Селективность автоматических выключателей

Для чего нужна селективность

Во время перегрузки или короткого замыкания на линии электросети автоматический предохранитель должен среагировать. В то же время необходимо, чтобы минимальная часть потребителей была отключена, а другие продолжали функционировать. Если селективность установлена грамотно, должен функционировать только аварийный предохранитель линии, а групповой предохранитель должен оставаться работающим.

Селективность автоматов

Следовательно, селективность автоматических предохранителей — это выбор устройств в системе, в которых в случае аварии в любой ее части отключение выполнялось элементом, отвечающим только за эту часть. Проще говоря, селективность — это координация функционирования приборов защиты, подключенных последовательно, так что в случае скачков напряжения или короткого замыкания отключается только та часть установки, в которой происходит неисправность.

Обеспечение селективной работы

Для обеспечения селективности нескольких УЗО, подключенных последовательно, нужно правильно их выбрать по значениям тока и времени. Главную роль играют такие параметры УЗО, как временные и токовые уставки. Эти устройства отличаются от остальной автоматики тем, что их селективность может быть выставлена не только по значению времени, но и по току.

Исходя из временного интервала селективное УЗО имеет две разновидности:

• Тип «S» с выдержкой времени 0,15-0,5 с.
• Тип «G» с выдержкой времени 0,06-0,08 с.

Обратите внимание на то, что обыкновенное УЗО без функции селективности срабатывает через 0,02-0,03 с после обнаружения утечки тока. Такое устройство устанавливают для отходящих групповых потребителей, а тип «S» или «G» подходит для монтажа на входе (вблизи с источником питания)

Способ обеспечения селективности УЗО на видео:

Запомните, что вышестоящее УЗО должно иметь в три раза большую выдержку по времени, чем у устройств, защищающих отходящие линии. Аналогичная разница нужна и в варианте, когда селективная работа выстраивается по номинальному дифференциальному току отключения. Эта величина у вводного устройства должна в три раза превосходить ток групповой защиты.

Если сказать проще, вводное УЗО при возникновении утечки фиксирует разницу в величинах входного и выходного тока, но не реагирует. Оно как бы даёт возможность отработать нижестоящим устройствам. И только в том случае, если по какой-то причине эти устройства не сработали (из-за поломки самого УЗО либо допущенных ошибок при коммутировании схемы), через определённое время отключится селективное УЗО на вводе. Оно является своего рода подстраховкой групповым устройствам.

Есть ещё один случай, когда отработает вводное устройство – если токовая утечка возникнет между ним и групповым УЗО, расположенным ниже. Чтобы было понятнее, объясним на примере. Предположим вводное устройство вместе со счётчиком электроэнергии и общим автоматом смонтированы в распределительном щите, расположенном на улице. А устройства для отходящих линий установлены в щите, который расположен внутри дома. Если на кабеле между этими двумя щитами возникнет токовая утечка, то среагирует и отключится селективное УЗО на вводе.

Селективность – хорошо это или плохо – на видео:

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.

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.

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.

Графическое изображение селективности

Для надежной токовой защиты электропроводки необходима карта селективности. Она представляет собой схему времятоковых характеристик аппаратов, установленных поочередно в цепи. Масштаб выбирается так, чтобы по граничным точкам было видно защитные свойства аппаратов. На практике карты селективности в проектах преимущественно не используются, что является большим недостатком и приводит к отключениям электричества у пользователей.

Соотношение номиналов должно быть как минимум 2,5 для обеспечения селективности. Но даже у них есть общие зоны срабатывания, хотя и небольшие. Только при соотношении 3,2 не наблюдается их пересечение. Но в этом случае один из номиналов может получиться завышенным и придется установить после автомата проводку большего сечения.

В большинстве случаев селективность защиты не требуется. Она нужна только там, где могут возникнуть серьезные последствия.

Если в расчете получаются завышенные значения номиналов автоматов, на вводе устанавливают рубильники или выключатели нагрузки.

Можно также применять специальные селективные автоматы.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

Полная защита предназначена для последовательного подключения приборов. При аварии максимально быстро сработает тот защитный агрегат, который находится ближе всех к месту поломки. Частичная селективная защита во многом похожа на полную, но функционирует лишь до определенной величины тока.

Временная и времятоковая

Временная селективность – это когда у последовательно подсоединенных аппаратов при идентичных характеристиках тока установлена отличающаяся выдержка времени на срабатывание (при последовательном увеличении от проблемной зоны до источника питания). Временная защита применяется, чтобы автоматы могли подстраховать друг друга в случае сбоя. К примеру, первый должен сработать через 0,1 секунды, если он неисправен, спустя 0,5 секунды в дело вступает второй, а при необходимости третий заработает через 1 секунду.

Времятоковую селективность считают максимально сложной. Для нее применяется аппаратура 4 групп – А, В, С и D. У каждой из них наблюдается персональная реакция на электроток и отключение в необходимый момент. Наилучшая защита достигается в группе A, которая используется в основном для электроцепей. Самый популярный тип агрегатов — С, однако специалисты не советуют устанавливать их повсеместно и непродуманно.

