Сети с глухозаземленными нейтралями

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока). Глухозаземленная нейтраль — частный случай эффективно заземленной нейтрали.

Рис. 4. Замыкание на землю в сети с глухозаземленной нейтралью

В сети с глухозаземленной нейтралью при однофазных замыканиях на землю, перенапряжения, которые могли бы представить опасность для изоляции и персонала, возникнуть не могут. Естественно, в этом случае предполагается, что рабочее заземление соответствует нормам ПУЭ и поэтому исключается повышение напряжения при смещении нейтрали. В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В в случае замыкания какой-либо фазы на корпус при наличии защитного зануления возникает однофазное короткое замыкание, которое вызывает срабатывание максимальной токовой защиты и отключение поврежденного участка сети. При расчете зануляющих проводов необходимо учитывать, что сила тока однофазного замыкания должна быть больше номинальной силы тока ближайшего защитного аппарата. В этом случае отключение такого замыкания будет мгновенным.

В качестве защитной меры применяют соединение корпусов электрооборудования с нейтралью источника питания (зануление), что обеспечивает быстрое отключение поврежденной установки или участка сети максимальной токовой защитой вследствие однофазного короткого замыкания.

При напряжении до 1000 в одного защитного заземления недостаточно, так как при пробое изоляции на заземленный корпус величина аварийного напряжения может не обеспечить перегорание плавких вставок предохранителей или срабатывания защиты.

В сетях с глухозаземленной нейтралью одно защитное заземление не применяют, так как при пробое изоляции в цепь замыкания будут включены сопротивления, значительно снижающие ток замыкания. В таких сетях применяют новые типы устройств защитного отключения. В сетях с глухозаземленной нейтралью применять только одно защитное заземление нельзя, так как в этом случае не будут выполнены перечисленные выше требования. Обычно в сетях с глухозаземленной нейтралью при замыкании на землю напряжения фаз относительно земли по величине мало отличаются от фазного напряжения источника. Полученные выводы справедливы для сетей с глухозаземленной нейтралью как до 1000 В, так и выше 1000 В. Следует отметить, что в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением выше 1000 В (сети 110—750 кВ) замыкание на землю является коротким замыканием. Величина тока в таком режиме зависит только от параметров питающего трансформатора и удаленности места замыкания на землю; ток замыкания на землю рассчитывают по режиму короткого замыкания в сети.

Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью имеют наиболее широкое распространение. В этих сетях нейтрали генераторов и трансформаторов присоединены к заземляющим устройствам непосредственно. Четвертый провод сети присоединен к заземленной нейтрали, поэтому он называется нулевым. С помощью нулевого провода включают потребителей на фазные напряжения (например, осветительную нагрузку).

Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом получили наибольшее распространение, так как позволяют не только питать трехфазные электропотребители, но и получать фазное напряжение (фаза — нуль) для обеспечения включения осветительных приборов и ручного электрифицированного инструмента.

При защите сетей с глухозаземленной нейтралью автоматическими выключателями расцепители их должны устанавливаться во всех нормально незаземленных проводниках. Электроустановки с глухозаземленной нейтралью широко применяются на промышленных предприятиях. Объясняется это в значительной мере преимуществами глухого заземления нейтрали с точки зрения безопасности, которые проявляются при замыкании одной из фаз электроустановки на землю и при переходе высшего напряжения на сторону низшего в питающем трансформаторе.

Устройство защитного отключения для сетей с глухозаземленной нейтралью. В сетях с заземленной нейтралью датчиком УЗО является трансформатор тока нулевой последовательности, сигнал на выходе которого определяется суммой токов фазных и нулевого проводов. В реальных условиях эксплуатации из-за распределения тока однофазных нагрузок по нулевому проводу и сопротивлениям повторного заземления нулевого провода на выходе датчика УЗО появляется предварительный сигнал, который по абсолютному значению может превышать сигнал, вызванный касанием человека фазы сети. Это является одной из причин ложных отключений электроустановки. Устранить такой недостаток можно, если реакция устройства защитного отключения будет определяться не абсолютным уровнем сигнала датчика, а его изменением, которое происходит при прикосновении человека к токоведущим частям.

В сетях с глухозаземленной нейтралью при пробое на корпус: напряжение по отношению к земле может колебаться в широких пределах, например, в сетях 380/220 В оно может превышать 100 В. Если электроприемники оборудованы защитным отключением, возможны ложные отключения неповрежденных электроприемников. Избежать таких ложных отключений весьма сложно, а в большинстве случаев и невозможно, например, в условиях промышленного предприятия трудно изолировать электроприемники от металлических конструкций зданий, стальной арматуры фундаментов, балок и т. п. Поэтому при повреждении изоляции корпуса электроприемника напряжение пробоя может быть даже вдали от места повреждения. Приведенные обстоятельства ограничивают область применения защитного отключения в сетях с заземленной нейтралью. В сетях с изолированной нейтралью — угольные шахты, текстильные и другие предприятия, торфяные разработки, имеющие пожарои взрывоопасные участки — требует, по соображениям электробезопасности, применения защитного отключение.

В четырехпроводных сетях переменного тока или в трехпроводных сетях постоянного тока обязательно глухое заземление нейтрали.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на заземленные части должно быть обеспечено надежное автоматическое отключение поврежденных участков сети с минимальным временем отключения. С этой целью в электроустановках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью обязательна металлическая связь корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью электроустановки, т. е. устройство зануления:

Рис. 5. Схема зануления

Нейтраль генератора, трансформатора (на стороне до 1000 В) должна быть присоединена к заземлителю при помощи отдельного заземляющего проводника (рабочее заземление). Сечение этого заземляющещего проводника должно быть не менее указанного в таблице:

Вывод нейтрали генератора или трансформатора на щит распределительного устройства должен выполняться: при выводе фаз шинами — шиной на изоляторах, при выводе фаз кабелем (проводом) — жилой кабеля (провода). Допускается в кабелях с алюминиевой оболочкой вместо четвертой жилы использовать оболочку. Проводимость вывода нейтрали должна быть не менее 50% проводимости вывода фаз.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов либо выводы источников однофазного тока, р 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 постоянного тока.

При удельном электрическом сопротивлении р земли более 10 Ом-м допускается увеличивать указанные выше значения сопротивления ЗУ в отношении р/100, но не более 10-кратного.

На воздушных линиях электропередачи зануление осуществляется нулевым рабочим проводом, проложенным на тех же опорах, что и фазные провода. На концах воздушных линий (или ответвлений) длиной более 200 м, а также на вводах в здание, электроустановки которых подлежат занулению, должны выполняться повторные заземления нулевого рабочего провода. При этом в первую очередь используются естественные заземлители, например подземные части опор, а также заземляющие устройства, выполненные для защиты от грозовых перенапряжений.

Повторные заземления нулевого провода в сетях постоянного тока должны осуществляться при помощи отдельных искусственных заземлителей, которые не должны иметь металлических соединений с подземными трубопроводами.

Общее сопротивление растеканию заземлителей всех повторных заземлений нулевого рабочего провода каждой воздушной линии в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

Проводники для повторных заземлений нулевого провода должны иметь пропускную способность по допустимому нагреву не менее 25 А.

По механической прочности заземляющие и нулевые защитные проводники должны иметь размеры не менее приведенных в таблице: «Наименьшие размеры заземляющих и нулевых защитных проводников и электродов-заземлителей».

В качестве искусственных заземлителей помимо металла допускается использовать электропроводящий бетон.

В электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электрооборудования, должно быть не более 4 Ом.

При мощности генератора или трансформатора 100 кВ-А и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление до 10 Ом.

Это же правило действует и при параллельной работе генераторов или трансформаторов, при суммарной их мощности не более 100 кВ-А.

В районах с удельным сопротивлением земли на территории электроустановки более 200 Ом-м для сооружения искусственных заземлителей рекомендуется:

• § устройство углубленных заземлителей, если на большей глубине удельное сопротивление земли снижается;
• § применение искусственной обработки земли с целью снижения удельного сопротивления, если другие способы не могут быть применены или не дают необходимого эффекта;
• § устройство выносных заземлителей, если вблизи до 1−2 км от электроустановки есть места с меньшим удельным сопротивлением земли.

В районах многолетней мерзлоты, кроме того, следует помещать заземлители в непромерзаемые водоемы, в талые зоны, а также использовать артезианские скважины.

В районах с удельным сопротивлением земли более 500 Ом-м, если вышеуказанные мероприятия не позволяют получить приемлемые по экономическим соображениям заземлители, допускается повысить требуемые ПУЭ значения сопротивлений ЗУ в р/500 раз, где р — удельное сопротивление земли, Ом-м. При этом увеличение требуемых ПУЭ сопротивлений ЗУ должно быть не более десятикратного.