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

Вопросы и ответы

Общее понятие селективности

Как уже было сказано, под селективностью понимается свойство релейной защиты. Определяется возможностью искать неисправный элемент во всей электрической сети и отключать аварийный участок, а не всю систему.

Избирательная защита может быть абсолютной и относительной.

  1. Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где произошло короткое замыкание или пробой.
  2. Относительная избирательность вызывает отключение автоматов, также находящихся вблизи места пробоя, если защита в этих зонах не сработала.

Значение и основные задачи селективной защиты

Безопасная эксплуатация и устойчивая работа электроустановок – задачи, возложенные на селективную защиту. Рассчитывает и отсекает поврежденный участок сразу, не прерывая подачу питания на здоровые участки. Селективность снижает нагрузку на установку, уменьшает последствия короткого замыкания.

При бесперебойной работе автоматических выключателей максимально удовлетворяются запросы по обеспечению бесперебойного электроснабжения и, как следствие, технологического процесса.

При отказе автомата открытия из-за короткого замыкания, из-за селективности, потребители получат нормальную мощность.

В основе селективной защиты лежит правило, согласно которому значение тока, проходящего через все распределительные выключатели, установленные после вводной машины, меньше, чем указанный ток последней.

С помощью рычага вы можете как включать, так и выключать подачу питания на клеммы. Контакты выведены на клеммы и закреплены. Подвижный контакт с пружиной служит для быстрого размыкания, а цепь подключается к нему через неподвижный контакт.

Отключение, при превышении током порогового значения, происходит из-за нагрева и изгиба биметаллической пластины, а также соленоида.

Рабочие токи регулируются регулировочным винтом. Для предотвращения возникновения электрической дуги при размыкании контактов в цепь вводят такой элемент, как дугогасительная камера. Имеется замок для фиксации корпуса машины.

Селективность, как функция релейной защиты, заключается в способности обнаружить неисправный узел системы и отсечь его от активной части ЭЭС.

Вот схема щита, на которой наглядно видно, как распределяется нагрузка по квартире. Перед установкой автомата необходимо рассчитать общую мощность подключаемого к нему оборудования

Избирательность автоматов — это их свойство действовать попеременно. При нарушении этого принципа будут нагреваться как автоматические выключатели, так и электропроводка.

В результате может произойти короткое замыкание на линии, перегорание плавких контактов, изоляции. Все это приведет к выходу из строя электроприборов и возгоранию.

Предположим, произошла авария на длинной линии электропередач. Согласно основному правилу избирательности, машина, расположенная ближе всего к месту повреждения, стреляет первой.

Если в обычной квартире в розетке произойдет короткое замыкание, на экране должна сработать защита провода, частью которого является эта розетка. Если этого не произошло, наступает очередь силового выключателя на щите, и только после этого — начального.

Абсолютная и относительная селективность защиты

Понятие селективности определено ГОСТ МЭК 60947-1-2014. Существует два типа селективности — абсолютная и относительная. Если работа защиты скоординирована таким образом, что она функционирует исключительно в пределах защищаемой зоны, это свидетельствует о ее абсолютной селективности.

В этих условиях максимальный ток селективности становится равным максимальной отключающей способности автоматического выключателя, расположенного ниже.

Работа в виде бэкапа, когда в проблемной зоне не было отключения, называется относительно селективной защитой. При этом выключатели, расположенные выше, выключены.

При превышении заданного значения тока выключателя, т е при отсутствии больших перегрузок, селективная защита срабатывает практически безотказно. Гораздо сложнее добиться этого при коротких замыканиях.

Компании размещают данные о выпускаемой продукции на корпусе устройства и на своих сайтах. Важно правильно прочитать маркировку автоматов – связки выключателей формируются только по таблицам конкретного производителя. Следует учитывать, что группы, организованные по относительному принципу, имеют большое количество функций.

Для проверки избирательности между машиной сверху и снизу находят пересечение между вертикалью и горизонталью. Обеспечение избирательности – очень важная задача при кормлении потребителей, относящихся к той или иной категории.

При его отсутствии может остановиться производственный процесс, выйти из строя линии, отключиться кондиционеры, системы дымоудаления и др.

Главные функции

Ключевыми задачами селективной защиты являются обеспечение бесперебойной работы электросистемы и недопустимость возгорания механизмов при появлении угроз. Единственным условием корректной работы этого вида защиты является согласованность блоков защиты между собой.

Как только возникает аварийная ситуация, поврежденная часть немедленно идентифицируется и отключается с помощью селективной защиты. При этом полезные пространства продолжают функционировать, и инвалиды этому никак не мешают. Селективность значительно снижает нагрузку на электроустановки.

Основной принцип устройства этого вида защиты заключается в оборудовании автоматов с номинальным током меньше, чем у устройства на вводе. В сумме они могут превышать номинал групповой машины, но по отдельности — никогда.

Например, при установке вводного устройства на 50 А следующее устройство не должно иметь номинал выше 40 А. Устройство, расположенное как можно ближе к аварийному месту, всегда будет срабатывать первым.

 Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью, зависит от их номинальных и эксплуатационных характеристик, которые имеют обозначения Б, С и Д. Часто в качестве устройств, защищающих электросистему, служат различные типы автоматов, предохранителей, УЗО.

Таким образом, к основным признакам селективной защиты относятся:

  • обеспечивать безопасность электроприборов и рабочих;
  • быстрое выявление и закрытие зоны электросистемы, где произошла авария (при этом рабочие зоны не перестают работать);
  • снижение негативных последствий для рабочих органов электромеханизмов;
  • снизить нагрузку на составные механизмы, предотвратить поломку в дефектной зоне;
  • гарантия бесперебойного рабочего процесса и постоянного электроснабжения на высоком уровне.
  • поддержка оптимальной работы конкретной установки.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

Полная защита предназначена для последовательного соединения устройств. В случае аварии ближайшее к месту неисправности защитное устройство сработает максимально быстро. Частичная селективная защита во многом аналогична полной, но работает только до определенного значения тока.

Временная и времятоковая

Селективность по времени – это когда последовательно соединенные устройства с одинаковыми токовыми характеристиками имеют разную выдержку времени срабатывания (с последовательным нарастанием от проблемной зоны к источнику тока).

Временная защита используется для того, чтобы машины могли подстраховать друг друга в случае выхода из строя. Например, первый должен сработать через 0,1 секунды, если он неверный, то второй сработает через 0,5 секунды, а при необходимости третий сработает через 1 секунду.

Времятоковая селективность считается максимально сложной. Для него используется оборудование 4-х групп — А, Б, С и Г. Каждая из них имеет персональную реакцию на электрический ток и отключение в нужный момент.

Наилучшая защита достигается в группе А, которая в основном используется для электрических цепей. Самый популярный тип устройств — С, но специалисты не рекомендуют устанавливать их везде и бездумно.

Селективность по току

Этот вариант по способу работы похож на старый, но отличие в том, что основным критерием является максимальное значение текущей отметки. Текущие значения располагаются в порядке убывания от текущего источника к объектам загрузки.

Если в районе выключателя А произошло короткое замыкание, защита конца В не должна сработать, а сам выключатель должен снять напряжение с устройства. Чтобы селективность по току гарантировала полную селективность, необходимо высокое сопротивление между обоими ключами. Это достигается с помощью:

  • удлиненная линия электропередач;
  • вставки обмотки трансформатора;
  • включение в разрыв провода меньшего сечения.

Энергетическая

Такое расположение предполагает скорость селективности автоматических выключателей. При этом токи короткого замыкания (КЗ) не имеют возможности достигать своих максимальных значений.

Эта «скорострельная» автоматика срабатывает буквально за пару миллисекунд. В связи с высокой динамикой нагрузок согласовать фактические времятоковые параметры защиты крайне сложно.

Обычный пользователь не имеет возможности отслеживать характеристики этого типа избирательности. Изготовитель обязан предоставить их в виде графиков и таблиц.

Зонная селективность

Такие устройства часто используются на промышленных предприятиях. Это не только очень сложный, но и чрезвычайно дорогой способ защиты. Для использования зональной избирательности необходимо приобрести специальные устройства слежения

Все данные, полученные при работе агрегатов, концентрируются в центре управления. Он определяет, какая машина должна использоваться для его отключения.

В этих подразделениях используются электронные релизы. Схема их работы такова: при возникновении аварийной ситуации нижний блок подает сигнал вышестоящему. Если нижний блок не срабатывает через 1 секунду, другой вступает во владение.

Расчет селективности автоматов

В большинстве случаев защитные устройства представляют собой не какие-то сложные устройства, а стандартные и всем известные автоматические выключатели. Чтобы придать им нужную избирательность, нужно всего лишь выбрать правильные настройки параметров. Работа таких устройств основана на следующем условии:

Ик.о.пост ≥ Кн.о.* В к.пред., где:

  • Iс.о.послед — ток, при котором срабатывает защита;
  • В к пред. — ток короткого замыкания в конце зоны защиты;
  • Кн.о. — коэффициент надежности, который зависит от ряда настроек.

Селективность временного управления устройствами можно рассчитать по следующей схеме:

tс.о.пост ≥ tк.пред.+ ∆t, где:

  • tс.о.пост и tк.пред. — интервалы времени, через которые срабатывают отсечки автоматов в порядке приближения к источнику питания;
  • ∆t – временной шаг селективности.

Задержка срабатывания

Задержка срабатывания УЗО является одним из наиболее важных аспектов работы. Особенно, если речь идет о системах селективной защиты, работа которых невозможна без различных временных характеристик.

Время окончания указано на корпусе устройства. Обычно оно составляет от 0,001 до 0,5 с, что достаточно для построения большинства селективных защит. Такую же задержку обеспечивает компактная электронная карта в составе прибора.

Области применения селективной защиты

Основная задача автоматических выключателей селективной защиты от замыканий на землю состоит в построении селективной защиты. Поэтому такие устройства используются в самых разных электрических системах:

  1. Самым простым является использование в квартире. Устройство селективной защиты требуется для отключения аварийного отделения или розетки.
  2. Построение сложных электрических цепей с потребителями, сильно различающимися по мощности. Используется для раздельного электроснабжения частного дома, гаража и освещения сада. Обычно в таких случаях используется трехфазное УЗО.
  3. В системах релейной защиты и автоматики. Селективное устройство позволяет организовать выдержку времени и выдержку переключения между основным и аварийным источниками питания.

Читайте также: Шина дополнительного уравнивания потенциалов (ШДУП): описание и разновидности

Подключение УЗО с селективной отсечкой

Устройство селективной защиты подключается по тем же правилам, что и обычное. Сложности возникают при необходимости построения более сложной защиты при использовании устройств S-типа с другими устройствами автоматики.

При сборке схемы следует придерживаться следующих принципов:

  1. В основном, торговый автомат устанавливается на входе. Он защитит последующие цепи от короткого замыкания и позволит быстро снять напряжение на период ремонта или обслуживания.
  2. После машины подключается автоматический выключатель замыкания на землю типа S. Иногда вместо него устанавливается устройство пожаротушения. Подходит EKF VD-100 2P на ток утечки 300 мА.
  3. За ними следуют потребители или другие автоматические выключатели замыкания на землю с меньшим током и временем срабатывания. Если требуется селективная защита, без дополнительных защитных устройств не обойтись.

Нюансы выбора и подключения УЗО типа S

Для подключения модулей S-типа следуйте стандартным правилам подключения:

  • соединения выполняются с учетом маркировки;
  • ведется работа по снятию стресса;

Существуют правила, применимые только к УЗО типа S:

  • устройство защиты подбирается с учетом установки времени срабатывания;
  • последующие выключатели замыкания на землю должны иметь в 3 раза меньший ток утечки;
  • после установки необходимо проверить работу устройства, нажав кнопку «тест»;

Важно! УЗО питается от защищаемой сети. При обрыве нулевого провода на вводе в УЗО, он не сможет отключить фазу даже в случае замыкания на землю. В том числе, если человек попал под напряжение.

