Режимы заземления нейтрали

В России распределительные сети 6-35 кВ работают в режиме с неглухозаземленной нейтралью. При возникновении однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), ток в таких сетях замыкается обратно к источнику через емкости неповрежденных фаз (в силу отсутствия нейтрали) в отличие от сетей с заземленной нейтралью, в которых ток замыкается «накоротко», возвращаясь обратно к источнику через заземленную нейтраль. Таким образом, сопротивление на  пути тока при ОЗЗ в сетях с неглухозаземленной нейтралью имеет большее значение, чем в сетях с глухозаземленной нейтралью. Большим плюсом эксплуатации сетей с неглухозаземленной нейтралью являются малые значения токов замыкания на землю, но физика процессов ОЗЗ такова, что при металлическом ОЗЗ в таких сетях напряжение относительно земли на неповрежденных фазах повышается до уровня линейного, что является негативным фактором. По этой причине применение данного вида нейтрали ограничено (только до напряжения 35 кВ), так как при более высоком напряжении экономически невыгодно выполнять фазную изоляцию, способную выдерживать линейное напряжение.

Примерно 79% сетей 6-35 кВ в России – с изолированной нейтралью, 19% заземлены через ДГР. Также в последнее время внедряются решения с резистивным заземлением нейтрали.

Так как сети 6-35 кВ выполняются с фазной изоляцией, способной выдерживать повышения напряжения до линейного, а токи ОЗЗ имеют довольно малые значения, никак не влияющие на потребителей, то возникает идея вообще не отключать данный вид повреждения, пока не будут произведены необходимые операции по переключению потребителя на источник без ОЗЗ. После этого можно спокойно устранить данный вид повреждения. Такова идеология работы сетей с изолированным режимом нейтрали (когда нейтральная точка электрически никак не соединена с землей).

Но как показывает практика, последствия ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью могут быть следующими:

1. При ОЗЗ с таким типом нейтрали высока вероятность возникновения дугового перемежающегося замыкания на землю, при котором возможно повышение напряжения в 3,5 раза относительно номинального напряжения фазной изоляции. Таким образом, высока вероятность вторичного пробоя изоляции в любой другой точке сети и перехода однофазного замыкания на землю в двойные и многоместные замыкания, которые сопровождаются большим количеством отключений питающих линий. Также при дуговом замыкании на землю есть возможность существенных повреждений вследствие перенапряжений изоляции электрических машин;
2. Высокая степень опасности для человека и животных, находящихся вблизи места однофазного замыкания на землю;
3. Возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети, которые сопровождаются повреждениями трансформаторов напряжения.

По этим причинам возникло два подхода к устранению вышеперечисленных негативных последствийданного вида нейтрали, а именно:

1. Заземление нейтрали через подстраиваемый реактор;
2. Заземление через резистор.

Принцип заземления через реактор основан на выявлении значения емкости сети и последующей подстройки величины индуктивности в нейтрали так, чтобы свести ток ОЗЗ в месте повреждения к минимуму. Данное решение уменьшает вероятность дугового замыкания на землю и феррорезонансных процессов, а также повышает электробезопасность в месте ОЗЗ за счет уменьшения тока ОЗЗ.

Данное решение имеет следующие отрицательные последствия:

1. Дополнительные затраты на установку дорогостоящего оборудования;
2. Работа сети с ОЗЗ зависит от работы автоматики подстройки реактора, которая имеет низкую надежность, связанную с расстройкой компенсации;
3. Даже при идеальной компенсации тока ОЗЗ, все равно в сети присутствуют не скомпенсированные токи высших гармоник и активная составляющая тока ОЗЗ. Таким образом, наличие реактора в нейтрали хоть и уменьшает вероятность пробоев при ОЗЗ и феррорезонансных процессов, но все же наличие остаточного тока в месте ОЗЗ не исключает эти пробои и процессы (дуга может так и не погаситься) и негативно сказывается на электробезопасности применения данного вида нейтрали.
4. Ограничение на развитие сети, так как реактор рассчитан на то, что можно скомпенсировать только определенное значение емкостного тока, а при развитии сети ток ОЗЗ увеличивается и возможностей существующего реактора может быть недостаточно.

Альтернативой применения реактора в нейтрали является применение резистора. 

Резисторы бывают:

• высокоомные (когда сопротивление резистора равно емкостному сопротивлению сети);
• низкоомные (когда устанавливаемый резистор имеет такое минимально возможное сопротивление, чтобы протекаемый ток замыкания на землю не оказывал серьезных повреждений за время действия защиты).

Таким образом, идея резистивного заземления нейтрали, в отличие от заземления через реактор, направлена на полное устранение дуговых замыканий и феррорезонансных процессов.

Недостатки высокоомного заземления нейтрали:

1. Дополнительные затраты на установку дорогостоящего оборудования (стоимость установки резистора ниже, чем стоимость установки реактора);
2. Уменьшается величина перенапряжений до 2,5 относительно фазного, но они устраняются не полностью;
3. Ограничение на развитие сети, так как резистор рассчитан только на определенный ток ОЗЗ;
4. Обязательное условие отключения ОЗЗ, так как резистор не способен долго работать в режиме ОЗЗ. Также необходимо иметь дополнительную термическую защиту резистора при ОЗЗ.

Недостатки низкоомного заземления нейтрали:

1. Дополнительные затраты на дорогостоящее оборудование (стоимость установки резистора ниже, чем стоимость установки реактора);
2. Возможность увеличения объема повреждений электрооборудования при ОЗЗ из-за увеличения тока ОЗЗ;
3. Ограничение на развитие сети, так как резистор рассчитан только на определенный ток ОЗЗ;
4. Резистор не способен долго работать в режиме ОЗЗ.

Так как применение заземления через резистор и реактор имеет свои плюсы и минусы, то существует решение по комбинированному заземлению нейтрали, то есть установление резистора и реактора в параллель в нейтрали. Данное решение компенсирует ток ОЗЗ до возможного минимального уровня и при этом устраняет дуговые и феррорезонасные процессы при ОЗЗ. 

Таким образом, видно, что на данный момент окончательного решения какой именно режим нейтрали лучше, до сих пор нет. Выбирать определенный режим заземления нейтрали необходимо для конкретных сетей. Опираясь на технико-экономическое обоснование.