Wydział Elektrotechniki, Automatyki,
Informatyki i Elektroniki
Katedra Elektrotechniki i Elektroenergetyki
SPOSOBY POA

CZENIA Z ZIEMI

PUNKTU NEUTRALNEGO SIECI
ELEKTROENERGETYCZNYCH
Waldemar Szpyra
Waldemar Szpyra
B-1, pok. 112b, tel.: [phone],
B-1, pok. 112b, tel.: [phone],
e-mail: [e-mail]
e-mail: [e-mail]
Kraków 11 czerwca 2008
Literatura
1. Anderson E.: Badania przepięć wewnętrznych w sieci
kablowej 15 kV przy rozmaitych sposobach uziemienia
punktu zerowego. Energetyka nr 171,
2. Horak J. Popczyk J.:  Eksploatacja
elektroenergetycznych sieci rozdzielczych WNT
Warszawa 1985.
3. Marzecki J.:  Miejskie sieci elektroenergetyczne Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1996.
4. Marzecki J.: Rozdzielcze sieci elektroenergetyczne. Wyd.
Naukowe PWN, Warszawa 2001.
5. Pod red. Szczęsnego Kujszczyka.:  Elektroenergetyczne
sieci rozdzielcze Tom 1 i 2. Wyd. Pol. Warszawskiej,
Warszawa 2004.
6. Przepisy Budowy Urządzeń Elektrycznych Zeszyt 6 i 7.
 Ochrona przeciwpora\
eniowa w urządzeniach
elektroenergetycznych..... . Wyd. I
1
Sposoby połączenia z ziemią punktu
Sposoby połączenia z ziemią punktu
neutralnego sieci elektroenergetycznych
neutralnego sieci elektroenergetycznych
Przepisy budowy urządzeń elektrycznych [6]
Przepisy budowy urządzeń elektrycznych [6]
przewidują następujące sposoby łączenia z ziemią
punktu neutralnego (p.n.) sieci
elektroenergetycznych
a) sieć z izolowanym punktem neutralnym,
a) sieć z izolowanym punktem neutralnym,
b) sieć kompensowana  z punktem neutralnym
b) sieć kompensowana  z punktem neutralnym
uziemionym przez reaktancję indukcyjną,
uziemionym przez reaktancję indukcyjną,
c) sieć z uziemionym punktem neutralnym.
c) sieć z uziemionym punktem neutralnym.
Sieć z izolowanym punktem neutralnym
Sieć z izolowanym punktem neutralnym  jest to
Sieć z izolowanym punktem neutralnym
sieć, w której nie ma zamierzonego połączenia
punktu neutralnego z ziemią albo mająca połączenie
punktu neutralnego z ziemią przez du\
ą impedancję
urządzeń sygnalizacyjnych, pomiarowych lub
zabezpieczeniowych.
2
Sieć kompensowana
Sieć kompensowana  jest to sieć, której punkt
Sieć kompensowana
neutralny jest połączony z ziemią przez reaktancję
indukcyjną (dławik) tak dobraną, aby w przypadku
łukowego zwarcia jednofazowego z ziemią
następowała kompensacja składowej
pojemnościowej prądu, w stopniu umo\
liwiającym
samoczynne gaśnięcie łuku.
Sieć z uziemionym punktem neutralnym
Sieć z uziemionym punktem neutralnym  jest to
Sieć z uziemionym punktem neutralnym
sieć, której punkt neutralny jest połączony z
ziemią bezpośrednio albo przez rezystancję lub
reaktancję indukcyjną o wartości umo\
liwiającej:
a) w sieciach średniego i wysokiego napięcia
zmniejszenie przepięć ziemnozwarciowych i
stworzenie lepszych warunków działania
zabezpieczeń ziemnozwarciowych,
b) w sieciach niskiego napięcia stworzenie
właściwych warunków ochrony
przeciwpora\
eniowej w zakłóceniowych
stanach pracy.
3
Współczynnik zwarcia doziemnego
Uziemienie punktu neutralnego sieci wysokiego
napięcia charakteryzuje współczynnik zwarcia
doziemnego:
U
fk
kc = (1)
U
fn
gdzie:
Ufk  skuteczna wartość najwy\
szego napięcia o
częstotliwości znamionowej, występująca w
czasie zwarcia doziemnego między zdrową
fazą a ziemią,
Ufn  skuteczna wartość napięcia fazowego, która
występuje w miejscu zwarcia w normalnych
warunkach ruchowych.
Kryteria oceny ró\
nych sposobów połączeń
punktu neutralnego sieci z ziemią
Przy ocenie danego sposobu połączenia punktu
neutralnego z ziemią nale\
y brać pod uwagę
następujące kryteria:
1) wartość przepięć ziemnozwarciowych,
2) warunki działania zabezpieczeń
ziemnozwarciowych,
3) oddziaływanie prądu ziemnozwarciowego na
środowisko,
4) ciągłość dostawy energii do odbiorców,
5) koszty wykonania danego układu połączenia
punktu neutralnego z ziemią.
4
Sposoby połączenia obwodu elektrycznego
z ziemią w sieciach niskich napięć
W sieciach nN obwód elektryczny nale\
y odpowiednio
połączyć z ziemią, je\
eli jest zasilany przez transformator
lub przetwornicę o napięciu górnym wy\
szym od l kV.
Wyró\
nia się dwa sposoby połączeń z ziemią:
1) metaliczne połączenie obwodu elektrycznego z
uziomem  robocze uziemienie bezpośrednie (rys. 1a),
2) połączenie obwodu elektrycznego z uziomem przez
bezpiecznik iskiernikowy  robocze uziemienie otwarte
(rys. 1b).
a) b)
Rys. 1. Sposoby połączenia obwodu nN z ziemią: Rr  uziemienie robocze, BI 
bezpiecznik iskiernikowy
Sposoby połączenia obwodu elektrycznego
z ziemią w sieciach niskich napięć
Robocze uziemienie bezpośrednie stosuje się w układach
sieci TN i TT, natomiast robocze uziemienie otwarte w
układzie IT, gdzie:
pierwsza litera w symbolu typu układu oznacza:
T bezpośrednie połączenie określonego punktu (lub
punktów) sieci z ziemią,
I  izolowanie wszystkich części sieci od ziemi lub połączenie
przez rezystor (impedor) określonego punktu sieci z
ziemią;
druga litera oznacza:
N  połączenie zacisku ochronnego PE urządzenia (odbiornika)
z punktem neutralnym sieci,
T  połączenie zacisku ochronnego PE urządzenia (odbiornika)
z ziemią.
5
Sposoby połączenia obwodu elektrycznego z
ziemią w sieciach niskich napięć
Robocze uziemienie bezpośrednie  stosuje się najczęściej
Robocze uziemienie bezpośrednie
w przypadku, gdy dostępny jest punkt neutralny po
stronie niskiego napięcia transformatora obni\
ającego
(uzwojenie nN transformatora połączone jest w gwiazdę).
Robocze uziemienie otwarte  stosuje się gdy punkt
Robocze uziemienie otwarte
neutralny po stronie nN jest niedostępny (uzwojenie nN
połączone jest w trójkąt), np. w sieciach prądu
przemiennego 3�220 V i 3�500 V oraz w sieciach prądu
stałego 2�220 V (za wyjątkiem trakcji elektrycznej).
za wyjątkiem trakcji elektrycznej
Bezpiecznik iskiernikowy  stosowany przy uziemieniu
Bezpiecznik iskiernikowy
otwartym stanowią dwie metalowe elektrody (płytki),
pomiędzy którymi umieszczona jest dziurkowana
przekładka mikowa ulegająca przebiciu po przekroczeniu
pewnej wartości występującego na niej napięcia.
Cel połączenia obwodu elektrycznego z
ziemią w sieciach niskich napięć
Celem stosowania bezpośredniego lub otwartego uziemienia
roboczego jest zapewnienie bezpiecznej dla otoczenia pracy
urządzeń w warunkach normalnych i zakłóceniowych, gdy nastąpi
przebicie izolacji między uzwojeniami średniego i niskiego napięcia
transformatora (rys. 2).
Rys. 2. Prąd ziemnozwarciowy Ik płynący przez uziemienie robocze Rr, i pojemności
doziemne CL2 i CL3 faz sieci średniego napięcia w przypadku przebicia izolacji między
fazą L1 a punktem neutralnym transformatora po stronie niskiego napięcia
6
Rezystancja uziemienia roboczego
Przebicie izolacji między uzwojeniami średniego i niskiego
napięcia transformatora nie stwarza zagro\
enia pora\
eniowego,
je\
eli rezystancja uziemienia roboczego Rr d" 5 &! i jednocześnie
spełnia warunek:
50 V
Rr d" ,
(2)
'
Ik'
"
Ik
przy czym za występującą we wzorze (2) wartość prądu
przyjmuje się:
I  wartość prądu, która powoduje zadziałanie zabezpieczenia
nadprądowego po stronie średniego napięcia
transformatora;
II  wartość prądu jaki mo\
e płynąć przez uziom roboczy w
warunkach zakłóceniowych po przebiciu izolacji między
uzwojeniami górnego i dolnego napięcia lub po przebiciu
izolacji uzwojeń górnego napięcia do kadzi transformatora.
Wartość prądu powodująca zadziałanie
zabezpieczenia
Wartość prądu powodująca zadziałanie zabezpieczenia oblicza
się zale\
ności:
1) gdy zabezpieczenie stanowi bezpiecznik topikowy
współpracujący z rozłącznikiem mocy:
"
Ik = k Ib (3)
2) gdy zabezpieczenie stanowi wyłącznik współpracujący z
wyzwalaczem lub przekaz
nikiem zwarciowym:
"
Ik = k Izn (4)
w których:
Ib  prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej,
Izn  prąd nastawczy wyzwalacza lub przekaz
nika zwarciowego,
k  krotność prądu zabezpieczenia:
k = 2.5 dla wkładki bezpiecznikowej o działaniu szybkim
i prądzie znamionowym Ib d" 100 A,
k = 1.2 dla wyzwalacza lub przekaz
nika zwarciowego
bezzwłocznego.
7
Wartość prądu powodująca zadziałanie
zabezpieczenia
Uziemienie ochronne kadzi i uziemienie robocze strony nN
Uziemienie ochronne kadzi
transformatora w praktyce mają wspólny uziom. Przebicie
izolacji uzwojeń górnego napięcia do kadzi powoduje przepływ
prądu ziemnozwarciowego przez uziom roboczy stacji.
Wartość prądu ziemnozwarciowego zale\
y m.in. od sposobu
połączenia z ziemią punktu neutralnego sieci SN w stacji
110 kV/SN, z której zasilany jest dany transformator SN/nN.
Wartość tę określa się w następujący sposób:
"
3) W sieci SN z izolowanym punktem neutralnym wartość k
I
przyjmuje się równą pojemnościowemu prądowi zwarcia
jednofazowego doziemnego w tej sieci;
"
Ik
4) W kompensowanej sieci SN wartość przyjmuje się równą
20% wartości pojemnościowego prądu jednofazowego
zwarcia doziemnego.
5) W sieci SN z bezpośrednim lub małooporowym połączeniem
"
Ik
punktu neutralnego z ziemią za przyjmuje się prąd
zwarciowy początkowy jednofazowego zwarcia z ziemią
Rezystancja uziemienia
Wymaganą wartość rezystancji uziemienia roboczego
według wzoru (2) oblicza się dwukrotnie. Raz przyjmując
"
Ik
za wartość określoną wg punktu 1 lub 2, a drugi raz 
wartość określoną według jednego z punktów 3, 4 lub 5.
Za obowiązujący mo\
na przyjąć tańszy do wykonania
wynik (o większej wartości liczbowej) spełniający
wymagania przepisów, tj.:
ograniczenie napięcia na uziemieniu roboczym do 50 V,
lub, odpowiednio szybkie wyłączenie prądu zwarcia
płynącego przez to uziemienie, gdy napięcie na
uziemieniu przekroczy 50 V.
8
Przykład
Obliczyć wartości rezystancji uziemień roboczych
transformatora SN/nN zabezpieczonego po stronie SN
bezpiecznikami o działaniu szybkim i prądzie
znamionowym wkładki bezpiecznikowej Ib = 20 A.
Obliczenia nale\
y dla dwóch zasilania transformatora:
(1) Transformator jest zasilany z kompensowanej sieci
SN, w której prąd jednofazowego zwarcia z ziemią
przy wyłączonej kompensacji wynosi Ik = 90 A;
(2) Transformator jest zasilany z sieci SN z uziemionym
przez rezystor punktem neutralnym, a prąd zwarciowy
początkowy jednofazowego zwarcia z ziemią wynosi
Ik = 500 A.
Rozwiązanie dla przypadku (1)
"
Ik
1) Wartość prądu obliczona ze wzoru (3) wyniesie:
"
Ik = k Ib = 2.5� 20 = 50 A,
"
2) Wartość prądu z warunku 4) wyniesie:
Ik
"
Ik = 0.2� 90 = 18 A,
3) Rezystancja uziemienia wg wzoru (2):
- dla prądu obliczonego wg wzoru (3):
50V 50 V
Rr d" = = 1 &!,
"
50 A
Ik
- dla prądu wg określonego z warunku 4):
50V 50 V
Rr d" = = 2.8 &! .
"
18 A
Ik
Za obowiązujący mo\
na przyjąć wynik Rr d" 2.8 &!.
Przy tej wartość Rr nie nastąpi dostatecznie szybkiego stopnienie
wkładki bezpiecznikowej (18 A< 50 A), ale napięcie ra\
enia nie
przekroczy 50 V.
9
Rozwiązanie dla przypadku (2)
"
1) Rezystancja obliczona dla prądu obliczonego wg wzoru
Ik
(3) będzie taka sama jak w przypadku (1) i wyniesie:
Rr d" 1 &!,
"
Ik
2) Przyjmując za wartość prądu zwarciowego początkowego
dla jednofazowego zwarcia z ziemią Iz = 500 A, otrzymuje
się:
50V 50 V
Rr d" = = 0.1 &! .
"
500 A
Ik
Za obowiązujący mo\
na przyjąć wynik Rr d" 1 &!.
Taka wartość Rr gwarantuje, \
e przy zwarciu doziemnym w
transformatorze, napięcie punktu uziemionego względem ziemi
będzie większe od 50 V, ale zostanie dostatecznie szybko odłączone.
Sposoby połączenia punktu neutralnego
sieci SN z ziemią
Przepisy budowy urządzeń elektrycznych [6] dopuszczają
następujące sposoby połączenia punktu neutralnego tych sieci
z ziemią:
1) W sieci kablowej i kablowo-napowietrznej (o znacznej
przewadze linii kablowych) punkt neutralny mo\
e być
izolowany, je\
eli pojemnościowy prąd zwarcia z ziemią
nie przekracza 50 A,
2) W sieci napowietrznej lub napowietrzno-kablowej punkt
neutralny mo\
e być izolowany, je\
eli pojemnościowy prąd
zwarcia z ziemią nie przekracza wartości granicznych
podanych w tabeli poni\
ej.
Napięcie znamionowe
3�6 10 15� 30�40 60
�20
�
�
sieci, w kV
Pojemnościowy prąd
30 20 15 10 5
zwarcia z ziemią, w A
10
Sposoby połączenia punktu neutralnego
sieci SN z ziemią
3) W sieciach, w których zabezpieczenia zapewniają wyłączanie
zwarć z ziemią, dopuszcza się w formie próby izolowanie
punktu neutralnego niezale\
nie od wartości pojemnościowego
prądu zwarcia z ziemią,
4) W sieciach, w których pojemnościowy prąd zwarcia z ziemią
przekracza wartości podane w pkt. 1 lub w pkt. 2 i nie jest
spełniony warunek podany w pkt. 3, zgodnie z przepisami
nale\
y stosować jedno z następujących rozwiązań:
a) kompensację pojemnościowego prądu zwarcia z ziemią
(zalecaną przy sieciach napowietrznych lub napowietrzno-
kablowych),
b) uziemienie punktu neutralnego przez rezystancję lub
reaktancję indukcyjną.
Ze względu na ró\
ną specyfikę sieci kablowej i napowietrznej,
ujawniającą się m.in. przy zwarciach jednofazowych z ziemią,
zaleca się, aby nie łączyć galwanicznie sieci kablowej z siecią
napowietrzną.
Kompensacja prądu ziemnozwarciowego
Urządzenia do kompensacji (dławiki gaszące,
transformatory gaszące) powinny być tak
rozmieszczone w sieci, aby zapewniały kompensację
pojemnościowego prądu zwarcia z ziemią we
wszystkich normalnych układach ruchowych sieci.
Zaleca się umieszczenie urządzeń do kompensacji w
stacjach zasilających transformatorowo-rozdzielczych
110 kV/SN i stwarzanie takich układów sieciowych, aby
naturalny pojemnościowy prąd zwarcia z ziemią nie
przekraczał wartości 200 A.
11
Rozstrojenie kompensacji prądu
ziemnozwarciowego
Dla uniknięcia powstawania nieustalonych przepięć
rezonansowych przy zwarciach jednofazowych z ziemią
zaleca się utrzymywanie stanu pewnego rozstrojenia
kompensacji prądu ziemnozwarciowego.
Zaleca się stosowanie urządzenia do kompensacji z płynną
regulacją prądu indukcyjnego, wyposa\
onego w
automatykę samoczynnej regulacji rozstrojenia.
Stopień rozstrojenia kompensacji sieci określa się z
zale\
ności:
IL - IC
S = �"100%
(5)
IC
gdzie:
IL  suma prądów indukcyjnych urządzeń do kompensacji
przyłączonych do sieci,
IC  pojemnościowy prąd jednofazowego zwarcia z ziemią.
Rozstrojenie kompensacji prądu
ziemnozwarciowego
Rozstrojenie kompensacji sieci powinno być utrzymane w
granicach:
S = { 5 % � 15%}, z wyjątkiem krótkotrwałych stanów
zakłóceniowych w sieci,
S = {5% � 15%}  w sieciach o du\
ej asymetrii
pojemnościowej faz.
W przypadku uziemienia punktu neutralnego przez rezystancję
lub reaktancję indukcyjną, rezystor lub dławik nale\
y przyłączyć
do punktu gwiazdowego transformatora uziemiającego lub do
punktu gwiazdowego transformatora mocy.
Gdy impedancja tych transformatorów jest wystarczająco du\
a,
by mo\
na było prąd jednofazowego zwarcia z ziemią ograniczyć
do wartości dopuszczalnej, punkt gwiazdowy transformatora
mo\
na uziemić bezpośrednio.
12
Wpływ sposobu połączenia z ziemią
punktu neutralnego sieci SN na
przepięcia ziemnozwarciowe
Przepięcia ziemnozwarciowe, ze względu na ich
wartość i częstość występowania, stanowią du\
e
zagro\
enie dla izolacji urządzeń sieciowych.
Opracowano wiele teorii opisujących mechanizmy
rozwoju przepięć ziemnozwarciowych, zwłaszcza
podczas zwarć łukowych przerywanych.
śadna z opracowanych dotychczas teorii nie wyjaśnia
śadna z opracowanych dotychczas teorii nie wyjaśnia
wystarczająco zjawisk występujących w sieciach
wystarczająco zjawisk występujących w sieciach
rzeczywistych.
rzeczywistych
W tabeli 2 zestawiono maksymalne wartości
współczynników przepięć km, otrzymane z pomiarów
dla ró\
nych sposobów połączenia punktu neutralnego
z ziemią:
Zale\
ność współczynnika przepięć od
sposobu połączenia punktu neutralnego
sieci z ziemią
Tabela 2. Maksymalne wartości współczynników przepięć
pomierzone w sieci rzeczywistej o napięciu znamionowym 15 kV
Sposób połączenia p.n. z ziemią Współczynnik przepięcia
Izolowany 2.3
Kompensowany przez dławik 2.5
Uziemiony przez indukcyjny
reaktor o wartści: X = 13.5 &! 2.2
X = 6.7 &! 2.1
X = 4.5 &! 2.0
X = 2.0 &! 1.9
Uziemiony przez rezystor o
wartości: R = 17.5 &! 2.00
R = 7.0 &! 1.75
R = 4.8 &! 1.65
13
Rezystancja rezystora uziemiającego
Na podstawie analizy przeprowadzonej przez Petersena
wartość rezystancji rezystora uziemiającego punkt
neutralny powinna się zawierać w przedziale
określonym wzorem:
1
R = (1� 2.5)3 � C0
(6)
gdzie:
C0  pojemność sieci dla składowej symetrycznej
zerowej,
�  pulsacja prądu.
Dziękuję za uwagę
14
(36)
15
16
17
18
19