Что такое селективность в электрике

Что означает селективность в электрике, виды селективной защиты

Одно из ключевых понятий в области электрики является селективность. Не секрет, что безопасность работы электросетей крайне важна, а обеспечить ее можно разными способами. Селективность – это особая функция релейной защиты, благодаря которой удается избегать поломок устройств и повышать их эксплуатационный срок.

Общее понятие селективности

Как уже было сказано, под селективностью понимают особенность релейной защиты. Она определяется возможностью выискивать неисправный элемент во всей электросети и отключать именно аварийный участок, а не всю систему.

Селективная защита может быть абсолютной и относительной.

Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где случилось замыкание или поломка.
Относительная селективность вызывает отключение автоматов, находящихся также около места поломки, если защита на тех участках не сработала.

Главные функции

Ключевые задачи селективной защиты — обеспечение бесперебойного функционирования электросистемы и недопустимость сгорания механизмов при появлении угроз. Единственным условием для корректной работы такого типа защиты считают согласованность защитных агрегатов между собой.

Как только возникает аварийная ситуация, испорченный участок при помощи селективной защиты мгновенно определяется и отключается. При этом исправные места продолжают работу, а отключенные никак им в этом не мешают. Селективность существенно снижает нагрузку на электрические установки.

Базовый принцип обустройства такого типа защиты кроется в оборудовании автоматов с номинальным током, который меньше, чем у прибора на вводе. В сумме они могут превышать номинал группового автомата, но по отдельности – никогда. К примеру, при установке вводного устройства на 50 А следующий аппарат не должен обладать номиналом выше 40 А. Первым всегда сработает агрегат, находящийся максимально близко к месту ЧП.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью, зависит от их номинала и характеристик срабатывания, которые имеют обозначения В, С и D. Зачастую приборами, которые оберегают электросистему, служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО.

Таким образом, к основным функциям селективной защиты можно отнести:

обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
быстрое выявление и отключение той зоны электросистемы, где случилась поломка (при этом рабочие зоны не прекращают функционирование);
снижение негативных последствий для рабочих частей электромеханизмов;
снижение нагрузки на составные механизмы, предотвращение поломок в неисправной зоне;
гарантия непрерывного рабочего процесса и постоянного электроснабжения высокого уровня.
поддержка оптимальной работы той или иной установки.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

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

Временная и времятоковая

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

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

Селективность по току

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

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

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

Что такое селективность? Расчет селективности автоматических выключателей

Что такое селективность в области электрики?

Селективность или избирательность – особенность релейной защиты, которая определяется умением находить неисправный элемент всей электрической системы и выключать именно его. Защита может быть двух видов: абсолютная и относительная, в зависимости от отключения участков. В первом случае более точно срабатывают предохранители на том участке, где произошло замыкание или поломка. Второй тип селективности заставляет отключаться автоматы, которые находятся выше, если защита других не вступила в действие по каким-либо причинам.

Редакторы сайта рекомендуют ознакомиться с лучшими брендами розеток и выключателей.

Типы селективности электрических приборов

Классификацию защиты электрических устройств можно представить в различии схем подключения:

Полная. Если несколько приборов подключены последовательно, то на неисправность быстрее реагирует тот, что находится ближе к зоне аварии.
Частичная. Принцип действия селективности автоматов аналогичен с полной, но существует ограничение величины тока.
Временная. Такого рода избирательность предполагает разное время выдержки автоматов с одинаковыми характеристиками на срабатывание в случае поломки. Эта защита предназначена для того, чтобы подстраховать автоматы по скорости выключения. Например: первый начинает действовать спустя 0,2 сек, второй – 0,4 сек и т. д.
Токовая. Принцип работы селективности тот же, что и у временной, но в этом случае параметром выступает максимальная токовая отметка. Выставляются определённые значения в порядке убывания от источника питания до объекта нагрузки. Например, при вводе 28 А., к розеткам 18 А и 12 – к свету.
Времятоковая. Одна из самых сложных систем по защите от неисправностей. Аппараты подразделяются на четыре различные группы: A, B, C и D, каждая из которых реагирует на ток. В этом случае сложно составить схему защиты автоматических выключателей при коротком замыкании. Наиболее эффективна защита будет при первой группе А. Её используют в основном для электронных цепей. Наибольшую популярность и распространённость получили аппараты типа С, однако следует серьёзно отнестись к их установке.
Зонная. Этот способ защиты используется чаще всего в промышленности, так как он является дорогостоящим и довольно сложным. За работой электрической сети следят специальные приборы. При достижении установленного значения все данные передаются в центр контроля, где выбирается аппарат для выключения. Селективность этого вида предполагает наличие специальных электронных расцепителей. Они действуют следующим образом: при обнаружении какого-либо нарушения аппарат, расположенный ниже, подаёт сигнал другому автомату, который находится выше. Если в течение 1 секунды не сработает первое устройство, включится второе.
Энергетическая. Здесь автоматы действуют очень быстро, благодаря чему ток короткого замыкания не успевает достичь максимального значения.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

Временная и времятоковая

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

Селективность по току

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

Расчёт селективности

Чаще всего защитными устройствами выступают обыкновенные автоматические выключатели. Их селективность обеспечивается с помощью верного выбора и настроек параметров. Принцип работы таких выключателей обусловлен выполнением следующего условия:

Iс.о.послед ≥ Kн.о.* I к.пред., где: — Iс.о.послед — ток, при котором вступает в действие защита;
— I к.пред. — ток короткого замыкания в конце зоны действия защиты;
— Kн.о. — коэффициент надёжности, зависящий от параметров.

Определить селективность при управлении аппаратов по времени можно при помощи следующей формулы:

tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t, где: — tс.о.послед и tк.пред. — временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов, в зависимости от близости к источнику питания;
— ∆t — временная ступень селективности.

Что это такое?

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

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

Карта селективности

Для того чтобы обеспечить максимальную защиту автоматических выключателей, нужна специальная карта селективности или её графическое изображение. Эта карта представляет собой своеобразную схему, где отображаются все совокупности токовых характеристик используемых устройств в электрической сети (пример представлен ниже).

Одно из основных правил защиты выключателей – все автоматы должны быть подключены друг за другом по очереди. Карта селективности предназначена для изображения характеристик всех этих приборов. Для её создания необходимо придерживаться ряда правил:

Установки защит должны исходить из одного напряжения;
Рисуя карту нужно правильно выбрать масштаб, чтобы были изображены все расчётные точки;
Помимо характеристик автоматов, следует указать максимальные и минимальные значения коротких замыканий в точках системы.

Как показывает практика, селективность защиты требуется не всегда. Её применяют, только если есть риск серьёзных повреждений. Когда при расчёте получаются высокие значения номиналов автоматов, рекомендуется установить рубильники или специальные селективные устройства.

Селективность автоматов ПУЭ

Существует свод правил устройств электроустановок (ПУЭ), где есть чёткие понятия, как эксплуатировать автоматические выключатели. В пункте 3.1.4. сказано: для того чтобы автоматы защиты не отключали устройства при кратковременных перегрузках, уставки выключателей нужно выбирать по номинальным токам электроприёмников.

Следует выделить ещё одно важное правило: в качестве устройств защиты должны использоваться предохранители и автоматические выключатели.

Принцип селективности для выбора выключателей

При проведении электрики в доме необходимо учитывать тот факт, что ток может причинить большой вред. Во избежание неприятных последствий устанавливают предохранители или автоматические выключатели. Принцип селективности позволяет надёжно использовать электрическую сеть благодаря правильному выбору автоматов.

Читать еще: Какой провод использовать для сборки щита

Для абсолютно любой схемы выявляется определённая система защиты, которая разделяют проводку на определённые участки, именуемые электрическими цепями. Поломка может возникнуть внутри приёмника, генератора или же проводов. Каждая неисправность требует особенного технического решения, благодаря которому можно быстро и эффективно найти и исправить повреждение.

Принцип селективности призван определять правила установки и совместимости защит. Он обеспечивает:

безопасность электрики и людей;
автоматическое выявление зоны поломки и её устранение;
снабжение электрическим током все участки, расположенные рядом с повреждённым;
поддержание качества электроэнергии.

Обобщая все вышесказанное, можно отметить, что избирательность защитных устройств, в том числе и автоматических выключателей, необходимо всегда учитывать при установке электрической проводки для безопасного и наиболее надёжного использования.

Главные функции

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью, зависит от их номинала и характеристик срабатывания, которые имеют обозначения В, С и D. Зачастую приборами, которые оберегают электросистему, служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО.

Таким образом, к основным функциям селективной защиты можно отнести:

обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
быстрое выявление и отключение той зоны электросистемы, где случилась поломка (при этом рабочие зоны не прекращают функционирование);
снижение негативных последствий для рабочих частей электромеханизмов;
снижение нагрузки на составные механизмы, предотвращение поломок в неисправной зоне;
гарантия непрерывного рабочего процесса и постоянного электроснабжения высокого уровня.
поддержка оптимальной работы той или иной установки.

Что такое селективность защиты?

Что это такое?

Основные функции

Итак, основными функциями селективной защиты являются:

обеспечение безопасности электроприборов и сотрудников;
мгновенное определение и отключение зоны питания, в которой произошла поломка, без других отключений, которые прекратят подачу электроэнергии в местах стабильной работы техники;
снижение влияния негативных последствий на остальные части электромеханизмов;
уменьшение нагрузки на составные установки и предотвращение поломок в неисправной зоне;
обеспечение максимально возможного непрерывного электроснабжения высокого качества;
обеспечение беспрерывности рабочего процесса;
обеспечение квалифицированной поддержки в том случае, если сама защита, отвечающая за размыкание, придет в неисправность;
поддержка оптимального функционирования установки;
обеспечение простоты в эксплуатации и экономической эффективности.

Виды селективной защиты

Селективность защитной аппаратуры разделяется на следующие виды:

Полная. Задействовано два аппарата с последовательным подключением, при воздействии сверхтоков срабатывает защита только одного, который находится ближе к зоне неисправности.
Частичная. Подобна полной, но защита действует только до определенного показателя сверхтока.
Временная. В цепь включается несколько автоматов с одинаковыми токовыми характеристиками, но разной выдержкой по времени. В результате от самого ближнего к неисправности, до самого отдаленного автоматического выключателя, аппараты друг друга страхуют (например, самый ближний сработает через 0,02 с, следующий через 0,5 с, ну и последний через 1 с, если остальные 2 не сработают).
Токовая. Если говорить грубо, то принцип действия токовой селективности защит аналогичен временной, но только выдержка происходит не по времени, а по величине тока. К примеру, автоматические выключатели устанавливаются на вводе 25А, далее 16А, а потом 10А. При этом время отключения у них может быть одинаковое.
Времятоковая. Кроме реакции механизмов защиты на ток, также определяется время этой реакции.
Зонная. При выявлении нарушения порога тока срабатывание установки позволяет точно определить неисправную зону и отключить подачу электричества только в ней.
Энергетическая. Все процессы по предотвращению поломки происходят в литом корпусе автоматического выключателя. Отключение происходит за такой малый срок, что отметка максимального значения тока не достигает своего результата.

