Vitasvet-led.ru

Витасвет Лед
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Селективность автоматических выключателей по току короткого замыкания

Селективность автоматических выключателей по току короткого замыкания

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 (Icw, 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 Icw, близкое или равное значению предельной отключающей способности (Icu, 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 (Ics, кА действ. знач.) была равна предельной (Icu), т.е. Ics = 100%Icu. 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 Icw = Ics = Icu, 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 Ics = Icu.

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.

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 IcuD2);
  • 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 – Is);
  • 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:
ICU D1 Iкз ожид., (1)
ICU D2 Iкз 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 (ICU 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).

Читать еще:  Автоматический выключатель ва63 11212

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 ICU D1 и ICU D2 больше IКЗ ОЖИД. (см. пример 1 и пример 2), так и при использовании «каскадного соединения» (фр. filiation, англ. back-up), когда ICU D2

Лекция 14. Селективность. Каскадирование защитных компонентов

— рассмотрение вопросов селективности между двумя защитными компонентами.

— ознакомление с расстановкой защитных элементов с точки зрения воздействия токов короткого замыкания.

Целью обеспечения селективности является то, чтобы неисправность или перегрузка была отключена всегда только тем защитным компонентом, который будет самым близким к точке неисправности или к точке, в которой имеет место перегрузка. Поэтому, если хотим сохранить селективность между двумя защитными компонентами, установленными друг за другом, то их характеристики не должны ни в какой точке пересекаться, и если вместо однозначно установленной характеристики при помощи одной линии указаны области характеристик, то даже эти области не должны пересекаться. Пересечение характеристик или наложение их областей не должно произойти ни для сверхтоков, соответствующих перегрузке, ни для токов короткого замыкания. На рисунке 1 показаны различные случаи обеспечения селективности, и это либо для всех сверхтоков (см. рисунок 1 а, б), либо только в определенной области сверхтоков (см. рисунок 1 c), где селективность автоматических выключателей полностью обеспечена для диапазона токов меньше I1; для диапазона токов между I1 и I2 нельзя гарантировать селективность между автоматическими выключателями; для токов больше I2 срабатывает плавкий предохранитель с характеристикой I3.

а — Защита с помощью двух плавких предохранителей; б — Защита с помощью двух автоматических выключателей; c — Защита с помощью двух автоматических выключателей и плавкого предохранителя.

Рисунок 1 — Виды обеспечения селективности

На рисунке 2 показан практический случай обеспечения селективности между автоматическими выключателями FA1 и FA8. Автоматический выключатель FA1 расположен ближе к компоненту или к цепи, защищаемой от сверхтока, автоматический выключатель FA8 находится на большем расстоянии от этого компонента или цепи. Значит, автоматический выключатель FA8 расположен вверх по течению по отношению к автоматическому выключателю FA1. Типичный пример такой расстановки состоит в том, что автоматический выключатель FA1 защищает, например, вывод 63 A, и автоматический выключатель FA8 защищает четыре эти вывода, одновременный расчетный ток которых предполагается 125 A. Конечно, желательно, если произойдет перегрузка только одного вывода 63 A, чтобы отключился только автоматический выключатель FA1. Этим обеспечено то, что питание остальных выводов в таком случае продолжается без перебоя. Дело в том, что автоматический выключатель FA1 при любом сверхтоке (пусть при перегрузке или при коротком замыкании) осуществит отключение раньше, чем сработал бы автоматический выключатель FA8 (см. рисунок 2)

Рисунок 2 — Характеристики отключения

Отнимем, например, время отключения для 200 A. Сначала произойдет отключение автоматического выключателя FA1 — в момент приблизительно 17 с, и только намного позже произошло бы отключение автоматического выключателя FA8 — только приблизительно через 200 с. Подобным способом можно проследить, чтобы автоматический выключатель FA8 отключился бы позже автоматического выключателя FA1 для любого сверхтока, который можно предполагать в данной цепи. Автоматический выключатель FA8 в таком случае действует в качестве резервного на случай отказа автоматического выключателя FA1, или в случае, когда сумма токов всех цепей, питаемых проводкой, защищаемой автоматическим выключателем FA8, попадет в область сверхтоков. Это может случиться, если превышена предполагаемая одновременность или при использовании указанных цепей, если все четыре цепи, защищаемые автоматическими выключателями FA1, вдруг потребляют свой полный расчетный ток.

