Заземление нейтрали и перенапряжения

Выбор способа заземления нейтрали в системе – комплексная проблема, зависящая от ряда факторов. Необходимо обеспечить быструю ликвидацию дуги короткого замыкания при минимальном уровне перенапряжения.

При изолированной нейтрали через место замыкания проходит емкостной ток, величина которого зависит от емкости сети по отношению к земле. В коротких сетях этот ток не превышает нескольких ампер и сеть может работать без перерыва даже в режиме КЗ. Дуга неустойчива и быстро гаснет. Поэтому маломощные короткие сети обеспечивают бесперебойность электроснабжения потребителя при изолированной нейтрали даже в режиме однофазного короткого замыкания (2/3 всех случаев КЗ).

С увеличением мощности системы увеличивается ее длина и емкостной ток возрастает до десятков и сотен ампер. Дуга становится устойчивой и может перейти на другие фазы, релейная защита отключает линию, но из-за значительных перенапряжений изоляция быстро стареет. Эксплуатация таких сетей с незаземленной нейтралью становится невозможной.

Существуют два способа заземления нейтрали: эффективный и резонансный.

Эффективный (глухой) способ заземления нейтрали – это соединение с землей нейтралей всех или части трансформаторов. Назначение такого заземления сделать ток замыкания на землю активным или индуктивным и довести его до значения, достаточного для срабатывания релейной защиты. При отключении ЛЭП релейной защитой дуга в месте замыкания гаснет, а автоматические повторное включение практически сразу же включает линию под нагрузку, и потребитель не ощущает перерыва в электроснабжении. Не изнашивается и изоляция, так как время горения дуги мало.

Резонансное заземление выполняется включением в нейтраль трансформатора реакторов с железным сердечником. Ток реактора должен скомпенсировать емкостной ток замыкания на землю. Общий ток короткого замыкания резко уменьшается, дуга в месте КЗ гаснет и система может работать на потребителя без отключения. Анализ различных способов заземления нейтрали показал, что при коротком замыкании перенапряжения на здоровых фазах достигают для изолированной и резонансно заземленной нейтрали и 1,13 при эффективно заземленной. Такие перенапряжения не опасны для изоляции аппаратов, но импульсная прочность их изоляции должна быть увеличена. Уровень импульсной прочности аппаратов выбирается, исходя из характеристик защитных аппаратов – вентильных разрядников, ограничителей перенапряжения.

Режим нейтрали с точки зрения использования защитных аппаратов принято делить на две категории:

1 - когда напряжение на здоровых фазах не превышает , и защитные аппараты для таких линий называются 80%.

2 - когда на здоровых фазах при коротком замыкании напряжение не превышает . В этом случае используются 115% аппараты. Кроме этого, применение эффективного заземления нейтрали позволяет существенно экономить средства на изоляцию аппаратов выше 300кв, там, где она особенно дорога (до 80¸90% стоимости устройств). На выбор способа заземление нейтрали влияет еще ряд факторов:

1. При резонансном заземлении и однофазном коротком замыкании на землю в мощной системе релейная защита реагирует нечетко.

То же самое происходит в мощных системах большого напряжения. При коротком замыкании на одной фазе и повышении напряжения на других фазах на них возникает корона, резко увеличивающая активную составляющую тока замыкания на землю и дуга может гореть устойчиво.

При глухом заземлении нейтрали перенапряжения не зависят от мощности и напряжения системы. Их уровень в % всегда постоянен, что гарантирует четкое срабатывание релейной защиты. Бесперебойное электроснабжение потребителей гарантируется резервированием и АПВ.

2. Силовые линии электропередач создают вокруг себя мощные электромагнитные поля создающие помехи линиям связи, напряженность поля увеличивается при однофазном коротком замыкании.

При изолированной нейтрали помехи невелики. Поэтому вопрос о способе заземления нейтрали приходится решать с учетом всех действующих факторов.

Немалую роль играют и традиции: резонансное заземление нейтрали родилось в Европе и его применяют вплоть до самых высоких напряжений, так в Японии оно используется для линий 220 кВ.

В США применяют глухое заземление даже для ЛЭП 10¸35 кВ.

У нас принято, что системы 35 кВ и ниже работают либо с резонансным заземлением, либо с изолированной нейтралью. Системы 110 кВ и выше работают с глухим эффективным заземлением нейтрали, хотя допускается разземление части нейтрали трансформаторов 110, 220 кВ для регулирования тока однофазного тока замыкания с обязательной защитой нейтрали ограничителями перенапряжения.