Что такое селективность в системе электроснабжения как она обеспечивается
Современные технологии обеспечения селективности в сетях электроснабжения
При проектировании, монтаже и последующей эксплуатации современных систем электроснабжения основной задачей является обеспечение надёжной и безопасной работы сети за счёт соблюдения селективности. Другими словами — согласования рабочих характеристик аппаратов защиты для того, чтобы в случае перегрузки или короткого замыкания (КЗ) срабатывало только устройство, в защищаемой цепи которого возник сверхток. При этом остальная часть электроустановки должна оставаться в рабочем состоянии.
ГОСТ Р 50030.2-2010 выделяет две разновидности селективности.
Первая — полная — когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков оборудование со стороны нагрузки (потребителей) осуществляет защиту без срабатывания устройства со стороны питания.
Вторая — частичная — когда при последовательном соединении двух аппаратов защиты от сверхтоков оборудование со стороны нагрузки осуществляет защиту без срабатывания аппарата со стороны питания лишь до определённого уровня сверхтока Is (предельный ток селективности).
Избирательность срабатывания устройств защиты достигается путём регулировки и согласования их параметров и уставок. Например, для селективной работы оборудования при перегрузках достаточно, чтобы номинальный ток (In) защитного аппарата со стороны питания был больше In автоматического выключателя (АВ) со стороны нагрузки.
Добиться согласования рабочих характеристик устройств защиты при коротких замыканиях (КЗ) гораздо сложнее. «Чаще всего для обеспечения координации срабатывания защитных аппаратов в зоне КЗ 1 специалисты используют токовый метод обеспечения селективности. Он основывается на выборе автоматических выключателей с различными уставками по току, причём более высокие значения должны иметь аппараты защиты на стороне питания. Этот способ наиболее простой, но полная селективность обеспечивается только в конечных распределительных щитах, где расчётные токи КЗ и номиналы выключателей небольшие. Для более сложных распределительных устройств он недостаточен», — рассказывает Алексей Данкин, главный инженер компании «МПО Электромонтаж».
В зоне КЗ помимо токового могут использоваться такие методы обеспечения селективности, как временная, энергетическая и зонная. Ознакомимся с каждым типом координации рабочих характеристик аппаратов защиты в теории и на практике.
Временная селективность
Теория
Данный тип селективности достигается за счёт введения преднамеренной задержки времени срабатывания автоматических выключателей. «Настройка защитных аппаратов осуществляется путём постепенного повышения порогов токов и задержки срабатывания по мере приближения к источнику питания, – поясняет Игорь Мещеряков, менеджер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации. – Уставка срабатывания по времени аппаратов на стороне питания должна быть такая, чтобы не создавать зон пересечения с аппаратами на стороне нагрузки. Нужно убедиться, что выбранные вышестоящие автоматические выключатели с задержкой срабатывания имеют значение кратковременно выдерживаемого тока (Icw), превышающее максимальный ток КЗ, который может протекать в рассматриваемой части установки. Значение Icw нормируется для аппаратов категории применения В по ГОСТ Р 50030.2-2010 2 ».
Временная селективность обычно реализуется в электроустановках на уровне вводных устройств и главных распределительных щитов (ГРЩ) между воздушными автоматическими выключателями (относятся к аппаратам категории применения В по ГОСТ), которые оснащены электронными расцепителями с защитой от КЗ, срабатывающей с задержкой.
Анализ селективности проводится путём сравнения времятоковых кривых срабатывания защитных устройств.
Практический пример
Рис. 1. Расположение аппаратов защиты
На стороне питания установлен воздушный АВ Emax E2N на 2000 А. Исходя из параметров электрической сети (сечение кабеля, установленная мощность электроприёмников) для защиты со стороны нагрузки был выбран АВ в литом корпусе Tmax T5N на 630 А. Расположение аппаратов защиты приведено на рис. 1. Проверим, обеспечивается ли селективность между этими устройствами.
В первую очередь нужно построить времятоковые характеристики срабатывания двух аппаратов защиты. Более точно это позволяет выполнить специальное программное обеспечение, разработанное производителем автоматических выключателей. Пример полученных характеристик приведен на рис. 2.
Рис. 2. Временная селективность между автоматическими выключателями АББ Emax E2N и Tmax T5N.
