Что такое селективность автоматических выключателей + принципы расчета селективности

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.

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.

Таблицы селективности

Селективная защита работает в основном при превышении номинала In автоматического выключателя, т. е. при небольших перегрузках. При коротких замыканиях добиться ее значительно сложней. Для этого производители продают изделия с таблицами селективности, с помощью которых можно создавать связки с избирательностью срабатывания. Здесь можно выбирать группы аппаратов только одного изготовителя. Таблицы селективности представлены ниже, их можно найти также на сайтах предприятий.

Для проверки избирательности между вышестоящим и нижестоящим аппаратами находится пересечение строки и столбца, где «Т» — это полная селективность, а число — частичная (если ток КЗ меньше указанного в таблице значения).

Релейная защита — требования

Релейная защита должна соответствовать ряду требований, которые содержат следующие принципы: принцип селективности, чувствительности, надежности, быстродействия. Приспособление должно вести контроль за работой электроприборов, вовремя реагировать в случае нарушения установленного режима, моментально отключать неисправный участок цепи, при этом подавая сигнал обслуживающему персоналу об аварийной ситуации.

Быстродействие релейной защиты

От этого требования зависит время срабатывания, вследствие чего и защита электроприборов. Чем раньше сработает защитное реле, тем самым оградит электрооборудование от поломки. Поэтому все электрооборудование должно быть оснащено релейной защитой. При этом время отключения составляет от 0,01 до 0,1 секунды.

Проще говоря, это скорость, при которой защитное реле должно выявить и отключить поврежденные элементы. Коэффициент быстродействия это отрезок времени, который начинается с момента образования неисправности и до отключения неисправного элемента от электрической сети.

Ускорение выключения неисправности сокращает время работы нагрузки при сниженном напряжении, тем самым понижая степень повреждения неисправного компонента. Вследствие этого для электрической сети, имеющей напряжение 500 кВ быстродействие должно соответствовать 20 мс, а для электролинии в 750 кВ — не менее 15 мс.

Чувствительность релейной защиты

Данное требование должно обеспечивать защиту электрооборудования даже при минимальных показателях. То есть это восприимчивость реле к таким видам неисправностей, для которых оно предназначено.

Коэффициент чувствительности это отношение минимальной величины показателя, который сформировался в результате повреждения, к установленному значению.

Селективность релейной защиты

Этот принцип заключается в том, что в случае возникновения короткого замыкания, отключится только тот участок цепи, на котором образовалась данная ситуация. Все оставшееся электрооборудование остается в работоспособном состоянии.

Селективность подразделяется на абсолютную и относительную. Абсолютная селективность действует только на участке выполнения своих функций. К абсолютной селективности относятся все виды дифференциальных защит. Относительная характеристика действует на всей электролинии, при этом обесточивая не только свои участки, но и соседние. К такой селективности относятся дистанционная и максимальнотоковая защита.

Принцип логики

Для выполнения схем, использующих такой принцип, необходимы цифровые реле. Между собой реле соединяются линией «витая пара», кабелем ВОЛС или через телефонную линию (с использованием модема). С помощью таких линий приём (передача) информации осуществляется на диспетчерский пульт с разных объектов и между самими реле.

Принцип логики в радиальной сети

На приведённой Картинке 9, пояснён принцип работы логики. В каждом из 4-х цифровых реле применяется уставка по току, равная самой последней чувствительной ступени. Такая ступень имеет время срабатывания 0,2 с. Логическая селективность подразумевает возможность блокировки реле сигналом ЛО (логического ожидания). Такой сигнал подаётся по каналу от предыдущего реле защиты. Каждое из реле может передавать такие сигналы транзитом.

Как видно из рисунка, при КЗ в точке К1 все остальные реле, от сигнала ЛО, поданного реле К1, подвергнутся ожиданию. Реле К1 сработает и выполнит отключение. При КЗ в точке 2 аналогичным образом сработает реле К4.

Такие схемы построения логического управления требовательны к надёжности линий связи между элементами.

Выключатели с выдержкой времени

Автоматические выключатели, оснащённые механизмом установки времени срабатывания вне зависимости от значения тока, называются селективными. Соответственно аппараты, не обладающие этим качеством относятся к неселективным. Рассмотрим, что такое селективность и зачем она нужна.

Селективность — это одно из основных качеств, которым должна обладать защита. Селективность заключается в необходимом и достаточном объёме защитных отключений повреждённого участка сети. Это означает, что в случае повреждения оборудования (например, короткого замыкания), защита должна отработать так, чтобы отключенным оказался только повреждённый сегмент схемы. Всё остальное оборудование должно при этом по возможности оставаться в работе. Какое отношение к этому имеет выдержка времени выключателя, покажем на примере.

Предположим, на вводе питания секции 0,4 кВ установлен выключатель «1». От этой секции питаются несколько отходящих линий через линейные выключатели. Пусть на одной из отходящих линий установлен выключатель «2».

Теперь предположим, что в самом начале этой линии произошло короткое замыкание. Какой выключатель должен быть отключен защитами, чтобы выделить только повреждённый участок? Конечно же, «2». Но ведь ток короткого замыкания в этой ситуации протекает через два выключателя – «1» и «2» (короткое замыкание подпитывается от источника через выключатель ввода «1»). Каким же образом обеспечить отключение только выключателя «2», ведь значение тока, протекающего через эти выключатели практически одинаково. Вот здесь и приходит на помощь возможность установления искусственной задержки времени отключения на автомате ввода «1». При этом защита просто не успевает сработать, так как линейный выключатель «2» отключит ток короткого замыкания без выдержки времени.

Далее:

• Какие бывают и где применяются ограничители перенапряжения?
• Обзор реле напряжения РН-111, РН-111М, УЗМ-16.
• Лучше или нет инверторные стабилизаторы напряжения остальных подобных приборов?

Методы построения и виды систем селективной защиты

На основе перечисленных принципов выделяют основные методы и виды проектирования систем селективной защиты.

Селективность по току

В сеть последовательно устанавливаются автоматические выключатели с различными порогами срабатывания по току.

Принцип построения селективности по току

Примером может быть сеть обычной квартиры или частного дома, когда в РЩ устанавливается вводной автомат на 25А, после него промежуточный на 16А. На розеточные осветительные группы или бытовые приборы с отдельной линией ставят автоматы с пределом срабатывания в 10А. При этом временные и другие пороги срабатывания у этих защитных выключателей могут быть одинаковыми или различаться в зависимости от характера нагрузки.

Схема селективной защиты по току

Селективность по временному интервалу срабатывания защиты

В этом случае построение защиты осуществляется по тому же принципу, как с токовой защитой, только определяющим параметром по селективности является время срабатывания автоматических выключателей при достижении порогового значения токов.

Схема селективной защиты по времени

Вводной автомат в распределительном щите ставится на интервал срабатывания в 1 секунду, промежуточный выключатель имеет интервал 0,5 секунды, а перед самой нагрузкой – автоматы с интервалом срабатывания 0,1 сек.

• Времятоковая защита – это совокупность элементов с учетом пороговых значений срабатывания по току и времени, практически комбинированный вариант селекции параметров, перечисленных выше;
• Зонная защита – когда селективный принцип защиты применяется для отдельного участка цепи;

Пример построения схемы зональной защиты

Логический принцип построения селективной защиты предусматривает наличие процессора, который осуществляет прием сигналов от всех последовательно включенных в цепь элементов защиты. На основании этих данных прибор принимает решение и отправляет сигнал на отключение элемента защиты в участке, где превышен порог одного из контролируемых параметров;

Схема селективной защиты, построенная по логическому принципу

Селективность по направленности – когда по направлению тока последовательно устанавливаются элементы защиты, сдвигом фаз по напряжению формируется точка направления вектора напряжения. Таким образом, реле реагирует на изменение напряжения и направление тока не только на участке установки защиты, но и по всей линии цепи от источника питания.

При коротком замыкании на первой линии она будет отключена, при этом вторая линия будет продолжать работать и, наоборот, при возникновении неисправности на второй линии первая не отключается. Недостатком такого метода является то, что, кроме автоматических выключателей, приходится монтировать трансформаторы напряжения на каждую фазу линии.

Дифференциальный принцип построения селективной защиты

Такой способ применяется в цепях, где подключается нагрузка, потребляющая большую электрическую мощность. Контроль токов осуществляется трансформаторами напряжения только на участке А-В. Фактически контролируются процессы на коротком отрезке сети, где подключена нагрузка, при превышении пороговых значений отключается конкретное оборудование, не затрагивая других участков.

Схема дифференциальной защиты

Достоинство этого метода в высоком быстродействии и чувствительности к изменению параметров, как недостаток можно отметить высокую стоимость оборудования.

Все перечисленные методы селективного принципа построения защиты позволяют решить целый ряд проблем при эксплуатации электрических цепей:

• Поддерживать работоспособность исправных участков во время возникновения неисправности на смежных с ними;
• Автоматическое определение места неисправности и отключение его от рабочей сети;
• Обеспечение безопасности персонала обслуживающего электроустановки.

При построении селективной защиты необходимо соблюдать базовые принципы, все элементы устанавливаются на одно напряжение, в точках контроля должны учитываться наименьшие и наибольшие значения параметров при коротком замыкании.

