Что такое селективность автоматических выключателей + принципы расчета селективности

Селективность автоматических выключателей

Давайте разберемся, что такое селективность автоматических выключателей. При перегрузке или коротком замыкании в линии электросети должен сработать автоматический выключатель. При этом нам хочется, чтобы отключилась минимальная часть потребителей, а остальные продолжали работать. При правильно настроенной селективности, должен сработать только автомат аварийной линии, а групповой автомат должен остаться включенным. Таким образом, селективность автоматических выключателей – это такой подбор устройств в одной системе, при котором в случае аварийной ситуации на любом ее участке, отключение производилось одним автоматом, который отвечает только за данный участок, а другие автоматы при этом не срабатывали. Другими словами, селективность — согласование работы установленных последовательно защитных аппаратов таким образом, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания отключалась только та часть установки, в которой возникла неисправность.

Какая может быть селективность при защите, построенной на обычных модульных автоматических выключателях? Мы располагаем выбором номинального тока и характеристики срабатывания: B, C и D. Невелик выбор, но не у всех есть возможность даже этим набором располагать: автоматы типов B и D продаются далеко не во всех магазинах. Еще одна проблема – далеко не везде токи КЗ достигают величины, достаточной для срабатывания автоматов с характеристикой D. Если промышленные автоматы могут иметь фиксированную или регулируемую выдержку времени при срабатывании, то модульные автоматы такой роскоши не позволяют. Рассмотрим типичный пример щитка квартиры или небольшого дома:

Здесь мы видим общий вводной автомат на 25А с характеристикой срабатывания С, две отходящих линии на розетки, защищенных автоматами С16, и одну линию на освещение, защищенную автоматом В10. В зоне перегрузки обычно селективность соблюдается, а вот в зоне короткого замыкания не всё так просто. Ток срабатывания мгновенного расцепителя у автоматов типа В находится в пределах (3÷5)In, а у автоматов типа С в пределах (5÷10)In. Причем заранее неизвестно, какая будет кратность срабатывания у конкретного автомата.

Например, у одного выключателя с характеристикой С она может быть равна 5, у другого из этой же коробки – 8 или 10. Допустим, мгновенный расцепитель АВ0 срабатывает при 5In, АВ1 – при 5In, АВ2 – при 10Inа ток короткого замыкания в точках К2-К4 равен 150А. При замыкании в точке К2 ток будет достаточен для срабатывания как АВ1, так и АВ0, с точкой К4 ситуация аналогичная. Какой из двух автоматов сработает раньше, либо они сработают оба – неизвестно, как получится. При замыкании в точке К3 автомат АВ2 по отсечке вообще не сработает, АВ0 отключится раньше. То есть селективности при коротком замыкании у нас нет вообще.

При токе замыкания 100А ситуация будет получше, потому что мгновенный расцепитель АВ0 при этом токе не будет срабатывать. АВ1 и АВ3 сработают мгновенно, а вот более грубый АВ2 так же, как и АВ0 будет работать в зоне перегрузки. Обратимся к графику. Для АВ0 кратность тока равна 4, время срабатывания от 2 до 6 секунд. Для АВ2 кратность равна 6, время срабатывания от 1 до 3.5 секунд. Тоже есть вероятность того, что АВ0 сработает раньше. Тоже нет полной селективности.

Мы рассмотрели довольно малые токи короткого замыкания, которые обычно бывают в слабых, сильно перегруженных сетях, либо на отдаленных розетках, в удлинителях и т.п. Чаще они имеют более высокие значения, и при этом все автоматы работают в зоне отсечки. И какой из них сработает раньше, какой позже – это как повезет. Хороший вариант – поставить групповой автомат (АВ0 в нашем примере) с небольшой задержкой при срабатывании (полагаю, было бы достаточно 0.1-0.2с), но таких модульных автоматов в нашем ширпотребе нет. Может быть, если есть возможность, имеет смысл АВ0 взять с характеристикой D. А АВ1 и АВ2 подобрать так, чтобы кратность срабатывания была поближе к минимальной. Брать АВ0 более высокого номинала не стоит, так как он не будет уже выполнять функции подстраховки нижестоящих автоматов.

У модульных автоматических выключателей есть еще такой параметр, как класс токоограничения, который фактически отражает быстродействие электромагнитного расцепителя. Казалось бы – чем быстрей, тем лучше, но для селективности имеет смысл поставить групповой автомат с более медленным срабатыванием, чтобы при КЗ на какой-то отходящей линии он не срабатывал вместе с автоматом этой линии. Хотя нет гарантий того, что автомат с меньшим классом токоограничения сработает медленней автомата с более высоким классом. Вряд ли все производители придерживаются единых норм по этому параметру. Но если есть возможность поставить автомат с более высоким классом токоограничения на отходящую линию, то стоит так сделать.

При проектировании рассчитываются токи короткого замыкания в определенных точках электросети. На этих данных строится защита – так, чтобы при коротком замыкании или перегрузке в максимуме случаев срабатывал только один автомат, а именно тот, который расположен ближе всего со стороны источника питания. В домашних условиях такой расчет провести не так уж и сложно, но обычно его не делают, а просто придерживаются такого правила: номинал автомата, находящегося со стороны потребителя, должен быть меньше, чем у автомата, находящегося со стороны источника. Если вы прочитали и ничего не поняли, то могу порекомендовать небольшой видеоролик с ютуба:

Полной селективности на таких автоматах почти никогда не удается добиться, поэтому обычно приходят к какому-то разумному компромиссу. Но производители знают о такой проблеме, и разрабатывают селективные модульные автоматы. Например, ABB уже несколько лет производит селективные модульные автоматические выключатели S750DR номиналом от 0,5 до 63А, внешне очень похожие на обычные автоматы, но с существенными отличиями внутри. В каталоге АВВ приводит следующую схему:

Честно говоря, я ожидал увидеть немного другое. В моем представлении, устройство автомата должно было отличаться от обычного лишь механизмом замедления срабатывания электромагнитного расцепителя. На деле оказалось все сложней. В каждом полюсе автомата S750DR два токовых пути, соответственно и два силовых контакта. При появлении сверхтока в цепи, главный контакт размыкается моментально, но ток через автомат проходит по дополнительному пути, через верхний по схеме контакт. В этой цепи стоит резистор 0.5 Ом. Естественно, он не рассчитан на длительное протекание тока, но доли секунды он выдержит. За это время должен разомкнуться нижестоящий автомат. Если этого не происходит, то быстродействующий селективный тепловой расцепитель разорвет изолирующий контакт и селективный автомат оказывается в отключенном состоянии. Иначе – селективный биметалл остывает и главный контакт автоматически переходит во включенное состояние. Я не знаю, откуда у автомата берутся силы на возврат главного контакта во включенное состояние, но производитель утверждает, что автомат работает именно так. Цена таких автоматов немалая: порядка 4-5 тыс. рублей за полюс. Называются автоматы S751DR, S752DR, S753DR, S754DR, где последняя цифра означает количество полюсов.

