Селективность автоматических выключателей

Основные определения

Определение селективности приведено в ГОСТ IEC 60947-1-2014 «Аппаратура распределения и управления низковольтная – Часть 1. Общие правила.»

«Селективность по сверхтокам (2.5.23) Координация рабочих характеристик двух или нескольких устройств для защиты от сверхтоков с таким расчетом, чтобы в случае возникновения сверхтоков в пределах указанного диапазона срабатывало только устройство, предназначенное для оперирования в данном диапазоне, а прочие не срабатывали”, при этом под сверхтоком понимается ток с более высоким значением, чем номинальный ток, вызванный любой причиной (перегрузка, короткое замыкание и т.д.). Таким образом, существует селективность между двумя последовательными автоматическими выключателями в отношении сверхтока, который протекает через оба выключателя, причем автоматический выключатель со стороны нагрузки размыкается, обеспечивая защиту цепи, а автоматический выключатель со стороны питания остается замкнутым, обеспечивая подачу питания остальной части установки. Определения полной и частичной селективности, с другой стороны, приведено в ГОСТ Р 50030.2-2010 «Аппаратура распределения и управления низковольтная – Часть 2. Автоматические выключатели.»

«Полная селективность (2.17.2) Селективность по сверхтокам, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки осуществляет защиту без срабатывания второго защитного аппарата.»

«Частичная селективность (2.17.3)Селективность по сверхтокам, когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков аппарат со стороны нагрузки осуществляет защиту до определенного уровня сверхтока без срабатывания второго защитного аппарата.”

Можно говорить о полной селективности, когда обеспечивается селективность для любого значения сверхтока, возможного в установке. О полной селективности между двумя автоматическими выключателями говорят, когда обеспечивается селективность до меньшего из значений Icu двух автоматических выключателей, так как максимальный ожидаемый ток короткого замыкания (КЗ) установки в любом случае будет ниже или равным наименьшему значению Icu двух автоматических выключателей.

О частичной селективности говорят, когда обеспечивается селективность только до определенного значения тока Is (предельный ток селективности). Если ток превышает это значение, то селективность между двумя автоматическими выключателями более не может быть обеспечена.

О частичной селективности между двумя автоматическими выключателями говорят, когда обеспечивается селективность до определенного значения Is, которое ниже значений Icu двух автоматических выключателей. Если максимальный ожидаемый ток КЗ установки ниже или равен току селективности Is, говорят о полной селективности.

Пример Рассматриваются следующие два автоматических выключателя: На стороне питания XT4N250 TMA100 (Icu=36 кА) На стороне нагрузки S200M C40 (Icu=15 кА)

Из “Таблиц координации аппаратов защиты и управления” видно, что обеспечивается полная селективность (Т) между двумя автоматическими выключателями. Это означает, что обеспечивается селективность до 15 кА, т.е. меньшего из двух значений Icu.

Очевидно, что максимальный ожидаемый ток К3 в месте установки автоматического выключателя S200M C40 будет меньше или равным 15кА.

Теперь рассматриваются следующие два автоматических выключателя: На стороне питания XT4N250 TMA80 (Icu=36 кА) На стороне нагрузки S200M C40 (Icu=15 кА)

Из «Таблиц координации аппаратов защиты и управления» видно, что селективность между двумя автоматическими выключателями составляет Is=6.5 кА.Это означает, что если максимальный ожидаемый ток КЗ на стороне нагрузки автоматического выключателя S200M C40 меньше 6.5 кА, то будет обеспечена полная селективность, а если ток КЗ имеет более высокое значение, то будет обеспечиваться частичная селективность, т.е. только для КЗ с током меньше 6.5 кА, тогда как для КЗ с током между 6,5 и 15 кА несрабатывание автоматического выключателя стороны питания не обеспечивается.

Принцип селективности

При проектировании схем на объектах с различным оборудованием в электрике обязательно учитываются вопросы, обеспечивающие безопасность эксплуатации электроустановок. Все устанавливаемые элементы защиты имеют определенные технические характеристики и не являются универсальными для различных аварийных ситуаций.

Селективность переводится на русский язык как избирательность, правильно выбранные технические характеристики элементов защиты для конкретного участка цепи обеспечивает надежную безаварийную эксплуатацию. Электрическую цепь на любом объекте разделяют на участки, где устанавливаются автоматические выключатели определенной категории, с соответствующими характеристиками.

Для наглядности работы селективных схем защиты рассмотрим цепи, где ток проходит от источника питания напрямую к потребителю (нагрузке). В этом случае неисправность, короткое замыкание, утечка тока через изоляционный слой и другие причины могут возникнуть в разных местах:

  • На отдельных элементах оборудования нагрузки;
  • В проводке электропитания на разных участках по всей длине;
  • В распределительных щитах, трансформаторных подстанциях;
  • На генераторе, вырабатывающем электрический ток.

Для каждого перечисленного места, где возникает неисправность, чтобы своевременно отключить электрооборудование и предотвратить выгорание отдельных элементов, надо установить автоматы защиты с соответствующими характеристиками. Для эффективности работы все элементы защиты должны быть согласованы между собой.

Карта селективности трехступенчатой времятоковой защиты

На диаграмме по вертикальной оси указано время в секундах, по горизонтальной оси – величина тока нагрузки. Зелеными точками отмечены значения характеристик, которым должны соответствовать защитные автоматические выключатели на каждой ступени.

Избирательность для электросети отдельного объекта можно разделить на два вида:

  • Абсолютная – когда отключается конкретный участок цепи с элементами оборудования, где возникает неисправность;
  • Относительная – при этом виде избирательной системы отключение может произойти на нескольких направлениях сети с различным оборудованием, независимо от того, на каком из участков возникла неисправность. Особенно это актуально в схемах с мощными электродвигателями, где большие пусковые токи.
READ  Преимущества шинопровода перед кабельной системой. техническое сравнение

Для исключения ложных срабатываний устанавливаются дополнительные опции:

  • Для каждого элемента нагрузки защита имеет задержку по времени на отключение;
  • Устанавливается величина тока срабатывания;
  • Величина напряжения;
  • Температура;
  • Частота, сопротивление и другие параметры, в зависимости от параметров сети и типа оборудования нагрузки.

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

Избирательность бывает:

  • 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.

Селективность — защита

Селективность защиты не нарушается при внешних коротких замыканиях независимо от состояния фиксации элементов за шинами.

Селективность защиты обеспечивает отключение минимального числа потребителей при повреждении какого-либо участка. Для обеспечения селективности защиты ближайшие к потребителю выключатели должны иметь наименьшую и по мере приближения к источнику питания — возрастающую выдержку времени при отключении. Разность значений времени отключения двух последовательно расположенных выключателей между источником питания и потребителем называется ступенью селективности.

Селективность защиты в электрических сетях — избирательность при автоматическом отключении участков сети. Например, при коротком замыкании в сети участок сети с коротким замыканием должен отключиться аппаратом, расположенным перед этим участком, а не аппаратом, расположенным ближе в источнику питания, так как последний может включать и другие участки сети.

Селективность защиты с отсечкой трансформатора, имеющей время 0 5 сек, обеспечивается.

Селективность защиты плавкими предохранителями в разомкнутых сетях, как было показано выше ( см. § 2.4), достигается или путем соответствующего выбора номинальных токов плавких вставок последовательно установленных предохранителей, или путем соответствующего выбора площадей поперечного сечения плавких вставок.

Селективность защиты питающих линий и подстанции обеспечивается всегда, так как предохранители перегорают практически мгновенно.

Выбор плавких вставок предохранителей для трехфазных трансформаторов.

Для селективности защиты трансформаторов предохранители выбираются по номинальной силе тока плавкой вставки, исходя из следующих соображений: а) предохранители на стороне низшего напряжения должны защищать трансформатор от перегрузок и от коротких замыканий в сети низкого напряжения. Главный предохранитель на стороне низшего напряжения выбирают по номинальному току трансформатора. При наличии на стороне низшего напряжения нескольких ответвлений для защиты от перегрузок устанавливаются на ответвлениях предохранители, выбираемые по току ответвления; глаиный предохранитель является в этом случае защитой от коротких замыканий на оборке и резервной защитой по отношению к предохранителям ответвлений; б) предохранители на стороне высшего напряжения предназначаются для защиты от повреждений внутри трансформатора и от коротких замыканий на стороне высшего напряжения. Эти предохранители выбирают на 2 — 3-здратный ток для трансформаторов мощностью до 180 ква и на 1 5 — 2-кратный ток для трансформаторов мощностью до 320 ква.

Схема включения максимального реле.| Схема включения максимального реле совместно с реле времени и сигнальным реле.

Обеспечение селективности защиты различных участков сети вызывает необходимость — определенной последовательности срабатывания реле, установленных в различных ее участках.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно величины номинальных токов плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Чтобы обеспечить селективность защиты, токи плавких вставок предохранителей или расцепителей автоматов, установленных в одной цепи, должны по возможности отличаться не менее чем на две ступени.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно номинальные токи плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Быстродействие и селективность защиты являются требованиями противоположного характера, и во многих случаях достижение одного из них идет в ущерб другому. В конкретных условиях при выборе рационального технического решения приходится находить компромиссное решение

READ  Реферат: статическое электричество, его воздействие на человека

При выборе типа защиты целесообразно учитывать степень важности защищаемого объекта. Более совершенная и дорогостоящая защита оправдывает себя при мощных преобразовательных установках, не допускающих даже кратковременного перерыва электропитания.
 . В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается

Для второй ступени защиты расчет параметров производится аналогично.

В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается. Для второй ступени защиты расчет параметров производится аналогично.

Как создается селективность?

В зоне перегрузки основным принципом формирования селективности является времятоковый. Такая защита применяется в основном для установок до тысячи вольт и реализуется при помощи автоматических выключателей. Причем особенность этого способа защиты является то, что в первую очередь срабатывает выключатель, ближайший к потребителю, а не к источнику питания.

В зоне коротких замыканий используются несколько принципов:

Токовая селективность

Защита срабатывает при превышении допустимого значения нагрузки. В этом случае, как правило, устанавливаются несколько последовательных защит с разным значением тока отключения. Время отключения при этом одинаково. Для того чтобы задействовать эту схему, вам потребуются достаточно чувствительные реле для измерения силы тока и датчики для замера времени. Как правило, этот вид защиты используется в комплексе с временной и в этом случае организуется достаточно сложная система защит.

Надо отметить, что для эффективного использования этой системы защиты потребуется определенная конфигурация сети, которая достигается включением части линий, для которых характерно электрическое сопротивление. Это связано с тем, что в таком случае будет отличаться значение силы тока, которое возникнет на разных участках сети при коротком замыкании. А это означает, что для использования этого метода защиты требуется обеспечить большую величину сопротивления между выключателями, что достигается за счет протяженности, линии, использования трансформатора или кабеля с меньшим сечением на участке сети.

Временная селективность

Использует различные периоды времени, заложенные на срабатывание защиты, даже если возникающий ток одинаков. При этом защита с наибольшим временным интервалом по сути выполняет функцию резервирования других выключателей, если они не сработают. Часто используется в комплексе с селективностью по току. Здесь также потребуется достаточно точное оборудование для замера временных интервалов.

Энергетическая селективность

В этом случае используются специализированные выключатели в литых корпусах, которые очень оперативно производят отключение, до того как ток короткого замыкания достигает максимального значения. Работают очень быстро, но при этом невозможно самостоятельно отследить характеристики времени и силы тока. Они предоставляются производителем в форме графика или таблицы.

Зонная избирательность

Можно отнести к подвиду временной селективности. В этом случае производятся замеры силы тока с разных сторон (в разных зонах), эти значения сравниваются между собой.

При этом есть две схемы работы зонной защиты.

  1. Данные из обеих зон поступают к логическому устройству, которое их сравнивает и определяет, какой выключатель отключить.
  2. Данные о превышении значений тока поступают к логическому устройству в виде сигналов о блокировке. Если есть сигнал из нижней части, то сперва система отключает нижний выключатель, если его нет, то выключается устройство, расположенное выше.
  3. Этот способ защиты достаточно эффективен, но при этом требует сложной реализации, так как помимо приборов для измерений требуется логическая схема. Поэтому такие способы защиты чаще всего применяются на высоковольтных ЛЭП.

← Предыдущая страница
Следующая страница →

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:

Времятоковые характеристики смежных защит не должны пересекаться и между ними всегда должен быть резерв по оси времени, который называется ступень селективности

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.

ШАГ 1. Определение топологии сети

Отключение постоянного тока связано с существенными трудностями при гашении дуги. Проблема обусловлена тем, что в системах постоянного тока отсутствует естественный переход кривой зависимости I(t) через ноль и необходимо принудительно снижать значение тока. Характер уменьшения указанной величины до нуля зависит от напряжения источника питания, параметров электроустановки и сопротивления, возникающего во время гашения дуги. Чем больше соединённых последовательно полюсов, тем выше сопротивление дуги, и больше максимальный коммутируемый ток короткого замыкания (КЗ). Для улучшения работы автоматических выключателей в условиях КЗ в зависимости от напряжения электроустановки и топологии сети необходимо использовать специальные комбинации соединения полюсов. Эта информация позволяет оценить возможные неисправности, после чего выбрать подходящий тип соединения полюсов выключателя с учётом характеристик электроустановки (ток КЗ, напряжение питания, номинальная величина нагрузки и т.д.).

READ  Широтно-импульсная модуляция (шим). аналоговая и цифровая

Рассмотрим три основные системы распределения на постоянном токе.

1. Сеть, изолированная от земли (IT)

Рис. 1. Система IT постоянного тока

Описание. Все токоведущие части источника питания изолированы, открытые проводящие части заземлены.

Топологии повреждения Самая Опасная для IT неисправность — короткое замыкание между положительным и отрицательным полюсами.

Соединение полюсов оборудования. Зависит от напряжения источника питания и требуемой отключающей способности.

NB!

Возможность двойного замыкания на землю (первое — замыкание одного из полюсов со стороны источника питания, второе — замыкание другого полюса со стороны нагрузки) не рассматривается. Однако следует использовать устройство контроля изоляции сети относительно земли.

2. Сеть с одной заземлённой полярностью

Рис. 2. Система ТТ (слева) и TN-C-S (справа) постоянного тока для сети с одной заземлённой полярностью

Описание. Один из полюсов сети соединён с землёй. Такой тип системы может привести к перенапряжениям вследствие статического электричества, стекающего через землю.

Топология повреждений. В данном случае основное повреждение — это короткое замыкание между двумя полярностями. Но необходимо брать в рассмотрение также замыкание между незаземлённой полярностью и землёй, поскольку ток может течь под полным напряжением.

Соединение полюсов оборудования. Зависит от напряжения источника питания и требуемой отключающей способности. Заземление должно быть осуществлено со стороны питания автоматического выключателя.

3. Сеть с заземлённой средней точкой источника питания

Рис. 4. Система ТТ (слева) и TN-C-S (справа) постоянного тока для сети с заземлённой средней точкой

Описание. Средняя точка источника питания соединена с землёй. Основной недостаток данного соединения в сравнении с другими типами заключается в том, что замыкание между любой из полярностей и землёй вызывает ток с приложенным напряжением, равным половине напряжения питания.

Топология повреждений Основное повреждение, как и в предыдущем случае — короткое замыкание между двумя полярностями НО необходимо брать в рассмотрение также замыкание между полярностью И землёй, поскольку ток может течь под напряжением, равным U / 2.

Соединение полюсов оборудования. Необходимо устанавливать автоматические выключатели таким образом, чтобы на каждую полярность приходилось по два полюса автоматического выключателя. При возникновении короткого замыкания между двумя полюсами сети напряжение цепи равно номинальному, и такой сверхток отключается четырьмя последовательно соединёнными полюсами автоматического выключателя.

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.

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.

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.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: