Отключение КЗ в сети 0,4 кВ защитой от перегрузки

Недавно столкнулся с вопросом — можно ли отключать короткие замыкания в групповых сетях 0,4 кВ защитой от перегрузки? Т.е. не электромагнитным элементом автоматического выключателя (отсечкой), а его тепловым расцепителем.

Требования ПУЭ к отключению КЗ в сетях с заземлением TN

С одной стороны тепловой расцепитель предназначен для защиты от перегрузки, а не коротких замыканий. С другой стороны для цепей питающих щиты (например, отходящих линий от ГРЩ) ПУЭ 1.7.79 допускает отключение КЗ за время не более 5 с. А такие времена в принципе возможны для теплового расцепителя (см. Рис.1).

Рис.1 Стандартная характеристика автомата 0,4 кВ (из каталога компании ABB)

Да и в некоторых источниках рассматривают этот вариант отключения, рекомендуя при этом проверять коэффициент чувствительности по отношению к току расцепителя (3 для обычных цепей и 6 для взрывозащищенных помещений).

Поэтому, с точки зрения требований норм и правил жесткого запрета нет. Но есть один важный момент, который вы должны обязательно учитывать — тепловой спад тока КЗ. Об этом мы поговорим в данной статье.

 Что такое тепловой спад тока КЗ?

Кабели в сетях 0,4 кВ обладают преимущественно активным сопротивлением. При этом, из-за низкого напряжения, в таких сетях протекают достаточно большие токи КЗ, которые быстро нагревают кабель. Вследствие этого активное сопротивление кабеля увеличивается, а токи КЗ, соответственно, уменьшаются. 

При малых временах отключения (<0,1 c) этот эффект не так заметен, но при увеличении времени начинает играть огромную роль.

Рис. 2

На Рис. 2 приведена вырезка из ГОСТ 28249-93, где показано номограмма влияния теплового спада тока КЗ на активное сопротивление кабеля (Rк). Коэффициент С — это то, на что вы должны умножить Rк, чтобы получить его правильное значение по истечении определенного времени.

Например, активное сопротивление медного кабеля сечением 16 кв.мм при токе короткого замыкания 2 кА за 1,5 секунды увеличится примерно в 1,3 раза (на графике — вторая кривая слева). С учетом того, что для такого кабеля полное сопротивление примерно равно активному, то и ток КЗ уменьшится почти в 1,3 раза. Как видно влияние нагрева кабелей токами КЗ очень существенно.

Влияние теплового спада тока КЗ на время отключения

Если вы отключаете КЗ с большой выдержкой времени, то вы должны пересчитать токи с учетом увеличения сопротивления кабеля. Представьте, что будет, если отключать КЗ с выдержкой 5 с. Ток КЗ, к моменту отключения, может снизится в 1,5-2 раза.

Брать каталожные удельные активные сопротивления нельзя (они обычно даются при 20 С), иначе время отключения будет гораздо больше, чем вы определите по кривой расцепителя. Это может привести к повреждению кабеля, пожарам и другим неприятным последствиям. По крайней мере вы можете выйти за 5 с и нарушить ПУЭ 1.7.79, а ПУЭ нарушать нельзя.

Рис. 3. Влияние нагрева кабеля на время отключения тока КЗ

На Рисунке 3 видно, что если рассчитать ток КЗ по каталожным данным, то мы укладываемся в 5 с. Но это ошибка потому, что к моменту отключения этот ток будет гораздо ниже, а следовательно время может быть больше 5 с.

Стоит отметить, что стандартные модульные автоматы (характеристики В, С) имеют время отключения теплового расцепителя всегда больше 5 с и вопрос отпадает сам собой.

То же самое относится к термомагнитным расцепителям в автоматах в литом корпусе. Например, на Рис. 4 представлена характеристика расцепителя TM-D производства Шнайдер Электрик

Рис. 4. Характеристика расцепителя ТМ-D (из каталога Шнайдер Электрик)

Однако, некоторые характеристики модульных автоматов (например, характеристика D) имеют участок с временами отключения тепловой защитой менее 5 с. То же самое касается электронных расцепителей (например, Micrologic от Шнайдер Электрик), где настройка уставок выполняется очень гибко.

Рис. 5. Характеристика расцепителя Micrologic 5.2 (из каталога Шнайдер Электрик)

Термическая стойкость кабеля

Отдельный вопрос — это термическая стойкость кабеля при таких временах отключения. Не факт, что кабель пройдет эту проверку, но вы можете попробовать все посчитать и убедиться сами.

Для энергетических объектов не забываем про проверку кабелей на невозгораемость.

Какие выводы?

Основной вывод в том, что не стоит использовать устройство не по назначению) Если написано, что характеристика защищает от перегрузки, то не нужно пытаться применить ее для защиты от коротких замыканий.

Знаю, совет звучит банально, но именно типовые решения делают электроустановку более надежной, а все нестандартные подходы резко увеличивают вероятность ошибки.

Ну, а уж если вы решились на эксперименты, то должны учесть все возможные моменты и, уж конечно, ни про какие упрощенные расчеты речи быть не может. Считаем все параметры максимально подробно и при малейшем сомнении отказываемся от сомнительного решения в пользу типового.

По факту от КЗ должна защищать отсечка автомата, которая работает практически мгновенно. Быстрое отключение автомата решает большинство проблем, перечисленных выше.

У отсечки должна быть нормальная чувствительность к минимальным токам КЗ (обычно не менее 1,5), и если вдруг она оказалась недостаточной, то это не повод переходить на перегрузочную кривую. Это повод искать средства увеличения чувствительности выключателя.