Также селективность защиты может быть абсолютной и относительной. В первом случае отключается только поврежденный участок цепи. По такому принципу работают предохранители, установленные в электроприборах. Относительная селективность защищает не только «свой участок», но и соседний, если в нем не отработала абсолютная селективная защита.

Карта селективности

Обязательно необходимо упомянуть о карте селективности, которая будет вам необходима «как воздух» для максимальной токовой защиты. Сама карта представляет собой определенную схему, построенную в осях, где отображаются все совокупности времятоковых характеристик установленных аппаратов. Пример предоставлен ниже:

Мы уже говорили, что все защитные аппараты должны быть подключены по-очереди друг за другом. И на карте отображают характеристики именно этих приборов. Главными правилами при чертежах карт являются: установки защит должны исходить от одного напряжения; масштаб необходимо выбирать с расчетом того, что будет видны все граничные точки; необходимо указать не только защитные свойства, но и максимальные и минимальные показатели коротких замыканий в расчетных точках схемы.

Стоит отметить, что в сегодняшней практике крепко закрепилось отсутствие карт селективности в проектах, особенно при небольших напряжениях. И это нарушение всех норм проектирования, которое в итоге и является результатом отключения электричества у потребителей.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Теперь вы знаете, что такое селективность защиты электрической сети и для чего она нужна. Если есть вопросы, можете задавать их на нашем форуме для электриков.

Будет интересно прочитать:

Что такое селективность в электрике

Александр Саженков, департамент маркетинга ЗАО «Шнейдер Электрик»

При проектировании и эксплуатации современных систем электроснабжения низкого напряжения (НН) наиболее важной задачей является обеспечение селективности аппаратов защиты, т.е. координации их рабочих характеристик при любых типах повреждения [1–4].
При решении этой задачи можно выделить три характерных уровня системы электроснабжения (см. рис. 1), каждый из которых имеет различные особенности и предъявляет свои требования к аппаратам защиты [3, 4].

Рис. 1. Система электроснабжения низкого напряжения

Уровень А. Главный распределительный щит (ГРЩ)

ГРЩ является наиболее важной частью сети НН, которой свойственны:

высокие требования к бесперебойности электроснабжения, так как ложное срабатывание аппарата на этом уровне приводит к отключению большого числа потребителей;
относительно высокие значения токов короткого замыкания (КЗ) в силу близости к источнику питания;
большие номинальные токи, так как вся нагрузка нижерасположенной сети питается от секций ГРЩ.

На этом уровне в качестве вводных аппаратов наиболее часто применяются нетокоограничивающие воздушные автоматические выключатели (англ. Air Circuit Breakers – ACB). Эти аппараты согласно ГОСТ Р 50030.2 и МЭК 60947.2 относятся к категории применения «Б», для которой нормируется величина кратковременно допустимого сквозного тока КЗ (I_cw, кА действ. знач.). Это позволяет данным аппаратам срабатывать с заданной выдержкой времени, которая устанавливается на блоке контроля и управления. Задача производителя при этом заключается в том, чтобы автоматический выключатель категории «Б» имел значение I_cw, близкое или равное значению предельной отключающей способности (I_cu, кА действ. знач.), т.е. чтобы он обеспечивал временную селективность с нижестоящими аппаратами при токах КЗ вплоть до значения своей предельной отключающей способности.
При этом не менее важно, чтобы рабочая отключающая способность аппарата (I_cs, кА действ. знач.) была равна предельной (I_cu), т.е. I_cs = 100%I_cu. Это позволяет аппарату не менее трех раз отключать ток короткого замыкания, равный предельной отключающей способности автоматического выключателя.
Всем этим особенностям и требованиям в полной мере удовлетворяют аппараты серии Masterpact NT и NW торговой марки Merlin Gerin компании Schneider Electric, которые уже на протяжении многих лет заслуженно считаются аппаратами номер один в мире. Большинство их модификаций, в частности, N1 и H1, имеют характеристики I_cw = I_cs = I_cu, это позволяет им реализовать все самые жесткие требования на уровне ГРЩ.
В некоторых случаях необходимо, чтобы близкие короткие замыкания относительно вводных аппаратов (например, КЗ на сборных шинах ГРЩ) отключались ранее, чем установленная на вводном аппарате выдержка времени защиты от КЗ. В этом случае компания Schneider Electric предлагает использовать так называемую «логическую» селективность, которая реализуется посредством передачи информации по контрольному проводу. Этот провод соединяет аппараты, охваченные «логической селективностью». В аварийном режиме выключатель, расположенный выше повреждения, обнаруживает его и посылает сигнал блокировки на верхний уровень, т.е. вышестоящему выключателю. В этом случае вышестоящий аппарат будет работать с заданной на расцепителе выдержкой времени. В случае, если вышестоящий автоматический выключатель не получает сигнал блокировки, например при КЗ на шинах ГРЩ, он срабатывает мгновенно.
Таким образом, применяемые на ГРЩ вводные аппараты Masterpact категории «Б» обеспечивают временную селективность при токах КЗ вплоть до своей предельной отключающей способности, имеют функцию логической селективности и характеристику I_cs = I_cu.