По графикам видно, что в зоне КЗ обеспечивается достаточная временная задержка между вышестоящим (Emax E2) и нижестоящим (Tmax T5) автоматическими выключателями. Следовательно, селективность аппаратов по времени соблюдается, причём предельный ток селективности Is равен кратковременно выдерживаемому току Icw аппарата защиты Emax E2 (для Emax E2N — это 55 кА).
Для корректного обеспечения селективности отдельное внимание следует уделить настройкам расцепителя защиты вышестоящего аппарата:
Энергетическая селективность
Теория
Координация энергетического типа является специфическим способом обеспечения селективности, который основан на токоограничивающих характеристиках автоматического выключателя в литом корпусе. В условиях КЗ такие АВ имеют чрезвычайно высокое быстродействие (время срабатывания порядка нескольких миллисекунд). Поэтому для анализа данного вида селективности невозможно использовать времятоковые характеристики автоматических выключателей, приведённые в каталогах.
«Взаимодействие и поведение двух последовательно установленных токоограничивающих автоматических выключателей в значительной степени зависит как от значения возникающего тока, так и от типоразмера АВ. Поэтому значения предельного тока селективности не могут быть определены конечным пользователем. Специально для решения этой проблемы производители предоставляют так называемые таблицы энергетической селективности и программы расчёта, в которых указаны значения предельного тока селективности Is при КЗ между различными комбинациями АВ, — разъясняет Игорь Мещеряков. — Необходимый объём технических данных, программных средств и устройств для реализации селективности любого уровня сложности может предоставить только производитель автоматических выключателей с широким ассортиментом продукции и значительными ресурсами для проведения испытаний. Ведь во многом для составления таблиц энергетической селективности необходимо именно проведение испытаний, в ходе которых проверяется срабатывание различных автоматических выключателей при КЗ».
Энергетическая селективность является основой для построения координации в распределительных щитах, вводных распределительных устройствах (ВРУ) и ГРЩ с номинальными токами от 16 А до 1600 А.
Практический пример
На стороне питания установлен токоограничивающий автоматический выключатель АББ Tmax T5N с электронным расцепителем на 400 А. Исходя из параметров электрической сети для стороны нагрузки был подобран аппарат АББ Tmax XT4N.
Расположение аппаратов приведено на рис. 1.
Руководствуясь времятоковыми характеристиками автоматических выключателей, приведенными на рис. 3, можно сделать ошибочный вывод, что Is = 6 кА (токовая селективность). В то же время, исходя из таблицы, имеющейся в брошюре АББ «Таблицы координации», которую предоставляет производитель (см. рис. 4), видно, что данная пара выключателей имеет Is = 50 кА. Следовательно, времятоковые характеристики не являются достаточным критерием для определения предельного тока энергетической селективности.
Как видно из примера, энергетический вид селективности позволяет получить значительно большие значения предельных токов селективности, чем токовая без завышения уставок защиты от КЗ.
Рис. 3. Времятоковые характеристики автоматических выключателей АББ Tmax XT4 и Tmax T5.
Рис. 4. Таблица координации энергетической селективности автоматических выключателей АББ Tmax XT4 и Tmax T5.
Важно заметить, что для реализации энергетической селективности настройки вышестоящего выключателя должны удовлетворять следующим требованиям:
Зонная селективность
Теория
Зонный тип селективности осуществляется между двумя аппаратами, объединёнными специальным информационным кабелем. Данный тип селективности основан на взаимодействии автоматических выключателей между собой посредством этого кабеля. Автоматические выключатели одного уровня объединяются в так называемые «зоны». Если любой из выключателей данной зоны обнаруживает неисправность, он посылает сигнал блокировки вышестоящему устройству защиты. Последний в свою очередь начинает отсчёт дополнительной выдержки времени. Если за это время расположенный ниже аппарат не в состоянии произвести отключение, то коммутацию производит выключатель, расположенный выше. Если выключатель из любой зоны обнаруживает КЗ и не получает сигнала блокировки, то он будет срабатывать без дополнительной задержки по времени в соответствии со стандартными настройками.
Пример топологии зон показан на рисунке 5.
Рис. 5. Топология построения зон и подключения аппаратов для зонной селективности.
