Селективность

Для повышения степени защиты электрических цепей и электрооборудования, подключаемого к ним, были разработаны специальные методики, одним из важнейших понятий которых является селективность. При проектировании цепей электропитания любых объектов обязательно учитывается селективность всех защитных элементов, подключенных в сеть.

Пример построения схемы защиты сети в жилом доме по селективному принципу

Понятие селективности в электрических сетях

Селективность нельзя определить отдельно взятой величиной конкретного прибора, селективность – это система, которая предусматривает последовательное включение в цепь элементов защиты. Чтобы лучше понимать, что такое селективность, надо разобраться, по какому принципу строятся схемы защиты. Каждый элемент защиты выбирается по величине тока срабатывания и месту установки в схеме. Это зависит от мощности, которую потребляет нагрузка на конкретном участке цепи. Элементами защиты могут быть:

• Автоматические выключатели;
• УЗО (устройства защиты от прикосновения);

Внешний вид модульных автоматических выключателей

• Плавкие вставки предохранителей;
• Дифференциальные автоматические выключатели, пробки и другие устройства защиты.

Некоторые модели плавких вставок

Цель селективного принципа установки элементов защиты – предотвратить выход из строя дорогостоящего электрооборудования при возникающих неисправностях в электроустановках. При проектировании селективной системы защиты составляется специальная карта селективности.

Принцип селективности

При проектировании схем на объектах с различным оборудованием в электрике обязательно учитываются вопросы, обеспечивающие безопасность эксплуатации электроустановок. Все устанавливаемые элементы защиты имеют определенные технические характеристики и не являются универсальными для различных аварийных ситуаций.

Селективность переводится на русский язык как избирательность, правильно выбранные технические характеристики элементов защиты для конкретного участка цепи обеспечивает надежную безаварийную эксплуатацию. Электрическую цепь на любом объекте разделяют на участки, где устанавливаются автоматические выключатели определенной категории, с соответствующими характеристиками.

Для наглядности работы селективных схем защиты рассмотрим цепи, где ток проходит от источника питания напрямую к потребителю (нагрузке). В этом случае неисправность, короткое замыкание, утечка тока через изоляционный слой и другие причины могут возникнуть в разных местах:

• На отдельных элементах оборудования нагрузки;
• В проводке электропитания на разных участках по всей длине;
• В распределительных щитах, трансформаторных подстанциях;
• На генераторе, вырабатывающем электрический ток.

Для каждого перечисленного места, где возникает неисправность, чтобы своевременно отключить электрооборудование и предотвратить выгорание отдельных элементов, надо установить автоматы защиты с соответствующими характеристиками. Для эффективности работы все элементы защиты должны быть согласованы между собой.

Карта селективности трехступенчатой времятоковой защиты

На диаграмме по вертикальной оси указано время в секундах, по горизонтальной оси – величина тока нагрузки. Зелеными точками отмечены значения характеристик, которым должны соответствовать защитные автоматические выключатели на каждой ступени.

Избирательность для электросети отдельного объекта можно разделить на два вида:

• Абсолютная – когда отключается конкретный участок цепи с элементами оборудования, где возникает неисправность;
• Относительная – при этом виде избирательной системы отключение может произойти на нескольких направлениях сети с различным оборудованием, независимо от того, на каком из участков возникла неисправность. Особенно это актуально в схемах с мощными электродвигателями, где большие пусковые токи.

Для исключения ложных срабатываний устанавливаются дополнительные опции:

• Для каждого элемента нагрузки защита имеет задержку по времени на отключение;
• Устанавливается величина тока срабатывания;
• Величина напряжения;
• Температура;
• Частота, сопротивление и другие параметры, в зависимости от параметров сети и типа оборудования нагрузки.

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 току

Примером 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.

Схема селективной защиты по времени

Вводной автомат в распределительном щите ставится на интервал срабатывания в 1 секунду, промежуточный выключатель имеет интервал 0,5 секунды, а перед самой нагрузкой – автоматы с интервалом срабатывания 0,1 сек.

• 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;

Пример построения схемы зональной защиты

Логический принцип построения селективной защиты предусматривает наличие процессора, который осуществляет прием сигналов от всех последовательно включенных в цепь элементов защиты. На основании этих данных прибор принимает решение и отправляет сигнал на отключение элемента защиты в участке, где превышен порог одного из контролируемых параметров;

Схема селективной защиты, построенная по логическому принципу

• 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.

При коротком замыкании на первой линии она будет отключена, при этом вторая линия будет продолжать работать и, наоборот, при возникновении неисправности на второй линии первая не отключается. Недостатком такого метода является то, что, кроме автоматических выключателей, приходится монтировать трансформаторы напряжения на каждую фазу линии.

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.

Схема дифференциальной защиты

Достоинство этого метода в высоком быстродействии и чувствительности к изменению параметров, как недостаток можно отметить высокую стоимость оборудования.

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

• Поддерживать работоспособность исправных участков во время возникновения неисправности на смежных с ними;
• Автоматическое определение места неисправности и отключение его от рабочей сети;
• Обеспечение безопасности персонала обслуживающего электроустановки.

При построении селективной защиты необходимо соблюдать базовые принципы, все элементы устанавливаются на одно напряжение, в точках контроля должны учитываться наименьшие и наибольшие значения параметров при коротком замыкании.

Видео