Виды селективных схем подключения

Защитная аппаратура по селективности подразделяется на несколько видов. К таковым относятся следующие виды защит:

• полная;
• частичная;
• токовая;
• временная;
• времятоковая;
• энергетическая.

На каждом из них нужно остановиться отдельно.

Защита полная и частичная

При такой защищённости цепи подразумевается последовательное подключение аппаратов. В случае возникновения сверхтока сработает тот автомат, который ближе всего к месту повреждения.

Важно! Частичная избирательная защита отличается от полной селективности тем, что срабатывает лишь до установленного значения сверхтока

Токовый тип селективности

Выстраивая в убывающем порядке величины токов от источника к нагрузке, обеспечивают работу токовой избирательности. Главной мерой здесь является предельное значение токовой метки.

Например, начиная от источника питания или ввода, автоматические выключатели устанавливают в последовательности: 25А, 16А, 10А. Все автоматы могут иметь одинаковое время на срабатывание.

Важно! Между автоматами должно быть высокое сопротивление цепи. Тогда они будут иметь эффективную избирательность. Повышают сопротивление путём увеличения протяжённости линии, включения участков с проводом меньшего диаметра или вставкой трансформаторной обмотки

Повышают сопротивление путём увеличения протяжённости линии, включения участков с проводом меньшего диаметра или вставкой трансформаторной обмотки.

Токовая селективность

Временная и времятоковая селективность

Что значит селективная защита по времени? Особенностью такого построения схемы релейной защиты является привязка ко времени срабатывания каждого защитного элемента. Автоматические выключатели обладают одинаковыми токовыми параметрами, но имеют разную выдержку времени при срабатывании. Время срабатывания увеличивается по мере удаления от нагрузки. К примеру, самый ближний рассчитан на срабатывание после 0,2 с. В случае его отказа через 0,5 с. должен сработать второй. Работа третьего автоматического выключателя рассчитана через 1 секунду в случае несрабатывания первых двух.

Временная избирательность

Очень сложной считается времятоковая избирательность. Чтобы её организовать, необходимо выбирать приборы групп: A, B, C, D. У группы А наивысшая защита (применяется в электроцепях). Каждая из этих групп имеет индивидуальную реакцию на величину электрического тока и временную задержку.

Энергетическая селективность автоматов

Такая защита обусловлена свойствами выключателей, которые заложены производителем. Быстрое срабатывание – до того, как токи КЗ достигли максимума. Счёт идёт на миллисекунды, согласовать такую избирательность очень сложно.

Энергетическая селективность

Что такое зонная селективность

Определение данного покрытия избирательной защитой сети связано с особенностью её построения. Это достаточно дорогой и сложный способ. В результате обработки сигналов, поступающих от каждого выключателя, определяется зона повреждения, и отключение происходит только в ней.

Информация. Для обустройства такой защиты требуется дополнительное питание. Сигнал от каждого выключателя подаётся в контрольный центр. Отключения производятся электронными расцепителями.

Такие схемы рациональнее всего использовать на промышленных предприятиях, где системы обладают высокими значениями токов КЗ и значительными рабочими токами.

Пример и график зонной избирательности

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.

Основные определения

Определение селективности приведено в ГОСТ IEC 60947-1-2014 «Аппаратура распределения и управления низковольтная – Часть 1. Общие правила.»

«Селективность по сверхтокам (2.5.23)

Координация рабочих характеристик двух или нескольких устройств для защиты от сверхтоков с таким расчетом, чтобы в случае возникновения сверхтоков в пределах указанного диапазона срабатывало только устройство, предназначенное для оперирования в данном диапазоне, а прочие не срабатывали”, при этом под сверхтоком понимается ток с более высоким значением, чем номинальный ток, вызванный любой причиной (перегрузка, короткое замыкание и т.д.). Таким образом, существует селективность между двумя последовательными автоматическими выключателями в отношении сверхтока, который протекает через оба выключателя, причем автоматический выключатель со стороны нагрузки размыкается, обеспечивая защиту цепи, а автоматический выключатель со стороны питания остается замкнутым, обеспечивая подачу питания остальной части установки. Определения полной и частичной селективности, с другой стороны, приведено в ГОСТ Р 50030.2-2010 «Аппаратура распределения и управления низковольтная – Часть 2. Автоматические выключатели.»

«Полная селективность (2.17.2)

Селективность по сверхтокам, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки осуществляет защиту без срабатывания второго защитного аппарата.»

«Частичная селективность (2.17.3)

Селективность по сверхтокам, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки осуществляет защиту до определенного уровня сверхтока без срабатывания второго защитного аппарата.”

