Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей

Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей

11 ноября 2014 k-igor

Сегодня вашему вниманию хочу предложить очень обсуждаемую тему селективной защиты автоматических выключателей. Если вы думаете, что здесь все просто и однозначно, то это не совсем так. В чем же особенность селективной защиты?

В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.

Однако, в итальянском Стандарте CEI 64-8 “Электрические установки с номинальным напряжением ниже 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока” в отношении установок низкого напряжения в части 5 “Выбор и монтаж электрических компонентов” написано:

“Селективность между устройствами защиты от сверхтоков (536.1).

Когда несколько защитных устройств установлены последовательно, и это оправдано требованиями эксплуатации, их рабочие характеристики должны выбираться таким образом, чтобы отключать только часть установки, где возникла неисправность.”

В комментариях, кроме всего этого, добавлено следующее:

“Рабочие ситуации, требующие селективности, определяются пользователем или проектировщиком установки.”

Из этого следует, что Стандарт указывает на то, что рабочие характеристики должны быть выбраны с обеспечением селективности, когда это оправдано требованиями эксплуатации.

А теперь рассмотрим проблемы, которые могут возникнуть при выборе автоматических выключателей с учетом селективной защиты.

Основная масса автоматических выключателей примерно до 400А применяется без регулируемых расцепителей, неговоря уже про модульную серию. Остановимся на автоматических выключателях модульной серии, т.е. до 125А.

Диапазоны токов мгновенного расцепителя

Как известно, автомат защищает от перегрузки и короткого замыкания. Модульные автоматические выключатели могут иметь электромагнитные расцепители с характеристиками B, C, D.

Зависимость времени срабатывания ВА от тока в его цепи

Чтобы правильно выбрать автомат, нужно уметь читать график зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от тока в цепи, т.е. время-токовую характеристику автомата. Ниже представлена время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С.

Время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С

Зона между красными линиями нам показывает интервал времени срабатывания автомата. Например, при токе 2,55*16=40,8А данный автомат сработает за время от 1 до 60 сек.

В своих проектах полную селективность я практически никогда не обеспечиваю, поскольку обеспечить ее крайне трудно на автоматических выключателях модульной серии.

Селективность можно разделить на две зоны:

• селективность в зоне перегрузки;
• селективность в зоне короткого замыкания.

Селективность в зоне перегрузки я обеспечиваю всегда во всех проектах без исключения. Здесь все просто. Если группой автомат 16С, то автомат выше будет как минимум 20С. Такую расстановку выключателей все, и я в том числе, называем селективностью. Но если разобраться, то в зоне короткого замыкания такие автоматы не будут селективными.

Чтобы модульные автоматические выключатели были селективными, то соотношение их номиналов должно быть примерно 2,5 при условии, что автоматы с одинаковыми электромагнитными расцепителями. На следующем графике приведены время-токовые характеристики автоматов D6, D16, D40.

Соотношение модульных автоматов

Как видим, даже у этих автоматов есть небольших общие зоны срабатывания.

В следующем примере сравним B6, C20, D63.

Сравнение B6, C20, D63

Здесь уже общих пересекающихся зон не наблюдается. Соотношение номинальных токов около 3,2.

Кстати, чтобы обеспечить селективность предохранителей их соотношение должно быть примерно 2,5.

Смысл всей этой статьи в том, что в 99% случаях полная селективность нам и не нужна. В наших проектах у нас выполняется лишь частичная селективность в зоне перегрузки.

Селективность нужно там, где это может повлечь серьезные последствия. А если у нас от к.з. сработают 2-3 последовательно включенных автомата, то никакой трагедии не произойдет. Тем более, что короткие замыкания происходят не так часто.

Советую почитать:

Рубрика: Проектирование Метки: селективность

комментарий 31 “Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей”

У АВВ есть селективный модульный выключатель ABB S750 DR. Он обеспечивает селективность в зоне КЗ. Только стоимость этого чуда техники оставляет желать лучшего. Да и найти такую штуку не просто.

А с учетом того, что приходится проектировать очень много бюджетных объектов, кроме как на IEK, EKF и т.п. рассчитывать не приходится.