Уровень Б. Промежуточные распределительные щиты (вторичное распределение)

Особенностями этого уровня системы электроснабжения НН по-прежнему являются повышенные требования к бесперебойности питания, высокие значения ожидаемых токов КЗ, необходимость снижения тепловых и электродинамических воздействий токов КЗ на электроустановку (особенно на кабельные линии). Поэтому на этом уровне наиболее часто применяются токоограничивающие автоматические выключатели в литом корпусе (англ. Moulded Сase Сircuit Breakers – MCCB), относящиеся, как правило, к категории «А».
В предложении компании Schneider Electric к аппаратам MCCB относится серия Compact NS, имеющая ряд принципиальных технических преимуществ по сравнению с аналогичными аппаратами других производителей (см. далее).

Уровень В. Конечное распределение

Основными требованиями этого уровня, как правило, являются обеспечение эффективного токоограничения и электробезопасность (т.к. аппараты этого уровня наиболее часто защищают непосредственно конечного потребителя). Поэтому на этом уровне применяются модульные токоограничивающие автоматические выключатели (англ. MCB), относящиеся к категории «А». В предложении компании Schneider Electric к аппаратам MCB относится серия Multi 9, представляющая собой широкий ряд изделий (автоматические выключатели, УЗО, дифференциальные автоматические выключатели, устройства управления освещением и многое другое) и имеющая ряд запатентованных технических решений аналогично сериям Masterpact и Compact NS.

Координация защит

Как уже отмечалось выше, между аппаратами категории «Б» на ГРЩ и нижестоящими аппаратами наиболее часто используется временная (реже логическая) селективность. Этот вид селективности обеспечивается за счет смещения или сдвига времятоковых характеристик последовательно расположенных автоматических выключателей по оси времени (см. рис. 2). Селективность данного вида может быть проверена путем наложения времятоковых характеристик аппаратов или при помощи таблиц селективности. Последние представляют собой наглядный и удобный в использовании инструмент. Рассмотрим примерс применением таблиц селективности.

Читать еще: Все о шаговом напряжении

Рис. 2. Временная селективность между последовательно расположенными автоматическими выключателями D1 и D2

Пример 1.

Необходимо проверить обеспечение селективности между аппаратами Masterpact NT H1 630A Micrologic 2.0 и Compact NS 400N STR23SE. Для этого выполняются две простые операции: 1) В таблицах селективности находится рассматриваемое сочетание вышестоящего и нижестоящего аппаратов; 2) На пересечении соответствующего столбца и строки в таблице указывается результат:

«T» означает полную селективность (т.е. селективность рассматриваемой пары аппаратов обеспечивается при токах КЗ вплоть до предельной отключающей способности нижестоящего аппарата I_cuD2);
Число означает, что селективность обеспечивается частично, т.е. только если ожидаемый ток КЗ меньше указанного в таблице значения (согласно ГОСТ 50030.2 указываемое в таблице значение означает предельный ток селективности – I_s);
пустая клетка означает отсутствие селективности.

На рис. 3 показано, что селективность между рассматриваемыми аппаратами является полной (T – англ. Total).

Наиболее сложным видом координации защитных аппаратов является случай, когда рассматриваемая пара автоматических выключателей относится к токоограничивающим. В таком случае анализ селективности путем наложения времятоковых характеристик не дает точной и полной картины, так как при относительно высоких значениях тока КЗ кривые имеют так называемую зону неопределенности. В этой зоне, т.е. при высоких значениях токов КЗ, токоограничивающие аппараты могут находиться уже в «дуговой» зоне, т.е. их контакты за счет специальной конструкции будут отталкиваться для введения в цепь КЗ дополнительного сопротивления дуги и ограничения таким образом протекаемого тока КЗ.
Поэтому координация токоограничивающих аппаратов согласно МЭК 60947.2 (ГОСТ 50030.2) может быть гарантирована только производителем, который обязан проводить испытания и подтверждать таким образом этот тип координации. Результатом этих испытаний и гарантией обеспечения селективности между токоограничивающими аппаратами являются уже упомянутые ранее таблицы селективности. Рассмотрим пример для проверки селективности между токоограничивающими аппаратами Compact NS.

Пример 2.

Необходимо проверить обеспечение селективности между аппаратами Compact NS 400N с расцепителем STR23SE и Compact NS 100N с расцепителем TM-100D. Аналогично примеру 1, на рис. 4. показана таблица селективности для рассматриваемой пары аппаратов.
Из данной таблицы следует, что селективность между двумя токоограничивающими аппаратами Compact NS 400 и NS 100 является полной (T). При этом важно отметить, что рассмотренные в примерах 1 и 2 таблицы селективности могут быть применимы только в том случае, если рассматриваемые аппараты выбраны при условиях:
I_{CU D1} I_{кз ожид.}, (1)
I_{CU D2} I_{кз ожид.}, (2)
т.е. если их предельная отключающая способность выше ожидаемого тока КЗ (см. рис. 5). Таким образом, вышеуказанные таблицы селективности применяются в том случае, если аппараты D1 и D2 выбраны при условиях (1) и (2), а предел селективности равен предельной отключающей способности нижестоящего аппарата (I_{CU D2}) в случае, если в таблице указана буква «Т».