Производить оценку селективности двух автоматических выключателей возможно на основании таблиц селективности, указанных в каталоге силовых автоматических выключателей. Эти таблицы были составлены на основании результатов испытаний короткого замыкания, и для стандартных случаев они

предлагают более точные, проверенные результаты. Могут наступить следующие основные ситуации (см. рисунок 3):

1. Полная селективность (T): выходной автоматический выключатель (2)

выключится и входной автоматический выключатель (1) остается включенным.

2. Частичная селективность: селективность между заданными автоматическими выключателями обеспечена, если ток короткого замыкания будет меньше указанного значения. В этом случае выходной автоматический выключатель (2) отключится и входной автоматический выключатель (1) остается включенным.

Рисунок 3 — Виды селективности

3. Нет селективности: всегда отключатся оба автоматических выключателя, выходной (2) и входной (1).

4. Нельзя произвести оценку: рассматриваемая пара не была найдена в таблице селективности; селективность нужно оценивать только путем сравнения характеристик отключения, как указано выше.

Каскадирование защитных компонентов

Под каскадированием защитных компонентов подразумевают их расстановку с точки зрения воздействия токов короткого замыкания. Приблизительно мы все в общих чертах понимаем принцип правильной расстановки защитных компонентов таким образом, чтобы ток короткого замыкания был прерван раньше, чем наступит повреждение некоторого из них. Защитный компонент должен прервать такой сверхток, который ставил бы под угрозу защищаемую проводку. Однако, прервет ли защитный компонент любой ток? Конечно, это было бы идеальным. В действительности это, однако, не так. Мы не занимались тем, что случится, когда сверхток слишком большой. В таком случае защитный компонент может не отключить сверхток и наступит его разрушение. Это, конечно, нежелательно. Чтобы такая ситуация не наступила, необходимо производить соответствующие контроли и проверки. С одной стороны проверяется, какой максимальный ток вообще способны выдержать защитные компоненты. С другой стороны проектировщик рассчитывает, каким большим может быть максимальный сверхток (т. е., как правило, ток короткого замыкания) в месте расположения защитного компонента. В первом случае речь идет о вопросе конструкции защитного компонента, во втором случае речь идет об исполнении и конфигурации цепей, в которых защитные компоненты установлены.

Читать еще:  Как очистить обои возле выключателя

Здесь, однако, еще следующая возможность. Хотя более удаленный защитный компонент не выдерживает предполагаемый ток короткого замыкания в месте короткого замыкания, однако защитный компонент, расположенный вверх по течению, ограничивает ток короткого замыкания. Ограничение состоит в том, что прерывание тока короткого замыкания произойдет раньше, чем первая полуволна ожидаемого тока короткого замыкания (т. е. тока, который проходил бы цепью, если бы в ней не находился защитный компонент) достигнет своего максимума. Это показано на рисунке 4, где указана форма волны ожидаемого тока короткого замыкания ik во времени и форма волны ограниченного тока io во времени.

Рисунок 4 — Изменение ограничения ожидаемого тока короткого замыкания ik

Максимальное значение этого ограниченного тока короткого замыкания Io зависит от размера ожидаемого тока короткого замыкания ik. Хотя ток короткого замыкания ограничен защитным компонентом в течение первой полуволны, то этот ограниченный ток тем больше, чем более быстрым является увеличение тока короткого замыкания, и поэтому и ограниченный ток короткого замыкания Io тем больше, чем больше предполагаемый ток короткого замыкания (продолжительность одной полуволны всегда равна 10 мс). Предполагаемый ток короткого замыкания, однако, не описывается изменением своего мгновенного значения, а своим эффективным значением, а именно в установившемся состоянии.

В графической зависимости максимального значения ограниченного тока Io от предполагаемого тока короткого замыкания Ik этот ток короткого замыкания обозначается, как правило, Ip (индекс pможем запомнить как обозначение тока повреждения).

