三段式零序电流保护的原理接线如下图所示，在被保护线路的三相上分别装设型号和变比完全相同的电流互感器，将它们的二次绕组互相并联，然后接至电流继电器的线圈。当正常运行和发生相间故障时，电网中没有零序电流，故IR=0，继电器不动作，只有发生接地故障时，才出现零序电流，如其值超过整定值，继电器就动作。
实际工作中，由于三只电流互感器的励磁特性不一致，当发生相间故障时，会造成较大的不平衡电流。为了使保护装置在这种情况下不误动作，通常将保护的动作电流按躲过最大不平衡电流来整定。
与相间短路的电流保护相同，零序电流保护也采用阶段式保护，通常采用三段式。目前的“四统一”保护屏则采用四段式。下图为三段式零序电流保护的原理接线图。瞬时零序电流速断（零序Ⅰ段有，由KA1、KM和KS7构成），一般取保护线路末端接地短路时，流过保护装置3倍最大零序电流3Iom的1.3倍，保护范围不小于线路全长的15%~25%。
零序Ⅱ段（由KA3、KT4和KS8构成）的整定电流，一般取下一级线路的零序Ⅰ段整定电流的1.2倍，时限0.5s，保证在本线末端单相接地时，可靠动作。
零序Ⅲ段（由KA5、KT6和KS9构成）的整定电流可取零序Ⅱ（或Ⅲ）段整定的1.2倍，或大于三相短路的最大不平衡电流，其灵敏性要求下一级末端故障时，能可靠动作。
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