Рис. 5. Условия применения таблиц селективности

Каскадное соединение / резервная защита

В то же время стандарт МЭК 60947.2 (ГОСТ 50030.2) допускает выбирать нижестоящий автоматический выключатель D2 с предельной отключающей способностью (ICU D2) ниже, чем ожидаемый ток КЗ, если он расположен за токоограничивающим аппаратом D1. В таком случае вышестоящий аппарат D1 ограничивает большие токи КЗ за счет введения сопротивления дуги (напряжения дуги) в цепь КЗ, т.е. снижает протекаемый ток и помогает нижестоящему аппарату D2 отключить повреждение. Таким образом, за счет дополнительного токоограничения вышестоящего аппарата D1 отключающая способность нижестоящего аппарата D2 увеличивается. Этот принцип каскадного соединения получил название согласно ГОСТ 50030.2 «Резервная защита» (фр. filiation, англ. back-up). Увеличенное значение отключающей способности нижестоящего аппарата D2 указывается производителем в таблицах каскадного соединения (см. рис. 6).

Рис. 6. Увеличенная отключающая способность нижестоящих аппаратов (Multi 9 серия C60) за счет каскадного соединения c вышестоящим аппаратом Compact NS 100N

Очевидно, что применение этого принципа позволяет значительно снизить стоимость аппаратов отходящих линий, так как их требуемая отключающая способность (ICU D2) оказывается меньшей. Принцип каскадного соединения автоматических выключателей (фр. filiation, англ. back-up) предлагается в настоящее время большинством ведущих электротехнических компаний. Но, к сожалению, ни одна из них не может гарантировать селективной работы аппаратов при использовании данного принципа. Это объясняется тем, что при применении традиционных токоограничивающих аппаратов в большинстве случаев отключение тока КЗ осуществляется вышестоящим аппаратом D1, который, как отмечалось выше, отбрасывает контакты и вводит дополнительное сопротивление дуги в цепь КЗ для «оказания помощи» нижестоящему аппарату (D2) отключить ток короткого замыкания.
Применение уникального принципа рото-активного размыкания силовых контактов в серии токоограничивающих аппаратов Compact NS позволяет решить данную проблему. Ниже приводится описание этого принципа (см. рис. 7):

Рис. 7. Принцип рото-активного размыкания аппаратов Compact NS

Каждый полюс выключателя имеет изолированную конструкцию в виде оболочки. Внутри нее при возникновении определенного значения тока КЗ подвижный контакт начинает поворачиваться за счет электромагнитных сил отталкивания между контактами. При этом создаются две последовательные дуги.

Пружинно-поршневой механизм использует давление, которое создается энергией дуги. Когда давление достигает определенного порога (примерно при 25 Iном), происходит быстрое, «рефлексное» отключение спустя примерно 3 мс после отталкивания контактов.
Если давление не достигает этого порога, то его оказывается недостаточно для «рефлексного» отключения, но сопротивление двух последовательных дуг при этом ограничивает ток короткого замыкания.
Таким образом, вышестоящий аппарат (D1) способен помочь нижестоящему аппарату (D2) отключить ток короткого замыкания, не отключаясь при этом.
Наглядно отобразить этот принцип можно также при помощи кривых энергии I2t последовательно расположенных аппаратов в цепи КЗ (см. рис. 8).
Из рисунка 8 видно, что в процессе токоограничения участвует не только нижестоящий аппарат D2, но и вышестоящий аппарат D1 (см. кривую «отталк. конт.»). Однако отключение аппарата D1 не происходит, так как кривая «несраб.» оказывается выше.

Рис. 8. Кривые энергии последовательно расположенных аппаратов в цепи КЗ

Таким образом, применение уникальных технологий в аппаратах Compact NS позволяет одновременно решить две задачи, которые на первый взгляд кажутся противоречивыми:

1) обеспечить очень эффективное токоограничение, позволяющее значительно улучшить условия термической и динамической стойкости кабельных линий, шин и т.д.;
2) надежно обеспечить селективность с нижестоящими аппаратами как при стандартном подходе, когда I_{CU D1} и I_{CU D2} больше I_{КЗ ОЖИД.} (см. пример 1 и пример 2), так и при использовании «каскадного соединения» (фр. filiation, англ. back-up), когда I_{CU D2}

Что такое селективность защит в электроустановках

При эксплуатации и проектировании электрической схемы всегда уделяется внимание вопросам ее безопасного использования. С этой целью все электрические приборы защищаются специальными устройствами, которые подбирают и располагают строго по определенной, иерархической зависимости.

Например, когда мобильный телефон стоит на зарядке, то ее протекание контролирует встроенная в аккумулятор защита. Она отключает зарядный ток по окончании набора емкости. Когда же внутри АКБ возникнет короткое замыкание, то установленный в зарядное устройство предохранитель перегорает и обесточивает схему.

Если это по каким-либо причинам не произойдет, то возникшую неисправность в розетке контролирует автоматический выключатель квартирного щитка, а его работу страхует главный автомат. Эту последовательность поочередного срабатывания защит можно рассматривать и дальше.

Ее закономерности определяются принципом селективности, который еще называют избирательностью , подчеркивая функцию выбора или определения места возникновения повреждения, которое необходимо отключить.

Методы избирательности электрических защит формируется во время создания проекта и поддерживается при эксплуатации таким образом, чтобы своевременно выявить место возникновения неисправности в электрооборудовании и отделить его от действующей схемы с наименьшими потерями для нее.

При этом зону обхвата защит по селективности подразделяют на:

Первый тип защиты полностью контролирует свой рабочий участок и устраняет повреждения только в нем. По этой закономерности работают встроенные в электроприборы предохранители.

Устройства, созданные по относительному принципу, выполняют больше функций. Они отключают неисправности внутри своей зоны и соседних, но когда в них не отработали защиты абсолютного типа.

Качественно настроенная защита определяет:

1. место и вид повреждения;

2. отличие ненормального, но допустимого режима от ситуации, способной нанести весьма серьезные повреждения оборудованию электроустановки внутри контролируемой зоны.

Устройства, настроенные только по первому действию, работают обычно в неответственных сетях до 1000 вольт. Для высоковольтных электроустановок стараются внедрить оба этих принципа. С этой целью в состав защиты вводят:

схемы взаимных блокировок;

точные измерительные органы;

системы обмена информацией;

специальные логические алгоритмы.

Между двумя последовательно подключенными силовыми выключателями выполняется зашита от сверхтоков, превышающих номинальные значения нагрузки по любой причине. При этом ближний к потребителю с повреждением выключатель должен размыканием своих контактов обесточивать неисправность, а дальний — продолжать подачу напряжения на своем участке.

В этом случае рассматривается два вида селективности:

Если ближняя к неисправности защита способна полностью ликвидировать повреждения на всем диапазоне уставок без задействования удаленного выключателя, то ее считают полной.

Частичная избирательность присуща ближним защитам, настроенным на срабатывание до какого-то предельного тока селективности Is. Если он превышен, то вступает в работу удаленный выключатель.

Зоны перегрузки и короткого замыкания в селективных защитах

Пределы токов, назначенные для срабатывания автоматических выключателей защит, разделяют на две группы:

1. режим перегрузок;

2. зону коротких замыканий.

Для упрощения разъяснения применим этот принцип к токовым характеристикам автоматических выключателей.

Они настраиваются на работу в зоне перегруза номинальных токов на величину до 8÷10 крат.

На этом участке работают в основном тепловые или термомагнитные расцепители защит. Токи коротких замыканий в эту зону попадают очень редко.

Область возникновения КЗ обычно сопровождается токами, превышающими в 8÷10 раз номинальные нагрузки автоматических выключателей и характеризуется серьезными повреждениями в электрической схеме.

Для их отключения применяются электромагнитные или электронные расцепители.

Методы создания селективности

Для области перегрузок по току создаются защиты, работающие по принципу времятоковой селективности.

Зона коротких замыканий формируется на основе:

4. зонной избирательности.

Временна́я селективность создается за счет выбора разных выдержек времени для срабатывания защиты. Этот способ может быть применен даже к устройствам с одной уставкой тока, но разным временем, как показано на рисунке.

Например, ближайшая к оборудованию защита №1 налаживается на работу при коротком замыкании со временем, близким к 0,02 с, а ее работу страхует более отдаленная №2 с настройкой на 0,5 с.

Самая дальняя защита со временем отключения в одну секунду резервирует работу предыдущих устройств при их возможном отказе.

Токовая селективность налаживается для срабатывания по превышению допустимых нагрузок. Довольно грубо этот принцип можно пояснить следующим примером.

Три защиты последовательно контролируют ток КЗ и настроены на отключение со временем 0,02 с, но с разными токовыми уставками в 10, 15 и 20 ампер. За счет этого оборудование будет отключаться вначале от защитного устройства №1, а №2 и №3 будут избирательно его страховать.

Реализация временно́й или токовой селективности в чистом виде требует использования чувствительных датчиков или реле тока и времени. При этом создается довольно сложная электрическая схема, которая на практике обычно объединяет оба рассмотренных принципа, а не применяется в чистом виде.

Времятоковая селективность защит

Для защиты электроустановок с напряжением до 1000 вольт применяют автоматические выключатели, которые обладают объединенной времятоковой характеристикой. Рассмотрим этот принцип на примере двух последовательно включенных автоматов, разнесенных по концам линии со стороны нагрузки и питания.

Читать еще: Ремонтируем светильники с люминесцентными лампами

Времятоковая избирательность определяет способ срабатывания выключателя, настроенного на более быстрое отключение при расположении около потребителя электроэнергии, а не на генераторном конце.

На левом графике показан случай наибольшего времени отключения верхней кривой защиты со стороны нагрузки, а на правом — наименьшего времени выключателя на конце подвода питания. Это позволяет более детально анализировать проявление селективности защит.

Выключатель «В», расположенный ближе к питаемому оборудованию, за счет применения времятоковой селективности работает раньше и быстрее, а выключатель «А» резервирует его в случае отказа.

Токовая селективность защит

При этом способе избирательность может формироваться за счет создания определенной конфигурации сети, например, включенной в схему кабельной или воздушной линии электропередач, обладающей электрическим сопротивлением. В этом случае значение тока короткого замыкания между генератором и потребителем зависит от места возникновения повреждения.

