零序電流保護(hù)與剩余電流保護(hù)的異同
評(píng)論: 更新日期:2008年05月09日
為了防止人身間接觸電以及配電線路由于各種原因而遭損壞,引起火災(zāi)等事故,保證設(shè)備和線路的熱穩(wěn)定性,我國(guó)現(xiàn)行的電氣設(shè)計(jì)、施工等有關(guān)規(guī)范都提出了在低壓配電線路中需設(shè)置接地故障保護(hù)。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.4.10條明確指出了采用接地故障保護(hù)的兩種方法,零序電流保護(hù)與剩余電流保護(hù)(亦稱(chēng)漏電電流保護(hù))。這兩種電流保護(hù)的基本工作原理相同,但使用范圍、安裝等要求卻有所不同)。
零序電流保護(hù)具體應(yīng)用可在三相線路上各裝一個(gè)電流互感器(C.T),或讓三相導(dǎo)線一起穿過(guò)一零序C.T,也可在中性線N上安裝一個(gè)零序C.T,利用這些C.T來(lái)檢測(cè)三相的電流矢量和,即零序電流Io,IA+IB+I(xiàn)C=IO,當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷完全平衡時(shí)(無(wú)接地故障,且不考慮線路、電器設(shè)備的泄漏電流),IO=0;當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷不平衡,則IO=IN,此時(shí)的零序電流為不平衡電流IN;當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時(shí),必然產(chǎn)生一個(gè)單相接地故障電流Id,此時(shí)檢測(cè)到的零序電流IO=IN+Id,是三相不平衡電流與單相接地電流的矢量和。
剩余電流保護(hù)的具體做法是在被測(cè)的三相導(dǎo)線路上與中性N上各裝一個(gè)C.T,或讓三相導(dǎo)線與N線一起穿過(guò)一個(gè)零序C.T,得到三相導(dǎo)線與中性線N的電流矢量和IA+I(xiàn)B+I(xiàn)C+I(xiàn)N,當(dāng)設(shè)有發(fā)生單相接地故障時(shí),無(wú)論三相負(fù)荷平衡與否,則此矢量和為零(嚴(yán)格講為線路與設(shè)備的正常泄漏電流);當(dāng)發(fā)生某一相接地故障時(shí),故障電流中會(huì)通過(guò)保護(hù)線PE及與地相關(guān)連的金屬構(gòu)件,即IA+I(xiàn)B+I(xiàn)C+I(xiàn)N≠0,此時(shí)數(shù)值為接地故障電流Id加正常泄漏電流。
從以上分析可看出,零序電流保護(hù)和剩余電流保護(hù)兩者的基本原理都是基于基爾霍夫電流定律:流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的復(fù)電流的代數(shù)和等于零,即ΣI=0,并且都用零序C.T作為取樣元件。在線路與電器設(shè)備正常情況下,各相電流的矢量和等于零(對(duì)零序電流保護(hù)假定不考慮不平衡電流),因此,零序C.T的二次側(cè)繞組無(wú)信號(hào)輸出(零序電流保護(hù)時(shí)躲過(guò)不平衡電流),執(zhí)行元件不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生接地故障是地,各相電流的矢量和不為零,故障電流的零序C.T的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通,零序C.T的二次側(cè)感應(yīng)電壓使執(zhí)行元件動(dòng)作,帶動(dòng)脫扣裝置,切換供電網(wǎng)絡(luò),達(dá)到接地故障保護(hù)的目的。
零序電流保護(hù)一般適合使用于TN接地系統(tǒng)。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生一相接地時(shí),對(duì)TN-S系統(tǒng)Id回路阻抗包括相線阻抗Z1,PE線阻抗ZPE和接觸阻抗Zf,即Zs=Z1+ZPE+Zf;對(duì)于TN-C系統(tǒng),Id回路阻抗包括相線阻抗Z1,PEN線阻抗ZPEN和接觸電阻Zf,即ZS=Z1+ZPEN+Zf;對(duì)于TN-C-S系統(tǒng),Id回路阻抗包括相線阻抗Z1,PEN線阻抗ZPEN,PE線阻抗ZPE和接觸電阻Zf,即ZS=Z1+ZPEN+ZPE+Zf,產(chǎn)生的單相接地故障電流Id=220/ZS,明顯大于無(wú)故障時(shí)的三相不平衡電流,只要整定合適,就可檢測(cè)出發(fā)生接地故障時(shí)的零序電流,以切斷故障回路。而對(duì)IT系統(tǒng),一般均是使用對(duì)供電可靠性要求較高、對(duì)單相接地不必要立即切斷供電回路、但需發(fā)出絕緣破壞監(jiān)察信號(hào)、以維持繼續(xù)供電一段時(shí)間的工礦企業(yè)內(nèi)的不配出中性線的三相三線配電線路。當(dāng)單相接地時(shí),該故障線路上流過(guò)的零序電流是全系統(tǒng)非故障系統(tǒng)電容電流之和,因而容易檢測(cè)出接地故障電流,故可用零序電流保護(hù)裝置來(lái)監(jiān)察相對(duì)地第一次接地故障。TT接地系統(tǒng)常應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、民用建筑的照明、動(dòng)力混合供電的三相四線配電系統(tǒng)中,常發(fā)現(xiàn)三相不平衡電流較大,當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí),Id回路阻抗包括相線阻抗Z1,PE線阻抗ZPE,負(fù)載側(cè)接地電阻RA和電源側(cè)接地電阻RB,接觸阻抗Zf,即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf,接地故障電流Id=220/ZS,由于RA+RB>>Z1+ZPE+Zf,且RA+RB數(shù)值一般均較大,很明顯TT系統(tǒng)的故障環(huán)路阻抗大,產(chǎn)生的單接故障電流Id,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不平衡電流,很難檢測(cè)出故障電流,故不適用于TT接地系統(tǒng)。
