Глухозаземлённая нейтраль¶

Глухозаземлённая нейтраль — это режим работы электрической сети, при котором нейтральная точка трансформатора или генератора непосредственно соединена с заземляющим устройством, без включения в цепь каких-либо активных или реактивных сопротивлений (резисторов, реакторов). Данный тип заземления нейтрали является одним из основных в системах электроснабжения и определяет характер протекания аварийных токов, уровень перенапряжений и требования к защитной аппаратуре.

¶Определение и принцип действия

В трёхфазных электрических сетях нейтралью называется общая точка соединения обмоток трансформатора или генератора, соединённых в звезду. При глухозаземлённой нейтрали эта точка электрически соединяется с заземлителем (контуром заземления) через проводник с минимальным сопротивлением, как правило, не превышающим нескольких десятых долей Ома. Такое соединение обеспечивает надёжное заземление нейтрали и создаёт путь для протекания токов короткого замыкания (КЗ) на землю.

В нормальном режиме работы ток через нейтраль отсутствует или пренебрежимо мал. При возникновении однофазного замыкания на землю (например, при пробое изоляции фазы на корпус оборудования) цепь замыкается через землю и нейтраль, что приводит к возникновению тока КЗ, достаточного для срабатывания релейной защиты и отключения повреждённого участка.

¶Классификация систем заземления нейтрали

В электроэнергетике принята международная классификация систем заземления нейтрали, обозначаемая буквенными кодами. Глухозаземлённая нейтраль соответствует системе TN (Terre-Neutral), где первая буква обозначает связь с землёй источника питания (T — непосредственное заземление нейтрали), а вторая — связь открытых проводящих частей электроустановки с землёй (N — через нейтральный проводник). В рамках системы TN выделяют три подсистемы:

• TN-C (Combined) — нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники объединены в один проводник (PEN) на всём протяжении линии. Применялась в старых зданиях, но считается менее безопасной из-за риска обрыва PEN.
• TN-S (Separated) — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены по всей длине сети. Обеспечивает высокий уровень электробезопасности, используется в современных жилых и промышленных объектах.
• TN-C-S — комбинированная система, где на участке от источника до вводного устройства PEN-проводник объединён, а после разделяется на N и PE. Наиболее распространена в России в сетях 0,4 кВ.

Кроме TN, существуют системы с изолированной нейтралью (IT) и с заземлением нейтрали через сопротивление (TT), но глухозаземлённая нейтраль является наиболее распространённой в распределительных сетях низкого напряжения.

¶Применение

Глухозаземлённая нейтраль применяется в электрических сетях напряжением до 1 кВ (низкое напряжение) и выше 1 кВ (высокое напряжение), но с разными целями и особенностями.

¶Сети до 1 кВ

В России и большинстве стран мира сети напряжением 380/220 В (трёхфазные четырёхпроводные) работают с глухозаземлённой нейтралью. Это позволяет:

• получать два уровня напряжения: фазное (220 В) для питания однофазных потребителей и линейное (380 В) для трёхфазных нагрузок;
• обеспечивать надёжное заземление корпусов электрооборудования через нулевой защитный проводник (PE);
• быстро отключать повреждённый участок при однофазных замыканиях на землю за счёт больших токов КЗ.

¶Сети выше 1 кВ

В сетях напряжением 6–35 кВ глухозаземлённая нейтраль применяется ограниченно, в основном в кабельных сетях с большими ёмкостными токами замыкания на землю. В таких сетях необходимо компенсировать ёмкостные токи, чтобы избежать устойчивых дуговых замыканий, поэтому чаще используют заземление через дугогасящий реактор (резонансно-заземлённая нейтраль). В сетях 110 кВ и выше глухозаземлённая нейтраль является стандартом, так как позволяет эффективно ограничивать перенапряжения и обеспечивать селективность релейной защиты.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

• Быстрое отключение аварийных участков. Ток однофазного замыкания на землю в системе TN достигает значений, достаточных для срабатывания автоматических выключателей и предохранителей, что минимизирует время воздействия опасного напряжения на человека и оборудование.
• Простота реализации. Не требует дополнительных устройств (резисторов, реакторов) для заземления нейтрали, что снижает стоимость и упрощает обслуживание.
• Возможность двухуровневого напряжения. В сетях 0,4 кВ обеспечивает питание как трёхфазных, так и однофазных потребителей без дополнительных преобразователей.
• Надёжная защита от перенапряжений. При замыкании фазы на землю напряжение на неповреждённых фазах не превышает линейного значения, что снижает риск пробоя изоляции.

¶Недостатки

• Высокие токи короткого замыкания. При однофазных КЗ возникают большие токи, которые могут вызывать термические и динамические повреждения оборудования, а также создавать опасные шаговые напряжения и напряжения прикосновения.
• Необходимость в качественном заземлении. Требуется устройство заземлителя с низким сопротивлением (обычно не более 4 Ом для сетей 0,4 кВ), что в грунтах с высоким удельным сопротивлением (песок, скала) достигается с трудом и большими затратами.
• Риск электромагнитных помех. Большие токи КЗ создают мощные электромагнитные поля, которые могут влиять на работу чувствительного электронного оборудования.
• Пожароопасность. В сетях с глухозаземлённой нейтралью вероятность возникновения электрической дуги при замыкании на землю выше, чем в сетях с изолированной нейтралью, что повышает риск возгораний.

¶Особенности эксплуатации в России

В Российской Федерации сети с глухозаземлённой нейтралью регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Согласно ПУЭ, в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью обязательно применение защитного зануления — соединения корпусов электрооборудования с глухозаземлённой нейтралью источника через нулевой защитный проводник. Это обеспечивает быстрое отключение при пробое фазы на корпус.

В распределительных сетях 0,4 кВ жилых и общественных зданий в России преимущественно используется система TN-C-S, где на вводе в здание PEN-проводник разделяется на N и PE. В новых зданиях с 2000-х годов внедряется система TN-S, обеспечивающая более высокую электробезопасность.

В сетях 6–35 кВ глухозаземлённая нейтраль применяется редко, в основном в кабельных сетях с ёмкостным током замыкания на землю более 30 А (для сетей 6 кВ) или 20 А (для сетей 10 кВ). В остальных случаях используются режимы с изолированной или резонансно-заземлённой нейтралью.

¶Сравнение с другими режимами заземления нейтрали

¶Интересные факты

• Впервые глухозаземлённая нейтраль была применена в системах электроснабжения в конце XIX века для обеспечения безопасности при использовании ламп накаливания.
• В сетях 0,4 кВ с глухозаземлённой нейтралью сопротивление заземлителя нейтрали должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В, что достигается использованием сложных многолучевых заземлителей в грунтах с высоким сопротивлением.
• В некоторых странах (например, в Японии) сети 0,4 кВ работают с изолированной нейтралью, что связано с историческими особенностями развития электроэнергетики.
• В России в сетях 6–35 кВ с глухозаземлённой нейтралью обязательно применение автоматического повторного включения (АПВ) для восстановления питания после отключения однофазного КЗ.

¶Источники

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание, главы 1.7, 2.1.
• ГОСТ Р 50571.1-2009 (МЭК 60364-1:2005) «Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения».
• Кудрин Б. И. «Электроснабжение промышленных предприятий». — М.: Энергоатомиздат, 2005.
• Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. — М.: ЭНАС, 2012.
• IEC 60364-1:2005 «Low-voltage electrical installations — Part 1: Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions».