Какво е селективност на автоматични прекъсвачи + принципи за изчисляване на селективността

Избирателността или селективността на автоматичните прекъсвачи е ключов момент за осигуряване на надеждна работа на електрическата верига. Тази функция допринася за предотвратяване на аварийни ситуации, повишава безопасността на по-високо ниво.

В случай на претоварване на линията, късо съединение, се включва защита само на повредената линия, останалата част от електрическата инсталация остава в работно състояние. Защо това се случва, ще разгледаме подробно в тази статия, ще разгледаме основните задачи на селективната защита, схемите на свързване и техните особености.

Също така ще обърнем внимание на изчисляването на селективността и правилата за създаване на карта, като предоставим материал с илюстративни схеми, таблици и снимки. И ще допълним статията с подробни обяснения във видеоклипове.

Значение и основни задачи на селективната защита

Безопасна експлоатация и стабилна работа на електрическите инсталации — това са задачите, които са възложени на избирателната защита. Тя мигновено изчислява и отсича повредената зона, без да прекъсва захранването на изправните участъци. Селективността намалява натоварванията на инсталацията, намалява последиците от КС.

При отлажена работа на автоматичните прекъсвачи максимално се удовлетворяват изискванията по отношение на осигуряване на непрекъснато електрозахранване и като следствие, на технологичния процес.

Когато автоматичното оборудване, което извършва разтваряне, в резултат на КС се окаже неизправно, благодарение на селективността потребителите ще получат нормално захранване.

Правилото, което твърди, че големината на тока, преминаващ през всички разпределителни прекъсвачи, инсталирани след входния автомат, е по-малка от означения ток на последния, е основа на селективната защита.

В сумата тези номинали могат да бъдат и по-големи, но всеки отделен задължително трябва да бъде поне една стъпка по-нисък от входния. Така, ако на входа е инсталиран 50-амперов автомат, то следващият след него се инсталира прекъсвач с номинал по ток от 40 А.

Автоматичният прекъсвач се състои от следните елементи: лост (1), винтови клеми (2), подвижни и неподвижни контакти (3, 4), биметална плоча (5), регулировъчен винт (6), соленоид (7), дъгогасителна решетка (8), резета (9)

С помощта на лостчето се включва и изключва подаването на ток към клемите. Към клемите се подвеждат и фиксират контактите. Подвижният контакт с пружина служи за бързо разкъсване, а връзката на веригата с него е осъществена чрез неподвижния контакт.

Разцепването, в случай че токът превиши своята прагова стойност, става чрез нагряване и огъване на биметалната пластина, както и чрез соленоида.

Токовете на задействане се настройват с помощта на регулиращ винт. С цел предотвратяване на появата на електрическа дъга по време на разкъсване на контактите, в схемата е въведен такъв елемент като дъгогасителна решетка. За фиксиране на корпуса на автомата съществува ключалка.

Селективността, като особеност на релейната защита, е способността да открива неизправен възел на системата и да го откъсва от действащата част на ЕЕС.

Тук е показана схема на таблото, която нагледно представя как се разпределя натоварването в апартамента. Преди инсталирането на автоматичния прекъсвач трябва да се извърши изчисление на общата мощност на оборудването, което ще бъде свързано към него.

Селективността на автоматичните прекъсвачи е тяхното свойство да работят последователно. Ако този принцип е нарушен, ще се нагряват и автоматичните прекъсвачи, и електропроводката.

В резултат може да възникне късо съединение на линията, прегаряне на топящите се контакти, изолация. Всичко това ще доведе до повреда на електроуредите и пожар.

Да допуснем, че на дълга електропроводна линия е възникнала аварийна ситуация. Според главното правило на селективността първи задейства автоматичният прекъсвач, най-близък до мястото на повредата.

Ако в обикновен апартамент в контакт се получи късо съединение, в таблото трябва да задейства защитата на линията, част от която е този контакт. Ако това не се случи, настъпва редът на автоматичния прекъсвач за таблото, и едва след него – на входния прекъсвач.

