干货！配电网触电保护与中性点接地方式

2 配电网接地保护及其反映接地电阻的能力

2.1 小电阻接地配电网零序过电流保护

中国小电阻接地配电网一般都采用定时限零序过电流保护作为接地保护，其电流定值的整定原则为躲开本线路的对地电容电流，以防止在其他线路出现接地故障时误动。在变电站出线为电缆线路且距离比较长时，配电线路的电容电流可达数十安培，按照上述整定原则，零序电流的保护动作定值比较大，其检测高阻故障的灵敏度比较低。例如，中国南方沿海某城市10kV小电阻接地配电网零序电流保护的整定值选为60A，只能保护电阻在90Ω以下的故障。

个别线路（特别是架空线路）对地电容电流比较小，可以进一步降低电流定值，以提高零序过电流保护反映接地电阻的能力。另一方面，小电阻接地配电网接地电流动态范围比较大（可达1000A），考虑互感器与装置的测量误差以及存在电磁干扰的因素，如果电流定值过小（小于动态范围的2%），会因为电流定值接近测量死区值，难以保证保护动作的可靠性，因此，实际系统中小电阻接地配电网零序过电流保护的电流定值一般不低于20A，反应接地电阻的能力只有300Ω左右。

2.2小电流接地配电网接地保护

目前，小电流配电网接地故障选线保护主要采用无功功率方向法、有功功率方向法与暂态法。

2.2.1 无功功率方向法

零序无功功率方向法主要是用于中性点不接地配电网的接地保护，通过比较出线的零序电流与零序电压之间的相位关系检测零序无功功率的方向，如果某线路的零序电流相位滞后零序电压90°，将其选为故障线路；否则，零序电流相位超前零序电压90°，将其选为非故障线路。

高性能零序电流互感器的测量精度可以达到1A；系统正常运行时，由电压与对地电容不平衡引起的架空线路零序电流（指3I0）一般不会超过1A；因此，保护装置测量出（误差小于10%）接地故障产生的零序电流的下限应该是2A。考虑不平衡电压等因素，保护装置测量出接地故障产生的零序电压的下限为5%的额定电压，约为300V。10kV中性点不接地配电网电容电流一般在30A以下，母线零序阻抗大于570Ω，上述零序电流与零序电压的测量下限对应的接地电阻都在2.5kΩ左右，因此，理论上无功功率方向法能够反应2.5kΩ的接地电阻。由于零序电流互感器精度与装置设计等方面的原因。实际运行的采用无功功率方法的接地保护装置反应接地电阻的能力一般在1kΩ以下。对于间歇性接地故障来说，电流存在严重的畸变现象，计算出的工频零序电流可能存在较大的误差，影响保护的正确动作。

2.2.2 零序有功功率法

零序有功功率方向法主要是用于谐振接地配电网的接地保护，通过检测零序有功功率的方向实现故障选线，故障线路有功功率由线路流向母线，而非故障线路的有功功率由母线流向线路。实际谐振接地配电网中，接地电流中的有功分量很小，考虑到实际存在的测量误差，难以可靠地测量有功功率方向，通常是在消弧线圈上固定并联一个150Ω左右的电阻，产生约30A左右的有功电流（金属性接地时）。

消弧线圈并联电阻150Ω，考虑分布式电容的影响后，母线零序阻抗不大于400Ω左右，保护装置测量零序电流与零序电压的下限仍然分别为2A与300V，对应的反应接地电阻的能力分别2.5kΩ与2kΩ左右，因此，消弧线圈并联电阻时，理论上有功功率方向法能够反应2kΩ的接地电阻。实际运行的采用有功功率方法的选线保护装置反应接地电阻的能力一般在1kΩ以下。同无功功率方向法一样，有功功率方向法也是难以保证在出现间歇性接地故障时可靠动作。

2.2.3 暂态零序电流群体比较法

暂态零序电流群体比较法通过比较各出线暂态零序电流的幅值和极性选择故障线路，故障线路暂态零序电流幅值大于所有非故障线路，而且极性相反。图4给出了一谐振接地配电网中三条线路的实际接地故障的暂态零序电流录波图，可见故障线路零序电流的幅值远大于另外2条非故障线路，而且极性相反。

图4 谐振接地配电网实际接地故障的暂态零序电流录波图

暂态零序电流不受消弧线圈的影响，因此无需在消弧线圈上并联电阻。暂态保护装置测量零序电流的下限也在2A左右，其反应接地电阻的能力在2.5kΩ左右，实际运行的暂态电流群体比较的选线装置反应接地电阻的能力一般也是在1.5kΩ以下。为进一步提高保护动作的可靠性，可以通过检测零序电压来确认故障。

3 人体触电的检测与保护

人体触电有人体接近与接触配电网带电导体或坠地导线两种情况。由于电压比较高，实际触电事故往往属于“电弧放电”。当人体向带电体移动时，尚未触及带电体之前，达到一定的空间间隙时，导体就开始对人体进行空间放电，形成电弧烧伤人体。在此种情况下，触电者有可能自然摆脱电源，从而避免死亡。

研究结果表明，正常人体电阻在1000Ω以上，皮肤烧伤后可降至500Ω。根据上面的分析，人体接近或接触10kV小电阻接地配电网时，接地初始零序电流一般不会超过5A，如果触电者不能及时脱离，这时皮肤已经烧伤，接地零序电流会增至10A，而目前零序过电流保护的电流定值一般不低于20A，因此，保护不会动作。

对于10kV中性点不接地或谐振接地配电网，在人体电阻小于1.5kΩ时，现有的接地保护技术是有可能动作的。在中国，实际系统中的小电流接地保护装置在人体触电时动作的报道比较少，出现这种情况有两方面的原因：一是由于触电者的衣服、鞋子的电阻及其与地面接触电阻的影响，实际接地电阻比较大（大于1.5kΩ）；二是装置设计不合理，电流互感器选型不适当，没有充分发挥出装置反映接地电阻的能力。

需要指出，即使小电流接地保护装置能够在人体触电时动作，这时流过人体的电流一般会超过2A，往往已经造成触电者死亡或者带来严重的伤害，难以达到低压配电网漏电保护器的保护效果。尽管这样，在人体触电时能够及时切除肇事线路，对减轻触电损害、避免引起新的触电事故总是十分有利的。

4 导线坠地的检测与保护

导线因线杆倾倒以及外力破坏或雷击断线坠落在地面上，会给走近它的行人带来严重危害。2016年4月，我国南方某省就发生了一起村民骑行摩托车触碰坠地导线造成3人死亡的事故，该事件经省领导批示后，引起了供电公司的高度重视。

导线坠地产生接地电流与其接触方式和所在地面的状况有关，但接地电阻都比较高，产生的接地电流也比较小。美国德克萨斯农机大学对12kV直接接地配电网导线坠落到各种类型的地面（沙土地、草皮等）的接地电流测试结果如表1所示，可见大部分情况下，接地电流小于50A。13kV配电网导线坠地电流数据美国一供电企业收集的13kV配电网导线坠地故障的数据，绝大部分情况下，接地电流在8~12A，30次故障中最大的接地电流为17A。

由于接地电阻比较大，中国10kV小电阻接地配电网导线坠地接地电流应该小于但接近上面介绍的数据。实际系统中零序电流III段保护的定值一般选为40A，因此，对于大部分导线坠地故障，保护是不会动作的。

表1 导线坠落到不同地面时的接地电流

根据表1的接地电流数据，除坠落在干燥的沥青与沙地外，大部分导线坠地故障的接地电阻应该在1kΩ以下，现有的小电流接地保护技术应该能够满足检测这类接地故障的要求。