Что такое селективность в электрике: защита электрической сети, карта селективности

Содержание

Советы

Если поставить над автоматом 16С выше по схеме такой же, то тут уже будет решать качество сборки. Насколько быстро они отработают. И не факт, что это будет самый ближайший. Поэтому, если возникла необходимость так сделать, то хотя бы повысить характеристику на D у вышестоящего. Но лучше не рассчитывать подобным образом схемы, это своего рода костыль.

Также, если у вас стоит автомат с хар-кой Д на какой-нибудь стиральной машине или другом агрегате, то вводной обязательно должен быть с такой же характеристикой, а не С. Иначе будет постоянно вырубать вводной при КЗ на линиях или запуске мощных машин, а групповые так и не отработают.

Но если разброс по току большой (ввод 40+ ампер, стиралка на D16), то можно и характеристику С ставить. 40*5=200 Ампер минимальный ток расцепления. А учитывая погрешности, то сработает он при более высоких значениях.

Мало того, что это будет ложное срабатывание, дак вы ещё и можете потерять не сохраненную работу на компьютере просто так.

Надеюсь статья была полезна. Если вы выбираете автоматы, то могу вам посоветовать другую нашу статью — как выбрать автоматический выключатель. Поможем с выбором характеристик и производителем.

Пример обеспечения селективности

Для примера посмотрим, как будут выглядеть на одном графике время-токовые характеристики двух АВ – с номинальным током 10 А и характеристикой «В» (В10, мы про него говорили выше) и с номинальном током 25 А и характеристикой «С» (С25). Если эти автоматические выключатели включить последовательно, зона селективности будет располагаться между их диапазонами токов мгновенного расцепления. То есть, селективность и нормальная работа схемы будет обеспечиваться при сверхтоках от 50 до 125 А:

Формирование зоны селективности между время-токовыми характеристиками В10 и С25

Благодаря графическому представлению ВТХ мы видим, что предельный ток селективности равен минимальному току мгновенного расцепления – 125 А. В случае, если ожидаемый ток КЗ (максимально возможный сверхток) в точке замыкания меньше 125 А, можно говорить о полной селективности – при любом сверхтоке от 50 до 125 А нижестоящий автомат (В10) отключится мгновенно, а вышестоящий (С25) останется включенным. Тут всё ясно.

Но что же будет при сверхтоках менее 50 А? Тут изменится лишь то, что время отключения может быть больше – это ясно из графика. Однако, такие сверхтоки на практике встречаются редко, а ток КЗ 50 А говорит о том, что проводку надо менять – она не может обеспечить нормальное электропитание и пожаробезопасность.

Тут может возникнуть закономерный вопрос – а для чего же выключателю С25 электромагнитный расцепитель, если он при токах менее 125 А не функционирует? Ответ можно дать, посмотрев на такую схему:

Схема для пояснения того, что токи КЗ в электроустановке могут существенно отличаться

До сих пор мы говорили о токе КЗ в конце кабельной линии, в районе нагрузки. Этот ток обозначен как Iкз2. Но в электрощитке, где установлены оба автоматических выключателя, ток КЗ, обозначенный как Iкз1, может быть ощутимо выше. В нашем случае в щитке он может быть более 200 А. И если замыкание происходит в щитке после вводного АВ (а это бывает в основном из-за человеческого фактора), он мгновенно выключится.

Кстати, если устроите КЗ в щитке сразу после группового автомата АВ2, не удивляйтесь, что выбило оба автомата – ведь условие селективности не выполняется.

Иногда в некоторые светлые головы, изучающие тему селективности, приходит гениальная идея – установить на вводе автомат с характеристикой «D». Да, селективность будет прекрасной – примерно такой же, как если установить на вводе рубильник. Ведь в случае низкого тока КЗ такой автомат при КЗ внутри электрощита будет бесполезен.

