Временное перенапряжение из-за замыкания на землю в сети высокого напряжения (§442) — почему подъём потенциала на подстанции достигает низковольтной установки

В гиде по защите от перенапряжений (SPD) рассматривается импульсное перенапряжение — кратковременные всплески от удара молнии или коммутационных операций, устраняемые с помощью УЗИП по §534. §442 рассматривает принципиально другой вид перенапряжения: временный, промышленной частоты подъём напряжения, вызванный замыканием на землю в сети (среднего) высокого напряжения, подключённой к низковольтной установке через ту же трансформаторную подстанцию.

Как повреждение в сети высокого напряжения достигает низковольтной установки

При замыкании на землю в сети среднего напряжения (например, пробой кабеля СН на землю) через заземляющее устройство трансформаторной подстанции протекает ток замыкания на землю. Через сопротивление заземления этого устройства данный ток замыкания вызывает временное повышение потенциала — обозначаемое Uf — на собственном заземлении подстанции.

Когда нейтраль (N/PEN) низковольтной сети подключена к тому же заземляющему устройству подстанции — как это обычно бывает при системе TN — это временное повышение потенциала напрямую распространяется на низковольтную установку, даже несмотря на то, что само повреждение полностью находится на стороне среднего напряжения.

Что регулирует стандарт: величина и длительность, а не единый жёсткий предел

§442 устанавливает, что величина и длительность напряжения промышленной частоты на изоляции низковольтного оборудования, вызванного замыканием на землю в сети высокого напряжения, не должны превышать значений таблицы 44A стандарта. Лежащий в основе принцип: чем выше возникшее напряжение Uf, тем короче оно может сохраняться до того, как повреждение в сети высокого напряжения должно быть устранено — кратковременный высокий всплеск может быть приемлемым там, где длительное повышенное напряжение — нет.

Обратите внимание: эта статья описывает лежащий в основе принцип (зависимость величина-длительность, связанная с Uf и временем отключения защиты высокого напряжения). Точные значения напряжения и допустимое время отключения из самой таблицы 44A необходимо для конкретной оценки уточнять по полному тексту стандарта, а не восстанавливать по памяти.

Почему это важно для монтажника, а не только для сетевой компании

На первый взгляд, эта тема полностью относится к сетевой компании — само замыкание на землю происходит в сети среднего напряжения, далеко от собственной установки. Тем не менее это важно для того, кто проектирует или оценивает низковольтную установку:

• Соединение между нейтралью низковольтной сети и заземляющим устройством трансформаторной подстанции (характерное для TN) — это именно тот механизм, через который временное перенапряжение со стороны высокого напряжения может распространиться на собственную установку.
• Это отдельная, дополнительная причина корректно оценивать заземляющее устройство и подключение к сети, отличная от обычных соображений относительно тока замыкания на землю и напряжения повреждения внутри самой установки.

Практическая значимость

Для большинства повседневных монтажных работ эта тема не является предметом активного расчёта или измерения — оценка Uf и времени отключения защиты высокого напряжения на практике является задачей сетевой компании и проектировщика подстанции. Для монтажника это важно прежде всего как фоновое знание: оно объясняет, почему заземляющее устройство сети и собственная установка не полностью независимы друг от друга, даже если собственная низковольтная установка на первый взгляд выглядит как замкнутая, независимая система.

Частые ошибки

1. Предположение, что повреждение в сети среднего напряжения никогда не может повлиять на собственную низковольтную установку — при системе TN с общим заземляющим устройством такой механизм вполне присутствует.
2. Путаница между §442 и §534 (УЗИП/импульсное перенапряжение) — §442 касается временного повышения напряжения промышленной частоты через заземляющее устройство при повреждении в сети высокого напряжения, а не кратковременного всплеска от молнии или коммутации.
3. Предположение, что всегда применяется единое, универсальное значение напряжения — стандарт явно связывает допустимое напряжение со временем отключения защиты высокого напряжения (таблица 44A), а не с фиксированным, не зависящим от времени пределом.

Связанные материалы

• Защита от перенапряжений (УЗИП) — §534
• Обрыв PEN-проводника в TN-C-S
• Заземляющие электроды и фундаментное заземление