что такое селективное отключение
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:
Селективность УЗО — что это такое?
С устройством защитного отключения (УЗО) знакомы многие. Современная электрическая сеть не обходится без этого элемента защитной автоматики. Основная цель его монтажа – обезопасить человека от воздействия электричества и от возгораний, вызванных токовыми утечками. Такие аварийные ситуации могут возникнуть из-за изношенной старой изоляции проводников или некачественного соединения электропроводки. Чтобы подобные аварии вовремя обнаружить и не дать им перерасти в пожар или электротравму, устанавливают устройства защитного отключения. При монтаже двухуровневой защиты применяют селективное УЗО. Что это за устройство? Чем оно отличается от обыкновенного? Какие ещё бывают виды и типы УЗО? Ниже ответим на все эти вопросы.
Что такое селективность?
Основной целью селективности является избирательность, то есть защитная автоматика выбирает только повреждённый участок и отсекает его от рабочей сети. При этом должны быть исключены нежелательные обесточения других потребителей.
Чтобы вам было понятно, рассмотрим это на простом примере.
Для обеспечения селективности защитная автоматика в распределительном щитке подключается последовательно по такой схеме:
Вводное селективное УЗО должно иметь определённую выдержку времени (от 0,06 до 0,5 с).
Наглядно про селективность УЗО на видео:
Если в стиральной машине произошла аварийная ситуация, например, пробой изоляции, то на её корпусе появится некий потенциал. Когда в квартире трёхпроводная электрическая сеть, то есть имеется защитное заземление, то УЗО отреагирует сразу и путём отключения прекратит подачу питания из сети на стиральную машину. В случае двухпроводной сети (без защитного заземления) УЗО никак не реагирует на эту ситуацию до тех пор, пока к корпусу стиральной машинки не прикоснётся человек.
В этот момент он начнёт играть роль проводника для прохождения токовой утечки на землю, и тогда устройство отключается.
Селективность в данной ситуации заключается в срабатывании УЗО, которое к месту повреждения располагается ближе, то есть группового, защищающего именно машинку. Устройство на вводе должно оставаться в рабочем положении. Это и есть принцип избирательности. Таким образом, селективность позволяет обойтись минимальными потерями, то есть обесточенной остаётся только стиральная машина, вся остальная техника в квартире продолжает работать. Также за счёт селективности облегчается поиск повреждённого участка – какое УЗО отключилось, в той группе и есть неисправность.
Обеспечение селективной работы
Для обеспечения селективности нескольких УЗО, подключенных последовательно, нужно правильно их выбрать по значениям тока и времени. Главную роль играют такие параметры УЗО, как временные и токовые уставки. Эти устройства отличаются от остальной автоматики тем, что их селективность может быть выставлена не только по значению времени, но и по току.
Исходя из временного интервала селективное УЗО имеет две разновидности:
Обратите внимание на то, что обыкновенное УЗО без функции селективности срабатывает через 0,02-0,03 с после обнаружения утечки тока. Такое устройство устанавливают для отходящих групповых потребителей, а тип «S» или «G» подходит для монтажа на входе (вблизи с источником питания).
Способ обеспечения селективности УЗО на видео:
Запомните, что вышестоящее УЗО должно иметь в три раза большую выдержку по времени, чем у устройств, защищающих отходящие линии. Аналогичная разница нужна и в варианте, когда селективная работа выстраивается по номинальному дифференциальному току отключения. Эта величина у вводного устройства должна в три раза превосходить ток групповой защиты.
Если сказать проще, вводное УЗО при возникновении утечки фиксирует разницу в величинах входного и выходного тока, но не реагирует. Оно как бы даёт возможность отработать нижестоящим устройствам. И только в том случае, если по какой-то причине эти устройства не сработали (из-за поломки самого УЗО либо допущенных ошибок при коммутировании схемы), через определённое время отключится селективное УЗО на вводе. Оно является своего рода подстраховкой групповым устройствам.
Есть ещё один случай, когда отработает вводное устройство – если токовая утечка возникнет между ним и групповым УЗО, расположенным ниже. Чтобы было понятнее, объясним на примере. Предположим вводное устройство вместе со счётчиком электроэнергии и общим автоматом смонтированы в распределительном щите, расположенном на улице. А устройства для отходящих линий установлены в щите, который расположен внутри дома. Если на кабеле между этими двумя щитами возникнет токовая утечка, то среагирует и отключится селективное УЗО на вводе.
Селективность – хорошо это или плохо – на видео:
Классификация устройств по форме токовой утечки
Практически все характеристики отображаются на корпусах устройств защитного отключения. Там указываются номинальные параметры, схема подключения и некоторые буквенные символы. Мы уже рассмотрели выше, что значат английские буквы «S» и «G», а что характеризует обозначение «В», «А» и «АС»? Эта маркировка УЗО означает разные формы токовых утечек, на которые реагирует устройство:
Все мы отлично знаем, что наша бытовая электрическая сеть имеет переменную синусоидальную форму. Казалось бы, что достаточно устанавливать УЗО «АС», зачем ещё нужны какие-то «А» и «В»? Но если вы внимательно прочитаете характеристики современной бытовой техники, то обнаружите, что в большинстве своём приборы оборудованы полупроводниковыми блоками питания. Когда синусоида доходит до этого элемента, то преобразуется в импульсный полупериод. Если повреждение произойдёт в этом месте, то устройство «АС» не обнаружит постоянную токовую утечку и не сработает.
Разновидности УЗО по принципу действия
По принципу действия бывает УЗО электронное и электромеханическое.
Для работы электронного устройства недостаточно появления токовой утечки, обязательно необходима ещё питающая сеть. Его схема дополнена электронным встроенным усилителем, получающим питание от внешних источников электричества. И если по какой-то причине на этот усилитель не будет поступать напряжение, устройство не сработает. По этой причине электромеханическое УЗО считается более надёжным, чем электронное, и получило большее распространение.
Рассмотрим, как конструктивно устроено и по какому принципу работает электромеханическое УЗО. Оно состоит из четырёх основных узлов: расцепляющего механизма и электромагнитного реле (они работают в связке), самого трансформатора дифференциального тока и проверочного элемента.
К трансформатору подключены встречные обмотки фазы и ноля. При нормальном режиме сети эти провода способствуют наведению в трансформаторном сердечнике магнитных потоков, имеющих относительно друг друга встречное направление. За счёт противоположной направленности сумма этих потоков равна нулю.
Электромагнитное реле подключено во вторичную трансформаторную обмотку и при нормальном режиме сети находится в покое. Как только появляется утечка, по проводам фазы и нуля начинают течь различные токовые величины. В итоге на трансформаторном сердечнике магнитные поля будут отличаться теперь не только по направлению, но и по величине. Сумма магнитных потоков больше не равна нолю. Ток, появившийся во вторичной трансформаторной обмотке, в определённый момент достигает значения, при котором работает электромагнитного реле. Соответственно сразу же среагирует расцепляющий механизм и УЗО отключается.
Всё-таки до сих пор механика преимущественнее электроники, поэтому при покупке выбирайте электромеханическое УЗО.
Полезные советы по выбору устройств
Как уже неоднократно говорилось, устройство защитного отключения всегда следует ставить в схему последовательно с автоматом. Если устанавливать их для каждого отдельного потребителя, то распределительный щиток получится больших размеров, в нём неудобно будет производить компоновку такого количества элементов, а дифавтоматов понадобится в два раза меньше.
Чтобы обеспечить защиту людей, выбирайте УЗО на 6, 10, 30, 100 мА. УЗО на 300 мА эффективно защитит от возгораний, его монтируют на вводе, а уже потом устанавливают устройства с большей чувствительностью. Защитить розеточные и осветительные группы можно с помощью УЗО на 30 мА, для оборудования ванных комнат и мощной бытовой техники (котлов, бойлеров) покупайте устройства с номинальным током отключения 10 мА.
Подробнее про выбор УЗО на видео:
Прежде чем начать монтаж защитной автоматики в квартире, определитесь, с помощью каких устройств вы это сделаете – дифавтоматов или УЗО. Для надёжности применяйте двухуровневую защиту с установкой на вводе селективного устройства. Основные советы по выбору мы вам предоставили. Если что-то осталось непонятным, то лучше обратитесь за помощью к профессиональным электрикам, потому что даже продавцы в магазинах электротоваров не всегда могут дать необходимую консультацию в плане выбора УЗО.
Селективность УЗО и автоматических выключателей
Заголовок звучит так, как название кандидатской диссертации на физмате. На самом деле, это ситуация, с которой мы постоянно сталкиваемся как в своем жилище, так и на крупных предприятиях или офисах. Если перевести фразу «селективность автоматических выключателей» на доступный язык: каждое устройство защитного отключения должно работать избирательно. Все равно непонятно? Тогда разберем тему подробнее.
Представим себе коммунальную квартиру из 50-х годов прошлого века. Общие коммуникации, единая электросеть с одним счетчиком в прихожей. И знаменитые керамические «пробки», которые сегодня повсеместно заменены автоматическими выключателями.
У одного из соседей в комнате замкнуло электрический утюг. Разумеется, «пробки» перегорели, и все комнаты в квартире обесточены. А причина — всего лишь точечная микро авария на одной из ветвей квартирной энергосистемы.
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
В соответствии с законом Ома, сила тока одинакова на любом участке цепи. Соответственно, при наличии нескольких последовательно расположенных защитных автоматов, первым сработает тот, у которого ток отсечки наименьший. Если расположение линий параллельное, то на вводе мы получим максимальное значение тока (сумма величин каждой «ветви»). При одинаковом токе отсечки в каждом автомате, они отключатся одновременно по всей цепи. А если защитное устройство, расположенное к потребителю, имеет меньший ток срабатывания, отключится только оно.
Рассмотрим принцип работы на простом примере правильно организованного квартирного щитка.
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:
Временная селективность
Если токовая карта селективности защит не может обеспечить избирательность аварийного отключения, применяется дополнительный порог срабатывания: по времени задержки механизма размыкания. Существуют так называемые «медленные» и «быстрые» автоматы. Возникает вопрос: для чего нужна защита с отложенным срабатыванием?
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
Идеальных вариантов обеспечения питания не бывает. Разные режимы нагрузки подразумевают различные аварийные ситуации. Именно карта селективности позволяет увидеть работу релейной защиты виртуально. Моделируя проект на бумаге, инженеры могут убедиться, что во всех режимах защита может работать правильно. Для разветвленных схем характерно наличие защитных устройств с различными времятоковыми характеристиками. Для примера возьмем любой автомат и определим его, как «нашу защиту».
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.
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.
Редко применяемые системы защиты
Материал одинаково подойдет начинающим электрикам, и энергетическим отделам крупных предприятий. Разумеется, в домашних условиях нет необходимости усложнять схему: достаточно обеспечить селективность по току отсечки.