Когда автоматическое оборудование, ответственное за размыкание в случае короткого замыкания (КЗ), будет неисправным, благодаря селективности потребители смогут получить нормальное питание без перебоев.
Селективность автоматических выключателей в домашнем щитке
В данном материале мы подробно рассмотрим понятие селективности, её необходимость даже в домашних электрических щитках. Также развеем заблуждение, что увеличение номинала вводного автомата автоматически обеспечивает селективность по отношению к автоматам отходящих линий.
Определение селективности: Селективность представляет собой координацию автоматических устройств отключения, которая позволяет устранить повреждение, произошедшее в определённой секции электросети, с помощью автоматического выключателя, установленного непосредственно перед местом повреждения. То есть, в двухступенчатой системе защиты, характерной для большинства домашних щитов, при возникновении перегрузки или короткого замыкания в линии, питающей, к примеру, розетки на кухне, отключается только автомат, питающий эту конкретную линию (обозначен как АВ2). При этом остальные группы потребителей остаются включёнными, а вводной автомат (АВ1) продолжает работать без отключения. Это визуально представлено на 
(Рис. 1).
Рис. 1
Когда распределительная сеть полностью селективна, любой ток перегрузки или КЗ приводит к отключению АВ2, в то время как АВ1 продолжает работать. Если же отключение происходит лишь до определённого значения тока короткого замыкания, то такая селективность называется частичной, подразумевающей, что отключение может происходить лишь до определённого предела, именуемого пределом селективности. Но почему большее значение номинала вводного автомата не является гарантией полной селективности по отношению к нижестоящим автоматам? Для этого нам предстоит вспомнить, что такое кривая отключения автоматического выключателя.
Как влияет кривая отключения на селективность
Кривая отключения автоматического выключателя — это графическая зависимость времени отключения от силы тока, протекающего через устройство (представлено на 
(Рис. 2)).
Рис.2
Кривые отключения имеют две ключевых зоны:
— Зона срабатывания защиты от перегрузок (тепловой расцепитель): чем выше ток, тем быстрее происходит отключение устройства.
— Зона срабатывания защиты от короткого замыкания (электромагнитный расцепитель): если ток превышает установленный предел этого типа защиты, время отключения будет составлять менее 0,1 секунды.
Существует три основных типа кривых отключения:
Тип B: электромагнитный расцепитель срабатывает при токе 3.5·In (где In — номинальный ток);
Тип C: срабатывает при 5–10·In;
Тип D: срабатывает при 10–20·In.
Следует понимать, что мгновенное отключение (менее 0,1 секунды) электромагнитным расцепителем происходит только при превышении верхней пороговой границы тока. Например, для типовой кривой C, порогом станет превышение в 10 раз. Подробно ознакомиться с кривыми отключения можно в другой нашей статье:
Кривые отключения модульных автоматов.
Возвратимся к вопросу селективности и обратим внимание на зоны действия теплового и электромагнитного расцепителей. Для объяснения сравним время-токовые характеристики автоматических выключателей с типом С и номиналами 25А и 10А (
(Рис. 3)).
Рис.3
Селективность в зоне перегрузки
При токе в 13А автомат С10 отключится за время от 100 до 1000 секунд, в то время как С25 не отключится. При токе 37А автомат С10 отключается за временной интервал от 10 до 60 секунд, тогда как С25 отключается за 100 до 600 секунд. Это показывает, что время срабатывания теплового расцепителя автомата С25 будет всегда больше, чем у автомата С10. Поэтому селективность в зоне перегрузки достигается.
Селективность в зоне короткого замыкания
На графиках видно, что предельный ток селективности в зоне короткого замыкания имеет значение минимального тока, при котором срабатывает электромагнитный расцепитель автомата С25, а именно 125А. Если предполагаемый ток короткого замыкания (максимально возможный сверхток) в рассматриваемой точке окажется менее 125А, можно говорить о полной селективности — при скрытом сверхтоке от 50 до 125А, низший автомат С10 будет отключаться мгновенно, а высший автомат С25 останется включённым. Однако если ток КЗ равен или больше 125А, говорить о полной селективности уже не приходится, так как 125А в этом случае станет «пределом селективности».
Рассмотрим другой пример: если заменить автоматы на В10 и D25, предельное значение селективности увеличится до 250А (
(Рис. 4)).
Рис.4
Теперь, что будет, если короткое замыкание происходит в точке КЗ 1? (
(Рис. 5)).
Рис.5
Общее понятие селективности
Как было уже упомянуто выше, селективностью называется особенность релейной защиты. Она подразумевает возможность локализации неисправного элемента в электросети и отключение конкретного аварийного участка без отключения всей системы в целом.
Рассматривая селективность, можно выделить два её вида: абсолютная и относительная.
- Абсолютная селективность подразумевает, что защитные устройства срабатывают строго на том участке сети, где произошла авария или замыкание.
- Относительная селективность приводит к отключению автоматов, находящихся поблизости, если защита на проблемном участке не сработала должным образом.
Главные функции
Ключевыми задачами селективной защиты являются обеспечение надежной и бесперебойной работы электрических систем, а также предотвращение повреждения механизмов при возникновении потенциальных угроз. Основным требованием для правильной работы такого типа защиты является согласованность между различными защитными устройствами.
Когда возникает аварийная ситуация, испорченный участок электросети может быть выявлен и отключен мгновенно благодаря селективной защите. При этом исправные участки продолжают функционировать, и отключенные не мешают их работе. Такой подход значительно снижает нагрузку на электрические установки.
Базовый принцип организации селективной защиты заключается в том, что автоматические выключатели должны иметь номинальные токи ниже, чем вводное устройство. Общая величина может превышать номинал группового автомата, но в отдельности — ни в коем случае. Например, если вводное устройство номиналом 50 А, следующий автомат не должен превышать 40 А. В результате сработка наиболее близкого к месту происшествия устройства становится приоритетной.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Выбор автоматических выключателей, включая защиту с абсолютной селективностью, должно основываться на значениях их номинала и характеристик срабатывания, обозначенных буквами В, С и D. Часто для защиты электрической системы используются разные виды автоматов, предохранителей и устройств защиты от короткого замыкания (УЗО).
Основные функции селективной защиты заключаются в следующем:
- Обеспечение безопасности электрических приборов и персонала;
- Быстрое обнаружение и отключение повреждённой зоны электросистемы (при этом работающие секторы не приостанавливаются);
- Снижение негативных последствий для рабочих частей механизмов;
- Снижение нагрузки на системы, предотвращение повреждений в неисправной области;
- Гарантия непрерывной работы и долговременного электроснабжения.
- Поддержка оптимального функционирования установок.
Абсолютная и относительная селективность защиты
Определение селективности дано в ГОСТ IEC 60947-1-2014. Ведущее внимание уделяется двум категориям селективности — абсолютной и относительной. Когда работа защиты скоординирована так, что она выполняет отключение исключительно внутри определённой защищенной зоны, это означает наличие абсолютной селективности.
В данной ситуации максимальный ток селективности оказывается равным максимальной отключающей способности расположенного ниже автоматического выключателя.
В случае срабатывания защиты в резервном режиме, когда не происходит отключение на проблемном участке, это называется относительной селективностью. В этом случае может произойти отключение высокорасположенных автоматов.
При превышении установленного предела тока автоматического выключателя, то есть при отсутствии чрезмерных перегрузок, селективная защита сработает практически безотказно. Однако добиться этого будут сложнее в ситуации короткого замыкания.
Информация о выпускаемых устройствах, касающаяся их характеристик, размещается на корпусах аппаратов и на официальных сайтах производств. Важно уметь читать маркировку автоматов, так как связывать выключатели необходимо по таблицам, принадлежащим лишь одному производителю. При этом следует учесть, что группы, формируемые по принципу относительной селективности, часто имеют больше функций.
Упрощение задачи происходит при помощи таблиц селективности, которые производители прилагают к своим продуктам. С их помощью можно создать защитные группы, обладающие селективностью.
В таблицах буква Т обозначает полную селективность пары автоматов, а соответствующее число — частичную. Когда ожидаемое значение тока короткого замыкания оказывается ниже, чем номер, указанный в таблице, селективность будет обеспечена.
Чтобы проверить селективность между верхним и нижним автоматами, достаточно найти точку пересечения горизонтальной и вертикальной линий на графике. Обеспечение селективности является важной задачей при организации питания для потребителей, относящихся к критическим категориям.
Без селективной защиты могут произойти остановка производственного процессов, повреждение линий, отключение систем климат-контроля, а также систем дымоудаления и других.
Виды селективных схем подключения
Существует не только абсолютная и относительная селективность; также выделяют еще семь видов селективной защиты:
- Зонная;
- Времятоковая;
- Энергетическая;
- Временная;
- Полная;
- Частичная;
- Токовая.
Для достижения необходимой селективности защиты электрических сетей с автоматическими выключателями применяются различные методы. При этом важно также правильно устанавливать автоматы, следуя выбранной схеме и установленным правилам монтажа.
Вид #1 — полная и частичная защита
Полная селективная защита подразумевает, что в случае последовательного подключения пары автоматов, появление сверхтоков приводит к отключению только того устройства, которое находится в непосредственной близости к месту неисправности.
Частичная защита функционирует по тому же принципу, однако она активируется только по достижении установленного порогового значения тока.
Селективность отключения, которую обеспечивают автоматы А и В, заключается в том, что короткое замыкание, возникающее в любом участке электроустановки, будет устранено ближайшим защитным устройством выше точки неисправности. Остальные автоматы останутся включёнными.
Когда селективность устанавливается до меньшего из значений тока для двух АВ, становится возможным говорить о полной селективности между ними. В таком случае, предельный ток короткого замыкания на установке всегда окажется равным или меньшим, чем токи двух автоматов.
Вид #2 — токовый тип селективности
Токовая селективность основывается на предельном значении тока. От объекта до ввода токовые значения расставляются по возрастанию. Механизм этой селективности схож с временной селективностью.
Разница заключается в том, что задержка происходит по значению тока: чем ближе место короткого замыкания к вводу, тем выше ток КЗ. Временные параметры отключения могут быть схожими.
Определение повреждённой зоны, возникшей из-за короткого замыкания, осуществляется через установку значений срабатывания на различные величины тока. Полная селективность может быть достигнута лишь в условиях низкого тока короткого замыкания, при этом между двумя автоматами должно превышать значительное электрическое сопротивление. Это приведет к тому, что токи КЗ будут существенно отличаться.
Такой вид селективности, как правило, применяется в конечных распределительных щитах. Здесь сочетаются небольшие номинальные токи и высокие токи короткого замыкания из-за значительного полного сопротивления соединительных кабелей.
Данный подход к селективности представляет собой экономичный и эффективный метод, обеспечивающий работу в короткие сроки. Однако частая токовая селективность является частичной, так как максимально допустимый ток, как правило, невысок.
На изображении представлена токовая селективность с использованием автоматических выключателей. Здесь видно, как токовые характеристики расположенных последовательных автоматов смещены по оси тока.
Если значения Isd1 и Isd2 находятся в равных или очень близких пределах, то Is — максимальный ток селективности равен Isd2. Если же эти значения значительно разнятся, то Is = Isd1.
Условием для обеспечения селективности по току служат неравенства: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. В этом случае максимум селективности будет равным Is = Isd1.
Селективность по току
У всех трёх защит минимальная задержка срабатывания составляет 0,02 секунды. Однако параметры срабатывания по току (уставки) различаются:
- для выключателя №1 — 200 А;
- для автомата №2 — 300 А;
- для защиты №3 — 400 А.
В случае возникновения короткого замыкания, ток резко возрастает. Это приводит к срабатыванию защиты и отключению. При токовой селективности автоматических выключателей, если защита №1 не сработает, её функции резервирует следующая — №2.
Время-токовая селективность
Для настройки защиты электрических установок с напряжением до 1000 В также применим другой метод — согласование время-токовых характеристик используемых автоматических выключателей.
К примеру, можно достичь селективности отключения защиты, подобрав время-токовую характеристику автомата В так образом, чтобы она находилась на заданном расстоянии ниже характеристики выключателя А. Определить эту зону можно опытным путём, учитывая возможные погрешности срабатывания защит. На основе этой зоны составляются таблицы селективности.
Современные производители, вместе с автоматами, предоставляют клиентам готовые таблицы селективности. С их помощью легче выбрать все выключатели, которые бы обеспечили полную селективность и максимальную безопасность оборудования.
При выборе защитных устройств с учётом требований селективности вам удастся получить два преимущества: повышенная надежность электросистемы и упрощение поиска повреждений в цепи, по которой протекает ток. Важно заметить, что добиться селективности защиты гораздо сложнее, если используются аппараты разных производителей. Поэтому лучше всего устанавливать автоматы одного и того же производителя и опираться на таблицы селективности.
Автор публикации Кирилл Голубничий
Карта селективности
Для наиболее эффективной защиты автоматических выключателей требуется создание карты селективности. Это график, отображающий временные и токовые характеристики всех элементов электросети.
Для составления карты необходимо выполнить несколько правил:
- Электроустановки должны получать питание исключительно от одного источника.
- Масштаб должен быть таков, чтобы позволять чётко увидеть ключевые точки.
- Информационные поля должны содержать характеристики автоматов, а также минимально возможный и максимально допустимый ток при коротком замыкании в указанных точках.
Характеристики устройств отображаются на схеме согласно реальному порядку подключения элементов электросети.
Совет! Чтобы значительно упростить и ускорить создание карты селективности, можно использовать специальные онлайн-программы.
Коротко о главном
Селективность автоматического отключения — это защита участка цепи, обеспечивающая его отключение при этом сохраняющая питание на других участках сети. Это критично для поддержания работоспособности оборудования и всей электрической системы в целом.
Селективная защита решает целый ряд задач, таких как обеспечение безопасности для людей и оборудования, минимизация последствий аварийной ситуации, быстрая локализация неисправного участка, а также сохранение стабильности электроснабжения неповреждённых секций цепи.
Существует два основных типа избирательности: абсолютная, которая отключает ближайший автомат, и относительная, активирующая более удалённые устройства, если защиты ближних аппаратов не сработали.
Среди типов селективности выделяются пять основных вариантов:
- Полная и частичная;
- Временная и времятоковая;
- Токовая;
- Энергетическая;
- Зонная.
Для эффективной установки автоматических устройств необходимо тщательно рассчитать селективность. Для наилучшей защиты также потребуется карта, составленная в соответствии с определённым набором правил.