У IEK модульных селективных выключателей не видел.

а их и нету у ИЕК

Очень нравиться статьи. Хочу напечатать и создать папку для молодых инженеров. Как скопировать стаью полностью?

Статья отличная, главное очень доходчиво все разъясняется. Сразу направил ссылку одному из своих заказчиков, в загородном коттедже при дуговом коротком замыкании в розетке, выбивает входной автомат в щите ввода на улице. Заказчик должен знать, что проблемы не только у него.

К сожалению, но даже используя автоматы с электронными расцепителями с выдержками времени, не всегда можно добиться полной селективности.

Например, для серии Compact NSX с токами 100. 630 А с расцепителем Micrologic 5.

У него регулируются уставки по перегрузке, селективная токовая отсечка с выдержкой времени и мгновенная токовая отсечка.

Проблема в мгновенной токовой отсечке Ii.

Токи короткого замыкания могут превышать максимальное значения уставки Ii.

В этом случае селективности не будет.

Например, для NSX100 Ii=15*In=15*100=1500 А.

Такие токи КЗ весьма вероятны для шин ВРУ, а часто могут быть существенно больше (например, вблизи подстанции).

При этом для токов до 630 А многие модели автоматов не позволяют вывести из работы мгновенную токовую отсечку (Ii — off).

Вот и получается, что даже применяя для РУ-0,4 кВ подстанций и ВРУ-0,4 кВ зданий автоматы с электронными расцепителями селективность будет частичной.

У «Шнайдера» есть хорошая онлайн-программа.

Максимальные значения уставки Ii будут регулироваться. Ток КЗ будет идти к своему максимальному значению не мгновенно. Возможен ли такой вариант, что при нарастании тока КЗ нижестоящий выключатель вырубится раньше? (Хоть и при установленном значении они вырубились бы оба)

А при нарастании тока КЗ нижестоящий автомат не успеет отключиться раньше при разных значениях Ii? (Хоть и установленное значение КЗ превышало бы оба показателя Ii)

В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.

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

В книгах советских корифеев достаточно много уделено внимания селективности (Шабад, Беляев и др.).

Вячеслав! Сомневаюсь. «Шнайдер» пишет, что при ТКЗ более Ii селективность неполная, частичная. Полная селективность там, где Ii можно отключить (Ii — off).

Регулировать Ii можно. Но при токах Ir близких к In это мало что даст. См. пример выше. Для NSX100 максимальное Ii=15*In=15*100=1500 А.

При ТКЗ в 3000 А могут сработать оба автомата.

Тогда надо специально завышать In, чтобы Ii было больше.

Но это не всегда возможно и не всегда оправдано. В любом случае при больших ТКЗ даже этой меры не хватит.

Единственный плюс в данном случае следующее. Часто (но не всегда)для распред. сетей с большими расчетными токами

1-фазное ТКЗ находится в пределах Isd и Ii.

Учитывая, что 1-фазное КЗ чаще трехфазного, селективность будет.

Но если минимальное 1-фазное КЗ больше Ii (характерно для точек близких к подстанциям), то селективности не будет.

В принципе Ii вообще не нужна, но у многих автоматов ее нельзя отключить (на форуме Colan этот вопрос уже поднимал).

Ребята, извиняюсь, был неправ. Не учитывал кривые токоограничения и рефлексное отключение. Подробнее — см. каталоги производителя.

А вообще полная селективность не всегда нужна. Сам в своем опыте не встречал требований полной селективности. А при таких авариях с такими токами КЗ надо не за селективностью уже следить, а за наличием качественной пожарной сигнализации.

Наткнулся на очередную полезную и интересную статью, за что очень благодарен ее автору!

Хочу задать вопрос о селективности автоматов 0,4 кВ в питающих сетях.

Прописано ли в каком-нибудь документе требование, что уставка срабатывания расцепителя аппарата защиты на питающем фидере в ВРУ здания должна быть больше уставки срабатывания расцепителя аппарата защиты на вводе ВРУ, т.е. с другой стороны?

На этот счет у меня возникли разногласия с инспектором надзора.

