Uziemienie rezystancyjne (NGR) — punkt neutralny niskoomowy i wysokoomowy, i dlaczego to coś innego niż dławik Petersena

Poradnik o dławiku Petersena omawia, jak rezonansowo strojony reaktor kompensuje pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego sieci o dużym udziale linii kablowych. Ten artykuł omawia inną główną drogę celowego odejścia od solidnego uziemienia punktu neutralnego sieci: rezystor uziemienia punktu neutralnego (NGR), zwany też uziemieniem rezystancyjnym, połączony między punktem neutralnym (bezpośrednio lub przez transformator zygzak, zob. powiązany poradnik) a ziemią.

Dwa warianty: niskoomowy (LRG) i wysokoomowy (HRG)

NGR celowo ogranicza prąd zwarcia doziemnego do z góry określonej, kontrolowanej wartości, zamiast bardzo wysokiego prądu, jaki wystąpiłby przy solidnie (bezpośrednio) uziemionym punkcie neutralnym. Istnieją dwa powszechne warianty o zasadniczo różnym celu:

• Uziemienie niskoomowe (low-resistance grounding, LRG): ogranicza prąd zwarcia doziemnego zwykle do kilkuset amperów (na przykład 200–400 A, zależnie od systemu) — wystarczająco wysoki dla czułego, szybkiego i łatwo selektywnego zabezpieczenia doziemnego (zob. poradnik o zabezpieczeniu REF), lecz znacznie niższy niż prąd zwarciowy przy solidnie uziemionym punkcie neutralnym, dzięki czemu szkody w miejscu zwarcia są ograniczone.
• Uziemienie wysokoomowe (high-resistance grounding, HRG): ogranicza prąd zwarcia doziemnego zwykle do zaledwie kilku amperów. Przy wystarczająco niskim prądzie zwarciowym instalacja może, podobnie jak przy sieci kompensowanej dławikiem Petersena lub systemie IT, kontynuować pracę przy pierwszym zwarciu bez natychmiastowego wyłączenia, ponieważ prąd zwarciowy jest zbyt mały, aby spowodować znaczną szkodę lub niebezpieczne napięcie dotykowe.

Dlaczego wartość rezystora HRG nie jest dobierana dowolnie

W sieci uziemionej wysokoomowo prąd płynący przez sam rezystor NGR przy zwarciu musi zwykle być co najmniej równy (lub większy niż) całkowity pojemnościowy prąd ładowania sieci — ten sam prąd pojemnościowy, który jest omawiany w poradniku o dławiku Petersena. Jeśli prąd rezystancyjny przez NGR jest zbyt mały w stosunku do tego prądu pojemnościowego, przy wyłączaniu zwarcia może powstać przejściowe przepięcie z powodu niewystarczającego tłumienia energii pojemnościowej. Dławik Petersena rozwiązuje ten problem poprzez aktywną kompensację prądu pojemnościowego przeciwnym prądem indukcyjnym (rezonans); wysokoomowy NGR rozwiązuje ten sam podstawowy problem natomiast poprzez wystarczające tłumienie rezystancyjne prądu — dwa różne mechanizmy dla tego samego celu, a więc nie są to metody zamienne.

Krótkotrwały znamionowy prąd cieplny rezystora NGR

Rezystor NGR jest, w przeciwieństwie do komponentu obciążonego w sposób ciągły, zwykle zaprojektowany na krótkotrwałe obciążenie cieplne — często określane jako zdolność wytrzymania znamionowego prądu zwarciowego przez zwykle 10 sekund — ponieważ zakłada się, że powiązane zabezpieczenie doziemne wyłączy zwarcie znacznie wcześniej niż ten czas. NGR nie jest więc zaprojektowany na wytrzymanie ciągłego zwarcia doziemnego; przekaźnik zabezpieczający ustawiony zbyt wolno w stosunku do znamionowej obciążalności cieplnej rezystora może spalić sam rezystor, zanim zwarcie zostanie wyłączone.

Uwaga: dokładny wybór między uziemieniem niskoomowym a wysokoomowym, wartość rezystora i znamionowa obciążalność cieplna wynikają ze studium sieciowego (poziom prądu zwarciowego, ryzyko przepięcia przejściowego, wymagana selektywność zabezpieczeń) danej instalacji lub operatora sieci; ten artykuł omawia zasadę, a nie gotową tabelę wyboru dla każdego zastosowania.

Dlaczego sieć uziemiona wysokoomowo mimo to potrzebuje nadzoru izolacji

Podobnie jak w systemie IT lub sieci kompensowanej dławikiem Petersena, możliwość kontynuowania pracy przy pierwszym zwarciu nie daje prawa do pozostawienia tego zwarcia niezauważonym: drugie, niezależne zwarcie na innej fazie mogłoby wtedy spowodować znacznie wyższy, nietłumiony prąd zwarciowy między dwoma miejscami zwarcia. Sieć uziemiona wysokoomowo wymaga więc przekaźnika prądowego, który nadzoruje (mały) prąd przez NGR i sygnalizuje zwarcie zaraz po jego wystąpieniu, aby można je było zlokalizować i usunąć, zanim rozwinie się drugie zwarcie.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie instalacji średniego napięcia z uziemieniem rezystancyjnym ważne jest zrozumienie, który z dwóch wariantów zastosowano: sieć uziemiona niskoomowo jest zaprojektowana do szybkiego wyłączania zwarcia doziemnego, podczas gdy sieć uziemiona wysokoomowo jest zaprojektowana właśnie do kontynuowania pracy przy pierwszym zwarciu — z towarzyszącym obowiązkiem terminowego wykrycia i usunięcia tego pierwszego zwarcia za pomocą nadzoru.

Częste błędy

1. Mylenie uziemienia niskoomowego z wysokoomowym — pierwsze jest przeznaczone do szybkiego wyłączania, drugie właśnie do kontynuowania pracy przy pierwszym zwarciu.
2. Mylenie wysokoomowego NGR z dławikiem Petersena — oba ograniczają prąd zwarcia doziemnego, lecz zasadniczo różnym mechanizmem (tłumienie rezystancyjne kontra aktywna kompensacja indukcyjna).
3. Założenie, że sieć uziemiona wysokoomowo nie potrzebuje nadzoru izolacji, ponieważ prąd zwarciowy i tak jest mały — podobnie jak w systemie IT, pierwsze zwarcie musi być mimo to zasygnalizowane i usunięte.
4. Ignorowanie cieplnej (czasowej) obciążalności rezystora NGR przy ustawianiu powiązanego zabezpieczenia doziemnego — zbyt wolne ustawienie przekaźnika może spalić rezystor, zanim zwarcie zostanie wyłączone.

Powiązane materiały

• Dławik Petersena (dławik gaszenia łuku) — sieci uziemione rezonansowo
• Transformator uziemiający zygzak — sztuczny punkt neutralny dla sieci bez naturalnego punktu zerowego
• Zabezpieczenie restricted earth fault (REF) — 64N/87N
• System IT i nadzór izolacji (IMD) — detekcja pierwszego zwarcia