Как сделать карту селективности

Обновлено: 07.07.2024

Это наглядный пример неселективной системы защиты, когда на множество объектов установлено лишь одно устройство защиты.

Согласитесь, если бы у каждого жильца в комнате был собственный вводной щиток с автоматами, проблема в одной квартире не приводила бы к потере энергоснабжения на нескольких объектах.

Сегодня коммуналки в прошлом, в каждую квартиру приходит отдельная линия энергоснабжения с автоматом на входе.

Проблема решена? В масштабах подъезда — безусловно. А в рамках одной квартиры?

Снова типичная ситуация: переломился провод настольной лампы, возникло короткое замыкание. При этом гаснет свет во всей квартире, перестает работать холодильник и телевизор. Почему? Снова отсутствует селективность автоматов.

Важно! Требования безопасности: Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рассматривают селективную защиту, как один из способов обеспечения безопасной эксплуатации электроустановок.

Понятное дело, что никакая комиссия не проверит вашу квартиру или частное домовладение на предмет выполнения всех требования ПУЭ. Однако если объект принимается в соответствии с проектом или по СНиП, акт ввода в эксплуатацию могут и не согласовать. Особенно это касается производственных и офисных помещений, а также мест массового пребывания людей (театры, магазины, школы и прочее).

Как работает селективная защита

Это понятие включает в себя несколько способов избирательного отключения.

Токовая селективность

Рассмотрим принцип работы на простом примере правильно организованного квартирного щитка.

технические условия энергоснабжения объекта: 9 кВт (защитный автомат 40 А);
подключение однофазное;
нулевой проводник (PE) может быть как с автоматом, так и без него;
подключаемые помещения: коридор, санузел, кухня, гостиная, спальня;

Правильная селективность защиты изображена на иллюстрации:

Разбираем схему по секторам:

Информация: Ставить или не ставить УЗО в принципе, это решение каждого владельца помещения. Селективность защиты может быть решена и с обычными автоматами.

Так работает селективная защита, организованная по принципу разности токов срабатывания. Возвращаемся к началу раздела: при аварийной ситуации сила тока стремительно возрастает, и срабатывает автомат с минимальным током отсечки. До второй и третьей линий защиты проблема просто не доходит.

Однако, существуют условия, при которых сила сверхтока сразу будет достаточной для отключения автомата третьего уровня защиты:

Если замыкание или избыточная токовая нагрузка происходит в электроприборе, сверхтоки растут на так стремительно. Часть нагрузки берет на себя питающий кабель самого устройства, который (нагреваясь) дифференцирует резкий токовый скачок.
В случае, когда короткое замыкание происходит на силовом питающем кабеле (линия, на которой установлены розетки), сверхток достигает максимального значения практически мгновенно.Защитные автоматы всех уровней могут сработать одновременно.

Временная селективность

Разумеется, токовая защита в автомате также останется. Просто кроме порога срабатывания по току, определяется время задержки размыкания контактов. При грамотном использовании этих параметров, можно выстроить цепочку селективной защиты таким образом, чтобы первым срабатывал выключатель, расположенный ближе к проблемному потребителю (либо аварийному участку цепи). В этом случае вторая и третья ступени защиты остаются работоспособными, общее энергоснабжение объекта не прекращается.

При построении карты селективности в релейной защите, стратегия строится на постепенном повышении как порогов срабатывания по току, точному расчету времени задержек на каждом следующем автомате. Разница во времени между задержками последующих ступеней состоит из времени обнаружения сверхтока (короткое замыкание, превышение нагрузки) со стороны потребителя, а также из естественной инерции размыкающего устройства со стороны генерирующей установки.

Эти характеристики анализируются методом сравнения времятоковых параметрических кривых.

Если наложить графики друг на друга, можно определить иерархию расположения защитных автоматов в цепи.

Интересно, что нормальную селективную защиту можно обеспечить только с использованием временных характеристик (без распределения токовой отсечки). Расщепление по току может быть одинаковым у всех автоматов, а срабатывание расцепителей будет происходить в строгой иерархической последовательности: от потребителя к источнику электроэнергии.