Полная селективность между модульными автоматическими выключателями

Как правило, специалисты решают задачу согласования рабочих характеристик модульных автоматических выключателей со стороны питания и нагрузки, используя токовый метод. Он основан на выборе аппаратов защиты с разными уставками по току, причём более высокие значения должно иметь оборудование на стороне питания. Для подбора автоматических выключателей используются таблицы селективности и специальное программное обеспечение. Но даже такая тщательная проработка схемы позволяет добиться лишь частичной координации рабочих характеристик модульных автоматических выключателей. Полная селективность обеспечивается только в распределительных боксах, где расчётные токи к.з. небольшие, что на самом деле редкость. Как правило, даже в квартирных щитах достигается лишь частичная селективность. Рассмотрим такой пример – в электрическом шкафу установлены автоматические выключатели с характеристикой С. Номинальный ток вводного аппарата – 32А, устройства на отходящей линии – 16А. Нижняя граница зоны срабатывания вводного автомата 5In=5·32=160А. Она же является и верхней границей срабатывания для нижестоящего автомата. 1 Очевидно, что в данном случае полная селективность не обеспечивается.

Часто задача согласованной работы автоматических выключателей со стороны нагрузки и питания во всём диапазоне сверхтоков остаётся нерешённой, что приводит к авариям. «Не так давно в одном крупном банке из-за чайника, случайно включённого в розетку «чистых» сетей 1 , и отсутствия полной селективности в распределительных шкафах были обесточены все компьютеры на этаже, что привело к потере полугодового отчёта», — рассказывает Алексей Азаров, начальник отдела электрических сетей и систем компании «ЭкоПрог».

До недавнего времени полную селективность можно было реализовать, установив в качестве вводного устройства в распределительном щите вместо модульного автоматического выключателя аппарат в литом корпусе. Для указанного оборудования возможны такие способы координации рабочих характеристик, как временной, энергетический и зонный 2 . Но данное решение не всегда целесообразно, так как оно приводит к таким последствиям, как:

удорожание проекта;
увеличение занимаемых распределительными шкафами площадей – аппараты в литом корпусе и воздушные автоматические выключатели по своим габаритам значительно превосходят модульное оборудование;
сложности в установке и эксплуатации (аппараты в литом корпусе оснащаются электронными расцепителями, которые нуждаются в настройке).

«Заменить модульные автоматические выключатели на аппараты защиты другого типа для инженера означает пожертвовать компактностью и единообразием технических решений, а это не всегда возможно, — утверждает Павел Томашёв, инженер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации. — Специально для того, чтобы решить проблему обеспечения полной координации между модульными аппаратами защиты, наша компания разработала новый селективный автоматический выключатель серии S750DR. Данное устройство – новинка для нашей страны. Оно представляет решение для достижения согласованности рабочих характеристик, при котором невозможно одновременное отключение вышестоящего и нижестоящего аппаратов. В данном модульном автоматическом выключателе реализован дополнительный токовый путь, благодаря которому обеспечивается задержка срабатывания по времени. Линейка автоматических выключателей S750DR включает в себя аппараты от 0,5 до 63А».

Селективный модульный автоматический выключатель обеспечивает координацию рабочих характеристик аппаратов защиты независимо от напряжения сети. Такой аппарат защиты не требует дополнительного питания для замыкания/размыкания контактов и для выполнения защитной функции, поскольку устройство является электромеханическим.

Пример карты селективности

На карте селективности отображаются:

токи электрических защитных аппаратов;
максимальные и минимальные величины токов короткого замыкания в различных точках электрической схемы.
время срабатывания защит

По этим токам выбираются и согласуются некоторые уставки защит.

Карта селективности уставок релейных защит на подстанциях, питающихся от энергосистемы, разрабатывается службой релейной защиты энергосистемы. В установленном порядке она согласовывается с диспетчерской службой, и передаются на подстанцию дежурному персоналу, диспетчеру электроснабжения, а также один экземпляр храниться в службе релейной защиты данного предприятия. При необходимости изменения некоторых уставок или характеристик автоматических выключателей или реле проводится повторный расчет, чертится карта селективности и проводится ее согласование в установленном порядке.

Принцип дифференцирования

Его применяют там, где используются цепи с потребителями большой мощности. К таким потребителям относятся:

электрические двигатели и генераторы;
силовые кабели;
шинные сборки;
трансформаторы и иные преобразователи.

В этом решении используют отклонения фазных и амплитудных параметров тока в различных точках. Отклонение таких величин в точке А и точке В, на участке АВ, считается аварийным, и аппаратура выполняет отключение. Использование трансформаторов тока позволяет выполнять фильтрацию от различных посторонних электромагнитных процессов.

Защита срабатывает только на участке АВ, если IA>IB.

Дифференциальная селективная защита мощного оборудования

Защита, созданная по дифференциальному принципу, может быть двух видов: продольная и поперечная.

Селективность — защита

Селективность защиты не нарушается при внешних коротких замыканиях независимо от состояния фиксации элементов за шинами.

Селективность защиты обеспечивает отключение минимального числа потребителей при повреждении какого-либо участка. Для обеспечения селективности защиты ближайшие к потребителю выключатели должны иметь наименьшую и по мере приближения к источнику питания — возрастающую выдержку времени при отключении. Разность значений времени отключения двух последовательно расположенных выключателей между источником питания и потребителем называется ступенью селективности.

Селективность защиты в электрических сетях — избирательность при автоматическом отключении участков сети. Например, при коротком замыкании в сети участок сети с коротким замыканием должен отключиться аппаратом, расположенным перед этим участком, а не аппаратом, расположенным ближе в источнику питания, так как последний может включать и другие участки сети.

Селективность защиты с отсечкой трансформатора, имеющей время 0 5 сек, обеспечивается.

Селективность защиты плавкими предохранителями в разомкнутых сетях, как было показано выше ( см. § 2.4), достигается или путем соответствующего выбора номинальных токов плавких вставок последовательно установленных предохранителей, или путем соответствующего выбора площадей поперечного сечения плавких вставок.

Селективность защиты питающих линий и подстанции обеспечивается всегда, так как предохранители перегорают практически мгновенно.

Выбор плавких вставок предохранителей для трехфазных трансформаторов.

Для селективности защиты трансформаторов предохранители выбираются по номинальной силе тока плавкой вставки, исходя из следующих соображений: а) предохранители на стороне низшего напряжения должны защищать трансформатор от перегрузок и от коротких замыканий в сети низкого напряжения. Главный предохранитель на стороне низшего напряжения выбирают по номинальному току трансформатора. При наличии на стороне низшего напряжения нескольких ответвлений для защиты от перегрузок устанавливаются на ответвлениях предохранители, выбираемые по току ответвления; глаиный предохранитель является в этом случае защитой от коротких замыканий на оборке и резервной защитой по отношению к предохранителям ответвлений; б) предохранители на стороне высшего напряжения предназначаются для защиты от повреждений внутри трансформатора и от коротких замыканий на стороне высшего напряжения. Эти предохранители выбирают на 2 — 3-здратный ток для трансформаторов мощностью до 180 ква и на 1 5 — 2-кратный ток для трансформаторов мощностью до 320 ква.

Схема включения максимального реле.| Схема включения максимального реле совместно с реле времени и сигнальным реле.

Обеспечение селективности защиты различных участков сети вызывает необходимость — определенной последовательности срабатывания реле, установленных в различных ее участках.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно величины номинальных токов плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Чтобы обеспечить селективность защиты, токи плавких вставок предохранителей или расцепителей автоматов, установленных в одной цепи, должны по возможности отличаться не менее чем на две ступени.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно номинальные токи плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Быстродействие и селективность защиты являются требованиями противоположного характера, и во многих случаях достижение одного из них идет в ущерб другому. В конкретных условиях при выборе рационального технического решения приходится находить компромиссное решение

При выборе типа защиты целесообразно учитывать степень важности защищаемого объекта. Более совершенная и дорогостоящая защита оправдывает себя при мощных преобразовательных установках, не допускающих даже кратковременного перерыва электропитания.

В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается. Для второй ступени защиты расчет параметров производится аналогично.

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.