Можно говорить о полной селективности, когда обеспечивается селективность для любого значения сверхтока, возможного в установке. О полной селективности между двумя автоматическими выключателями говорят, когда обеспечивается селективность до меньшего из значений Icu двух автоматических выключателей, так как максимальный ожидаемый ток короткого замыкания (КЗ) установки в любом случае будет ниже или равным наименьшему значению Icu двух автоматических выключателей.

О частичной селективности говорят, когда обеспечивается селективность только до определенного значения тока Is (предельный ток селективности). Если ток превышает это значение, то селективность между двумя автоматическими выключателями более не может быть обеспечена.

О частичной селективности между двумя автоматическими выключателями говорят, когда обеспечивается селективность до определенного значения Is, которое ниже значений Icu двух автоматических выключателей. Если максимальный ожидаемый ток КЗ установки ниже или равен току селективности Is, говорят о полной селективности.

Пример

Рассматриваются следующие два автоматических выключателя:

• На стороне питания XT4N250 TMA100 (Icu=36 кА);
• На стороне нагрузки S200M C40 (Icu=15 кА).

Из “Таблиц координации аппаратов защиты и управления” видно, что обеспечивается полная селективность (Т) между двумя автоматическими выключателями. Это означает, что обеспечивается селективность до 15 кА, т.е. меньшего из двух значений Icu.

Очевидно, что максимальный ожидаемый ток К3 в месте установки автоматического выключателя S200M C40 будет меньше или равным 15кА.

Теперь рассматриваются следующие два автоматических выключателя:

• На стороне питания XT4N250 TMA80 (Icu=36 кА);
• На стороне нагрузки S200M C40 (Icu=15 кА).

Из «Таблиц координации аппаратов защиты и управления» видно, что селективность между двумя автоматическими выключателями составляет Is=6.5 кА.

Это означает, что если максимальный ожидаемый ток КЗ на стороне нагрузки автоматического выключателя S200M C40 меньше 6.5 кА, то будет обеспечена полная селективность, а если ток КЗ имеет более высокое значение, то будет обеспечиваться частичная селективность, т.е. только для КЗ с током меньше 6.5 кА, тогда как для КЗ с током между 6,5 и 15 кА несрабатывание автоматического выключателя стороны питания не обеспечивается.

Преимущества каскадирования

Ограничение тока дает преимущества всем нижерасположенным цепям, которые управляются соответствующим токоограничивающим автоматическим выключателем.

Данный принцип не накладывает никакие дополнительные ограничения, т.е. токоограничивающие автоматические выключатели могут устанавливаться в любом месте электроустановки, в котором нижерасположенные цепи недостаточно защищены.

Преимущества:

• упрощение расчетов токов короткого замыкания;
• более широкий выбор нижерасположенных коммутационных аппаратов и бытовых приборов;
• использование коммутационных аппаратов и бытовых приборов, рассчитанных на более легкие условия эксплуатации и, следовательно, менее дорогих;
• экономия пространства, поскольку оборудование, рассчитанное на меньшие токи, обычно является более компактным.

Определение селективности автоматических выключателей

Определение «селективность» подразумевает защитный механизм и отлаженное функционирование некоторых устройств, состоящих из отдельных частей, последовательно соединенных друг с другом. Зачастую такими приборами служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО и т. д. Результатом их работы является предупреждение сгорания электромеханизмов в случае возникновения угроз.

Как выглядит прибор

Обратите внимание! Преимуществом данной системы является ее свойство отключать лишь необходимые участки, при этом вся остальная система остается в рабочем состоянии. Единственное условие — согласованность защитных устройств между собой

Схема зонной защиты

Карта селективности

Обязательно необходимо упомянуть о карте селективности, которая будет вам необходима «как воздух» для максимальной токовой защиты. Сама карта представляет собой определенную схему, построенную в осях, где отображаются все совокупности времятоковых характеристик установленных аппаратов. Пример предоставлен ниже:

Мы уже говорили, что все защитные аппараты должны быть подключены по-очереди друг за другом. И на карте отображают характеристики именно этих приборов. Главными правилами при чертежах карт являются: установки защит должны исходить от одного напряжения; масштаб необходимо выбирать с расчетом того, что будет видны все граничные точки; необходимо указать не только защитные свойства, но и максимальные и минимальные показатели коротких замыканий в расчетных точках схемы.

Стоит отметить, что в сегодняшней практике крепко закрепилось отсутствие карт селективности в проектах, особенно при небольших напряжениях. И это нарушение всех норм проектирования, которое в итоге и является результатом отключения электричества у потребителей.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Как вам статья?