Основное отличие селективного УЗО от простого – более широкие временные характеристики. Это свойство обеспечивает селективную защиту. В результате отключается только неисправный потребитель, а исправные остаются в работе.

Применение устройств селективной защиты имеет свои особенности. При работе с ними необходимо учитывать задержку срабатывания по времени и току. Вы также должны быть знакомы с подключением устройств этого типа. Ведь их схемы и конфигурация несколько сложнее обычных устройств защиты.

Пример обеспечения селективности

Для примера посмотрим, как будут выглядеть на графике времятоковые характеристики двух АБ — с номинальным током 10 А и характеристикой «В» (В10, о ней мы говорили выше) и с номинальным током 25 А и характеристика «С» (С25).

При последовательном соединении этих автоматических выключателей зона селективности будет располагаться между диапазонами их мгновенных токов срабатывания. То есть селективность и нормальная работа схемы будут обеспечены при токах от 50 до 125 А:

Благодаря графическому представлению ВТХ мы видим, что предельный ток селективности равен минимальному мгновенному току отключения — 125 А. Если ожидаемый ток короткого замыкания (максимально возможная перегрузка по току) в месте повреждения менее 125 А, то можно говорить о полной селективности — при любой перегрузке по току от 50 до 125

А нижестоящий автомат (В10) отключится сразу, а вышестоящий автомат (С25) останется включенным. Здесь все готово.

Но что будет при перегрузке по току менее 50 А? Единственное, что здесь изменится, так это то, что время выключения может быть больше — это хорошо видно на графике. Однако такие сверхтоки на практике встречаются редко, а ток короткого замыкания в 50 А свидетельствует о необходимости замены проводов — он не может обеспечить нормальное электроснабжение и пожаробезопасность.

Тут может возникнуть логичный вопрос — зачем в выключателе С25 электромагнитный расцепитель, если он не срабатывает при токах менее 125 А?

До сих пор мы говорили о токе короткого замыкания в конце кабельной линии, в зоне нагрузки. Этот ток обозначается как Ikz2. Однако в электрощите, где установлены оба автоматических выключателя, ток короткого замыкания, обозначаемый Ikz1, может быть значительно выше. В нашем случае в щитке может быть более 200 А.

И если после начального АВ произойдет короткое замыкание в щитке (а это происходит в основном из-за человеческого фактора), то он тут же выключится.

Поэтому, если вы устроите короткое замыкание в щитке сразу после группового автомата АВ2, не удивляйтесь, что оба автомата были выбиты — ведь не выполняется условие селективности.

Кстати, многим светлым умам, изучающим тему избирательности, приходит в голову гениальная идея — установить на входе автомат с характеристикой «D». Да, избирательность будет отличная — примерно такая же, как если бы вы поставили рубильник на вводе. На самом деле в случае малого тока КЗ такой автомат будет бесполезен.

Принцип логики

Для реализации схем по этому принципу необходимы цифровые реле. Реле соединяются между собой витой парой, оптоволоконным кабелем или телефонной линией (с помощью модема). С помощью таких линий осуществляется прием (передача) информации на ПКП от различных объектов и между самими реле.

На данном изображении 9 объясняется принцип работы логики. Каждое из 4 цифровых реле использует настройку тока, равную последней ступени чувствительности. Эта ступень имеет время срабатывания 0,2 с.Логическая селективность предполагает возможность блокировки реле сигналом LO (логическое ожидание).

Такой сигнал подается по каналу от предыдущего реле защиты. Каждое из реле может передавать такие сигналы во время передачи.

Как видно из рисунка, в случае короткого замыкания в точке К1 все остальные реле, от сигнала LO, подаваемого реле К1, будут ждать. Реле К1 сработает и сработает. В случае короткого замыкания в точке 2 аналогично сработает реле К4.