Для электроснабжения промпредприятия запроектирована комплектная ТП, от которой запитаны 8 ВРУ-0,4кВ. Причем изначально запроектирована именно КТП (требование заказчика). Ведь по-хорошему, изначально должен выполняться проект внутреннего электроснабжения, а уже после — проект по КТП (см. статью Порядок проектирования электроустановок ).

Предварительно посчитаны нагрузки на стадии А (архитектурный проект, РБ), на основании чего выполнен проект по комплектной ТП с учетом разработанных совместно с заказчиком решений по внутреннему электроснабжению.

Проект по ТП на стадии С (строит. проект) согласован в РЭС, филиалах Энергонадзор и Энергосбыт и передан заказчику.

Прошло время, закончен и проект по внутрянке, в результате чего уточнены нагрузки по каждому ВРУ.

К тому же изначально расчетные коэффициенты мощности (cos) всех ВРУ были завышены (особенности расчета нагрузок по РТМ — в расчете Qр для питающих сетей не фигурирует коэффициент Кр, см. п. 3.2.8, что завышает cos) — вместо первоначальных 0,94 получилось 0,84 (пример для одного ВРУ). Соответственно выпросли расчетные токи, в связи с чем пришлось корректировать уставки АВ-0,4 кВ на КТП. Внес изменения, поехал на согласование корректировок по всем инстанциям. Дошел до Энергонадзора.

Начинаю объяснять инспектору, что по результатам выполнения проекта по внутреннему электроснабжению предприятия требуется поднять уставки на АВ в РУ-0,4кВ КТП. Показываю в качестве примера:

— «Рассмотрим ВРУ-5, у которого изначально предусмотрена уставка аппарата на вводе (ВА88-37+МР211) — 320А, при этом уставка автомата на питающем фидере от ТП к ВРУ-5 — тоже 320 А (Eaton NZM3). Не хорошо, не обеспечивается селективность срабатывания автоматов. Для этого я поднял уставку до 400 А».

Инспектор: — «Покажите нормативный документ или дайте на него ссылку, где сказано, что в сетях до 1 кВ уставка АВ на питающем фидере от ТП к ВРУ должна быть больше уставки вводного автомата на вводе этого ВРУ? Я считаю, что они могут быть одинаковыми, а отключится первым тот, у которого чувствительность выше. Докажите обратное».

— «Я руководствуюсь, в первую очередь, логикой. Разрешенную мощности мы не превышаем. При этом если в результате перегрузки питающей линии отключится аппарат защиты в голове линии (на фидере в ТП), то обслуживающему персоналу придется идти в КТП для его включения. А если обслуживаем занимается сторонняя организация, то время на включение значительно увеличивается».

-«Не вижу проблемы. Докажите обратное. Еще вопросы есть?» — таков был ответ инспектора.

И я не смог подтвердить требование селективности ничем, кроме потери времени на включение автомата в КТП.

Какие у вас соображения на этот счет? Где прописаны такие требования?

А еще он сказал, что для вновь проектируемых объектов в РБ коэффициент мощности должен быть не ниже 0,9. А где про это написано, я у него не спросил.

Таблица селективности автоматических выключателей иэк

При построении систем электроснабжения одна из важнейших задач – подбор аппаратов защиты и координация их рабочих характеристик, обеспечивающих селективность при любых аварийных ситуациях.

«ИЭК» предоставляет полный набор аппаратов защиты, отвечающих требованиям работоспособности и координации защит на каждом уровне системы электроснабжения. Остановимся подробнее на обеспечении селективности при построении защиты в системах электроснабжения низкого напряжения с применением аппаратов компании «ИЭК» (рис. 1).

Рис. 1. Использование выключателей IEK на разных уровнях распределения

К вводному аппарату главного распределительного щита предъявляются жесткие требования (большие номинальные токи, надежность, исключающая ложные срабатывания), поэтому в качестве вводного аппарата ГРЩ рекомендуется использовать воздушный автоматический выключатель типа ВА07.

ВА07 имеют предельную отключающую способность до 220 кА и I_n до 4000 А. Уникальная конструкция главных контактов аппарата, использующая систему двойного разрыва, обеспечивает кратковременный выдерживаемый ток I_cw, равный предельной отключающей способности I_cu, и быстрый обрыв дуги при КЗ, уменьшая тем самым износ главных контактов.

Электронный расцепитель ВА07 позволяет регулировать время задержки срабатывания при перегрузке и КЗ. Гибкие настройки времятоковой кривой гарантируют более пяти миллионов комбинаций характеристик расцепления, что дает возможность реализовать полную временную селективность с нижестоящими аппаратами защиты.

ВА07 позволяют также проектировать системы защиты с применением логической селективности и обеспечивать отключение автомата, ближайшего к месту КЗ, в кратчайшие сроки, сводя на нет негативное влияние тепловых и механических перегрузок на аппараты (при классической временной селективности).

На уровне вторичного распределения ожидаемые токи КЗ всё еще велики, поэтому автоматические выключатели должны быть рассчитаны на существенные номинальные токи и обладать высокой предельной наибольшей отключающей способностью I_cu. На данном уровне защиты рекомендуется использовать выключатели серии ВА88 с I_cu до 50 кА и I_n до 1600 А.

Аппараты выпускаются в двух модификациях: с электромагнитным и тепловым расцепителями, имеющими неизменную времятоковую характеристику, а также с электронным расцепителем, позволяющим изменять времятоковую характеристику отключения аппарата. Обе модификации ВА88 отвечают требованиям полной временной селективности с выключателями ВА07 (см. табл.).

Таблица. Селективность выключателей IEK

Т – полная селективность нижестоящего и вышестоящего аппаратов

ВА88 являются токоограничивающими, что позволяет на уровнях защиты, расположенных ниже ВА88 в системе электроснабжения, использовать аппараты с I_cu меньшей, чем ожидаемый ток КЗ на защищаемом участке. ВА88 снижает протекающий ток КЗ во всей цепи, помогая нижестоящему аппарату отключить защищаемые участки. Так, если при ожидаемом токе КЗ 8 кА недопустимо устанавливать одиночный выключатель типа ВА47-60, то его можно включить в каскаде с ВА88-37. Суммарное токоограничение обоих аппаратов по-зволит использовать их для защиты цепи с током КЗ 8 кА.

На уровне конечного распределения используются аппараты, защищающие непосредственно потребителя. Они должны обладать эффективным токоограничением, повышенной электрической и механической износостойкостью и электробезопасностью. Аппараты выбираются в зависимости от ожидаемого тока КЗ: это могут быть ВА47-29 с номинальной отключающей способностью I_cu 4,5 кА, либо ВА47-60 c I_cu 6 кА, либо ВА47-100 с I_cu 10 кА. За счет сдвига времятоковых кривых аппаратов по оси тока (рис. 2) обеспечивается не полная, а токовая селективность. Для последовательно включенных ВА88 и ВА47-60 селективность будет обеспечена только в зоне, ограниченной ISВА88.

Рис. 2. Токовая селективность выключателей IEK

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Автоматические выключатели в Санкт-Петербурге

Автоматический выключатель предназначается для защиты электросетей от перегрузок, коротких замыканий. Он устанавливается на электролиниях, питающих здания, оборудование. Базовыми конструктивными элементами электрического автоматического выключателя являются:

• быстродействующая э/м катушка отключения. Она нейтрализует электротоки коротких замыканий;
• тепловой расцепитель, функционирующий с временной выдержкой. Он отвечает за устранение перегрузок.

Регламентируются автоматические выключатели ГОСТом Р 50345-2010, в котором приведены нормы для устройств номинальным током (переменным) до 125 А и межфазным напряжением до 400 В, устанавливаемых в электросетях с частотой 50-60 Гц.

Автоматические выключатели

Отличие автовыключателей от дифавтоматов и УЗО

В отличие от автоматических выключателей постоянного или переменного тока, УЗО снимает напряжения с подключенных к нему проводов, когда в контролируемой цепи появляется ток утечки угрожающей величины. Но конструкция УЗО не предусматривает элементов для защиты от перегрузок, коротких замыканий. Дифференциальные автоматы устраняют все три угрозы (замыкания, перегрузки, утечки). По сути, это УЗО и автоматический выключатель в одном устройстве.

Типы автоматических выключателей

Автовыключатели классифицируются по:

• конструкции – воздушные и модульные;
• количеству полюсов базовой цепи: однополюсные, двухполюсные, четырехполюсные, трехполюсные автоматические выключатели;
• количеству фаз – однофазные, трехфазные, двухфазные автоматы;
• типу исполнения отсечки – неселективные либо селективные.

Полюсность и схемы подключения автоматических выключателей

Полюсность (фазность, модульность) – число пар проводов, подключаемых к автовыключателю. Пара – это 2 провода, один из которых является питающим и подключается на вход, а другой – к выходной клемме (он идет к нагрузке). Модели с полюсностью от двух и выше состоят из нескольких последовательно подключенных однополюсников.

ВАХ, время-токовая характеристика, напряжение, тип тока не зависят от данного параметра. Зато полюсность влияет на схему подключения выключателей, которая может быть:

• однофазной. Устройство устанавливается на фазный провод. Подключение вводного автомата тоже является однофазным, отличается тем, что при срабатывании выключателя размыкается не только фаза, но и нейтраль. Используются одно- либо двухполюсные модели;
• трехфазной. Она выполняется посредством схем «треугольник» и «звезда» (для трех- и четырехполюсных выключателей соответственно).

Маркировка автоматических выключателей

В маркировках указываются характеристики автоматических выключателей: A, B, C, D. Они означают кратность максимального тока, который кратковременно проходит через предохранитель без отключения. Это также определяет сферу применения устройств и является характеристикой срабатывания автоматического выключателя. Расшифровка следующая:

• A – срабатывают при токах 1,3 от номинальной его величины, монтируются в сетях, где нет кратковременных перегрузок в нормальном режиме;
• B – предназначены для установки в домовых, осветительных линиях, срабатывают при превышении тока в 3 и более раз по сравнению с номинальным;
• C – устройства общепромышленного назначения, отключение осуществляется при пятикратном превышении номинального электротока;
• D – предназначены для защиты линий, к которым подключены устройства со значительными пусковыми электротоками, отключение – при десятикратном превышении.

После буквы идет цифра, показывающая номинальный ток модели. Расшифровка маркировки приведена на рисунке:

Маркировка автоматических выключателей

Селективность автоматических выключателей

Селективностью называется особенность последовательно установленных защитных устройств обнаружить неполадки (перегрузки, замыкания) и отключить соответствующий элемент проводки тем выключателем, который необходим для изоляции именно этой зоны. Другие участки сети работают, как обычно. Селективность автоматических выключателей может быть:

• по току. Задаются различные значения тока отключения для автовыключателей. Максимальное значение у устройств, установленных на стороне питания;
• по времени. Устанавливается задержка времени срабатывания. Максимальную задержку имеет выключатель, установленный ближе всех к источнику электропитания.

Ознакомиться с картой селективности автоматических выключателей Вы можете в технической документации к устройствам.

Выбор автоматического выключателя по току нагрузки

Время-токовая характеристика автоматических выключателей – это величина, которая показывает зависимость времени срабатывания автоматического выключателя от силы электротока, который через него протекает. Номиналы показывают силу номинального тока, на который рассчитано устройство. Существуют следующие номиналы автоматических выключателей по току:

• автоматы 6А, 10А задействуются преимущественно в бытовом секторе, для отключения небольших (до 6 А) токов;
• автоматы 16А, 20А и 32А применяются в быту (для защиты коттеджей с высоконагруженной проводкой) и на производствах;
• автоматы 40А, 50А и 63А – это классические решения для большинства промышленных предприятий;
• автоматы 80А, 100А и 125А подходят для использования на предприятиях со значительной (обычно многочисленной) нагрузкой.

Номинальная отключающая способность автоматического выключателя подбирается в зависимости от предельной суммарной мощности нагрузки. Для стабильной работы системы модель подбирают так, чтобы ток отключения автоматического выключателя соответствовал реальной нагрузке с безопасным запасом.

Выбор автоматического выключателя по мощности

Чтобы определить суммарную нагрузку, необходимо сложить мощности всех устройств, постоянно работающих от электросети. Затем рассчитывают силу тока по формуле:

I = P_{суммарная мощность} / U_{напряжение сети}

Если нагрузка является реактивной (например, в случае с электродвигателями), в знаменатель добавляется еще один множитель – коэффициент мощности. Он указывается на табличке двигателя либо другого устройства. При отсутствии данной информации можно принять коэффициент равным 0,7. Таким образом, для двигателя мощностью 2500 Вт, подключенного в электросеть 220 В, формула расчета будет следующей:

I = 2500 / 220х0,7 = 16,23 А

Желательно предусмотреть запас по мощности, поскольку в сеть могут подключаться и другие потребители.

Прогрузка автоматических выключателей

Прогрузка – это проверка базовых характеристик автовыключателей (времени и тока срабатывания). Она выполняется с помощью специализированных прогрузочных устройств в электролабораториях. Детальная методика прогрузки автоматических выключателей зависит от типа самого предохранителя и устройства, используемого для его тестирования. Например, для проверки времени срабатывания можно применять «Сатурн-М», принцип работы которого базируется на искусственном создании замыкания за местом монтажа испытуемого предохранителя. Устройство позволяет плавно варьировать ток, измерять его силу, время от появления замыкания до момента, когда сработала защита.

Производители автоматических выключателей

Одними из наиболее популярных являются автоматические выключатели российского производства. Они доступны по цене и адаптированы к особенностям отечественного электроснабжения. Среди европейского оборудования необходимо отметить французские Legrand, немецкие ABB, Schneider. Также пользуются спросом китайские автоматы EKF, IEK.

Селективность автоматических выключателей: виды, расчет, карта и таблица

Селективность автоматических выключателей – это слаженный механизм эксплуатации защитных приборов. Этот метод еще называют избирательностью. В результате такой слаженной работы автоматические выключатели предотвращают замыкание электропроводки, ударов током человека и других аварийных ситуаций.

Расчет и виды селективности

Селективность автоматических выключателей по ПУЭ происходит так, как указано на картинке внизу.

Второй пункт на фото сверху указывает, что такое избирательность при регулировке автоматов по времени.

Селективность бывает 2-х типов:

1. относительная;
2. абсолютная.

Защита, выполненная по первому типу, реагирует на поломку своей и соседней цепи. Срабатывание возможно из-за различных пусковых факторов, в том числе и ложных. Чтобы предотвратить их появление относительная селективность дополняется следующим:

• функцией выдержки на срабатывание;
• уставами по частоте, току, напряжению и т.п.

Абсолютный тип подразумевает отключение только в своей цепи при аварийной ситуации.

Карта селективности автоматических выключателей

Чтобы создать надежную токовую защиту, используют специальную карту. Она представляет собой схему времятоковых характеристик устройств, которые монтируются поочередно в электрической цепи. Часто карта селективности не применяется, что в будущем, возможно, приведет к отключению электроэнергии у потребителя.

Практика показывает, что такая карта нужна не всегда. Она применяется в случае возникновения серьезных повреждений. Для обеспечения избирательности (см. начало статьи) показатель соотношения номиналов должен быть от 2.5. Если при расчетах получается завышенное значение, то устанавливают рубильники или же селективный автоматический выключатель, такой как вводной автомат ABB S750DR.

Таблица селективности автоматических выключателей

Селективная защита срабатывает лишь во время незначительных перегрузок, при КЗ её добиться будет сложнее. Некоторые производители продают свою продукцию с таблицами избирательности, которые помогут создавать различные схемы. На картинке внизу как раз представлен такой подход. Буква «T» означает полную селективность, а «цифра» частичное.

Существует несколько селективных схем подключения:

1. энергетическая;
2. временная;
3. полная;
4. токовая;
5. зонная;
6. частичная;
7. времятоковая.

Если вы ищете автоматический выключатель на 25А, предлагаем обратить внимание на наш Интернет-магазин. Здесь вы найдете огромный выбор качественных электротоваров и сопутствующей продукции.