При этом задержка срабатывания настраивается таким образом, что первый от потребителя (в аварийной ситуации — проблемной зоны) автомат должен сработать мгновенно. Следующий за ним, удерживает контакты замкнутыми, обеспечивая электропитанием остальную цепь.

Иллюстрация наглядно демонстрирует, как можно организовать разветвленное подключение на защитных автоматах с одинаковым током уставки. Безопасность организуется за счет ступенчатого отключения по времени и на разных уровнях.

Энергетическая селективность

Этот способ защиты нельзя рассматривать, как обособленный. Просто для его организации используются специально сконструированные автоматические выключатели.

При возникновении короткого замыкания, такие автоматы демонстрируют быстродействие, измеряемое единицами миллисекунд. Иерархия цепочки размыканий строится по обычному принципу: быстрые устройства от потребителя, медленные — ближе к энергоснабжению.

Расчет производится сначала теоретически, на основе паспортных данных выключателей, а затем производятся практические испытания. Только после этого система может считаться безопасной, и принимается на вооружение проектировщиками.

К этой категории можно отнести селективную защиту с помощью устройств защитного отключения. Для этих целей также используется специальное оборудование.

Что такое селективное УЗО, и чем оно отличается от обычного?

Любой пользователь этих автоматов знает, что при возникновении любого подозрения на опасность (с точки зрения УЗО), происходит моментальное отключение всей цепи. Многие электрики по этой причине отказываются монтировать устройства защитного отключения в селективные схемы. Это ставит под сомнение безопасность электрического подключения бытовой техники.

Поэтому производители разработали УЗО с большим временем срабатывания. Получается, что при традиционном подключении, традиционные автоматы срабатывают раньше, чем устройства защитного отключения.

На иллюстрации схема выглядит, как в обычном проекте, на самом деле это селективная защита с использованием УЗО.

Кроме того, отключение происходит только на том уровне, где возникла проблема. Мало того, что авария на одной линии не приводит к прекращению энергоснабжения целого объекта, упрощается поиск вышедшей из строя электроустановки.

Для информации, типы селективных УЗО

Для поддержания принципа временной селективности, выдержка интервала должна быть разной: для каждой задачи своя. Типовых классификаций две:

Зонная селективность

С технической точки зрения, это разновидность временной селективности. Принцип работы изменяется за счет технологического администрирования. Организуется своеобразный обмен данными между анализаторами тока на каждом автомате. В результате, при возникновении аварии по току в одной зоне, отключается только она. При этом, иерархия не обязательно выдерживается: сектор отключения может быть на любом уровне.

Есть две методики построения администрирования:

Какой бы способ селективной защиты вы не выбрали, все начинается с точного расчета.

Карта селективности защиты

Остальные устройства на схеме назовем смежными. Главный принцип правильной организации — времятоковые характеристики всех устройств не должны пересекаться на одном линейном уровне. Если провести временную линию в качестве оси координат, то между ступенями селективности должен быть разрыв. Увидеть это можно только на графиках. Это и есть карта селективности: на нем совмещены характеристики смежных защит.

Информация: Для простых схем организации селективной защиты построение карт не требуется. Если нет смежных уровней — не рассчитывается и совместимость.

В остальных случаях необходимо обеспечить временную разницу по оси времени не менее 0.25 секунды.

Кроме того, даже если пересекаются селективности по времени срабатывания, разведение может быть организовано по разнице тока отсечки. Как правило, используются оба способа, это можно учитывать в построении карты, а можно оставить на практическом уровне.

Редко применяемые системы защиты

Направленная система работает по принципу вектора тока и напряжения. Между ними всегда есть фазовый сдвиг. Устройства защиты анализируют разницу и при необходимости отключают оборудование в нужном секторе.
Дифференцируемая система сравнивает отклонения параметров в начале линии питания, и непосредственно у агрегата. Если отклонения достигают заданной величины — ситуация признается аварийной. Такая селективность требуется, если питание подается на очень мощные агрегаты.

Материал одинаково подойдет начинающим электрикам, и энергетическим отделам крупных предприятий. Разумеется, в домашних условиях нет необходимости усложнять схему: достаточно обеспечить селективность по току отсечки.

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.

обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
быстрое выявление и отключение той зоны электросистемы, где случилась поломка (при этом рабочие зоны не прекращают функционирование);
снижение негативных последствий для рабочих частей электромеханизмов;
снижение нагрузки на составные механизмы, предотвращение поломок в неисправной зоне;
гарантия непрерывного рабочего процесса и постоянного электроснабжения высокого уровня.
поддержка оптимальной работы той или иной установки.

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.

протяженной линии электропередачи;
вставки обмотки трансформатора;
включения в разрыв провода сечения меньшего размера.

Энергетическая

Зонная селективность

Такие схемы часто используются на промышленных объектах. Это не только весьма сложный, но и предельно дорогой способ защиты. Для применения зонной селективности нужно приобретать специальные приборы слежения.

Все данные, полученные в процессе работы приборов, сосредотачиваются в центре контроля. Он определяет, какой именно автомат нужно задействовать для отключения.В данных устройствах используются электронные расцепители. Их схема работы такова: при появлении аварийной ситуации нижестоящий аппарат подает сигнал тому, что выше. Если через 1 секунду нижнее устройство не сработало, в дело вступает второе.

Расчет селективности автоматов

Iс.о.послед — ток, при котором защита начинает действовать;
I к.пред. — ток короткого замыкания в конце защитной зоны;
Kн.о. — коэффициент надежности, который зависит от ряда настроек.

tс.о.послед и tк.пред. — временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов в порядке близости к источнику питания;
∆t — временная ступень селективности.

Карта селективности

электрические установки нужно подсоединять к единому источнику питания;
необходимо правильно выбрать масштаб, чтобы все расчетные точки поместились на ней;
кроме качеств автоматов, следует обозначить максимальные и минимальные значения КЗ в точках системы.

Вывод

Зачастую в бытовых электросетях применяют токовую или временную селективность. Оптимальным способом для этого является последовательная установка УЗО, когда имеется один общий выключатель, а еще несколько расположены на шлейфе. Селективная защита способствует корректному и бесперебойному функционированию оборудования.

Это наглядный пример неселективной системы защиты, когда на множество объектов установлено лишь одно устройство защиты.

Карта селективности защиты

Информация: Для простых схем организации селективной защиты построение карт не требуется. Если нет смежных уровней — не рассчитывается и совместимость.

Для построения карт лучше использовать специальные компьютерные программы. Хотя профессиональные инженеры легко строят графики карандашом. После выстраивания всех параметрических кривых, график проверяется на их пересечение. При возникновении такой ситуации, проверяется критичность: возможно, ничего менять не потребуется. Если линии электропитания не находятся в зависимости друг от друга, разведение ничего не меняет.В остальных случаях необходимо обеспечить временную разницу по оси времени не менее 0.25 секунды.Кроме того, даже если пересекаются селективности по времени срабатывания, разведение может быть организовано по разнице тока отсечки. Как правило, используются оба способа, это можно учитывать в построении карты, а можно оставить на практическом уровне.

Все перечисленные методы селективного принципа построения защиты позволяют решить целый ряд проблем при эксплуатации электрических цепей:

Методы построения и виды систем селективной защиты

На основе перечисленных принципов выделяют основные методы и виды проектирования систем селективной защиты.

Селективность по току

В сеть последовательно устанавливаются автоматические выключатели с различными порогами срабатывания по току.

Принцип построения селективности по токуПримером может быть сеть обычной квартиры или частного дома, когда в РЩ устанавливается вводной автомат на 25А, после него промежуточный на 16А. На розеточные осветительные группы или бытовые приборы с отдельной линией ставят автоматы с пределом срабатывания в 10А. При этом временные и другие пороги срабатывания у этих защитных выключателей могут быть одинаковыми или различаться в зависимости от характера нагрузки.

Схема селективной защиты по току

Селективность по временному интервалу срабатывания защиты

В этом случае построение защиты осуществляется по тому же принципу, как с токовой защитой, только определяющим параметром по селективности является время срабатывания автоматических выключателей при достижении порогового значения токов.

Времятоковая защита – это совокупность элементов с учетом пороговых значений срабатывания по току и времени, практически комбинированный вариант селекции параметров, перечисленных выше;
Зонная защита – когда селективный принцип защиты применяется для отдельного участка цепи;

Селективность по направленности – когда по направлению тока последовательно устанавливаются элементы защиты, сдвигом фаз по напряжению формируется точка направления вектора напряжения. Таким образом, реле реагирует на изменение напряжения и направление тока не только на участке установки защиты, но и по всей линии цепи от источника питания.

Дифференциальный принцип построения селективной защиты

Такой способ применяется в цепях, где подключается нагрузка, потребляющая большую электрическую мощность. Контроль токов осуществляется трансформаторами напряжения только на участке А-В. Фактически контролируются процессы на коротком отрезке сети, где подключена нагрузка, при превышении пороговых значений отключается конкретное оборудование, не затрагивая других участков.

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.

Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где случилось замыкание или поломка.
Относительная селективность вызывает отключение автоматов, находящихся также около места поломки, если защита на тех участках не сработала.

Главные функции

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:

обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
быстрое выявление и отключение той зоны электросистемы, где случилась поломка (при этом рабочие зоны не прекращают функционирование);
снижение негативных последствий для рабочих частей электромеханизмов;
снижение нагрузки на составные механизмы, предотвращение поломок в неисправной зоне;
гарантия непрерывного рабочего процесса и постоянного электроснабжения высокого уровня.
поддержка оптимальной работы той или иной установки.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

Временная и времятоковая

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

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:

Общее понятие селективности

Селективная защита может быть абсолютной и относительной.

Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где случилось замыкание или поломка.
Относительная селективность вызывает отключение автоматов, находящихся также около места поломки, если защита на тех участках не сработала.

Главные функции

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:

обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
быстрое выявление и отключение той зоны электросистемы, где случилась поломка (при этом рабочие зоны не прекращают функционирование);
снижение негативных последствий для рабочих частей электромеханизмов;
снижение нагрузки на составные механизмы, предотвращение поломок в неисправной зоне;
гарантия непрерывного рабочего процесса и постоянного электроснабжения высокого уровня.
поддержка оптимальной работы той или иной установки.

Разновидности токов и подбор защитного устройства

Наиболее опасным является ток короткого замыкания. Основная опасность заключается в том, что он намного больше, чем нормальный пусковой ток, а также его значение может сильно отличаться в зависимости от участка цепи, где он возникает. Таким образом, при проверке аппарата защиты, который предохраняет цепь от КЗ, он должен максимально быстро производить разъединение цепи при возникновении такой проблемы. При этом он ни в коем случае не должен срабатывать при возникновении в цепи нормального значения пускового тока любого электрического прибора.

Что касается тока перегрузки, то здесь все довольно понятно. Таким током считается любое значение характеристики, которое превышает номинальное значение тока электрического двигателя

Но здесь очень важно понимать, что не при каждом возникновении тока перегрузки защитное устройство должно осуществлять отключение контактов цепи. Это важно еще и потому, что кратковременная перегрузка как электродвигателя, так и электрической сети в некоторых случаях допустима

Если подвести небольшой итог, то можно сказать следующее. Для защиты от короткого замыкания должен быть выбран безынерционный аппарат, который будет настроен на срабатывание тока, который значительно выше пускового значения. Для защиты от перегрузки, наоборот, коммутационный аппарат защиты должен обладать инерцией, а также зависимой характеристикой. Он должен быть подобран таким образом, чтобы он не срабатывал за то время, пока происходит нормальный пуск электрического устройства.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

Временная и времятоковая

Селективность по току

протяженной линии электропередачи;
вставки обмотки трансформатора;
включения в разрыв провода сечения меньшего размера.

Карта селективности и правила ее создания

Схема утверждённого образца, на которой нанесены все токовые параметры защитных аппаратов и устройств, с указанием общего источника питания, выполняется в удобном для просмотра масштабе. Это карта селективности. Она обеспечивает максимальное применение защитных качеств автоматических выключателей. Все процессы, возможные при эксплуатации, отображены на ней графически.

На карту в обязательном порядке наносятся:

места важных расчётных точек;
защитные характеристики автоматов и возможных КЗ, при этом указаны их min и max значения.

Данная карта служит основанием для составления таблицы по выбору защитных аппаратов. Кроме того, карта позволяет оценивать общую защитную селективность и даёт полную информацию о согласованных между собой уставках всех автоматов.

Построение карты выполнено по осям. Ось абсцисс представляет токовые значения, на ось ординат наносятся временные значения.

К сведению. На ось могут наноситься и другие разновидности характеристик. Каждая схема включает в себя параметры двух-трёх автоматов. Построение таких карт можно выполнить при помощи компьютерной программы.

Советуем изучить — Как самому сделать и реализовать проект небольшой электроустановки

Пример карты селективности, выполненной при помощи программы

Грамотно выполненная селективная защита позволяет сохранить оборудование. При отключении конкретного участка она допускает выполнить обратное включение питания автоматическим включением резерва (АВР) и свести к минимуму простой оборудования и перерывы в подаче электроэнергии потребителям.

Расчет селективности автоматов

Устройства защиты — это в большинстве случаев не какие-то хитрые приборы, а стандартные и хорошо знакомые всем автовыключатели. Чтобы обеспечить им верную селективность, нужно просто верно подобрать натройки параметров. Работа таких агрегатов базируется на следующем условии:

Iс.о.послед ≥ Kн.о.* I к.пред., где:

Iс.о.послед — ток, при котором защита начинает действовать;
I к.пред. — ток короткого замыкания в конце защитной зоны;
Kн.о. — коэффициент надежности, который зависит от ряда настроек.

Вычислить селективность при управлении приборов по времени можно, используя такую схему:

tс.о.послед ≥ tк.пред.+ ∆t, где:

tс.о.послед и tк.пред. — временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов в порядке близости к источнику питания;
∆t — временная ступень селективности.

Характеристики теплового реле

Основная характеристика для тепловых реле — это время срабатывания, которое зависит от тока нагрузки. Другими словами, данная характеристика называется время-токовой. Если рассматривать общий случай, то до подачи нагрузки через реле будет протекать ток I. В таком случае нагрев биметаллической пластины будет составлять q

Во время проверки данной характеристики очень важно учитывать, из какого состояния (перегретого или холодного) осуществляется срабатывание прибора. Кроме того, при проверке данных устройств очень важно помнить, что пластина не является термически устойчивой при возникновении тока короткого замыкания

Выбор тепловых реле осуществляется следующим образом. Номинальный ток такого защитного устройства выбирается исходя из номинальной нагрузки электрического двигателя. Выбранный ток реле должен составлять 1,2-1,3 от номинального тока электродвигателя (тока нагрузки). Другими словами, такое устройство сработает в том случае, если в течение 20 минут нагрузка будет составлять от 20 до 30 %.

Очень важно понимать, что на работу теплового реле значительное влияние оказывает окружающая температура воздуха. Из-за роста температуры окружающей среды будет уменьшаться ток срабатывания данного приспособления

Если данный показатель будет слишком сильно отличаться от номинального, то нужно будет либо провести дополнительную плавную регулировку реле, либо же покупать новый прибор, но с учетом реальной температуры окружающей среды в рабочей зоне этого агрегата.

Чтобы уменьшить влияние окружающей температуры на величину срабатывания тока, необходимо приобретать реле с большим номинальным значением нагрузки. Для того чтобы добиться правильного функционирования теплого устройства, устанавливать его стоит в том же помещении, в котором находится и контролируемый объект. Однако нужно помнить, что реле реагирует на температуру, а потому располагать его вблизи концентрированных источников тепла запрещается. Таким источниками считаются котлы, источники отопления и прочие похожие системы и приборы.

Читайте также: