小電流接地系統零序電流互感器安裝方法淺析

摘要：闡述了零序電流生產的原理，分析了電纜頭與零序電流互感器的相對位置關系，確定煤礦零流互感器的正確安裝方法。

關鍵詞：零序電流互感器 高壓電纜頭 安裝方法

0 引言

煤礦供電采用中性點不接地或經消弧線圈接地的接地系統，稱為小電流接地系統。這種系統中性點對地絕緣，發生單相接地后形不成單相短路回路，而且三相設備正常工作，系統可以繼續運行。但當發生單相接地后非故障相的相電壓會升高到線電壓，長期運行將造成非故障相絕緣極穿，進而發展成為相間短路事故。為了避免再有一相發生接地，從而形成兩相接地短路，系統中應裝設專門的單相接地保護，發出報警信號。零序電流互感器就是監測接地故障的裝置之一。小電流接地系統中零序電流互感器的安裝與直接接地系統中漏電保護器的安裝是有區別的。在直接接地系統中，為防止人身觸電事故，通常要裝設漏電保護器，漏電保護器的監測元件也有零序線圈及其鐵芯。漏電保護器的安裝只要負荷回路電纜(電線)穿過零序線圈，即可起到漏電保護的作用。由于使用者受到漏電保護器安裝方法的影響，造成在小電流接地系統中，零序電流互感器與高壓電纜頭的相對位置關系不正確，故障時，零序電流互感器無法正確反映零序電流，從而造成故障時零序報警保護裝置的誤報或不報。因此分析小電流接地系統中零序電流的產生原理，確定零序電流互感器與高壓電纜頭的相對位置關系，才能正確安裝零序電流互感器。

1 零序電流產生的原因

小電流接地系統正常運行時，中性點、三相對地都呈絕緣狀態，相與地之存在三相對地分布電容C_A、C_B、C_C。三相相電壓U_A、U_B、U_C是對稱的，系統中各電纜三相對地電容電流平衡，因此，三相電容電流相量和為零，沒有電流在地中流動。

小電流接地系統發生一相金屬性或經過度阻抗接地時，就會出現漏電故障。圖1是系統發生C相接地后的電路圖。

接地后，C相與地同電位，沒有了對地電容電流。I₁～I₆在供電系統中各條線路上的分布如圖1所示。根據節點電流定律：

I_C+(I₁+I₂+∧+I₆=0

亦即I_C=-(I₁+I₂+∧+I₆)

故障線路的故障相的電容電流I_C，是系統所有電容電流的矢量和。實際I_C方向與圖1中接地點I_C方所示向相反。

由圖1知，系統中所有線路其余兩相電容電流都涌向故障線路的故障點。接地故障使系統各電纜產生不平衡的電容電流，也就是零序電流。零序電流互感器就是用于監測接地時電容電流的變化，從而獲得報警或跳閘信號的。

2 零序電流互感器安裝方法

零序電流互感器與高壓電纜頭的相對位置關系絕定了零序電流互感器是否能夠監測到故障時系統產生的不平衡的電容電流。也就是零序電流互感器安裝是否正確。因此首先要分析零序電流互感器與高壓電纜頭的相對位置關系。

2.1電纜頭與接地線(或金屬外皮)同時穿過零序電流互感器，如圖2所示。

根據節點電流定律知：零序電流：I₀=I_C-(I₁+I₂+I₃+∧+I₆)=0

故障線路故障相的電容電流與同一電纜另外兩完好相以及地線(或金屬外皮)所流過的電容電流之和大小相等，方向相反，相互抵消。電容電流矢量和為零。因此沒有零序電流生產，零序電流互感器的鐵心中不會感應出電動勢，與之相連的電流繼電器不動作。因此圖2所示安裝方法不正確。

2.2電纜動動力芯線穿過零序電流互感器，但電纜頭及接地線不穿過，如圖3所示。

I₀=I_C-(I₁+I₂)=I₃+∧+I₆)

零序電流正是地線(或金屬外皮)上所流過的電容電流，零序電流可以使互感器的鐵心中感應出電動勢，與之相連的電流繼電器動作。因此圖3所示安裝方法正確。

2.3電纜頭與接地線同時穿過零序電流互感器，金屬外皮(或地線)又返向穿過零序電流互感器接地，如圖4所示。

I₀=I_C+I₃+∧+I₆-(I₁+I₂+I₃+∧+I₆)=I_C-(I₁+I₂)=I₃+∧+I₆

地線(或金屬外皮)上所流過的電容電流兩次不同方向穿過零序電流互感器，自行抵消，零序電流與2.2同，可以使互感器的鐵心中感應出電動勢，與之相連的電流繼電器動作。因此圖4所示安裝方法正確。

3 零序電流互感器現場安裝

零序電流互感器的安裝根據不同的設備可以因地制宜，但必須符合上述正確的位置關系。但由于廠家或施工人員的對零序互感器的監測原理不清楚，導致零序電流互感器現場安裝不正確。下面是幾種常見的錯誤安裝及改進方法。

3.1煤礦井下高壓配電使用高壓防爆配電開關，零序電流互感器在開關中的位置和電纜頭與零序電流互感器的相對位置如圖5所示。

生產廠家裝零序電流互感器固定在開關內壁進線口前側，電纜頭無法穿過互感器，地線的接地螺絲在開關接線腔內，因此只能形成圖5所示的接線方式，這種位置關系如2.1所述。零序互感器監測不到真正的零序電流，導致報警或選線錯誤。

該裝置的改進方法：將零序互感器從固定支架處前置，在其后側留出空間，在固定支架上鉆孔，讓地線繞過零序電流互感器。形成2.2所述的位置關系，改進后的安裝方法如圖6所示。

3.2煤礦用高壓開關柜的高壓電纜經電纜溝從開關柜底板的下側進入，廠家或施工單位將零序電流互器安裝在開關柜底板的支架上或放置于開關柜底板上，施工人員為了方便，最后形成圖7所示的安裝方法。

圖7所示零序電流互感器安裝方法，同樣監測不到真正的零序電流。

該裝置的改進方法：加長地線，使其穿過零序電流互感器的鐵心后接地。改進后的安裝方法如圖8所示。

4 結語

在小電流系統中，零序電流互感器能夠監視系統絕緣，在系統單相接地時發出報警，防止發生兩相接地短路。也可以動作于跳閘，防止人身觸電。但零序電流互感器必須正確安裝，符合2.2或2.3，使電纜接地線和大地形成的回路不與零序電流互感器交鏈。否則接地保護裝置不起作用。