Понимание нейтрального заземления трансформатора

• безопасность, надежность и экономичность электросети;
• выбор уровня изоляции оборудования системы;
• уровни перенапряжений;
• схемы релейной защиты;
• электромагнитные помехи на линиях связи.

• Система с высоким током однофазного замыкания на землю: при возникновении однофазного замыкания на землю ток замыкания на землю очень велик. Примерами таких систем являются системы с номинальным напряжением 110 кВ и выше, а также трехфазные четырехпроводные системы 380/220 В. Также известны как эффективно заземленные системы.
• Система с низким током однофазного замыкания на землю: при однофазном замыкании на землю не образуется полный короткозамкнутый контур, поэтому ток замыкания значительно меньше нормального тока нагрузки. Также известны как неэффективно заземленные системы.

• прямое заземление нейтрали
• заземление нейтрали через резистор

• незаземленную нейтраль
• заземление нейтрали через дугогасительную катушку (катушку Петерсена)

• при однофазном замыкании на землю требуется немедленное отключение поврежденного оборудования, что прерывает подачу электроэнергии и снижает надежность.
• большой ток короткого замыкания создает значительные электродинамические и тепловые напряжения, что может привести к расширению повреждений.
• сильные магнитные поля от больших токов замыкания вызывают электромагнитные помехи для близлежащих линий связи и сигнализации.
• при однофазном замыкании напряжение на поврежденной фазе падает до нуля, в то время как напряжение на неповрежденных фазах остается близким к нормальному фазному напряжению. Таким образом, изоляцию оборудования можно проектировать только для фазного напряжения, что снижает затраты, особенно на высоких уровнях напряжения.

• заземление через высокоомный резистор
• заземление через среднеомный резистор
• заземление через низкоомный резистор

• обеспечивает автоматическое устранение неисправностей и упрощает эксплуатацию и обслуживание.
• быстро изолирует замыкания на землю, что приводит к низким перенапряжениям, исключает резонансные перенапряжения и позволяет использовать кабели и оборудование с меньшим уровнем изоляции.
• снижает старение изоляции, увеличивает срок службы оборудования и повышает надежность.
• токи замыкания на землю (сотни ампер и более) обеспечивают высокую чувствительность и селективность релейной защиты — нет необходимости в сложном выборе линии неисправности.
• снижает риск пожара.
• позволяет использовать беззазорные ОПН (оксид цинка) с высокой энергоемкостью и низким остаточным напряжением для защиты от перенапряжений.
• подавляет пятую гармоническую составляющую в перенапряжениях при дуговых замыканиях, предотвращая их переход в межфазные замыкания.

• Заземление через высокоомный резистор: подходит для распределительных сетей с емкостным током заземления <10 А, больших генераторов, где однофазный ток заземления превышает допустимые значения, но остается <10 А. Сопротивление обычно составляет от сотен до тысяч ом.
• Заземление через среднеомный и низкоомный резистор: четкой границы нет, но обычно:
• Среднеомное заземление: ток замыкания на нейтрали между 10 А и 100 А
• Низкоомное заземление: ток замыкания на нейтрали >100 А

Они используются в городских распределительных сетях, где преобладают кабели, вспомогательных системах электростанций, а также на крупных промышленных предприятиях—там, где емкостные токи высоки, а переходные однофазные замыкания на землю редки.

• Сила тока однофазного замыкания на землю <10 А; дуга самогасится, и изоляция может восстановиться автоматически.
• Симметрия системы сохраняется; система может временно работать с неисправностью, чтобы обеспечить время для локализации неисправности.
• Минимальное влияние на связь.
• Простота и экономичность.
• Однако, если емкостной ток >10 А, возможны высокие междуговые перенапряжения. Эти перенапряжения продолжительны, затрагивают всю сеть и представляют серьезную угрозу оборудованию с слабой изоляцией, особенно вращающимся машинам. Такие перенапряжения многократно вызывали многоочаговые замыкания на землю, выгорание оборудования и крупные отключения.
  Резонансные перенапряжения часто приводят к перегоранию предохранителей в напряженных трансформаторах (НТ), выгоранию НТ или даже повреждению основного оборудования.

• Индуктивный ток от катушки подавления дуги компенсирует емкостный ток заземления системы, снижая ток неисправности до <10 А, что позволяет дуге самогаситься.
• Изоляция в точке неисправности может восстановиться автоматически.
• Уменьшает вероятность междуговых перенапряжений.
• Сохраняет симметрию системы при однофазных неисправностях, позволяя временно продолжать работу для локализации неисправности.
• Однако, это только уменьшает вероятность, но не исключает, междуговые перенапряжения, и не уменьшает их величину. Множитель перенапряжения остается высоким, создавая значительное напряжение изоляции, особенно опасное для компактных коммутационных устройств и кабельных систем, которые могут подвергнуться пробою изоляции или межфазным коротким замыканиям, что приводит к катастрофическим отказам оборудования.

• На стороне высокого напряжения 110 кВ или 220 кВ ветровых ферм обычно используется заземление нейтрали через разъединитель (изолятор).
• На стороне сборной системы 35 кВ обычно применяется заземление через катушку подавления дуги или резистор.
  • Если сборная система использует полностью кабельные линии, емкостный ток относительно велик; поэтому рекомендуется заземление через резистор.