Селективность: Краткие заметки и идеи на CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Макеты модульки ABB

Делаю мелкую заметку, потому что давно пора ей появиться: задрался я одно и тоже в комментариях рассказывать. И сразу предупреждаю: я сам учусь (и рад делать это всю жизнь, познавая мир), поэтому я пока не разобрался глубоко в том, как это всё работает. Но я достаточно понял, чтобы объяснить себе и всем на пальцах, почему в некоторых случаях автоматы будут срабатывать одновременно при коротком замыкании, а не друг за другом. Наука, область расчётов и само свойство того, чтобы при нештатных ситуациях отрубился только нижестоящий автомат в щите, называется селективность. Можно говорить «селективность соблюдается», а можно «рассчитать селективность», а можно «селективный автомат».

То, что я хочу пояснить, на самом деле просто и тупо. Но почему-то много народа на этом моменте спотыкается. Нас интересует, почему в варианте щита «вводной автомат на 50А и автомат в щите на 16А» не всегда будет вырубаться только мелкий автомат на 16А (например при замыкании в розетке), а часто ещё и весь вводной автомат. Вокруг этого тоже ходится всякая мистика, как вокруг УЗО. На форумах тоже дерутся на тему «А у меня вот стоит 50А на вводе и всё хорошо работает» или «А у меня стоит 32А на вводе и тоже сначала первым 16А выбивает, это потому что у меня ИЭК» или «А у меня и 50А выбивает и 10А выбивает одновременно и я затрахался производителей подбирать, чтобы не выбивало; поставил в квартирном щите ещё один автомат на 40А на ввод — так теперь все три выбивает». А ещё из-за этого народ начинает мыслить в немного не ту сторону. Например хочет поставить на ввод автомат категории отключения D (тут можно вспомнить про эти буквы), шоб не выбивало. И не понимает, что такой автомат вообще не сможет вырубить вводной кабель щита, если что-то случится.

А на самом деле всё крутится вокруг одной простой штуки: ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ. Вот именно из-за него у нас то соблюдается селективность, а то нет, и то все автоматы в цепочке срабатывают, а то только групповой. А то и групповой может не сработать, если он неверно выбран. Попробуем разобраться? Для тех, кто интересуется ещё плотнее, я нашёл АББшный справочник по селективности. Вот он: 

ABB_SelectivityGuide.pdf (3.5 Мб).

Вспоминаем простую физику из средней школы. Если кто помнит, там были всякие скучные задачки вида «В цепи с питанием 12 вольт находятся три сопротивления номиналами по 10, 3 и 8 ом. Рассчитайте ток в цепи и напряжение на каждом из сопротивлений». Все эти задачки были скучны, потому что они абстрактны. Вообще, абстрактное обучение — это жопа. Считается, что оно должно развивать широту и ассоциативность мышления, но на деле оно их убивает: нахрен запоминать что-то, если не понимаешь зачем запоминать? А вот когда тебе поясняют на примере, а потом говорят «действуй по тому же принципу», то обучение идёт в сто раз легче и интересней.

Так вот давайте попробуем сообразить, чего у нас будет в цепи, если случится короткое замыкание. Сначала надо понять, а вообще что для нас эта «цепь» и какая она. И вот тут-то и лежит самое интересное, про которое все и забывают. То что цепь питания нашей розетки начинается от силовой подстанции (ТП — трансформаторная подстанция или некоторый вид дур)! Вот как это всё может выглядеть:

Схема питания розетки от подстанции

Если это всё сообразить, то сразу же уже отметается куча идиотов, которые, например, заставляют ставить два автомата в вводном щитке дачного дома: один до счётчика, а другой — после. И поясняют это как «ну так при замыкании ток до счётчика не дойдёт, его этот автомат, который после счётчика стоит, и отключит и дальше не пустит». Это всё — полный бред и маразм. Вот как пойдёт ток: от подстанции, по кабелю, который питает дом, через щитовую дома, через этажный стояк, через этажный щиток, вводной автомат там, через кабель до квартирного щита, через его провода, через автомат в нём, через кабель розетки — и до самой розетки и до места замыкания.

Путь тока короткого замыкания (от подстанции)

Вот мы и получили нашу задачку из физики. Ведь кабели имеют внутреннее сопротивление, а подстанция способна выдать очень большой ток (представляете — мощный трансформатор в ней, который питает несколько домов, замкнуть накоротко). И вот этот вот ток течёт по всем кабелям и проводам, и ограничивается только внутренним сопротивлением этих кабелей.

Что нам там физика говорит про последовательное соединение? Она говорит, что общее сопротивление цепи будет равно сумме отдельных сопротивлений, а ток… а вот ток будет ОДИНАКОВЫЙ на всех участках этой цепи! То есть, получаем вот чего: ток, который потечёт от подстанции до розетки (через все щиты и автоматы в них) будет зависеть от:

• Мощности подстанции: чем она больше, тем меньше сопротивление самих обмоток трансформатора и больше ТКЗ.
• Сечения питающих кабелей: чем больше сечение кабеля (а оно зависит от того тока, который мы будем по нему гонять), тем меньше его сопротивление и опять же больше ТКЗ.
• Длины кабелей. Чем она больше — тем больше сопротивление кабелей и меньше ТКЗ.

Есть определённые методы, как всё это подсчитать. И в некоторых случаях (для всяких офисов и промышленных фигней) этот ТКЗ ОБЯЗАТЕЛЬНО надо считать. Этот момент я не изучал и хочу как-нибудь взять урок у камрада Alexiy. В любом случае для этого расчёта надо или докопаться до главного инженера здания, который должен поднять проект этого здания и вытащить оттуда данные. А если ему лень, не может или этого нет — то надо поднимать все данные на кабели, на модель трансформатора в подстанции — и считать всё самому.

Величина ТКЗ и отключающая способность.

Сначала потрепемся про этот момент. Вот все знают, что на автомате в квадратике есть некоторые цифры. Обычно это «6000» или «4500» для бюджетных серий. Это число тока замыкания в амперах (тот самый наш ТКЗ), который автомат сможет нормально и штатно отключить много-много раз. Представляете, как интересно и круто: маленький автомат в 17,5 мм шириной может погасить адскую плазму с током до 6000 ампер!

