Селективность автоматических выключателей — это важнейший аспект, который обеспечивает надежность функционирования электрических цепей. Эта характеристика предотвращает возникновение аварийных ситуаций и значительно повышает безопасность в эксплуатации.
При возникновении перегрузки или короткого замыкания отключается только та линия, где произошла неисправность, что позволяет остальным частям электросистемы продолжать работу. В этой статье мы подробно обсудим, как это происходит, а также рассмотрим ключевые задачи селективной защиты, схемы подключения и их главные характеристики.
Кроме того, мы обратим внимание на методы расчета селективности и правила создания соответствующего плана, дополненного иллюстрациями, таблицами и фотографиями. К материалу будут приложены также подробные видеогиды.
Краткое содержание статьи
Значение и главные задачи селективной защиты
Основные задачи селективной защиты заключаются в обеспечении безопасной и стабильной работы электрических установок. Система мгновенно распознает и отключает поврежденную секцию без остановки электроснабжения исправных участков. Это способствует снижению нагрузки на устройства и уменьшает последствия короткого замыкания.
При правильном функционировании автоматических выключателей мы можем удовлетворить требования к бесперебойному электроснабжению, что напрямую влияет на технологические процессы.
Если оборудование, ответственное за размыкание, выйдет из строя из-за короткого замыкания, то благодаря селективности, потребители все равно будут получать питание.
Основополагающим правилом селективной защиты является то, что ток, проходящий через все распределительные выключатели, установленные за вводным автоматом, должен быть меньше установленного значения вводного аппарата.
Номинальные значения могут складываться и выше, но каждое отдельное значение должно быть хотя бы на один шаг ниже вводного. Например, если на вводе установлен автомат на 50 ампер, следующий должен иметь значение 40 А.
Автоматический выключатель состоит из следующих компонентов: рычага (1), винтовых клемм (2), подвижного и неподвижного контактов (3, 4), биметаллической пластины (5), регулировочного винта (6), соленоида (7), дугогасительной решетки (8) и защелки (9).
С помощью рычага осуществляется включение и выключение тока на клеммы. К клеммам подключаются и фиксируются контакты. Подвижный контакт, снабженный пружиной, служит для быстрого размыкания, причем связь с цепью осуществляется через неподвижный контакт.
При превышении порогового значения тока, отключение происходит благодаря нагреву и изгибу биметаллической пластины, а также за счет работы соленоида.
Настройка токов срабатывания производится при помощи регулировочного винта. Для избежания образования электрической дуги во время размыкания контактов в конструкцию вписана дугогасительная решетка. Корпус автомата фиксируется с помощью защелки.
Селективность, как характеристика релейной защиты, обеспечивает своевременное выявление неисправного узла и его отсечение от работающей части электрической системы.
На данной схеме щита показано, как осуществляется распределение нагрузки по квартире. Перед установкой автомата необходимо провести расчет общей мощности подключаемого оборудования.
Селективность автоматов подразумевает их последовательную работу. В случае нарушения этого принципа будут нагреваться как автоматические выключатели, так и проводка.
Это может привести к возникновению короткого замыкания, перегреву плавких контактов и изоляции, что в свою очередь может вызвать выход из строя электроприборов или пожар.
Рассмотрим ситуацию на длинной линии электропередач, где произошла авария. Согласно основному принципу селективности, первым срабатывает автомат, находящийся ближе всего к месту повреждения.
Если в квартире, например, в розетке возникло короткое замыкание, то защитный автомат, отвечающий за эту линию, должен сработать. Если этого не происходит, срабатывает автомат на щитке, и только затем вводной автомат.
Абсолютная и относительная селективность защиты
Понятие селективности зафиксировано в ГОСТе IEC 60947-1-2014. Существует два вида селективности: абсолютная и относительная. Абсолютная селективность характеризуется тем, что защита срабатывает исключительно в пределах защищаемой зоны.
При этом максимальный ток селективности совпадает с максимальной отключающей способностью установленного ниже автомата.
Если происходит отключение, когда защита не сработала на проблемном участке, такое состояние называется относительной селективностью. В этом случае отключаются расположенные выше выключатели.
При превышении заданного значения тока выключателя-автомата, без крупных перегрузок, селективная защита функционирует практически безотказно, что сложнее добиться при коротком замыкании.
Информация о продукции, вырабатываемой предприятием, доступна на корпусе и на официальных сайтах. Важно правильно интерпретировать маркировку автоматов — пары выключателей формируются согласно таблицам одного и того же производителя. Также стоит отметить, что группы, созданные по относительному принципу, имеют больше возможностей.
Задачу селективности упрощают таблицы, которые производители прилагают к своей продукции. С их помощью формируются группы с селективностью срабатывания.
