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:
Что такое селективность защит в электроустановках
При эксплуатации и проектировании электрической схемы всегда уделяется внимание вопросам ее безопасного использования. С этой целью все электрические приборы защищаются специальными устройствами, которые подбирают и располагают строго по определенной, иерархической зависимости.
Например, когда мобильный телефон стоит на зарядке, то ее протекание контролирует встроенная в аккумулятор защита. Она отключает зарядный ток по окончании набора емкости. Когда же внутри АКБ возникнет короткое замыкание, то установленный в зарядное устройство предохранитель перегорает и обесточивает схему.
Если это по каким-либо причинам не произойдет, то возникшую неисправность в розетке контролирует автоматический выключатель квартирного щитка, а его работу страхует главный автомат. Эту последовательность поочередного срабатывания защит можно рассматривать и дальше.
Методы избирательности электрических защит формируется во время создания проекта и поддерживается при эксплуатации таким образом, чтобы своевременно выявить место возникновения неисправности в электрооборудовании и отделить его от действующей схемы с наименьшими потерями для нее.
При этом зону обхвата защит по селективности подразделяют на:
Первый тип защиты полностью контролирует свой рабочий участок и устраняет повреждения только в нем. По этой закономерности работают встроенные в электроприборы предохранители.
Устройства, созданные по относительному принципу, выполняют больше функций. Они отключают неисправности внутри своей зоны и соседних, но когда в них не отработали защиты абсолютного типа.
Качественно настроенная защита определяет:
1. место и вид повреждения;
2. отличие ненормального, но допустимого режима от ситуации, способной нанести весьма серьезные повреждения оборудованию электроустановки внутри контролируемой зоны.
Устройства, настроенные только по первому действию, работают обычно в неответственных сетях до 1000 вольт. Для высоковольтных электроустановок стараются внедрить оба этих принципа. С этой целью в состав защиты вводят:
схемы взаимных блокировок;
точные измерительные органы;
системы обмена информацией;
специальные логические алгоритмы.
Между двумя последовательно подключенными силовыми выключателями выполняется зашита от сверхтоков, превышающих номинальные значения нагрузки по любой причине. При этом ближний к потребителю с повреждением выключатель должен размыканием своих контактов обесточивать неисправность, а дальний — продолжать подачу напряжения на своем участке.
В этом случае рассматривается два вида селективности:
Если ближняя к неисправности защита способна полностью ликвидировать повреждения на всем диапазоне уставок без задействования удаленного выключателя, то ее считают полной.
Частичная избирательность присуща ближним защитам, настроенным на срабатывание до какого-то предельного тока селективности Is. Если он превышен, то вступает в работу удаленный выключатель.
Зоны перегрузки и короткого замыкания в селективных защитах
Пределы токов, назначенные для срабатывания автоматических выключателей защит, разделяют на две группы:
1. режим перегрузок;
2. зону коротких замыканий.
Для упрощения разъяснения применим этот принцип к токовым характеристикам автоматических выключателей.
Они настраиваются на работу в зоне перегруза номинальных токов на величину до 8÷10 крат.
На этом участке работают в основном тепловые или термомагнитные расцепители защит. Токи коротких замыканий в эту зону попадают очень редко.
Область возникновения КЗ обычно сопровождается токами, превышающими в 8÷10 раз номинальные нагрузки автоматических выключателей и характеризуется серьезными повреждениями в электрической схеме.
Для их отключения применяются электромагнитные или электронные расцепители.
Методы создания селективности
Для области перегрузок по току создаются защиты, работающие по принципу времятоковой селективности.
Зона коротких замыканий формируется на основе:
4. зонной избирательности.
Временна́я селективность создается за счет выбора разных выдержек времени для срабатывания защиты. Этот способ может быть применен даже к устройствам с одной уставкой тока, но разным временем, как показано на рисунке.
Например, ближайшая к оборудованию защита №1 налаживается на работу при коротком замыкании со временем, близким к 0,02 с, а ее работу страхует более отдаленная №2 с настройкой на 0,5 с.
Самая дальняя защита со временем отключения в одну секунду резервирует работу предыдущих устройств при их возможном отказе.
Токовая селективность налаживается для срабатывания по превышению допустимых нагрузок. Довольно грубо этот принцип можно пояснить следующим примером.
Три защиты последовательно контролируют ток КЗ и настроены на отключение со временем 0,02 с, но с разными токовыми уставками в 10, 15 и 20 ампер. За счет этого оборудование будет отключаться вначале от защитного устройства №1, а №2 и №3 будут избирательно его страховать.
