直流系统接地故障保护
直流（DC）系统有正负母线。如果其中任何一条母线被有意接地，则称为接地系统。如果两条母线均未接地，则称为未接地直流系统。直流系统接地故障可能导致电源和现场损坏。如果系统未接地，则可以通过在两条母线之间安装接地参考模块来建立中性点，从而使用接地故障继电器（见图1）。接地故障继电器利用该参考模块为故障电流创建一条路径，然后对其进行测量。选择接地参考模块是为了将故障电流限制在非常低的范围内。
图1.
交流系统接地故障保护
如图2所示，未接地交流系统用于电源持续性非常重要的场合。如化工厂或炼油厂等可能安有未接地系统，因为加工环节中一旦断电，将导致重大经济损失和产品损失。但经验表明，这类系统问题有潜在问题，正逐渐为电阻接地系统所取代。未接地系统的两大问题：瞬态过压问题和接地故障难以定位。
图2.
未接地系统是指系统中没有非载流金属零件有意接地的点。只有系统电容导至地面时才出现接地效果（如图2所示）。由于系统可以在一相接地故障的情况下运行，因此会连续运行。间歇性故障或电弧故障会造成瞬态过压，对地放电。这些电压会施加在整个系统的相导体上，直到最弱的绝缘层被击穿。这种击穿可能出现在电气系统的任意点，引起两相接地（相-地-相）故障。尽管可以在系统上检测到接地故障或报警，但很难确定故障的位置。
有两种方法可以检测未接地系统的接地故障。一种是监控相-地电压。因为出现接地故障时，故障相电势将骤降至地电势，指示灯变暗。无故障相的指示灯变亮。检测接地故障的第二种方法是测量绝缘电阻。当绝缘性下降时，持续监控绝缘电阻的继电器会发出分级警报，提供预测性维修提示。还可以使用视觉指示器或仪表。
直接接地系统
由于非接地系统自身存在问题，故人们的观年产生了变化，大多设计都从非接地系统逐渐向接地转移。多数情况下，接地系统类型为直接接地。直接接地系统由一套导体组成，系统中至少一个导体或中性点被有意识地接地（通常为变压器或发电机绕组的中性点）。直接连接的问题在于接地故障电流可能过大，造成电弧闪光危害、严重损坏设备，还可能造成人身伤害。如果发生接地故障，直接接地系统无法继续运行。
图3.
在直接接地系统中，电源星形点（或中性点）被直接连至地面，确保系统和相-地电压的稳定。
通过保险丝、断路器或保护继电器或其组合，可以很容易地检测到较高接地故障电流，从而允许选择性跳闸（使有故障馈线跳闸，而不是主馈线跳闸）。出现接地故障时，故障点损坏可能比较严重，因为系统阻抗（通常情况下很低）是接地故障中限制电能的唯一途径。鉴于接地故障电流过大和弧闪危害，应将存在故障的馈线移除。在接地故障期间，持续运行中不得这样操作。
图4.
图4展示了与直接接地系统相关的危险示例。在本例中，发生接地故障，过流保护设置为600A。
假使该接地故障不是断路故障，而是因绝缘击穿或线路与地面部分间隙缩小而导致的弧闪故障。
由于弧闪电阻的原因，故障电流可能低至螺栓故障水平的38%。这可能在正常负载或轻微过载范围内。故障电流可能低至过流器件（600A断路器）无法检测到故障，也可能测出故障，但长时间不跳闸。电源供能集中在弧闪处，会很快造成严重的设备损坏。
能量释放还会导致火灾，损坏厂房设施，甚至对人身造成极度危害。除将直接接地改造为电阻接地外， 预防损害的最好办法就是在接地故障即将来临前对微弱的漏地电流进行探测。为达到这样的目的，保护继电器必须能感知微弱的漏地电流，并且不会跳闸。
在现代设施中，设备经常会产生噪音和谐波，从而干扰保护继电器的正常工作。例如，噪音和谐频干扰可能高于接地保护继电器的预设值，可能造成继电器运行出错，即使没有系统故障也可能出现误报。保护继电器必须能滤掉噪音或谐频，从而可以提供可靠保护。
电阻接地系统
电阻接地可同时解决未接地系统和直接接地系统中常见的问题。接地时需要在系统中性点和地之间插入电阻器，因此得名（如图5所示）。电阻规格由用户自行确定，以达到理想的接地故障电流，该电流必须大于系统电容充电电流（本节稍后将给出解释）。
图5.
可通过选择合适的中性点接地电阻（NGR）为系统电容提供适当的放电路径，消除瞬态过压。当接地故障电流为<- 10A时，通常允许在出现一个接地故障的情况下连续运行。NGR限制了接地故障电流。这杜绝或最小化了故障点损坏（弧闪危害）并控制了接地故障电压。当接地故障电流为<-10A时，脉冲电流可用于定位接地故障。脉冲电流是通过使用短路接触器使一半的电阻短路而产生的，从而使接地故障电流增加一倍（通常每秒一个周期）。借助手持式零序电流仪探测波动接地故障电流，从而定位接地故障点。
电阻接地方式唯一缺点：电阻一旦出现故障，系统接地将失效。建议安装电阻监控继电器对其进行保护。电阻接地系统的保护继电器用于检测接地故障并监控中性点至地的连接。它可用于发出警报，或在检测到接地故障时使馈线跳闸。
继电器中的脉冲发生电路可被用于定位接地故障。继电器还能发出警报，在中性点至接地点的路径出现故障时还会跳闸。对于电压不高于5kV的系统，可以使用高电阻接地。高电阻接地一般将电阻电流限制在10 A以内。这样操作后，接地故障依然在系统中，只要电压变化在系统额定范围内。对于5kV以上的系统，中性点接地电阻的额定电流通常为25A或更高，接地故障电流可在10s内消除
系统电容充电电流
尽管与地面无物理连接，但是电气导体和所有元件的绕组均有电容性接地。因此，每个相位上均有微弱电流流向地面。这类电流不在特定位置产生，而是分布于整个系统，正如对地电容分布于整个系统中一样。为便于分析，将分布电容视为集总电容，如图6和图7所示。
图6.
尽管分布电容不均衡，电流表示数也为零，因为流经CT窗口的全部电流还需经过CT窗口回流。当未接地系统的单相出现接地故障时，系统充电电流就成了流入接地连接的电流（见图9）。如采取适当预防措施，可以如下图一样测得该电流：
- 如果故障出现在CT供电侧，CT窗口中的总电流就不会为零。
- 电流表通常可以测出无故障相上的总电容电流。该值为CT负载端所有设备的充电电流。
图7.
馈线3上出现故障的电阻接地系统的三馈线单线图如图8所示。无故障馈线上的CT（A1 和 A2）将检测该馈线上的充电电流。故障馈线上的CT (A3)将检测无故障馈线上的总电阻电流（IR）和充电电流(I1 +I2) 。
