接地故障知识中心

什么是接地故障？

接地故障是指带电导体与大地或接地设备框架之间的意外接触。故障电流通过的回路是接地系统以及任何因该故障而变为系统组成部分的个人或设备。接地故障一般为绝缘击穿的结果。设计和维护潮湿、多尘环境下的电气系统时，接地故障需要更加留意。因为水为导体，所以会降低绝缘效果，增加发生危险的可能。

接地的目的是什么？

几乎所有的电气外壳都采用粘接或接地，以消除设备上相对于有人可能站立的地面或地板可能存在的危险电势。换言之，它降低了电击危险。在查看接地电源系统时，我们希望确保从接地设备到电源有一条低电阻接地路径。这可确保在通电导体到设备框架之间发生接地故障时，该故障电流可通过低阻路径回流到源。如果路径变为高电阻，则设备框架上可能会有高电压。

电气故障可分为两类：两相故障和接地故障。研究表明，98%的电气故障属于接地故障（来源：Woodham，Jack，P.E.《接地系统基础》2003年5月1日）。在保险丝可以防止两相故障的场合，通常需要保护继电器等附加保护，以防止接地故障。

例如，在下面的烤面包机电路中，黑色或热导线与烤面包机的金属外壳短路。电路闭合后，所有或部分电流先是通过多士炉外壳，然后流过绿色地线。当电流足够大时（一般为 6 x 15 A = 90 A），电路断路器将断开。安装保护继电器后可以检测到低至5 mA的微弱电流，从而可以使电路保护器在非常低的电流下断开，它比传统电路断路器反应更迅速。

上例讨论的是直接接地单相电路，但后文讨论的三相电路的原理与其一致。继电器和监控器是专门设计用来监测电流、电压、电阻或温度等的微弱变化，以发现表1中所示的主要隐患。

哪些问题会造成接地故障继电器意外跳闸？

谐波和高频噪声，尤其是三次谐波，可能以故障电流的形式存在。电噪声是一个日益严重的问题，因为使用变频设备、逆变器、蓄电池组/UPS以及LED照明的用户越来越多。为避免误脱扣现象发生，请选择可从测量值中清除谐波频率与其他噪声的优质接地故障继电器。

相比不接地系统，使用接地系统有何优势？

不接地系统的一个主要问题是瞬态过电压的风险。间歇或电弧接地故障会造成系统中的电压积压，造成应力增加，绝缘劣化，导致电压比标称系统电压要高出6倍。接地系统的另一个优势是易于找到接地故障。未接地系统无法为接地故障电流提供流经第一个故障的路径，因此不使用基于电流的解决方案来检测故障。取而代之的是，使用基于电压的解决方案或绝缘监控器来检测是否存在故障。

但是，由于整个系统故障相位上的电压会降低，因此定位故障可能非常困难。接地系统可利用基于电流的接地故障继电器找到确切的故障点。

故障分为多少种？

故障分为3种：相间故障、三相故障和接地故障。相间故障，即短路，是指过载电流流经电线并将其烧毁。根据Dunki-Jacobs的教科书统计，95%为接地故障，4%为相间故障，1%为三相故障。

接地故障继电器有何作用？

在电路中，电流会回到其源头。基于电流的接地故障继电器可通过以下两种方式之一查找接地故障电流：1.） 零序。在这种方法中，继电器通过监测相导体，确保来自源的所有电流均返回到同一导体。如果部分电流通过不同的路径（通常为地面）返回源，接地故障继电器将探测到这一偏差，如果其超出预定电量达到预定时长，接地故障继电器将会工作。2.) 直接测量。接地故障继电器还可读取变压器中性点和地之间连接中的电流（即使采用中性点接地电阻器）。系统中任何区域的接地故障都会通过此路径返回电流。