Причём оказывается, есть номинальная отключающая способность и предельная. Ток номинальной отключающей способности автомат должен отключить три раза за минуту и при этом должен и дальше работать как обычно. А в предельной — три раза за минуту выключить и дальше работать не обязан. Это знание меня навело на интересную мысль: в некоторых форумах про ИЭКовские и аналогичные китайские автоматы писали то, что они три раза замыкание отключают и потом ломаются. Так вот не мухлюет ли кто-то там с этими параметрами и не выдаёт ли предельную способность за номинальную?

Возвращаемся к ТКЗ. Так вот в некоторых случаях может быть вот какое западло. Например, снимаем мы помещение на каком-нибудь старом заводе. Подстанция там мощная, потому что рассчитана на кучу адских станков. Положим, нам выделили автомат на 50А. НО линия у нас длинная (например, метров 100 от щитовой цеха), и вместо кабеля сечением в 10..16 квадратов мы должны заложить кабель сечением на 35 квадратов, чтобы из-за длинной линии у нас не было потерь напряжения (эти сечения взяты от балды для примера).

И из-за этого может получиться так, что благодаря большому сечению кабеля мы получим большой ТКЗ. И иногда может ДАЖЕ не хватить обычной модульки: она просто не пройдёт по отключающей способности. То есть, обычный автомат на 50А просто ВЗОРВЁТСЯ при замыкании, а не отключит ввод. В этом случае нам понадобятся автоматы с большей отключающей способностью. Например, есть автоматы серии S200P, у которых она 10 кА (или дифавтоматы серии DS202C тоже на 10 кА) или серии S800 (10..25 кА). А в некоторых случаях вообще понадобится ставить автомат в литом корпусе (20..100 или выше кА), например TMax и TMax XT.

Тут тоже есть хитрая задумка производителей: например кабель из нашего примера на 35 квадратов вы просто не сможете запихать в обычную модульку на 6 кА. И вот не надо жилы кабеля для этого спиливать! Лучше задумайтесь, почему оно туда не лезет: может быть это сделано не просто так? Поэтому, когда мы собирали щит в СИТИ, то хоть нам и нужен был вводной автомат на 40А, но кабель у нас приходил туда на 70 квадратов. И вот поэтому для перестраховки (потому что данные про ТКЗ так и не удалось не из кого вынуть) был поставлен автомат с большой отключающей способностью. Во как!

Почему не всегда соблюдается селективность при замыкании?

Ну а теперь возвращаемся к нашей цепочке автоматов. Пущай у нас будет вводной автомат на 63А (поставим ПОБОЛЬШЕ, хехе, ШОП НЕ ВЫБИВАЛО) и автомат на розетку на 16А. Применим наши знания о том, что ТКЗ зависит от всех-всех цепей, начиная от подстанции и то что в момент замыкания ТКЗ будет ВЕЗДЕ одинаковый (цепь же последовательная!).

Ещё раз. За счёт того, что у нас последовательная цепь, ТКЗ в момент замыкания ВЕЗДЕ одинаковый: и в трансформаторе подстанции, и в проводах стояка, и в проводах к розетке.

Что получается? Я точно не знаю, какие ТКЗ бывают в каких домах, но знаю что в некоторых при КЗ рубится и автомат на 16А и ввод на 63А, а в некоторых — нет. Поэтому возьмём значение от балды так, чтобы пример сошёлся. Пусть ТКЗ будет равен в

600А. Это значит что 600А пошло через наш вводной автомат на 63А и через автомат на розетку на 16А.

Значения тока короткого замыкания и автоматы

Внимание, щас будет фокус! В последовательной цепи ток везде одинаковый. Это значит что в одну и ту же секунду 600А прошло через автомат на 16А. И он вообще прям гарантированно обязан отключить линию (даже если это будет D16, то при токах 160..320А он сработает). И в тот же самый момент времени те же 600А идут через вводной автомат на 63А. C63 сработает в диапазоне 315..630А, а наш ток в 600А в эти пределы попадает. И поэтому вводной автомат на 63А тоже совершенно честно ОБЯЗАН сработать.

Причём если воткнуть групповые автоматы категории B, то ничего может и не измениться: ток-то всё равно течёт одновременно через всю цепь из двух автоматов, и всё. Максимум на что мы можем рассчитывать — это на то, что Bшный автомат успеет сработать быстрее, разомкнуть цепь, и вводной автомат не успеет досработать. А может и успеет.

Вот так и работает эта фишка. Просто? Да до ужаса просто и логично. Но понять это тяжело было даже мне. Точнее, мне было тяжело объяснить другим. Повторю ещё раз: в некоторых случаях ТКЗ настолько большой, что его хватает на то, чтобы сработали оба автомата. Соберём выводы и разные варианты:

• Вводной автомат мы обязаны выбирать по выделенной мощности и по сечению вводного кабеля. Поставить его ПОБОЛЬШЕ мы не сможем: не выдержит вводной кабель.
• Заменить категорию вводного автомата (например воткнуть D) мы, может быть, и не сможем: есть риск что такой автомат при настоящем замыкании ввода просто не выключится — не хватит величины ТКЗ для этого.
• Если стояк гнилой, провода слабые и подстанция старая (или просто линия очень длинная), то в некотором случае ТКЗ может быть вообще очень низким (да хоть 100-150 А), и его просто не хватит, чтобы сработал автомат категории C. И тогда надо ставить автоматы категории B, чтобы они могли сработать. Или дали такую надежду =)

С тем, как всё это проектировать, учитывать и рассчитывать, я пока не разобрался, как уже писал. Существуют специальные программы, которые могут построить кривые срабатывания каждого конкретного автомата и наложить их друг на друга. Если эти кривые перекрываются друг с другом — то автоматы могут сработать одновременно. А если не пересекаются — то с селективностью всё будет хорошо. А ещё в каталогах модульки есть специальные таблицы, в которых показано при каком ТКЗ какие автоматы могут быть селективными друг с другом. Вот на примере ниже я взял автомат на C63А (красная кривая), на B16 (синяя кривая), C16 (розовая пунктирная кривая).