Такие схемы построения логического управления требовательны к надежности линий связи между элементами.

Принцип направленности

Расположение автоматов и дальнейшая последовательность их работы регулируется направлением тока. Для этого с помощью вектора напряжения задается точка, относительно которой этот вектор получает фазовый сдвиг. Следуя этому принципу, реле будет чувствительно как к току, так и к напряжению. Такая схема может быть установлена ​​как в отключаемой зоне, так и в зоне, не подлежащей отключению.

УЗО и автоматические выключатели подключаются по принципу направленности

Важно! Для реализации таких схем нужны трансформаторы напряжения, чтобы с их помощью определять направление тока.

На рисунке выше видно, что устройство защиты D1 и управляемый им выключатель среагируют на короткое замыкание в точке 1, но не на короткое замыкание в точке 2.

Принцип дифференцирования

Применяется там, где используются цепи с сильноточными потребителями. К таким потребителям относятся:

  • электродвигатели и генераторы;
  • электрические кабели;
  • шины в сборе;
  • трансформаторы и другие преобразователи.

В этом решении используются отклонения фазовых и амплитудных параметров тока в разных точках. Отклонение от таких значений в точке А и точке В, на участке АВ, считается аварийной ситуацией, и оборудование производит отключение. Использование трансформаторов тока позволяет осуществлять фильтрацию от различных посторонних электромагнитных процессов..

Графики селективности

Графики ВТХ, которые я привел для наглядной демонстрации зоны селективности, относятся только к двум конкретным автоматическим выключателям — С25 и В10. Предлагаю пойти дальше и построить универсальные графики, по которым можно определить зоны избирательности для всех пар автоматов.

Оранжевая зона на графиках — диапазон мгновенных токов срабатывания для характеристики «С», синяя — для характеристики «В». График прост в использовании. Например, выбираем уже известную нам пару C25-B10.

На графиках красными сегментами обозначены их «нестабильные зоны», до которых они не должны срабатывать при КЗ, а затем должны. Между этими зонами проводим пунктирные линии, которые будут обозначать границу зоны селективности.

График универсален — с его помощью можно графически определить зону селективности пары машин любого номинала.

Таблицы селективности

Я мог бы построить более подробный график селективности, учитывая диапазон рейтингов, выдаваемых АВ. Но большинство производителей уже позаботились об этой проблеме и разместили на своих сайтах таблицы селективности. Эти таблицы удобнее графиков из-за обилия информации.

В таблицах селективности указаны все модели и классификации выпускаемых автоматических выключателей. Зная номинальные токи и характеристики отключения, можно определить предельный ток селективности.

Можно решить и обратную задачу — зная ток короткого замыкания в электрощите и ток короткого замыкания в конце защищаемой линии, выбрать из таблиц вводные и групповые модели АБ, которые могут обеспечить селективность в данном случае.

Карта селективности

Для обеспечения максимально возможного уровня защиты от автоматических выключателей необходима карта селективности или ее визуальное представление. Карта представляет собой своеобразную схему, отображающую все комплексы текущих параметров в электросети.

Для создания корректной карты селективности необходимо соблюдать следующие положения:

  • электроустановки должны быть подключены к единому источнику питания;
  • необходимо правильно подобрать масштаб, чтобы на нем уместились все расчетные точки;
  • кроме характеристик автоматов необходимо указать максимальные и минимальные значения КЗ в точках системы.

Параметры устройств наносятся на карту поочередно, что определяется порядком их подключения. Для правильного построения графиков необходимо использовать оси с ключевыми индикаторами. Правильное сопоставление является ключом к легкому сравнению параметров устройств защиты и общей селективности.

 Для более быстрого создания карты следует использовать специальную программу. Его легко найти во всемирной паутине».

Итог

Материал одинаково подходит как для начинающих электриков, так и для энергетических отделов крупных компаний. Конечно, усложнять схему в домашних условиях не нужно: достаточно обеспечить селективность тока отсечки.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector