Если селективность обеспечена, то в случае перегрузки по току нет необходимости беспокоиться — автоматический выключатель проблемной линии отключается, а остальные линии продолжают работать как ни в чем не бывало.
Что такое селективность автоматических выключателей + принципы расчета селективности
Селективность выключателя — это ключ к обеспечению надежной работы цепи. Эта функция помогает предотвратить аварийные ситуации и поднять безопасность на более высокий уровень.
В случае перегрузки линии или короткого замыкания защищается только неисправная линия, а остальная часть системы продолжает работать. В этой статье мы подробно рассмотрим, почему это так, основные задачи селективных защит, их схемы подключения и характеристики.
Также мы углубимся в расчет селективности и правила создания карты, снабдим материал схемами, таблицами и фотографиями. В конце статьи будут приведены подробные видеопояснения.
Значение и основные задачи селективной защиты
Безопасная эксплуатация и стабильность работы электроустановок — это задачи селективной защиты. Она непосредственно вычисляет неисправный участок и отключает его, не прерывая подачу электроэнергии на участки, которые могут быть запитаны. Селективная защита снижает нагрузку на установку и ограничивает последствия короткого замыкания.
Если автоматические выключатели работают правильно, то требования к бесперебойному электроснабжению и, следовательно, к технологическому процессу выполняются в максимально возможной степени.
Если автоматический выключатель выходит из строя из-за короткого замыкания, нагрузки питаются нормальным током благодаря селективности.
Основой селективной защиты является правило, согласно которому значение тока, протекающего через все автоматические выключатели, установленные ниже по потоку от главного автоматического выключателя, меньше, чем ток, указанный последним.
В сумме эти значения могут быть выше, но каждое из них должно быть как минимум на одну ступень ниже, чем у главного автоматического выключателя. Например, если в фидере установлен автоматический выключатель на 50 А, то рядом с ним устанавливается автоматический выключатель с номинальным током 40 А.
Выключатель состоит из следующих элементов: Рычаг (1), винтовые зажимы (2), подвижные и неподвижные контакты (3, 4), биметаллическая пластина (5), регулировочный винт (6), электромагнит (7), дугогасительная решетка (8), блокировка (9).
Используйте рычаг для включения и выключения питания на клеммах. Контакты подключаются к клеммам и фиксируются. Подвижный пружинный контакт используется для быстрого размыкания, а цепь подключается через неподвижный контакт.
Активация происходит при превышении порога срабатывания за счет нагрева и изгиба биметалла и электромагнита.
Ток срабатывания устанавливается с помощью регулировочного винта. В схему встроена дугогасительная сетка для предотвращения возникновения дуги при размыкании контактов. Корпус автомата оснащен блокировкой.
Селективность как характерная черта релейной защиты — это способность обнаружить неисправный элемент системы и отключить его от активной части энергосистемы.
Приведенная ниже схема распределительной панели наглядно показывает, как распределяется нагрузка в отсеке. Перед установкой автоматического выключателя необходимо рассчитать общую мощность подключенных к нему устройств.
Селективность автоматического выключателя — это его способность к поочередному переключению. Если этот принцип нарушается, то нагреваются как выключатели, так и провода.
Это может привести к короткому замыканию в линии, сгоранию плавких контактов и изоляции. Все это приводит к выходу устройства из строя и пожару.
Предположим, что на крупной линии электропередачи возникла аварийная ситуация. Согласно основному правилу селективности, первым отключается выключатель, находящийся ближе всего к месту повреждения.
Если короткое замыкание произошло в розетке в обычном щитке, должна сработать защита той линии, к которой относится розетка в щитке. Если это не так, то следующим срабатывает выключатель в щитке, и только потом вводной выключатель.
Абсолютная и относительная селективность защиты
Термин селективность определен в ГОСТ IEC 60947-1-2014, различают два вида селективности: абсолютную и относительную. Если защита координируется для действия исключительно в пределах защищаемой зоны, то это называется абсолютной селективностью.
В этих случаях максимальный ток селективности равен максимальной отключающей способности автоматического выключателя, расположенного ниже.
Срабатывание в состоянии ожидания, когда в проблемной зоне не произошло ни одного отключения, называется относительно селективной защитой. В этом случае срабатывают вышеупомянутые автоматические выключатели.
