Резистивное заземление (NGR) — низкоомная и высокоомная нейтраль, и почему это отличается от катушки Петерсена

Руководство о катушке Петерсена рассматривает, как резонансно настроенный реактор компенсирует ёмкостный ток замыкания на землю сети с большой долей кабельных линий. Эта статья рассматривает другой основной путь намеренного отказа от глухого заземления нейтрали сети: резистор заземления нейтрали (NGR), также называемый резистивным заземлением, подключённый между нейтралью (напрямую или через трансформатор зигзаг, см. связанное руководство) и землёй.

Два варианта: низкоомное (LRG) и высокоомное (HRG)

NGR намеренно ограничивает ток замыкания на землю заранее заданным, управляемым значением, вместо очень высокого тока, который возникал бы при глухо заземлённой нейтрали. Существует два распространённых исполнения с принципиально разной целью:

• Низкоомное заземление (low-resistance grounding, LRG): ограничивает ток замыкания на землю обычно до нескольких сотен ампер (например, 200–400 А, в зависимости от системы) — достаточно высокого для чувствительной, быстрой и легко координируемой защиты от замыкания на землю (см. руководство о защите REF), но значительно ниже тока повреждения при глухо заземлённой нейтрали, что ограничивает ущерб в месте повреждения.
• Высокоомное заземление (high-resistance grounding, HRG): ограничивает ток замыкания на землю обычно всего до нескольких ампер. При достаточно малом токе повреждения установка может, подобно сети, компенсированной катушкой Петерсена, или системе IT, продолжать работу при первом замыкании без немедленного отключения, поскольку ток повреждения слишком мал, чтобы вызвать значительный ущерб или опасное напряжение прикосновения.

Почему значение резистора HRG не выбирается произвольно

В сети с высокоомным заземлением ток, протекающий через сам резистор NGR при повреждении, обычно должен быть не менее (или больше) полного ёмкостного зарядного тока сети — того же ёмкостного тока, рассматриваемого в руководстве о катушке Петерсена. Если резистивный ток через NGR слишком мал по сравнению с этим ёмкостным током, при отключении повреждения может возникнуть переходное перенапряжение из-за недостаточного демпфирования ёмкостной энергии. Катушка Петерсена решает эту проблему путём активной компенсации ёмкостного тока противоположным индуктивным током (резонанс); высокоомный NGR решает ту же основную проблему, напротив, путём достаточного резистивного демпфирования тока — два разных механизма для одной и той же цели, и поэтому не взаимозаменяемые методы.

Кратковременный тепловой номинал резистора NGR

В отличие от постоянно нагруженного компонента, резистор NGR обычно рассчитан на кратковременную тепловую нагрузку — часто характеризуемую как способность выдержать номинальный ток повреждения в течение обычно 10 секунд — поскольку ожидается, что связанная защита от замыкания на землю отключит повреждение значительно раньше этого времени. Таким образом, NGR не рассчитан на непрерывное замыкание на землю; слишком медленно настроенное защитное реле относительно теплового номинала резистора может сжечь сам резистор до отключения повреждения.

Внимание: точный выбор между низкоомным и высокоомным заземлением, значение резистора и тепловой номинал вытекают из сетевого исследования (уровень тока повреждения, риск переходного перенапряжения, требуемая селективность защиты) соответствующей установки или сетевого оператора; эта статья рассматривает принцип, а не готовую таблицу выбора для каждого применения.

Почему высокоомно заземлённая сеть всё равно нуждается в контроле изоляции

Как и в системе IT или сети, компенсированной катушкой Петерсена, возможность продолжать работу при первом повреждении не даёт права оставлять это повреждение незамеченным: второе, независимое повреждение на другой фазе могло бы тогда вызвать значительно более высокий, недемпфированный ток повреждения между двумя местами повреждений. Высокоомно заземлённая сеть поэтому требует токового реле, контролирующего (малый) ток через NGR и сигнализирующего о повреждении сразу после его возникновения, чтобы его можно было локализовать и устранить до развития второго повреждения.

Практическая значимость

При оценке установки среднего напряжения с резистивным заземлением важно понимать, какой из двух вариантов применён: сеть с низкоомным заземлением спроектирована для быстрого отключения замыкания на землю, тогда как сеть с высокоомным заземлением спроектирована именно для продолжения работы при первом повреждении — с сопутствующим обязательством своевременно обнаруживать и устранять это первое повреждение с помощью контроля.

Частые ошибки

1. Путаница низкоомного и высокоомного заземления — первое предназначено для быстрого отключения, второе — именно для продолжения работы при первом повреждении.
2. Путаница высокоомного NGR с катушкой Петерсена — оба ограничивают ток замыкания на землю, но принципиально разными механизмами (резистивное демпфирование против активной индуктивной компенсации).
3. Предположение, что высокоомно заземлённая сеть не нуждается в контроле изоляции, поскольку ток повреждения и так мал — как и в системе IT, первое повреждение всё равно должно быть просигнализировано и устранено.
4. Игнорирование теплового (временного) номинала резистора NGR при настройке связанной защиты от замыкания на землю — слишком медленная настройка реле может сжечь резистор до отключения повреждения.

Связанные материалы

• Катушка Петерсена (дугогасящая катушка) — резонансно-заземлённые сети
• Заземляющий трансформатор зигзаг — искусственная нейтраль для сетей без естественной нейтрали
• Защита от ограниченного замыкания на землю (REF) — 64N/87N
• Система IT и контроль изоляции (IMD) — обнаружение первого повреждения