Избирательность автоматических выключателей представляет собой важнейший аспект для обеспечения стабильной работы электрической системы. Эта особенность помогает предотвратить аварийные ситуации и значительно повышает уровень безопасности.
Когда происходит перегрузка или короткое замыкание, защита активируется только на поврежденной линии, оставляя остальные части системы в нормальном режиме работы. В данной статье мы более подробно рассмотрием, как это происходит, опишем главные цели селективной защиты, а также варианты подключения и их специфические особенности.
Кроме этого, мы сосредоточим внимание на вычислении селективности и принципах создания карты, дополнив материал иллюстрациями, таблицами и фотографиями. Также статья будет обогащена разъяснениями в формате видеороликов.
Краткое содержание статьи
Значение и основные задачи селективной защиты
Основные цели селективной защиты заключаются в обеспечении безопасной эксплуатации и надежной работы электрических систем. Она в состоянии оперативно определить и отключить поврежденный участок, не прерывая подачу энергии на исправные зоны. Это позволяет снизить нагрузку на систему и минимизировать последствия короткого замыкания.
Когда автоматические выключатели функционируют без сбоев, это позволяет в полной мере удовлетворить требования по непрерывному электроснабжению, что критически важно для производственного процесса.
В ситуации, когда автоматическое оборудование, отвечающее за размыкание, оказывается неисправным в результате короткого замыкания, благодаря принципу селективности пользователи смогут получать электроэнергию без перебоев.
Основное правило, которое гласит, что ток, проходящий через распределительные выключатели, установленные за вводным автоматом, должен быть ниже установленного значения последнего, является фундаментом селективной защиты.
Хотя суммарные номиналы могут быть больше, каждый отдельный должен быть хоть немного ниже, чем номинал вводного. К примеру, если вводной автомат рассчитан на 50 ампер, то следующий за ним автомат должен иметь номинал 40 А.
Автоматический выключатель состоит из различных компонентов: рычага (1), винтовых клемм (2), подвижных и неподвижных контактов (3, 4), биметаллической пластины (5), регулировочного винта (6), соленоида (7), дугогасительной решетки (8) и защелки (9).
При помощи рычага осуществляется включение и выключение тока на клеммах. Клеммы подключаются и фиксируются при помощи контактов. Подвижный контакт соединен с пружиной, обеспечивающей быстрое размыкание, в то время как соединение с ним осуществляется через неподвижный контакт.
В случае, если ток превышает установленное значение, размыкание происходит благодаря нагреву и деформации биметаллической пластины, а также действия соленоида.
Токи срабатывания могут настраиваться с помощью регулировочного винта. Чтобы предотвратить образование дуги при размыкании, в схему вводят дугогасительную решетку. Защелка служит для фиксации корпуса автомата.
Селективность — это способность релейной защиты находить неисправные участки системы и отключать их от работающих частей электроэнергетического устройства.
На этой схеме показано, как распределяется нагрузка по квартире. Перед установкой автомата необходимо выполнить расчет общей мощности оборудования, подключаемого к данной линии.
Селективность выключателей подразумевает их последовательную работу. Если этот принцип не соблюдается, то подвержены перегреву как автоматические выключатели, так и проводка.
Это может привести к короткому замыканию на линии, сгоранию плавких контактов и изоляции, что в результате может повлечь выход из строя электрических приборов и даже возгорание.
Предположим, что на длинной линии произошла авария. В соответствии с основным правилом селективности первым сработает автомат, находящийся ближе всего к месту повреждения.
Если в обычной квартире в одной из розеток возникнет короткое замыкание, то сработать должна защита линии, к которой эта розетка относится. Если этого не происходит, тогда срабатывает автомат на щитке, и только после него — вводной автомат.
Абсолютная и относительная селективность защиты
Понятие селективности изложено в ГОСТ IEC 60947-1-2014. Существует два основных типа селективности — абсолютная и относительная. Если система защиты настроена таким образом, что срабатывает только в пределах защищенной зоны, это указывает на абсолютную селективность.
В этой ситуации максимальный ток селективности соответствует максимальной отключающей способности низшей по уровню защиты.
Когда происходит резервное срабатывание, потому что защита не отключается на проблемном участке, это называется относительной селективностью. В таких случаях срабатывают более высокие автоматы.
Если ток превышает заданный предел, когда отсутствуют большие перегрузки, селективная защита практически всегда срабатывает эффективно. Однако ее эффективность значительно снижается при коротких замыканиях.
Информация о производимой продукции размещается на корпусах устройств и на сайтах производителей. Важно правильно интерпретировать маркировку автоматов, так как группы выключателей формируются только на основании таблиц одного конкретного производителя. Также следует заметить, что группы, созданные на основе относительного принципа, имеют больше функций.
