Что такое селективность? Расчет селективности автоматических выключателей

Представление о том, что такое селективность, можно получить, если рассмотреть схему работы домашнего электрического щита.

При коротком замыкании на кухне или в другом помещении должен сработать только тот защитный аппарат, который относится к данной цепи. Автомат на вводе при этом не отключится и будет проводить электричество к остальным участкам. Если по каким-либо причинам выключатель для кухни не сработал, тогда неисправность проконтролирует автомат ввода, отключив питание во всех электрических цепях.

Две зоны характеристик время-токового типа

Для более удобного понимания сути рассматриваемой темы определимся с такими понятиями, как «Зона КЗ» и «зона перегрузки»:

1. Часть кривой характеристик, на которой отображаются параметры срабатывания устройства автоматического вида, спровоцированного тепловым расцепителем, именуется «Зоной перегрузки».
2. Зона, где срабатывание происходит посредством магнитной защиты, называется «Зоной КЗ».

Схематическое изображение обеих частей выглядит следующим образом:

Чтобы получить полную картину всего происходящего, потребуется ввести новое понятие. Это – частичная и полная селективность приборов выключения автоматического типа. Точное определение достаточно сложно для восприятия большинства читателей, поэтому обозначим его в достаточно простом варианте. Селективность в общем виде можно обозначить, как свойство выключателей к выборочному отключению.

При полном варианте выполняется установка, обеспечивающая отключение в момент повреждения самого удаленного от вводного автомата, с продолжением функционирования остальных.

Частичный способ предусматривает такое срабатывание при меньших параметрах тока замыкания, а при токе полной величины это требование не выполняется.

Выбор защиты

3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.

Защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при КЗ в конце защищаемой линии: одно-, двух- и трехфазных — в сетях с глухозаземленной нейтралью; двух- и трехфазных — в сетях с изолированной нейтралью.

Надежное отключение поврежденного участка сети обеспечивается, если отношение наименьшего расчетного тока КЗ к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя будет не менее значений, приведенных в 1.7.79 и 7.3.139.

3.1.9. В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной в 1.7.79 и 7.3.139 кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:

300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку);

100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки);

125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается.

Наличие аппаратов защиты с завышенными уставками тока не является обоснованием для увеличения сечения проводников сверх указанных в гл. 1.3.

3.1.10. Сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией, должны быть защищены от перегрузки.

Кроме того, должны быть защищены от перегрузки сети внутри помещений:

осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т. п.), а также в пожароопасных зонах;

силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях — только в случаях, когда по условиям технологического процесса или по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников;

сети всех видов во взрывоопасных зонах — согласно требованиям 7.3.94.

3.1.11. В сетях, защищаемых от перегрузок (см. 3.1.10), проводники следует выбирать по расчетному току, при этом должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:

80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;

100% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), — для кабелей с бумажной изоляцией;

100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) — для проводников всех марок;

100% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией;

125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для кабелей с бумажной изоляцией и изоляцией из вулканизированного полиэтилена.

3.1.12. Длительно допустимая токовая нагрузка проводников ответвлений к короткозамкнутым электродвигателям должна быть не менее:

100% номинального тока электродвигателя в невзрывоопасных зонах;

125% номинального тока электродвигателя во взрывоопасных зонах.

Соотношения между длительно допустимой нагрузкой проводников к короткозамкнутым электродвигателям и уставками аппаратов защиты в любом случае не должны превышать указанных в 3.1.9 (см. также 7.3.97).

3.1.13. В случаях, когда требуемая допустимая длительная токовая нагрузка проводника, определенная по 3.1.9 и 3.1.11, не совпадает с данными таблиц допустимых нагрузок, приведенных в гл. 1.3, допускается применение проводника ближайшего меньшего сечения, но не менее, чем это требуется по расчетному току.

Селективные автоматические выключатели

Селективные автоматические выключатели – это современные устройства защиты. Они обеспечивают селективность (выборочность), т.е. защиту сразу по нескольким вариантам сработки. Устройства способны, условно говоря, различать — от чего защищать сеть и какие исполнительные механизмы задействовать. Слова и фразы сложные, но описывают они большинство современных автоматических выключателей и приборов защиты, которые появились на их основе. Это позволяет при возникновении аварийной ситуации отключать не всю сеть, как 30-40 лет назад, а только проблемный участок. Вторая задача селективных приборов – обеспечить работоспособность сети при коротких перегрузках, не отключая всю систему электроснабжения.