На кабельном конце со стороны питания оно будет иметь максимальное значение, например, 3 кА, а на противоположном — минимальное, допустим, 1кА.

При возникновении КЗ около выключателя А не должна работать защита конца В (I кз1кА), то он и должен снимать напряжение с оборудования. Для точной работы защит необходимо учесть величину реальных токов, проходящих через выключатели при аварийном режиме.

Следует понимать, что для обеспечения полной избирательности по этому методу необходимо иметь большое сопротивление между обоими выключателями, которое может образоваться за счет:

протяженной линии электропередачи;

вставкой обмотки трансформатора;

включением в разрыв кабеля уменьшенного сечения или другими способами.

Поэтому при таком способе селективность чаще всего бывает частичной.

Временна́я селективность защиты

Этот метод избирательности обычно дополняет предыдущий способ с учетом времен:

определения защитой места и начала развития неисправности;

срабатывания на отключение.

Формирование алгоритма работы защиты производится за счет постепенного приближения уставок по току и времени при перемещениях токов КЗ к источнику питания.

Избирательность по времени может создаваться автоматами одних номиналов по току, когда у них есть возможность регулировки задержки на срабатывание.

При этом способе защиты выключателя В отключают неисправность, а выключателя А — контролируют весь процесс и находятся в готовности к работе. Если за время, отведенное для срабатывания защит В короткое замыкание не устранилось, то повреждение ликвидируется работой защит стороны А.

Энергетическая селективность защит

Метод основан на использовании специальных новых видов автоматических выключателей, выполненных в литом корпусе и способных максимально быстро работать, когда токи коротких замыканий еще даже не успели достичь своих максимальных значений.

Подобные скоростные автоматы работают в течение нескольких миллисекунд, когда еще действуют апериодические составляющие переходных процессов. В таких условиях из-за высокой динамичности протекания нагрузок сложно согласовать реально действующие времятоковые характеристики защит.

Конечный пользователь практически не может отследить характеристики энергетической селективности. Их предоставляет производитель в виде графиков, программ расчета, таблиц.

При этом способе для расцепителей термомагнитного и электронного принципа, расположенных на стороне питания необходимо учесть специфические условия работы.

Зонная селективность защиты

Этот тип избирательности является разновидностью временно́й характеристики. Для его работы используются измерительные устройства тока на каждой стороне, между которыми постоянно происходит обмен информацией и сравнение векторов токов.

Зонная селективность может быть сформирована двумя способами:

1. в логическое устройство контроля защиты поступают одновременно сигналы с обоих концов контролируемого участка. Оно сравнивает значения поступивших токов и определяет выключатель, который должен быть отключен;

2. сведения о завышенных значениях векторов тока от обеих сторон поступают в виде блокировочного сигнала на логическую часть защиты более высокого уровня иерархии по стороне питания. Если на ней присутствует блокировочный сигнал снизу, то отключается нижерасположенный выключатель. Когда запрета на отключение снизу не поступило, то напряжение снимает вышерасположенная защита.

При этих способах отключение происходит намного быстрее, чем при временно́й избирательности. Это обеспечивает меньшие повреждения электрооборудования, снижение динамических и тепловых нагрузок внутри системы.

Однако, способ зонного разделения селективности требует создания дополнительных сложных технических систем измерения, логики и обмена информацией, что удорожает стоимость оборудования. По этим причинам такие методы, основанные на высокочастотной блокировке, применяются на высоковольтных линиях электропередач и подстанциях, передающих большие потоки мощности электроэнергии в непрерывном режиме.

Для этого используются быстродействующие воздушные, масляные или элегазовые выключатели, способные коммутировать огромные токовые нагрузки.

Понятие селективности в релейной защите

Селективностью, или избирательностью, называется действие защиты, обеспечивающее отключение только поврежденного элемента системы посредством его выключателей.

Существует два вида селективности:

Абсолютная селективность. Если по принципу своего действия защита срабатывает только при КЗ на защищаемом элементе, то ее относят к защитам, обладающим абсолютной селективностью.

Относительная селективность. Защиты, которые могут срабатывать как резервные при повреждении на смежном элементе, если это повреждение не отключается, называются относительно селективными. Иногда в целях упрощения допускают неселективное действие защиты.

Таким образом, требование селективности является основным условием для обеспечения надежного питания потребителей. Селективное действие защит при наличии резервного питания потребителей дает возможность исключить перерывы в их электроснабжении. При отсутствии резервирования даже при селективном действии защит возможна потеря питания. Т.к. повреждение на ВЛ носят в основном проходящий характер наиболее эффективности в этом случае будет применение АПВ. АПВ обеспечивает 70-90% успешных повторных включений.

Требование селективности не должно исключать возможность действия защит как резервных в случаях отказа защит или выключателей смежных элементов.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите

В общем случае к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляются следующие четыре основных технических требования:

Селективность

Быстродействие

В большинстве случаев к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляется требование быстродействия.Это определяется следующими основными соображениями:

Ускорение отключения повреждений повышает устойчивость параллельной работы генераторов в системе и дает возможность увеличить пропускную способность ВЛ электропередачи.

· Ускорение отключения повреждений уменьшает время работы потребителей при пониженном напряжении.