Ну, а о том, как повысить чувствительность автомата к токам КЗ мы поговорим в следующий раз. В том числе в моем новом курсе «Защита сетей 0,4 кВ автоматическими выключателями», который выйдет в августе.

Всего хорошего!

Теория и методика прогрузки автоматических выключателей

Заключительный этап электромонтажа требует, согласно нормативным техническим документам, проведения определенных испытаний и измерений, среди которых — испытание работоспособности коммутационных аппаратов защиты. Показания последних должны соответствовать номинальным данным.

Главное предназначение аппаратов защиты — не допустить возникновение в электрических цепях коротких замыканий. В связи с этим необходимо проводить электромонтаж строго по проекту.

Так что же представляют собой номинальные данные аппаратов защиты?

Основными характеристиками (данными) для автоматических выключателей являются следующие:

    1. Номинальный ток, то есть допустимая величина тока при условии работы сети в нормальном режиме.

    2. Ток срабатывания защиты. Это характеристика величины тока при коротком замыкании или перегрузке в электрической линии.

    3. Время срабатывания защиты. В этом случае речь идёт об уставке по времени при перегрузке или коротком замыкании.

Прогрузка автоматических выключателей подразумевает под собой измерение ключевых характеристик автоматических выключателей.

Обязанность по проведению измерений основных данных автоматических выключателей ложится на плечи персонала электролаборатории. Устройство для прогрузки автоматов различных типов позволяет применять их для проверки вольтамперных характеристик автоматических выключателей. Так, в соответствии с руководством ПУЭ п. 3.1.8 защита электрических сетей от коротких замыканий (КЗ) обеспечивает требования селективности и минимальное время отключения. В требованиях ПУЭ п. 1.7.79 и п. 7.3.139 представлены значения отношений минимального расчетного тока КЗ к Iноминальному току плавкой вставки или расцепителя, которые обеспечивают надежное отключение поврежденной электрической сети.

В системе TN максимальное время автоматического защитного отключения не должно быть больше 2 и 4 десятых секунд соответственно для 380 и 220В (ПЭУ п. 1.7.79 табл. 1.7.1).

Для автоматического отключения сети в электроустановках до 1000 Вольт с глухозаземлённой нейтралью, проводимость защитных нулевых проводников выбирается с учетом максимального короткого замыкания и должна быть такой, чтобы при возникновении аварийной ситуации возникал ток превышающий  в 4 раза Iноминального плавкой вставки и в 6 раз I расцепителя автоматического выключателя с обратнозависимой характеристикой (ПЭУ п. 7.3.139).

Автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем (без временной выдержки), при защите сетей, используют кратность тока КЗ согласно требований ПЭУ п.1.7.79.

Для вновь смонтированных электроустановок или после их реконструкции используется методика прогрузки автоматов и испытаний на основании ПУЭ 1.8.37 п.п. 3.1, 3.2. Так, у выключателей с Iноминальным 400 Ампер и выше, проводится проверка сопротивления изоляции, которое должно быть не меньше 1Мом (ПУЭ 1.8.37 п. 3.1). Кроме того, проводится проверка действия расцепителя с мгновенным действием (электромагнитным расцепителем), и должно обеспечивать срабатывание выключателя при токе не более 1,1 номинального тока отключения, рекомендуемого  заводом-изготовителем.

Если электроустановка смонтирована в соответствии с главами 7.1 и 7.2 раздела 6 ПУЭ, тогда проверяют все секционные и вводные выключатели, автоматы цепей автоматического пожаротушения и пожарной сигнализации, автоматы аварийного освещения, а так же не менее 2% выключателей групповых и распределительных сетей. В других электроустановках проверка аналогичная, но не 1% выключателей. В случае обнаружения автоматических выключателей с не соответствием характеристик требованиям завода изготовителя, проводится проверка всех автоматов.

Для электроустановок находящихся в эксплуатации, периодичность прогрузки автоматов осуществляется каждые три года. Проверка действий расцепителей автоматов проводится согласно ПТЭЭП.

Как производится прогрузка автоматических выключателей?

Устройство прогрузки (проверки) автоматических выключателей

Для того, чтобы проверить первичным током автоматические выключатели, требуются специальные прогрузочные устройства. На сегодняшний день выбор таких устройств очень широк, легко найти подходящее для любого типа и номинального тока.

Это устройство с такой схемой:

Предложенная схема устройства для прогрузки автоматических выключателей состоит из:

    лабораторного автотрансформатора (ЛАТР)

    ключа управления (КУ)

    нагрузочного трансформатора (НТ)

    амперметра с различными пределами измерения (шунт)

    трансформатора тока (ТТ)

    соединительных проводов, которые соединяют испытуемый аппарат с выводами «регулируемый ток»

Обратите внимание: на схеме не обозначен секундомер, который тоже являются важной частью устройства.

Подобное устройство даёт возможность во вторичной обмотке нагрузочного трансформатора наводить требуемый ток.

Методика прогрузки (проверки) автоматических выключателей

Какова методика прогрузки автоматического выключателя? Рассмотрим её на примере автомата российского производства IEK ВА47-29 с номинальным током 6 (А) и защитной характеристикой «С».

Предложенный автоматический выключатель обладает двумя защитами:

    электромагнитной (мгновенной)

    тепловой (с выдержкой времени)

Необходимо проверить обе защиты: и тепловую, и электромагнитную. защиту. Для того, чтобы сделать это, нужно заглянуть в паспорт автоматического выключателя и найти там график времятоковых характеристик срабатывания.

