Надежная и безопасная работа электрических сетей обеспечивается различными способами, среди которых важную роль играет селективность автоматических выключателей. Она представляет собой особую функцию релейной защиты, способной избирательно обнаруживать неисправный участок или элемент в общей системе и отключать только его. Таким образом, предупреждаются аварийные ситуации, а уровень защиты становится значительно выше.
Общее понятие селективности
Для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий в системе релейной защиты применяются автоматические выключатели. В аварийной ситуации они полностью отключают потребителей, что не всегда удобно. В связи с этим были разработаны селективные схемы защиты, принцип действия которых заключается в отключении не всей линии, а только аварийного участка. Групповой автоматический выключатель остается во включенном состоянии.
Отсюда следует, что селективностью считается определенный подбор автоматов для одной системы, призванный обеспечить отключение лишь конкретного аварийного участка. То есть, срабатывает то защитное устройство, которое отвечает за этот участок, а прочие автоматы в это время работают в обычном режиме. Путем селективности согласуется работа защитной аппаратуры, установленной последовательно. При возникновении короткого замыкания или перегрузки, отключается только неисправная часть электроустановки.
Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью зависит от их номинала и характеристик срабатывания, обозначаемых как В, С и D. Система должна выстраиваться таким образом, чтобы срабатывания происходили в нужное время при различных токах коротких замыканий.
Модульные автоматы отличаются по току различными классами токоограничения, характеризующими время срабатывания электромагнитных расцепителей и собственной избирательностью. Однако быстрота не всегда имеет решающее значение, поэтому в селективных системах устанавливаются групповые автоматы, срабатывающие медленнее, чем приборы на отходящих линиях. Это позволяет исключить одновременное срабатывание основного устройства и автомата с более низким ограничением тока.
Функции и задачи селективности
Основной задачей селективной защиты является функция обеспечения стабильной работы и безопасной эксплуатации электроустановок. При возникновении аварийных ситуаций, поврежденный участок определяется практически мгновенно и сразу же отключается, не нарушая работу исправных мест. За счет селективности значительно снижается нагрузка на электроустановки, уменьшаются негативные последствия от действия короткого замыкания.
Четкая и слаженная работа защитных автоматических устройств максимально обеспечивает требования, предъявляемые к бесперебойному электроснабжению. В результате, селективность автоматического выключателя сохраняет непрерывность всех технологических процессов с участием электроустановок. Отключенные участки никак не влияют на их стабильную работу.
Основное правило устройства селективной защиты предполагает установку автоматов с номинальным током, более низким, чем у вводного устройства. Суммарно они могут превышать номинал группового автомата, но по отдельности каждый из них должен быть хотя-бы на одну ступень ниже. То есть, при установке вводного устройства на 50 А, следующий прибор на линии будет иметь номинал не выше 40 А. Первым всегда срабатывает автомат, ближе всего расположенный от места повреждения.
Селективность автоматов обеспечивается их конструкцией. Включение и отключение питания выполняется специальным рычажком. Неподвижные контакты соединяются с клеммами, к которым, в свою очередь, подключаются проводники. Быстрое размыкание осуществляется с помощью подвижного контакта, соединенного с пружиной. Расцепление обеспечивается биметаллической пластиной, изгибающейся после нагрева в случае превышения током своего предельно допустимого значения.
Для настройки токов срабатывания имеется регулировочный винт. В совокупности все элементы способствуют быстрому определению неисправного участка и отсечению его от работоспособных частей.
Основным принципом селективности считается поочередное срабатывание защитной аппаратуры. В случае отступлений от норм, произойдет перегрев не только автоматов, но и электропроводки. В результате, возникают аварийные ситуации с серьезными негативными последствиями.
Виды селективности защитных устройств
Устройства автоматической защиты классифицируются по ПУЭ в соответствии со схемами подключения:
- При полной схеме осуществляется последовательное подключение нескольких устройств. В случае аварии быстрее всех сработает аппарат, находящийся на минимальном расстоянии от места неисправности. Это основное условие работы защитных систем.
- Частичная схема селективной защиты действует аналогично предыдущему варианту, за исключением некоторых ограничений, установленных для величины тока.
- Временные схемы отличаются избирательностью, то есть, различным временем выдержки устройств с одинаковыми параметрами. Таким образом, обеспечивается не только селективная защита, но и страховка автоматов по скорости отключения на случай их неисправности. Например, первый прибор должен сработать через 0,2 секунды. Если он оказался неисправным, то через 0,4 секунды сработает второй прибор.
- Токовая селективность имеет такой же принцип работы, как и временная, но в данном случае основным критерием служит максимальная величина токовой отметки. Значения тока выставляются в направлении от источника питания до нагрузок в порядке убывания.
- Наиболее сложной в устройстве считается времятоковая селективность. Для таких схем используется аппаратура четырех групп А, В, С и D. Каждая из них отличается собственной реакцией на электрический ток и обеспечивает отключение в нужный момент. Защитная схема от коротких замыканий составляется с учетом индивидуальных особенностей каждой из них. При необходимости обеспечивается селективность между предохранителями и автоматическим выключателем.
- Зонные схемы чаще всего применяются на объектах промышленного производства. Данный способ селективности считается не только сложным, но и дорогим вариантом, требующим специальных приборов слежения. При этом, все полученные данные сосредотачиваются в центре контроля, который и определяет, какой автомат будет использован для отключения. То есть, он мгновенно выполняет необходимый расчет. В таких устройствах используются электронные расцепители, работающие по следующей схеме, предусмотренной ПУЭ: в случае аварийной ситуации нижестоящий аппарат, подает сигнал вышестоящему. Если через 1 секунду не произойдет срабатывания нижнего автомата, то сразу же включится второй прибор.
- Энергетическая схема предполагает быстрое действие селективности автоматических выключателей, при котором токи коротких замыканий не успевают набрать свое максимальное значение.
Правила составления карты селективности
Максимальное использование защитных свойств автоматических выключателей обеспечивается за счет составления специальной карты, отображающей селективность защиты электрической сети, с графическим обозначением всех возможных процессов. Она выполняется в виде схемы установленного образца, в которой указываются все токовые характеристики защитных устройств, включенных в конкретную электрическую сеть.
При составлении карты должны соблюдаться определенные правила:
- Все электроустановки должны быть подключены к общему источнику питания.
- Все места расположения значимых расчетных точек должны нормально просматриваться, поэтому карта селективности выполняется в наиболее подходящем масштабе.
- На схеме отмечаются защитные свойства каждого автомата, а также характеристики возможных коротких замыканий в различных точках с их минимальным и максимальным значением.
- Характеристики автоматов наносятся последовательно, в соответствии с порядком их подключения. Для правильного построения схемы используются оси с основными показателями. На основании схемы составляется специальная таблица, облегчающая выбор защитных устройств.
На правильно составленной карте отображается полная картина об уставках автоматов, согласованных между собой. Это дает возможность сравнивать параметры защитных устройств и общую селективность защиты. Сама карта в первую очередь строится на основе осей времятоковых характеристик и их разновидностей. Как правило, в одной этой схеме отображаются параметры двух или трех автоматов. Горизонтальная ось абсцисс содержит токовые величины (в кВт), а на вертикальной оси ординат отмечается время (с).
Ускорить составление карты помогает специальная программа, которую можно легко найти в интернете. Иногда такие схемы отсутствуют в проектной документации на электрооборудование. Это может привести к нарушениям установленных норм и отключениям питания потребителей.