3.4 Сети с эффективно заземленной нейтралью

Сети с U_H0M= 110 кВ выполняются с эффективно за­земленной нейтралью по соображениям стоимости изоляции, так как в таких сетях при замыкании на землю одной фазы напряжение на двух других не превышает 0,8 междуфазного напряжения. Это означает, что изоляцию рассчитывают на это напряжение, а не на полное междуфазное напряжение в случае изолированной или компенсированной нейтрали.

Недостатком режима эффективно заземленной нейтрали является то, что замыкание фазы на землю является коротким замыканием и тре­бует немедленного отключения.

Значительная часть однофазных замыканий в сетях 110 кВ и выше при снятии напряжения самоустраняется, поэтому автома­тическое повторное включение (АПВ) восстанавливает питание потребителей.

Для уменьшения величины тока однофазного КЗ применяют частичное разземление нейтралей.

3.5 Сети с глухозаземленной нейтралью в установках до 1 кВ

В установках до 1 кВ для одновременного питания трехфазных и однофазных нагрузок применяются четырехпроводные сети с глухим заземлением нейтрали. В таких сетях применяют нулевой проводник, связанный с нейтралью трансформатора (рисунок 3.5), который служит также для защитного зануления, т. е. для присо­единения всех металлических частей электроустановки, нормаль­но не находящихся под напряжением.

Рисунок 3.5  Трехфазная четырехпроводная сеть

с глухозаземленной нейтралью

При пробое изоляции на корпус возникает однофазное КЗ, приводящее к отключению соответствующего автоматического выключателя. Нулевой проводник изолируется, как и фазные проводники, сечение его не менее 0,5 фазного, от его целостности зависит надежность и бе­зопасность работы электроустановки. Нулевой проводник повтор­но заземляется в местах разветвления и на длинных участках (бо­лее 200 м).

Пример. Выбрать дугогасящий реактор для компенсации емкостного тока сети 10 кВ, присоединенной к шинам подстан­ции (рисунок 3.6). Емкостный ток кабельной сети, присоединенной к секции К1 равен 19 А, к секции К2  18 А. Нормально секци­онный выключатель QK отключен. К секциям К1, K2 присоедине­ны трансформаторы собственных нужд ТМ-160.

Решение. Согласно требованиям ПУЭ компенсация емкост­ного тока необходима при 1_С > 20 А, такой режим возникает при включении секционного выключателя QK (например, при выводе в ремонт Т1 или Т2):

Мощность реактора определим по формуле (3.4)

Выбираем по справочнику [7] реактор РУОМ-300/10, Q_H0М,Р= 300 кВА.

Такой реактор нельзя присоединить к нейтрали трансформато­ра собственных нужд мощностью 160 кВА, так как S_T< Q_HOM,P.

Выбираем для присоединения реактора специальный трансфор­матор ТМ-400/10 (S_Т= 400 кВА > Q_H0М,Р= 300 кВА).

Рисунок 3.6  Схема подстанции (к примеру)

3.6 Сравнение режимов заземления нейтрали

С точки зрения безопасности выбор между четырехпроводной и трехпроводной сетью до 1 кВ производится по условиям прикосновения к фазному проводу:

 в период нормального режима работы сети более безопасной является, как правило, сеть с изолированной нейтралью;

 в аварийный период более безопасной является сеть с заземленной нейтралью.

Сети с изолированной нейтралью целесообразно применять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов относительно земли и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Такими являются короткие сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором электротехнического персонала.

При применении трехфазного тока с номинальным напряжением 500 или 660 В, а также при повышенных требованиях безопасности (на торфяных разработках, угольных шахтах), когда протекание тока короткого замыкания через землю в результате повреждения фазной изоляции сети или оборудования является опасным, электроустановки выполняются с изолированной нейтралью. Условия безопасности в этом случае достигаются быстрой ликвидацией ненормальных режимов, возникающих в сети.

Сети с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивности среды), когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции или когда емкостные токи замыкания на землю достигают значений, опасных для человека.

Анализ режимов заземления нейтрали приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1  Режимы нейтрали. Преимущества и недостатки

Наименование	Область применения	Преимущества	Недостатки
Сети высокого напряжения (трехпроводные) с глухозаземленной нейтрадью при большом токе замыкания на землю	Сети 110 и выше (в сетях 110 кВ заземляются нейтрали только части трансформаторов)	Не надо усиливать изоляцию	Потребитель отключается при КЗ на землю одной из фаз
Сети с изолированной нейтралью при малом токе замыкания на землю	Сети до 35 кВ	При замыкании на землю одной из фаз потребитель не отключается	Требуется усиление изоляции между фазой и землей
Сети с компенсированной нейтралью при малом токе замыкания на землю	Сети 335 кВ должны компенсироваться, если ток замыкания на землю превышает допустимый	При замыкании на землю одной из фаз потребитель не отключается. Емкостные токи компенсируются токами индуктивной катушки	Требуется дугогасительная катушка
Сети до 1 кВ (четырехпроводные) с глухозаземленной нейтралью	Сети 380/220 В	Технологические требования	Дополнительный расход металла на нулевой провод
Сети до 1 кВ (трехпроводные) с изолированной нейтралью	Сети 660 В при отсутствии потребителей 220 В. Сети 220 В при наличии потребителей 220 В	Меньше расход металла (три провода)	Необходим систематический контроль изоляции

3.7 Требования к устройствам защитного заземления [8]

3.7.1 В соответствии с ПУЭ [1] устанавливается допустимое сопротивление заземляющего устройства R_З. Если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное сопротивление заземляющего устройства принимают наименьшее из допустимых.

3.7.2 Заземляющее устройство электроустановок напряжением выше 1 кВ в сети с эффективно заземленной нейтралью должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом с учетом сопротивления естественных и искусственных заземлителей.

В целях выравнивания электрического потенциала и обеспечения присоединения электрооборудования к заземлителю на территории, занятой оборудованием, следует прокладывать продольные и поперечные горизонтальные заземлители и объединять их между собой в заземляющую сетку. Продольные заземлители должны быть проложены вдоль осей электрооборудования со стороны обслуживания на глубине 0,5-0,7 м от поверхности земли и на расстоянии 0,8-1,0 м от фундаментов или оснований оборудования. Допускается увеличение расстояний от фундаментов или оснований оборудования до 1,5 м с прокладкой одного заземлителя для двух рядов оборудования, если стороны обслуживания обращены друг к другу, а расстояние между основаниями или фундаментами двух рядов не превышает 3,0 м.

Поперечные заземлители следует прокладывать в удобных местах между оборудованием на глубине 0,5-0,7 м от поверхности земли. Расстояние между ними рекомендуется принимать увеличивающимся от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первое и последующие расстояния, начиная от периферии, не должны превышать соответственно 4,0; 5,0; 6,0; 7,5; 9,0; 11,0; 13,5; 16,0; 20,0 м.

Горизонтальные заземлители следует прокладывать по краю территории, занимаемой заземляющим устройством, так, чтобы они в совокупности образовывали замкнутый контур.

3.7.3 В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть R_З  250/I, но не более 10 Ом, где I  расчетный ток замыкания на землю, А. В качестве расчетного тока принимается:

1) в сетях без компенсации емкостных токов – полный ток замыкания на землю, который может быть найден из выражения (3.3).

2) в сетях с компенсацией емкостных токов:

 для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты,  ток, равный 125 % номинального тока, наиболее мощного из этих аппаратов;

 для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты,  ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов.

3.7.4 Сопротивление заземляющего устройства R_З электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

При удельном сопротивлении земли  > 100 Омм допускается увеличивать указанные нормы в 0,01 раз, но не более десятикратного.

3.7.5 Сопротивление заземляющего устройства R_З электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей, должно соответствовать условию

R_З  U_ПР/I, (3.6)

где U_ПР  напряжение прикосновения; принимается равным 50 В;

I  полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВА, в том числе суммарная мощность генераторов или трансформаторов, работающих параллельно.

3.8 Требования к устройствам молниезащиты [1], [8]

3.8.1 В соответствии с [1, п. 4.2.133] защита распределительных устройств (РУ) и подстанций (ПС) от прямых ударов молнии осуществляется стержневыми и тросовыми молниеотводами.

3.8.2 Выполнение защиты от прямых ударов молнии не требуется для ПС 20 и 35 кВ с трансформаторами единичной мощностью 1,6 МВА и менее независимо от количества таких трансформаторов и от числа грозовых часов в году, для всех открытых РУ (ОРУ) ПС 20 и 35 кВ в районах с числом грозовых часов в году не более 20, а также для ОРУ и ПС 220 кВ и ниже на площадках с эквивалентным удельным сопротивлением земли в грозовой сезон более 2000 Омм при числе грозовых часов в году не более 20.

Здания закрытых РУ и ПС следует защищать от прямых ударов молнии в районах с числом грозовых часов в году более 20.

Защиту зданий закрытых РУ и ПС, имеющих металлические покрытия кровли, следует выполнять заземлением этих покрытий. При наличии железобетонной кровли и непрерывной электрической связи отдельных ее элементов защита выполняется заземлением ее арматуры.

Защиту зданий закрытых РУ и ПС, крыша которых не имеет металлических или железобетонных покрытий с непрерывной электрической связью отдельных ее элементов, следует выполнять стержневыми молниеотводами либо укладкой молниеприемной сетки непосредственно на крыше зданий.

При установке стержневых молниеотводов на защищаемом здании от каждого молниеотвода должно быть проложено не менее двух токоотводов по противоположным сторонам здания.

Молниеприемная сетка должна быть выполнена из стальной проволоки диаметром 68 мм и уложена на кровлю непосредственно или под слой негорючих утеплителя или гидроизоляции. Сетка должна иметь ячейки площадью не более 150 м² (например, ячейка 12 х 12 м). Узлы сетки должны быть соединены сваркой. Токоотводы, соединяющие молниеприемную сетку с заземляющим устройством, должны быть проложены не реже чем через каждые 25 м по периметру здания.

В качестве токоотводов следует использовать металлические и железобетонные конструкции зданий. При этом должна быть обеспечена непрерывная электрическая связь от молниеприемника до заземлителя. Металлические элементы здания (трубы, вентиляционные устройства и пр.) следует соединять с металлической кровлей или молниеприемной сеткой.