塑壳断路器能否实现电动机回路单相接地保护？

我给题主说说吧。

1.首先要弄懂单相接地故障保护的原理

所谓单相接地故障，其实就是发生在用电设备内部的漏电。如果用电设备内部的相线直接与外壳相接，我们把它叫做用电设备内部发生的碰壳事故，因为经过地线PE返回的漏电电流近似等于相线对中性线的短路电流，则线路中的断路器会执行线路保护跳闸；如果用电设备内部的绝缘材料性能尚可，漏电电流远小于断路器的动作电流，断路器当然不会跳闸。

在第二种情况下，发生漏电时用电设备的外壳会带电。若用电设备金属外壳所带的电压超过人体电击电压限制值（是50V，不是36V！！！），这将给人体带来电击危害，给系统带来电气火灾危险，此时断路器就应当跳闸。我们就要利用漏电保护装置来侦测漏电电流，如果漏电电流超过动作门限值，则漏电保护装置会动作，并驱动其前接断路器执行跳闸保护。

我们看下图：

图1的左图里我们看到三条相线L1/L2/L3和中性线N均穿过漏电保护器RCD的零序电流互感器铁芯。因为三条相线L1/L2/L3产生的三相不平衡电流Ip与中性线电流In大小相等方向相反，即：

，式1

由式1可知，零序电流互感器铁芯中不会出现工作磁通，漏电保护器RCD当然不会动作。

图1的中图里我们看到用电负荷内部A相发生了碰壳事故或者漏电事故，故障电流经过地线PE返回电源，其电流关系为：

，式2

如果式2中的漏电电流Ig大于漏电保护器RCD的动作门限电流，则漏电保护器RCD就会动作，并使得其前接断路器QF保护跳闸。

注意1：式2中的漏电电流Ig其实就是三相不平衡电流Ip与中性线电流In产生的剩余电流，故又把漏电保护器叫做剩余电流保护器。

我们再看图1的右图，图中导线绝缘破坏发生对地漏电，漏电电流经过大地和地下钢筋网来到地线重复接地处并返回电源，只要漏电电流大于漏电保护器的动作门限电流，则漏电保护器就会动作执行漏电保护。

明白漏电保护器的工作原理后，我们再看下图：

图2中的TN-S摘自GB/T 16895.1-2008《低压电气装置 第1部分：范围、目的和基本原则》，是我国有关低压配电网接地系统的国家标准。

图2的用电负荷1，接入了三条相线L1/L2/L3和中性线N，其金属外壳接地线PE。当用电负荷1发生碰壳事故或者漏电时，其动作原理就是图1的中图，这里不再重复解析。

图2的用电负荷2，接入了三条相线L1/L2/L3，但未接入中性线N，其外壳接地线PE，故知用电负荷2就是电动机负载。由于这里没有中性线电流In对三相不平衡电流Ip产生抵消作用，如果我们采用普通的漏电保护器RCD，只要三相不平衡电流超过其动作门限电流，则漏电保护器RCD就会误动。

注意2：用于电动机漏电保护的装置必须能鉴别三相不平衡电流Ip是否越限，鉴别三相不平衡电流中是否存在漏电电流Ig等功能，并根据鉴别结果实施线路保护。

我们看下图，此图是用ABB的电动机漏电保护器构建的电动机直接起动电气原理图：

图3的左侧是一次回路，从上到下分别是单磁断路器QF、交流接触器KM、热继电器KH、B相电流互感器TAb，还有用于执行单相接地故障信号采集的零序电流互感器EL0。

图中的EL0采集三相不平衡电流，再送到电动机漏电保护器ELR中做三相不平衡电流Ip的分析和判断。如果发现存在漏电现象，则ELR的外控常闭触点（在右侧控制原理图的103和105线之间）会开断，接触器线圈失电其主触头返回开断，实现电动机的漏电保护。

2.题主问题解析

以下我们逐条来回答题主的问题。

问题1.火规里规定55KW以上的电机在考虑相间保护失灵的时候需要配接地保护，看到很多前辈的图中通过一个电流互感器套过3相线，互感器测零序电流进专门的接地保护装置，看了施耐德的低压框架和塑壳断路器，有带接地保护的，不过接线方式都是通过外置的电流互感器测N线电流，对于电动机回路没有N线，该怎么办？

问题1的回答：

题主参阅的低压框架断路器和塑壳断路器均为配电型断路器，它们侦测单相接地电流和漏电电流必须依赖零序电流互感器。由于零序电流互感器的副边绕组电流就是剩余电流或者漏电电流，若此故障电流越限，则断路器就执行开断操作，继而保护线路和用电设备。

对于电动机类负载，中性线无需引入电动机接线端子，用普通的漏电保护方式无法执行有效防护。此时必须使用电动机型断路器。

注意3：配电型断路器的过载保护适用于电缆和母线保护，不适用于电动机保护。

我们看ABB的配电型型塑壳断路器脱扣器技术说明，如下：

这里的G保护就是单相接地故障保护，它需要外配零序电流互感器。

下图是配电型塑壳断路器的脱扣器曲线：

我们再看电动机型塑壳断路器的保护：

注意图6中的过载保护，我用蓝色线做了标记，其过载保护脱扣特性与热继电器一致，见GB/T 14048.4-2012《低压开关电器和控制电器 第4-1部分：接触器和电动机起动器 机电式接触器和电动机起动器（含电动机保护器）》：

我们看到图6的过载保护类型与图7的要求是一致的。

我们再看样本中提供的接线图：

我们从图8中看到，这里没有零序电流互感器，故知其漏电保护（单相接地故障保护）测量的就是三相不平衡电流，并从中推测出剩余电流大小。当剩余电流值越限后，即执行开断线路的操作。

问题2.电动机产生单相接地，上端的断路器三相不平衡保护会动作吗？

问题2回答

见问题1的回答。

问题3.带接地保护的断路器的接地故障整定值样本上是额定电流的0.3~1倍，实际上电动机发生单相接地，接地故障电流到底应该是多大？需要哪些参数计算得出来？假设电机90KW,上级变压器350KWA.

问题3的回答

单相接地故障电流的分类为：10到50mA用于人体电击防护，50到100mA兼容人体电击防护和电气火灾防护，大于100mA用于电气火灾防护。

可见，具体要由设计方案确定，与电机功率无关。

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从题主的描述看，电机似乎配套了隔离变压器。请注意此隔离变压器首次送电时会产生励磁涌流冲击，故隔离变压器配套的断路器其短路瞬时保护I参数动作门限值要大于励磁涌流电流，且断路器的短路短延时S参数之动作时间要满足涌流冲击时间要求。

以下链接供参考：

3.建议

建议题主采用图3所示选配方法。塑壳断路器采用只有短路保护的单磁断路器，单相接地故障（漏电保护）外配专门用于电动机回路的漏电保护器ELR。这样选配后，系统的控制更加严密和完整。

就写到这里。