Селективность автоматических выключателей

Селективность автоматических выключателей

Для детального изучения такой темы потребуется не один обзор. Ведь селективность автоматических выключателей – тема очень обширная, в которой каждый аспект нуждается во всестороннем детальном анализе. Мы остановимся на том, с чем приходится сталкиваться чаще всего.

Две зоны характеристик время-токового типа

Для более удобного понимания сути рассматриваемой темы определимся с такими понятиями, как «Зона КЗ» и «зона перегрузки»:

1. Часть кривой характеристик, на которой отображаются параметры срабатывания устройства автоматического вида, спровоцированного тепловым расцепителем, именуется «Зоной перегрузки».
2. Зона, где срабатывание происходит посредством магнитной защиты, называется «Зоной КЗ».

Схематическое изображение обеих частей выглядит следующим образом:

Чтобы получить полную картину всего происходящего, потребуется ввести новое понятие. Это – частичная и полная селективность приборов выключения автоматического типа. Точное определение достаточно сложно для восприятия большинства читателей, поэтому обозначим его в достаточно простом варианте. Селективность в общем виде можно обозначить, как свойство выключателей к выборочному отключению.

При полном варианте выполняется установка, обеспечивающая отключение в момент повреждения самого удаленного от вводного автомата, с продолжением функционирования остальных.

Частичный способ предусматривает такое срабатывание при меньших параметрах тока замыкания, а при токе полной величины это требование не выполняется.

Основные методы обеспечения селективности

Комплектация приборов в единую систему происходит в соответствии с главным требованием – при любом возникновении аварийной ситуации или образовавшемся повреждении должен сработать автомат, находящийся от места замыкания на самом приближенном расстоянии, а все остальные приборы находятся по-прежнему в замкнутом положении. Примером может быть неисправность поблизости розетки, когда происходит срабатывание выключателя розеточной группы определенного помещения, а все другие приборы продолжают находиться в рабочем состоянии.

Необходимо детальнее определится с практически существующими способами:

Токовая селективность

Вид, при котором существует прямая зависимость между силой тока при коротком замыкании и минимальным расстоянием от участка замыкания к источнику – токовая селективность. На практике этот метод выглядит следующим образом – со стороны питания производится установка автомата с защитой такого исполнения, которое не допускает срабатывания при возникновении на участке нагрузки короткого замыкания.
Для отключения автомата в случае замыкания его установка должна быть выполнена на стороне нагрузки. Наглядное изображение этого типа селективности выполнено на рисунке ниже:

Временной тип

На время срабатывания влияет следующий вид селективности – временной. Он выполняется способом установки автомата вблизи источника питания. При этом в первую очередь по отношению к месту замыкания будет срабатывать ближайшее к нему устройство. А все остальные из-за большего времени отключаться не будут.

Зонная селективность

Передача сигнала блокировки на уровень защиты с более высокими параметрами выполняется автоматом в случае превышения уставки тока короткого замыкания. Выключатель выполняет функцию проверки до момента срабатывания поступления такого же сигнала с нагрузочной стороны. Этим способом осуществляется срабатывание только в случае сигнала со стороны питания, все другие устройства будут находиться во включенном состоянии.

На рисунке изображен процесс в схематическом виде:

Времятоковая селективность

Большую актуальность данный тип имеет во всех защитных устройствах, обладающих времятоковыми характеристиками. Главный принцип рассматриваемого вида селективности состоит в потребности правильного подбора выключателей с такими параметрами, которые способны обеспечить более быстрое срабатывание системы защиты с нагрузочной стороны. Это должно происходить при любых параметрах тока гораздо быстрее, чем срабатывание выключателя со стороны источника питания.

Объективный анализ подобного явления возможен при рассмотрении самых плохих условий. Для примера попробуем разобраться в происходящем, допуская срабатывание выключателя со стороны питания по собственной нижней кривой, а устройство с нагрузочной стороны отключается на самом пике верхней кривой. Непременное условие состоит в том, чтобы зоны срабатывания для обоих приборов никоим образом не пересекались.

Вот как это выглядит в нашем конкретном случае – имеется схема, в которую входят автоматы «А» и «В». По заданным параметрам селективности необходимо, чтобы при токе одинакового значения первым всегда срабатывало устройство «В».

На рисунке, расположенном вверху, вы можете увидеть наиболее подходящий вариант расположения времятоковых кривых для обоих автоматов.

На представленном изображении можно убедиться в том, что при одинаковом значении тока первым произойдет отключение прибора «В».

Срабатывание данного устройства обеспечивает необходимую селективность. Итогом этого процесса является то, что питающая среагировавший автомат шина останется под напряжением.

Избежать негативных последствий перенапряжения или замыкания и обеспечить качественную защиту системы проводки можно проверенным способом. Еще на этапе проектирования и в процессе планировки схемы электроцепей и оборудования требуется тщательная разработка с обязательным учетом параметров селективности.

Таким образом, потребитель получает в свое распоряжение функцию автоматического определения зоны, где возникла неисправность, и локального отключения определенного участка без потери работоспособности остальных.

Все используемое оборудование снабжается максимально эффективной защитой, что обеспечивает безопасность людей и значительно повышает сроки эксплуатации электропроводки и бытовых приборов.

Принцип селективности для выбора автоматических выключателей и УЗО

что такое селективность автоматов и узо

При прокладке электропроводки в квартирах создаются электросхемы, в которых всегда учитываются вопросы безопасной эксплуатации. Электрический ток может причинить большой вред. Чтобы этого не произошло, устанавливают устройства защиты: предохранители, автоматические выключатели, УЗО, дифавтоматы и другие средства.
Все они обладают определенными, конкретными возможностями, но не могут быть универсальными. Поэтому при выборе приборов следует четко учитывать их индивидуальные характеристики. Только в этом случае они будут правильно работать, а не создадут лишних проблем в будущем.

Принцип селективности для выбора автоматических выключателей и УЗО

Это свойство еще именуют избирательностью. Селективность позволяет надежно эксплуатировать электрохозяйство благодаря правильному подбору защитных устройств.
Для любой электрической схемы применяется иерархия автоматов защиты, разделяющие электропроводку с потребителями на определенные участки — электрические цепи, даже когда ток идет от источника к потребителю напрямую, минуя промежуточные звенья. Неисправность в этой самой простой схеме может возникнуть внутри:

• генератора;
• приемника;
• или соединительных проводов.

Каждый из этих случаев требует своего технического решения, которое позволит быстрыми способами надежно выявить и локализовать поврежденный участок.

Селективность определяет правила установки и совместимости защит. Для этого вся система электроснабжения разбивается на отдельные составные участки, делится на зоны с включением в них отключающих аппаратов, реагирующих на появление неисправностей.

Виды селективности

• абсолютная;
• относительная.

Принцип абсолютной селективности подразумевает отключение возникающих повреждений исключительно в своей зоне.
Защиты, выполненные по относительному принципу, реагируют на неисправности своего и соседних участков. Они могут сработать по любому пусковому фактору. Поэтому для исключения ложных отключений их наделяют дополнительными функциями:

• величиной выдержки времени на срабатывание;
• уставками по току, напряжению, частоте, электрическому сопротивлению, направлению мощности или другим параметрам сети.

Подбор автоматических выключателей по времени срабатывания

Этот принцип можно продемонстрировать схемой.

селективность по времени

Для объяснения ее работы все автоматы наделены одной уставкой тока отсечки в 25 ампер, но отключают поврежденный участок с разным временем.
При возникновении неисправности в схеме любого потребителя, например, запитанного от автоматического выключателя №3, ток короткого замыкания почувствуют автоматы:

• неисправного участка №3;
• распределительного щита №2;
• ГРЩ №3.

Выдержка времени на срабатывание 0,1 сек самая маленькая у автомата №3. Он сработает первым, локализовав неисправность. Ток повреждения прервется, а автоматические выключатели №2 и №1 останутся включенными для продолжения электроснабжения потребителей зон №4 и №5.

В этой ситуации возможна поломка автомата №3, тогда он не сработает. Ток КЗ после прохождения времени 0,1 сек останется в схеме. Его через выдержку времени 0,5 сек отключит защита распределительного щита — автоматический выключатель №2.

Он резервирует работу защит участка №3, но дополнительно отключает потребителей цепочек №4 и 5 на которых ток КЗ отсутствовал.

Если по каким-то причинам этот автоматический выключатель тоже окажется неисправным, то функцию устранения токов замыкания выполняет защита главного распределительного щита (ГРЩ) автоматом №1. Следует представлять, что она через 1 сек обесточит не только участки зон №3, 4 и 5, запитанные от выключателя РЩ №2, но также других потребителей, которые подключены к дополнительным распределительным щитам ГРЩ №1.