Зонная селективность может быть реализована между воздушными автоматическими выключателями и АВ в литом корпусе, оснащёнными сложными распецителями на базе микропроцессоров с технологией цифровой обработки сигналов.
Практический пример
Рассмотрим реализацию зонной селективности между двумя автоматическими выключателями АББ в литом корпусе серий Tmax T4L с электронным расцепителем PR223EF. Для обеспечения зонной селективности между двумя (или более) выключателями, оснащёнными расцепителями PR223EF, необходимо реализовать подключение через последовательное соединение (шина IL).
Исходя из технических данных, предоставляемых производителем, можно определить предельный ток селективности. Для данного примера эта величина может достигать 100 кА.
Какой бы способ координации защитных аппаратов ни обеспечивался, при проектировании электрических сетей крупных предприятий обязательно составляются так называемые карты селективности. В них указываются все уставки срабатывания всех аппаратов защиты, начиная от выключателей, установленных в подстанции, и заканчивая устройствами в распределительных щитах. Облегчить процесс подбора и координации оборудования, а также составления таких карт помогает современное программное обеспечение (ПО). Например, ПО АББ Curves позволяет составить схему, построить времятоковые характеристики автоматических выключателей, проверить координацию аппаратов, а также построить карты селективности с учётом необходимых настроек расцепителей. Последнимнужноуделять особое внимание, так как без грамотных настроек даже правильно подобранные автоматические выключатели могут в результате оказаться нескоординированными между собой.
Проектирование современной селективной установки на предприятии — задача сложная и трудоёмкая, подходить к выполнению которой нужно ответственно: малейшая ошибка грозит авариями, влекущими за собой тяжёлые последствия для оборудования и персонала. Именно поэтому селективность должна обеспечиваться различными способами и на разных уровнях, тем более что современные аппараты защиты помогают реализовать различные принципы координации.
1. Под зоной короткого замыкания понимают диапазон значений тока и, следовательно, соответствующую часть кривых срабатывания автоматического выключателя, которые в 8-10 раз выше номинального тока.
2. Категорию применения выключателя следует определять с учётом того, предназначается ли он или нет для обеспечения селективности благодаря намеренной выдержке времени относительно других выключателей, последовательно присоединённых со стороны нагрузки в условиях короткого замыкания.
Селективность
Выявление повреждённых компонентов в электрических сетях и системах осуществляется при помощи защиты. Подобная защита имеет селективное действие. Благодаря этой особенности, возможны надёжная и длительная работа электрооборудования, а также безопасность его обслуживания техническим персоналом.
Основные задачи селективной защиты
Селективность – это процесс, означающий выбор (отбор). Этот термин применим к разным отраслям и направлениям деятельности человека. Например, в химии, при протекании химических реакций, ведут речь об индексе селективности. При этом рассматривают избирательность химических превращений.
Что касается человека, то его восприятие окружающего мира, выбор информации, а также её запоминание носят избирательный характер.
Что же такое селективность в электрике, и для чего она нужна?
К задачам электрической селективной защиты относятся:
К тому же селективность снижает последствия коротких замыканий и нагрузку на устройство.
Что такое селективная защита
Селективность – это способность релейной схемы защиты отыскивать повреждённый элемент сети и отключать его, а не всю схему. При этом негативные воздействия утечек тока или короткого замыкания (КЗ) не выведут из строя сеть целиком.
Селективность защиты абсолютная и относительная
Рассматривая подробно, что такое селективность, выделяют два вида избирательного действия.
По степени селективности защита делится на:
Перегорание предохранителей именно в той цепи, где произошло КЗ, носит название «абсолютной защиты».
Срабатывание автоматического выключателя поблизости от того места, где не сработал предохранитель, именуется «относительной защитой».
Внимание! Можно сказать, что от внутренних (собственных) замыканий предохраняет абсолютная селективная защита, а от внешних (соседних) и внутренних одновременно – относительная селективная защита.
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.
Расчет селективности автоматов
При рассмотрении вопроса, что такое селективность, необходимо иметь понятие, как её рассчитывают. Расчёты сводятся к правильному подбору защитного устройства, в частности, автомата.
Селективность для автоматов, расположенных поблизости к источнику питания, должна удовлетворять условию:
Iс.о.послед. ≥ Kн.о.* Iк. предыд.,
здесь:
В случае временной зависимости для расчётов избирательности используют такую формулу:
Tс.о.послед ≥ Tк.пред.+ ∆T,
Подбор автоматических выключателей при расчётах производят по таблицам.