由剩余電流保護(hù)工作原理分析可知,它的保護(hù)動(dòng)作整定電流可以從mA級(jí)到A級(jí),有相當(dāng)高的動(dòng)作靈敏性,因此剩余電流保護(hù)裝置對(duì)于TN、TT、IT接地系統(tǒng)均可適用。但剩余電流保護(hù)適用于TN接地系統(tǒng)中的TN﹣S系統(tǒng),不能用于TN﹣C接地系統(tǒng)的饋電主干線保護(hù)。因?yàn)門(mén)N﹣C接地系統(tǒng)中保護(hù)線PE和中性線N合用一根線PEN、PEN在正常工作時(shí)流過(guò)三相不平衡電流,當(dāng)單相接地時(shí)產(chǎn)生的接地故障電流Id也從PEN線上流過(guò),剩余電流保護(hù)裝置根本無(wú)法檢測(cè)出是不平衡電流還是接地故障電流,也就是說(shuō),已喪失單相接地故障的檢測(cè)功能。當(dāng)用于分干線及末端線中時(shí),如果是TN-C接地系統(tǒng),則應(yīng)按TN-C-S或局部TT接地處理,剩余電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定值(IΔn)一定要躲開(kāi)正常漏電電流,才可避免誤動(dòng)作。我們?cè)谶x用時(shí),對(duì)于IΔn數(shù)值可根據(jù)JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第14.3.11條進(jìn)行選擇,以適合各種場(chǎng)合和使用要求。
按《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,對(duì)于相線對(duì)地標(biāo)稱(chēng)電壓為220V的TN系統(tǒng)三相四線制配電線路接地故障保護(hù),當(dāng)用過(guò)電流保護(hù)不能滿(mǎn)足人身遭受電擊所允許的最大切斷故障時(shí)間時(shí),宜采用零序電流保護(hù),但保護(hù)整定值不應(yīng)小于該供電線路中最大不平衡電流,當(dāng)用過(guò)電流保護(hù)與零序電流保護(hù)均不能滿(mǎn)足上述要求時(shí),應(yīng)采用剩余電流保護(hù)。
對(duì)于TT系統(tǒng)的低壓配電線路接地故障保護(hù),當(dāng)用過(guò)電流保護(hù)電器不能滿(mǎn)足動(dòng)作特性ZSIA≤50V時(shí),應(yīng)采用剩余電流保護(hù)。
對(duì)于IT系統(tǒng)的低壓配電線路接地故障保護(hù),當(dāng)外露可導(dǎo)電部分單獨(dú)接地時(shí),發(fā)生第二次異相接地故障時(shí),故障回路的切斷應(yīng)符合TT系統(tǒng)接地故障保護(hù)的要求,當(dāng)外露可導(dǎo)電部分為共同接地,則發(fā)生第二次異相接地故障時(shí),故障回路的切斷應(yīng)符合TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)的要求。
對(duì)于零序電流保護(hù)的零序C.T安裝,一定要符合有關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于IT接地系統(tǒng),由于發(fā)生單相接地故障時(shí),接地電流不僅可能沿著發(fā)生故障電纜的導(dǎo)體表面流回,而且也可能沿著非故障電纜的導(dǎo)體表面流回,故安裝時(shí)必須將電纜頭經(jīng)零序C.T接地,這樣才能保證故障相和非故障相的電容電流通過(guò)接地點(diǎn),即能防止區(qū)外故障時(shí)保護(hù)裝置誤動(dòng)作,又能保證故障時(shí)裝置可靠動(dòng)作。對(duì)于IT接地系統(tǒng),一般采用在中性線N上安裝零序C.T,對(duì)在低壓側(cè)母排的零序C.T必須安裝于中性線N與工作接地點(diǎn)(或重復(fù)接地)之間的母排上。如零序C.T安裝于配電屏的N線母排上,由于配電屏金屬外殼一般直接與接地極相聯(lián),當(dāng)母線發(fā)生接地短路時(shí),產(chǎn)生的故障電流Id將沿著配電屏金屬外殼→接地線→變壓器中性點(diǎn)流動(dòng),而不經(jīng)過(guò)零序C.T,達(dá)不到所要求實(shí)現(xiàn)的保護(hù)功能,這一點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)很容易蔬忽。
從保護(hù)的動(dòng)作靈敏性與使用安全性來(lái)說(shuō),剩余電流保護(hù)高于零序電流保護(hù),并且零序電流保護(hù)不能像剩余電流保護(hù)應(yīng)用在單相配電線路上,因此對(duì)于三相供配電系統(tǒng)如果零序電流保護(hù)靈敏度足夠,并且也適合選用該保護(hù)裝置的場(chǎng)合,為節(jié)約資金,可采用零序保護(hù)。對(duì)于TN�C系統(tǒng),單相接地故障一般是在PEN上安裝零序電流保護(hù)裝置。由于保護(hù)電流整定應(yīng)躲過(guò)PEN上的最大不平衡電流,即在單相接地故障電流小于該整定電流時(shí),零序電流保護(hù)裝置拒動(dòng),有可能引起人身電擊和火災(zāi),從這一點(diǎn)上考慮,實(shí)際上有關(guān)低壓配電線路接地保護(hù)在IEC標(biāo)準(zhǔn)中已取消了零序電流保護(hù),而我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范還是引入了此保護(hù)。不管是零序電流保護(hù),還是剩余電流保護(hù),都是接地保護(hù)的措施之一,還必須與等電位聯(lián)結(jié)結(jié)合使用,才能起到完善的防電擊作用。