Если ток автоматического выключателя превышает установленное значение, т.е. если не возникает больших перегрузок, селективная защита, по сути, безопасна. Этого труднее достичь в случае короткого замыкания.
Компании предоставляют информацию о своей продукции на корпусе оборудования и на своих веб-сайтах. Важно правильно читать этикетки выключателей — группы выключателей конфигурируются только в соответствии с таблицами конкретного производителя. Обратите внимание, что группы, скомпонованные в соответствии с компетентным органом, имеют большее количество функций.
Таблицы избирательности, которые производители прилагают к своей продукции, упрощают задачу. Используйте эти таблицы для создания групп с селективностью активации.
Буква «Т» в таблице указывает на полную селективность пары устройств, цифра — на частичную селективность. Если ожидаемый предельный ток повреждения ниже числа в таблице, селективность достигнута.
Для проверки селективности между вышестоящей и нижестоящей автоматикой определяется точка пересечения по вертикали и горизонтали. Обеспечение селективности является очень важной задачей при снабжении потребителей специального класса.
В противном случае возможны перебои в производстве, повреждение линий, отключение систем кондиционирования, систем дымоудаления и т.д.
Теория. Что такое селективность?
О полной селективности.
Определим, что такое полная селективность согласно 1 и ГОСТ IEC 60898-1-2020 2:
Полная селективность (одиночный выключатель) — это селективность по току двух последовательно соединенных выключателей, при которой выключатель, ближайший к положению перегрузки по току или короткого замыкания, обеспечивает защиту по току без отключения другого выключателя, расположенного перед ним на стороне питания.
В случае короткого замыкания и перегрузки следует стремиться к селективному отключению последовательно соединенных автоматических выключателей. Второй выключатель, ближайший к месту возникновения сверхтока, должен срабатывать раньше, чтобы первый выключатель, ближайший к источнику питания, не сработал раньше него. Условия селективного отключения последовательно соединенных автоматических выключателей от сверхтока можно стандартизировать с помощью терминов.
Следующие термины 1,2 определены в МЭК 60898-1 и МЭК 60898-1:2003:
- время размыкания (opening time): время, измеренное от момента, в который ток в главной цепи автоматического выключателя, находящегося в замкнутом положении, достигает значения срабатывания расцепителя сверхтока, до момента, когда дуговые контакты разделились во всех полюсах. Примечание – Время размыкания обычно упоминается как время расцепления, хотя, строго говоря, время расцепления применяется ко времени между моментом инициирования времени размыкания и моментом, в который команда размыкания становится необратимой; время дуги полюса (arcing time of a pole): интервал времени между моментом инициирования дуги в полюсе и моментом завершения гашения дуги в этом полюсе;
- время дуги многополюсного автоматического выключателя (arcing time of a multipole circuit-breaker): интервал времени между моментом первого инициирования дуги и моментом завершения гашения дуг во всех полюсах; время отключения (break time): интервал времени между началом времени размыкания автоматического выключателя и концом времени дуги.
Время отключения — это время между моментом, когда ток в главной цепи выключателя достигает уровня отключения автоматического выключателя сверхтока, и моментом, когда размыкаются дугогасящие контакты на всех n полюсах выключателя.
Время отключения соответствует промежутку времени между началом времени отключения и моментом, когда команда на размыкание выключателя становится необратимой. Время начала времени отключения — это время, когда электрический ток в главной цепи выключателя достигает значения, при котором срабатывает расцепитель сверхтока.
Время, в которое команда на отключение становится необратимой, — это время, в которое прерыватель сверхтока активирует подавление автоматического выключателя и заставляет главные контакты автоматического выключателя разомкнуться. Таким образом, время отключения — это промежуток времени между моментом, когда ток в главной цепи выключателя достигает уровня срабатывания устройства защиты от сверхтока, и моментом, когда устройство защиты от сверхтока срабатывает.
Реальный пример
Зная эту терминологию, мы можем перейти к простому практическому примеру. Предположим, у нас есть два последовательно соединенных автоматических выключателя. Первый автоматический выключатель QF1, установленный на главном входе распределительного оборудования одного дома, имеет номинальный ток 50 A и тип мгновенного расцепления C, а второй автоматический выключатель QF2, установленный в распределительном оборудовании и защищающий выходную цепь от сверхтока, имеет номинальный ток 16 A и тип мгновенного расцепления B.
Наша задача — обеспечить надлежащую координацию (селективность) между этими двумя последовательно соединенными устройствами защиты от сверхтоков.