Таблицы селективности, предоставляемые производителями вместе с их изделиями, упрощают данную задачу. На их основе создаются группы с селективностью срабатывания.
Буква «Т» в таблице указывает на полную селективность пары аппаратов, тогда как число обозначает частичную. Если ожидаемое значение тока короткого замыкания меньше, чем указано в таблице, значит, избирательность будет обеспечена.
Для проверки селективности между верхним и нижним автоматами находят пересечение вертикали и горизонтали. Добиться селективности — крайне важная задача, особенно для потребителей, относящихся к специальным категориям.
При ее отсутствии возможны остановки в производственных процессах, повреждения линий и отключения систем вентиляции и дымоудаления.
Виды селективных схем подключения
Кроме абсолютной и относительной селективности, также выделяют еще семь видов селективной защиты:
- зонная;
- времятоковая;
- энергетическая;
- временная;
- полная;
- частичная;
- токовая.
Для обеспечения необходимой селективности автоматической защиты электрической сети с автоматами применяются разные подходы. Однако в любом случае важно правильно установить выключатель, следуя утвержденной схеме и монтажным правилам.
Вид #1 — полная и частичная защита
Полная защита подразумевает, что если пара автоматов подключается последовательно, появление избыточных токов ведет к отключению ближайшего к месту неисправности устройства.
Частичная защита работает аналогичным образом, но только после того, как ток превысит установленный уровень.
Селективность отключения, обеспечиваемая автоматами (А и В), означает, что в случае короткого замыкания в каком-либо месте установки, поврежденный участок будет отключен тем автоматом, который ближайший к этому месту. Остальные устройства останутся в рабочем состоянии.
Если селективность достигается до меньшего значения тока двух автоматов, то можно утверждать о полной селективности между ними. В этом случае максимальное значение предполагаемого тока короткого замыкания в установке будет равным или менее значению тока обоих автоматов.
Вид #2 — токовый тип селективности
При токовой селективности основным параметром является пороговое значение тока. От объекта до ввода токи упорядочиваются по возрастанию. Принцип действия этой селективности схож с временной селективностью.
Разница заключается в том, что здесь выдержка осуществляется по величине тока — чем ближе точка короткого замыкания к вводу, тем выше значения короткого замыкания. Временной показатель отключения может оставаться на прежнем уровне.
Участок, поврежденный в результате короткого замыкания, определяется с использованием установленных характеристик срабатывания на различные токи. Полная селективность возможна только в ситуациях, когда ток короткого замыкания невысокий, а между двумя автоматами установлено оборудование с высоким электрическим сопротивлением. Это приводит к значимым различиям в токах короткого замыкания.
Такой подход к селективности применяется в основном в конечных распределительных щитах, где сочетается низкий номинальный ток и высокий ток короткого замыкания с большим полным сопротивлением кабелей.
Этот тип селективности является экономически эффективным, простым и быстродействующим.Тем не менее, часто указанная селективность может оказаться частичной, так как значимый ток зачастую имеет малое значение.
На изображении представлена токовая селективность с помощью автоматов. При этом варианте селективности наблюдается сдвиг по оси тока характеристик срабатывания последовательных автоматов.
Когда значения Isd1 и Isd2 совпадают или близки, максимум селективности Is равен Isd2. Если же эти величины значительно отличаются, тогда Is = Isd1.
Для обеспечения селективности по току необходимо соблюдать следующие неравенства: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. В этом случае максимальная селективность равна Is = Isd1.
Недостатками такого подхода являются быстрый рост установленных значений для защиты от токов, превышающих допустимые уровни. Если один из автоматов выходит из строя, быстро отключить поврежденный участок невозможно.
При расчете установок защиты по току следует учитывать реальное значение токов, протекающих через автоматические выключатели в рабочем режиме.
Вид #3 — временной и времятоковый вариант
Когда в цепи установлены несколько автоматических выключателей с одинаковыми токовыми характеристиками, но различным временем задержки, они способны обеспечивать защиту друг друга при возникновении неисправностей. Автомат, находящийся ближе к проблемной области, сработает в первую очередь, следующий — через некоторое время, и так далее.
На этой двухуровневой схеме автомат «А» обладает временем задержки, которое обеспечивает полную селективность с характеристиками автоматов «В».
При времянной селективности защитные устройства учитывают не только величину тока, но и время его воздействия. Если ток достигает установленного значения, срабатывает защита, при этом она активируется от места короткого замыкания, которое расположено ближе всего. Надежная часть системы остается включенной.
На изображении представлен график временной селективности с применением автоматических выключателей. Характеристики срабатывания выключателей В и А не пересекаются и расположены ступенчато.
Тип #4 — энергетическая селективность автоматов
Энергетическая селективность подразумевает отключение, происходящее непосредственно внутри автомата. Процесс отключения происходит так быстро, что ток короткого замыкания не успевает достичь своего предела.
Система времянной защиты считается довольно сложной, так как здесь анализируются как ток, так и время его воздействия.
С увеличением тока у защитного устройства время срабатывания уменьшается. Основа этого вида селективности заключается в том, что защита реагирует быстрее на любые пороговые значения тока, чем автомат на вводе.
Тип #5 — зонная схема защиты
Зонная схема имеет сложность и высокую стоимость, поэтому чаще всего используется в промышленные целях. Как только тока достигает пороговых значений, информация поступает в центр управления, и отрабатывает соответствующий автомат. В такой электрической сети применяются специальные электронные расцепители.
Когда происходит сбой, сигнал от выключателя, находящегося ниже, передается к устройству выше. Первый автомат обязан среагировать в пределах секунды: если реакции не последовало, срабатывает второй автомат.
В сравнении с временной селективностью, зона гарантирует значительно более низкое время реакции — порой это всего сотни миллисекунд. Это также снижает как процент вмешательства в систему, так и уровень повреждений. Тем самым уменьшаются тепловые и динамические нагрузки на отдельные элементы системы. Увеличивается количество уровней селективности.
Когда токи, проходящие через защитные устройства, превышают предельные значения, сигнал о блокировке передается каждым автоматом на более высокий уровень защиты.
При зонной селективности срабатывает защита, находящаяся ближе к источнику питания, если исходной точкой считать место короткого замыкания. Перед срабатыванием автомата обеспечивается контроль для того, чтобы защитное устройство с нагруженной стороны не подало аналогичный сигнал.
Однако такая селективность требует наличия дополнительного источника питания. Поэтому рационально использовать этот тип селективности в системах с высокими токами короткого замыкания и большими величинами тока. К таким относятся коммутационно-распределительные аппараты, расположенные со стороны генераторов и трансформаторов.
Расчет селективности автоматов
Правильный выбор автомата и его точная настройка — важнейший принцип обеспечения селективности автоматических выключателей. Селективность для выключателя, находящегося ближе к источнику, гарантирует выполнение условия: Iс.о.послед ≥ Kн.о.∙ I к.пред.
Здесь Iс.о.послед — этот ток, при котором начинается срабатывание защиты. I к.пред. — ток короткого замыкания на конечной точке зона, охватываемой автоматом, лежащим далеко от источника энергии. Kн.о. — коэффициент надежности, величина которого зависит от дисперсии параметров.
Номинальная величина автомата для цепи определяется не только по расчетам, но и с помощью таблицы, ориентируясь на сечения кабелей в схеме.
Условие tс.о.послед ≥ tк.пред. + ∆t иллюстрирует селективность в случае настройки автоматического выключателя по времени. tс.о.послед, tк.пред. — временные интервалы срабатывания выключателей, находящихся на значительном расстоянии от источника питания и расположенных близко. ∆t — величина, полученная из каталога, обозначающая временную степень селективности.
Карта селективности и правила ее создания
Времятоковые характеристики всех устройств, задействованных в схеме электрической сети, изображаются на карте селективности. Цель её создания — максимальная защита автоматов. Основной принцип защиты выключателей — последовательное подключение автоматов друг к другу.
При создании карты селективности необходимо соблюдать определенные правила:
- Все установки должны получать питание от одного источника напряжения.
- Все важные точки расчетов должны быть четко обозначены. Это требует тщательного выбора масштаба.
- На карте отображаются защитные свойства, а также минимальные и максимальные параметры короткого замыкания в различных точках системы.
Тем не менее, зачастую проектировщики игнорируют эти нормы, что может привести к сбоям в электроснабжении пользователей.
На карту наносятся характеристики последовательно соединенных автоматов. Сама схема строится по осям.
Карта предоставляет полное представление о согласовании настроек. С её помощью возможно сравнение работы автоматов по селективности.
Временные характеристики осей служат основой не только для формирования карт селективности для токовой защиты с использованием автоматических выключателей, но и для других защит — предохранителей, реле. Обычно в одной карте отображаются характеристики 2-3 автоматов. По оси абсцисс отмечают ток в кВ, а по оси ординат — время в секундах.
Выводы и полезное видео по теме
Проблемы в работе автоматических выключателей и их решения:
Создание карты селективности с помощью специального программного обеспечения:
Надежное и безопасное использование электрической проводки невозможно без учета селективности автоматов. Понимание основных аспектов формирования селективной защиты позволяет грамотно выбрать оборудование для вашего технического проекта.
Вы профессионально занимаетесь электромонтажом и хотите дополнить представленный материал? Или у вас есть замечания или вопросы по данной статье? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии ниже.