Чтобы защитный компонент, установленный после компонента, ограничивающего ток короткого замыкания, подошел для данного ограниченного тока короткого замыкания, максимальное значение тока короткого замыкания, которое этот второй компонент выдержит, должно быть выше максимального значения ограниченного тока короткого замыкания Io.

Этим вторым защитным компонентом бывает, как правило, автоматический выключатель. У автоматических выключателей приводятся значения тока короткого замыкания, которые этот автоматический выключатель способен отключить. Это так называемые отключающие способности короткого замыкания автоматического выключателя (а именно предельная Icu или рабочая Ics). И именно эти значения необходимо сравнивать со значением ограниченного тока короткого замыкания Io.

Традиционными компонентами, которые ограничивают большие токи короткого замыкания, являются плавкие предохранители.

Селективность в домашнем щите: как достичь невозможного?

В предыдущей статье журнала (№ 6 за 2020 год) я подробно рассказал, что такое ток короткого замыкания и какое значение он имеет для всех, кто причастен к электротехнической науке. Что касается практической электротехники, в журнале № 2 за этот год я на примере своей квартиры и дачи измерил реальный ток короткого замыкания тремя способами. Сегодня — завершающая статья из этого цикла статей. Я расскажу, что такое селективность и как на нее влияет значение тока короткого замыкания. Рассмотрим, когда можно, а когда невозможно обеспечить селективность и чем это может грозить. Приготовьтесь — для полноты изложения пришлось детально разобрать некоторые теоретические вопросы.

В реальной жизни отсутствие селективности может привести к очень неприятным последствиям. Например, из-за замыкания в удлинителе, передавленном шкафом, может произойти отключение всей квартиры. Далее зависит от ситуации. Если никого дома нет, возможно размораживание холодильника с порчей продуктов. Могут быть последствия еще хуже — если дело происходит зимой в частном доме, из-за остановки насоса вполне вероятна заморозка воды в отопительной системе со всеми вытекающими последствиями.

Что такое селективность?

Применительно к автоматическим выключателям (АВ), включенным в последовательную цепь, селективностью называется способность отключения только аварийной линии, без отключения вышестоящего (вводного) выключателя.

Вместо термина «селективность» иногда используют понятие «избирательность».

Иными словами, в двухступенчатой схеме защиты, которая используется в подавляющем большинстве случаев, при возникновении сверхтока должен отключиться только нижестоящий выключатель, питающий проблемную линию, а вводной выключатель, через который питаются другие линии, которые «ни в чем не виноваты», должен продолжить исправно работать и пропускать через себя ток.

Привожу схему, поясняющую селективную работу последовательно включенных автоматических выключателей.

Схема для иллюстрации селективной работы автоматических выключателей

При возникновении сверхтока в линии, которая питается через автоматический выключатель АВ2, вводной АВ1 должен продолжать работать во включенном состоянии, питая остальные линии (АВ3).

Как обычно, гладко бывает только на бумаге, поскольку на практике такая селективность зависит от нескольких факторов:

  • от величины (диапазона значений) сверхтока, который возник в результате нештатной ситуации;
  • от соотношения номиналов вышестоящего и нижестоящего АВ;
  • от характеристик отключения (время-токовых характеристик) электромагнитных расцепителей АВ (В, С, D).

Кроме того, следует учитывать, что на практике мы имеем дело не с графиками и нормами ГОСТ, а с реальными устройствами, которые могут иметь разброс параметров в определенном диапазоне.

Что такое сверхток?

Сверхток, как известно, — это любой ток, который превышает номинальный. Максимальное его значение на практике можно считать равным току КЗ.

Обычно номинальным током цепи считают номинальный ток «нижнего» по схеме автоматического выключателя, который ограничивает ток в этой цепи. Разумеется, если расчет схемы проведен верно и автоматический выключатель является тем самым слабым звеном, которое разорвет цепь при сверхтоке.

Все значения сверхтока условно делят на две части — ток перегрузки и ток короткого замыкания. Это деление пошло из-за того, что за каждый из этих токов «отвечает» свой расцепитель внутри автоматического выключателя. Током перегрузки принято называть ток, от которого срабатывает тепловой расцепитель (биметаллическая пластина), который работает сравнительно инерционно. Током короткого замыкания называют такие величины сверхтока, при которых защиту цепи обеспечивает электромагнитный (ЭМ) расцепитель, работающий гораздо быстрее теплового.

Следует отличать три понятия — явление короткого замыкания, ток КЗ как измеренный параметр электросети в данной точке и ток КЗ как область работы автоматического выключателя, при котором срабатывает электромагнитный расцепитель. Ох уж эти вольности в терминологии!

Что такое время-токовые характеристики?

Надеясь на подготовленность читателя, буду краток и расскажу только о том, что касается темы статьи. Буквы В, С и D — это главная характеристика электромагнитного расцепителя. Буквой обозначается диапазон токов мгновенного расцепления. В начале этого диапазона ЭМ расцепитель не должен сработать, в пределах диапазона — может сработать, а при сверхтоке, равном верхнему краю диапазона (и больше), — должен сработать. Границы диапазонов можно проиллюстрировать на упрощенных графиках для трех АВ с одинаковым номинальным током 10 А, но с разными характеристиками отключения:

Графики для одного номинального тока и разных характеристик расцепления

График работы теплового расцепителя, показанный плавной жирной линией, одинаков для всех трех автоматических выключателей. А вот диапазоны токов мгновенного расцепления (закрашены синим) — разные.

При сверхтоке до 11,3 А три наших выключателя выключаться не должны никогда. При увеличении тока время выключения уменьшается вплоть до секунд, а при работе в так называемой зоне токов КЗ время выключения может составлять десятки и даже единицы миллисекунд. Все токи, которые превышают отмеченные диапазоны, должны приводить к мгновенному расцеплению.

Подробно о время-токовых характеристиках автоматических выключателей можно узнать в ГОСТ IEC 60898-1-2020.

Селективность и сверхток — какая связь?

Селективность может быть полной, когда вышестоящий АВ не отключится при любом токе КЗ, который ограничен отключающей способностью нижестоящего АВ.

На практике при использовании модульных автоматических выключателей удается достичь только частичной селективности, которая обеспечивается лишь в некотором диапазоне значений сверхтока. Верхняя граница зоны частичной селективности называется предельным током селективности Is. Частичная селективность по току будет обеспечена, если сверхток не будет больше тока селективности Is.

Максимальный сверхток в конкретной точке схемы равен току КЗ Iкз. Поэтому на практике можно считать, что полная селективность работы последовательно включенных АВ обеспечивается при Iкз Is, а частичная — при Iкз>Is.

Когда селективность обеспечена, то в случае возникновения сверхтока ничего страшного не произойдет — просто сработает автомат проблемной линии, а остальные линии продолжат работать, как ни в чем не бывало.

Читать еще:  Как сделать выключатель от звука

В зоне токов перегрузки можно говорить о время-токовой селективности, поскольку на селективность влияет и уровень сверхтока, и время его действия. Но в зоне токов КЗ имеется только токовая селективность, поскольку время срабатывания электромагнитных расцепителей всех характеристик одинаково.

Официальные определения по теме селективности можно прочитать в ГОСТ Р 50030.2-2010 (в частности, п. 2.17).

Пример обеспечения селективности

Для примера посмотрим, как будут выглядеть на одном графике время-токовые характеристики двух АВ — с номинальным током 10 А и характеристикой «В» (В10, мы про него говорили выше) и с номинальном током 25 А и характеристикой «С» (С25). Если эти автоматические выключатели включить последовательно, зона селективности будет располагаться между их диапазонами токов мгновенного расцепления. То есть селективность и нормальная работа схемы будет обеспечиваться при сверхтоках от 50 до 125 А:

Формирование зоны селективности между время-токовыми характеристиками В10 и С25

Благодаря графическому представлению ВТХ мы видим, что предельный ток селективности равен минимальному току мгновенного расцепления — 125 А. В случае, если ожидаемый ток КЗ (максимально возможный сверхток) в точке замыкания меньше 125 А, можно говорить о полной селективности — при любом сверхтоке от 50 до 125 А нижестоящий автомат (В10) отключится мгновенно, а вышестоящий (С25) останется включенным. Тут все ясно.

Но что же будет при сверхтоках менее 50 А? Тут изменится лишь то, что время отключения может быть больше — это ясно из графика. Однако такие сверхтоки на практике встречаются редко, а ток КЗ 50 А говорит о том, что проводку надо менять — она не может обеспечить нормальное электропитание и пожаробезопасность.

Тут может возникнуть закономерный вопрос — а для чего же выключателю С25 электромагнитный расцепитель, если он при токах менее 125 А не функционирует?

Ответ можно дать, посмотрев на такую схему:

До сих пор мы говорили о токе КЗ в конце кабельной линии, в районе нагрузки. Этот ток обозначен как Iкз2. Но в электрощите, где установлены оба автоматических выключателя, ток КЗ, обозначенный как Iкз1, может быть ощутимо выше. В нашем случае в щитке он может быть более 200 А. И если замыкание происходит в щитке после вводного АВ (а это бывает в основном из-за человеческого фактора), он мгновенно выключится.

Поэтому, если устроите КЗ в щитке сразу после группового автомата АВ2, не удивляйтесь, что выбило оба автомата — ведь условие селективности не выполняется.

Кстати, во многие светлые головы, изучающие тему селективности, приходит гениальная идея — установить на вводе автомат с характеристикой «D». Да, селективность будет прекрасной — примерно такой же, как если установить на вводе рубильник. Ведь в случае низкого тока КЗ такой автомат будет бесполезен.

Графики селективности

Графики ВТХ, которые я привел для наглядной демонстрации зоны селективности, относятся только к двум определенным автоматическим выключателям — С25 и В10. Предлагаю пойти дальше и построить универсальные графики, по которым можно определить зоны селективности для любых пар автоматов.

Графики, позволяющие определить зону селективности

Оранжевая зона на графиках — диапазон токов мгновенного расцепления для характеристики «С», синяя — для характеристики «В». Графиком пользоваться просто. Например, выбираем уже известную нам пару С25-В10. На графиках красными отрезками обозначены их «зыбкие зоны», до которых они не должны сработать при КЗ, а после которых — должны. Между этими зонами проводим пунктиры, которые и будут обозначать границу зоны селективности.

График универсален — по нему можно графически определить зону селективности пары автоматов любых номиналов.

Таблицы селективности

Я бы мог построить более подробный график селективности с учетом ряда номиналов, выпускаемых АВ. Но большинство производителей уже позаботились об этом вопросе и привели на своих сайтах таблицы селективности. Эти таблицы удобнее графиков из-за обилия информации.

В таблицах селективности приводятся все модели и номиналы выпускаемых автоматических выключателей. Зная номинальные токи и характеристики отключения, можно определить предельный ток селективности. Можно решить и обратную задачу — зная ток КЗ в электрощите и ток КЗ в конце защищаемой линии, выбрать по таблицам модели вводного и группового АВ, которые смогут обеспечить селективность в данном случае.

Выводы

Стоит помнить о том, что если вопрос селективности между модульными АВ стоит остро, нужно выполнение условий:

  • должны быть известны токи КЗ в щите и в районе нагрузки;
  • номинальные токи последовательно включенных АВ должны отличаться не менее чем в 2,5 раза;
  • «токовое расстояние» между крайними точками диапазонов мгновенного расцепления должно быть таким, чтобы токи отличались не менее чем в 2 раза.

На практике селективность при коротких замыканиях при помощи модульных АВ обеспечить удается далеко не всегда. Этот пессимизм оправдан несколькими уважительными причинами:

  • высокий ток КЗ, превышающий предельный ток селективности (Iкз>Is);
  • ограничение номинала вводного АВ по требованию энергоснабжающей организации;
  • ограничение номиналов групповых АВ, исходя из сечения кабелей и мощности нагрузок.

На промышленных предприятиях, где отсутствие селективности может привести к остановке технологического процесса и большим материальным потерям, используют автоматические выключатели категории «В» (не путайте с характеристикой отключения «В»!) либо с электронными расцепителями. В результате в зоне токов короткого замыкания появляется возможность обеспечения полной селективности.

Селективность автоматических выключателей

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:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector