Выбор режима работы нейтрали электроустановок, которые по условиям электробезопасности разделяются ПУЭ на электроустановки напряжением до 1 кВ и выше 1 кВ, должен осуществляться с учетом бесперебойности электроснабжения приемников электроэнергии, экономичности системы, надежности сетей, безопасности системы, минимума потерь электроэнергии, возможности ограничения коммутационных перенапряжений, снижения электромагнитных влияний на линии связи, избирательности действия релейной защиты и простоты ее выполнения, возможности удержания поврежденной линии в работе, предотвращения развития в сети феррорезонансных явлений, возможности дальнейшего развития системы без значительной реконструкции и др.
В электрических сетях России приняты следующие режимы работы нейтрали:
- изолированная нейтраль (небольшие емкостные токи замыкания на землю; напряжением 6 35 кВ и 0,4 кВ);
- компенсированная нейтраль (определенные превышения значений емкостных токов; напряжения 6 35 кВ);
- эффективно (глухо) заземленная нейтраль (большие токи замыкания на землю; напряжение 110 кВ; 0,4 кВ);
Характеристика режима изолированной нейтрали
Достоинства | Недостатки |
1. Возможность работы сети с ОЗЗ в течение ограниченного времени до принятия мер по безаварийном отключению поврежденного элемента | 1. Высокая вероятность возникновения наиболее опасных дуговых перемежающихся ОЗЗ |
2. Не требуются дополнительная аппаратура и затраты на заземление нейтрали | 2. Высокая вероятность вторичных пробоев изоляции и перехода ОЗЗ в двойные и многоместные замыкания за счет перенапряжений до 3,5 Uф тах при дуговых замыканиях |
3. Возможность самогашения дуги и самоликвидации части ОЗЗ | 3. Значительное (в несколько раз) увеличение действующего значения тока в месте повреждения при дуговых перемежающихся ОЗЗ за счет свободных составляющих переходного процесса |
4. Безопасность длительного воздействия перенапряжений, возникающих в переходных режимах ОЗЗ, для элементов с нормальной изоляцией | 4. Возможность существенных повреждений электрических машин током в месте повреждения, прежде всего, при дуговых перемежающихся ОЗЗ |
5. Простое (в большинстве случаев) решение проблемы защиты и селективной сигнализации устойчивых ОЗЗ | 5. Возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети и повреждений ТН |
6. Высокая степень опасности для человека и животных, находящихся вблизи места ОЗЗ | |
7. Ограничения по величине на развитие сети | |
8. Высокая степень помех по ЛЭП при дуговых ОЗЗ | |
Характеристика режима резонансного заземления нейтрали (компенсированная нейтраль) | |
Достоинства | Недостатки |
1. Возможность работы сети с ОЗЗ до принятия мер по безаварийному отключению поврежденного элемента | 1. Дополнительные затраты на заземление нейтрали через ДГР и устройства для автоматического правления настройкой компенсации |
2. Уменьшение тока в месте повреждения (при резонансной настройке ДГР остаточный ток содержит только некомпенсируемые активную составляющую и высшие гармоники) | 2. Трудности с решением проблемы зашиты и селективной сигнализации ОЗЗ |
3. Значительное снижение скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после обрыва дуги тока ОЗЗ. | 3. Возможность возникновения прерывистых дуговых ОЗЗ, сопровождающихся перенапряжениями на неповрежденных фазах до 2,5 Ui,max |
- высокоомное и низкоомное заземление нейтрали (напряжения 6, 10 кВ).
4. Высокая вероятность (с учетом пп. 2 и 3) самогашения дуги и самоликвидации большей части ОЗЗ (при ограниченных значениях остаточного тока в месте повреждения). | 4. Увеличение вероятности возникновения дуговых прерывистых 033 и максимальных перенапряжении на неповрежденных фазах до (2,6-3) Uфтах при расстройках компенсации |
5. Практически исключается возможность возникновения дуговых перемежающихся ОЗЗ | 5. Возможность (с учетом пп. 3 и 4) вторичных пробоев в точках сети с ослабленной изоляцией |
6. Уменьшение кратности перенапряжений на неповрежденных фазах по сравнению с изолированной нейтралью (до значений 2,5 Щ ном при первом пробое изоляции или дуговых прерывистых ОЗЗ | 6. Невозможность скомпенсировать (без использования специальных устройств) в месте повреждения активную составляющую и высшие гармоники |
7. Безопасность длительного воздействия перенапряжений в установившемся и переходном режимах ОЗЗ для элементов с нормальной изоляцией. | 7. Увеличение (с учетом п. 6) остаточного тока в месте повреждения с ростом суммарного емкостного тока сети Лм |
8. Исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети. | 8. Ограничения (с учетом п. 7) на развитие сети |
9. Уменьшение влияния дуговых ОЗЗ на линии связи | |
Характеристики режима высокоомного заземления нейтрали через | |
Достоинства | Недостатки |
1. Возможность работы сети с ОЗЗ до принятия мер по безаварийному отключению поврежденного элемента (при ограниченных значениях тока замыкания в месте повреждения) | 1. Дополнительные затраты на заземление нейтрали сети через резистор |
2. Возможность самогашения дуги и самоликвидации части ОЗЗ (при ограниченных значениях тока ОЗЗ в месте повреждения) | 2. Увеличение тока в месте повреждения |
