【導(dǎo)讀】接地故障可能會(huì)非常危險(xiǎn)。在直接接地系統(tǒng)中的短路接地會(huì)產(chǎn)生大電流，損壞設(shè)備并導(dǎo)致停止運(yùn)行。接地故障還可能產(chǎn)生電弧閃光，可能會(huì)對附近的人員造成嚴(yán)重傷害以及設(shè)備損壞。
如何使用敏感繼電器找到在VFD電阻接地系統(tǒng)中難以發(fā)現(xiàn)的接地故障？
接地故障可能會(huì)非常危險(xiǎn)。在直接接地系統(tǒng)中的短路接地會(huì)產(chǎn)生大電流，損壞設(shè)備并導(dǎo)致停止運(yùn)行。接地故障還可能產(chǎn)生電弧閃光，可能會(huì)對附近的人員造成嚴(yán)重傷害以及設(shè)備損壞。電弧閃光的危險(xiǎn)是電氣柜上必須貼有警告標(biāo)簽以及在通電面板上作業(yè)的任何人員都必須穿戴適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備（PPE）的原因。此外，電弧閃光可能沒有足夠的電流使過電流保護(hù)器件快速跳閘。
減少或消除許多接地故障問題（包括大多數(shù)電弧閃光事件）的一種方法是使用高電阻接地（HRG）系統(tǒng)，其中變壓器的中性點(diǎn)（星形接線變壓器或發(fā)電機(jī)的 X0 點(diǎn)或者之字形變壓器的人工中性線）通過中性點(diǎn)接地電阻（NGR）與大地連接，如圖 1 所示。NGR 將接地故障電流限制在一個(gè)較低的值，在許多情況下，將允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。通過消除相對地故障，HRG 系統(tǒng)消除了 95% 的電弧閃光危險(xiǎn)。礦產(chǎn)業(yè)長期以來一直要求使用 HRG 系統(tǒng)。
“圖 1：在高電阻接地系統(tǒng)中，變壓器的中性點(diǎn)（或之字形變壓器的人工中性線）通過中性點(diǎn)接地電阻接地。
即使高電阻接地在提高安全性方面帶來了很大的好處，但還有一些重要的事情需要考慮，其中包括許多可能會(huì)使檢測低級(jí)接地故障變得困難的因素。其中一些因素會(huì)因變頻器的使用（VFD）而加劇。
本文將介紹 HRG 系統(tǒng)如何運(yùn)作的一些方面內(nèi)容，探討 HRG 系統(tǒng)中接地故障監(jiān)測所面臨的各種挑戰(zhàn)，并展示如何解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)的。
檢測接地故障
由于 HRG 系統(tǒng)可防止接地故障引起過電流跳閘，因此必須有一種方法來檢測接地故障何時(shí)發(fā)生。在接地系統(tǒng)中檢測接地故障的 佳方法是使用電流感應(yīng)接地故障繼電器（GFR），它使用的是磁勢平衡零序電流互感器（CT 或 ZSCT）來檢測不應(yīng)該存在的電流。如此能夠進(jìn)行選擇性協(xié)調(diào)，并且使找出接地故障。
任何貫通式電流互感器在所有載流導(dǎo)體都通過 CT 窗口時(shí)都將成為磁勢平衡零序 CT。如果沒有接地故障，則 CT 的輸出為零。如果有接地故障，電流不會(huì)增加到零，可以檢測到差值并用于發(fā)出報(bào)警信號(hào)，或?qū)⒐收喜糠痔l。
限制因素
許多因素可能會(huì)限制測量低電平接地故障電流的能力。這些因素包括系統(tǒng)電容、不平衡單相負(fù)載、電流傳感器限制、低頻運(yùn)行、諧波分量和 VFD 載波頻率。
系統(tǒng)電容
所有電氣系統(tǒng)都具有對地電容。雖然實(shí)際上電容是系統(tǒng)上分布的，但它通常被建模為“集總”值，如圖 2 所示。在接地系統(tǒng)上，如果所有三相電容相等，則在一起的磁勢平衡 CT 讀數(shù)將為零，但是如果電容或相對地電壓不相等，則 CT 將具有非零值的輸出。除非跳閘閾值增加，否則會(huì)導(dǎo)致故障跳閘，并降低檢測低電平接地故障的能力。這在很大程度上解釋了工業(yè)系統(tǒng)中不可能實(shí)現(xiàn)人員保護(hù)電平的原因。
“圖 2：如果所有三相的分布電容相等，則三相在一起的磁勢平衡 CT 讀數(shù)為零，但如果電容或相對地電壓不相等，則 CT 將具有非零的輸出值。
充電電流
當(dāng)未接地系統(tǒng)的那相短路接地時(shí)，電流將會(huì)流經(jīng)電容至其他兩相接地，如圖 3 所示。注意，“1”點(diǎn)上磁勢平衡 CT 將測量充電電流，而“2”點(diǎn)上的磁勢平衡 CT 測得值為零。該充電電流可能足夠大到使接地故障繼電器在未故障饋線上作用。為避免這種所謂的交感跳閘，對這些饋線的保護(hù)必須設(shè)定在高于充電電流的電平之上；如果交感運(yùn)行是可以接受的，保護(hù)等級(jí)可以設(shè)定得較低。
電壓不平衡
如果三相的線間電壓是不等的，則通過相電容的電流亦將不等，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)零序電流。這種電壓不平衡可能是不平衡單相效用負(fù)載的結(jié)果。其影響通常較小，但可能會(huì)影響低電平接地故障電流的檢測。值得注意的是，在沒有電流泄漏至接地的情況下，不平衡負(fù)載電流將不會(huì)導(dǎo)致接地故障跳閘，因?yàn)樵诖艅萜胶?CT 中的相電流將增加到零。
電流互感限制
電流互感器對于低電流和高電流都有其自身的限制。在低電流端，有一個(gè) 小的初級(jí)電流將產(chǎn)生一個(gè)輸出，而且在某些條件下，這使得有必要使用專門的 ZSCT。在高電流端，可能存在磁芯飽和的問題，輸出不再與初級(jí)電流成比例。即使初級(jí)電流沒有過量，如果主導(dǎo)體放置不良或者存在大浪涌電流，變壓器磁芯部分可能會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài)，從而防止平衡電流正確相加，并且在沒有零序電流時(shí)產(chǎn)生輸出。降低這種影響的方法之一是使用通量調(diào)節(jié)器，這是一種適合 CT 窗口的導(dǎo)磁套筒，可減少局部飽和。將相導(dǎo)體居中放置在 CT 窗口中，并將它們以 ABC、ABC等（而不是 AA、BB、CC等）綁在一起也是有幫助的。
“圖 3：當(dāng)未接地系統(tǒng)的一相短路接地時(shí)，電流將會(huì)流經(jīng)電容至其他兩相的接地。該充電電流可能足夠大到導(dǎo)致未故障饋線上互感跳閘。
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