电流继电保护current relay protection

由电流继电器及辅助继电器构成的保护。当被保护线路（设备）发生短路故障或出现异常状态，使电路电流增长达到规定值时，保护动作瞬时或延时发出跳闸指令，控制断路器跳闸，断开故障或异常设备。该保护分为：电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护和反时限过电流保护，前三种亦称为过电流三段保护。
电流速断保护 被保护线路发生短路时，瞬时动作的电流继电保护，亦称电流Ⅰ段保护(图1)。图中LJ为电流继电器，信号继电器XJ及中间继电器ZJ为辅助继电器。

图1 电流速断保护原理接线

当线路于不同点发生短路时，通过保护安装处的短路电流如图2。曲线1为最大短路电流变化曲线，曲线2为最小短路电流变化曲线，分别对应于电力系统的最大、最小运行方式。

图2 电流速断保护动作特性

为保证电流速断保护的选择性，其动作电流按躲开下段线路出口或本线路末端(D₁点和D_H点)发生短路时通过保护安装处的最大短路电流整定，即：

I′_dz＝K′_K·I_dl·Max

式中 K′_K为可靠系数，取为1.2～1.3; I_dl·Max为本线路末端发生短路时，通过保护的最大短路电流。
有选择性的电流速断保护不能保护线路的全长。系统于最小运行方式下，出现两相短路时，电流速断保护的保护范围最小。该种保护的最小保护范围与被保护线路全长的比值应不大于15%，即：I_b%=[(U_e/2I′_dz)-X_xt·Max]/X₁·L×100%≯15%式中 U_e为额定电压；I_dz为电流速断一次动作电流； X_xt·Max为系统电源的最大电抗；X₁为每公里被保护线路的正序电抗； L为被保护线路全长。
限时电流速断保护 被保护线路（设备）发生短路时，经较小时限（时间）而动作的电流继电保护，用来切除被保护线路上速断范围以外的故障，保护线路的全长。作为速断保护的后备(图3)亦称电流Ⅱ段保护，比电流速断保护增加了时限元件。该保护的动作电流按躲过下段线路速断保护的动作电流来整定，即：

I″_dz＝K″_K·I′_dz·xd

式中 K″_K为可靠系数，取1.1～1.2;I″_dz·xd为下段线路电流速断保护动作电流，其保护范围一般不超过下段线路电流速断的保护范围(图4)。图 中GQ段为两个保护范围的重合区。为保证保护的选择性，电流Ⅱ段保护比Ⅰ段的时限长一个时间阶段△t，一般为0.5秒。线路上装设了电流Ⅰ段及Ⅱ段保护以后，可保证全线路范围内的故障能在0.5秒以内予以切除，具有这种作用的保护称为该线路的“主保护”。

图3 限时电流速断保护原理接线图

图4 电流Ⅱ段与电流Ⅰ段保护的配合

为了保护本线路全长，在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，电流Ⅱ段保护应具有足够的反应能力，其灵敏系数应满足：

K_lm＝(I_dl·min/I″_dz)>1.25

式中 I_dl·min为被保护线路末端短路，通过保护安装处的最小两相短路电流。
定时限过电流保护 指其动作电流按躲开最大负荷电流整定，带有时限动作的电流继电保护，简称电流Ⅲ段保护。它不仅保护本线路全长，且保护下一段线路全长，起后备保护作用。
确定动作电流时还须考虑： ❶故障切除后，保护装置应能返回；
❷发生短路时因母线电压降低，使由其供电的电动机被制动，故障切除后电压恢复时，电动机将自动启动，继电器不应动作。因此，保护装置的动作电流整定为：

式中 K_h为电流继电器返回系数，一般取0.85;K″′_k为可靠系数，取1.15～1.25;K_zq为自启动系数，取1～3;I_h为继电器返回电流；I_fh·Max为最大负荷电流。
过电流保护的动作时限须按选择性要求整定，即本段线路保护的动作时间应比下一段线路的保护长一个时限△t。

t″′=t″′_xd+△t

式中 t″′_xd为下一段线路过电流保护的动作时间；△t为动作时限阶段，电磁型继电器取0.5秒。
当过电流保护作为本线路的主保护时，在最小运行方式下，本线路末端发生两相短路，要求灵敏系数K_lm>1.3～1.5；当作为下一段线路的后备保护时，在最小运行方式下，下段线路末端发生两相短路，要求灵敏系数K_lm>1.2。
由电流三段保护的保护特性及时限特性(图5)可见，电流Ⅰ、Ⅱ段的动作延时较短，Ⅲ段较长，越靠近电源的Ⅲ段保护延时越长，这是它的缺欠。

图5 过电流三段保护特性及时限特性

反时限过电流保护 由反时限电流继电器构成的电流继电保护。其延时与通过继电器的电流平方成反比t∞(1/I²),GL-10系列感应电流继电器的其他时限可在其最大及最小时限之间调节(图6)，调节时限特性可实现时限配合，满足保护选择性的要求(图7)。

图6 GL-10系列感应电流继电器时限特性

感应型继电器还具有电磁式速断装置，可实现速断与过流保护，广泛用于10千伏配电线路及大型电动机保护，它具有动作时限性能好，接线简单的优点。

图7 反时限过电流保护的时限配合

电流继电保护有三相星形和两相星形两种接线方式。前者动作灵敏性高、可靠，广泛用于发电机、变压器等大型电气设备的保护和中性点直接接地的电网相间短路及单相接地短路的保护；后者简单、经济，广泛用作相间短路的保护。在中性点非直接接地的电网中，当不在同一条线路上的两点发生接地短路时，有2/3的机会保证只切除一条线路。