【導讀】接地故障可能會非常危險。在直接接地系統中的短路接地會產生大電流，損壞設備并導致停止運行。接地故障還可能產生電弧閃光，可能會對附近的人員造成嚴重傷害以及設備損壞。
如何使用敏感繼電器找到在VFD電阻接地系統中難以發現的接地故障？
接地故障可能會非常危險。在直接接地系統中的短路接地會產生大電流，損壞設備并導致停止運行。接地故障還可能產生電弧閃光，可能會對附近的人員造成嚴重傷害以及設備損壞。電弧閃光的危險是電氣柜上必須貼有警告標簽以及在通電面板上作業的任何人員都必須穿戴適當的個人防護裝備（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器件快速跳閘。
減少或消除許多接地故障問題（包括大多數電弧閃光事件）的一種方法是使用高電阻接地（HRG）系統，其中變壓器的中性點（星形接線變壓器或發電機的 X0 點或者之字形變壓器的人工中性線）通過中性點接地電阻（NGR）與大地連接，如圖 1 所示。NGR 將接地故障電流限制在一個較低的值，在許多情況下，將允許系統繼續運行。通過消除相對地故障，HRG 系統消除了 95% 的電弧閃光危險。礦產業長期以來一直要求使用 HRG 系統。
“圖 1：在高電阻接地系統中，變壓器的中性點（或之字形變壓器的人工中性線）通過中性點接地電阻接地。
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使檢測低級接地故障變得困難的因素。其中一些因素會因變頻器的使用（VFD）而加劇。
本文將介紹 HRG 系統如何運作的一些方面內容，探討 HRG 系統中接地故障監測所面臨的各種挑戰，并展示如何解決這些技術挑戰的。
檢測接地故障
由于 HRG 系統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發生。在接地系統中檢測接地故障的 佳方法是使用電流感應接地故障繼電器（GFR），它使用的是磁勢平衡零序電流互感器（CT 或 ZSCT）來檢測不應該存在的電流。如此能夠進行選擇性協調，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體都通過 CT 窗口時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，電流不會增加到零，可以檢測到差值并用于發出報警信號，或將故障部分跳閘。
限制因素
許多因素可能會限制測量低電平接地故障電流的能力。這些因素包括系統電容、不平衡單相負載、電流傳感器限制、低頻運行、諧波分量和 VFD 載波頻率。
系統電容
所有電氣系統都具有對地電容。雖然實際上電容是系統上分布的，但它通常被建模為“集總”值，如圖 2 所示。在接地系統上，如果所有三相電容相等，則在一起的磁勢平衡 CT 讀數將為零，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，否則會導致故障跳閘，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系統中不可能實現人員保護電平的原因。
“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
當未接地系統的那相短路接地時，電流將會流經電容至其他兩相接地，如圖 3 所示。注意，“1”點上磁勢平衡 CT 將測量充電電流，而“2”點上的磁勢平衡 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，對這些饋線的保護必須設定在高于充電電流的電平之上；如果交感運行是可以接受的，保護等級可以設定得較低。
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，導致穩態零序電流。這種電壓不平衡可能是不平衡單相效用負載的結果。其影響通常較小，但可能會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，不平衡負載電流將不會導致接地故障跳閘，因為在磁勢平衡 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 小的初級電流將產生一個輸出，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，輸出不再與初級電流成比例。即使初級電流沒有過量，如果主導體放置不良或者存在大浪涌電流，變壓器磁芯部分可能會進入飽和狀態，從而防止平衡電流正確相加，并且在沒有零序電流時產生輸出。降低這種影響的方法之一是使用通量調節器，這是一種適合 CT 窗口的導磁套筒，可減少局部飽和。將相導體居中放置在 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：當未接地系統的一相短路接地時，電流將會流經電容至其他兩相的接地。該充電電流可能足夠大到導致未故障饋線上互感跳閘。
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