Программа ABB Curves для построения кривых

И вроде как по этим графикам видно, что при ТКЗ до ~500-600А (шкала там логарифмическая) селективность будет. А при ТКЗ в 1 кА — вообще ни фига не будет. Вот как-то так это можно прикинуть. Этому я ещё хочу поучиться.

Что делать?

А ничего! Есть два варианта: один сложный, а второй — дорогой, но брутальный. Сложный вариант — это поднять докуму и рассчитать ТКЗ на линии. И после этого посмотреть, чего такого можно воткнуть на ввод так, чтобы и выделенную мощность не превысить, и селективность получить. Или же просто купить на ввод автомат серии ABB S750DR. Они заморочились и специально разработали хитрую серию автоматов, которая имеет задержку срабатывания, чтобы дать время отрубиться обычной модульке. Автоматы эти имеют размеры в 1,5 раза больше обычных и им надо оставить побольше свободного места сверху и снизу рейки. Но зато если взять такой автомат на 16А и обычный автомат на 16А, то при глухом КЗ (два гвоздя в розетку) первым всё равно сработает обычный. А если коротнуть линию на самом S750DR — то он и сработает.

Основное западло, которое случается — это селективность на трёхфазном вводе с вводным автоматом на 25А — те самые 15 кВт трёхфазной мощности. ХРЕН вы его с обычной модулькой заселективите. Тут поможет ТОЛЬКО S750DR, и больше ничего. И вам надо решить, что лучше: бегать на улицу при КЗ, или поставить S750DR, но бояться что его могут с уличного щита спереть.

У меня сложилась вот какая методика:

• Однофазные щиты я собираю на УЗОшках и автоматах категории B всегда. На большом номинале вводного автомата это может дать попытку изобрести селективность по методу «B может быть успеет сработать раньше C», а на хилом стояке (ведь однофазный ввод бывает в старых домах с газом и гнилыми стояками) автомат категории C вообще может не сработать.
• Трёхфазные щиты я собираю почти всегда на дифавтоматах (в кризис я родил бюджетную схему, но дифы рулят), и использую их категории С, потому что на трёх фазах линия чаще всего новая, ТКЗ для C10..C16 хватит, а при таком номинале вводного автомата категория B всё равно ни фига не поможет. Да и дифы и двухполюсные автоматы категории C проще достать, чем дифы категории B.
• Я стараюсь плодить как можно меньше цепочек из автоматов. В том числе и поэтому я не дублирую вводной автомат в квартирном щите, а ставлю там только рубильник, оставляя такую цепочку: вводной автомат в щите на столбе или в этажном щите и сразу групповые автоматы отходящих линий. А всякие уроды-сбытовики с «поставим автомат до счётчика и после счётчика» всё портят!

И помните, что цепочка «На лестнице 63А, в квартире 50А» почти не поможет. Только если вам повезёт, и ТКЗ будет на границе срабатываний этих двух автоматов. Вот такие пироги!

Что такое селективность? Расчет селективности автоматических выключателей

Домашний уют 29 марта 2017

Под селективностью понимается отлаженный механизм работы приборов защиты электрических цепей. В результате действия предохранителей или автоматических выключателей предотвращается сгорание электропроводки и выход из строя подключенных к ней нагрузок при коротких замыканиях и превышениях номиналов на отдельных участках, когда остальная часть схемы продолжает работать.

Схема работы автоматов

Представление о том, что такое селективность, можно получить, если рассмотреть схему работы домашнего электрического щита.

При коротком замыкании на кухне или в другом помещении должен сработать только тот защитный аппарат, который относится к данной цепи. Автомат на вводе при этом не отключится и будет проводить электричество к остальным участкам. Если по каким-либо причинам выключатель для кухни не сработал, тогда неисправность проконтролирует автомат ввода, отключив питание во всех электрических цепях.

Классификация

Что такое селективность автоматов, можно представить в виде их подборок и схем подключения.

1. Полная. При последовательном подключении нескольких аппаратов на сверхтоки реагирует тот, который расположен ближе к аварийной зоне.
2. Частичная. Защита аналогична полной, но действует только до определенной величины сверхтока.
3. Временная. Когда у последовательно подключенных аппаратов с одинаковыми токовыми характеристиками устанавливается разная временная выдержка на срабатывание с ее последовательным увеличением от участка с неисправностью до источника питания. Временная селективность автоматов используется с целью подстраховки друг друга по скорости отключения. Например: первый срабатывает через 0,1 сек, второй — через 0,5 сек, третий — через 1 сек.
4. Токовая. Селективность аналогична временной, только параметром является максимально-токовая отсечка. Аппараты выбирают в сторону уменьшения уставки от источника питания до объектов загрузки (например, 25 А на вводе и далее, 16 А к розеткам и 10 А — к освещению).
5. Времятоковая. В автоматах предусмотрена реакция на ток, а также — время. Автоматы делятся на группы A, B, C, D. На них организовать временную селективность при КЗ (коротком замыкании) сложно, поскольку характеристики аппаратов налагаются друг на друга. Максимальный защитный эффект достигается в группе A, которая применяется преимущественно для электронных цепей. Наиболее распространены устройства типа С, но бездумно и где попало устанавливать их не рекомендуется. Группа D применяется для систем электропривода с большими пусковыми токами.
6. Зонная. За работой электросети следят измерительные устройства. При достижении порога уставки (заданного предельного значения) данные передаются в центр контроля, где выбирается автомат для отключения. Способ используется в промышленности, поскольку является сложным, дорогостоящим и требующим отдельных источников питания. Здесь применяются электронные расцепители: при обнаружении неисправности нижерасположенный автомат подает сигнал вышерасположенному и тот начинает отсчитывать интервал времени, составляющий около 50 мсек. Если расположенный ниже выключатель за это время не сработает, включается тот, который расположен выше по цепи.
7. Энергетическая. Автоматы имеют высокое быстродействие, за счет чего ток КЗ не успевает достичь максимума.

Виды селективности

Селективность защиты подразделяется на абсолютную или относительную, в зависимости от того, какие участки отключаются. Для первого случая надежней всего срабатывают предохранители на поврежденном участке цепи. Во втором отключаются выше расположенные автоматы, если защита ниже не отработала по разным причинам.

Таблицы селективности

Селективная защита работает в основном при превышении номинала I_n автоматического выключателя, т. е. при небольших перегрузках. При коротких замыканиях добиться ее значительно сложней. Для этого производители продают изделия с таблицами селективности, с помощью которых можно создавать связки с избирательностью срабатывания. Здесь можно выбирать группы аппаратов только одного изготовителя. Таблицы селективности представлены ниже, их можно найти также на сайтах предприятий.

Для проверки избирательности между вышестоящим и нижестоящим аппаратами находится пересечение строки и столбца, где «Т» — это полная селективность, а число — частичная (если ток КЗ меньше указанного в таблице значения).

Расчет селективности автоматов

Защитными устройствами в основном служат обычные выключатели, селективность которых необходимо обеспечивать путем правильного выбора и настроек. Их избирательное действие для защиты, установленной ближе к источнику питания, обеспечивается путем выполнения следующего условия.

• I_{с.о.послед} ≥ K_н.о.∙ I_{к.пред., где:
  — Iс.о.послед— ток, при котором срабатывает защита;
  — Iк.пред. — ток короткого замыкания в конце зоны действия защиты, расположенной на большем удалении от источника питания;
  — Kн.о. — коэффициент надежности, зависящий от разброса параметров.}

Что такое селективность при регулировании автоматов по времени, видно из соотношения ниже.

• t_{с.о.послед} ≥ t_к.пред.+ ∆t, где:
  — t_{с.о.послед} и t_{к.пред.— временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов, соответственно расположенных рядом и на удалении от источника питания;
  — ∆t — временная ступень селективности, выбираемая по каталогу.}

Графическое изображение селективности

Для надежной токовой защиты электропроводки необходима карта селективности. Она представляет собой схему времятоковых характеристик аппаратов, установленных поочередно в цепи. Масштаб выбирается так, чтобы по граничным точкам было видно защитные свойства аппаратов. На практике карты селективности в проектах преимущественно не используются, что является большим недостатком и приводит к отключениям электричества у пользователей.

Соотношение номиналов должно быть как минимум 2,5 для обеспечения селективности. Но даже у них есть общие зоны срабатывания, хотя и небольшие. Только при соотношении 3,2 не наблюдается их пересечение. Но в этом случае один из номиналов может получиться завышенным и придется установить после автомата проводку большего сечения.

В большинстве случаев селективность защиты не требуется. Она нужна только там, где могут возникнуть серьезные последствия.

Если в расчете получаются завышенные значения номиналов автоматов, на вводе устанавливают рубильники или выключатели нагрузки.

Можно также применять специальные селективные автоматы.

Селективные автоматы S750DR

Компания АВВ выпускает изделия марки S750DR, где селективность выключателей обеспечивается дополнительным токовым путем, который не разъединяется после срабатывания основного контакта при коротком замыкании.

При отключении нижерасположенного аварийного участка селективным биметаллическим контактом создается задержка по времени срабатывания. При этом основной контакт селективного выключателя возвращается на место под действием пружины. Если сверхток продолжает поступать, через 20-200 мсек отключается тепловая защита в основной и дополнительной цепях. При этом селективная биметаллическая пластина блокирует механизм расцепления, и пружина уже не сможет обратно замкнуть основной контакт.

Ограничение по току автомата обеспечивается за счет селективного резистора на 0,5 Ом и большого сопротивления электрической дуги внутри аппарата.

Заключение

Что такое селективность, легко понять при рассмотрении электрических цепей с последовательным подключением автоматов. Их нетрудно подобрать, чтобы обеспечить избирательность срабатывания по перегрузкам. Сложности появляются при больших токах короткого замыкания. Для этого применяется несколько методов, а также специальные автоматы компании АВВ, создающие задержку на срабатывание во времени.

Источник: fb.ru

Построение карты селективности | Проект «РЗА»

В прошлый раз мы поговорили об основах селективности защит.

Сегодня я приведу пример построения карты селективности для сети 0,4-10 кВ. Эта тема пересекается с нашим Курсом по защите трансформаторов 10/0,4 кВ и мы забежим немного вперед, построив характеристику защиты такого трансформатора.

Кстати, если вам интересна профессиональная программа для построения карты селективности с расширенным фукционалом и базами данных, то посмотрите эту статью. А мы пока обойдемся базовой версией этой программы

Для примера мы специально возьмем разнотипные защитные аппараты (старые электромеханические реле прямого действия, микропроцессорные терминал и автомат 0,4 кВ) для того, чтобы проверить все возможности программы Гридис-КС.

Такой набор защитных аппаратов является наиболее характерным для российских распределительных сетей, когда новые объекты подключаются к старым подстанциям. Поехали!

Построить карту селективности можно несколькими способами:

1. Вручную по точкам, используя стандартный графический редактор (Автокад, Визио, Компас)

Этот метод очень трудозатратен и неудобен, но позволяет отобразить всю необходимую информацию

2. При помощи MS Excel (или MathCad), задавая характеристику в виде таблицы данных (ток-время).

Нормальный способ, многие его используют, но возникают проблемы с построением некоторых элементов, например, вертикальных меток для обозначения токов короткого замыкания.

3. При помощи специализированных программ.

Именно его мы сегодня и используем, построив карту селективности при помощи программы Гридис-КС.

Схема сети представлена на Рис.1. Предположим мы рассчитали защиту трансформатора 10/0,4 кВ и хотим убедиться в ее селективности со смежными релейными защитами, т.е. защитой кабеля 10 кВ от РТП и вводного выключателя 0,4 кВ.

Рис. 1

Перед построением карты селективности вы должны определить уставки смежных защит. Некоторые защиты вы рассчитываете, остальные получаете в качестве исходных данных.

Список защитных устройств:

1. На отходящей от РП линии установлена защита на реле прямого действия РТВ-II.
2. Защита трансформатора 10/0,4 кВ осуществляется блоком микропроцессорной релейной защиты БМРЗ-152-КЛ.
3. На стороне 0,4 кВ установлен вводной выключатель Masterpact с цифровым блоком защиты Micrologic 5.0.

Значения уставок устройств приведен на Рис.1, в нижней части.

 

 

1. Приводим уставки к одному напряжения.

Мы рассчитывали защиту трансформатора 10/0,4 кВ, поэтому все уставки приводим к 10 кВ. Уставки РТВ-II и БМРЗ-152-КЛ, очевидно, уже приведены к 10 кВ.

Приведем выданные нам уставки автомата 0,4 кВ к расчетному напряжению. Для этого нужно использовать формулу:

Iс.р.10кв = Iс.р.0,4кв × Uном.нн/Uном.вн = Iс.р.0,4кв / 25

, где Iс.р.10  — уставка защиты, приведенная к стороне 10 кВ (искомая)

Iс.р. 0,4 — уставка защиты на стороне 0,4 кВ (исходные данные)

Обратите внимание, что уставки на автомат 0,4 кВ выданы в относительных величинах, именно так, как они задаются на лицевой панели Micrologic 5.0 (см. каталог). Приводим уставки:

In10кв = 2500/25 = 100А

Ir10кв = 0,8×100 = 80 А

Isd10кв = 2,5х80 = 200 А

Здесь мы приводим пример перевода уставок с напряжения 0,4 на напряжение 10 кВ, однако, при использовании программы Гридис-КС это необязательно!

Гридис-КС может привести уставки к расчетному напряжению «самостоятельно». Об это читайте дальше.

 

2. Наносим на график защитные характеристики, соответствующие полученным уставкам

2.1 Реле РТВ-II

Характеристики реле берем из справочных данных.

Рис.2

Уставка срабатывания реле – 375 А. Это начало нашей характеристики.

Характеристика защиты переходит на независимую часть при 160% от тока срабатывания, т.е. при 600 А. Независимая характеристика имеет выдержку времени 1,5 с. Построим получившуюся зависимость.

В базе Гридис-КС характеристики реле РТВ-II пока отсутствуют, поэтому воспользуемся встроенным инструментом построения произвольной зависимости.

Координаты рассчитанных точек перенесем в txt-файл как показано на рисунке ниже и загрузим файл в программу.

Рис.3

Программа подставила координаты точек из файла и отобразила защитную характеристику реле РТВ-II с учетом выбранных уставок.

Стоит заметить, что полученная кривая – не просто рисунок. Гридис-КС проводит линейно-кусочную аппроксимацию характеристики, что позволяет в дальнейшем автоматически рассчитывать ступень селективности между несколькими характеристиками. Подробнее об этом следующей статье.

2.2 БМРЗ-152-КЛ

Защита на БМРЗ-152-КЛ имеет трехступенчатую характеристику (перегрузка, МТЗ, отсечка). Все ступени выбраны независимыми. Нанесем их на карту селективности при помощи вкладки “Стандартные кривые”

Рис.4

2.3 Micrologic 5.0 (выключатель 0,4 кВ)

В первой главе мы привели уставки автоматического выключателя с 0,4 на 10 кВ. Это было сделано для того, чтобы показать всю последовательность построения карты селективности.

В Гридис-КС можно вводить уставки на любом напряжении, указав его и расчетное напряжение для построения.

Введем исходные уставки (приведенные к 0,4 кВ) в программу, используя вкладку «Автоматы» и выбрав производителя автомата “Schneider Electric”, линейка – Masterpact, тип – Micrologic 5.0.

Номинал автомата (In) – 2500 А

Уставка расцепителя (Ir) – 0,8х2500 = 2000 А. К этой уставке стремится зависимая часть характеристики автомата 0,4 (защита от перегрузки)

Значение 0,5 с (Tr) при 6×Ir означает точку на графике, через которую проходит зависимая характеристика защиты.

Ступень МТЗ (Isd), независимая, уставка 2,5х2000 = 5000 А с временем срабатывания (Tsd) 0,4 c.

При вводе уставок указываем, что они приведены к 0,4 кВ. Программа сама приведет эти уставки к расчетному напряжению (10 кВ)

Результат показан на Рис.5

Рис.5

3. Указываем максимальные и минимальные токи КЗ в расчетных точках схемы

В нашем случае (расчет защит трансформатора 10/0,4 кВ) можно ограничиться построением максимального и минимального значения токов КЗ на шинах 0,4 кВ. Если бы мы выбирали уставки реле РТВ-II, то нужно было бы отобразить токи КЗ и на шинах 10 кВ.

Воспользуемся инструментом «Вертикальные подписи» во вкладке «Инструменты».

Далее воспользуемся вкладкой «Вывод результатов» — «В файл» и сохраним результат в формате .png. Это нужно чтобы результат можно было просмотреть стандартными программами. Также можно сразу вставить карту селективности в лист Word.

 

Рис.6

Карта селективности готова!

В следующей статье мы ее проанализируем и определим, будут ли наши защиты селективны по отношению друг к другу.

Анализ будем проводить также при помощи встроенных инструментов программы Гридис-КС.

Удачи!

P.S.

Как вы видите характеристика автомата 0,4 кВ пересекает времятоковую кривую защиты трансформатора (БМРЗ-152-КЛ).

Вопрос: Как вы думаете, эти защиты будут селективны друг другу? Ответ пишите в комментариях, а в следующий раз мы разберем этот случай)

 

теория и практика / Статьи и обзоры / Элек.ру

Проектируя новую электрическую сеть или реконструируя уже существующую, всегда необходимо придерживаться требований, которые создают условия надежной работы. В частности, речь идет о селективности — согласовании рабочих характеристик защитных аппаратов на всех этапах распределения электроэнергии. Это делается для того, чтобы в случае короткого замыкания или перегрузки сработал только тот защитный аппарат, в цепи которого возникла неисправность. При этом остальная часть электроустановки должна не отключаться, а оставаться в работе.

Например, если произошло короткое замыкание в розетке на кухне, то должен сработать групповой автоматический выключатель (на схеме аппарат с защитной характеристикой «В» и номинальным током в 10 А). Таким образом, должна отключиться только поврежденная линия «розетки кухни», а не вводной аппарат, отключая при этом всю квартиру.