Принцип работы и функции

Главные функции селективности заключаются в:

обеспечении безопасной работы приборов в помещении;
мгновенном определении и обесточивании зоны питания, в которой произошла поломка, без других выключений приборов, не прекращающих подачу электрической энергии в местах стабильной работы техники;
снижении последствий после поломки приборов или техники;
уменьшении напряжения на составные приборы и предупреждении поломок в неисправной части;
обеспечении максимально возможной безостановочной подачи энергии;
обеспечении беспрерывного рабочего процесса;
обеспечении поддержки в том случае, если сама защита, отвечающая за размыкание, придет в неисправность;
поддержке оптимального функционирования установки;
обеспечении практичности в использовании и экономической доступности.

Вам это будет интересно Применение полевых транзисторов

Определение избирательности

Виды селективной защиты разделяют на:

полную. Два устройства соединены последовательным соединением. При воздействии сверхтоков активируется только одна защита, которая находится ближе к зоне повреждения;
частичную. Похожа на полное, но защита действует только до определенного показателя перегрузки по току;
временную. Схема включает в себя несколько машин с одинаковыми токовыми параметрами, но с разным временем воздействия. В результате от ближайшего к поломке до самого удаленного выключателя устройства страхуют друг друга (например, ближайший будет работать через 0,02 сек., следующий через 0,5 сек., а последний — через 1 сек., если остальные 2 не работают).

Конструкция предохранителя Принцип действия текущей селективности защиты подобен времени, но только воздействие происходит по величине тока. Например, автоматические выключатели установлены на входе 25 А, затем 16 А, а затем 10 А. В то же время они могут иметь одинаковое время отключения. В дополнение к реакции защитных механизмов на ток также определяется время этой реакции.

Предохранители в щитке

При обнаружении некорректной работы в установке можно точно определить неисправную зону и отключить подачу электроэнергии только в нее. Все процессы предотвращения повреждений происходят в литом корпусе выключателя. Отключение происходит за такое короткое время, что отметка максимального значения тока не достигает своего результата.

К сведению! Избирательность защиты может быть абсолютной и относительной. В первом случае отключается только поврежденная часть цепи. По этому принципу работают предохранители, установленные в электроприборах.

Наносим на график защитные характеристики, соответствующие полученным уставкам

2.1 Реле РТВ-II

Характеристики реле берем из справочных данных.

Уставка срабатывания реле – 375 А. Это начало нашей характеристики.

Характеристика защиты переходит на независимую часть при 160% от тока срабатывания, т.е. при 600 А. Независимая характеристика имеет выдержку времени 1,5 с. Построим получившуюся зависимость.

В базе Гридис-КС характеристики реле РТВ-II пока отсутствуют, поэтому воспользуемся встроенным инструментом построения произвольной зависимости .

Координаты рассчитанных точек перенесем в txt-файл как показано на рисунке ниже и загрузим файл в программу.

Что будет если не соблюсти селективность автоматов.

Чтобы было понятнее, легче объяснить на примере. Например, случилось короткое замыкание на линии освещения из-за лампочки накаливания. Дальнейшие последствия, если произойдет отключение не на групповом автомате:

Отключение всех групп автоматов, путем срабатывания вводного. Обесточится вся квартира.
Возможен выход из строя аппаратуры защиты из-за огромных токов.
Оплавление изоляции проводов.
Порча, обгорание патронов люстры, вытекание/нагар на контактах.

Эти последствия будут менее существенными, если разброс по номинальному пропускному току не большой. Я описал худшие варианты.

То есть ваша проводка и аппараты даже если и выдержит, то получит ущерб. Много факторов повлияет на степень повреждений, но в конце концов это будет снижать надежность защиты с каждым таким случаем.

Ток перегрузки, проходящий через автоматы характеристики B, C и D может отличаться в 5-15 раз. Часто на групповые автоматы для освещения ставится характеристика B, как раз для обеспечения быстрого отключения в непредвиденной ситуации и соблюдения селективности.

Небольшая памятка:

A: 1. Ставятся для защиты дорогой микроэлектроники, не имеющей пусковых нагрузок.
B: Гарантировано отработает при токах в 3-5 больше номинального. Выбор для освещения.
C: 5-10. Самая распространенная характеристика для домашних проводок.
D: 10-20. Чаще всего используется для двигателей с большими пусковыми токами.

Что означает селективность в электрике, виды селективной защиты