Также на отечественном рынке предлагаются модульные селективные автоматы от Hager. Например, вот такая модель Hager HTS350E. 3 полюса, 50А, характеристика Е. Стоит порядка 28 тыс. рублей.

Токоограничивающая селективность

В селективных автоматических выключателях реализована токоограничивающая селективность. Она обеспечивается за счёт конструктивных особенностей аппарата: резистора сопротивлением 0,5 Ом и способности устройства быстро размыкать контакты в случае появления к.з. (примерно за 1 мс), что приводит к возникновению между ними дуги, которая также представляет собой сопротивление. При этом осуществляется резервная защита автоматического выключателя со стороны нагрузки, что позволяет минимизировать воздействие аварии на всю установку и сети питания.

Благодаря токоограничивающей селективности можно выбирать нижестоящий автоматический выключатель с предельной отключающей способностью ниже, чем ожидаемый ток короткого замыкания. «В случае аварии вышестоящий селективный аппарат ограничит сверхтоки введением сопротивления дуги в цепь к.з. Устройство снизит протекающий ток и поможет нижестоящему модульному устройству отключить повреждение, – поясняет Павел Томашёв(АББ). — Таким образом, за счёт дополнительного токоограничения вышестоящего аппарата серии S750DRотключающая способность нижестоящего автоматического выключателя увеличивается».

Рис. 3. Поддержка следующих за S 750 DR
автоматических выключателей при коротком замыкании

Как показано на рис. 3, независимо от номинального тока аппарата S 750 DR при коротком замыкании значительно снижаются ток к.з. и удельная пропускаемая энергия.

Инженеры-проектировщики систем электроснабжения уже успели оценить новую разработку. По словам специалистов, серия S750DR значительно упрощает процесс разработки технической документации, так как отпадает необходимость в использовании таблиц селективности и специальных программ подбора оборудования. Удобна новая разработка и с точки зрения эксплуатации – аппарат оснащён встроенной блокировочной панелью. Она позволяет фиксировать положение рычага управления, что исключает возможность доступа посторонних лиц к управлению устройством. Блокировка не влияет на защитные свойства аппарата: расцепитель сработает и предотвратит неполадки в сети, несмотря на фиксацию рычага во включённом положении.

Проектирование селективной установки — задача сложная и трудоёмкая. Подходить к её выполнению нужно ответственно: любая ошибка чревата авариями, которые могут повлечь за собой тяжёлые последствия для персонала и оборудования. Именно поэтому селективность должна обеспечиваться на разных уровнях. Современное оборудование позволяет добиться полной координации работы электрических аппаратов.

1«Чистыми» сетями называют сети электроснабжения компьютеров и другой офисной техники, чувствительной к скачкам напряжения.

2Подробнее о различных технологиях обеспечения селективности в сетях электроснабжения можно прочитать по ссылке.

Принцип работы селективности автоматических выключателей

Селективность в области электрики является одним из основополагающих понятий. Она представляет собой защиту электрических устройств от поломок или каких-либо отклонений в работе. С помощью данной функции автоматы работают дольше, повышается уровень безопасности.

Что такое селективность в области электрики?

Селективность или избирательность – особенность релейной защиты, которая определяется умением находить неисправный элемент всей электрической системы и выключать именно его. Защита может быть двух видов: абсолютная и относительная, в зависимости от отключения участков. В первом случае более точно срабатывают предохранители на том участке, где произошло замыкание или поломка. Второй тип селективности заставляет отключаться автоматы, которые находятся выше, если защита других не вступила в действие по каким-либо причинам.

Типы селективности электрических приборов

Классификацию защиты электрических устройств можно представить в различии схем подключения:

  • Полная. Если несколько приборов подключены последовательно, то на неисправность быстрее реагирует тот, что находится ближе к зоне аварии.
  • Частичная. Принцип действия селективности автоматов аналогичен с полной, но существует ограничение величины тока.
  • Временная. Такого рода избирательность предполагает разное время выдержки автоматов с одинаковыми характеристиками на срабатывание в случае поломки. Эта защита предназначена для того, чтобы подстраховать автоматы по скорости выключения. Например: первый начинает действовать спустя 0,2 сек, второй – 0,4 сек и т. д.
  • Токовая. Принцип работы селективности тот же, что и у временной, но в этом случае параметром выступает максимальная токовая отметка. Выставляются определённые значения в порядке убывания от источника питания до объекта нагрузки. Например, при вводе 28 А., к розеткам 18 А и 12 – к свету.
  • Времятоковая. Одна из самых сложных систем по защите от неисправностей. Аппараты подразделяются на четыре различные группы: A, B, C и D, каждая из которых реагирует на ток. В этом случае сложно составить схему защиты автоматических выключателей при коротком замыкании. Наиболее эффективна защита будет при первой группе А. Её используют в основном для электронных цепей. Наибольшую популярность и распространённость получили аппараты типа С, однако следует серьёзно отнестись к их установке.
  • Зонная. Этот способ защиты используется чаще всего в промышленности, так как он является дорогостоящим и довольно сложным. За работой электрической сети следят специальные приборы. При достижении установленного значения все данные передаются в центр контроля, где выбирается аппарат для выключения. Селективность этого вида предполагает наличие специальных электронных расцепителей. Они действуют следующим образом: при обнаружении какого-либо нарушения аппарат, расположенный ниже, подаёт сигнал другому автомату, который находится выше. Если в течение 1 секунды не сработает первое устройство, включится второе.
  • Энергетическая. Здесь автоматы действуют очень быстро, благодаря чему ток короткого замыкания не успевает достичь максимального значения.
Читайте также:  Сборка электрощита своими руками: основные этапы электромонтажных работ

Таблица селективности

Защита автоматических выключателей исправно работает обычно при маленьких перегрузках. При коротком замыкании сформировать селективность намного тяжелей. Для таких целей существует таблица селективности, которая позволяет генерировать связки с избирательностью вступления в действие. Один расчёт предназначен для одного вида аппарата. Ниже представлен пример такой таблицы, который также можно найти на интернет-сайтах производителей автоматов.

Расчёт селективности

Чаще всего защитными устройствами выступают обыкновенные автоматические выключатели. Их селективность обеспечивается с помощью верного выбора и настроек параметров. Принцип работы таких выключателей обусловлен выполнением следующего условия:

  • Iс.о.послед ≥ Kн.о.* I к.пред., где:
    • — Iс.о.послед — ток, при котором вступает в действие защита;
    • — I к.пред. — ток короткого замыкания в конце зоны действия защиты;
    • — Kн.о. — коэффициент надёжности, зависящий от параметров.

Определить селективность при управлении аппаратов по времени можно при помощи следующей формулы:

  • tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t, где:
    • — tс.о.послед и tк.пред. — временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов, в зависимости от близости к источнику питания;
    • — ∆t — временная ступень селективности.

Карта селективности

Для того чтобы обеспечить максимальную защиту автоматических выключателей, нужна специальная карта селективности или её графическое изображение. Эта карта представляет собой своеобразную схему, где отображаются все совокупности токовых характеристик используемых устройств в электрической сети (пример представлен ниже).

Одно из основных правил защиты выключателей – все автоматы должны быть подключены друг за другом по очереди. Карта селективности предназначена для изображения характеристик всех этих приборов. Для её создания необходимо придерживаться ряда правил:

  • Установки защит должны исходить из одного напряжения;
  • Рисуя карту нужно правильно выбрать масштаб, чтобы были изображены все расчётные точки;
  • Помимо характеристик автоматов, следует указать максимальные и минимальные значения коротких замыканий в точках системы.

Как показывает практика, селективность защиты требуется не всегда. Её применяют, только если есть риск серьёзных повреждений. Когда при расчёте получаются высокие значения номиналов автоматов, рекомендуется установить рубильники или специальные селективные устройства.

Селективность автоматов ПУЭ

Существует свод правил устройств электроустановок (ПУЭ), где есть чёткие понятия, как эксплуатировать автоматические выключатели. В пункте 3.1.4. сказано: для того чтобы автоматы защиты не отключали устройства при кратковременных перегрузках, уставки выключателей нужно выбирать по номинальным токам электроприёмников.

Следует выделить ещё одно важное правило: в качестве устройств защиты должны использоваться предохранители и автоматические выключатели.

Принцип селективности для выбора выключателей

При проведении электрики в доме необходимо учитывать тот факт, что ток может причинить большой вред. Во избежание неприятных последствий устанавливают предохранители или автоматические выключатели. Принцип селективности позволяет надёжно использовать электрическую сеть благодаря правильному выбору автоматов.

Для абсолютно любой схемы выявляется определённая система защиты, которая разделяют проводку на определённые участки, именуемые электрическими цепями. Поломка может возникнуть внутри приёмника, генератора или же проводов. Каждая неисправность требует особенного технического решения, благодаря которому можно быстро и эффективно найти и исправить повреждение.

Принцип селективности призван определять правила установки и совместимости защит. Он обеспечивает:

  • безопасность электрики и людей;
  • автоматическое выявление зоны поломки и её устранение;
  • снабжение электрическим током все участки, расположенные рядом с повреждённым;
  • поддержание качества электроэнергии.

Обобщая все вышесказанное, можно отметить, что избирательность защитных устройств, в том числе и автоматических выключателей, необходимо всегда учитывать при установке электрической проводки для безопасного и наиболее надёжного использования.

Селективность УЗО и автоматических выключателей

Заголовок звучит так, как название кандидатской диссертации на физмате. На самом деле, это ситуация, с которой мы постоянно сталкиваемся как в своем жилище, так и на крупных предприятиях или офисах. Если перевести фразу «селективность автоматических выключателей» на доступный язык: каждое устройство защитного отключения должно работать избирательно. Все равно непонятно? Тогда разберем тему подробнее.

Представим себе коммунальную квартиру из 50-х годов прошлого века. Общие коммуникации, единая электросеть с одним счетчиком в прихожей. И знаменитые керамические «пробки», которые сегодня повсеместно заменены автоматическими выключателями.

У одного из соседей в комнате замкнуло электрический утюг. Разумеется, «пробки» перегорели, и все комнаты в квартире обесточены. А причина — всего лишь точечная микро авария на одной из ветвей квартирной энергосистемы.

Это наглядный пример неселективной системы защиты, когда на множество объектов установлено лишь одно устройство защиты.

Согласитесь, если бы у каждого жильца в комнате был собственный вводной щиток с автоматами, проблема в одной квартире не приводила бы к потере энергоснабжения на нескольких объектах.

Сегодня коммуналки в прошлом, в каждую квартиру приходит отдельная линия энергоснабжения с автоматом на входе.

Проблема решена? В масштабах подъезда — безусловно. А в рамках одной квартиры?

Снова типичная ситуация: переломился провод настольной лампы, возникло короткое замыкание. При этом гаснет свет во всей квартире, перестает работать холодильник и телевизор. Почему? Снова отсутствует селективность автоматов.

Важно! Требования безопасности: Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рассматривают селективную защиту, как один из способов обеспечения безопасной эксплуатации электроустановок.

Понятное дело, что никакая комиссия не проверит вашу квартиру или частное домовладение на предмет выполнения всех требования ПУЭ. Однако если объект принимается в соответствии с проектом или по СНиП, акт ввода в эксплуатацию могут и не согласовать. Особенно это касается производственных и офисных помещений, а также мест массового пребывания людей (театры, магазины, школы и прочее).

Как работает селективная защита

Это понятие включает в себя несколько способов избирательного отключения.

Токовая селективность

В соответствии с законом Ома, сила тока одинакова на любом участке цепи. Соответственно, при наличии нескольких последовательно расположенных защитных автоматов, первым сработает тот, у которого ток отсечки наименьший. Если расположение линий параллельное, то на вводе мы получим максимальное значение тока (сумма величин каждой «ветви»). При одинаковом токе отсечки в каждом автомате, они отключатся одновременно по всей цепи. А если защитное устройство, расположенное к потребителю, имеет меньший ток срабатывания, отключится только оно.

Рассмотрим принцип работы на простом примере правильно организованного квартирного щитка.

  • технические условия энергоснабжения объекта: 9 кВт (защитный автомат 40 А);
  • подключение однофазное;
  • нулевой проводник (PE) может быть как с автоматом, так и без него;
  • подключаемые помещения: коридор, санузел, кухня, гостиная, спальня;

Правильная селективность защиты изображена на иллюстрации:

Разбираем схему по секторам:

  1. Ограничение по входному току определено вводным автоматом: 40 А. То есть, если суммарный ток во всей разветвленной линии превысит это значение (например, при коротком замыкании), подача электроэнергии прекратится. Как мы уже знаем, такая авария оставит без «света» все помещения объекта.
  2. Далее идем по группам, организуя вторую ступень защиты (вводной автомат — это третья «линия обороны», если остальные не помогут):
  • Подключение коридора можно упростить, не выводя его в отдельную группу. Классическая схема: два автомата, на розеточную сеть и освещение.
  • Санузел имеет более сложную схему включения, поскольку в ванной комнате сыро, и есть риск получить электротравму. Поэтому групповая защита — УЗО с минимальным дифференциальным током (10 мА) и током отсечки автомата 10 А. Вы спросите, почему нет селективности? Она тут не нужна, поскольку после группового УЗО нет разветвления.

    Информация: Ставить или не ставить УЗО в принципе, это решение каждого владельца помещения. Селективность защиты может быть решена и с обычными автоматами.

    Так работает селективная защита, организованная по принципу разности токов срабатывания. Возвращаемся к началу раздела: при аварийной ситуации сила тока стремительно возрастает, и срабатывает автомат с минимальным током отсечки. До второй и третьей линий защиты проблема просто не доходит.

    Однако, существуют условия, при которых сила сверхтока сразу будет достаточной для отключения автомата третьего уровня защиты:

    • Если замыкание или избыточная токовая нагрузка происходит в электроприборе, сверхтоки растут на так стремительно. Часть нагрузки берет на себя питающий кабель самого устройства, который (нагреваясь) дифференцирует резкий токовый скачок.
    • В случае, когда короткое замыкание происходит на силовом питающем кабеле (линия, на которой установлены розетки), сверхток достигает максимального значения практически мгновенно.Защитные автоматы всех уровней могут сработать одновременно.

    Временная селективность

    Если токовая карта селективности защит не может обеспечить избирательность аварийного отключения, применяется дополнительный порог срабатывания: по времени задержки механизма размыкания. Существуют так называемые «медленные» и «быстрые» автоматы. Возникает вопрос: для чего нужна защита с отложенным срабатыванием?

    • Во-первых, зачастую в электроустановках кратковременно возникают токовые перегрузки, которые не опасны для линии. «Скоростной» автомат защиты будет срабатывать постоянно, нарушая нормальный режим работы.
    • Во-вторых, именно так и обеспечивается временна́я селективность. Поэтому, при подборе автоматов для самостоятельно изготовленного щитка питания, обязательно обращайте внимание на времятоковую характеристику прибора. Она выглядит так: B40 (C16, D32).Именно от этого значения зависит, какой автомат сработает первым при прочих равных условиях.

    Разумеется, токовая защита в автомате также останется. Просто кроме порога срабатывания по току, определяется время задержки размыкания контактов. При грамотном использовании этих параметров, можно выстроить цепочку селективной защиты таким образом, чтобы первым срабатывал выключатель, расположенный ближе к проблемному потребителю (либо аварийному участку цепи). В этом случае вторая и третья ступени защиты остаются работоспособными, общее энергоснабжение объекта не прекращается.

    При построении карты селективности в релейной защите, стратегия строится на постепенном повышении как порогов срабатывания по току, точному расчету времени задержек на каждом следующем автомате. Разница во времени между задержками последующих ступеней состоит из времени обнаружения сверхтока (короткое замыкание, превышение нагрузки) со стороны потребителя, а также из естественной инерции размыкающего устройства со стороны генерирующей установки.

    Эти характеристики анализируются методом сравнения времятоковых параметрических кривых.

    Если наложить графики друг на друга, можно определить иерархию расположения защитных автоматов в цепи.

    Интересно, что нормальную селективную защиту можно обеспечить только с использованием временных характеристик (без распределения токовой отсечки). Расщепление по току может быть одинаковым у всех автоматов, а срабатывание расцепителей будет происходить в строгой иерархической последовательности: от потребителя к источнику электроэнергии.

    При этом задержка срабатывания настраивается таким образом, что первый от потребителя (в аварийной ситуации — проблемной зоны) автомат должен сработать мгновенно. Следующий за ним, удерживает контакты замкнутыми, обеспечивая электропитанием остальную цепь.

    Иллюстрация наглядно демонстрирует, как можно организовать разветвленное подключение на защитных автоматах с одинаковым током уставки. Безопасность организуется за счет ступенчатого отключения по времени и на разных уровнях.

    Энергетическая селективность

    Этот способ защиты нельзя рассматривать, как обособленный. Просто для его организации используются специально сконструированные автоматические выключатели.

    При возникновении короткого замыкания, такие автоматы демонстрируют быстродействие, измеряемое единицами миллисекунд. Иерархия цепочки размыканий строится по обычному принципу: быстрые устройства от потребителя, медленные — ближе к энергоснабжению.