Абсолютна и относителна селективност на защитата

Понятието за селективност е определено в ГОСТ IEC 60947-1-2014. Различават се два типа селективност – абсолютна и относителна. Ако работата на защитата е координирана по такъв начин, че тя задейства изключително в рамките на защитената зона, то това показва нейната абсолютна селективност.

При тези обстоятелства максималният ток на селективност става същият като максималната прекъсваща способност на разположения по-долу прекъсвач.

Задействането като резервно, когато не е настъпило изключване на проблемния участък, се нарича относително селективна защита. При това се извършва изключване на разположените по-горе прекъсвачи.

В случай на превишаване на зададената стойност на тока на автоматичния прекъсвач, т.е. при липса на големи претоварвания, селективната защита действа практически безотказно. Много по-трудно е да се постигне това при къси съединения.

Данните за произвежданите изделия на предприятието се поставят върху корпуса на уреда и на своите сайтове. Важно е да се чете правилно маркировката на автоматите – връзките на ключовете се формират само по таблици на един конкретен производител. Трябва да се има предвид, че групите, устроени по относителен принцип, притежават голям брой функции.

Таблиците за селективност, които производителите прилагат към своите изделия, улесняват задачата. Като ги прилагат, се създават групи със селективност на задействане.

Буквата «Т» в таблицата обозначава пълна селективност на двойката апарати, а числото — частична. Когато очакваната гранична величина на тока на КС е по-малка от числото, посочено в таблицата, селективността ще бъде осигурена.

За да се провери селективността между горестоящия и долустоящия автомат, се намира пресечната точка на вертикалата и хоризонталата. Осигуряването на селективност е много важна задача при захранване на потребители, отнасящи се към особена категория.

При нейното отсъствие може да настъпи спиране на производствения процес, повреда на линиите, изключване на системите за климатизация, димоотвеждане и други.

Видове селективни схеми на свързване

Освен абсолютна и относителна селективност съществуват още 7 вида селективна защита:

• зонална;
• време-токова;
• енергийна;
• времева;
• пълна;
• частична;
• токова.

За осигуряване на необходимата селективност на автоматичната защита на електрическата мрежа с автоматични прекъсвачи се използват различни методи. Но във всеки случай е важно правилно да се монтира прекъсвачът, следвайки избраната схема и правилата за монтаж.

Вид #1 — пълна и частична защита

Пълната защита означава, че ако е последователно свързана двойка автомати, появата на свръхтокове предизвиква изключване на този, който е разположен близо до зоната на неизправността.

Частичната защита действа по същия принцип като пълната, но само след като токът достигне установената прагова стойност.

Селективността на изключване, осигурявана от автоматите (А и В), се състои в това, че КС, където и да възникне в електроустановката, ще бъде прекъснато от най-близкия прекъсвач, намиращ се над тази точка. Останалите устройства няма да се изключат.

Ако селективността е осигурена до по-малката от стойностите на тока на двата АВ, има основание да се говори за пълна селективност между тях. В този случай пределната стойност на предполагаемия ток на КС на уредбата при каквито и да е обстоятелства ще бъде равна или по-малка от стойността на тока на двата АВ.

Вид #2 — токов тип селективност

При токовата селективност основният показател е пределната токова стойност. От обекта до входа стойностите се подреждат по нарастващ признак. Действието на тази селективност на защитите се основава на същата база като тази на времевата селективност.

Разликата е само в това, че закъснението се прави по стойността на тока — с приближаване на точката на КЗ до входа, показанията на тока на КЗ нарастват. Времевият показател за изключване може да бъде същият.

Повредената поради КЗ зона се определя посредством уставки за задействане при различни стойности на тока. Пълна селективност може да има само при условия, при които токът на КЗ е нисък, а в промеждутъка между двата автомати има оборудване, отличаващо се с немалко електрическо съпротивление. При такава ситуация токовете на КЗ ще се различават значително.

