2.2. Режимы нейтрали электрических сетей

2.2.1. Пять способов заземления нейтрали

Режимы нейтрали электрических сетей систем электроснабжения (промышленных предприятий, городских и сельских предприятий электросетей) имеют важное значение для их функционирования и эксплуатации.

Наиболее частым видом повреждения электрических сетей (до 70-80 % от общего числа) являются повреждения изоляции между одной фазой и землей. Это перекрытия подвесной изоляции воздушных линий электропередачи, опорной изоляции ошиновок подстанций, пробои внутренней изоляции на корпус электрооборудования (особенно характерно для электродвигателей), изоляции между одной из фаз кабелей на защитную броню или оболочку и пр.

В данном разделе делается сравнительное описание различных вариантов заземления нейтрали. От режима заземления нейтрали зависят значения токов замыкания, протекающих через место повреждения изоляции, знание которых необходимо для построения и анализа работы устройств релейной защиты.

Имеется пять способов заземления нейтрали [1, п. 1.2.16], которые различаются в зависимости от типа и значения (от нуля до бесконечности) полного сопротивления Z_N, которое устанавливается между нейтралью электрической сети и землей (рис. 2.5):

Рис. 2.5. Схема электрической сети при повреждении изоляции между одной фазой и землей

ZN = ∞ – изолированная нейтраль, нет какого-либо соединения нейтрали с землей; ZN = R – между нейтралью электрической сети и землей включено высокоомное активное сопротивление. Такой режим нейтрали называют резистивным заземлением нейтрали; ZN = XL – между нейтралью электрической сети и землей включено индуктивное сопротивление XL для компенсации емкостных токов сети. Такой режим нейтрали называют компенсированной нейтралью;

• Z_N = 0 – глухо заземленная нейтраль, когда нейтраль электрической сети соединяется непосредственно с землей;

• Z_N ≠ 0 – эффективно заземленная нейтраль, когда для ограничения токов однофазного КЗ нейтрали части трансформаторов электрической сети разземляют.

Для наглядности рассмотрения процессов, протекающих при различных режимах нейтрали, удобнее пользоваться обобщенной трехфазной схемой замещения электрической сети. На рис.2.6,а приведена схема замещения для нормального режима работы электрической сети, а на рис. 2.6,б – для режима с повреждением изоляции между одной из фаз и землей. Здесь обозначено: С_А, С_В, С_С – емкости фаз сети относительно земли; R_А, R_В, R_С - активные сопротивления фаз относительно земли; Y_N = 1/Z_N – проводимость элемента, включенного между нейтралью сети N и землей t; U_А, U_В, U_С – фазные напряжения источника питания электрической сети; U_Аt, U_Вt, U_Сt – напряжения фаз сети относительно земли t; U_N – напряжение нейтрали; I_А, I_В, I_С – токи, протекающие через проводимости фаз сети относительно земли; I_ОЗЗ – ток, обусловленный емкостями и активными сопротивлениями фаз сети относительно земли; I_N – ток нейтрали; I_З – ток, протекающий в месте повреждения изоляции.

Рис. 2.6. Обобщенная схема замещения электрической сети