接地故障中和器或彼得森線圈是一種高阻抗鐵芯電抗器，用于三相網絡以減少單線對地故障電流、減少斷路器操作次數并提高服務連續(xù)性。
　　在電力系統(tǒng)中，電容性故障電流通過故障返回系統(tǒng)。同樣，來自系統(tǒng)和地面之間其他導納的任何故障電流的附加分量都將通過故障返回。最終的故障電流將是各種分量的疊加。如果兩個大小相等、符號相反的故障電流在故障處合并，它們會相互抵消。
　　彼得森發(fā)明的一個重要特點是它增加了適當大小的感應電流來中和電容故障電流。
　　中和電流可以來自任何來源，只要正確的量流過故障即可。第一種方法可能是將三相電抗器與每個導體的接地電容并聯(lián)（圖 1）。
　　　　圖 1.三相接地故障中和器
　　當某一相發(fā)生接地故障時，在無故障相與地之間流動的額定頻率電容電流（充電電流）將與接地電抗器中流動的額定頻率電流大致相等。這些分量在故障位置的相位差為 180°，中和效應很明顯。
　　中性線電壓升高到故障導線的相間電壓和線間電壓，并出現(xiàn)在整個系統(tǒng)內，即地面和兩條無故障線路之間（增加 73%）。
　　流過電容的電流為：
　　Ic = VphωC
　　通過反應堆的電流為：
　　Ir = Vph/ω L
　　在哪里：
　　Vph = 均方根相量電壓
　　ω = 弧度頻率
　　C = 電容
　　L = 電感
　　通過滿足條件 ω ? L = 1/ω ? C，我們可以確認通過電容和電抗器的電流相互中和。
　　三相法在理論上是正確的，但在經濟上并不合理。與故障相連接的電抗器不工作，并將工作容量降低到總裝機容量的三分之二（或更少）。通過兩個運行電抗器的電流相位差 60°，產生的電流是通過單個電抗器電流 (I0L) 的 1.73 倍。　　圖 1 所示的布置并不是一個實用的方案，但將這種基本形式的相接地與連接到中性點的電抗器的相同原理的優(yōu)越應用進行比較是有益的，如圖 2 所示。彼得森在他最初的德國專利中給出了這兩種解決方案。

　　圖 2.電容電流和電感電流
　　電抗器與發(fā)電機、配電變壓器或之字形接地變壓器的中性線相連。
　　系統(tǒng)導體與地面之間的相互作用等效地由轉移到電源中性點的三個對地電容表示。直接或通過接地變壓器連接到中性點的接地電感電抗將與轉移電容并聯(lián)出現(xiàn)。
　　在這種情況下，對地的總容抗為：
　　1/ΣωCn
　　其中，對于三相系統(tǒng)，n = 1、2 和 3。
　　滿足條件的電感電抗
　　ω  L = 1/ Σ ω ? Cn
　　就會抵消這種容抗，這個表達式就是彼得森用系統(tǒng)電容調諧接地電抗器的規(guī)則，與電路進入諧振的條件相一致。
　　系統(tǒng)可以 100% 調諧或失調。失調時，可能會補償不足或過度，具體取決于電容和電感之間的平衡。
　　圖 2 顯示了單線接地故障期間流過的電容電流和電感電流的大小。顯示的數字以單位 (pu) 為單位，故障前通過自然電容接地的電流為 1 pu。根據基爾霍夫電流定律，中性點處的 Ib + Ic + 3I0L = 0。
　　圖 3 顯示了得到的相量圖。
　　圖3.  a相單線接地故障時的電壓和電流
　　用對稱分量法研究系統(tǒng)行為
　　讓我們分析一下位于中性線且采用對稱元件的接地故障中和器的效果。
　　圖4示出了a相單相接地故障時正序、負序、零序網絡的串聯(lián)情況。
　　　　圖 4.相 a 單線接地故障序網絡連接
