Эффективно заземленной нейтралью называется заземленная нейтраль трехфазной электросети с напряжением более 1 кВ, у которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.
Что это значит? Напряжение между фазой и землей в случае замыкания одной или двух других фазных проводников на землю нужно разделить на напряжение между фазой и землей в данной точке до момента замыкания на землю, и частное не должно оказаться больше 1,4.
Другими словами, если замыкание фазы на землю происходит в трехфазной сети с изолированной нейтралью, то напряжение между остальными фазами и землей возрастает примерно в 1,73 раза, в то же самое время, для сети с эффективно заземленной нейтралью это значение не превышает 1,4.
Данный аспект важен если речь идет о сетях высокого напряжения, где благодаря эффективно заземленной нейтрали нет необходимости увеличивать количество изоляции в оборудовании и в самих сетях, то есть производство сетей и аппаратов, которые будут работать в условиях с эффективно заземленной нейтралью всегда окажется дешевле.
Международная электротехническая комиссия рекомендует сети сверхвысокого и высокого напряжения, с соединенными с землей нейтралями, либо с нейтралями, соединенными с землей через малое активное сопротивление, относить к сетям с эффективно заземленной нейтралью. В частности в России сети напряжением от 110 кВ относятся к сетям с эффективно заземленной нейтралью.
Согласно правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей, для сетей с эффективно заземленной нейтралью регламентировано максимальное сопротивление заземляющего устройства в 0,5 Ом с учетом естественного заземления, причем искусственное заземляющее устройство не должно иметь сопротивление больше 1 Ом. Это касается электроустановок с напряжением от 1 кВ, у которых ток замыкания на землю превышает 500 А.
Данное положение диктуется необходимостью прохождения через устройство больших токов в случае короткого замыкания на землю, когда напряжение сети является сверхвысоким или высоким, и требованием ограничить напряжение между исправными фазами и землей, дабы понизить в условиях аварии опасные превышения шаговых напряжений и напряжений прикосновения, а также выносов потенциалов за пределы подстанции.
Необходимо равномерное распределение потенциалов на территории подстанции, а также исключение возникновения шаговых напряжений на расстоянии от подстанции, что достигается применением устройств выравнивания потенциалов, являющихся обязательной частью заземляющих устройств для эффективно заземляемых нейтралей.
Важные нюансы и требования при выполнении заземляющих устройств для сетей с эффективно заземленными нейтралями привносят трудности в их расчет и возведение, делают эти сооружения материалоемкими, особенно если грунт обладает высоким удельным сопротивлением, как то скальный, каменистый или песчаный грунт. Условия возведения оказываются стесненными.
Безусловно, некоторые так называемые недостатки свойственны сетям с эффективно заземленной нейтралью, и они типичны. Через заземленную нейтраль трансформатора, при коротком замыкании на землю, возникает значительный ток короткого замыкания, и это должно быстро устраняться отключением, благодаря устройствам релейной защиты.
Главным образом короткие замыкания на землю в высоковольтных сетях от 110 кВ самоустраняются, и благодаря устройствам автоматического повторного включения электроснабжение восстанавливается. Для возможности отвода больших токов сооружают контуры заземления, которые получаются, однако, дорогими.
Токи однофазного короткого замыкания на землю, в случае большого количества заземленных трансформаторных нейтралей, могут превышать ток трехфазного замыкания, и, чтобы устранить такое положение вещей, вводят режим частичного разземления трансформаторных нейтралей, для этого часть трансформаторов (110-220 кВ) не заземляют, их нейтрали изолируют, соединяя с разомкнутыми разъединителями. Либо ограничивают ток короткого замыкания трансформатора на землю путем заземления его нейтрали через специальное активное сопротивление.
Для каждого из участков сети путем расчетов находят минимальное количество заземленных нейтралей. Исходя из требований к релейной защите для поддержания токов замыкания на землю на определенном уровне, и с целью обеспечения защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений, выбирают подходящие точки заземления энергосистемы.
Дело в том, что трансформаторы на 110 — 220 кВ, традиционно для наших производителей, отличаются пониженной изоляцией нейтралей, например для трансформаторов на 110 кВ с регулировкой напряжения под нагрузкой, изоляция нейтрали соответствует 35 кВ, поскольку со стороны нейтрали включаются переключающие устройства с классом изоляции 35 кВ. Это же касается и трансформаторов на 220 кВ. Экономический эффект получается значительным.
Такие трансформаторы предназначены для работы в сетях с эффективно заземленной нейтралью, и напряжение при коротком замыкании на землю с таких сетях не превысит трети линейного значения, то есть 42 кВ для 110 кВ.
Для защиты от перенапряжений разземленных нейтралей, для защиты в ненагруженных режимах при неполнофазных включениях или отключениях трансформаторов с изолированными нейтралями, применяют устройства защиты от кратковременных перенапряжений — вентильные разрядники. Нейтрали защищают разрядниками на предельно допустимое напряжение гашения в 50 кВ.