Выглядит график следующим образом:

В этом графике отражен полный спектр характеристик срабатывания испытуемого нами аппарата. Ось Х демонстрирует кратность тока, другими словами, отношение к номинальному току тока прогрузки. Ось У отражает выдержку времени срабатывания автомата.

Для данного автоматического выключателя зона срабатывания электромагнитной защиты находится в диапазоне 5-10 кратности по отношению к номинальному току. Иначе говоря, в этом конкретном случае электромагнитная защита будет срабатывать за время не больше  0,01-0,02 секунды при токе в 30-60 (А).

Проверим электромагнитную защиту восьмикратным током 48 (А). При таких показателях тока автомат должен успеть отключиться за время, не превышающее 0,01 секунды: обратите внимание на желтую линию, изображенную на графике.

Зона срабатывания тепловой защиты ограничивается двумя кривыми. Эти кривые демонстрируют различное температурное состояние аппарата — горячее или холодное.

Для проверки тепловой защиты используем 3-кратный ток 18 (А). При заданных условиях, если всё в норме, автомат должен будет отключиться в интервал времени от 3 до 80 секунд, что показано на нашем графике красной линией.

Автоматический выключатель неисправен, при условии, что хотя бы одна из двух вышеназванных защит при проверке не отключит его в отведенные временные рамки. В таком случае автоматический выключатель нельзя допускать к дальнейшей эксплуатации.

Протокол прогрузки (проверки) автоматических выключателей

Все данные по выдержке времени и наводимому току, которые были получены по итогам проведения проверки автоматического выключателя первичным током, то есть проверки срабатывания электромагнитной и тепловой защиты, необходимо тщательно занести в протокол. Стандартная форма протокола выглядит следующим образом:

Периодичность прогрузки автоматических выключателей

Итак, нами была подробно рассмотрена прогрузка автоматических выключателей, однако мы ничего не сказали о том, как часто необходимо проводить такую проверку. Что касается периодичности проведения прогрузок автоматических выключателей, то её определяют нормы заводов-изготовителей.

Ссылка для скачивания:

Прогруз автоматических выключателей.pdf

http://cons-systems.ru/

Места установки аппаратов защиты / ПУЭ 7 / Библиотека / Элек.ру

3.1.14. Аппараты защиты следует располагать по возможности в доступных для обслуживания местах таким образом, чтобы была исключена возможность их механических повреждений. Установка их должна быть выполнена так, чтобы при оперировании с ними или при их действии были исключены опасность для обслуживающего персонала и возможность повреждения окружающих предметов.

Аппараты защиты с открытыми токоведущими частями должны быть доступны для обслуживания только квалифицированному персоналу.

3.1.15. Аппараты защиты следует устанавливать, как правило, в местах сети, где сечение проводника уменьшается (по направлению к месту потребления электроэнергии) или где это необходимо для обеспечения чувствительности и селективности защиты (см. также 3.1.16 и 3.1.19).

3.1.16. Аппараты защиты должны устанавливаться непосредственно в местах присоединения защищаемых проводников к питающей линии. Допускается в случаях необходимости принимать длину участка между питающей линией и аппаратом защиты ответвления до 6 м. Проводники на этом участке могут иметь сечение меньше, чем сечение проводников питающей линии, но не менее сечения проводников после аппарата защиты.

Для ответвлений, выполняемых в труднодоступных местах (например, на большой высоте), аппараты защиты допускается устанавливать на расстоянии до 30 м от точки ответвления в удобном для обслуживания месте (например, на вводе в распределительный пункт, в пусковом устройстве электроприемника и др.). При этом сечение проводников ответвления должно быть не менее сечения, определяемого расчетным током, но должно обеспечивать не менее 10% пропускной способности защищенного участка питающей линии. Прокладка проводников ответвлений в указанных случаях (при длинах ответвлений до 6 и до 30 м) должна производиться при горючих наружных оболочке или изоляции проводников — в трубах, металлорукавах, или коробах, в остальных случаях, кроме кабельных сооружений, пожароопасных и взрывоопасных зон, — открыто на конструкциях при условии их защиты от возможных механических повреждений.

3.1.17. При защите сетей предохранителями последние должны устанавливаться на всех нормально незаземленных полюсах или фазах. Установка предохранителей в нулевых рабочих проводниках запрещается.

3.1.18. При защите сетей с глухозаземленной нейтралью автоматическими выключателями расцепители их должны устанавливаться во всех нормально незаземленных проводниках (см. также 7.3.99).

При защите сетей с изолированной нейтралью в трехпроводных сетях трехфазного тока и двухпроводных сетях однофазного или постоянного тока допускается устанавливать расцепители автоматических выключателей в двух фазах при трехпроводных сетях и в одной фазе (полюсе) при двухпроводных. При этом в пределах одной и той же электроустановки защиту следует осуществлять в одних и тех же фазах (полюсах).

Расцепители в нулевых проводниках допускается устанавливать лишь при условии, что при их срабатывании отключаются от сети одновременно все проводники, находящиеся под напряжением.

3.1.19. Аппараты защиты допускается не устанавливать, если это целесообразно по условиям эксплуатации, в местах:

1) ответвления проводников от шин щита к аппаратам, установленным на том же щите; при этом проводники должны выбираться по расчетному току ответвления;

2) снижения сечения питающей линии по ее длине и на ответвлениях от нее, если защита предыдущего участка линии защищает участок со сниженным сечением проводников или если незащищенные участки линии или ответвления от нее выполнены проводниками, выбранными с сечением не менее половины сечения проводников защищенного участка линии;

3) ответвления от питающей линии к электроприемникам малой мощности, если питающая их линия защищена аппаратом с уставкой не более 25 А для силовых электроприемников и бытовых электроприборов, а для светильников — согласно 6.2.2;

4) ответвления от питающей линии проводников цепей измерений, управления и сигнализации, если эти проводники не выходят за пределы соответствующих машин или щита или если эти проводники выходят за их пределы, но электропроводка выполнена в трубах или имеет негорючую оболочку.

Не допускается устанавливать аппараты защиты в местах присоединения к питающей линии таких цепей управления, сигнализации и измерения, отключение которых может повлечь за собой опасные последствия (отключение пожарных насосов, вентиляторов, предотвращающих образование взрывоопасных смесей, некоторых механизмов собственных нужд электростанций и т. п.). Во всех случаях такие цепи должны выполняться проводниками в трубах или иметь негорючую оболочку. Сечение этих цепей должно быть не менее приведенных в 3.4.4.

Селективность автоматических выключателей пуэ — Морской флот

Одним их важнейших параметров, определяющих надежность схемы электроснабжения, является селективность защиты. То есть способность отключить только поврежденную линию, в которой либо в результате перегрузки, либо вследствие короткого замыкания возник сверхток, не отключая при этом другие цепи. Сверхтоком называют любое превышение тока в линии выше номинального тока аппарата защиты.
В соответствие с ГОСТ Р 50030.2-2010 (IEC 60947-2) селективность по сверхтокам может быть полная и частичная.

При полной селективности (см. 2.17.2) по сверхтокам при отключении аппарата защиты (автоматического выключателя) поврежденной линии вышестоящий по схеме автоматический выключатель не отключается при любых значениях тока перегрузки или короткого замыкания.

В случае частичной селективности (см. 2.17.3) вышестоящий (например, вводной в электрощите) автоматический выключатель щита при перегрузке или коротком замыкании в одной из отходящих линий не отключается одновременно с аппаратом защиты поврежденной линии только в определенном диапазоне токов.

Для достижения требуемой селективности автоматические выключатели подбирают по их времятоковым характеристикам с учетом разброса их параметров. При этом следует пользоваться данными по обеспечению селективности конкретных аппаратов (чаще всего представлены в виде таблиц селективности), предоставляемыми производителями автоматических выключателей.

Добиться полной селективности, используя модульные автоматические выключатели по ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898) как правило, практически невозможно. Например, если номинальный ток вводного автоматического выключателя 25 А, а номинальные токи автоматических выключателей отходящих линий 10 А, то селективность при одинаковых характеристиках срабатывания выключателей ограничивается в диапазоне токов до 200 А. То есть при токах короткого замыкания более 200 А автоматические выключатели отключатся не селективно (как правило, оба одновременно). Максимальный ток короткого замыкания, который может возникнуть, рассчитывают или измеряют в точке подключения ближайших по длине кабеля нагрузок (розеток, светильников).

Если вводной автоматический выключатель имеет характеристику срабатывания D при номинальном токе 25 А, а выключатель отходящей линии характеристику C при номинальном токе 10 А, то по таблицам селективности удается подобрать пару выключателей, которые обеспечат селективность при токах короткого замыкания до 500 – 600А. Автоматические выключатели должны быть одного производителя, в противном случае никто не даст никаких гарантий по селективности. А в случае возникновения аварийной ситуации из-за отсутствия селективности претензии предъявить будет некому.

В соответствие с требованиями ГОСТ 50345-2010 (МЭК 60898), модульные автоматические выключатели (для бытового и аналогичного применения) при коротком замыкании должны срабатывать за время, не превышающее 0,1 секунды. Обычно такие выключатели (в зависимости от производителя) срабатывают при коротком замыкании за время 0,03 – 0,05 секунды. При использовании неселективных выключателей, особенно разных производителей, может возникнуть ситуация, когда при коротком замыкании будет отключаться только вышестоящий аппарат защиты. Поэтому гарантии по селективности двух конкретных типов выключателей может дать только их производитель. Таблицы селективности можно найти в каталогах на низковольтное оборудование.

При использовании модульных автоматических выключателей для достижения частичной селективности хотя бы в небольшом диапазоне токов (что определяет размер селективной зоны действия защит по длине отходящей линии) отношение номинального тока вышестоящего аппарата (например, вводного) к нижестоящему, (например, групповых линий) должно быть, как правило, не менее 2,5 — 3.

Для достижения полной селективности при защите отходящих групповых линий модульными автоматическими выключателями по ГОСТ 50345-2010 (МЭК 60898), вышестоящие аппараты защиты электрощитов и автоматические выключатели для защиты распределительной сети должны соответствовать ГОСТ Р 50030.2-2010 (IEC 60947-2) и обладать в зоне действия селективной токовой отсечки определенным временем несрабатывания (как правило, данное время составляет несколько десятков миллисекунд). При этом отношение номинальных токов выключателей должно быть не менее 1,6. Для получения более точных данных следует пользоваться таблицами селективности, или запрашивать информацию у производителей оборудования.

Следует отметить, что в зоне действия неселективной (мгновенной) токовой отсечки вышестоящего аппарата (обычно при значительных токах короткого замыкания вблизи мощных источников питания, определяемых расчетным путем) селективность у ряда производителей так же может быть обеспечена за счет так называемого «рефлексного отключения», когда энергия замыкания рассеивается на нижестоящем аппарате, обладающем функцией токоограничения (быстрое отключение до достижения максимального пика тока менее, чем за 10 мс). В этом случае энергии замыкания, пропускаемой через вышестоящий аппарат недостаточно для его срабатывания.

В распределительных щитах аварийного освещения и других систем обеспечения безопасности зданий необходимо обеспечить максимальную, желательно полную селективность защиты. В обоснованных случаях допускается частичная селективность, если максимальный ток короткого замыкания не выходит за пределы диапазона токов, при которых выполняется условие селективности. Нельзя допустить, что бы при коротком замыкании в отдельной групповой линии отключился вышестоящий (вводной) аппарат защиты.

Необходимо стремиться к уменьшению количества ступеней, используя, где это допустимо, на вводе в щиток выключатель нагрузки. В этом случае селективность должна быть обеспечена между автоматическими выключателями групповых линий и автоматическим выключателем, защищающим распределительную сеть. При использовании выключателей нагрузки на вводе в щиток освещения удается значительно повысить надежность сети аварийного освещения в случае, если вышестоящий аппарат защиты обеспечивает полную селективность с групповыми аппаратами, по сравнению со схемой, когда на вводе в щиток предусматривают аппарат, обеспечивающий только частичную селективность. Если же вышестоящий аппарат, защищающий распределительную сеть, и и вводной аппарат в щиток, предусматриваются одинаковыми (обеспечивающими селективность с групповыми аппаратами), то это ведет к удорожанию и, как правило нерациональному усложнению схемы. При этом данные аппараты работают между собой не селективно. Селективное же их выполнение приводит к завышению вышестоящей защиты, увеличению сечений питающих линий и к неоправданным затратам. Поэтому подобные решения следует применять только в обоснованных случаях (например, при необходимости разделения зон ответственности эксплуатирующих организаций).

Часто в примечаниях к схеме распределительного щита можно увидеть фразу: «Допускается использовать оборудование других производителей, имеющее аналогичные параметры». Следует учитывать, что подбирать автоматические выключатели следует всегда с учетом их селективности.

В электрощитах многих зданий, построенных 30 – 40 лет назад, можно увидеть стандартные электрические щиты, в которых вводной автоматический выключатель установлен с номинальным током 100 А и автоматические выключатели отходящих линий на 10 и 16 А. Если расчетный ток такого щита не превышает 40 – 50 А, то иногда службы эксплуатации здания получают предписание установить в щит вводной автоматический выключатель, соответствующий расчетному току. И когда в такой щит устанавливают современный аппарат защиты, то при коротком замыкании в любой отходящей линии могут отключиться и вводной и групповой аппарат и даже только вводной автоматический выключатель. В щитах аварийного освещения подобное недопустимо.

Автор выражает глубокую признательность Сергею Волкову (АО «Атомэнергопроект»), за полезные советы и рекомендации, сделанные при подготовке статьи.

Избирательность или селективность автоматических выключателей — ключевой момент в обеспечении надежной работы электрической цепи. Эта функция способствует предупреждению аварийных ситуаций, подымает на более высокую ступень безопасность.

В случае перегрузки линии, короткого замыкания включается в работу защита только линии с повреждением, остальная часть электроустановки остается в рабочем состоянии. Почему так происходит мы детально разберем в этой статье, рассмотрим основные задачи селективной защиты, схемы подключения и их особенности.

Также уделим внимание расчету селективности и правилам создания карты, снабдив материал наглядными схемами, таблицами и фото. И дополним статью подробными объяснениями в видеороликах.

Значение и основные задачи селективной защиты

Безопасная эксплуатация и стабильная работа электроустановок — это те задачи, которые возложены на избирательную защиту. Она мгновенно вычисляет и отсекает поврежденную зону без прекращения подачи питания на исправные участки. Селективность снижает нагрузки на установку, уменьшает последствия КЗ.

При отлаженной работе автоматических выключателей по максимуму удовлетворяются запросы, относительно обеспечения бесперебойного электроснабжения и как следствие, технологического процесса.

Когда автоматическое оборудование, осуществляющее размыкание, в результате КЗ окажется неисправным, благодаря селективности потребители получат нормальное питание.

Правило, утверждающее, что величина тока, проходящего через все распредвыключатели, установленные за вводным автоматом, меньше обозначенного тока последнего, является основой селективной защиты.

В сумме эти номиналы могут быть и больше, но каждый отдельный обязательно хотя бы на шаг ниже вводного. Так, если на вводе установлен 50-амперный автомат, то следующим за ним устанавливают выключатель, с номиналом по току в 40 А.

При помощи рычажка как включают, так и выключают впуск тока на клеммы. К клеммам подводят и фиксируют контакты. Подвижный контакт с пружиной служит для быстрого размыкания, а связь цепи с ним выполнена через неподвижный контакт.

Расцепление, в случае перекрытия током своего порогового значения, происходит за счет нагрева и изгиба биметаллической пластины, а также соленоида.

Токи срабатывания настраивают при помощи регулировочного винта. С целью предотвращения появления электродуги во время размыкания контактов, введен в схему такой элемент, как дугогасительная решетка. Для фиксации корпуса автомата существует защелка.

Избирательность, как особенность релейной защиты — это умение обнаруживать неисправный узел системы и отсекать его от действующей части ЭЭС.

Селективность автоматов — это их свойство работать поочередно. Если этот принцип нарушен, будут греться и автоматические выключатели, и электропроводка.

В результате может возникнуть КЗ на линии, перегорание плавких контактов, изоляции. Все это приведет к выходу из строя электроприборов и пожару.

Допустим, на длинной линии электропередач возникла аварийная ситуация. Согласно главному правилу селективности первым срабатывает автомат ближайший к месту повреждения.

Если в обычной квартире в розетке происходит короткое замыкание, на щитке срабатывать должна защита линии, частью которой эта розетка является. Если этого не произошло, наступает очередь автоматического выключателя на щиток, и только за ним — вводного.

Абсолютная и относительная селективность защиты

Понятие селективности определено ГОСТотм IEC 60947-1-2014. Выделяют два типа селективности — абсолютную и относительную. Если работа защиты скоординирована таким образом, что она срабатывает исключительно внутри защищенной зоны, то это указывает на ее абсолютную селективность.

В этих обстоятельствах максимальный ток селективности становится таким же, как и максимальная отключающая способность расположенного ниже автомата.

Срабатывание в виде резервного, когда не произошло отключение на проблемном участке, называют относительно селективной защитой. При этом происходит отключение выше расположенных выключателей.

В случае превышения заданной величины тока выключателя-автомата, т.е. при отсутствии больших перегрузок, селективная защита действует практически безотказно. Куда труднее добиться этого при коротких замыканиях.

Данные о выпускаемых изделиях предприятия размещают на корпусе прибора и на своих сайтах. Важно правильно читать маркировку автоматов – связки выключателей формируют только по таблицам одного конкретного производителя. Следует учитывать, что группы, устроенные по относительному принципу, обладают большим числом функций.

Чтобы проверить избирательность между автоматом выше- и нижестоящим, находят скрещение вертикали и горизонтали. Обеспечение селективности — очень важная задача при питании потребителей, относящихся к особой категории.

При ее отсутствии может произойти остановка производственного процесса, повреждение линий, отключение систем кондиционирования, дымоудаления и других.

Виды селективных схем подключения

Кроме абсолютной и относительной селективности существует еще 7 видов селективной защиты:

• зонная;
• времятоковая;
• энергетическая;
• временная;
• полная;
• частичная;
• токовая.

Для обеспечения требуемой селективности автозащиты электросети с автоматическими выключателями используют разные методы. Но в любом случае важно правильно установить выключатель, следуя выбранной схеме и правилам монтажа.

Вид #1 — полная и частичная защита

Полная защита обозначает, что если последовательно подключена пара автоматов, появление сверхтоков вызывает отключение одного, расположенного вблизи зоны неисправности.

Частичная защита действует по тому же принципу, что и полная, но только после того, как ток достигнет установленной пороговой величины.

Если селективность обеспечена до меньшей из величин тока двух АВ, есть повод говорить о полной селективности между ними. В этом случае предельная величина предполагаемого тока КЗ установки при каких либо обстоятельствах будет равной или меньшей величины тока двух АВ.

Вид #2 — токовый тип селективности

У токовой избирательности основной показатель — предельная токовая отметка. От объекта до ввода значения выстраивают по признаку возрастания. Действие этой избирательности защит основано на той же базе, что и у временной селективности.

Разность только в том, что выдержка делается по значению тока — с приближением точки КЗ к вводу, растут показания тока КЗ. Временной показатель отключения может быть таким же.

Поврежденную из-за КЗ зону определяют посредством уставки срабатывания на разные величины тока. Полной селективность может быть только в условиях, где ток КЗ невысокий, а в промежутке между двумя автоматами есть оборудование, отличающееся немалым электрическим сопротивлением. При таком раскладе токи КЗ будут значительно отличаться.

Применяют такой вид избирательности в основном в конечных распредщитах. Здесь сочетается номинальный ток незначительной величины и ток КЗ с большим полным сопротивлением стыковочных кабелей.

Этот вариант селективности является экономичным, простым и действующим в течение мгновения. Все же зачастую указанная селективность может являться частичной т.к. наибольший ток, как правило, небольшой.

Когда значения Isd1 и Isd2 одинаковы или предельно близки, то Is — максимальный ток селективности равен Isd2. Если эти величины намного отличаются, Is = Isd1.

Условием обеспечения селективности по току является соблюдение неравенств: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. В этом случае максимум селективности — Is = Isd1.

К недостаткам относят и быстрый рост уровня уставок защиты от токов большого уровня. Невозможно быстро отключить поврежденную цепочку, если один из автоматов окажется неисправным.

При расчете уставок защиты по току необходимо принимать во внимание действительные токи, проходящие через выключатели, работающие в автоматическом режиме.

Вид #3 — временной и времятоковый вариант

Когда в цепи имеется ряд автоматических выключателей, обладающих идентичными токовыми характеристиками, но разным временем выдержки, то при возникновении неисправности они страхуют друг друга. Тот, что находится в непосредственной близости к месту повреждения, сработает сразу, следующий — через какое-то время и т.д.

В случае времятоковой селективности защитные приборы реагируют не только на ток, но и на продолжительность реакции. При определенном значении тока через какое-то время задержки срабатывает защита, дистанция от которой к месту КЗ меньше. Исправная часть установки не отключается.

Комбинация токовой и временной селективности увеличивает эффективность отключения. Когда Isc B Вид #4 — энергетическая селективность автоматов

При энергетической селективности отключения происходят внутри корпуса автомата. Длительность процесса настолько мала, что ток КЗ не успевает приблизиться к своему предельному значению.

Времятоковая система защиты считается сложной. Здесь задействована не только реакция на ток, но и время, на протяжении которого это происходит.

С возрастанием тока у автомата падает величина времени срабатывания. Базой для этого вида селективности является регулировка защиты таким способом, когда со стороны защищаемого объекта она срабатывает быстрее при всех пороговых значениях тока, по сравнению с автоматом на вводе.

Вид #5 — зонная схема защиты

Зонный способ сложный и недешевый, поэтому применяют его в основном в промышленности. Как только пороговые показатели тока достигают максимума, в центр контроля поступают данные и выбранный автомат срабатывает. Электрическая сеть с таким видом избирательности включает специальные электронные расцепители.