· Ускорение отключения повреждений уменьшает размер разрушения поврежденного элемента. Уменьшается время, затрачиваемое на проведение восстановительного ремонта и уменьшается затраты на него.4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ поврежденных ЛЭП.

Чувствительность

Релейная защита должна быть достаточно чувствительной к повреждениям и ненормальным режимам работы, которые могут возникнуть на защищаемых элементах электрической системы. Удовлетворение требований необходимой чувствительности в современных электрических сетях часто встречает ряд серьезных затруднений.

Надежность

Требование надежности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, на действие при которых она предназначена и не действовать в режимах, при которых ее работа не предусматривается.

Дата добавления: 2016-04-11 ; просмотров: 6379 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Карта селективности – основы построения

При выборе уставок защит с относительной селективностью вы должны убедиться, что эти защиты будут работать правильно при всех режимах работы. Для этого необходимо построить карту селективности защит.

Что такое селективность релейной защиты?

Селективность — одно из четырех основных требований к релейной защите. Это требование состоит в том, что при возникновении короткого замыкания, должен отключаться только поврежденный участок, а остальная часть схемы — продолжала работать.

На рисунке видно, что при КЗ ток протекает через две защиты, каждая из которых пускается. Однако, должна сработать только та защита, которая расположена ближе всего к месту короткого замыкания. Если такое условие соблюдается для любых режимов сети, то говорят, что данные защиты селективны.

Что такое времятоковая характеристика защиты?

Каждая токовая защита имеет свою характеристику, которая отражает насколько быстро защита срабатывает при определенном токе. Такая характеристика называется времятоковой.

Обычно максимальные токовые защиты содержат несколько ступеней, каждая из которых отвечает за свою задачу.

Защита от перегрузки устраняет токи перегрузки, которые возникают из-за механических неисправностей двигателей, присутствия на их валу нагрузки выше номинальной, а также снижения напряжения в сети. Эта защита чувствует самые малые аварийные токи, но работает с самыми большими выдержками времени.

Максимальная токовая защита (МТЗ) защищает присоединение от всех видов коротких замыканий. Для большинства присоединений 0,4-6(10) кВ МТЗ является основной защитой. Время выдержки МТЗ находится в пределах от 0 до нескольких секунд.

Токовая отсечка (ТО) защищает часть присоединения от больших токов коротких замыканий. Работает обычно без выдержки времени.

Совокупность ступеней формирует характеристику защиты присоединения. На рисунке выше защита имеет трехступенчатую характеристику.

Как построить карту селективности?

В сети последовательно установлены защитные аппараты и у каждого есть своя характеристика. Если взять любую защиту и относительно нее рассматривать схему, то защиты, находящиеся рядом с рассматриваемой, будут называться смежными.

Переводя требование селективности релейных защит на язык характеристик получаем:

Как убедиться, что защиты селективны между собой?

Нужно, по рассчитанным уставкам, построить на одном графике все характеристики смежных защит и проанализировать график на предмет пересечений защитных характеристик. Если пересечений нет и между кривыми всегда есть промежуток по оси времени равный 0,25-0,3 с (ступень селективности для современных защит), то значит защиты селективны между собой.

Данный график называется картой селективности

Стоит отметить, что токовые отсечки смежных защит на графике могут пересекаться потому, что они их селективность обеспечивается особым выбором тока срабатывания (токовая селективность).

Характеристики защит от перегрузки и МТЗ смежных защит не должны пересекаться так как их селективность обеспечивается различными выдержками времени срабатывания (временная селективность)

Анализ карты селективности проводится визуально, либо, если построение проведено в программе, автоматически.

Когда нужна карта селективности?

Обычно карта селективности строится для максимальных токовых защит, а именно для защиты от перегрузки, МТЗ и токовой отсечки (ТО).

Несмотря на то, что дистанционные защиты также являются защитами с относительной селективностью, для них карту селективности обычно не строят. Это связано с тем, что селективность этих защит достаточно просто проанализировать по расчету.

Максимальные токовые защиты используются, в основном, для присоединений классом напряжения до 110 кВ включительно.

Таким образом получаем, что карта селективности должна быть построена для защит сетей 0,4-110 кВ, а именно:

Все защиты сети 0,4 кВ (селективность автоматических выключателей и плавких вставок)
Все защиты сетей 6-10 кВ (кроме дифференциальных защит генераторов и двигателей)
Большая часть сетей 35 кВ (там, где нет дистанционных защит)
Резервные защиты понижающих трансформаторов с высшим напряжением 110 кВ (последний элемент карты селективности)

Сегодня во многих проектах, особенно на напряжении 0,4 кВ, карта селективности отсутствует. Это нарушение норм проектирования, приводящее к неселективным отключениям потребителей.

Всегда стройте карту селективности защит, чтобы избежать подобных случаев!

Основные правила построения карты селективности

Все уставки защит должны быть приведены к одному напряжению

Правильно выбирайте масштаб построения, чтобы были видны все граничные точки. Для выполнения этого условия часто используют логарифмический масштаб.

На карте селективности отображаются не только защитные характеристики, но и граничные (минимальный и максимальный) токи коротких замыканий в расчетных точках схемы.

В следующий раз мы построим карту селективности для защиты силового трансформатора 10/0,4 кВ и его смежных защит, при помощи программы «Гридис-КС»

голоса

Рейтинг статьи