Если отключения защитного аппарата по каким-либо причинам не произошло, то возникшую неисправность в розетке контролирует вышестоящий автоматический выключатель квартирного щитка.

Основные определения:

Селективность — согласование характеристик установленных последовательно аппаратов защиты таким образом, чтобы в случае аварии отключалась только та линия питания или часть схемы, где возникла неполадка.

Полная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя отключается раньше, чем аппарат со стороны источника питания. Отключение происходит во всем диапазоне возможного тока к.з. в данной сети влоть до значения максимальной отключающей способности нижестоящего аппарата.

Частичная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя осуществляет защиту до значения Is (предельного тока селективности). При этом аппарат со стороны источника питания не должен срабатывать.

Зона перегрузки — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает тепловой расцепитель.

Зона короткого замыкания — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает электромагнитный расцепитель.

Избирательность срабатывания устройств защиты достигается за счет согласования время-токовых характеристик. Например, для обеспечения селективной работы оборудования при перегрузках достаточно, чтобы номинальный ток защитного аппарата со стороны питания минимум на 1 ступень был выше номинального тока автоматического выключателя со стороны нагрузки.

Методы обеспечения селективности

В зоне перегрузки обычно реализуется время-токовый тип селективности. В зоне КЗ могут использоваться другие методы обеспечения селективности, о которых мы поговорим далее.

Временная селективность

Этот вид селективности обеспечивается благодаря разному времени срабатывания аппаратов защиты.

Время срабатывания ближайшего к защитному оборудованию аппарата защиты № 1 настраивается на значение 0,02 с. На следующем этапе защиты отключение неисправности в цепи обеспечивается настройкой времени срабатывания аппарата 0,5 с. На последнем этапе выбирается время срабатывания выключателя — 1 секунда. Защита № 3 будет резервировать 2 нижестоящие защиты № 1 и № 2.

Токовая селективность

У всех защит № 1, № 2 и № 3 выдержка по времени срабатывания минимальна: 0,02 с, однако значения срабатывания по току (уставки) отличаются: 200, 300 и 400 А соответственно. При возникновении в защищаемой сети короткого замыкания ток будет резко возрастать и вызывать срабатывание защит. Если защита № 1 не сработает, то ее будет резервировать следующая защита № 2.

Время-токовая селективность

Еще одним способом настройки защиты электроустановок до 1 кВ является согласование время-токовых характеристик применяемых автоматических выключателей.

Так, например, можно добиться избирательности срабатывания защиты, подобрав время-токовую характеристику выключателя В таким образом, чтобы она располагалась на определенном расстоянии ниже характеристики выключателя А. Эта зона определяется опытно-расчетным путем с учетом погрешностей срабатывания защит расцепителей. С учетом этой зоны строятся таблицы селективности.

Сегодня производители предоставляют своим клиентам уже готовые таблицы селективности, при помощи которых можно с уверенностью выбирать гарантированно селективные связки автоматических выключателей.

Выбирая аппараты защиты с учетом требований селективности защиты, вы повышаете не только надежность электроустановки, но и упрощаете работу по поиску поврежденного участка. Создать селективную защиту, применяя аппараты разных производителей, проблематично, поэтому следует устанавливать защитные аппараты одного производителя, дополнительно пользуясь специальными таблицами селективности.

Селективность между модульными автоматическими выключателями

Что общего у крупного центра обработки данных и небольшой серверной, у морской нефтяной платформы и энергодиспетчерского пункта на железной дороге, у городской поликлиники и банка? Все эти объекты относятся к потребителям I и особой категории электроснабжения и поэтому должны отвечать самым высоким требованиям к уровню электрической стабильности.
Достичь бесперебойной и качественной работы энергоустановок информационных систем, сервисов безопасности и контроля доступа и пр. можно только при условии реализации полной селективности на всех уровнях распределения. Данное утверждение в особенности касается модульных автоматических выключателей в низковольтных распределительных щитах.

Глоссарий специалиста

Селективность — согласование работы установленных последовательно защитных аппаратов, таким образом, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания (к.з.) отключалась только та часть установки, где возникла неисправность.

Полная селективность — обеспечивается в случае, когда при последовательном соединении двух автоматических выключателей оборудование со стороны нагрузки (потребителя) осуществляет защиту без срабатывания устройства со стороны питания.

Частичная селективность — отличается от полной тем, что оборудование со стороны нагрузки осуществляет защиту без срабатывания устройства со стороны питания лишь до определённого уровня сверхтока Is (предельный ток селективности).

Зона перегрузки — диапазон значений тока, в котором за срабатывание отвечает тепловой расцепитель (биметаллическая пластина). Представляет собой обратнозависимую характеристику.

Зона короткого замыкания — диапазон значений тока, в котором за срабатывание отвечает электромагнитный расцепитель. Обеспечивает практически мгновенное срабатывание.

Рис. 1. Зона перегрузки и зона короткого замыкания

Полная селективность между модульными автоматическими выключателями

Как правило, специалисты решают задачу согласования рабочих характеристик модульных автоматических выключателей со стороны питания и нагрузки, используя токовый метод. Он основан на выборе аппаратов защиты с разными уставками по току, причём более высокие значения должно иметь оборудование на стороне питания. Для подбора автоматических выключателей используются таблицы селективности и специальное программное обеспечение. Но даже такая тщательная проработка схемы позволяет добиться лишь частичной координации рабочих характеристик модульных автоматических выключателей. Полная селективность обеспечивается только в распределительных боксах, где расчётные токи к.з. небольшие, что на самом деле редкость. Как правило, даже в квартирных щитах достигается лишь частичная селективность. Рассмотрим такой пример – в электрическом шкафу установлены автоматические выключатели с характеристикой С. Номинальный ток вводного аппарата — 32А, устройства на отходящей линии – 16А. Нижняя граница зоны срабатывания вводного автомата  5In=5·32=160А. Она же является и верхней границей срабатывания для нижестоящего автомата. ¹Очевидно, что в данном случае полная селективность не обеспечивается.

