矢量之和为零，零序电流互感器二次侧无信号输出，执行元件不动作；当有接地故障发生时，各相电流矢量之和不为零，此时产生的零序电流让零序互感器环形铁芯当中有磁通产生，进而零序电流互感器二次侧产生的感应电压驱使执行元件作出选择性的动作，并带动脱扣装置，实现对线路或设备的有效防护。实际应用时，低压配电零序保护通常应用在TN-S接地系统当中，零序电流互感器内可穿过三根相线，也可将零序电流互感器安置于中性线N的上面，借助零序电流互感器与零序保护装置实现对三相电流矢量和的进行有效监测。TN-S系统当中故障电流回路的阻抗Zs主要包含接地阻抗Zf、地线的阻抗ZPE、相线的阻抗Z1，中性点阻抗Zn，即Zs＝Zf+ZPE+Z1+Zn，接地故障电流则是Id＝220/Zs，经合理整定定值后，当接地故障电流Id大于整定定值时，零序保护装置便能够准确、及时的将故障回路切断。

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2、有效的防护措施
2.1针对低压电气接地故障制定有效的防护专项体系
        工业用电当中，广大运维人员应当结合厂内用电实际需求和安全现状，以低压配电零序保护原理为基础，妥善制定出针对低压电气接地故障有效防护的专项体系，并安排相关运维人员进行定期巡视与维护，设定好每个执行步骤，以保证低压电气的接地故障总体防护效果。
2.2 具体措施
        一是，做好零序电流互感器与零序保护装置元件的安装工作。零序电流互感器安装后二次回路应保证完全闭合且只能有一点接地，二次回路中联片螺丝应紧固，电缆回路内接线应接触良好，不应压到电缆绝缘外皮部分，以保证回路可靠导通，对穿过零序电流互感器的动力电缆应保证在互感器圆心位置集中布置，若是开口型的零序互感器还应注意接口要严密，保证电流互感器磁路闭合，使零序保护发挥正常作用。零序保护装置元件则要求质量应完好，型号、规格应符合设计要求，外观应完好，附件应齐全，固定应牢固。安装完成后，运维人员需对零序电流互感器及与零序保护装置元件进行安装验收，如发现有零序电流互感器二次回路开路、未能可靠接地、存在接线问题或其他安装问题的，则不能通过验收。投运设备前，运维人员需再次对零序电流互感器一次及二次回路进行检查，确认无问题后方可送电。二是，为了降低零序保护装置误动作，防止外界干扰，零序电流互感器二次侧屏蔽电缆的屏蔽层最好两端接地，因为当操作隔离开关或断路器时，母线上会产生暂态电流，产生的磁通变化率很大，若屏蔽层两点接地，电缆的屏蔽层与大地形成通路，在屏蔽层和大地回路中产生电流。该电流产生的去磁磁通将抵消母线暂态电流产生的磁通对电缆芯线的影响。理想状态下，两者共同作用的结果将使屏蔽层完全包围的电缆芯线中的磁通为零，屏蔽层形成了一个理想的法拉第笼。由于各种原因，实际情况不可能完全理想，如在目前暂态电流的作用下，屏蔽电缆中流过的高频电流仍会在芯线回路感应出一定的电压，这就需要我们通过适当设置零序保护装置定值来避免装置误动作；三是，在中性点直接接地的380V配电系统当中，当变压器低压侧直接接地的中性点处于运行状态时，需将零序电流保护的定值妥善设置好。开关柜零序电流保护一般由两段保护构成，分别配置在变压器低压侧与负荷开关处，两段保护各自的时限不同，当线路电缆或负荷设备单相接地引起零序电流产生时，以较短时限，跳开故障回路的负荷开关，降低故障影响范围，若负荷开关拒动，则以较长时限跳开变压器两侧开关，保护变压器及开关柜。
3、结语
        总体来说，工业上若想将低压电气的接地故障有效防护工作妥善落实好，就务必要以零序保护原理为基础，把握低压配电零序保护具体应用过程的实施要点，结合工业用电的实际需求及情况，制定完善化、科学化的防护措施，虽然目前零序保护在工业用电领域内应用已十分广泛且成熟，但由于不同工厂对设备稳定性及安全性的要求不同，因此还需要不断探索、深入研究，以确保能够更好地执行低压电气接地故障的保护，为工业用电的可靠性与稳定性提供更强大的保障。