3. Практически исключается возможность возникновения дуговых перемещающихся ОЗЗ | 3. Возможность возникновения прерывистых дуговых ОЗЗ, сопровождающихся перенапряжениями на неповрежденных фазах до 2,5 Ц,.ноч |
4. Уменьшение кратности перенапряжений на неповрежденных фазах по сравнению с изолированной нейтралью (до значений 2,5 Ц> ном при первом пробое изоляции или дуговых прерывистых ОЗЗ) | 4. Возможность (с учетом п. 3) вторичных пробоев в точках сети с ослабленной изоляцией |
5. Безопасность длительного воздействия перенапряжений в переходных режимах ОЗЗ для элементов с нормальной изоляцией | 5. Ограничения на развитие сети по величине |
6. Практически исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети | 6. Утяжеление условий гашения дуги в месте повреждения по сравнению с сетями, работающими с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостного тока ОЗЗ |
7. Простое решение проблемы защиты и сигнализации устойчивых ОЗЗ | 7. Большая мощность заземляющего резистора (десятки киловатт) и проблемы с обеспечением его термической стойкости при устойчивых ОЗЗ |
Характеристики режима низкоомного заземления нейтрали через резистор
Достоинства | Недостатки |
1. Практически исключается возможность дальнейшего развития повреждения, например, перехода 033 в двойное замыкание на землю или междуфазное КЗ (при быстром отключении поврежденного элемента) | 1. Дополнительные затраты на заземление нейтрали сети через резистор |
2. Простое решение проблемы защиты от ОЗЗ | 2. Невозможность работы сети с ОЗЗ |
3. Полностью исключается возможность возникновения дуговых прерывистых ОЗЗ (при достаточном для их подавления значения накладываемого активного тока) | 3. Увеличение числа отключений оборудования и линий из-за переходов кратковременных самоустраняющихся (при дуговых режимах заземления нейтрали) пробоев изоляции в полные (завершенные) пробои |
4. Уменьшается длительность воздействия на изоляцию элементов сети перенапряжений на неповрежденных фазах в переходных режимах ОЗЗ | 4. Возможность увеличения в некоторых случаях объема повреждения оборудования (из-за увеличения тока ОЗЗ) |
5. Исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети | 5. Возможность возникновения дуговых прерывистых ОЗЗ при недостаточно больших значениях накладываемого активного тока |
6. Уменьшается вероятность поражения людей или животных током ОЗЗ в месте повреждения | 6. Возможность вторичных пробоев в точках с ослабленной изоляцией за счет перенапряжений на неповрежденных фазах (при первом пробое изоляции до 2,5 Uф.номХ ДО отключения защитой поврежденного элемента |
7. Увеличение числа отключений выключателей элементов сети |
При глухом заземлении нейтрали замыкание одной фазы на землю является однофазным КЗ, характеризующимся большим током. Напряжение фаз по отношению к земле при этом не выше фазного номинального; исключаются перемежающиеся дуги. Однофазные КЗ отключаются автоматически. Отключение приводит к перерывам в электроснабжении потребителей.
Другим недостатком глухого заземления нейтрали является значительное усложнение и удорожание заземляющих устройств. Последнее связано с тем, что для системы с большим током замыкания на землю ПУЭ допускают максимальное сопротивление заземляющего контура 0,5 Ом, поэтому число заземляющих электродов должно быть значительным. Вследствие значительного тока однофазного КЗ, который может быть больше тока трехфазного КЗ, глухо заземляют не все нейтрали трансформаторов.
На основании рассмотрения достоинств и недостатков различных режимов работы нейтрали, удовлетворяющих в той или иной степени требованиям, предъявляемым к заземлению нейтрали, можно сделать следующие практические выводы.
В системах электроснабжения напряжением 6,10,20 и 35 кВ применяют изолированную нейтраль, если емкостные токи не превосходят при однофазных замыканиях на землю значений, установленных ПУЭ, в противном случае применяют нейтрали, заземленные через дугогасящие аппараты, компенсирующие емкостный ток замыкания на землю. При напряжениях 6 и 10 кВ нейтрали генераторов обычно заземляют через активное сопротивление. В системах напряжением 110, 220 кВ и выше применяют эффективно заземленную нейтраль. Глухозаземленную нейтраль при напряжениях до 1 кВ применяют в четырехпроводной системе напряжением 380/220 В, преимуществом которой является возможность питания от одной сети силовой и осветительной нагрузок, а также в трехпроводных системах постоянного тока. В трехфазных системах напряжением 380 и 220 В применяют как изолированную, так и глухозаземленную нейтраль. При повышенных требованиях безопасности (для передвижных установок, торфяных разработок, шахт) применяют электроустановки с изолированной нейтралью или изолированным выводом источника однофазного тока, если их напряжение ниже 1 кВ, а в электроустановках постоянного тока того же напряжения изолируют среднюю точку.
Принятие решения по выбору режима работы нейтрали электроустановок должно основываться на рекомендациях ПУЭ.