　　X1c、X2c 和 Xc 的值（即分布電容電抗）與 Z1s、Z2s、ZTx、Z1line、Z2line 和 Z?line 的串聯(lián)阻抗值相比相當大。然后，Z1s 和 ZTx 在正序網絡中使 X1c 短路，Z2s 和 ZTx 在負序網絡中使 X2c 短路。此外，與 Xc 和 3X 的并聯(lián)相比，電源、變壓器和線路串聯(lián)阻抗之和接近于零。
　　要計算故障電流，在a相中，零序網絡就可以了。
　　圖 5 以略有不同的方式顯示了序列網絡的連接，突出顯示了電抗器、變壓器和電容中的電流分布。該分析忽略了變壓器阻抗的電阻。
　　　圖 5.零序網絡中的電流分布
　　觀察圖 5 中通過電抗器的電流僅為零序網絡電感分量的一倍，而圖 2 中則是三倍。這種情況不應引起混淆，因為它只是一種代數技巧，其中數字三從電流變?yōu)殡姼校鼈兊某朔e電壓保持不變。要記住的關鍵概念是中性線電抗的實際值是其實際值的三倍。
　　為了計算所需中性電抗的近似實際值（在系統(tǒng)的健康狀態(tài)下），我們使用以下公式：
　　Xt + 3X = Xc
　　并得到：
　　X = 1/3(Xc – Xt)
　　從圖 5 中我們可以看出：
　　Z= j(Xt + 3X) (-j Xc) / (j Xt + 3jX- j Xc)但在共振時：
　　Xt + 3X = Xc
　　然后：
　　Z? = j(Xt + 3X)  (-j Xc) / 0 = 其作用類似于開路。
　　當 a 相發(fā)生單相接地故障，且 Z = 時，故障處的零序電壓將為 a 相故障前的線對中性點電壓。此電壓將允許電容電流和電感電流在零序回路中流動，盡管正序和負序網絡中不會有電流流動。
　　由于功率損耗分量（包括絕緣子漏電流損耗和電暈損耗）、諧波和不完善的調諧，通過故障的返回路徑僅攜帶少量殘余電流。功率損耗分量將與電壓同相；電壓和電流將同時通過零點，并將電弧熄滅到地面而不會重新觸發(fā)。
　　剩余電流的一個有用方面是它有助于定位永久性故障。
　　此外，在熄滅電弧后，諧振條件將使跨越其的電壓幅度非常接近零序電壓。這種低電壓條件將補充小的剩余電流，以熄滅電弧并防止重擊。在補償系統(tǒng)中，電壓恢復時間比非接地網絡要慢得多。
　　接地故障電流可能約為不接地系統(tǒng)的 3-10%。相比之下，由電抗器和自然接地電容形成的回路中的循環(huán)電流幅度可能很大。
　　通常，非換位線路或具有許多單相抽頭的線路中的自然對地電容并不均衡（非對稱配置）。這兩種情況在配電系統(tǒng)中很常見。在這些情況下，負載電流可能會產生較小的零序電壓。零序電壓可能充當中性線和地之間的源，并與 X和 Xc 形成串聯(lián)諧振電路。
　　在諧振時，電容和接地電抗器兩端的電壓大小相等，但相位相反。如果電路電阻較低，這些電壓可能會變得非常大，甚至比施加的零序電壓還要大。因此，所有網絡都需要線間絕緣。
　　以前的裝置使用固定值電抗器，調節(jié)條件根據系統(tǒng)布置而變化。安裝在新型電抗器上的抽頭允許手動或自動調節(jié)。其他設備（如帶有控制系統(tǒng)的柱塞）為調節(jié)系統(tǒng)提供了安全的方法。
　　一個例子
　　13.8kV 配電網對地總充電電容（用表格計算）為 0.658 微法拉/相。額定頻率為 60Hz，忽略變壓器阻抗，計算：
　　每相零序容抗（X0c）
　　每相電容充電電流（I0c）
　　連接至中性線的電抗的實際值 (XL)
　　單線接地故障時，流過零序網絡電感分量的電流 (I0L)額定頻率故障電流（If）
