Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей
11 ноября 2014 k-igor
Сегодня вашему вниманию хочу предложить очень обсуждаемую тему селективной защиты автоматических выключателей. Если вы думаете, что здесь все просто и однозначно, то это не совсем так. В чем же особенность селективной защиты?
В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.
Однако, в итальянском Стандарте CEI 64-8 “Электрические установки с номинальным напряжением ниже 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока” в отношении установок низкого напряжения в части 5 “Выбор и монтаж электрических компонентов” написано:
“Селективность между устройствами защиты от сверхтоков (536.1).
Когда несколько защитных устройств установлены последовательно, и это оправдано требованиями эксплуатации, их рабочие характеристики должны выбираться таким образом, чтобы отключать только часть установки, где возникла неисправность.”
В комментариях, кроме всего этого, добавлено следующее:
“Рабочие ситуации, требующие селективности, определяются пользователем или проектировщиком установки.”
Из этого следует, что Стандарт указывает на то, что рабочие характеристики должны быть выбраны с обеспечением селективности, когда это оправдано требованиями эксплуатации.
А теперь рассмотрим проблемы, которые могут возникнуть при выборе автоматических выключателей с учетом селективной защиты.
Основная масса автоматических выключателей примерно до 400А применяется без регулируемых расцепителей, неговоря уже про модульную серию. Остановимся на автоматических выключателях модульной серии, т.е. до 125А.
Диапазоны токов мгновенного расцепителя
Как известно, автомат защищает от перегрузки и короткого замыкания. Модульные автоматические выключатели могут иметь электромагнитные расцепители с характеристиками B, C, D.
Зависимость времени срабатывания ВА от тока в его цепи
Чтобы правильно выбрать автомат, нужно уметь читать график зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от тока в цепи, т.е. время-токовую характеристику автомата. Ниже представлена время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С.
Время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С
Зона между красными линиями нам показывает интервал времени срабатывания автомата. Например, при токе 2,55*16=40,8А данный автомат сработает за время от 1 до 60 сек.
В своих проектах полную селективность я практически никогда не обеспечиваю, поскольку обеспечить ее крайне трудно на автоматических выключателях модульной серии.
Селективность можно разделить на две зоны:
- селективность в зоне перегрузки;
- селективность в зоне короткого замыкания.
Селективность в зоне перегрузки я обеспечиваю всегда во всех проектах без исключения. Здесь все просто. Если группой автомат 16С, то автомат выше будет как минимум 20С. Такую расстановку выключателей все, и я в том числе, называем селективностью. Но если разобраться, то в зоне короткого замыкания такие автоматы не будут селективными.
Чтобы модульные автоматические выключатели были селективными, то соотношение их номиналов должно быть примерно 2,5 при условии, что автоматы с одинаковыми электромагнитными расцепителями. На следующем графике приведены время-токовые характеристики автоматов D6, D16, D40.
Соотношение модульных автоматов
Как видим, даже у этих автоматов есть небольших общие зоны срабатывания.
В следующем примере сравним B6, C20, D63.
Сравнение B6, C20, D63
Здесь уже общих пересекающихся зон не наблюдается. Соотношение номинальных токов около 3,2.
Кстати, чтобы обеспечить селективность предохранителей их соотношение должно быть примерно 2,5.
Смысл всей этой статьи в том, что в 99% случаях полная селективность нам и не нужна. В наших проектах у нас выполняется лишь частичная селективность в зоне перегрузки.
Селективность нужно там, где это может повлечь серьезные последствия. А если у нас от к.з. сработают 2-3 последовательно включенных автомата, то никакой трагедии не произойдет. Тем более, что короткие замыкания происходят не так часто.
Чтобы не завышать автоматические выключатели, в качестве коммутационного аппарата на вводе распределительных щитов можно устанавливать выключатели нагрузки либо рубильники.
Советую почитать:
Рубрика: Проектирование Метки: селективность
комментарий 31 “Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей”
У АВВ есть селективный модульный выключатель ABB S750 DR. Он обеспечивает селективность в зоне КЗ. Только стоимость этого чуда техники оставляет желать лучшего. Да и найти такую штуку не просто.
А с учетом того, что приходится проектировать очень много бюджетных объектов, кроме как на IEK, EKF и т.п. рассчитывать не приходится.
У IEK модульных селективных выключателей не видел.
а их и нету у ИЕК
Очень нравиться статьи. Хочу напечатать и создать папку для молодых инженеров. Как скопировать стаью полностью?
Статья отличная, главное очень доходчиво все разъясняется. Сразу направил ссылку одному из своих заказчиков, в загородном коттедже при дуговом коротком замыкании в розетке, выбивает входной автомат в щите ввода на улице. Заказчик должен знать, что проблемы не только у него.
К сожалению, но даже используя автоматы с электронными расцепителями с выдержками времени, не всегда можно добиться полной селективности.
Например, для серии Compact NSX с токами 100. 630 А с расцепителем Micrologic 5.
У него регулируются уставки по перегрузке, селективная токовая отсечка с выдержкой времени и мгновенная токовая отсечка.
Проблема в мгновенной токовой отсечке Ii.
Токи короткого замыкания могут превышать максимальное значения уставки Ii.
В этом случае селективности не будет.
Например, для NSX100 Ii=15*In=15*100=1500 А.
Такие токи КЗ весьма вероятны для шин ВРУ, а часто могут быть существенно больше (например, вблизи подстанции).
При этом для токов до 630 А многие модели автоматов не позволяют вывести из работы мгновенную токовую отсечку (Ii – off).
Вот и получается, что даже применяя для РУ-0,4 кВ подстанций и ВРУ-0,4 кВ зданий автоматы с электронными расцепителями селективность будет частичной.
У «Шнайдера» есть хорошая онлайн-программа.
Максимальные значения уставки Ii будут регулироваться. Ток КЗ будет идти к своему максимальному значению не мгновенно. Возможен ли такой вариант, что при нарастании тока КЗ нижестоящий выключатель вырубится раньше? (Хоть и при установленном значении они вырубились бы оба)
А при нарастании тока КЗ нижестоящий автомат не успеет отключиться раньше при разных значениях Ii? (Хоть и установленное значение КЗ превышало бы оба показателя Ii)
В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.
3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.
В книгах советских корифеев достаточно много уделено внимания селективности (Шабад, Беляев и др.).
Вячеслав! Сомневаюсь. «Шнайдер» пишет, что при ТКЗ более Ii селективность неполная, частичная. Полная селективность там, где Ii можно отключить (Ii – off).
Регулировать Ii можно. Но при токах Ir близких к In это мало что даст. См. пример выше. Для NSX100 максимальное Ii=15*In=15*100=1500 А.
При ТКЗ в 3000 А могут сработать оба автомата.
Тогда надо специально завышать In, чтобы Ii было больше.
Но это не всегда возможно и не всегда оправдано. В любом случае при больших ТКЗ даже этой меры не хватит.
Единственный плюс в данном случае следующее. Часто (но не всегда)для распред. сетей с большими расчетными токами
1-фазное ТКЗ находится в пределах Isd и Ii.
Учитывая, что 1-фазное КЗ чаще трехфазного, селективность будет.
Но если минимальное 1-фазное КЗ больше Ii (характерно для точек близких к подстанциям), то селективности не будет.
В принципе Ii вообще не нужна, но у многих автоматов ее нельзя отключить (на форуме Colan этот вопрос уже поднимал).
Ребята, извиняюсь, был неправ. Не учитывал кривые токоограничения и рефлексное отключение. Подробнее — см. каталоги производителя.
А вообще полная селективность не всегда нужна. Сам в своем опыте не встречал требований полной селективности. А при таких авариях с такими токами КЗ надо не за селективностью уже следить, а за наличием качественной пожарной сигнализации.
Наткнулся на очередную полезную и интересную статью, за что очень благодарен ее автору!
Хочу задать вопрос о селективности автоматов 0,4 кВ в питающих сетях.
Прописано ли в каком-нибудь документе требование, что уставка срабатывания расцепителя аппарата защиты на питающем фидере в ВРУ здания должна быть больше уставки срабатывания расцепителя аппарата защиты на вводе ВРУ, т.е. с другой стороны?
На этот счет у меня возникли разногласия с инспектором надзора.
Для электроснабжения промпредприятия запроектирована комплектная ТП, от которой запитаны 8 ВРУ-0,4кВ. Причем изначально запроектирована именно КТП (требование заказчика). Ведь по-хорошему, изначально должен выполняться проект внутреннего электроснабжения, а уже после – проект по КТП (см. статью Порядок проектирования электроустановок ).
Предварительно посчитаны нагрузки на стадии А (архитектурный проект, РБ), на основании чего выполнен проект по комплектной ТП с учетом разработанных совместно с заказчиком решений по внутреннему электроснабжению.
Проект по ТП на стадии С (строит. проект) согласован в РЭС, филиалах Энергонадзор и Энергосбыт и передан заказчику.
Прошло время, закончен и проект по внутрянке, в результате чего уточнены нагрузки по каждому ВРУ.
К тому же изначально расчетные коэффициенты мощности (cos) всех ВРУ были завышены (особенности расчета нагрузок по РТМ – в расчете Qр для питающих сетей не фигурирует коэффициент Кр, см. п. 3.2.8, что завышает cos) – вместо первоначальных 0,94 получилось 0,84 (пример для одного ВРУ). Соответственно выпросли расчетные токи, в связи с чем пришлось корректировать уставки АВ-0,4 кВ на КТП. Внес изменения, поехал на согласование корректировок по всем инстанциям. Дошел до Энергонадзора.
Начинаю объяснять инспектору, что по результатам выполнения проекта по внутреннему электроснабжению предприятия требуется поднять уставки на АВ в РУ-0,4кВ КТП. Показываю в качестве примера:
— «Рассмотрим ВРУ-5, у которого изначально предусмотрена уставка аппарата на вводе (ВА88-37+МР211) — 320А, при этом уставка автомата на питающем фидере от ТП к ВРУ-5 — тоже 320 А (Eaton NZM3). Не хорошо, не обеспечивается селективность срабатывания автоматов. Для этого я поднял уставку до 400 А».
Инспектор: – «Покажите нормативный документ или дайте на него ссылку, где сказано, что в сетях до 1 кВ уставка АВ на питающем фидере от ТП к ВРУ должна быть больше уставки вводного автомата на вводе этого ВРУ? Я считаю, что они могут быть одинаковыми, а отключится первым тот, у которого чувствительность выше. Докажите обратное».
— «Я руководствуюсь, в первую очередь, логикой. Разрешенную мощности мы не превышаем. При этом если в результате перегрузки питающей линии отключится аппарат защиты в голове линии (на фидере в ТП), то обслуживающему персоналу придется идти в КТП для его включения. А если обслуживаем занимается сторонняя организация, то время на включение значительно увеличивается».
-“Не вижу проблемы. Докажите обратное. Еще вопросы есть?” — таков был ответ инспектора.
И я не смог подтвердить требование селективности ничем, кроме потери времени на включение автомата в КТП.
Какие у вас соображения на этот счет? Где прописаны такие требования?
А еще он сказал, что для вновь проектируемых объектов в РБ коэффициент мощности должен быть не ниже 0,9. А где про это написано, я у него не спросил.