Селективность по току

Данная разновидность схожа по методу работы с временной, однако отличие в том, что главным критерием выступает предельная величина токовой отметки. Значения тока выстраиваются в порядке убывания от источника питания до объектов загрузки.

Если около выключателя А возникает КЗ, защита конца В не должна работать, а сам выключатель обязан снимать напряжение с прибора. Чтобы селективность по току гарантировала тотальную избирательность, потребуется иметь большое сопротивление между обоими выключателями. Его получают при помощи:

• протяженной линии электропередачи;
• вставки обмотки трансформатора;
• включения в разрыв провода сечения меньшего размера.

Watch this video on YouTube

Энергетическая

Данная схема подразумевает быстродействие селективности автовыключателей. При этом токи коротких замыканий (КЗ) не имеют возможности набрать свои максимальные значения.

Данные автоматы-«скорострелы» работают на протяжении буквально пары миллисекунд. Из-за большой динамичности нагрузок реально действующие времятоковые параметры защит согласовать крайне затруднительно.

Рядовой пользователь не имеет возможности отследить характеристики данного типа селективности. Производитель обязан предоставлять их в виде графиков и таблиц.

Зонная селективность

Такие схемы часто используются на промышленных объектах. Это не только весьма сложный, но и предельно дорогой способ защиты. Для применения зонной селективности нужно приобретать специальные приборы слежения.

Все данные, полученные в процессе работы приборов, сосредотачиваются в центре контроля. Он определяет, какой именно автомат нужно задействовать для отключения.

В данных устройствах используются электронные расцепители. Их схема работы такова: при появлении аварийной ситуации нижестоящий аппарат подает сигнал тому, что выше. Если через 1 секунду нижнее устройство не сработало, в дело вступает второе.

Токовая селективность в диапазоне срабатывания быстродействующих расцепителей

Токовая селективность обеспечивается, в основном, токоограничивающими выключателями с электромагнитными расцепителями, допускающими ступенчатое регулирование токовых уставок.

Нижерасположенный автоматический выключатель не является токоограничивающим.

Полная селективность в данной ситуации практически невозможна, поскольку токи Isc A и Isc B примерно равны, поэтому оба автоматических выключателя будут срабатывать одновременно. В этом случае селективность является частичной; селективность ограничена током Im вышестоящего автоматического выключателя (рис. Н51).

Нижерасположенный автоматический выключатель является токоограничивающим.

Улучшение селективности достигается за счет токоограничения, осуществляемого выключателем В.
В случае возникновения короткого замыкания ниже выключателя B, ограниченный ток КЗ вызовет срабатывание электромагнитного расцепителя выключателя B (если его уставки были правильно настроены). В то же время ограниченный выключателем В ток КЗ будет недостаточен для того, чтобы вызвать отключение автоматического выключателя A.

Примечание: всем рассмотренным здесь низковольтным выключателям присуща некоторая степень токоограничения, даже тем, которые не относятся к токоограничивающим. Это является причиной нелинейной характеристики, показанной для стандартного автоматического выключателя A на рис. H53. Однако для нормальной работы такой схемы необходимы тщательные расчеты и испытания.

Рис. H53: Нижерасположенный токоограничивающий автоматический выключатель B

В зависимости от величины токов КЗ вышерасположенный автоматический выключатель может срабатывать мгновенно или с короткой выдержкой времени. Такие выключатели оснащаются расцепителями и небольшой задержкой срабатывания (селективная токовая отсечка). Эта задержка является достаточной, чтобы обеспечить полную селективность с любым нижерасположенным быстродействующим автоматическим выключателем при любом токе короткого замыкания, вплоть до Ii A (рис. H54).

Рис. H54: Использование вышерасположенного автоматического выключателя с селективной токовой отсечкой

Пример:

Автоматический выключатель A: Compact NS250 N с расцепителем, имеющим селективную токовую отсечку
Ir = 250 А, селективная токовая отсечка настроена на 2000 А.

Автоматический выключатель B: Compact NS100N
Ir = 100 А

В документации Schneider Electric указан предельный ток селективности 3000 А (что превышает величину 2500 А при использовании стандартного расцепителя).

Что это такое?

В первую очередь, понятие «селективность» включает в себя защитный механизм и отлаженную работу неких приборов, состоящих из отдельных элементов, последовательно подключенных между собой. Зачастую такими приборами служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО и т.д. Результатом их работы является предупреждение «сгорания» электромеханизмов в случае возникновения угроз. Схема селективной работы автоматических выключателей и УЗО в щитке предоставлена ниже:

Преимуществом данной системы является ее свойство отключать лишь необходимые участки, при этом вся остальная система остается в рабочем состоянии. Единственным условием при этом остается согласованность защитных устройств между собой.