Реализация временно́й или токовой селективности в чистом виде требует использования чувствительных датчиков или реле тока и времени. При этом создается довольно сложная электрическая схема, которая на практике обычно объединяет оба рассмотренных принципа, а не применяется в чистом виде.
Времятоковая селективность защит
Для защиты электроустановок с напряжением до 1000 вольт применяют автоматические выключатели, которые обладают объединенной времятоковой характеристикой. Рассмотрим этот принцип на примере двух последовательно включенных автоматов, разнесенных по концам линии со стороны нагрузки и питания.
Времятоковая избирательность определяет способ срабатывания выключателя, настроенного на более быстрое отключение при расположении около потребителя электроэнергии, а не на генераторном конце.
На левом графике показан случай наибольшего времени отключения верхней кривой защиты со стороны нагрузки, а на правом — наименьшего времени выключателя на конце подвода питания. Это позволяет более детально анализировать проявление селективности защит.
Выключатель «В», расположенный ближе к питаемому оборудованию, за счет применения времятоковой селективности работает раньше и быстрее, а выключатель «А» резервирует его в случае отказа.
Токовая селективность защит
При этом способе избирательность может формироваться за счет создания определенной конфигурации сети, например, включенной в схему кабельной или воздушной линии электропередач, обладающей электрическим сопротивлением. В этом случае значение тока короткого замыкания между генератором и потребителем зависит от места возникновения повреждения.
На кабельном конце со стороны питания оно будет иметь максимальное значение, например, 3 кА, а на противоположном — минимальное, допустим, 1кА.
При возникновении КЗ около выключателя А не должна работать защита конца В (I кз1кА), то он и должен снимать напряжение с оборудования. Для точной работы защит необходимо учесть величину реальных токов, проходящих через выключатели при аварийном режиме.
Следует понимать, что для обеспечения полной избирательности по этому методу необходимо иметь большое сопротивление между обоими выключателями, которое может образоваться за счет:
протяженной линии электропередачи;
вставкой обмотки трансформатора;
включением в разрыв кабеля уменьшенного сечения или другими способами.
Поэтому при таком способе селективность чаще всего бывает частичной.
Временна́я селективность защиты
Этот метод избирательности обычно дополняет предыдущий способ с учетом времен:
определения защитой места и начала развития неисправности;
срабатывания на отключение.
Формирование алгоритма работы защиты производится за счет постепенного приближения уставок по току и времени при перемещениях токов КЗ к источнику питания.
Избирательность по времени может создаваться автоматами одних номиналов по току, когда у них есть возможность регулировки задержки на срабатывание.
При этом способе защиты выключателя В отключают неисправность, а выключателя А — контролируют весь процесс и находятся в готовности к работе. Если за время, отведенное для срабатывания защит В короткое замыкание не устранилось, то повреждение ликвидируется работой защит стороны А.
Энергетическая селективность защит
Метод основан на использовании специальных новых видов автоматических выключателей, выполненных в литом корпусе и способных максимально быстро работать, когда токи коротких замыканий еще даже не успели достичь своих максимальных значений.
Подобные скоростные автоматы работают в течение нескольких миллисекунд, когда еще действуют апериодические составляющие переходных процессов. В таких условиях из-за высокой динамичности протекания нагрузок сложно согласовать реально действующие времятоковые характеристики защит.
Конечный пользователь практически не может отследить характеристики энергетической селективности. Их предоставляет производитель в виде графиков, программ расчета, таблиц.
При этом способе для расцепителей термомагнитного и электронного принципа, расположенных на стороне питания необходимо учесть специфические условия работы.
Зонная селективность защиты
Этот тип избирательности является разновидностью временно́й характеристики. Для его работы используются измерительные устройства тока на каждой стороне, между которыми постоянно происходит обмен информацией и сравнение векторов токов.
Зонная селективность может быть сформирована двумя способами:
1. в логическое устройство контроля защиты поступают одновременно сигналы с обоих концов контролируемого участка. Оно сравнивает значения поступивших токов и определяет выключатель, который должен быть отключен;
2. сведения о завышенных значениях векторов тока от обеих сторон поступают в виде блокировочного сигнала на логическую часть защиты более высокого уровня иерархии по стороне питания. Если на ней присутствует блокировочный сигнал снизу, то отключается нижерасположенный выключатель. Когда запрета на отключение снизу не поступило, то напряжение снимает вышерасположенная защита.
При этих способах отключение происходит намного быстрее, чем при временно́й избирательности. Это обеспечивает меньшие повреждения электрооборудования, снижение динамических и тепловых нагрузок внутри системы.
Однако, способ зонного разделения селективности требует создания дополнительных сложных технических систем измерения, логики и обмена информацией, что удорожает стоимость оборудования. По этим причинам такие методы, основанные на высокочастотной блокировке, применяются на высоковольтных линиях электропередач и подстанциях, передающих большие потоки мощности электроэнергии в непрерывном режиме.
Для этого используются быстродействующие воздушные, масляные или элегазовые выключатели, способные коммутировать огромные токовые нагрузки.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Селективность защиты электрической сети: что это такое?
В электрике и энергетической отрасли селективность относится к важнейшим понятиям, так как основное ее назначение — защита от выхода из строя электроприборов по причине каких-либо неисправностей при функционировании электроустановок. Благодаря такой функции продляется срок службы приборов, повышается надежность их работы.
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.
Основная характеристика
Предохранители, дифавтоматы, УЗО и прочие устройства необходимы для предупреждения сгорания устройств. Правильно подключенная схема приборов позволяет отключать только определенные участки цепи, не нарушая работы остальной системы. Селективность защиты электрической сети — это отлаженная работа оборудования.
Ее основные задачи:
Для нормальной работы селективности потребуется наладить согласованность между всеми устройствами. Для лучшего понимания, что это такое, достаточно рассмотреть принцип действия на электрическом щитке. При возникновении короткого замыкания в ванной или на кухне срабатывает только тот автомат, который подключен к этой цепи. Все остальные участки продолжают работать и поставлять энергию. Если отключения не произойдёт, то автомат ввода прекратит работу всего щитка.
Такие меры помогают предупредить возникновение пожаров и сохранить технику.
Функции селективности
К основным функциям селективности относятся:
Виды селективных схем подключения
Защитная аппаратура по селективности подразделяется на несколько видов. К таковым относятся следующие виды защит:
На каждом из них нужно остановиться отдельно.
Защита полная и частичная
При такой защищённости цепи подразумевается последовательное подключение аппаратов. В случае возникновения сверхтока сработает тот автомат, который ближе всего к месту повреждения.
Важно! Частичная избирательная защита отличается от полной селективности тем, что срабатывает лишь до установленного значения сверхтока.
Токовый тип селективности
Выстраивая в убывающем порядке величины токов от источника к нагрузке, обеспечивают работу токовой избирательности. Главной мерой здесь является предельное значение токовой метки.
Например, начиная от источника питания или ввода, автоматические выключатели устанавливают в последовательности: 25А, 16А, 10А. Все автоматы могут иметь одинаковое время на срабатывание.
Важно! Между автоматами должно быть высокое сопротивление цепи. Тогда они будут иметь эффективную избирательность. Повышают сопротивление путём увеличения протяжённости линии, включения участков с проводом меньшего диаметра или вставкой трансформаторной обмотки.
Временная и времятоковая селективность
Что значит селективная защита по времени? Особенностью такого построения схемы релейной защиты является привязка ко времени срабатывания каждого защитного элемента. Автоматические выключатели обладают одинаковыми токовыми параметрами, но имеют разную выдержку времени при срабатывании. Время срабатывания увеличивается по мере удаления от нагрузки. К примеру, самый ближний рассчитан на срабатывание после 0,2 с. В случае его отказа через 0,5 с. должен сработать второй. Работа третьего автоматического выключателя рассчитана через 1 секунду в случае несрабатывания первых двух.
Очень сложной считается времятоковая избирательность. Чтобы её организовать, необходимо выбирать приборы групп: A, B, C, D. У группы А наивысшая защита (применяется в электроцепях). Каждая из этих групп имеет индивидуальную реакцию на величину электрического тока и временную задержку.
Энергетическая селективность автоматов
Такая защита обусловлена свойствами выключателей, которые заложены производителем. Быстрое срабатывание – до того, как токи КЗ достигли максимума. Счёт идёт на миллисекунды, согласовать такую избирательность очень сложно.
Что такое зонная селективность
Определение данного покрытия избирательной защитой сети связано с особенностью её построения. Это достаточно дорогой и сложный способ. В результате обработки сигналов, поступающих от каждого выключателя, определяется зона повреждения, и отключение происходит только в ней.
Информация. Для обустройства такой защиты требуется дополнительное питание. Сигнал от каждого выключателя подаётся в контрольный центр. Отключения производятся электронными расцепителями.
Такие схемы рациональнее всего использовать на промышленных предприятиях, где системы обладают высокими значениями токов КЗ и значительными рабочими токами.
Пример и график зонной избирательности
Комбинированная селективность
Этот вид основывается на комбинировании селективности компонентов, входящих в ее состав. Такие комбинации позволяют выполнить значительные улучшения:
Варианты применения комбинированной селективности:
Материал одинаково подойдет начинающим электрикам, и энергетическим отделам крупных предприятий. Разумеется, в домашних условиях нет необходимости усложнять схему: достаточно обеспечить селективность по току отсечки.
Расчет селективности автоматов
Грамотный выбор автомата и правильная настройка — основной принцип соблюдения селективности автоматических выключателей. Избирательность для выключателя, находящегося вблизи источника, гарантирует выполнение требования: Iс.о.послед ≥ Kн.о.∙ I к.пред.
Здесь Iс.о послед. — такая величина тока, за которой следует срабатывание защиты. I к.пред. — ток КЗ в конечной точке зоны, на которую распространяется действие автомата, расположенного далеко от энергоисточника. Kн.о. — коэффициент надежности. Его величина находится в зависимости от разброса параметров.
Номинал автомата для цепи подбирают не только путем расчета, но и по такой таблице, ориентируясь на разрез кабелей в схеме
Расклад tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t демонстрирует селективность в случае регулировки АВ по времени. tс.о.послед, tк.пред. — интервалы времени срабатывания выключателей, находящихся на большой дистанции от источника питания и расположенных рядом. ∆t — параметр, который берут из каталога и обозначающий временную степень селективности.
Карта селективности
Все характеристики токовых устройств вносятся в определенную схему. Она позволяет создать максимальную защиту автоматов. Основной ее принцип — это последовательность подключения аппаратов.
При создании карты учитываются определенные правила:
Отсутствие грамотно построенной карты приводит к нарушениям электроснабжения. Наглядная схема позволяет увидеть согласованность установок и сравнить работу автоматов. Сама схема состоит из двух осей:
Не стоит пренебрегать ее изготовлением, так как отсутствие точности в расчетах приведет к некорректной работе защитной системы. Карту легко вычертить в специальной программе.
Редко применяемые системы защиты
Выводы и полезное видео по теме
Неполадки при работе автоматических выключателей и их устранение:
Вычерчивание карты селективности посредством специальной программы:
Надежное, безопасное использование электрической проводки невозможно без учета избирательности автоматов. Зная об основных моментах создания селективной защиты, можно грамотно выполнить подбор оборудования для своего технического проекта.
Селективные автоматы
Рассмотрим работу селективной защиты на примере автомата АВВ S750DR, в которых обеспечивается селективность автоматов за счет наличия дополнительного токового пути, не размыкающегося после сработки главного контакта при коротком замыкании.
При выключении расположенной ниже аварийной зоны селективной клеммой создается задержка по времени сработки. Основная клемма селективного автомата при этом под действием пружины возвращается в исходное положение. При продолжении поступления сверхтока тепловая защита и в главной, и во вспомогательной цепях отключается. Селективная пластина при этом продолжает препятствовать механизму размыкания — пружина не может обратно изолировать основную клемму.
Ограничение автомата по току обеспечивается наличием селективного резистора на 0,5 Ом и значительного дугового сопротивления внутри самого устройства.
Релейная защита
К релейной защите, отключающей цепь при повреждениях, предъявляются такие требования:
Селективность можно назвать главным условием, обеспечивающим бесперебойность и непрерывность питания электрооборудования при наличии запасного источника.
Использование выключателей и реле с высокой скоростью реагирования исключается нарушение динамической устойчивости функционирующих параллельно синхронных агрегатов. Так устраняется основная причина самых тяжелых системных аварий с точки зрения непрерывной работы потребителей.
Релейная защита также должна обладать достаточной чувствительностью к повреждениям и нештатным режимам функционирования, возникающих на подлежащих защите элементах системы. Соответствия требованию необходимого уровня чувствительности во вновь создаваемых современных электросетях добиться очень сложно.
Требование надежности предъявляется в связи с тем, что защита сети должна безотказно и корректно функционировать и отключать оборудование при любом его повреждении и возникновении нарушений, препятствующих нормальному рабочему режиму.
Принцип дифференцирования
Его применяют там, где используются цепи с потребителями большой мощности. К таким потребителям относятся:
В этом решении используют отклонения фазных и амплитудных параметров тока в различных точках. Отклонение таких величин в точке А и точке В, на участке АВ, считается аварийным, и аппаратура выполняет отключение. Использование трансформаторов тока позволяет выполнять фильтрацию от различных посторонних электромагнитных процессов.
Защита срабатывает только на участке АВ, если IA>IB.
Дифференциальная селективная защита мощного оборудования
Защита, созданная по дифференциальному принципу, может быть двух видов: продольная и поперечная.