    Расчет производится сначала теоретически, на основе паспортных данных выключателей, а затем производятся практические испытания. Только после этого система может считаться безопасной, и принимается на вооружение проектировщиками.

    К этой категории можно отнести селективную защиту с помощью устройств защитного отключения. Для этих целей также используется специальное оборудование.

    Что такое селективное УЗО, и чем оно отличается от обычного?

    Любой пользователь этих автоматов знает, что при возникновении любого подозрения на опасность (с точки зрения УЗО), происходит моментальное отключение всей цепи. Многие электрики по этой причине отказываются монтировать устройства защитного отключения в селективные схемы. Это ставит под сомнение безопасность электрического подключения бытовой техники.

    Поэтому производители разработали УЗО с большим временем срабатывания. Получается, что при традиционном подключении, традиционные автоматы срабатывают раньше, чем устройства защитного отключения.

    На иллюстрации схема выглядит, как в обычном проекте, на самом деле это селективная защита с использованием УЗО.

    Кроме того, отключение происходит только на том уровне, где возникла проблема. Мало того, что авария на одной линии не приводит к прекращению энергоснабжения целого объекта, упрощается поиск вышедшей из строя электроустановки.

    Для информации, типы селективных УЗО

    Для поддержания принципа временной селективности, выдержка интервала должна быть разной: для каждой задачи своя. Типовых классификаций две:

    • Тип «S». Время задержки в диапазоне от 0.145 до 0.5 секунд. Это медленнее, чем у традиционных устройств защиты. Организация питания выглядит следующим образом: На каждой конечной группе потребителей (либо отдельном потребителе) устанавливается традиционное устройство защиты. То есть, чувствительное, и с быстрым временем срабатывания. А на входе в общую группу, либо на едином вводе электроэнергии объекта, устанавливается селективное УЗО. При «стандартной» аварии, конечные автоматы мгновенно срабатывают, а входная защита остается «на взводе», выдержав положенное время. А если по параметрам аварии, конечные УЗО не сработают, вводной автомат все равно отключит питание через 0.15–0.5 секунд, обеспечив безусловную защиту.
    • Тип «G». Устройства такого типа могут превосходить по времени реакции даже традиционные защитные устройства. Срабатывание происходит в диапазоне 0.06–0.08 секунд. Разумеется, такие УЗО не применяются в быту и традиционных офисных помещениях. Эти профессиональные аппараты устанавливают на объектах, где промедление даже в 1 десятую доли секунды может привести к катастрофе.

    Зонная селективность

    С технической точки зрения, это разновидность временной селективности. Принцип работы изменяется за счет технологического администрирования. Организуется своеобразный обмен данными между анализаторами тока на каждом автомате. В результате, при возникновении аварии по току в одной зоне, отключается только она. При этом, иерархия не обязательно выдерживается: сектор отключения может быть на любом уровне.

    Есть две методики построения администрирования:

    1. В каждом секторе (зоне) монтируются измерительные устройства без исполнительных механизмов. Они дают информацию в модуль управления, который «принимает решения» о прекращении подачи питания в ту или иную зону. В качестве исполнительного механизма можно использовать электромагнитный контактор. При этом контроллер определяет, есть ли аналогичная информация со стороны подачи питания. Если защитное устройство не сработало на более высоком уровне, то отключается только конкретный потребитель. Если авария по всей цепочке — отключаются автоматы дальше по иерархии.
    2. Обеспечение меньшего времени срабатывания защиты в нужном секторе, за счет введения дополнительного оборудования. Усиливающая система потребует дополнительного источника питания. Преимущество данной схемы защиты — нет необходимости подбирать устройства отключения по временной селективности. Кроме того, можно обеспечить большое количество уровней селективной защиты. Методика требует высокой квалификации персонала, и высоких финансовых затрат. Поэтому такое решение принимается исключительно для сложных и ответственных радиальных систем организации питания.

    Какой бы способ селективной защиты вы не выбрали, все начинается с точного расчета.

    Карта селективности защиты

    Идеальных вариантов обеспечения питания не бывает. Разные режимы нагрузки подразумевают различные аварийные ситуации. Именно карта селективности позволяет увидеть работу релейной защиты виртуально. Моделируя проект на бумаге, инженеры могут убедиться, что во всех режимах защита может работать правильно. Для разветвленных схем характерно наличие защитных устройств с различными времятоковыми характеристиками. Для примера возьмем любой автомат и определим его, как «нашу защиту».

    Остальные устройства на схеме назовем смежными. Главный принцип правильной организации — времятоковые характеристики всех устройств не должны пересекаться на одном линейном уровне. Если провести временную линию в качестве оси координат, то между ступенями селективности должен быть разрыв. Увидеть это можно только на графиках. Это и есть карта селективности: на нем совмещены характеристики смежных защит.

    Информация: Для простых схем организации селективной защиты построение карт не требуется. Если нет смежных уровней — не рассчитывается и совместимость.

    Для построения карт лучше использовать специальные компьютерные программы. Хотя профессиональные инженеры легко строят графики карандашом. После выстраивания всех параметрических кривых, график проверяется на их пересечение. При возникновении такой ситуации, проверяется критичность: возможно, ничего менять не потребуется. Если линии электропитания не находятся в зависимости друг от друга, разведение ничего не меняет.

    В остальных случаях необходимо обеспечить временную разницу по оси времени не менее 0.25 секунды.

    Кроме того, даже если пересекаются селективности по времени срабатывания, разведение может быть организовано по разнице тока отсечки. Как правило, используются оба способа, это можно учитывать в построении карты, а можно оставить на практическом уровне.

    Редко применяемые системы защиты

    • Направленная система работает по принципу вектора тока и напряжения. Между ними всегда есть фазовый сдвиг. Устройства защиты анализируют разницу и при необходимости отключают оборудование в нужном секторе.
    • Дифференцируемая система сравнивает отклонения параметров в начале линии питания, и непосредственно у агрегата. Если отклонения достигают заданной величины — ситуация признается аварийной. Такая селективность требуется, если питание подается на очень мощные агрегаты.

    Материал одинаково подойдет начинающим электрикам, и энергетическим отделам крупных предприятий. Разумеется, в домашних условиях нет необходимости усложнять схему: достаточно обеспечить селективность по току отсечки.

    Видео по теме

    Селективность автоматических выключателей: теория и практика

    Проектируя новую электрическую сеть или реконструируя уже существующую, всегда необходимо придерживаться требований, которые создают условия надежной работы. В частности, речь идет о селективности – согласовании рабочих характеристик защитных аппаратов на всех этапах распределения электроэнергии. Это делается для того, чтобы в случае короткого замыкания или перегрузки сработал только тот защитный аппарат, в цепи которого возникла неисправность. При этом остальная часть электроустановки должна не отключаться, а оставаться в работе.

    Например, если произошло короткое замыкание в розетке на кухне, то должен сработать групповой автоматический выключатель (на схеме аппарат с защитной характеристикой «В» и номинальным током в 10 А). Таким образом, должна отключиться только поврежденная линия «розетки кухни», а не вводной аппарат, отключая при этом всю квартиру.

    Если отключения защитного аппарата по каким-либо причинам не произошло, то возникшую неисправность в розетке контролирует вышестоящий автоматический выключатель квартирного щитка.

    Основные определения:

    Селективность — согласование характеристик установленных последовательно аппаратов защиты таким образом, чтобы в случае аварии отключалась только та линия питания или часть схемы, где возникла неполадка.

    Полная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя отключается раньше, чем аппарат со стороны источника питания. Отключение происходит во всем диапазоне возможного тока к.з. в данной сети влоть до значения максимальной отключающей способности нижестоящего аппарата.

    Частичная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя осуществляет защиту до значения Is (предельного тока селективности). При этом аппарат со стороны источника питания не должен срабатывать.

    Зона перегрузки — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает тепловой расцепитель.

    Зона короткого замыкания — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает электромагнитный расцепитель.

    Избирательность срабатывания устройств защиты достигается за счет согласования время-токовых характеристик. Например, для обеспечения селективной работы оборудования при перегрузках достаточно, чтобы номинальный ток защитного аппарата со стороны питания минимум на 1 ступень был выше номинального тока автоматического выключателя со стороны нагрузки.

    Методы обеспечения селективности

    В зоне перегрузки обычно реализуется время-токовый тип селективности. В зоне КЗ могут использоваться другие методы обеспечения селективности, о которых мы поговорим далее.

    Временная селективность

    Этот вид селективности обеспечивается благодаря разному времени срабатывания аппаратов защиты.

    Время срабатывания ближайшего к защитному оборудованию аппарата защиты №1 настраивается на значение 0,02 с. На следующем этапе защиты отключение неисправности в цепи обеспечивается настройкой времени срабатывания аппарата 0,5 с. На последнем этапе выбирается время срабатывания выключателя – 1 секунда. Защита № 3 будет резервировать 2 нижестоящие защиты №1 и №2.

    Токовая селективность

    У всех защит №1, №2 и №3 выдержка по времени срабатывания минимальна: 0,02 с, однако значения срабатывания по току (уставки) отличаются: 200, 300 и 400 А соответственно. При возникновении в защищаемой сети короткого замыкания ток будет резко возрастать и вызывать срабатывание защит. Если защита №1 не сработает, то ее будет резервировать следующая защита №2.

    Время-токовая селективность

    Еще одним способом настройки защиты электроустановок до 1 кВ является согласование время-токовых характеристик применяемых автоматических выключателей.

    Так, например, можно добиться избирательности срабатывания защиты, подобрав время-токовую характеристику выключателя В таким образом, чтобы она располагалась на определенном расстоянии ниже характеристики выключателя А. Эта зона определяется опытно-расчетным путем с учетом погрешностей срабатывания защит расцепителей. С учетом этой зоны строятся таблицы селективности.

    Сегодня производители предоставляют своим клиентам уже готовые таблицы селективности, при помощи которых можно с уверенностью выбирать гарантированно селективные связки автоматических выключателей.

    Выбирая аппараты защиты с учетом требований селективности защиты, вы повышаете не только надежность электроустановки, но и упрощаете работу по поиску поврежденного участка. Создать селективную защиту, применяя аппараты разных производителей, проблематично, поэтому следует устанавливать защитные аппараты одного производителя, дополнительно пользуясь специальными таблицами селективности.

    Что такое селективность защит в электроустановках

    При эксплуатации и проектировании электрической схемы всегда уделяется внимание вопросам ее безопасного использования. С этой целью все электрические приборы защищаются специальными устройствами, которые подбирают и располагают строго по определенной, иерархической зависимости.

    Например, когда мобильный телефон стоит на зарядке, то ее протекание контролирует встроенная в аккумулятор защита. Она отключает зарядный ток по окончании набора емкости. Когда же внутри АКБ возникнет короткое замыкание, то установленный в зарядное устройство предохранитель перегорает и обесточивает схему.

    Если это по каким-либо причинам не произойдет, то возникшую неисправность в розетке контролирует автоматический выключатель квартирного щитка, а его работу страхует главный автомат. Эту последовательность поочередного срабатывания защит можно рассматривать и дальше.

    Ее закономерности определяются принципом селективности, который еще называют избирательностью , подчеркивая функцию выбора или определения места возникновения повреждения, которое необходимо отключить.

    Методы избирательности электрических защит формируется во время создания проекта и поддерживается при эксплуатации таким образом, чтобы своевременно выявить место возникновения неисправности в электрооборудовании и отделить его от действующей схемы с наименьшими потерями для нее.

    При этом зону обхвата защит по селективности подразделяют на:

    Первый тип защиты полностью контролирует свой рабочий участок и устраняет повреждения только в нем. По этой закономерности работают встроенные в электроприборы предохранители.

    Устройства, созданные по относительному принципу, выполняют больше функций. Они отключают неисправности внутри своей зоны и соседних, но когда в них не отработали защиты абсолютного типа.

    Качественно настроенная защита определяет:

    1. место и вид повреждения;

    2. отличие ненормального, но допустимого режима от ситуации, способной нанести весьма серьезные повреждения оборудованию электроустановки внутри контролируемой зоны.

    Устройства, настроенные только по первому действию, работают обычно в неответственных сетях до 1000 вольт. Для высоковольтных электроустановок стараются внедрить оба этих принципа. С этой целью в состав защиты вводят:

    схемы взаимных блокировок;

    точные измерительные органы;

    системы обмена информацией;

    специальные логические алгоритмы.

    Между двумя последовательно подключенными силовыми выключателями выполняется зашита от сверхтоков, превышающих номинальные значения нагрузки по любой причине. При этом ближний к потребителю с повреждением выключатель должен размыканием своих контактов обесточивать неисправность, а дальний — продолжать подачу напряжения на своем участке.

    В этом случае рассматривается два вида селективности:

    Если ближняя к неисправности защита способна полностью ликвидировать повреждения на всем диапазоне уставок без задействования удаленного выключателя, то ее считают полной.

    Частичная избирательность присуща ближним защитам, настроенным на срабатывание до какого-то предельного тока селективности Is. Если он превышен, то вступает в работу удаленный выключатель.

    Зоны перегрузки и короткого замыкания в селективных защитах

    Пределы токов, назначенные для срабатывания автоматических выключателей защит, разделяют на две группы:

    1. режим перегрузок;

    2. зону коротких замыканий.

    Для упрощения разъяснения применим этот принцип к токовым характеристикам автоматических выключателей.

    Они настраиваются на работу в зоне перегруза номинальных токов на величину до 8÷10 крат.

    На этом участке работают в основном тепловые или термомагнитные расцепители защит. Токи коротких замыканий в эту зону попадают очень редко.

    Область возникновения КЗ обычно сопровождается токами, превышающими в 8÷10 раз номинальные нагрузки автоматических выключателей и характеризуется серьезными повреждениями в электрической схеме.

    Для их отключения применяются электромагнитные или электронные расцепители.

    Методы создания селективности

    Для области перегрузок по току создаются защиты, работающие по принципу времятоковой селективности.

    Зона коротких замыканий формируется на основе:

    4. зонной избирательности.

    Временна́я селективность создается за счет выбора разных выдержек времени для срабатывания защиты. Этот способ может быть применен даже к устройствам с одной уставкой тока, но разным временем, как показано на рисунке.

    Например, ближайшая к оборудованию защита №1 налаживается на работу при коротком замыкании со временем, близким к 0,02 с, а ее работу страхует более отдаленная №2 с настройкой на 0,5 с.

    Самая дальняя защита со временем отключения в одну секунду резервирует работу предыдущих устройств при их возможном отказе.

    Токовая селективность налаживается для срабатывания по превышению допустимых нагрузок. Довольно грубо этот принцип можно пояснить следующим примером.

    Три защиты последовательно контролируют ток КЗ и настроены на отключение со временем 0,02 с, но с разными токовыми уставками в 10, 15 и 20 ампер. За счет этого оборудование будет отключаться вначале от защитного устройства №1, а №2 и №3 будут избирательно его страховать.

    Реализация временно́й или токовой селективности в чистом виде требует использования чувствительных датчиков или реле тока и времени. При этом создается довольно сложная электрическая схема, которая на практике обычно объединяет оба рассмотренных принципа, а не применяется в чистом виде.

    Времятоковая селективность защит

    Для защиты электроустановок с напряжением до 1000 вольт применяют автоматические выключатели, которые обладают объединенной времятоковой характеристикой. Рассмотрим этот принцип на примере двух последовательно включенных автоматов, разнесенных по концам линии со стороны нагрузки и питания.

    Времятоковая избирательность определяет способ срабатывания выключателя, настроенного на более быстрое отключение при расположении около потребителя электроэнергии, а не на генераторном конце.

    На левом графике показан случай наибольшего времени отключения верхней кривой защиты со стороны нагрузки, а на правом — наименьшего времени выключателя на конце подвода питания. Это позволяет более детально анализировать проявление селективности защит.

    Выключатель «В», расположенный ближе к питаемому оборудованию, за счет применения времятоковой селективности работает раньше и быстрее, а выключатель «А» резервирует его в случае отказа.

    Токовая селективность защит

    При этом способе избирательность может формироваться за счет создания определенной конфигурации сети, например, включенной в схему кабельной или воздушной линии электропередач, обладающей электрическим сопротивлением. В этом случае значение тока короткого замыкания между генератором и потребителем зависит от места возникновения повреждения.

    На кабельном конце со стороны питания оно будет иметь максимальное значение, например, 3 кА, а на противоположном — минимальное, допустим, 1кА.

    При возникновении КЗ около выключателя А не должна работать защита конца В (I кз1кА), то он и должен снимать напряжение с оборудования. Для точной работы защит необходимо учесть величину реальных токов, проходящих через выключатели при аварийном режиме.

    Следует понимать, что для обеспечения полной избирательности по этому методу необходимо иметь большое сопротивление между обоими выключателями, которое может образоваться за счет:

    протяженной линии электропередачи;

    вставкой обмотки трансформатора;

    включением в разрыв кабеля уменьшенного сечения или другими способами.

    Поэтому при таком способе селективность чаще всего бывает частичной.

    Временна́я селективность защиты

    Этот метод избирательности обычно дополняет предыдущий способ с учетом времен:

    определения защитой места и начала развития неисправности;

    срабатывания на отключение.

    Формирование алгоритма работы защиты производится за счет постепенного приближения уставок по току и времени при перемещениях токов КЗ к источнику питания.

    Избирательность по времени может создаваться автоматами одних номиналов по току, когда у них есть возможность регулировки задержки на срабатывание.

    При этом способе защиты выключателя В отключают неисправность, а выключателя А — контролируют весь процесс и находятся в готовности к работе. Если за время, отведенное для срабатывания защит В короткое замыкание не устранилось, то повреждение ликвидируется работой защит стороны А.

    Энергетическая селективность защит

    Метод основан на использовании специальных новых видов автоматических выключателей, выполненных в литом корпусе и способных максимально быстро работать, когда токи коротких замыканий еще даже не успели достичь своих максимальных значений.

    Подобные скоростные автоматы работают в течение нескольких миллисекунд, когда еще действуют апериодические составляющие переходных процессов. В таких условиях из-за высокой динамичности протекания нагрузок сложно согласовать реально действующие времятоковые характеристики защит.

    Конечный пользователь практически не может отследить характеристики энергетической селективности. Их предоставляет производитель в виде графиков, программ расчета, таблиц.

    При этом способе для расцепителей термомагнитного и электронного принципа, расположенных на стороне питания необходимо учесть специфические условия работы.

    Зонная селективность защиты

    Этот тип избирательности является разновидностью временно́й характеристики. Для его работы используются измерительные устройства тока на каждой стороне, между которыми постоянно происходит обмен информацией и сравнение векторов токов.

    Зонная селективность может быть сформирована двумя способами:

    1. в логическое устройство контроля защиты поступают одновременно сигналы с обоих концов контролируемого участка. Оно сравнивает значения поступивших токов и определяет выключатель, который должен быть отключен;

    2. сведения о завышенных значениях векторов тока от обеих сторон поступают в виде блокировочного сигнала на логическую часть защиты более высокого уровня иерархии по стороне питания. Если на ней присутствует блокировочный сигнал снизу, то отключается нижерасположенный выключатель. Когда запрета на отключение снизу не поступило, то напряжение снимает вышерасположенная защита.

    При этих способах отключение происходит намного быстрее, чем при временно́й избирательности. Это обеспечивает меньшие повреждения электрооборудования, снижение динамических и тепловых нагрузок внутри системы.

    Однако, способ зонного разделения селективности требует создания дополнительных сложных технических систем измерения, логики и обмена информацией, что удорожает стоимость оборудования. По этим причинам такие методы, основанные на высокочастотной блокировке, применяются на высоковольтных линиях электропередач и подстанциях, передающих большие потоки мощности электроэнергии в непрерывном режиме.

    Для этого используются быстродействующие воздушные, масляные или элегазовые выключатели, способные коммутировать огромные токовые нагрузки.

    Что означает селективность в электрике, виды селективной защиты

    Одно из ключевых понятий в области электрики является селективность. Не секрет, что безопасность работы электросетей крайне важна, а обеспечить ее можно разными способами. Селективность – это особая функция релейной защиты, благодаря которой удается избегать поломок устройств и повышать их эксплуатационный срок.

    Общее понятие селективности

    Как уже было сказано, под селективностью понимают особенность релейной защиты. Она определяется возможностью выискивать неисправный элемент во всей электросети и отключать именно аварийный участок, а не всю систему.

    Селективная защита может быть абсолютной и относительной.

    1. Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где случилось замыкание или поломка.
    2. Относительная селективность вызывает отключение автоматов, находящихся также около места поломки, если защита на тех участках не сработала.

    Главные функции

    Ключевые задачи селективной защиты — обеспечение бесперебойного функционирования электросистемы и недопустимость сгорания механизмов при появлении угроз. Единственным условием для корректной работы такого типа защиты считают согласованность защитных агрегатов между собой.

    Как только возникает аварийная ситуация, испорченный участок при помощи селективной защиты мгновенно определяется и отключается. При этом исправные места продолжают работу, а отключенные никак им в этом не мешают. Селективность существенно снижает нагрузку на электрические установки.

    Базовый принцип обустройства такого типа защиты кроется в оборудовании автоматов с номинальным током, который меньше, чем у прибора на вводе. В сумме они могут превышать номинал группового автомата, но по отдельности – никогда. К примеру, при установке вводного устройства на 50 А следующий аппарат не должен обладать номиналом выше 40 А. Первым всегда сработает агрегат, находящийся максимально близко к месту ЧП.

    ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью, зависит от их номинала и характеристик срабатывания, которые имеют обозначения В, С и D. Зачастую приборами, которые оберегают электросистему, служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО.

    Таким образом, к основным функциям селективной защиты можно отнести:

    • обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
    • быстрое выявление и отключение той зоны электросистемы, где случилась поломка (при этом рабочие зоны не прекращают функционирование);
    • снижение негативных последствий для рабочих частей электромеханизмов;
    • снижение нагрузки на составные механизмы, предотвращение поломок в неисправной зоне;
    • гарантия непрерывного рабочего процесса и постоянного электроснабжения высокого уровня.
    • поддержка оптимальной работы той или иной установки.

    Виды селективной защиты

    Полная и частичная

    Полная защита предназначена для последовательного подключения приборов. При аварии максимально быстро сработает тот защитный агрегат, который находится ближе всех к месту поломки. Частичная селективная защита во многом похожа на полную, но функционирует лишь до определенной величины тока.

    Временная и времятоковая

    Временная селективность – это когда у последовательно подсоединенных аппаратов при идентичных характеристиках тока установлена отличающаяся выдержка времени на срабатывание (при последовательном увеличении от проблемной зоны до источника питания). Временная защита применяется, чтобы автоматы могли подстраховать друг друга в случае сбоя. К примеру, первый должен сработать через 0,1 секунды, если он неисправен, спустя 0,5 секунды в дело вступает второй, а при необходимости третий заработает через 1 секунду.

    Времятоковую селективность считают максимально сложной. Для нее применяется аппаратура 4 групп – А, В, С и D. У каждой из них наблюдается персональная реакция на электроток и отключение в необходимый момент. Наилучшая защита достигается в группе A, которая используется в основном для электроцепей. Самый популярный тип агрегатов — С, однако специалисты не советуют устанавливать их повсеместно и непродуманно.

    Селективность по току

    Данная разновидность схожа по методу работы с временной, однако отличие в том, что главным критерием выступает предельная величина токовой отметки. Значения тока выстраиваются в порядке убывания от источника питания до объектов загрузки.

    Если около выключателя А возникает КЗ, защита конца В не должна работать, а сам выключатель обязан снимать напряжение с прибора. Чтобы селективность по току гарантировала тотальную избирательность, потребуется иметь большое сопротивление между обоими выключателями. Его получают при помощи:

    • протяженной линии электропередачи;
    • вставки обмотки трансформатора;
    • включения в разрыв провода сечения меньшего размера.

Ссылка на основную публикацию
×
×