Про типы УЗО и его подключение подробно описано статьях:

Подбор автоматических выключателей и УЗО по току срабатывания

селективность по току сробатывания

Представленная схема показывает принцип выбора автоматических выключателей и УЗО по току срабатывания. Здесь выполняется тот же принцип, что и в предыдущей схеме: вначале должны работать защиты, ближайшие к месту повреждения, а их резервированием занимаются аналогичные устройства следующей, второй очереди.

При КЗ в цепях потребителя №3, 4, или 5 отключаются вначале автоматический выключатель поврежденного участка, а автомат №2 резервирует его работу. В свою очередь, исправность защиты распределительного щита страхует выключатель №1 ГРЩ.

Устройство защитного отключения контролирует состояние схемы на отсутствие токов утечек. Наибольшее значение уставки в 300 mA назначается защитам ГРЩ №1. Самые маленькие уставки 30 mA выставляются на УЗО конечных присоединений. В РЩ головное УЗО №2 настраивается на срабатывание промежуточных значений 100 mA.

На практике уставки для защит выставляются по комбинированному методу с учетом совмещения принципов селективности по времени, току и другим параметрам, дополняющих надежность рабочей схемы.

Решаемые задачи

Принцип селективности позволяет обеспечить:

• электробезопасность оборудования и людей;
• автоматическое определение зоны неисправности и ее локализацию;
• снабжение электричеством исправных участков, смежных с поврежденным;
• поддержание качества электроэнергии для всех потребителей.

По этим причинам избирательность защитных устройств следует всегда учитывать на практике для выбора аппаратуры при прокладке электрической проводки для надежной эксплуатации электрооборудования.

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Селективность модульных автоматов 0,4 кВ

Эту статью мы посвятим вопросам селективности. Снова)

Вы знаете, что есть автоматы в которых нельзя выставить выдержку времени. Обычно это модульные автоматы до 63 А, а также автоматы на средние токи (80-630 А) с упрощенными расцепителями. По сути это и есть настоящие автоматы, а все остальные — это выключатели 0,4 кВ с блоком защиты. Чувствуете разницу?

Так вот, два последовательно включенных автомата, если они правильно выбраны, не могут быть селективны никогда. Как вам такой поворот?

На самом деле это правда. Уставка автомата выбирается как МТЗ (хотя ее упорно называют отсечкой). А в МТЗ реализована временная селективность. Если время срабатывания нельзя выбирать, то и селективность обеспечить нельзя.

Давайте рассмотрим возможное распределение токов КЗ и установленных автоматов 0,4 кВ на следующем примере

Вроде, автоматы выбраны правильно, с различием в номиналах по крайней мере в один шаг. У обоих характеристики С.
Автомат 1 должен чувствовать все КЗ на линии 1, в том числе и минимальные в конце зоны. По этим минимальным токам проверяется его чувствительность.
Но, если он чувствует минимальные токи в конце линии 1, то он будет чувствовать и максимальные токи в начале линии 2. Более того, автомат 1 по-хорошему должен чувствовать все КЗ на смежном участке (кабель 2), чтобы обеспечить дальнее резервирование. Да, это получается не всегда, но к этому нужно стремиться.

Значит, что при КЗ на втором кабеле оба автомата могут сработать, причем с одинаковой выдержкой времени, 0,015с. Это означает, что автоматы неселективны.

Некоторые производители автоматов, обычно иностранные компании, заявляют, что их автоматы имеют «частичную селективность». Т.е. для определенных номиналов смежных автоматов, при определенных токах КЗ, селективность будет соблюдаться. По мне так это чисто маркетинговый ход потому, что в российских нормах нет понятия «частичная селективность». Селективность либо есть, либо ее нет.

Некоторые электрики думают, что неселективно будут работать только автоматы включенные сразу друг за другом (ввод и отходящая линия 0,4 кВ) или через короткую линию. Это нет так. Любые смежные «модульники», которые прошли проверку на чувствительность, будут работать неселективно.

Единственный вариант «заставить» модульные автоматические выключатели работать селективно, это выбрать вышестоящий автомат так, чтобы его отсечка не чувствовала КЗ (работа в зоне перегрузки). Но тогда сильно увеличивается время срабатывания, что опасно для людей и оборудования. Теряется смысл применения самого автомата, лучше уж тогда ставить предохранитель. Поэтому так не делают и селективность автоматов никогда не достигается.

В связи с этим меня всегда удивляло требование надзорных органов о построении карты селективности до последнего автомата. Что вы там хотите увидеть? Чудо?)