Този вид селективност се използва основно в крайните разпределителни табла. Тук се съчетават номинален ток с незначителна величина и ток на КЗ с голямо пълно съпротивление на свързващите кабели.

Този вариант на селективност е икономичен, прост и действащ моментално. Все пак често посочената селективност може да бъде частична, тъй като най-големият ток по правило е малък.

На снимката токова селективност с използване на автомати. При този вид селективност има изместване по оста на тока на токовите характеристики на разположените един след друг автомати.

Когато стойностите Isd1 и Isd2 са еднакви или изключително близки, то Is — максималният ток на селективност е равен на Isd2. Ако тези величини се различават значително, Is = Isd1.

Условието за осигуряване на селективност по ток е спазването на неравенствата: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. В този случай максимумът на селективност — Is = Isd1.

Към недостатъците се отнася и бързото нарастване на нивото на уставките за защита от токове с голямо ниво. Невъзможно е бързо да се изключи повредената верига, ако един от автоматите се окаже неизправен.

При изчисляване на уставките за защита по ток е необходимо да се вземат предвид действителните токове, преминаващи през прекъсвачите, работещи в автоматичен режим.

Вид #3 — времеви и времетоков вариант

Когато във веригата има ред автоматични прекъсвачи, притежаващи идентични токови характеристики, но различно време на закъснение, то при възникване на неизправност те се защитават взаимно. Този, който се намира в непосредствена близост до мястото на повредата, ще се задейства веднага, следващият — след известно време и т.н.

На тази 2-степенна схема прекъсвачът «А» притежава такова време на закъснение, което осигурява пълна селективност с характеристиките на автоматичния прекъсвач «В».

В случай на времетокова селективност защитните устройства реагират не само на тока, но и на продължителността на реакцията. При определена стойност на тока след известно време на закъснение задейства защитата, чието разстояние до мястото на КЗ е по-малко. Изправната част на инсталацията не се изключва.

На снимката е показан график на времева селективност с използване на АВ. Времетоковите характеристики на прекъсвачите В и А не се пресичат. Те са разположени стъпаловидно.

Комбинацията от токова и времева селективност увеличава ефективността на изключването. Когато Isc B < Irm A, селективността е пълна и задействането става мигновено. АВ, разположен по-горе, е снабден с две настройки: Im A и Ii A. Първата е избирателна токова отсечка, а втората – мигновено задействане.

Вид #4 — енергийна селективност на автоматите

При енергийната селективност изключванията стават вътре в корпуса на автомата. Продължителността на процеса е толкова малка, че токът на КЗ не успява да се приближи до своята пределна стойност.

Времетоковата система за защита се счита за сложна. Тук е задействана не само реакцията на тока, но и времето, през което това се случва.

С нарастването на тока при автомата намалява стойността на времето за задействане. Базата за този вид селективност е регулирането на защитата по такъв начин, че от страна на защитавания обект тя да задейства по-бързо при всички прагови стойности на тока, в сравнение с автомата на входа.

Вид #5 — зонна схема на защита

Зонният метод е сложен и скъп, затова се прилага предимно в промишлеността. Щом праговите показатели на тока достигнат максимума, в контролния център постъпват данни и избраният автомат задейства. Електрическата мрежа с такъв вид избирателност включва специални електронни разединители.

Когато се открие нарушение, от прекъсвача, разположен по-долу, постъпва сигнал към устройството, намиращо се по-горе. Първият автомат трябва да реагира в рамките на секунда. Ако той не реагира, задейства вторият.

Сравнявайки този вид селективност с времевата избирателност, може да се види, че времето за задействане в този случай е много по-ниско – понякога възлиза на стотици милисекунди. Намалява както процентът на интервенция в системата, така и процентът на нейното повреждане. Намаляват топлинните и динамичните влияния върху частите на инсталацията. Нараства броят на нивата на селективност.

Когато токовете, протичащи през защитните устройства, достигнат по-голяма стойност от тази на собствените им настройки, сигнал за блокиране се предава от всеки прекъсвач към защитата на по-високо ниво.

В случай на зонна селективност задейства защитата, намираща се от страната на източника на захранване, ако за изходна точка се вземе мястото на КЗ. До момента на задействане на автомата се осъществява контрол, така че защитното устройство от натоварената страна да не подаде аналогичен сигнал.

Но такава избирателност изисква присъствието на допълнителен източник на захранване. Затова рационалното приложение на този вид селективност е системи с високи параметри на тока на КЗ и ток със значителна величина. Такива са комутационно-разпределителните апарати, намиращи се от страна на натовареността на генераторите, трансформаторите.

Изчисляване на селективността на автоматите

Правилният избор на автомат и правилната настройка са основният принцип за спазване на селективността на автоматичните прекъсвачи. Избирателността за прекъсвача, намиращ се близо до източника, гарантира изпълнението на изискването: Iс.о.послед ≥ Kн.о.∙ I к.пред.

Тук Iс.о послед. е такава величина на тока, след която настъпва задействане на защитата. I к.пред. е токът на КЗ в крайната точка на зоната, върху която се разпростира действието на автомата, разположен далеч от енергоизточника. Kн.о. е коефициентът на надеждност. Неговата стойност зависи от разсейването на параметрите.

Номиналът на автомата за веригата се подбира не само чрез изчисление, но и по такава таблица, като се ориентира по разреза на кабелите в схемата.

Неравенството tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t демонстрира селективност в случай на регулиране на АВ по време. tс.о.послед и tк.пред. са интервалите от време на задействане на автоматите, намиращи се на голямо разстояние от източника на захранване и разположени наблизо. ∆t е параметър, който се взема от каталога и обозначава времевата степен на селективност.

Карта на селективността и правила за нейното създаване

Времетоковите характеристики на всички устройства, включени в схемата на електрическата мрежа, се изобразяват на картата на селективност. Целта на нейното съставяне е максимално осигуряване на защитата на автоматите. Основата на защитата на автоматите е принципът, по който автоматите се свързват един след друг строго последователно.

Съществува редица от правила, задължителни при създаването на картата на селективност:

1. Инсталациите трябва да имат един източник на напрежение.
2. Всички важни изчислителни точки трябва да се виждат добре. Като се вземе предвид това изискване, е необходимо да се избере мащабът.
3. На картата се посочват защитните свойства, минималните и максималните параметри на КЗ в точките на системата.

Често нормите за проектиране се нарушават и картите за селективност липсват в проектите. Това може да доведе до прекъсвания в електрозахранването на потребителите.

На картата се нанасят характеристиките на автоматите, свързани последователно един след друг. Самата схема се построява в осите

Картата дава пълна картина за съгласуването на настройките. Тя предоставя възможност да се сравни работата на автоматите по такава характеристика като селективност.

Времетоковите разновидности на осите са основа не само за изграждане на карти на селективност за токова защита под формата на автоматични прекъсвачи, но и за другите ѝ видове: предпазители, реле. Обикновено една карта съдържа характеристики на 2-3 АП. По абсцисната ос се отбелязва големината на тока в kV, а по ординатната ос — времето в секунди.

Изводи и полезно видео по темата

Неизправности при работа на автоматичните прекъсвачи и тяхното отстраняване:

Изчертаване на карта на селективност посредством специална програма:

Надеждното, безопасно използване на електрическата инсталация е невъзможно без отчитане на избирателността на автоматичните прекъсвачи. Познавайки основните моменти при създаване на селективна защита, може компетентно да се извърши подбор на оборудване за своя технически проект.

Вие професионално се занимавате с електромонтажни работи и искате да допълните изложения по-горе материал? Или забелязахте несъответствие или грешка в тази статия? Или може би искате да зададете въпрос на нашите експерти? Пишете, моля, своите коментари в блока по-долу.