Автоматические выключатели DZ47-60 169 товаров от 125 ₽

Автоматические выключатели NB1-63 168 товаров от 318 ₽

Автоматические выключатели NBH8-40 22 товара от 445 ₽

Автоматические выключатели NXB-63 156 товаров от 250 ₽

Чтобы понимать, что такое селективный автомат, надо вернуться к азам. Сеть защищают обычно по двум параметрам. Первый – защита от перегрузки линий по току или мощности, из-за превышения которых проводники могут греться, что в итоге приводит к возгоранию, или, как минимум, к перегоранию проводника (обычно в месте самого слабого контакта). Для защиты по данному типу воздействия используется тепловой расцепитель – подвижная биметаллическая пластина, встроенная в цепь автомата, которая при нагревании способна разрывать линию передачи тока. Ее предшественник – одноразовый плавкий предохранитель.

Второе – защита от тока короткого замыкания. Здесь сложнее: ток КЗ – очень большой ток, который способен пройти по проводнику без наличия нагрузки и буквально сжечь потребителя. То есть ток короткого замыкания действует намного быстрее, чем греется проводник. Этот ток распознается за счет устройства электромагнитного расцепителя. Ранее они использовались только как отдельные устройства защиты.

По сути, на данных двух системах сегодня строится любой самый простой автоматический выключатель. И он уже обладает селективностью по типу сработки. Далее степени селективности автомата только добавляются. Например, если на автомате реализована сработка с отсрочкой по времени при сверхтоках пуска (автоматы группы D по время-токовой характеристике, используются для подключения асинхронных двигателей) – то это еще одна степень селективности.

Указанные выше два типа защиты можно реализовать за счет одной системы определения силы тока в автомате с применением электронного, полупроводникового и других типов расцепителей. Такие устройства сегодня можно программировать, настраивать, что обеспечило им применение в промышленности, где требуются различные варианты работы оборудования и его защиты. Это высшая форма селективности.

Развитие темы селективности устройств защиты простые автоматы превратило сегодня в дифавтоматы, а после и в УЗО с функциями молниезащиты. Таким образом, селективность обеспечивает не только защиту и отключение цепи, но и развитие оборудования для контроля безопасной работы любых цепей.

У любого автомата сегодня есть несколько параметров сработки, как минимум два: ограничение по току (срабатывает тепловой расцепитель), ограничение по току короткого замыкания (обычно для обеспечения данного параметра используется электромагнитный или электронный расцепитель).

Селективные автоматические выключатели появились как ответ для решения ряда проблем. Это и дороговизна обслуживания систем после аварийных ситуаций, постоянные затраты на комплектующие (предохранители меняются на новые постоянно, а автомат может выдержать до 10000 циклов отключения), для снижения уровня простоя оборудования при ложных срабатываниях.

Автоматические выключатели DZ158 16 товаров от 639 ₽

Автоматические выключатели NB1-63H 168 товаров от 284 ₽

Автоматические выключатели NBH8-40 42 товара от 654 ₽

Автоматические выключатели NXB-125G 42 товара от 862 ₽

Селективность – это свойство защиты определять неисправный элемент

Эксплуатация электрических сетей с самого начала их появления изменилась до неузнаваемости. И в первую очередь упор был сделан на безопасность. И это понятно. Поэтому системы защиты всегда усовершенствуются, этот процесс никогда не останавливался. Но тут перед разработчиками встала задача определения неисправностей по мере их серьезности. То есть, существуют ситуации, которые можно отнести к ненормальным, но приемлемым. Есть ситуации, которые требуют оперативного вмешательства в виду возможности появления короткого замыкания и выхода из строя части электроустановки. Поэтому система защиты строилась на избирательности или селективности. Итак, селективность – это качество защитной системы отличать неисправности электрических сетей или установок, выявлять их и отключать от работающих в нормальном режиме.

Современные системы электрической защиты могут иметь селективность:

• Абсолютную.
• Относительную.

В первом случае защита действует только в своей зоне. Во втором случае не только в собственной зоне, но и в соседней. При этом относительная селективность обеспечивается дополнительными приборами с разными функциями. К примеру, с определенной выдержкой времени, при котором он будет срабатывать.

Существует специальный стандарт, в котором определяются все виды селективности, его номер ГОСТ Р 50030.1. В этом документе подробно расписано, по каким критериям разделяется данное понятие. Рассмотрим основные.

Селективность по сверхтокам

В первую очередь обозначим, что такое сверхтоки. Это показатели электрического тока, которые превосходят параметры тока номинального. Это касается в первую очередь силы и напряжения.

Поэтому селективность в данном случае координирует работу нескольких устройств по установленным показателям. При этом учитывается тот факт, что каждое устройство имеет свой диапазон срабатывания. Остальные же не реагируют на изменения параметров сети. То есть, получается следующая схема. Существует определенная селективность между двумя автоматическими выключателями, которые расположены в схеме последовательно.

Так вот со стороны нагрузки выключатель разрывает цепь. А со стороны подачи тока он находится в замкнутом состоянии. То есть, последний обеспечивает током все остальные участки цепи. Такая селективность называется частичная. Именно она обеспечивает неполную загрузку установки при необходимости устранить неполадки (короткое замыкание или перегруз) на одном участке. При этом остальные работают в штатном режиме.

Существует полная селективность, это когда срабатывает автоматический выключатель на входе, то есть, на питающем контуре. При этом второй выключатель, стоящий на нагрузке, не отключается. В принципе, в этом и нет смысла, потому что электрическая схема отключается в данном случае полностью.

Но тут необходимо пояснить, что существует определенная зависимость между номинальной силой тока и током перегрузки. Полная селективность обеспечивает любой показатель сверхтока. А вот в частичной действие двух выключателей совершенно происходит по-другому. Для этого учитывается селективность каждого выключателя, которая зависит от силы сверхтока. При этом сила тока, отключающая автоматический выключатель (селективное УЗО) на нагрузке должна быть меньше, чем на питании.

Существуют две основные причины, при которых есть необходимость отключать электрическую схему:

• Перегрузка сети.
• Короткое замыкание.

Во-первых, зона перегрузки встречается больше и чаще. Во-вторых, для защиты от этой причины в цепь устанавливается в основном тепловая защита.

Зона короткого замыкания – это диапазон величин силы тока, который превосходит номинальный в восемь-десять раз. Поэтому в данном случае используется магнитная защита. Такое событие маловероятно в электрических цепях, которые собраны грамотно. Но, как говорится, береженного бог бережет.

Методы обеспечения

Что касается зоны перегрузки, то здесь используется только один вид селективности – времятоковый. В зоне короткого замыкания видов селективности может быть больше.

• Токовая.
• Временная.
• Энергетическая.
• Зонная.

Времятоковая характеристика определяет работу двух последовательно установленных выключателей, при которой время срабатывания первого, стоящего на нагрузке, быстрее, чем второго, стоящего на питании.

Внимание! Чем больше сила тока при перегрузке, тем быстрее срабатывает защитное устройство.

Поэтому при выборе автоматических выключателей для электрической сети, необходимо учитывать их пороги: по времени и по силе тока (номиналу). При этом выключатель со стороны нагрузки всегда должен срабатывать быстрее, чем выключатель (селективное УЗО) со стороны питания.

Токовая селективность основана на величине определяемого напряжения. Известно, что чем ближе к источнику короткого замыкания, тем сверхток на этом участке больше, а, значит, выше напряжение. Установив автоматические выключатели по участкам, можно легко определить, на каком из них произошло короткое замыкание.

Временная селективность – это качественное продолжение токовой селективности. Здесь также определяется защита по току, но добавляется и временной диапазон. При этом защитное устройство при коротком замыкании срабатывает не сразу, а только после определенного времени задержки. Для чего это необходимо? Цель – дать возможность сработать защитным устройствам на прилежащих участках, чтобы отключить область короткого замыкания от них.

Энергетическая селективность является специфичной. Она характеризуется токоограничивающими показателями. Поэтому в электрических сетях используются так называемые автоматические выключатели в литом корпусе, у которых время срабатывания отключения определяется тысячными долями секунды. То есть, они срабатывают настолько быстро, что ток короткого замыкания не успевает достичь своего максимального показателя.

Зонная селективность работает по принципу диалога между токоизмерительными устройствами, которые, обнаружив порог превышения параметров тока, тут же отключают зону неисправности. Самое главное, что защитное устройство точно определяет зону отключения. По сути, это временная селективность, только с более быстрым отключением сети.