小电流接地系统零序电流互感器安装方法浅析

孙　秘　周余强

摘要：阐述了零序电流生产的原理，分析了电缆头与零序电流互感器的相对位置关系，确定煤矿零流互感器的正确安装方法。

关键词：零序电流互感器高压电缆头安装方法

0引言

煤矿供电采用中性点不接地或经消弧线圈接地的接地系统，称为小电流接地系统。这种系统中性点对地绝缘，发生单相接地后形不成单相短路回路，而且三相设备正常工作，系统可以继续运行。但当发生单相接地后非故障相的相电压会升高到线电压，长期运行将造成非故障相绝缘极穿，进而发展成为相间短路事故。为了避免再有一相发生接地，从而形成两相接地短路，系统中应装设专门的单相接地保护，发出报警信号。零序电流互感器就是监测接地故障的装置之一。小电流接地系统中零序电流互感器的安装与直接接地系统中漏电保护器的安装是有区别的。在直接接地系统中，为防止人身触电事故，通常要装设漏电保护器，漏电保护器的监测元件也有零序线圈及其铁芯。漏电保护器的安装只要负荷回路电缆(电线)穿过零序线圈，即可起到漏电保护的作用。由于使用者受到漏电保护器安装方法的影响，造成在小电流接地系统中，零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系不正确，故障时，零序电流互感器无法正确反映零序电流，从而造成故障时零序报警保护装置的误报或不报。因此分析小电流接地系统中零序电流的产生原理，确定零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系，才能正确安装零序电流互感器。

1零序电流产生的原因

小电流接地系统正常运行时，中性点、三相对地都呈绝缘状态，相与地之存在三相对地分布电容C_A、C_B、C_C。三相相电压U_A、U_B、U_C是对称的，系统中各电缆三相对地电容电流平衡，因此，三相电容电流相量和为零，没有电流在地中流动。

小电流接地系统发生一相金属性或经过度阻抗接地时，就会出现漏电故障。图1是系统发生C相接地后的电路图。

接地后，C相与地同电位，没有了对地电容电流。I₁～I₆在供电系统中各条线路上的分布如图1所示。根据节点电流定律：

I_C+(I₁+I₂+∧+I₆=0

亦即I_C=-(I₁+I₂+∧+I₆)

故障线路的故障相的电容电流I_C，是系统所有电容电流的矢量和。实际I_C方向与图1中接地点I_C方所示向相反。

由图1知，系统中所有线路其余两相电容电流都涌向故障线路的故障点。接地故障使系统各电缆产生不平衡的电容电流，也就是零序电流。零序电流互感器就是用于监测接地时电容电流的变化，从而获得报警或跳闸信号的。

2零序电流互感器安装方法

零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系绝定了零序电流互感器是否能够监测到故障时系统产生的不平衡的电容电流。也就是零序电流互感器安装是否正确。因此首先要分析零序电流互感器与高压电缆头的相对位置关系。

2.1电缆头与接地线(或金属外皮)同时穿过零序电流互感器，如图2所示。

根据节点电流定律知：零序电流：I₀=I_C-(I₁+I₂+I₃+∧+I₆)=0

故障线路故障相的电容电流与同一电缆另外两完好相以及地线(或金属外皮)所流过的电容电流之和大小相等，方向相反，相互抵消。电容电流矢量和为零。因此没有零序电流生产，零序电流互感器的铁心中不会感应出电动势，与之相连的电流继电器不动作。因此图2所示安装方法不正确。

2.2电缆动动力芯线穿过零序电流互感器，但电缆头及接地线不穿过，如图3所示。

I₀=I_C-(I₁+I₂)=I₃+∧+I₆)

零序电流正是地线(或金属外皮)上所流过的电容电流，零序电流可以使互感器的铁心中感应出电动势，与之相连的电流继电器动作。因此图3所示安装方法正确。

2.3电缆头与接地线同时穿过零序电流互感器，金属外皮(或地线)又返向穿过零序电流互感器接地，如图4所示。

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

地线(或金属外皮)上所流过的电容电流两次不同方向穿过零序电流互感器，自行抵消，零序电流与2.2同，可以使互感器的铁心中感应出电动势，与之相连的电流继电器动作。因此图4所示安装方法正确。

3零序电流互感器现场安装

零序电流互感器的安装根据不同的设备可以因地制宜，但必须符合上述正确的位置关系。但由于厂家或施工人员的对零序互感器的监测原理不清楚，导致零序电流互感器现场安装不正确。下面是几种常见的错误安装及改进方法。

3.1煤矿井下高压配电使用高压防爆配电开关，零序电流互感器在开关中的位置和电缆头与零序电流互感器的相对位置如图5所示。

生产厂家装零序电流互感器固定在开关内壁进线口前侧，电缆头无法穿过互感器，地线的接地螺丝在开关接线腔内，因此只能形成图5所示的接线方式，这种位置关系如2.1所述。零序互感器监测不到真正的零序电流，导致报警或选线错误。

该装置的改进方法：将零序互感器从固定支架处前置，在其后侧留出空间，在固定支架上钻孔，让地线绕过零序电流互感器。形成2.2所述的位置关系，改进后的安装方法如图6所示。

3.2煤矿用高压开关柜的高压电缆经电缆沟从开关柜底板的下侧进入，厂家或施工单位将零序电流互器安装在开关柜底板的支架上或放置于开关柜底板上，施工人员为了方便，最后形成图7所示的安装方法。

图7所示零序电流互感器安装方法，同样监测不到真正的零序电流。

该装置的改进方法：加长地线，使其穿过零序电流互感器的铁心后接地。改进后的安装方法如图8所示。

4结语

在小电流系统中，零序电流互感器能够监视系统绝缘，在系统单相接地时发出报警，防止发生两相接地短路。也可以动作于跳闸，防止人身触电。但零序电流互感器必须正确安装，符合2.2或2.3，使电缆接地线和大地形成的回路不与零序电流互感器交链。否则接地保护装置不起作用。