Это необходимо сделать для того, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания АВ, находящийся ближе всего к месту перегрузки по току (наш выключатель на 16 А), сработал раньше, чем выключатель, находящийся ближе всего к источнику питания (QF1 на входе в щит). Таким образом, QF1 не должен срабатывать, и установка здания будет продолжать функционировать, за исключением одной из розеточных цепей, в которой сработал QF2 из-за селективной работы. Именно этого мы и хотим добиться. Читайте дальше, чтобы узнать, при каких условиях это возможно.
Стандарт IEC 60898-1-2020 5.3.5 определяет следующие стандартные диапазоны токов мгновенного отключения для каждого типа мгновенного отключения (для простоты назовем их I).м.р):
Диапазон сверхтоков, при которых селективное отключение не может быть гарантировано для этих выключателей, начинается с верхней границы стандартного диапазона токов мгновенного отключения 10 Inили 500 A. Диапазон перенапряжений, при которых селективное отключение может быть гарантировано, простирается до нижнего предела стандартного диапазона токов прямого отключения 5 Inили 250 A.
Поэтому автоматический выключатель QF1, установленный в распределительном устройстве, может срабатывать без задержки при токах перегрузки более 250 A (например, 251 A) и должен срабатывать без задержки при токах перегрузки более или равных 500 A.
Ниже я нарисовал диаграмму, показывающую диапазоны сверхтоков, в которых селективное отключение двух последовательно соединенных автоматических выключателей типов C (один) и B (два) оправдано (зона 1), возможно (зона 2) или невозможно (зона 3). Диаграмма иллюстрирует, что для бытовых автоматических выключателей селективная работа может быть гарантирована только при малых значениях сверхтока.
Важно: Эта диаграмма относится к случаю, когда автоматический выключатель с мгновенным расцеплением типа C (QF1) и автоматический выключатель с магнитным расцеплением типа B (QF2) соединены последовательно. Таким образом, QF1 находится ближе к источнику питания, а QF2 — ближе к точке возможной перегрузки по току. Кроме того, выполняется требование по номинальным токам автоматических выключателей: In1>In2где
- In1– номинальный ток первого автоматического выключателя;
- In2– номинальный ток второго автоматического выключателя;
Использованная литература
При подготовке этой статьи я использовал следующие источники:
- Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 5// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2017. – № 2. – 160 c.
- ГОСТ IEC 60898-1-2020
- ГОСТ Р 50030.2-2010
- ГОСТ IEC 60898-2-2011
Главные функции
Основными задачами селективной защиты являются обеспечение бесперебойной работы энергосистемы и предотвращение выхода из строя механизмов в случае возникновения угрозы. Единственным условием правильного функционирования данного вида защиты является согласованность действий блоков защиты друг с другом.
Как только возникает аварийная ситуация, неисправная часть немедленно обнаруживается и отключается селективной защитой. Неисправные части продолжают работать, а отключенным частям это никак не мешает. Селективность значительно снижает нагрузку на электрическую систему.
Основной принцип этого вида защиты заключается в оснащении автоматических выключателей номинальным током, который меньше, чем у питающего устройства. Вместе они могут превышать номинал группового автоматического выключателя, но никогда по отдельности. Например, если входящий аппарат установлен на 50 А, то следующий аппарат не должен иметь номинальный ток выше 40 А. Устройство, находящееся ближе всего к месту повреждения, всегда отключается первым.
ВНИМАНИЕ: Выбор автоматических выключателей, включая выключатели с абсолютной селективностью, зависит от их номинальной мощности и характеристик отключения, которые обозначены B, C и D. Часто в качестве устройств защиты электроустановки выступают различные типы выключателей, предохранителей и УЗО.
Таким образом, основные функции селективной защиты сводятся к следующему:
- 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.
Читайте также.
Виды селективной защиты
Полная и частичная
Полная защита предназначена для последовательного подключения оборудования. В случае столкновения максимально быстро срабатывает устройство защиты, находящееся ближе всего к месту повреждения. Частичная селективная защита очень похожа на полную селективную защиту, но работает только до определенного значения тока.