Как обеспечить селективность работы УДТ

В современном мире ежегодно растет количество применяемых электрических приборов, что приводит к тому, что электрические сети становятся все более разветвленными и увеличивается количество защитных устройств, которые устанавливаются в электрических щитах. Возникает новая задача – как обеспечить надежную и бесперебойную работу этой сложной системы. На языке специалистов это называется обеспечить «селективную работу» т.е. сделать так, чтобы любое повреждение электрической сети отключалось бы ближайшим к нему защитным устройством, а остальные ее части оставались бы в работе, не отключая электроснабжение потребителя. Сложность данной задачи состоит в том, что при этом необходимо защищать сеть от повреждений т.е. нужен баланс между возможностью своевременно отключить повреждение и необходимостью сделать это с наименьшими потерями для электроснабжения потребителя. Каким образом можно сделать это?

Основная опасность связана с протеканием по сети тока, превышающего номинальное значение, на которое эта сеть расcчитана. Для защиты от высоких токов короткого замыкания и перегрузки используются автоматические выключатели (иногда для краткости их называют «автоматы»). Важно помнить, что эксплуатация сети без устройств, защищающих от короткого замыкания и перегрузки, недопустима ни при каких обстоятельствах!

Рассмотрим вариант решения на основе наиболее популярной в настоящий момент линейки модульного оборудования Easy 9 производства Schneider Electric. Это оборудование среднего ценового сегмента, которая обладает оптимальным соотношением цена/качество и имеет самый широкий ассортимент защитных устройств среди других аналогичных предложений. В составе линейки представлены автоматические выключатели с отключающей способностью 4,5 кА и 6 кА и различными время-токовыми характеристиками B,C и D, все виды современных устройств дифференциального тока, устройства защиты от перенапряжений, выключатели – разъединители и реле напряжения. Отдельно стоит сказать об экономичной серии пластиковых щиток для модульного оборудования Easy 9 Box, производимых в России.

Широкий выбор автоматических выключателей Easy 9 разных типов позволяет решить задачу обеспечения селективной работы автоматов в щитах конечного распределения. Самый простой вариант это установка в щите автомата с характеристикой D в качестве вводного (на отходящих линиях обычно применяют автоматы с характеристикой С или В), повышает порог токовой селективности. Это возможно за счет того, что автоматы с разными характеристиками отключаются при различных величинах токов. Например, автомат с характеристикой В отключается мгновенно, если через него протекает ток от 3 до 5 номинальных токов т.е. если номинал составляет 10 А, то диапазон мгновенного отключения составит от 30 до 50А. Аналогично, для автоматов с характеристикой С этот диапазон от 5 до 10 номиналов, для D от 10 до 20 номиналов. Рассмотрим взаимодействие двух автоматов с характеристикой С, где 40 А установлен на вводе, а 10 А на отходящей линии. Исходя из сказанного выше, при коротком замыкании автомат 10 А отключится в диапазоне токов 50 — 100 А, а 40 А в диапазоне 200 – 400А. Т.е. если ток при повреждении будет превышать 200 А, то с большой долей вероятности отключится вводной автомат или оба, что не обеспечивает селективной работы. В случае. Если на вводе будет установлен автомат также на 40А, на с характеристикой D, диапазон его срабатывания будет от 400 до 800 А и порог селективной работы составит уже 400 А. Таким образом применение автоматов с характеристикой D на вводе позволяет уменьшить риск ложного отключения вводного автомата при повреждении на отходящей линии.

Кроме того, установка на вводе щита автомата с более высокой отключающей способностью (6 кА против 4.5 кА) позволяет «подстраховать» нижестоящий автомат на случай отключения коротких замыканий с большими токами, что повышает надежность и безопасность всей системы распределения в щите.

Вторым важным вопросом является обеспечение селективной работы устройств дифференциального тока – УДТ, к которым относятся выключатели дифференциального тока (раньше их называли УЗО) и дифференциальные автоматы (обычно их для краткости называют диффавтоматы). Оба вида этих устройств могут выполнять функцию защиты объекта от пожара и защищать человека от поражения током.

