Резистивне заземлення (NGR) — низькоомна та високоомна нейтраль, і чому це відрізняється від котушки Петерсена

Посібник про котушку Петерсена розглядає, як резонансно налаштований реактор компенсує ємнісний струм замикання на землю мережі з великою часткою кабельних ліній. Ця стаття розглядає інший основний шлях навмисної відмови від глухого заземлення нейтралі мережі: резистор заземлення нейтралі (NGR), також званий резистивним заземленням, підключений між нейтраллю (безпосередньо або через трансформатор зигзаг, див. пов'язаний посібник) і землею.

Два варіанти: низькоомне (LRG) і високоомне (HRG)

NGR навмисно обмежує струм замикання на землю заздалегідь заданим, керованим значенням, замість дуже високого струму, що виник би при глухо заземленій нейтралі. Існує два поширені виконання з принципово різною метою:

• Низькоомне заземлення (low-resistance grounding, LRG): обмежує струм замикання на землю зазвичай до кількох сотень ампер (наприклад, 200–400 А, залежно від системи) — достатньо високого для чутливого, швидкого та легко координованого захисту від замикання на землю (див. посібник про захист REF), але значно нижчого за струм пошкодження при глухо заземленій нейтралі, що обмежує шкоду в місці пошкодження.
• Високоомне заземлення (high-resistance grounding, HRG): обмежує струм замикання на землю зазвичай лише до кількох ампер. При достатньо малому струмі пошкодження установка може, подібно до мережі, компенсованої котушкою Петерсена, або системи IT, продовжувати роботу при першому замиканні без негайного вимкнення, оскільки струм пошкодження занадто малий, щоб спричинити значну шкоду або небезпечну напругу дотику.

Чому значення резистора HRG не обирається довільно

У мережі з високоомним заземленням струм, що протікає через сам резистор NGR при пошкодженні, зазвичай повинен бути не менше (або більше) повного ємнісного зарядного струму мережі — того ж ємнісного струму, що розглядається в посібнику про котушку Петерсена. Якщо резистивний струм через NGR занадто малий порівняно з цим ємнісним струмом, при вимкненні пошкодження може виникнути перехідна перенапруга через недостатнє демпфування ємнісної енергії. Котушка Петерсена вирішує цю проблему шляхом активної компенсації ємнісного струму протилежним індуктивним струмом (резонанс); високоомний NGR вирішує ту саму основну проблему, навпаки, шляхом достатнього резистивного демпфування струму — два різні механізми для однієї й тієї ж мети, і тому не взаємозамінні методи.

Короткочасний тепловий номінал резистора NGR

На відміну від постійно навантаженого компонента, резистор NGR зазвичай розрахований на короткочасне теплове навантаження — часто характеризоване як здатність витримати номінальний струм пошкодження протягом зазвичай 10 секунд — оскільки очікується, що пов'язаний захист від замикання на землю вимкне пошкодження значно раніше цього часу. Таким чином, NGR не розрахований на безперервне замикання на землю; занадто повільно налаштоване захисне реле відносно теплового номіналу резистора може спалити сам резистор до вимкнення пошкодження.

Увага: точний вибір між низькоомним і високоомним заземленням, значення резистора та тепловий номінал випливають з мережевого дослідження (рівень струму пошкодження, ризик перехідної перенапруги, необхідна селективність захисту) відповідної установки або мережевого оператора; ця стаття розглядає принцип, а не готову таблицю вибору для кожного застосування.

Чому високоомно заземлена мережа все одно потребує контролю ізоляції

Як і в системі IT або мережі, компенсованій котушкою Петерсена, можливість продовжувати роботу при першому пошкодженні не дає права залишати це пошкодження непоміченим: друге, незалежне пошкодження на іншій фазі могло б тоді спричинити значно вищий, недемпфований струм пошкодження між двома місцями пошкоджень. Високоомно заземлена мережа тому потребує струмового реле, що контролює (малий) струм через NGR і сигналізує про пошкодження одразу після його виникнення, щоб його можна було локалізувати та усунути до розвитку другого пошкодження.

Практична значущість

При оцінці установки середньої напруги з резистивним заземленням важливо розуміти, який з двох варіантів застосовано: мережа з низькоомним заземленням спроєктована для швидкого вимкнення замикання на землю, тоді як мережа з високоомним заземленням спроєктована саме для продовження роботи при першому пошкодженні — із супутнім зобов'язанням вчасно виявляти і усувати це перше пошкодження за допомогою контролю.

Часті помилки

1. Плутанина низькоомного і високоомного заземлення — перше призначене для швидкого вимкнення, друге — саме для продовження роботи при першому пошкодженні.
2. Плутанина високоомного NGR з котушкою Петерсена — обидва обмежують струм замикання на землю, але принципово різними механізмами (резистивне демпфування проти активної індуктивної компенсації).
3. Припущення, що високоомно заземлена мережа не потребує контролю ізоляції, оскільки струм пошкодження і так малий — як і в системі IT, перше пошкодження все одно повинно бути просигналізоване й усунене.
4. Ігнорування теплового (часового) номіналу резистора NGR при налаштуванні пов'язаного захисту від замикання на землю — занадто повільне налаштування реле може спалити резистор до вимкнення пошкодження.

Пов'язані матеріали

• Котушка Петерсена (дугогасна котушка) — резонансно-заземлені мережі
• Заземлювальний трансформатор зигзаг — штучна нейтраль для мереж без природної нейтралі
• Захист обмеженого замикання на землю (REF) — 64N/87N
• Система IT і контроль ізоляції (IMD) — виявлення першого пошкодження