Что значит неселективный автоматический выключатель
Что означает селективность в электрике, виды селективной защиты
Одно из ключевых понятий в области электрики является селективность. Не секрет, что безопасность работы электросетей крайне важна, а обеспечить ее можно разными способами. Селективность – это особая функция релейной защиты, благодаря которой удается избегать поломок устройств и повышать их эксплуатационный срок.
Общее понятие селективности
Как уже было сказано, под селективностью понимают особенность релейной защиты. Она определяется возможностью выискивать неисправный элемент во всей электросети и отключать именно аварийный участок, а не всю систему.
Селективная защита может быть абсолютной и относительной.
Главные функции
Ключевые задачи селективной защиты — обеспечение бесперебойного функционирования электросистемы и недопустимость сгорания механизмов при появлении угроз. Единственным условием для корректной работы такого типа защиты считают согласованность защитных агрегатов между собой.
Как только возникает аварийная ситуация, испорченный участок при помощи селективной защиты мгновенно определяется и отключается. При этом исправные места продолжают работу, а отключенные никак им в этом не мешают. Селективность существенно снижает нагрузку на электрические установки.
Базовый принцип обустройства такого типа защиты кроется в оборудовании автоматов с номинальным током, который меньше, чем у прибора на вводе. В сумме они могут превышать номинал группового автомата, но по отдельности – никогда. К примеру, при установке вводного устройства на 50 А следующий аппарат не должен обладать номиналом выше 40 А. Первым всегда сработает агрегат, находящийся максимально близко к месту ЧП.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью, зависит от их номинала и характеристик срабатывания, которые имеют обозначения В, С и D. Зачастую приборами, которые оберегают электросистему, служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО.
Таким образом, к основным функциям селективной защиты можно отнести:
Виды селективной защиты
Полная и частичная
Полная защита предназначена для последовательного подключения приборов. При аварии максимально быстро сработает тот защитный агрегат, который находится ближе всех к месту поломки. Частичная селективная защита во многом похожа на полную, но функционирует лишь до определенной величины тока.
Временная и времятоковая
Временная селективность – это когда у последовательно подсоединенных аппаратов при идентичных характеристиках тока установлена отличающаяся выдержка времени на срабатывание (при последовательном увеличении от проблемной зоны до источника питания). Временная защита применяется, чтобы автоматы могли подстраховать друг друга в случае сбоя. К примеру, первый должен сработать через 0,1 секунды, если он неисправен, спустя 0,5 секунды в дело вступает второй, а при необходимости третий заработает через 1 секунду.
Времятоковую селективность считают максимально сложной. Для нее применяется аппаратура 4 групп – А, В, С и D. У каждой из них наблюдается персональная реакция на электроток и отключение в необходимый момент. Наилучшая защита достигается в группе A, которая используется в основном для электроцепей. Самый популярный тип агрегатов — С, однако специалисты не советуют устанавливать их повсеместно и непродуманно.
Селективность по току
Данная разновидность схожа по методу работы с временной, однако отличие в том, что главным критерием выступает предельная величина токовой отметки. Значения тока выстраиваются в порядке убывания от источника питания до объектов загрузки.
Если около выключателя А возникает КЗ, защита конца В не должна работать, а сам выключатель обязан снимать напряжение с прибора. Чтобы селективность по току гарантировала тотальную избирательность, потребуется иметь большое сопротивление между обоими выключателями. Его получают при помощи:
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Неселективный автомат
Неселективный автомат может иметь минимальный или независимый расцепитель. [2]
В неселективном автомате в процессе включения срабатывает минимальный расцепитель при напряжении выше 70 % номинального. [3]
Максимальный расцепитель селективных и неселективных автоматов с выдержкой времени при перегрузках в спокойном состоянии не должен отключить автомат и должен вернуться в исходное положение, если через него проходил не более 2 сек ток перегрузки, не превышающий 75 % тока уставки шкалы токов короткого замыкания для селективных автоматов и 60 % тока уставки шкалы токов короткого замыкания для неселективных автоматов с выдержкой времени при перегрузках. [4]
Наличие часового механизма, связанного тягой 6 со скобой 4, создает выдержку времени, по истечении которой в селективных автоматах боек 14 поворачивает отключающий валик 1, а в неселективных автоматах ( где этот отключающий валик / отсутствует) боек IS поворачивает отключающий валик 17, и автомат отключается. Если ток перегрузки в пепи автомата прекращается за время, меньшее выдержки времени, создаваемой часовым механизмом расцепителя, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины 9 и автомат остается включенным. [8]
Максимальный расцепитель селективных и неселективных автоматов с выдержкой времени при перегрузках в спокойном состоянии не должен отключить автомат и должен вернуться в исходное положение, если через него проходил не более 2 сек ток перегрузки, не превышающий 75 % тока уставки шкалы токов короткого замыкания для селективных автоматов и 60 % тока уставки шкалы токов короткого замыкания для неселективных автоматов с выдержкой времени при перегрузках. [9]
Селективность автоматических выключателей: теория и практика
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 вплоть 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.
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 на модульных автоматах: как достичь невозможного?
Эта статья – последняя в цикле статей про КЗ (но это не точно). Сначала 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 следующей статье я на примере своей квартиры и дачи измерил реальный ток короткого замыкания тремя способами.
Сегодня 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, передавленного шкафом, может произойти отключение всей квартиры. Далее зависит от ситуации. Если никого дома нет, возможно размораживание холодильника с порчей продуктов. Могут быть последствия ещё хуже – если дело происходит зимой в частном доме, из-за остановки насоса вполне вероятна заморозка воды в отопительной системе со всеми вытекающими последствиями…
А может быть ещё хуже, если автомат не сработает, но это уже совсем другая история, о которой я пишу в статье Зачем я поменял советские автоматы в подъездном электрощите.
К чему КЗ может привести в промышленности, в нескольких десятках метрах от ТП, я фантазирую на реальном примере здесь.
Итак, после ссылочной массы, начинаем.
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:
Кроме того, следует учитывать, что на практике мы имеем дело не с графиками и нормами ГОСТ, а с реальными устройствами, которые по разным причинам 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 проведён 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.
Где официальное определение этих токов? Может, кто-то подскажет? Меня посылали к ГОСТ IEC 60050, но не нашел там подобного пункта.
Следует отличать три понятия –
Ох уж эти вольности в терминологии!
А вы знали? При однофазном КЗ происходит перекос фаз, который может вывести из строя технику, которая питается на других фазах! Поэтому резкое повышение напряжения (до 300 В и выше, за несколько миллисекунд) может произойти не только при обрыве трехфазного нуля (нейтрали), но и при КЗ у соседа. Сосед поставил автоматы С25, и у него закоротила переноска, а проблема у вас! Реле напряжения в этом случае – лучшее решение!
Что такое время-токовые характеристики?
Надеясь на подготовленность читателя, буду краток, и расскажу только то, что касается темы статьи. Тем более, что ссылки я давал в начале.
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 трёх АВ с одинаковым номинальным током 10 А, но с разными характеристиками отключения:
Графики для одного номинального тока и разных характеристик расцепления. График и синяя область продолжаются вправо!
График работы теплового расцепителя, показанный плавной жирной линией, одинаков для всех трёх 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 (“синяя зона”) время выключения может составлять десятки и даже единицы миллисекунд. Все токи, которые превышают отмеченные диапазоны, должны приводить к мгновенному расцеплению.
Подробно и официально о время-токовых характеристиках автоматических выключателей можно узнать в ГОСТ IEC 60898-1-2020 (скачать можно в конце статьи).
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.
В зоне токов перегрузки можно говорить о времятоковой 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, в 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 всё 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:
Схема для пояснения того, что токи КЗ в электроустановке могут существенно отличаться
До сих пор мы говорили о токе КЗ в конце кабельной линии, в районе нагрузки. Этот ток обозначен как Iкз2. Но в электрощитке, 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.
Иными словами, каждый АВ отвечает за свой участок линии до нижестоящего АВ. И только самый последний защищает линию вплоть до нагрузки.
Кстати, если устроите КЗ в щитке сразу после группового автомата АВ2, не удивляйтесь, что выбило оба автомата – ведь условие селективности не выполняется.
Иногда в некоторые 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 при КЗ внутри электрощита 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.
График “взаимной” селективности для двух автоматов разного номинала и характеристики. Графики позволяют 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 зону 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:
На практике селективность при коротких замыканиях при помощи модульных АВ обеспечить удается далеко не всегда. Этот пессимизм оправдан несколькими уважительными причинами:
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, если соответствующие измерения и настройки произведены правильно, в зоне токов короткого замыкания появляется возможность обеспечения полной селективности.
Дополнение. Когда моя статья будет бесполезной?
Смотрите, прекрасный пример, как узнать, что ток КЗ очень высокий, даже без измерений и расчетов:
Высокий ток КЗ из-за близкого расположения ТП
Скрутка на вводе в старый дом
Будет ли ток КЗ в этом доме низким? Да. Учитывая, что провода, подходящие к дому, ковали ещё при Петре 1, скрутка никакая, а в доме скорее всего такие же картины. Но будет ли при этом селективность? Скорее всего нет, поскольку ток КЗ имеет неуловимое, плавающее значение…
Видео про селективность
Пожалуй, лучшее видео на тему статьи, от моего коллеги Дмитрия:
Скачать
Респект и уважение, если дочитали досюда и намереваетесь скачать документы и книги по этой теме! Вы серьёзный человек!
• ГОСТ IEC 60898-2-2011 / 2-я часть ГОСТ Р 50345-2010 (IEC 60898-1:2003) на автоматические выключатели, направленная на коррекцию ошибок в первой части. До сих пор действует, ссылаясь на недействующий документ., pdf, 374.83 kB, скачан: 132 раз./
• ГОСТ IEC 60898-1-2020 / Новый ГОСТ на автоматические выключатели, вступивший в действие с 1 марта 2021 г. Несёт в себе ошибки старого., pdf, 13.13 MB, скачан: 133 раз./
Какие ошибки допущены в ГОСТ по автоматическим выключателям, читайте подробно здесь.
Статья была впервые опубликована в журнале “Электротехнический рынок” и на электротехническом интернет-портале “Элек.ру”.
Скачать журнальную версию статьи можно прямо здесь и сейчас:
• Селективность в домашнем электрощите: как достичь невозможного / Журнальная версия статьи от СамЭлектрик.ру, pdf, 497.19 kB, скачан: 156 раз./