что такое селективность автоматических выключателей

Селективность автоматических выключателей: теория и практика

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 вплоть 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.

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.

Источник

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.

Правильная селективность защиты изображена на иллюстрации:

Разбираем схему по секторам:

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:

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?

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:

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:

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

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

Источник

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.

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.

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.

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:

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.

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.

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.

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.

Комбинация токовой и временной селективности увеличивает эффективность отключения. Когда Isc B 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.

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.

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:

Часто нормы проектирования нарушаются, и карты селективности в проектах отсутствуют. Это может привести к перебоям в электроснабжении потребителей.

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.

Источник