Все устройства дифференциального тока имеют техническую характеристику номинальный отключающий дифференциальный ток, это величина тока (тока утечки), при котором УДТ отключается. Для защиты от поражения электрическим током применяются УДТ, у которых этот параметр составляет не более 30 мА. По ГОСТ Р 50572.4.42-2012 для защиты от пожара должны устанавливаться УДТ с номинальным отключающим дифф. током менее 300 мА. Кроме того, для отдельных видов нагрузок, где из-за отказа высока вероятность пожара должны быть установлены УДТ с номинальным отключающим дифф. током менее 30 мА. К таким нагрузкам можно отнести, к примеру, теплые полы с пленочным нагревательным элементом.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 устанавливает основные правила взаимодействия УДТ в электрической цепи для двух случаев: для применения в жилищном строительстве и для прочих применений. Так, для жилищного строительства необходимо, чтобы УДТ на вводе имело номинальный отключающий дифференциальный ток в три раза больше, чем устройство на отходящей линии. Это условие подразумевает, что при установке на отходящих линиях УДТ с током отключения 30 мА на вводе мы можем применять устройства, имеющие ток срабатывания как 300 мА, так и 100 мА т.к. это соответствует условию, указанному выше. Выбор тока срабатывания вводного УДТ определяется несколькими факторами, в частности длиной присоединенных кабелей и мощностью нагрузок. На практике же для квартир и небольших дачных домов на вводе используют устройства 100 мА, для коттеджей применяют УДТ с током отключения 300 мА т.к. электрические цепи в последнем случае являются более разветвленными.

Однако, как показывает практика, выполнение этого условия не всегда позволяет обеспечить селективную работу УДТ. Дело в том, что повреждения изоляции не всегда развиваются постепенно, иногда из-за повреждений изоляции ток утечки быстро достигает больших значений, что приводит к отключению не только УДТ на поврежденном участке, но и вводного устройства дифференциального тока, что обесточивает всю электроустановку. Такая ситуация очень неприятна для любого жилища, а для дома и вовсе является критической т.к. отключаются жизненно важные потребители. Помимо дискомфорта и отключения, по сути, всех инженерных систем в доме, полное отключения электроснабжения требует еще и много времени на поиск поврежденного участка и восстановление работы всех систем. В зимнее время это может привести к замерзанию и повреждениею, например, систем водоснабжения и отопления дома и значительному финансовому ущербу.

Решением в данном случае будет установить на вводе УЗО с выдержкой времени на срабатывание, так называемое селективное УЗО. Этот тип устройств имеет индекс «S» (от англ. Selectivity – селективность) и в случае повреждения отключается с задержкой до 130 миллисекунд (полное время отключения может быть до 0,5 сек в зависимости от величины дифф. тока см таблицу 1). Такие УЗО с недавнего времени представлены в линейке Easy 9, производимой Schneider Electric.

Как это работает? Например, в квартире установлены селективное УДТ с отключающим током 300 мА на вводе электрического щита и несколько УДТ с отключающим током 30 мА на группах, питающих электрические розетки, как показано на рис 1. Возникло повреждение кабеля в электрической розетке и из-за этого возникает дифференциальный ток 200 мА, который обнаруживают групповое и вводное УДТ, при этом групповое УДТ отключается мгновенно, а селективное вводное ждет ждет 60 мсек (из таблицы 1). Отключение группового устройства устраняет ток повреждения и вводное УДТ не отключается т.е. остальная, неповрежденная часть электроустановки остается в работе. Таким вот образом отключается только аварийный участок и при этом не нарушается электроснабжение объекта в целом. При этом селективное УЗО как бы «подстраховывает» УЗО на отходящих линиях. Если одно из них по какой то причине не сработает, в этом случае селектиное УЗО отключится, защитив всю электрическую цепь от дальнейшего развития аварии.

Сейчас применение селективных УЗО в жилых и общественных зданиях является обязательным. Так, действующий СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» п.10.13 требует, для повышения уровня защиты от возгорания, установки УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током до 300 мА. При этом, для соблюдения селективности срабатывания УДТ при двух- и многоступенчатой схеме установки, уставка и время срабатывания УДТ установленного ближе к источнику питания должно быть не менее чем в 3 раза больше, чем у УДТ установленного ближе к потребителю. Другими словами, УДТ на вводе должно иметь уставку диффтока до 300 мА и выдержку времени срабатывания т.е. быть селективным.

Таким образом, используя автоматические выключатели линейки Easy 9 с различными номиналами и время-токовыми характеристиками, а также селективные УЗО Easy 9 мы можем обеспечить надежную защиту и бесперебойную работу электрической сети дома или квартиры. Доступная цена и высокое качество этого оборудования, а также постоянно расширяющийся ассортимент позволяют решать с помощью линейки Easy 9 любые задачи современного электромонтажа.