В таблице буква «Т» обозначает полную селективность пары устройств, а цифра указывает на частичную. Если ожидаемая предельная величина тока КЗ меньше, чем указанное число, селективность будет выполнена.
Для проверки селективности между автоматами различного уровня, необходимо найти пересечение вертикальной и горизонтальной осей. Гарантия селективности — важная задача при питании потребителей, относящихся к особой категории.
При ее отсутствии могут произойти сбои в производственном процессе, повреждение линий и отключение систем кондиционирования и дымоудаления.
Типы схем селективного подключения
Помимо абсолютной и относительной селективности, существует еще семь видов селективной защиты:
- Зонная;
- Времятоковая;
- Энергетическая;
- Временная;
- Полная;
- Частичная;
- Токовая.
Для достижения необходимой селективности в автоматической защите электрических сетей с автоматическими выключателями применяются различные методы. В любом случае, важно правильно установить автомат, следуя выбранной схеме и монтажным рекомендациям.
Вид #1 — Полная и частичная защита
Полная защита подразумевает, что при последовательном подключении пары автоматов отключение одного, находящегося близко к зоне неисправности, происходит при возникновении сверхтоков.
Частичная защита работает по аналогичному принципу, но только после достижения тока установленной пороговой величины.
Селективность отключения, обеспечиваемая автоматическими выключателями (А и В), заключается в том, что короткое замыкание, независимо от места его возникновения в электроустановке, будет отсекается ближайшим автоматом, находящимся выше этой точки. Остальные устройства не отключатся.
При соблюдении селективности до меньшего значения тока двух АВ можно говорить о полной селективности между ними. В данном случае величина предполагаемого тока КЗ не превысит значения токов обоих автоматов.
Вид #2 — Токовая селективность
При токовой селективности основным параметром является предельное значение тока. Значения организуются от объекта до ввода с учетом возрастания. Принцип действия данной селективности аналогичен времени.
Различие лишь в том, что выдержка осуществляется в зависимости от тока — с приближением короткого замыкания к вводу, повышаются токовые характеристики. Временные параметры отключения могут оставаться прежними.
Зоны повреждений, вызванные коротким замыканием, определяются при помощи различных уставок срабатывания. Полная селективность может быть достигнута только в условиях, когда ток КЗ невысокий, а между двумя автоматами установлено оборудование с высоким электрическим сопротивлением. В таких обстоятельствах токи КЗ значительно отличаются.
Данный тип селективности преимущественно используется в конечных распределительных щитах. Здесь совпадают низкие номинальные токи и токи КЗ с высоким полным сопротивлением кабелей.
Этот вариант селективности отличается экономичностью, простотой и быстрой реакцией. Однако данный тип селективности часто оказывается частичным, так как максимальный ток обычно невысок.
На иллюстрации показана токовая селективность с использованием автоматов. В этом случае наблюдается смещение по оси токов характеристик, расположенных последовательно автоматов.
Когда значения Isd1 и Isd2 равны или близки, максимальный ток селективности Is равен Isd2. Если данные существенно отличаются, то Is = Isd1.
Условием для обеспечения селективности по току являются неравенства: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. В таких случаях максимум селективности устанавливается как Is = Isd1.
К недостаткам данного типа относится значительный рост уставок защиты от высоких токов. Быстрая реакция на повреждение цепи невозможна, если хотя бы один автомат выйдет из строя.
При расчетах уставок защиты по току важно учитывать фактические токи, протекающие через автоматы, функционирующие в автоматическом режиме.
Вид #3 — Временной и времятоковый тип
Когда в электрической цепи располагается группа автоматических выключателей с одинаковыми токовыми характеристиками, но различающимися временами срабатывания, они могут взаимно защищать друг друга при возникновении аварийной ситуации. Ближайший к месту повреждения выключатель сработает мгновенно, за ним последует другой, но уже с задержкой, и так далее.
На представленном двухуровневом графике видно, что выключатель «А» имеет время срабатывания, позволяющее обеспечить полную селективность с параметрами автоматического выключателя «В».
В условиях временно-токовой селективности защитные устройства учитывают как величину тока, так и время реакции. При достижении определенного уровня тока срабатывает защита, находящаяся ближе к месту короткого замыкания, что позволяет сохранить работоспособность исправной части системы.
На изображении представлен график временной селективности с использованием автоматических выключателей. Временнo-токовые характеристики выключателей «В» и «А» не пересекаются, их расположение ступенчато.
Тип #4 — энергетическая селективность автоматических устройств
При энергетической селективности отключения происходят непосредственно внутри корпуса автоматического выключателя. Время, необходимое для этого процесса, настолько короткое, что ток короткого замыкания не успевает достичь своих предельных значений.
Система временно-токовой защиты считается сложной, так как в ней задействованы не только значения тока, но и промежуток времени, в течение которого реагируют устройства.
При увеличении величины тока у автоматического выключателя уменьшается время его срабатывания. Основой такого типа селективности является настройка защитного механизма таким образом, чтобы он срабатывал быстрее при всех пороговых значениях тока, нежели автомат на вводе.
Тип #5 — зонная схема защиты
Зонная схема считается сложным и дорогостоящим вариантом, поэтому применяется преимущественно в промышленных установках. Как только предельные значения тока достигаются, информация поступает в контрольный центр, и срабатывает соответствующий автомат. Сети с подобной селективностью оснащены специализированными электронными расцепителями.
При обнаружении неисправности сигнал от выключателя, находящегося ниже по цепи, отправляется на устройство, расположенное выше. Первый автомат должен среагировать в течение одной секунды. Если этого не происходит, сработает второй.
Если сравнить зоный тип селективности с временным, можно заметить, что время реакции здесь значительно меньше — порой всего несколько сотых секунд. Уменьшается как процент вмешательства в систему, так и риск её повреждения. Также снижаются тепловые и динамические нагрузки на элементы установки. Количество уровней селективности увеличивается.
При достижении токов, превышающих номинальные значения защитных устройств, каждый выключатель передает сигнал блокировки к устройству более высокого уровня.
В условиях зонной селективности именно защита, находящаяся со стороны источника питания, сработает при возникновении короткого замыкания, если взять за отправную точку место аварии. Перед срабатыванием автоматов осуществляется контроль, чтобы защитное устройство, находящееся на нагруженной стороне, не посылало аналогичный сигнал.
Однако такая селективность требует наличия дополнительного источника питания. Поэтому ее рациональное применение ограничивается системами с высокими значениями токов короткого замыкания. К таковым относятся распределительные устройства, размещенные на стороне генераторов и трансформаторов.
Расчет селективности автоматических выключателей
Правильный выбор автоматов и их настройка являются основополагающими для достижения селективности автоматических выключателей. Селективность для выключателя, находящегося ближе к источнику, обеспечивает выполнение условия: Iс.о.послед ≥ Kн.о. ∙ Iк.пред.
Здесь Iс.о.послед — это ток, по достижении которого происходит срабатывание защиты. Iк.пред. — это ток короткого замыкания в конечной точке зоны действия автомата, расположенного далеко от источника энергии. Kн.о. — коэффициент надежности, который варьируется в зависимости от разброса настроек.
Номинал автомата для цепи выбирается не только при помощи расчетов, но и с использованием таблиц, ориентируясь на сечения кабелей в схеме.
Условие tс.о.послед ≥ tк.пред. + ∆t демонстрирует селективность при регулировке автоматических выключателей по времени. tс.о.послед и tк.пред. — это интервалы времени срабатывания выключателей, находящихся на большом расстоянии от источника энергии и рядом. ∆t — это характеристика, которая берется из каталога и обозначает временную степень селективности.
Карта селективности и принципы её создания
На карте селективности изображены временно-токовые характеристики всех устройств, входящих в состав электрической сети. Основная цель её разработки заключается в максимальном обеспечении защиты автоматов. Принцип защиты выключателей заключается в том, чтобы они подключались строго последовательно друг за другом.
Существует несколько правил, которые необходимо соблюдать при создании карты селективности:
- Все установки должны иметь единый источник напряжения.
- Важные расчетные точки должны быть четко видны. Исходя из этого, следует подбирать масштаб.
- На карте указывается защитная способность, минимальные и максимальные параметры КЗ в точках системы.
К сожалению, в проектировании часто возникают отклонения от норм, и карты селективности могут быть отсутствующими. Это способно привести к сбоям в электроснабжении потребителей.
На карту наносят характеристики последовательно соединённых автоматов. Сама схема строится вдоль осей.
Карта позволяет создать полное представление о согласовании настроек. Она предоставляет возможность сравнить эффективность работы автоматов в отношении селективности.
Времятоковые характеристики являются основой для создания карт селективности как для токовой защиты в виде автоматических выключателей, так и для других видов защиты, таких как предохранители и реле. Обычно одна карта содержит сведения о 2-3 автоматах. По оси абсцисс наносится значение тока в кВ, а по оси ординат — время в секундах.
Выводы и актуальное видео по теме
Ошибки, возникающие в работе автоматических выключателей, и методы их устранения:
Создание карты селективности с помощью специализированного программного обеспечения:
Надежная и безопасная эксплуатация электрических проводок невозможна без учета селективности автоматических выключателей. Понимание основных аспектов создания селективной защиты позволит правильно выбрать оборудование для вашего технического проекта.
Если вы профессионально занимаетесь электромонтажными работами и хотите дополнить изложенный материал? Или заметили ошибку или несоответствие в данной статье? Возможно, у вас есть вопросы к нашим экспертам? Напишите, пожалуйста, свои комментарии ниже.