　　流過實際電抗器的電流（3I0L）
　　回答：
　　-jX0c = -j/120πC = -j10/12π0.658 = -j4 031.40 Ω/相jI0c = jVLL/√3X0c = j13 800/√34 031.40 = j1.976 A/相jX= 1/3(Xc – Xt) = j Xc/3 = j4 031.40/3 = j1 343.80 Ω-jI0L = -jVLL/3√3XL = -j13 800/3√31 343.8 = -j1.976 A/相如果 = jI0c + (-jI0L) = j(I0c-I0L) = j(1.976 – 1.976) = 0 A3I0L = 31.976 = 5.928 ~ 6 A或VLL/√3XL = 13 800/√3?1 343.80 = 5.928 ~ 6 A優(yōu)點和缺點
　　接地故障中和器在空中頻繁發(fā)生單線接地故障的系統(tǒng)中非常有用，例如架空輸電線。大多數此類故障都是瞬態(tài)的。使用這種方法的用戶聲稱停電率很低，從而提高了電網質量。中和器將電弧電流保持在自熄水平以下，清除瞬態(tài)故障并使電弧路徑消電離，而無需斷開故障線路。
　　然而，故障中的剩余電流仍然對人員和設備構成危險，包括引發(fā)火災。一些國家在中壓網絡中使用絕緣電纜。因此，未補償的剩余電流會大幅增加，從而增加風險。
　　對于持續(xù)故障，公用事業(yè)公司使用接地故障中和器和跳閘方案。典型的保護系統(tǒng)包括一個單極旁路斷路器，如果故障未消除，它會在設定的時間后使電抗器短路。旁路斷路器的閉合將使中性線可靠接地，從而使標準接地繼電器能夠拾取并有選擇地清除故障。延遲時間設定了電抗器的熱額定值。
　　另一種方法是將電阻器和單相電源斷路器與電抗器或輔助繞組并聯(lián)。電抗器將在故障發(fā)生時將故障電流和瞬時過電壓限制在安全值。對于永久性故障，電源斷路器將在預設時間后關閉，電阻將允許足夠的接地故障電流，使繼電器拾取并發(fā)出警報或跳閘故障饋線的斷路器。
　　許多國家都有規(guī)定設定允許的最長預設時間，以保護人身和財產安全。
　　傳統(tǒng)接地故障中和器的一個顯著缺點是它無法消除固體絕緣（如紙、涂漆的細麻布和橡膠）中的故障。使用接地故障中和器，電纜故障可能會再次發(fā)生并產生短路，故障電流足以使故障饋線的斷路器跳閘。
　　接地故障中和器的其他缺點包括：
　　所有系統(tǒng)必須具有線間電壓絕緣。
　　需要對反應堆進行重新調整，以適應系統(tǒng)配置的變化。
　　接地故障中和器的應用領域
　　接地故障中和器已在歐洲大部分地區(qū)用于架空輸電、二次輸電和配電線路多年，這些線路中的大多數故障都是瞬態(tài)單相接地。中國、以色列、巴西和世界其他地區(qū)也使用這種接地方法。
　　在美國，接地故障中和器并不流行，因此使用不多。然而，接地發(fā)電機是其中一種應用。在這種情況下，由于發(fā)電機與變壓器之間的距離較短，系統(tǒng)電容較小且固定，從而減少了重新調整的需要。如果發(fā)生接地故障，發(fā)電機可能會繼續(xù)工作，直到適當停機。然而，發(fā)電機最常見的方法是高電阻接地。
　　由于接地故障中和器缺乏換位和頻繁單相抽頭，因此其特性不對稱，因此在配電系統(tǒng)中應謹慎使用接地故障中和器。此外，配電系統(tǒng)中的重復開關操作需要不斷重新調整電抗器。在工業(yè)中，僅建議在關鍵工藝中使用接地故障中和器。