Когда обнаруживается нарушение, от выключателя, расположенного ниже, поступает сигнал к устройству, находящемуся выше. Первый автомат должен отреагировать в течение секунды. Если он не среагировал, срабатывает второй.

Сравнивая этот вид селективности с временной избирательностью, можно увидеть, что время срабатывания в этом случае намного ниже — иногда составляет сотни миллисекунд. Снижается как процент интервенции в систему, так и процент ее повреждения. Уменьшаются тепловые и динамические влияния на части установки. Возрастает число уровней селективности.

В случае зонной селективности срабатывает защита, находящаяся со стороны источника питания, если взять за исходную точку место КЗ. До момента срабатывания автомата осуществляется контроль над тем, чтобы защитное устройство с нагруженной стороны не подало аналогичный сигнал.

Но такая избирательность требует присутствия дополнительного источника питания. Поэтому рациональное применение этого вид селективности — системы с высокими параметрами тока КЗ и током значительной величины. Такими являются коммутационно-распределительные аппараты, находящиеся со стороны нагруженности генераторов, трансформаторов.

Расчет селективности автоматов

Грамотный выбор автомата и правильная настройка — основной принцип соблюдения селективности автоматических выключателей. Избирательность для выключателя, находящегося вблизи источника, гарантирует выполнение требования: Iс.о.послед ≥ Kн.о.∙ I к.пред.

Здесь Iс.о послед. — такая величина тока, за которой следует срабатывание защиты. I к.пред. — ток КЗ в конечной точке зоны, на которую распространяется действие автомата, расположенного далеко от энергоисточника. Kн.о. — коэффициент надежности. Его величина находится в зависимости от разброса параметров.

Расклад tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t демонстрирует селективность в случае регулировки АВ по времени. tс.о.послед, tк.пред. — интервалы времени срабатывания выключателей, находящихся на большой дистанции от источника питания и расположенных рядом. ∆t — параметр, который берут из каталога и обозначающий временную степень селективности.

Карта селективности и правила ее создания

Времятоковые характеристики всех устройств, включенных в схему электрической сети, изображают на карте селективности. Целью ее составления является максимальное обеспечение защиты автоматов. Основа защиты выключателей — принцип, по которому выключатели подключают друг за другом строго последовательно.

Существует ряд правил, обязательных при создании карты селективности:

1. Установки должны иметь один источник напряжения.
2. Все важные расчетные точки должны хорошо просматриваться. С учетом этого требования необходимо выбирать масштаб.
3. На карте указывают защитные свойства, минимальные, максимальные параметры КЗ в точках системы.

Часто нормы проектирования нарушаются, и карты селективности в проектах отсутствуют. Это может привести к перебоям в электроснабжении потребителей.

Карта дает полную картину о согласовании уставок. Она предоставляет возможность сравнить работу автоматов по такой характеристике, как селективность.

Времятоковые разновидности осей являются базой не только для построения карт селективности для токовой защиты в виде автоматических выключателей, но и для других ее видов: предохранителей, реле. Обычно одна карта содержит характеристики 2-3 АВ. По оси абсцисс отмечают величину тока в кВ, а по оси ординат — время в секундах.

Выводы и полезное видео по теме

Неполадки при работе автоматических выключателей и их устранение:

Вычерчивание карты селективности посредством специальной программы:

Надежное, безопасное использование электрической проводки невозможно без учета избирательности автоматов. Зная об основных моментах создания селективной защиты, можно грамотно выполнить подбор оборудования для своего технического проекта.

Вы профессионально занимаетесь электромонтажными работами и хотите дополнить изложенный выше материал? Или заметили несоответствие или ошибку в этой статье? А может вы хотите задать вопрос нашим экспертам? Пишите, пожалуйста, свои комментарии в блоке ниже.

Надежная и безопасная работа электрических сетей обеспечивается различными способами, среди которых важную роль играет селективность автоматических выключателей. Она представляет собой особую функцию релейной защиты, способной избирательно обнаруживать неисправный участок или элемент в общей системе и отключать только его. Таким образом, предупреждаются аварийные ситуации, а уровень защиты становится значительно выше.

Общее понятие селективности

Для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий в системе релейной защиты применяются автоматические выключатели. В аварийной ситуации они полностью отключают потребителей, что не всегда удобно. В связи с этим были разработаны селективные схемы защиты, принцип действия которых заключается в отключении не всей линии, а только аварийного участка. Групповой автоматический выключатель остается во включенном состоянии.

Отсюда следует, что селективностью считается определенный подбор автоматов для одной системы, призванный обеспечить отключение лишь конкретного аварийного участка. То есть, срабатывает то защитное устройство, которое отвечает за этот участок, а прочие автоматы в это время работают в обычном режиме. Путем селективности согласуется работа защитной аппаратуры, установленной последовательно. При возникновении короткого замыкания или перегрузки, отключается только неисправная часть электроустановки.

Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью зависит от их номинала и характеристик срабатывания, обозначаемых как В, С и D. Система должна выстраиваться таким образом, чтобы срабатывания происходили в нужное время при различных токах коротких замыканий.

Модульные автоматы отличаются по току различными классами токоограничения, характеризующими время срабатывания электромагнитных расцепителей и собственной избирательностью. Однако быстрота не всегда имеет решающее значение, поэтому в селективных системах устанавливаются групповые автоматы, срабатывающие медленнее, чем приборы на отходящих линиях. Это позволяет исключить одновременное срабатывание основного устройства и автомата с более низким ограничением тока.

Функции и задачи селективности

Основной задачей селективной защиты является функция обеспечения стабильной работы и безопасной эксплуатации электроустановок. При возникновении аварийных ситуаций, поврежденный участок определяется практически мгновенно и сразу же отключается, не нарушая работу исправных мест. За счет селективности значительно снижается нагрузка на электроустановки, уменьшаются негативные последствия от действия короткого замыкания.

Четкая и слаженная работа защитных автоматических устройств максимально обеспечивает требования, предъявляемые к бесперебойному электроснабжению. В результате, селективность автоматического выключателя сохраняет непрерывность всех технологических процессов с участием электроустановок. Отключенные участки никак не влияют на их стабильную работу.

Основное правило устройства селективной защиты предполагает установку автоматов с номинальным током, более низким, чем у вводного устройства. Суммарно они могут превышать номинал группового автомата, но по отдельности каждый из них должен быть хотя-бы на одну ступень ниже. То есть, при установке вводного устройства на 50 А, следующий прибор на линии будет иметь номинал не выше 40 А. Первым всегда срабатывает автомат, ближе всего расположенный от места повреждения.

Селективность автоматов обеспечивается их конструкцией. Включение и отключение питания выполняется специальным рычажком. Неподвижные контакты соединяются с клеммами, к которым, в свою очередь, подключаются проводники. Быстрое размыкание осуществляется с помощью подвижного контакта, соединенного с пружиной. Расцепление обеспечивается биметаллической пластиной, изгибающейся после нагрева в случае превышения током своего предельно допустимого значения.

Для настройки токов срабатывания имеется регулировочный винт. В совокупности все элементы способствуют быстрому определению неисправного участка и отсечению его от работоспособных частей.

Основным принципом селективности считается поочередное срабатывание защитной аппаратуры. В случае отступлений от норм, произойдет перегрев не только автоматов, но и электропроводки. В результате, возникают аварийные ситуации с серьезными негативными последствиями.

Виды селективности защитных устройств

Устройства автоматической защиты классифицируются по ПУЭ в соответствии со схемами подключения:

• При полной схеме осуществляется последовательное подключение нескольких устройств. В случае аварии быстрее всех сработает аппарат, находящийся на минимальном расстоянии от места неисправности. Это основное условие работы защитных систем.
• Частичная схема селективной защиты действует аналогично предыдущему варианту, за исключением некоторых ограничений, установленных для величины тока.
• Временные схемы отличаются избирательностью, то есть, различным временем выдержки устройств с одинаковыми параметрами. Таким образом, обеспечивается не только селективная защита, но и страховка автоматов по скорости отключения на случай их неисправности. Например, первый прибор должен сработать через 0,2 секунды. Если он оказался неисправным, то через 0,4 секунды сработает второй прибор.
• Токовая селективность имеет такой же принцип работы, как и временная, но в данном случае основным критерием служит максимальная величина токовой отметки. Значения тока выставляются в направлении от источника питания до нагрузок в порядке убывания.
• Наиболее сложной в устройстве считается времятоковая селективность. Для таких схем используется аппаратура четырех групп – А, В, С и D. Каждая из них отличается собственной реакцией на электрический ток и обеспечивает отключение в нужный момент. Защитная схема от коротких замыканий составляется с учетом индивидуальных особенностей каждой из них. При необходимости обеспечивается селективность между предохранителями и автоматическим выключателем.
• Зонные схемы чаще всего применяются на объектах промышленного производства. Данный способ селективности считается не только сложным, но и дорогим вариантом, требующим специальных приборов слежения. При этом, все полученные данные сосредотачиваются в центре контроля, который и определяет, какой автомат будет использован для отключения. То есть, он мгновенно выполняет необходимый расчет. В таких устройствах используются электронные расцепители, работающие по следующей схеме, предусмотренной ПУЭ: в случае аварийной ситуации нижестоящий аппарат, подает сигнал вышестоящему. Если через 1 секунду не произойдет срабатывания нижнего автомата, то сразу же включится второй прибор.
• Энергетическая схема предполагает быстрое действие селективности автоматических выключателей, при котором токи коротких замыканий не успевают набрать свое максимальное значение.

Правила составления карты селективности

Максимальное использование защитных свойств автоматических выключателей обеспечивается за счет составления специальной карты, отображающей селективность защиты электрической сети, с графическим обозначением всех возможных процессов. Она выполняется в виде схемы установленного образца, в которой указываются все токовые характеристики защитных устройств, включенных в конкретную электрическую сеть.

При составлении карты должны соблюдаться определенные правила:

• Все электроустановки должны быть подключены к общему источнику питания.
• Все места расположения значимых расчетных точек должны нормально просматриваться, поэтому карта селективности выполняется в наиболее подходящем масштабе.
• На схеме отмечаются защитные свойства каждого автомата, а также характеристики возможных коротких замыканий в различных точках с их минимальным и максимальным значением.
• Характеристики автоматов наносятся последовательно, в соответствии с порядком их подключения. Для правильного построения схемы используются оси с основными показателями. На основании схемы составляется специальная таблица, облегчающая выбор защитных устройств.

На правильно составленной карте отображается полная картина об уставках автоматов, согласованных между собой. Это дает возможность сравнивать параметры защитных устройств и общую селективность защиты. Сама карта в первую очередь строится на основе осей времятоковых характеристик и их разновидностей. Как правило, в одной этой схеме отображаются параметры двух или трех автоматов. Горизонтальная ось абсцисс содержит токовые величины (в кВт), а на вертикальной оси ординат отмечается время (с).

Ускорить составление карты помогает специальная программа, которую можно легко найти в интернете. Иногда такие схемы отсутствуют в проектной документации на электрооборудование. Это может привести к нарушениям установленных норм и отключениям питания потребителей.