Часто задача согласованной работы автоматических выключателей со стороны нагрузки и питания во всём диапазоне сверхтоков остаётся нерешённой, что приводит к авариям. «Не так давно в одном крупном банке из-за чайника, случайно включённого в розетку «чистых» сетей ¹, и отсутствия полной селективности в распределительных шкафах были обесточены все компьютеры на этаже, что привело к потере полугодового отчёта», — рассказывает Алексей Азаров, начальник отдела электрических сетей и систем компании «ЭкоПрог».

До недавнего времени полную селективность можно было реализовать, установив в качестве вводного устройства в распределительном щите вместо модульного автоматического выключателя аппарат в литом корпусе. Для указанного оборудования возможны такие способы координации рабочих характеристик, как временной, энергетический и зонный². Но данное решение не всегда целесообразно, так как оно приводит к таким последствиям, как:

• удорожание проекта;
• увеличение занимаемых распределительными шкафами площадей – аппараты в литом корпусе и воздушные автоматические выключатели по своим габаритам значительно превосходят модульное оборудование;
• сложности в установке и эксплуатации (аппараты в литом корпусе оснащаются электронными расцепителями, которые нуждаются в настройке).

«Заменить модульные автоматические выключатели на аппараты защиты другого типа для инженера означает пожертвовать компактностью и единообразием технических решений, а это не всегда возможно, — утверждает Павел Томашёв, инженер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации. — Специально для того, чтобы решить проблему обеспечения полной координации между модульными аппаратами защиты, наша компания разработала новый селективный автоматический выключатель серии S750DR. Данное устройство – новинка для нашей страны. Оно представляет решение для достижения согласованности рабочих характеристик, при котором невозможно одновременное отключение вышестоящего и нижестоящего аппаратов. В данном модульном автоматическом выключателе реализован дополнительный токовый путь, благодаря которому обеспечивается задержка срабатывания по времени. Линейка автоматических выключателей S750DR включает в себя аппараты от 0,5 до 63А».

Селективный модульный автоматический выключатель обеспечивает координацию рабочих характеристик аппаратов защиты независимо от напряжения сети. Такой аппарат защиты не требует дополнительного питания для замыкания/размыкания контактов и для выполнения защитной функции, поскольку устройство является электромеханическим.

Принцип действия селективного модульного автоматического выключателя

Рис. 2. Схема внутреннего устройства селективного автоматического выключателя

Рассмотрим схему внутреннего устройства селективного модульного автоматического выключателя, представленную на рис. 1. На иллюстрации видны два токовых пути. Один из них — основной, состоит из тех же элементов, что и в обычном автоматическом выключателе: электромагнитной катушки (мгновенный расцепитель), биметаллической пластины (расцепитель перегрузки) и блока основных контактов. Второй — токовый путь, реализованный в аппаратах S750DR, получил название дополнительного. Он состоит из изолирующих контактов, селективного биметалла и резистора.

Ознакомимся с принципом действия селективного модульного автоматического выключателя на практике. В системе, где в качестве вводного устройства используется селективный модульный автоматический выключатель, а в качестве нижестоящего аппарата – обычный автомат, короткое замыкание может произойти в линии нагрузки или между вводным и отходящим устройствами.

1. Короткое замыкание в линии нагрузки

В момент аварии сработают расцепители аппарата со стороны нагрузки и основного токового пути автоматического выключателя со стороны питания. Однако при этом ток продолжит протекать по дополнительному контуру вводного устройства. Так как аппарат со стороны нагрузки сработал (например, время срабатывания автомата S200 от АББ около 5-8 мс) и отключил повреждённый участок цепи, пружина снова замкнёт блок контактов в основном пути селективного автоматического выключателя. Таким образом, обеспечивается непрерывное протекание тока и бесперебойность питания нагрузок.

2. Короткое замыкание между вводным и отходящим аппаратами защиты

В момент аварии так же, как и в предыдущем варианте, размыкаются контакты селективного аппарата. Далее, поскольку авария не устранена, селективный биметалл с небольшой задержкой по времени размыкает контакты в дополнительном токовом пути и блокирует пружину. Разомкнутыми остаются и основной, и вторичный контур, что и обеспечивает защиту от к.з.

Токоограничивающая селективность

В селективных автоматических выключателях реализована токоограничивающая селективность. Она обеспечивается за счёт конструктивных особенностей аппарата: резистора сопротивлением 0,5 Ом и способности устройства быстро размыкать контакты в случае появления к.з. (примерно за 1 мс), что приводит к возникновению между ними дуги, которая также представляет собой сопротивление. При этом осуществляется резервная защита автоматического выключателя со стороны нагрузки, что позволяет минимизировать воздействие аварии на всю установку и сети питания.

Благодаря токоограничивающей селективности можно выбирать нижестоящий автоматический выключатель с предельной отключающей способностью ниже, чем ожидаемый ток короткого замыкания. «В случае аварии вышестоящий селективный аппарат ограничит сверхтоки введением сопротивления дуги в цепь к.з. Устройство снизит протекающий ток и поможет нижестоящему модульному устройству отключить повреждение, – поясняет Павел Томашёв (АББ). — Таким образом, за счёт дополнительного токоограничения вышестоящего аппарата серии S750DR отключающая способность нижестоящего автоматического выключателя увеличивается».

Рис. 3. Поддержка следующих за S 750 DR
автоматических выключателей при коротком замыкании

Как показано на рис. 3, независимо от номинального тока аппарата S 750 DR при коротком замыкании значительно снижаются ток к.з. и удельная пропускаемая энергия.

Инженеры-проектировщики систем электроснабжения уже успели оценить новую разработку. По словам специалистов, серия S750DR значительно упрощает процесс разработки технической документации, так как отпадает необходимость в использовании таблиц селективности и специальных программ подбора оборудования. Удобна новая разработка и с точки зрения эксплуатации – аппарат оснащён встроенной блокировочной панелью. Она позволяет фиксировать положение рычага управления, что исключает возможность доступа посторонних лиц к управлению устройством. Блокировка не влияет на защитные свойства аппарата: расцепитель сработает и предотвратит неполадки в сети, несмотря на фиксацию рычага во включённом положении.

Проектирование селективной установки — задача сложная и трудоёмкая. Подходить к её выполнению нужно ответственно: любая ошибка чревата авариями, которые могут повлечь за собой тяжёлые последствия для персонала и оборудования. Именно поэтому селективность должна обеспечиваться на разных уровнях. Современное оборудование позволяет добиться полной координации работы электрических аппаратов.

¹ «Чистыми» сетями называют сети электроснабжения компьютеров и другой офисной техники, чувствительной к скачкам напряжения.

² Подробнее о различных технологиях обеспечения селективности в сетях электроснабжения можно прочитать по ссылке.

Селективность автоматических выключателей | Полезные статьи

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал!

На стадии работ по проектированию новых электрических сетей или проведения реконструкции цепей, уже находящихся в работе, нужно соблюдать условия безопасной эксплуатации промышленного оборудования или бытовых электрических приборов. Задачи по сохранению работоспособности подключенного оборудования, да и электрических сетей в целом, решаются путем установки автоматических выключателей (АВ).

Подбор и монтаж устройств защиты необходимо осуществлять с соблюдением принципа избирательного отключения участков электрической сети, в которых возникла перегрузка или произошло короткое замыкание. Выборочное обесточивание участков сети происходит благодаря селективности защиты – согласованности характеристик последовательно установленных в цепи одного или нескольких автоматических выключателей. Селективная защита бывает:

  —  абсолютной;

  —  относительной.

При абсолютной селективности срабатывает только автоматический выключатель, подключенный к цепи в которой возникла аварийная ситуация. При селективной защите относительного типа происходит отключение выше расположенных по цепи автоматических выключателей, если по какой-либо причине не произошло обесточивание сети устройствами, установленными на аварийном участке цепи.

Селективность защиты обеспечивается:

  —  градацией устройств по номинальному току;

  —  благодаря установке автоматических выключателей с различными время токовыми характеристиками (ВТХ).

Селективность защиты по току достигается установкой автоматического выключателя с меньшим номинальным током со стороны нагрузки и большим со стороны подключения к силовой сети.

Селективность по время токовым характеристикам выполняется благодаря установке устройств с различной кратностью превышения фактического тока над номинальным. Например, со стороны питания ставится автомат с ВТХ класса «C», а со стороны нагрузки устройство с ВТХ класса «B».

Для того чтобы обеспечить максимальный уровень защиты бытовых приборов или технологического оборудования с помощью модульных автоматических выключателей (АВ), перед их приобретением и установкой необходимо выполнить расчет селективности автоматических выключателей по специальной формуле.

Чтобы оценить правильность подбора защитных устройств составляется карта селективности автоматических выключателей, представляющая собой сводный график время токовых характеристик установленных в цепи АВ. По горизонтальной оси указываются значения тока в кА, а по вертикальной оси время срабатывания в секундах.

После монтажа защитных устройств и подключения оборудования выполняется проверка селективности автоматических выключателей. Слаженность работы последовательно установленных устройств защиты проверяется попарно в общей зоне защиты по перегрузке и короткому замыканию. Селективность защиты считается достигнутой, если характеристики устройства со стороны подключенной нагрузки располагаются на карте селективности ниже и левее графика характеристик выключателя, смонтированного со стороны питания. Кроме того, графики характеристик устройств не должны пересекаться в зоне токов коротких замыканий.

Селективность автоматических выключателей у Вас дома!

Опубликовано: 2014-07-19 15:15:5019.07.2014

Здравствуйте, уважаемые читатели блога elektrobiz. ru! Сегодня поговорим о том, что такое селективность, для чего она нужна и как соблюсти это явление в электрической цепи в квартире, загородном доме, на даче.

 

Стоит начать с самого термина, чтобы максимально понять, что собой представляет данное свойство.

 

Что такое селективность:

Селективность — это специфическая особенность релейной защиты выявить повреждённый элемент проводки (замыкание, перегрузка) и отключить его близлежащими выключателями, не прекращая нормальную работу остальных зон электрической цепи. К примеру, при обычном коротком замыкании кондиционера, в первую очередь, отключается предохранитель питающий непосредственно кондиционер:

Основная и главная цель — безопасность. Кроме того упрощается поиск причины отключения, только представьте, что при замыкании в розетке у вас отключается весь подъезд. Попробуйте потом разобраться, что где как и почему
В каждый автоматический выключатель входит в 2 независимых друг от друга системы защиты:

• От короткого замыкания
• От перегрузки

 

При перегрузке:

Существует такое понятие как «номинальный ток автоматического выключателя».

Номинальный ток выбирается из разряда:   6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 А (ампер).

При составлении проекта электроснабжения, например, нужно рассчитать ток через каждый автомат.

Устанавливать автоматические выключатели необходимо так, чтобы номинальные токи нарастали по значению в сторону источника питания.

Тогда селективность будет соблюдаться автоматически. Такое свойство называют естественной селективностью автомата в диапазонах токов перегрузки.

 

При коротком замыкании:

Автоматические выключатели так же имеют вторую систему защиты, это «быстродействующая защита от короткого замыкания».

Производят автоматы номинальным условным током короткого замыкания: 3, 4.5, 6, 10 кА (килоампер) .  Так же существует такая характеристика как «время размыкания цепи».

Эти две величины независимы друг от друга, но лучше соблюдать селективность по двум параметрам единовременно. Оба параметра учитываются типом автоматического выключателя: А, В, С, D.

Буквы типа автомата необходимо устанавливать так же по порядку по направлению к источнику питания.

Чаще всего в быту применяются автоматы типа С и если в вашей электросети последовательно включено не более 2 (двух) автоматов, в достижении селективности не возникнет проблем. Если же у вас последовательно включено 3 (три) и более автоматических выключателя, лучше обратиться к специалисту, для принятия специальных мер.

 

Смотрите так же:

 

На этом мы подошли к концу пояснения понятия селективности автоматов. Все написанное касаемо диапазонов токов перегрузки, можно применять и к дифференциальным автоматическим выключателям, которые имеют еще два дополнительных вида защиты: по току утечки и току короткого замыкания. Об этом в другой раз.

Для закрепления знаний, предлагаю вам прокомментировать соблюдение селективности в квартире:

Подъездный щиток:

В квартире: