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,引起火災等事故,保證設備和線路的熱穩定性,我國現行的電氣設計、施工等有關規范都提出了在低壓配電線路中需設置接地故障保護。
在國家標準GB50054-95《低壓配電設計規范》第4.4.10條明確指出了采用接地故障保護的兩種方法:零序電流保護與剩余電流保護(亦稱漏電電流保護)。這兩種電流保護的基本工作原理相同,但使用范圍、安裝等要求卻有所不同)。
零序電流互感器保護具體應用可在三相線路上各裝1個電流互感器(C.T),或讓三相導線一起穿過零序C.T,也可在中性線N上安裝1個零序C.T,利用這些C.T來檢測三相的電流矢量和,即零序電流I0,IA+IB+IC=I0,當線路上所接的三相負荷完全平衡時(無接地故障,且不考慮線路、電氣設備的泄漏電流),I0=0。
當線路上所接的三相負荷不平衡,則I0=IN,此時的零序電流為不平衡電流IN。當某一相發生接地故障時,必然產生1個單相接地故障電流Id,此時檢測到的零序電流I0=IN+Id,是三相不平衡電流與單相接地電流的矢量和。
剩余電流保護的具體做法是在被測的三相導線路上與中性N上各裝1個C.T,或讓三相導線與N線一起穿過1個零序C.T,得到三相導線與中性線N的電流矢量和IA+IB+IC+IN,當設有發生單相接地故障時,無論三相負荷平衡與否,則此矢量和為零,嚴格講為線路與設備的正常泄漏電流。
當發生某1相接地故障時,故障電流中會通過保護線PE及與地相關聯的金屬構件,即IA+IB+IC+IN≠0,此時數值為接地故障電流Id加正常泄漏電流。零序電流保護和剩余電流保護兩者的基本原理都是基于基爾霍夫電流定律:流入電路中任一節點的復電流的代數和等于零,即ΣI=0,并且都用零序C.T作為取樣元件。
在線路與電器設備正常情況下,各相電流的矢量和等于零(對零序電流保護假定不考慮不平衡電流),因此,零序C.T的二次側繞組無信號輸出(零序電流保護時躲過不平衡電流),執行元件不動作。當發生接地故障是地,各相電流的矢量和不為零,故障電流的零序C.T的環形鐵芯中產生磁通,零序C.T的二次側感應電壓使執行元件動作,帶動脫扣裝置,切換供電網絡,達到接地故障保護的目的。