Временная и времятоковая
Селективность по времени — это когда последовательно соединенные устройства с одинаковыми характеристиками тока имеют разные задержки срабатывания (когда они последовательно поднимаются от зоны повреждения к источнику питания). Защита с выдержкой времени используется для того, чтобы автоматические выключатели могли поддерживать друг друга в случае повреждения. Например, в случае повреждения первый должен сработать через 0,1 секунды, второй — через 0,5 секунды, а третий, при необходимости, через 1 секунду.
Селективность по току-времени считается самой сложной. В ней используются 4 группы устройств — A, B, C и D. Каждая из них имеет свою реакцию на ток и отключение в необходимое время. Наилучшую защиту обеспечивает группа А, которая в основном используется для цепей. Самым популярным типом является C, но эксперты советуют воздержаться от повсеместной и злонамеренной установки.
Селективность по току
Этот тип похож на временный, с той разницей, что основным критерием является предельное значение тока. Значения тока выстраиваются в порядке убывания от источника питания к нагрузке.
Если вблизи выключателя А происходит короткое замыкание, то защита конца В не должна срабатывать, а сам выключатель должен быть отключен. Для обеспечения полной селективности по току между двумя выключателями должно быть высокое сопротивление. Это достигается следующими мерами:
- протяженной линии электропередачи;
- вставки обмотки трансформатора;
- включения в разрыв провода сечения меньшего размера.
Что такое таблицы селективности
Селективность между выбранными выключателями можно проверить по таблицам селективности в каталоге производителя. Ниже приведен пример такой таблицы из каталога Acti9 компании Schneider Electric.
В таблице указаны пределы селективности. Буква T означает полную селективность. Как видите, полная селективность дается только в ограниченном числе случаев. Если ток короткого замыкания превышает предел селективности, возможно срабатывание обоих автоматических выключателей.
Графики селективности
Диаграммы BTC, которые я привел для иллюстрации диапазона селективности, относятся только к двум конкретным выключателям — C25 и B10. Я предлагаю пойти дальше и создать глобальные диаграммы, которые позволят определить диапазоны селективности для любой пары выключателей.
Оранжевая область на диаграммах представляет собой диапазон мгновенных токов срабатывания для функции «C», а синяя область — для функции «B». Диаграмма проста в использовании. Например, выберите уже известную нам пару C25-B10. Красные полосы на диаграммах показывают их «зоны заморозки», до которых их нельзя активировать и после которых их нужно активировать. Между этими зонами мы проводим линии, обозначающие границу зоны селективности.
Диаграмма универсальна — ее можно использовать для графического определения зоны селективности пары выключателей любой мощности.
Таблицы селективности
Я мог бы составить более подробную диаграмму селективности, учитывающую различные номиналы, выпускаемые компанией AB. Однако большинство производителей уже позаботились об этой проблеме и предлагают таблицы селективности на своих сайтах. Эти таблицы более практичны, чем диаграммы, из-за большого количества информации, которую они предоставляют.
В таблицах селективности перечислены все модели и номиналы выпускаемых автоматических выключателей. На основании номинальных токов и характеристик отключения можно определить предельный ток селективности. Можно решить и обратную задачу: Зная ток короткого замыкания в щите и ток короткого замыкания на конце защищаемой линии, можно выбрать из таблиц модели шинных и групповых автоматических выключателей, которые могут обеспечить селективность в данном случае.
Выводы
Следует помнить, что при остром вопросе о селективности между модульными автоматическими выключателями должны быть соблюдены условия:
- должны быть известны токи КЗ в щите и в районе нагрузки;
- номинальные токи последовательно включенных АВ должны отличаться не менее чем в 2,5 раза;
- «токовое расстояние» между крайними точками диапазонов мгновенного расцепления должно быть таким, чтобы токи отличались не менее чем в 2 раза.
На практике селективность по короткому замыканию не всегда возможна при использовании модульных АВ. Такой пессимизм оправдан по нескольким веским причинам:
- высокий ток КЗ, превышающий предельный ток селективности (Iкз>Is);
- ограничение номинала вводного АВ по требованию энергоснабжающей организации;
- ограничение номиналов групповых АВ, исходя из сечения кабелей и мощности нагрузок.
На промышленных предприятиях, где отсутствие селективности может привести к прерыванию процесса и большим материальным потерям, используются автоматические выключатели категории «В» (не путать с характеристикой отключения «В»!) или с электронными расцепителями. Таким образом, достигается полная селективность в зоне остаточного тока.
Источник. Опубликовано в журнале Elektrotechnischer Markt № 3 (99), 2021 г.
