Классификация электрических сетей по способу заземления нейтрали. Свойства сетей с глухозаземленной нейтралью

Нейтралью, называют общую точку обмоток трансформаторов или двигателей при соединении в звезду. На рисунке 7.1 показаны нейтраль N₁ обмотки W₁ высшего напряжения и нейтраль N₂ обмотки W₂ низшего напряжения.

 

Рисунок 7.1 – Понятие нейтрали

 

Нейтраль может быть либо соединена с землей непосредственно, либо через какие-либо элементы (резистор, катушку индуктивности и т. д.), либо она может быть изолирована от земли. По ПУЭ [1] нейтрали могут быть двух видов: изолированные и глухозаземленные.

Глухозаземленная нейтраль (п. 1.7.5) –это нейтраль, непосредственно присоединенная к глухозаземленному устройству (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 - Глухозаземленная нейтраль

Изолированная нейтраль (п. 1.7.6) – это нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству (рисунок 7.1) или присоединенная к нему через большое сопротивление: реактор L (рисунок 7.3, а) или активное сопротивление R (рисунок 7.3, б).

Рисунок 7.3 - Соединение нейтрали с землей: а) через реактор; б) через активное сопротивление

При соединении трехфазной обмотки трансформатора в треугольник нейтраль отсутствует. Следовательно, у обмотки трансформатора, соединенной в треугольник, как и у обмотки трансформатора с изолированной нейтралью, нет связи с землей. Поэтому трансформаторы с соединением обмоток в треугольник можно рассматривать как трансформаторы с изолированной нейтралью.

Заземление нейтрали может быть либо рабочим, либо защитным. Если заземление нейтрали выполнено с целью электробезопасности персонала, то такое заземление называется защитным. Если заземление нейтрали выполнено с целью придания определенных свойств электрической сети, то такое заземление называется рабочим. Защитное заземление применяется в сетях напряжением ниже 1000 В, рабочее - в сетях напряжением выше 1000 В.

В зависимости от способа рабочего заземления нейтрали ПУЭ выделяет пять видов сетей:

1) сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью;

2) сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор;

3) сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление;

4) сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью;

5) сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.

Из этой классификации видов сетей по способу заземления нейтрали следует, что электрические сетей напряжением 6-35 кВ могут работать либо с изолированной нейтралью, либо с нейтралью заземленной через дугогасящий ректор, либо с нейтралью, заземленной через активное сопротивление. Режим нейтрали в сетях 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий ректор выбирается в зависимости от величины тока замыкания на землю.

Основной режим для сетей 6-35 кВ является режим с изолированной нейтралью. Если токи замыкания на землю I_з превышают максимально допустимое значение, то применяют режим нейтрали, заземленной через дугогасящий реактор для компенсации (снижения) емкостного тока замыкания на землю. Заземление нейтрали через активное сопротивление в сетях 6-35 кВ может применяться при любой величине тока замыкания.

Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна при­меняться при следующих значениях этого тока:

· в воздушных сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и ме­таллические опоры, и во всех воздушных сетях напряжением 35 кВ – при токах более 10 А;

· в кабельных сетях и в воздушных сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи (т.е., имеющих только деревянные опоры) при токах:

более 30 А при напряжении 3-6 кВ;

более 20 А при напряжении 10 кВ;

более 15 А при напряжении 15-20 кВ;

более 10 А при напряжении 35 кВ;

· в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор - более 5 А.

Способ заземления нейтралей трансформаторов в электрических сетях является важнейшей проблемой для всех сетей. Особенно актуален выбор режима заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Так как, во-первых, они являются распределительными и по ним непосредственно получают питание потребители и электроприемники. Следовательно, в первую очередь, от них зависит надежность работы промышленных предприятий. Во-вторых, режим заземления нейтралей трансформаторов в электрических сетях влияет на:

- стоимость электрической сети;

- надежность работы и аварийность электрооборудования;

- безопасность человека и животных, находящихся вблизи линии;

- принципы выполнения релейной защиты;

- принципы и методы определения места повреждения (пробоя изоляции).

В мировой практике нет единого мнения об оптимальной области применения того или иного способа заземления нейтралей. Так, в странах Западной Европы и в Японии заземление нейтралей через дугогасящий ректор используется в сетях до 220 кВ, а в США имеются распределительные сети 10 – 15 кВ с эффективным заземлением нейтрали. В США, Канаде, Австралии, Великобритании глухое заземление нейтрали используется в сетях напряжением 4-25 кВ [Гужов]. Во Франции широко используются сети с нейтралью, заземленной через активное сопротивление. но рассматривается переход к нейтрали, заземленной через дугогасящий ректор. Основные проблемы выбора способа заземления нейтрали связаны с решением вопросов бесперебойного электроснабжения, снижения дуговых перенапряжений и создания эффективных средств релейной защиты и устройств определения места повреждения при замыканиях на землю. В комплексе эти проблемы на сегодняшний день не преодолены. При этом каждый из перечисленных способов заземления нейтрали имеет свои недостатки и свою область применения