Принцип логики
Для выполнения схем, использующих такой принцип, необходимы цифровые реле. Между собой реле соединяются линией «витая пара», кабелем ВОЛС или через телефонную линию (с использованием модема). С помощью таких линий приём (передача) информации осуществляется на диспетчерский пульт с разных объектов и между самими реле.
На приведённой Картинке 9, пояснён принцип работы логики. В каждом из 4-х цифровых реле применяется уставка по току, равная самой последней чувствительной ступени. Такая ступень имеет время срабатывания 0,2 с. Логическая селективность подразумевает возможность блокировки реле сигналом ЛО (логического ожидания). Такой сигнал подаётся по каналу от предыдущего реле защиты. Каждое из реле может передавать такие сигналы транзитом.
Как видно из рисунка, при КЗ в точке К1 все остальные реле, от сигнала ЛО, поданного реле К1, подвергнутся ожиданию. Реле К1 сработает и выполнит отключение. При КЗ в точке 2 аналогичным образом сработает реле К4.
Такие схемы построения логического управления требовательны к надёжности линий связи между элементами.
Принцип направленности
Расстановка автоматов и дальнейшая последовательность их срабатывания ориентируются на направленность тока. Для этого при помощи вектора напряжения задана какая-либо точка, относительно которой этот вектор получает фазовый сдвиг. По такому принципу реле будет чувствительно и к току, и к напряжению. Такую цепь можно установить и в отключаемой зоне, и зоне, не подлежащей отключению.
Важно! Для реализации таких схем нужны трансформаторы напряжения, чтобы с их помощью определять направление тока.
На приведённом выше рисунке можно увидеть, что защитное устройство D1 и управляемый им выключатель отреагируют на короткое замыкание в точке 1, а на замыкание в точке 2 – нет.
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.
Защита, созданная по дифференциальному принципу, может быть двух видов: продольная и поперечная.
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:
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.
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.
Видео
Что такое селективность защиты?
Что это такое?
В первую очередь, понятие «селективность» включает в себя защитный механизм и отлаженную работу неких приборов, состоящих из отдельных элементов, последовательно подключенных между собой. Зачастую такими приборами служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО и т.д. Результатом их работы является предупреждение «сгорания» электромеханизмов в случае возникновения угроз. Схема селективной работы автоматических выключателей и УЗО в щитке предоставлена ниже:
Преимуществом данной системы является ее свойство отключать лишь необходимые участки, при этом вся остальная система остается в рабочем состоянии. Единственным условием при этом остается согласованность защитных устройств между собой.
Основные функции
Итак, основными функциями селективной защиты являются:
Виды селективной защиты
Селективность защитной аппаратуры разделяется на следующие виды:
Также селективность защиты может быть абсолютной и относительной. В первом случае отключается только поврежденный участок цепи. По такому принципу работают предохранители, установленные в электроприборах. Относительная селективность защищает не только «свой участок», но и соседний, если в нем не отработала абсолютная селективная защита.
Карта селективности
Обязательно необходимо упомянуть о карте селективности, которая будет вам необходима «как воздух» для максимальной токовой защиты. Сама карта представляет собой определенную схему, построенную в осях, где отображаются все совокупности времятоковых характеристик установленных аппаратов. Пример предоставлен ниже:
Мы уже говорили, что все защитные аппараты должны быть подключены по-очереди друг за другом. И на карте отображают характеристики именно этих приборов. Главными правилами при чертежах карт являются: установки защит должны исходить от одного напряжения; масштаб необходимо выбирать с расчетом того, что будет видны все граничные точки; необходимо указать не только защитные свойства, но и максимальные и минимальные показатели коротких замыканий в расчетных точках схемы.
Стоит отметить, что в сегодняшней практике крепко закрепилось отсутствие карт селективности в проектах, особенно при небольших напряжениях. И это нарушение всех норм проектирования, которое в итоге и является результатом отключения электричества у потребителей.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Теперь вы знаете, что такое селективность защиты электрической сети и для чего она нужна. Если есть вопросы, можете задавать их на нашем форуме для электриков.
Будет интересно прочитать: