Эффективно заземленная нейтраль: как определяется, преимущества использования, схема

Передача электричества на большие расстояния осуществляется посредством сетей высокого напряжения. При этом каждая сеть дотирована собственными средствами защиты для обеспечения ее безопасной эксплуатации. Величина питающего напряжения определяет схему, по которой заземляется нейтраль. Согласно ПУЭ, в сетях, где напряжение не превышает значения в 0.4 кВ, используются глухозаземленные нейтрали, а для электросетей с напряжением в диапазоне 0.6 – 35 кB предусмотрено использование схем, в которых нейтраль изолириована. Для линий 110 – 1150 кB предусмотрена установка эффективно заземленных нейтралей – ЭЗН. Эти схемы позволяют предотвращать вероятность возникновения перенапряжения в случае возникновения КЗ одной фазы.

Определение схемы, устройство

Схема ЭЗH предназначена для использования в электросетях более 110кB. В случае замыкания одной фазы на землю такая схема представляется в виде однофазного короткого замыкания. Как правило, в местах с повреждением возникают токи большого напряжения. Благодаря срабатыванию защитной системы опасное напряжение отключается. Исходя из этого, эффективно заземленной нейтралью определяется нейтраль, имеющая заземление и включенная в схемы электросетей с подачей трехфазного напряжения, превышающего отметку в 1000B и коэффициент замыкания которого ≤ 1,4. При однофазном замыкании на землю, в фазах, где отсутствуют какие-либо повреждения, происходит увеличение напряжения на величину, которая не превышает значение 1.4.

Для расчетов используется следующая формула:

Если в высоковольтных электросетях используется такая схема заземления, в увеличении изоляции оборудования и самих сетей нет необходимости. К тому же, стоимость эксплуатации и обслуживания ЭЗH является ниже.

Нормативные требования

Согласно регламенту ПУЭ, максимальное значение сопротивления заземления в электросетях, в структуру которых включена эффективно изолированная нейтраль, не должно превышать 0.5 Ом, а уровень сопротивления искусственных заземлителей – не менее 1.0 Ом. Данное правило действительно для электроустановок более 1000B с режимом токов КЗ равными или превышающими 500А.

Схемы глухо заземленной нейтрали и ЭЗH практически аналогичны друг другу. Действие обоих направлено на предупреждение дуговых перенапряжений – токи КЗ уменьшаются искусственным увеличением нулевых последовательностей. С этой целью на подстанциях производится заземление не всех нейтралей трансформаторов, а лишь части из них. Также могут быть применены резисторы.

Результатом таких решений является увеличение напряжения на целых проводниках. Одной из самых серьезных аварий считается короткое замыкание между фазами. В то же время, токи KЗ, как и напряжение, будут иметь меньшую величину, нежели в случае однофазных коротких замыканий. Ввиду этого для проведения расчетных действий используются большие значения, характерные именно для однофазного КЗ.

Главное предназначение эффективно заземленной нейтрали – применение в схемах высоковольтных электросетей с напряжением в 110кB и больше. Также использование данной схемы возможно в сетях, где напряжение не превышает 1000B: на объектах с полным отсутствием каких-либо электрических установок и их монтаж пока не предполагается, где существует риск возникновения пожара или же смонтировано оборудование, которое может выйти из строя или является взрывоопасным.

Иными словами, эффективно заземленная нейтраль используется в электросетях, где напряжение не превышает 1000B, при этом главным условием является отсутствие пожароопасных и взрывоопасных устройств и оборудования.

Наибольшая эффективность применения ЭЗH наблюдается в городских электросетях.

Специфика функционирования подобных электролиний заключается в возможности применения кабеля, рассчитанного на 6 кB, в электросетях, где напряжение составляет 10 кB, а коэффициент замыкания на землю не превышает значения одной единицы. Благодаря этому возможна передача большей мощности, коэффициент которой составляет 1.73, а периодической замены коммутаторов и электрического кабеля не требуется.

Какими достоинствами и недостатками обладает ЭЗH?

В процессе применения эффективно заземленной нейтрали в электросетях свыше 110 кB обеспечиваются следующие преимущества:

• При возникновении коротких замыканий, схемы эффективно заземленных нейтралей обеспечивают стабилизировать их потенциалы, препятствуя возникновению довольно устойчивой заземляющей дуги.
• В случае короткого замыкания изоляция кабеля и электроустройств подвержена меньшему напряжению. Благодаря этому возможно использование изоляционных материалов, которые имеют более малый запас прочности. Следовательно, обеспечивается и экономический эффект путем снижения финансовых затрат на эксплуатацию сетей.
• Возможность установки и использования селективных автоматических устройств защиты с коротким временем реагирования. Так, мгновенное срабатывание защиты предотвращает усугубление возникших неисправностей.

Все же, ЭЗH имеют и некоторые недостатки. Среди них указаны:

• Независимо от времени и интенсивности короткого замыкания, неисправный участок обесточивается полностью. Как правило, в дополнение к комплектации релейных систем электрозащиты идут и автоматические средства повторного включения напряжения. Если отключение электричества было произведено автоматически, возрастает риск нарушений в подаче напряжения бесперебойно. Это, в свою очередь, может негативно сказаться на подключенных к этой сети потребителях и продуктивности их деятельности. Учитывая все эти факты, наиболее ответственные потребители электроэнергии принимают решение об установке дополнительных устройств, обеспечивающих бесперебойную подачу напряжения.
• При коротких замыканиях возникают повышенные электромагнитные импульсы, которые отрицательно сказываются на работе и функциональности средств связи. Поэтому, как правило, необходима их дополнительная экранизация.
• Эксплуатация ЭЗH предполагает установку более сложных средств защиты с минимальным временем срабатывания в случае короткого замыкания.
• Если токи короткого замыкания существенно выше допустимых значений, генераторная установка выходит из режима синхронизации. Иными словами, при становлении КЗ генератор как-бы притормаживается.
• Токи высокого напряжения, которые возникают в следствие коротких замыканий, могут повредить кабель и его изоляцию. Также существует риск механического разрушения изоляционных устройств на самих линиях электропередачи, повреждений металлических компонентов статора в генераторе, если произойдет пробой изоляции на землю.
• При повышении шагового напряжения, которое возникает также в случае короткого замыкания на землю, существенно возрастает опасность для людей – их может ударить током.
• В случае обрыва нейтральных проводов и при отсутствующем дублирующем заземлении используемое на объекте электрооборудование остается практически без защиты.

Подводим итоги

Резюмируя все выше сказанное в статье, принцип функционирования электросетей с эффективно заземленными нейтралями можно описать следующим образом: при происхождении замыканий на землю, их большая часть сопровождается высоким током коротких замыканий, после чего происходит их самоустранение, как только отключается подача напряжения в сети. При повторном автоматическом включении напряжения в линии передачи электричества ее работа полностью восстанавливается.

В случае, если заземлена лишь часть трансформаторов, это приводит к уменьшению токов короткого замыкания. К примеру, если подстанция предполагает монтаж двух трансформаторных установок, лишь один их них будет подключен к устройству заземления.

Проверка электроустановки лицензированной электролабораторией.