Что такое селективность автоматических выключателей + принципы расчета селективности
Избирательность или селективность автоматических выключателей — ключевой момент в обеспечении надежной работы электрической цепи. Эта функция способствует предупреждению аварийных ситуаций, подымает на более высокую ступень безопасность.
В случае перегрузки линии, короткого замыкания включается в работу защита только линии с повреждением, остальная часть электроустановки остается в рабочем состоянии. Почему так происходит мы детально разберем в этой статье, рассмотрим основные задачи селективной защиты, схемы подключения и их особенности.
Также уделим внимание расчету селективности и правилам создания карты, снабдив материал наглядными схемами, таблицами и фото. И дополним статью подробными объяснениями в видеороликах.
Значение и основные задачи селективной защиты
Безопасная эксплуатация и стабильная работа электроустановок — это те задачи, которые возложены на избирательную защиту. Она мгновенно вычисляет и отсекает поврежденную зону без прекращения подачи питания на исправные участки. Селективность снижает нагрузки на установку, уменьшает последствия КЗ.
При отлаженной работе автоматических выключателей по максимуму удовлетворяются запросы, относительно обеспечения бесперебойного электроснабжения и как следствие, технологического процесса.
Когда автоматическое оборудование, осуществляющее размыкание, в результате КЗ окажется неисправным, благодаря селективности потребители получат нормальное питание.
Правило, утверждающее, что величина тока, проходящего через все распредвыключатели, установленные за вводным автоматом, меньше обозначенного тока последнего, является основой селективной защиты.
В сумме эти номиналы могут быть и больше, но каждый отдельный обязательно хотя бы на шаг ниже вводного. Так, если на вводе установлен 50-амперный автомат, то следующим за ним устанавливают выключатель, с номиналом по току в 40 А.
Автоматический выключатель состоит из следующих элементов: рычага (1), клемм винтовых (2), контактов подвижного и неподвижного(3, 4), биметаллической пластины (5), винта регулировочного (6), соленоида (7), решетки дугогасительной (8), защелки (9)
При помощи рычажка как включают, так и выключают впуск тока на клеммы. К клеммам подводят и фиксируют контакты. Подвижный контакт с пружиной служит для быстрого размыкания, а связь цепи с ним выполнена через неподвижный контакт.
Расцепление, в случае перекрытия током своего порогового значения, происходит за счет нагрева и изгиба биметаллической пластины, а также соленоида.
Токи срабатывания настраивают при помощи регулировочного винта. С целью предотвращения появления электродуги во время размыкания контактов, введен в схему такой элемент, как дугогасительная решетка. Для фиксации корпуса автомата существует защелка.
Избирательность, как особенность релейной защиты — это умение обнаруживать неисправный узел системы и отсекать его от действующей части ЭЭС.
Здесь приведена схема щита, наглядно показывающая, как распределяется нагрузка по квартире. Перед установкой автомата нужно выполнить расчет суммарной мощности оборудования, которое будет подключено к нему
Селективность автоматов — это их свойство работать поочередно. Если этот принцип нарушен, будут греться и автоматические выключатели, и электропроводка.
В результате может возникнуть КЗ на линии, перегорание плавких контактов, изоляции. Все это приведет к выходу из строя электроприборов и пожару.
Допустим, на длинной линии электропередач возникла аварийная ситуация. Согласно главному правилу селективности первым срабатывает автомат ближайший к месту повреждения.
Если в обычной квартире в розетке происходит короткое замыкание, на щитке срабатывать должна защита линии, частью которой эта розетка является. Если этого не произошло, наступает очередь автоматического выключателя на щиток, и только за ним — вводного.
Абсолютная и относительная селективность защиты
Понятие селективности определено ГОСТотм IEC 60947-1-2014. Выделяют два типа селективности — абсолютную и относительную. Если работа защиты скоординирована таким образом, что она срабатывает исключительно внутри защищенной зоны, то это указывает на ее абсолютную селективность.
В этих обстоятельствах максимальный ток селективности становится таким же, как и максимальная отключающая способность расположенного ниже автомата.
Срабатывание в виде резервного, когда не произошло отключение на проблемном участке, называют относительно селективной защитой. При этом происходит отключение выше расположенных выключателей.
В случае превышения заданной величины тока выключателя-автомата, т.е. при отсутствии больших перегрузок, селективная защита действует практически безотказно. Куда труднее добиться этого при коротких замыканиях.
Данные о выпускаемых изделиях предприятия размещают на корпусе прибора и на своих сайтах. Важно правильно читать маркировку автоматов — связки выключателей формируют только по таблицам одного конкретного производителя. Следует учитывать, что группы, устроенные по относительному принципу, обладают большим числом функций.
Упрощают задачу таблицы селективности, которые производители прилагают к своим изделиям. Применяя их, создают группы с селективностью срабатывания
Буква «Т» в таблице обозначает полную селективность пары аппаратов, а число — частичную. Когда ожидаемая пограничная величина тока КЗ меньше, чем число, указанное в таблице, избирательность будет обеспечена
Чтобы проверить избирательность между автоматом выше- и нижестоящим, находят скрещение вертикали и горизонтали. Обеспечение селективности — очень важная задача при питании потребителей, относящихся к особой категории.
При ее отсутствии может произойти остановка производственного процесса, повреждение линий, отключение систем кондиционирования, дымоудаления и других.
Виды селективных схем подключения
Кроме абсолютной и относительной селективности существует еще 7 видов селективной защиты:
- зонная;
- времятоковая;
- энергетическая;
- временная;
- полная;
- частичная;
- токовая.
Для обеспечения требуемой селективности автозащиты электросети с автоматическими выключателями используют разные методы. Но в любом случае важно правильно установить выключатель, следуя выбранной схеме и правилам монтажа.
Вид #1 — полная и частичная защита
Полная защита обозначает, что если последовательно подключена пара автоматов, появление сверхтоков вызывает отключение одного, расположенного вблизи зоны неисправности.
Частичная защита действует по тому же принципу, что и полная, но только после того, как ток достигнет установленной пороговой величины.
Селективность отключения, обеспечивающаяся автоматами (А и В), заключается в том, что КЗ, в каком бы месте электроустановки оно ни возникло, будет отсечено ближайшим выключателем, находящимся выше этой точки. Оставшиеся устройства не отключатся
Если селективность обеспечена до меньшей из величин тока двух АВ, есть повод говорить о полной селективности между ними. В этом случае предельная величина предполагаемого тока КЗ установки при каких либо обстоятельствах будет равной или меньшей величины тока двух АВ.
Вид #2 — токовый тип селективности
У токовой избирательности основной показатель — предельная токовая отметка. От объекта до ввода значения выстраивают по признаку возрастания. Действие этой избирательности защит основано на той же базе, что и у временной селективности.
Разность только в том, что выдержка делается по значению тока — с приближением точки КЗ к вводу, растут показания тока КЗ. Временной показатель отключения может быть таким же.
Поврежденную из-за КЗ зону определяют посредством уставки срабатывания на разные величины тока. Полной селективность может быть только в условиях, где ток КЗ невысокий, а в промежутке между двумя автоматами есть оборудование, отличающееся немалым электрическим сопротивлением. При таком раскладе токи КЗ будут значительно отличаться.
Применяют такой вид избирательности в основном в конечных распредщитах. Здесь сочетается номинальный ток незначительной величины и ток КЗ с большим полным сопротивлением стыковочных кабелей.
Этот вариант селективности является экономичным, простым и действующим в течение мгновения. Все же зачастую указанная селективность может являться частичной т.к. наибольший ток, как правило, небольшой.
На фото токовая избирательность с применением АВ. При таком виде селективности существует смещение по оси тока токовых характеристик расположенных друг за другом автоматов
Когда значения Isd1 и Isd2 одинаковы или предельно близки, то Is — максимальный ток селективности равен Isd2. Если эти величины намного отличаются, Is = Isd1.
Условием обеспечения селективности по току является соблюдение неравенств: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. В этом случае максимум селективности — Is = Isd1.
К недостаткам относят и быстрый рост уровня уставок защиты от токов большого уровня. Невозможно быстро отключить поврежденную цепочку, если один из автоматов окажется неисправным.
При расчете уставок защиты по току необходимо принимать во внимание действительные токи, проходящие через выключатели, работающие в автоматическом режиме.
Вид #3 — временной и времятоковый вариант
Когда в цепи имеется ряд автоматических выключателей, обладающих идентичными токовыми характеристиками, но разным временем выдержки, то при возникновении неисправности они страхуют друг друга. Тот, что находится в непосредственной близости к месту повреждения, сработает сразу, следующий — через какое-то время и т.д.
На этой 2-уровневой схеме выключатель «А» обладает таким временем выдержки, которое обеспечивает полную селективность с характеристиками АВ «В»
В случае времятоковой селективности защитные приборы реагируют не только на ток, но и на продолжительность реакции. При определенном значении тока через какое-то время задержки срабатывает защита, дистанция от которой к месту КЗ меньше. Исправная часть установки не отключается.
На фото график временной селективности с использованием АВ. Времятоковые характеристики выключателей В и А не пересекаются. Они расположены ступенчато
Вид #4 — энергетическая селективность автоматов
При энергетической селективности отключения происходят внутри корпуса автомата. Длительность процесса настолько мала, что ток КЗ не успевает приблизиться к своему предельному значению.
Времятоковая система защиты считается сложной. Здесь задействована не только реакция на ток, но и время, на протяжении которого это происходит.
С возрастанием тока у автомата падает величина времени срабатывания. Базой для этого вида селективности является регулировка защиты таким способом, когда со стороны защищаемого объекта она срабатывает быстрее при всех пороговых значениях тока, по сравнению с автоматом на вводе.
Вид #5 — зонная схема защиты
Зонный способ сложный и недешевый, поэтому применяют его в основном в промышленности. Как только пороговые показатели тока достигают максимума, в центр контроля поступают данные и выбранный автомат срабатывает. Электрическая сеть с таким видом избирательности включает специальные электронные расцепители.
Когда обнаруживается нарушение, от выключателя, расположенного ниже, поступает сигнал к устройству, находящемуся выше. Первый автомат должен отреагировать в течение секунды. Если он не среагировал, срабатывает второй.
Сравнивая этот вид селективности с временной избирательностью, можно увидеть, что время срабатывания в этом случае намного ниже — иногда составляет сотни миллисекунд. Снижается как процент интервенции в систему, так и процент ее повреждения. Уменьшаются тепловые и динамические влияния на части установки. Возрастает число уровней селективности.
Когда токи, протекающие через защитные устройства, достигают большей величины, чем на собственных уставках, сигнал блокировки передается каждым выключателем на защиту более высокого уровня
В случае зонной селективности срабатывает защита, находящаяся со стороны источника питания, если взять за исходную точку место КЗ. До момента срабатывания автомата осуществляется контроль над тем, чтобы защитное устройство с нагруженной стороны не подало аналогичный сигнал.
Но такая избирательность требует присутствия дополнительного источника питания. Поэтому рациональное применение этого вид селективности — системы с высокими параметрами тока КЗ и током значительной величины. Такими являются коммутационно-распределительные аппараты, находящиеся со стороны нагруженности генераторов, трансформаторов.
Расчет селективности автоматов
Грамотный выбор автомата и правильная настройка — основной принцип соблюдения селективности автоматических выключателей. Избирательность для выключателя, находящегося вблизи источника, гарантирует выполнение требования: Iс.о.послед ≥ Kн.о.∙ I к.пред.
Здесь Iс.о послед. — такая величина тока, за которой следует срабатывание защиты. I к.пред. — ток КЗ в конечной точке зоны, на которую распространяется действие автомата, расположенного далеко от энергоисточника. Kн.о. — коэффициент надежности. Его величина находится в зависимости от разброса параметров.
Номинал автомата для цепи подбирают не только путем расчета, но и по такой таблице, ориентируясь на разрез кабелей в схеме
Расклад tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t демонстрирует селективность в случае регулировки АВ по времени. tс.о.послед, tк.пред. — интервалы времени срабатывания выключателей, находящихся на большой дистанции от источника питания и расположенных рядом. ∆t — параметр, который берут из каталога и обозначающий временную степень селективности.
Карта селективности и правила ее создания
Времятоковые характеристики всех устройств, включенных в схему электрической сети, изображают на карте селективности. Целью ее составления является максимальное обеспечение защиты автоматов. Основа защиты выключателей — принцип, по которому выключатели подключают друг за другом строго последовательно.
Существует ряд правил, обязательных при создании карты селективности:
- Установки должны иметь один источник напряжения.
- Все важные расчетные точки должны хорошо просматриваться. С учетом этого требования необходимо выбирать масштаб.
- На карте указывают защитные свойства, минимальные, максимальные параметры КЗ в точках системы.
Часто нормы проектирования нарушаются, и карты селективности в проектах отсутствуют. Это может привести к перебоям в электроснабжении потребителей.
На карту наносят характеристики автоматов, подключенных последовательно друг за другом. Саму схему строят в осях
Карта дает полную картину о согласовании уставок. Она предоставляет возможность сравнить работу автоматов по такой характеристике, как селективность.
Времятоковые разновидности осей являются базой не только для построения карт селективности для токовой защиты в виде автоматических выключателей, но и для других ее видов: предохранителей, реле. Обычно одна карта содержит характеристики 2-3 АВ. По оси абсцисс отмечают величину тока в кВ, а по оси ординат — время в секундах.
Выводы и полезное видео по теме
Неполадки при работе автоматических выключателей и их устранение:
Вычерчивание карты селективности посредством специальной программы:
Надежное, безопасное использование электрической проводки невозможно без учета избирательности автоматов. Зная об основных моментах создания селективной защиты, можно грамотно выполнить подбор оборудования для своего технического проекта.
Вы профессионально занимаетесь электромонтажными работами и хотите дополнить изложенный выше материал? Или заметили несоответствие или ошибку в этой статье? А может вы хотите задать вопрос нашим экспертам? Пишите, пожалуйста, свои комментарии в блоке ниже.
Что означает селективность в электрике, виды селективной защиты
Как известно профессиональным электрикам, используя автоматические выключатели бытового назначения, обеспечить гарантированную селективную защиту при коротких замыканиях невозможно.
Обеспечить, с помощью автоматических выключателей бытового назначения, можно лишь частичную селективность при небольших перегрузках и небольших токах короткого замыкания. Почему так, а не иначе – я расскажу далее в этой статье.
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.
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.
Реальный пример
Вооружившись терминологией далее можно переходить к простому реальному примеру. Условимся, что у нас есть 2 последовательно подключенных автоматических выключателя. Возьмем для примера, что первый автоматический выключатель QF1, установленный на вводе вводно-распределительного устройства электроустановки индивидуального жилого дома, имеет номинальный ток 50 А и тип мгновенного расцепления C, а второй автоматический выключатель QF2, установленный в вводно-распределительном устройстве и защищающий от сверхтока конечную электрическую цепь штепсельных розеток, имеет номинальный ток 16 А и тип мгновенного расцепления B.
Наша задача обеспечить надлежащую координацию (селективность) между этими 2 последовательно соединенными устройствами защиты от сверхтоков.
Это нужно сделать таким образом, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания, АВ, который находится ближе к месту появления сверхтока (наш автоматический выключатель на 16 А), срабатывал раньше автоматического выключателя, который находится ближе к источнику питания (QF1 на вводе в ВРУ). То есть, QF1 в итоге сработать не должен и электроустановка здания продолжит работу за исключением одной из электрических цепей штепсельных розеток, которую обесточил в результате селективного оперирования QF2. Это то, что мы хотели бы. Теперь читайте далее при каких условиях это возможно.
В п. 5.3.5 ГОСТ IEC 60898-1-2020 для каждого типа мгновенного расцепления уставлены следующие стандартные диапазоны токов мгновенного расцепления (для простоты назовем его Iм.р):
Область сверхтоков, в которой не может быть обеспечено селективное оперирование указанных автоматических выключателей, начинается от верхней границы стандартного диапазона токов мгновенного расцепления, равной 10 In или 500 А. Область сверхтоков, в которой может быть обеспечено их селективное оперирование, расположена вплоть до нижней границы стандартного диапазона токов мгновенного расцепления, равной 5 In или 250 А.
То есть наш автоматический выключатель QF1, который установлен на вводе ВРУ, может мгновенно сработать при сверхтоке большем чем 250 А (например 251 А) и обязан мгновенно расцепиться при сверхтоке больше либо равном 500 А.
Ниже я подготовил рисунок-график, на котором показаны области сверхтоков, в которых селективное срабатывание двух последовательно соединенных автоматических выключателей с типами мгновенного расцепления С (первый) и В (второй), обеспечено (зона 1), возможно (зона 2) или невозможно (зона 3). Рисунок наглядно иллюстрирует тот факт, что для автоматических выключателей бытового назначения можно обеспечить селективное оперирование только при малых значениях сверхтока.
Области сверхтоков
Важно: этот график действителен для случая, когда мы подключаем последовательно автоматический выключатель с типом мгновенного расцепления C (QF1) и автоматический выключатель с типом магнитного расцепления B (QF2). При этом QF1 находится ближе к источнику питания, а QF2 к потенциальному месту возникновения сверхтока. И к тому же выполняется требование по номинальным токам автоматических выключателей: In1 > In2, где
- In1 – номинальный ток первого автоматического выключателя;
- In2 – номинальный ток второго автоматического выключателя;
Таким образом, между QF1 и QF2 можно обеспечить селективное оперирование при сверхтоках до 250 А, так как в этом диапазоне сверхтоков время расцепления QF1 ( Tt1) будет всегда больше времени отключения QF2 (Tb2), то есть Tt1 > Tb2. Другими словами в этом диапазоне сверхтоков QF2 «сработает» первым, а QF1 не сработает вообще, то есть будет обеспечена селективность.
В диапазоне сверхтоков от 251 до 499 селективное срабатывание возможно (тут дать однозначного ответа нельзя!). При сверхтоке от 500 А селективное срабатывание невозможно, так как в таком случае оба QF1 и QF2 сработают почти одновременно (менее чем за 0.1 секунду).
Как итог, используя автоматические выключатели бытового назначения можно обеспечить частичную селективную защиту только при незначительных перегрузках и небольших токах КЗ.
Также хочу заметить, что не стоит ждать селективности от автоматических выключателей, которые для этого не предназначены. Если вам нужна гарантированная селективность (но только для целей НЕ БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ), то покупайте и ставьте специальные селективные автоматические выключатели категории применения B, которые соответствуют ГОСТ Р 50030.2-2010 .
Какое токоограничение в селективности
Модульные автоматические выключатели имеют такой параметр, как класс ограничения тока, который фактически отражает скорость электромагнитного расцепителя. Казалось бы, чем быстрее, тем лучше, но для селективности имеет смысл поставить групповую машину с более медленным откликом, чтобы во время короткого замыкания на какой-либо исходящей линии она не работала вместе с автоматом этой линии.
Зона перегрузки
Хотя нет никакой гарантии, что автомат с более низким классом ограничения тока будет работать медленнее, чем автомат с более высоким. Вряд ли все производители придерживаются единых стандартов по этому параметру. Но если на выходной линии можно поставить автомат с более высоким классом ограничения тока, то это стоит сделать.
Что будет если не соблюсти селективность автоматов.
Чтобы было понятнее, легче объяснить на примере. Например, случилось короткое замыкание на линии освещения из-за лампочки накаливания. Дальнейшие последствия, если произойдет отключение не на групповом автомате:
- Отключение всех групп автоматов, путем срабатывания вводного. Обесточится вся квартира.
- Возможен выход из строя аппаратуры защиты из-за огромных токов.
- Оплавление изоляции проводов.
- Порча, обгорание патронов люстры, вытекание/нагар на контактах.
Эти последствия будут менее существенными, если разброс по номинальному пропускному току не большой. Я описал худшие варианты.
То есть ваша проводка и аппараты даже если и выдержит, то получит ущерб. Много факторов повлияет на степень повреждений, но в конце концов это будет снижать надежность защиты с каждым таким случаем.
Ток перегрузки, проходящий через автоматы характеристики B, C и D может отличаться в 5-15 раз. Часто на групповые автоматы для освещения ставится характеристика B, как раз для обеспечения быстрого отключения в непредвиденной ситуации и соблюдения селективности.
- A: 1. Ставятся для защиты дорогой микроэлектроники, не имеющей пусковых нагрузок.
- B: Гарантировано отработает при токах в 3-5 больше номинального. Выбор для освещения.
- C: 5-10. Самая распространенная характеристика для домашних проводок.
- D: 10-20. Чаще всего используется для двигателей с большими пусковыми токами.
“Не брат ты мне!”
Предоставим слово самим ПУЭ:
…100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) — для проводников всех марок;
100% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; …”
Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей
Сегодня вашему вниманию хочу предложить очень обсуждаемую тему селективной защиты автоматических выключателей. Если вы думаете, что здесь все просто и однозначно, то это не совсем так. В чем же особенность селективной защиты?
В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.
Однако, в итальянском Стандарте CEI 64-8 “Электрические установки с номинальным напряжением ниже 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока” в отношении установок низкого напряжения в части 5 “Выбор и монтаж электрических компонентов” написано:
“Селективность между устройствами защиты от сверхтоков (536.1).
Когда несколько защитных устройств установлены последовательно, и это оправдано требованиями эксплуатации, их рабочие характеристики должны выбираться таким образом, чтобы отключать только часть установки, где возникла неисправность.”
В комментариях, кроме всего этого, добавлено следующее:
“Рабочие ситуации, требующие селективности, определяются пользователем или проектировщиком установки.”
Из этого следует, что Стандарт указывает на то, что рабочие характеристики должны быть выбраны с обеспечением селективности, когда это оправдано требованиями эксплуатации.
А теперь рассмотрим проблемы, которые могут возникнуть при выборе автоматических выключателей с учетом селективной защиты.
Основная масса автоматических выключателей примерно до 400А применяется без регулируемых расцепителей, неговоря уже про модульную серию. Остановимся на автоматических выключателях модульной серии, т.е. до 125А.
Диапазоны токов мгновенного расцепителя
Как известно, автомат защищает от перегрузки и короткого замыкания. Модульные автоматические выключатели могут иметь электромагнитные расцепители с характеристиками B, C, D.
Зависимость времени срабатывания ВА от тока в его цепи
Чтобы правильно выбрать автомат, нужно уметь читать график зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от тока в цепи, т.е. время-токовую характеристику автомата. Ниже представлена время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С.
Время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С
Зона между красными линиями нам показывает интервал времени срабатывания автомата. Например, при токе 2,55*16=40,8А данный автомат сработает за время от 1 до 60 сек.
В своих проектах полную селективность я практически никогда не обеспечиваю, поскольку обеспечить ее крайне трудно на автоматических выключателях модульной серии.
Селективность можно разделить на две зоны:
- селективность в зоне перегрузки;
- селективность в зоне короткого замыкания.
Селективность в зоне перегрузки я обеспечиваю всегда во всех проектах без исключения. Здесь все просто. Если группой автомат 16С, то автомат выше будет как минимум 20С. Такую расстановку выключателей все, и я в том числе, называем селективностью. Но если разобраться, то в зоне короткого замыкания такие автоматы не будут селективными.
Чтобы модульные автоматические выключатели были селективными, то соотношение их номиналов должно быть примерно 2,5 при условии, что автоматы с одинаковыми электромагнитными расцепителями. На следующем графике приведены время-токовые характеристики автоматов D6, D16, D40.
Соотношение модульных автоматов
Как видим, даже у этих автоматов есть небольших общие зоны срабатывания.
В следующем примере сравним B6, C20, D63.
Сравнение B6, C20, D63
Здесь уже общих пересекающихся зон не наблюдается. Соотношение номинальных токов около 3,2.
Кстати, чтобы обеспечить селективность предохранителей их соотношение должно быть примерно 2,5.
Смысл всей этой статьи в том, что в 99% случаях полная селективность нам и не нужна. В наших проектах у нас выполняется лишь частичная селективность в зоне перегрузки.
Селективность нужно там, где это может повлечь серьезные последствия. А если у нас от к.з. сработают 2-3 последовательно включенных автомата, то никакой трагедии не произойдет. Тем более, что короткие замыкания происходят не так часто.
Советую почитать:
комментарий 31 “Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей”
У АВВ есть селективный модульный выключатель ABB S750 DR. Он обеспечивает селективность в зоне КЗ. Только стоимость этого чуда техники оставляет желать лучшего. Да и найти такую штуку не просто.
Селективные автоматы S750DR
Компания АВВ выпускает изделия марки S750DR, где селективность выключателей обеспечивается дополнительным токовым путем, который не разъединяется после срабатывания основного контакта при коротком замыкании.
При отключении нижерасположенного аварийного участка селективным биметаллическим контактом создается задержка по времени срабатывания. При этом основной контакт селективного выключателя возвращается на место под действием пружины. Если сверхток продолжает поступать, через 20-200 мсек отключается тепловая защита в основной и дополнительной цепях. При этом селективная биметаллическая пластина блокирует механизм расцепления, и пружина уже не сможет обратно замкнуть основной контакт.
Ограничение по току автомата обеспечивается за счет селективного резистора на 0,5 Ом и большого сопротивления электрической дуги внутри аппарата.
Советы
Если поставить над автоматом 16С выше по схеме такой же, то тут уже будет решать качество сборки. Насколько быстро они отработают. И не факт, что это будет самый ближайший. Поэтому, если возникла необходимость так сделать, то хотя бы повысить характеристику на D у вышестоящего. Но лучше не рассчитывать подобным образом схемы, это своего рода костыль.
Также, если у вас стоит автомат с хар-кой Д на какой-нибудь стиральной машине или другом агрегате, то вводной обязательно должен быть с такой же характеристикой, а не С. Иначе будет постоянно вырубать вводной при КЗ на линиях или запуске мощных машин, а групповые так и не отработают.
Но если разброс по току большой (ввод 40+ ампер, стиралка на D16), то можно и характеристику С ставить. 40*5=200 Ампер минимальный ток расцепления. А учитывая погрешности, то сработает он при более высоких значениях.
Мало того, что это будет ложное срабатывание, дак вы ещё и можете потерять не сохраненную работу на компьютере просто так.
Надеюсь статья была полезна. Если вы выбираете автоматы, то могу вам посоветовать другую нашу статью — как выбрать автоматический выключатель. Поможем с выбором характеристик и производителем.
Что такое селективность:
Селективность — это специфическая особенность релейной защиты выявить повреждённый элемент проводки (замыкание, перегрузка) и отключить его близлежащими выключателями, не прекращая нормальную работу остальных зон электрической цепи. К примеру, при обычном коротком замыкании кондиционера, в первую очередь, отключается предохранитель питающий непосредственно кондиционер:
Основная и главная цель — безопасность. Кроме того упрощается поиск причины отключения, только представьте, что при замыкании в розетке у вас отключается весь подъезд. Попробуйте потом разобраться, что где как и почему В каждый автоматический выключатель входит в 2 независимых друг от друга системы защиты:
- От короткого замыкания
- От перегрузки
Карта селективности автоматических выключателей
Чтобы создать надежную токовую защиту, используют специальную карту. Она представляет собой схему времятоковых характеристик устройств, которые монтируются поочередно в электрической цепи. Часто карта селективности не применяется, что в будущем, возможно, приведет к отключению электроэнергии у потребителя.
Практика показывает, что такая карта нужна не всегда. Она применяется в случае возникновения серьезных повреждений. Для обеспечения избирательности (см. начало статьи) показатель соотношения номиналов должен быть от 2.5. Если при расчетах получается завышенное значение, то устанавливают рубильники или же селективный автоматический выключатель, такой как вводной автомат ABB S750DR.
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.
- Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где случилось замыкание или поломка.
- 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:
Выключатели автоматического типа с селективной защитой
Селективный автоматический выключатель является частью электрической цепи. Он выполняет защитную функцию и предотвращает сгорание электропроводки, поломку подключенного к ней оборудования в случае короткого замыкания или превышения номинального напряжения на конкретных участках цепи.
Принцип селективности
Селективностью в электрике и электронике принято называть свойство защитного механизма, выражающееся в способности выделять неисправно функционирующий элемент и отключать его.
Селективная защита бывает:
- Абсолютная. Действует только на участке, где случается поломка или замыкание.
- Относительная. Задействует предохранители, находящиеся выше, когда в силу разных причин другие защитные приборы не срабатывают.
Ярким примером селективности является принцип работы распределительного щитка в доме. Электрическая схема каждого помещения (спальни, кухни, ванной и т. д. ) имеет свой предохранитель. При возникновении короткого замыкания или перепада напряжения в конкретном месте срабатывает абсолютная защита, весь дом не обесточивается.
Если отдельный предохранитель не функционирует, начинает действовать абсолютная защита. Прибор, установленный на входе, полностью отключает энергоснабжение.
Подключение защитных устройств
Селективность автоматических выключателей принято классифицировать исходя из способа их подключения.
По этому принципу защита сети может быть:
- Полная. В цепочке последовательно подключённых устройств раньше срабатывает тот, что находится вблизи аварийного участка.
- Частичная. Её действие аналогично полной с той лишь разницей, что срабатывает она до определённого значения сверхтока.
- Временная. Последовательно соединённые приборы имеют равные токовые характеристики, но разный период выдержки на срабатывание. Этот период постепенно возрастает от проблемного участка до источника питания. Временная селективность позволяет одному предохранителю страховать другой в случае его отключения.
- Токовая. Основным её параметром выступает максимально-токовая отсечка. Устройства располагаются по мере её уменьшения от источников питания до объектов загрузки.
- Времятоковая. Автоматы, реагирующие на ток и время, делятся на четыре группы. Максимальную эффективность показывает первая группа (A), используемая в электронных схемах. Четвёртая группа (D) применяется в электроприводных системах, для которых характерен большой пусковой ток.
- Зонная. Функционирует под контролем измерительных приборов, передающих данные в центр контроля. На основе полученных сведений определяется, какое из устройств будет отключено. Для такого типа защиты требуются дополнительные источники питания, реализовать его сложно и финансово затратно. Применяется в промышленной сфере.
Самым скоростным является энергетический тип защиты. Предохранители, подключённые по такой схеме, действуют настолько быстро, что короткое замыкание не успевает достичь максимума.
Расчёт защитных показателей
Роль селективных устройств в электрических цепях чаще всего выполняют стандартные выключатели. Чтобы их действие было эффективным, нужно провести правильные расчёты и настройки. При размещении выключателя вблизи источника энергии должно быть соблюдено правило, выраженное формулой Iс. о. послед. ≥ Kн. о.∙ I к. пред.
В ней используются следующие параметры:
- Iс.о.послед. Ток, при котором срабатывает защита.
- I к. пред. Ток короткого замыкания в конце зоны действия защиты, располагающейся на наибольшем удалении от источника питания.
- Kн.о. Коэффициент надёжности. Зависит от разброса показателей.
Настройка защитного оборудования, в котором важным фактором регулирования является временной промежуток, происходит по формуле tс. о. послед. ≥ tк. пред.+ ∆t. В ней tс. о. послед. и tк. пред. обозначают периоды, через которые срабатывают отсечки предохранителей, установленных вблизи и на удалении от источника питания соответственно. Показатель ∆t характеризует временную ступень селективности, которая определяется по каталогу.
Для обеспечения максимальной защиты электросети используются не только числовые расчёты, но и составляется карта селективности. На ней в виде графиков изображаются времятоковые показатели выключателей, размещённых в цепи по очереди и имеющих один источник напряжения. При составлении такой карты важную роль играет масштаб. Он должен быть таким, чтобы были видны все расчётные точки. Также важно, чтобы карта содержала информацию о максимумах и минимумах коротких замыканий в точках системы.
Несмотря на все преимущества селективной защиты, её установка не всегда является целесообразной. Она показывает свою эффективность только при значительных неполадках в электросети. Основаниями для монтажа селективных защитных приборов служат высокие показатели номинальных автоматов, полученные в результате предварительных расчётов.
Роль автоматических выключателей
Залогом безопасной работы электрической схемы служит чёткая система защиты, в основе которой лежит принцип разделения общей цепи на отдельные участки. Такое разделение позволяет быстро выявить неисправность и устранить её.
Благодаря установке селективных выключателей удаётся добиться правильной совместимости всех используемых защит и обеспечить:
- безопасность жизни людей и работы электроприборов;
- автоматическое обнаружение неисправного участка и его ремонт;
- снабжение электроэнергией участков цепи, расположенных в непосредственной близости к повреждённым зонам;
- поддержку качества предоставляемой электроэнергии.
Тот факт, что однополюсные автоматические выключатели, монтированные на фазном проводе, справляются с функцией защиты сети, не означает, что от выключателей с двумя полюсами следует полностью отказаться. Именно такие устройства защищают систему от токов, сохраняющихся в нейтраль после отключения фазного провода.
Двухполюсные автоматы устанавливают на DIN-рейку распределительного щита вместо двух однополюсных приборов. Они показывают высокую эффективность работы в квартирах и частных домах. Отключение такого устройства служит гарантией безопасного проведения любых работ с электричеством.
Автоматический выключатель, имеющий два полюса, может выполнять роль защитного и управляющего механизма в системах с технологической (кинематической, механической и др.) связью. Если обеспечить питание двух таких устройств от независимых линий, то при выходе из строя одного из них произойдёт отключение другого.
В соответствии с правилами устройства электроустановок, выбор селективных выключателей следует осуществлять с учётом номинальных токов электроприёмников. Это поможет избежать срабатывания защитного оборудования при кратковременных перегрузках.
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:
- 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.
- Далее идем по группам, организуя вторую ступень защиты (вводной автомат — это третья «линия обороны», если остальные не помогут):
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:
- 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.
- 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.
