Селективная защита электропроводки на основе УЗО

Обычное устройство защитного отключения при возникновении тока утечки обесточивает всю квартиру или весь защищаемый объект. В некоторых ситуациях такая массовость нежелательна. При общем отключении могут нарушиться производственные процессы или банально не сохранится текстовый документ на компьютере. Чтобы исключить подобные казусы специалисты рекомендуют использовать селективное УЗО.

Что такое селективность

Селективные устройства защитного отключения выполняют те же задачи и работают по тому же принципу, что и простые. Приборы сравнивают значения тока в фазном и нулевом проводах и на основе измерений высчитывают ток утечки. Если он превышает уставку, электропитание квартиры отключается.

Ток утечки возникает в 2 ситуациях:

Важно! Устройство защитного отключения имеет один большой недостаток. Если человек одновременно коснется фазного и нулевого проводов, но при этом не будет достаточно хорошо контактировать с землей, УЗО не сработает. Защитное устройство реагирует на утечку тока на землю.

Принцип действия селективного УЗО

Принцип действия селективной защиты основан на разнице во времени отключения. Для примера можно рассмотреть типичную квартиру. Имеется одно общее вводное УЗО. Оно установлено в электрощите. Настроено на отключение через 0,5 с после появления утечки тока. Фазные провода с этого защитного устройства распределяются по групповым УЗО. Они обладают временем отключения в 0,25 с. Через них запитываются розетки в ванной комнате, кухне, гостиной и других помещениях.

Если в ванне произошло замыкание фазного провода на корпус стиральной машины, сработает УЗО с уставкой на отключение равной 0,25 с. Отключится именно это помещение. Вводное УЗО с уставкой 0,5 с не сработает и оставит квартиру под напряжением, так как для отключения не прошло достаточно времени. То есть УЗО 0,25 с сработает быстрее чем 0,5. Отключится ванна, но не вся квартира.

Схема селективной защиты электросети

Особенности селективной защиты

У селективных устройств, в отличие от обычных, предусмотрена возможность подбора по току и времени срабатывания защиты. Соответствующие значения указаны на корпусе устройства. Комбинируя защитную систему по этим параметрам, возможно придать защите свойство селективности.

В результате при возникновении тока утечки в одной из комнат, отключится только аварийное помещение, а не вся электропроводка. Как следствие, время на поиск и устранение неисправности сокращается в разы.

Временные характеристики УЗО типа S

Приборы разных производителей обладают отличающимися свойствами. Различия кроются в токе утечки и времени выдержки, при котором происходит отключение.

Поэтому приборы данного типа принято подразделять на 2 группы:

Сравнение их временных характеристик приведено ниже.

Режимы работы

Устройство защитного отключения во время эксплуатации способно находиться в одном из двух рабочих режимов:

Под нормальным режимом работы подразумевается равенство проходящих по L и N проводам токов. В дифференциальном трансформаторе наводятся одинаковые по величине, но противоположные по вектору магнитные потоки. Они компенсируют друг друга. УЗО делает вывод, что утечка тока отсутствуют. Электропроводка продолжает работать в штатном режиме.

При аварийном режиме ток в одном из проводов меньше (больше) на величину утечки. Обычно она не превышает 100 мА. Но даже этого отклонения достаточно, чтобы нарушить равенство магнитных потоков в трансформаторе устройства и привести к срабатыванию УЗО. Электропроводка отключается.

Разновидности селективных УЗО

Стандартно для бытовых нужд используется переменное напряжение величиной 220 В и частотой тока равной 50 Гц. Однако в мире электротехнике все не так однообразно. Некоторые потребители питаются от напряжений других величин. Потребляемый ток может быть и постоянным. Поэтому УЗО производятся самыми разнообразными:

Обратите внимание! Отдельно выделяется 4 полюсное УЗО. Его используют для питания трехфазных потребителей (частотного привода, двигателя). Защитное устройство данного типа требует подключения 3 фаз и нуля.

Селективность по времени

Селективность (избирательность) защиты по времени основана на задержке срабатывания. Использовать необходимо минимум 2 устройства. Они должны в несколько раз отличаться по времени срабатывания. Для достижения свойства селективности важно соблюдать последовательность расположения УЗО. Чем ближе источник питания (электрический щит), тем больше время отключения защитного устройства.

УЗО, обладающее максимальной выдержкой времени, устанавливается на вводе в квартиру. Обычно это однофазное устройство S типа. Далее следуют обычные УЗО с меньшей выдержкой.

Важно! К общему вводному защитному устройству предъявляются повышенные требования по надежности. Если оно выйдет из строя, то отключатся или останутся без защиты нижестоящие потребители. Поэтому желательно, чтобы вводное устройство было от качественного производителя. Например, ABB или Schneider.

Селективность по току утечки

Селективность по току работает по схожему принципу. Но в качестве величины для избирательности используется не время, а ток утечки.

Также используется минимум 2 защитных устройства. То, что находится ближе к квартирному щитку, обладает большим значением тока срабатывания. Обычно для подобных задач применяют противопожарные УЗО с током отключения порядка 100 мА. Например, IEK 2п 63А 100мА ВД1-63 АС.

Далее по группам потребителей (отдельным комнатам) расставляются устройства с меньшим током утечки 5-30 мА. Если в одном из помещений развивается неисправность, то с большей вероятностью сработает только слаботочное реле на 30 мА. А противопожарное устройство на 300 мА, установленное на вводе, останется в работе. Таким образом, отключается только аварийное помещение.

Задержка срабатывания

Задержка срабатывания УЗО — это один из важнейших аспектов его работы. Особенно если говорить о селективных защитных системах, работа которых невозможна без отличающихся временных характеристик.

Время отключения указывается на корпусе аппарата. Обычно оно составляет от 0,001 до 0,5 с, чего достаточно для построения большинства селективных защит. Сама же задержка обеспечивается с помощью компактной электронной платы в составе прибора.

Области применения селективной защиты

Основная задача селективных УЗО — построение избирательной защиты. Поэтому такие приборы используются в широком перечне электрических систем:

Подключение УЗО с селективной отсечкой

Селективное защитное устройство подключается по тем же правилам, что и обычное. Трудности возникают, если необходимо построить более сложную защиту с одновременным использованием приборов S-типа с другими устройствами автоматики.

При сборке схемы следует руководствоваться следующими принципами:

Нюансы выбора и подключения УЗО типа S

Для подключения модулей типа S следует придерживаться стандартных электромонтажных правил:

Существуют правила, касающиеся только УЗО типа S:

Важно! Устройство защитного отключения получает электропитание от защищаемой сети. Если на входе в УЗО произошел обрыв нулевого провода, оно не сможет отключить фазный даже в случае замыкания на землю. В том числе, если под напряжение попал человек.

Главное отличие селективного УЗО от простого — это более широкие временные характеристики. Такое свойство позволяет выполнять избирательную защиту. В результате отключается только неисправный потребитель, а исправные остаются в работе.

Применение селективных устройств защиты имеет особенности. Работая с ними, необходимо учитывать задержку на срабатывание по времени и току. Также нужно хорошо разбираться в подключении приборов данного типа. Ведь их схемотехника и настройка несколько сложнее, чем у обычных защитных аппаратов.

Источник

Что такое селективность защит в электроустановках

При эксплуатации и проектировании электрической схемы всегда уделяется внимание вопросам ее безопасного использования. С этой целью все электрические приборы защищаются специальными устройствами, которые подбирают и располагают строго по определенной, иерархической зависимости.

Например, когда мобильный телефон стоит на зарядке, то ее протекание контролирует встроенная в аккумулятор защита. Она отключает зарядный ток по окончании набора емкости. Когда же внутри АКБ возникнет короткое замыкание, то установленный в зарядное устройство предохранитель перегорает и обесточивает схему.

Если это по каким-либо причинам не произойдет, то возникшую неисправность в розетке контролирует автоматический выключатель квартирного щитка, а его работу страхует главный автомат. Эту последовательность поочередного срабатывания защит можно рассматривать и дальше.

Методы избирательности электрических защит формируется во время создания проекта и поддерживается при эксплуатации таким образом, чтобы своевременно выявить место возникновения неисправности в электрооборудовании и отделить его от действующей схемы с наименьшими потерями для нее.

При этом зону обхвата защит по селективности подразделяют на:

Первый тип защиты полностью контролирует свой рабочий участок и устраняет повреждения только в нем. По этой закономерности работают встроенные в электроприборы предохранители.

Устройства, созданные по относительному принципу, выполняют больше функций. Они отключают неисправности внутри своей зоны и соседних, но когда в них не отработали защиты абсолютного типа.

Качественно настроенная защита определяет:

1. место и вид повреждения;

2. отличие ненормального, но допустимого режима от ситуации, способной нанести весьма серьезные повреждения оборудованию электроустановки внутри контролируемой зоны.

Устройства, настроенные только по первому действию, работают обычно в неответственных сетях до 1000 вольт. Для высоковольтных электроустановок стараются внедрить оба этих принципа. С этой целью в состав защиты вводят:

схемы взаимных блокировок;

точные измерительные органы;

системы обмена информацией;

специальные логические алгоритмы.

Между двумя последовательно подключенными силовыми выключателями выполняется зашита от сверхтоков, превышающих номинальные значения нагрузки по любой причине. При этом ближний к потребителю с повреждением выключатель должен размыканием своих контактов обесточивать неисправность, а дальний — продолжать подачу напряжения на своем участке.

В этом случае рассматривается два вида селективности:

Если ближняя к неисправности защита способна полностью ликвидировать повреждения на всем диапазоне уставок без задействования удаленного выключателя, то ее считают полной.

Частичная избирательность присуща ближним защитам, настроенным на срабатывание до какого-то предельного тока селективности Is. Если он превышен, то вступает в работу удаленный выключатель.

Зоны перегрузки и короткого замыкания в селективных защитах

Пределы токов, назначенные для срабатывания автоматических выключателей защит, разделяют на две группы:

1. режим перегрузок;

2. зону коротких замыканий.

Для упрощения разъяснения применим этот принцип к токовым характеристикам автоматических выключателей.

Они настраиваются на работу в зоне перегруза номинальных токов на величину до 8÷10 крат.

На этом участке работают в основном тепловые или термомагнитные расцепители защит. Токи коротких замыканий в эту зону попадают очень редко.

Область возникновения КЗ обычно сопровождается токами, превышающими в 8÷10 раз номинальные нагрузки автоматических выключателей и характеризуется серьезными повреждениями в электрической схеме.

Для их отключения применяются электромагнитные или электронные расцепители.

Методы создания селективности

Для области перегрузок по току создаются защиты, работающие по принципу времятоковой селективности.

Зона коротких замыканий формируется на основе:

4. зонной избирательности.

Временна́я селективность создается за счет выбора разных выдержек времени для срабатывания защиты. Этот способ может быть применен даже к устройствам с одной уставкой тока, но разным временем, как показано на рисунке.

Например, ближайшая к оборудованию защита №1 налаживается на работу при коротком замыкании со временем, близким к 0,02 с, а ее работу страхует более отдаленная №2 с настройкой на 0,5 с.

Самая дальняя защита со временем отключения в одну секунду резервирует работу предыдущих устройств при их возможном отказе.

Токовая селективность налаживается для срабатывания по превышению допустимых нагрузок. Довольно грубо этот принцип можно пояснить следующим примером.

Три защиты последовательно контролируют ток КЗ и настроены на отключение со временем 0,02 с, но с разными токовыми уставками в 10, 15 и 20 ампер. За счет этого оборудование будет отключаться вначале от защитного устройства №1, а №2 и №3 будут избирательно его страховать.

Реализация временно́й или токовой селективности в чистом виде требует использования чувствительных датчиков или реле тока и времени. При этом создается довольно сложная электрическая схема, которая на практике обычно объединяет оба рассмотренных принципа, а не применяется в чистом виде.

Времятоковая селективность защит

Для защиты электроустановок с напряжением до 1000 вольт применяют автоматические выключатели, которые обладают объединенной времятоковой характеристикой. Рассмотрим этот принцип на примере двух последовательно включенных автоматов, разнесенных по концам линии со стороны нагрузки и питания.

Времятоковая избирательность определяет способ срабатывания выключателя, настроенного на более быстрое отключение при расположении около потребителя электроэнергии, а не на генераторном конце.

На левом графике показан случай наибольшего времени отключения верхней кривой защиты со стороны нагрузки, а на правом — наименьшего времени выключателя на конце подвода питания. Это позволяет более детально анализировать проявление селективности защит.

Выключатель «В», расположенный ближе к питаемому оборудованию, за счет применения времятоковой селективности работает раньше и быстрее, а выключатель «А» резервирует его в случае отказа.

Токовая селективность защит

При этом способе избирательность может формироваться за счет создания определенной конфигурации сети, например, включенной в схему кабельной или воздушной линии электропередач, обладающей электрическим сопротивлением. В этом случае значение тока короткого замыкания между генератором и потребителем зависит от места возникновения повреждения.

На кабельном конце со стороны питания оно будет иметь максимальное значение, например, 3 кА, а на противоположном — минимальное, допустим, 1кА.

При возникновении КЗ около выключателя А не должна работать защита конца В (I кз1кА), то он и должен снимать напряжение с оборудования. Для точной работы защит необходимо учесть величину реальных токов, проходящих через выключатели при аварийном режиме.

Следует понимать, что для обеспечения полной избирательности по этому методу необходимо иметь большое сопротивление между обоими выключателями, которое может образоваться за счет:

протяженной линии электропередачи;

вставкой обмотки трансформатора;

включением в разрыв кабеля уменьшенного сечения или другими способами.

Поэтому при таком способе селективность чаще всего бывает частичной.

Временна́я селективность защиты

Этот метод избирательности обычно дополняет предыдущий способ с учетом времен:

определения защитой места и начала развития неисправности;

срабатывания на отключение.

Формирование алгоритма работы защиты производится за счет постепенного приближения уставок по току и времени при перемещениях токов КЗ к источнику питания.

Избирательность по времени может создаваться автоматами одних номиналов по току, когда у них есть возможность регулировки задержки на срабатывание.

При этом способе защиты выключателя В отключают неисправность, а выключателя А — контролируют весь процесс и находятся в готовности к работе. Если за время, отведенное для срабатывания защит В короткое замыкание не устранилось, то повреждение ликвидируется работой защит стороны А.

Энергетическая селективность защит

Метод основан на использовании специальных новых видов автоматических выключателей, выполненных в литом корпусе и способных максимально быстро работать, когда токи коротких замыканий еще даже не успели достичь своих максимальных значений.

Подобные скоростные автоматы работают в течение нескольких миллисекунд, когда еще действуют апериодические составляющие переходных процессов. В таких условиях из-за высокой динамичности протекания нагрузок сложно согласовать реально действующие времятоковые характеристики защит.

Конечный пользователь практически не может отследить характеристики энергетической селективности. Их предоставляет производитель в виде графиков, программ расчета, таблиц.

При этом способе для расцепителей термомагнитного и электронного принципа, расположенных на стороне питания необходимо учесть специфические условия работы.

Зонная селективность защиты

Этот тип избирательности является разновидностью временно́й характеристики. Для его работы используются измерительные устройства тока на каждой стороне, между которыми постоянно происходит обмен информацией и сравнение векторов токов.

Зонная селективность может быть сформирована двумя способами:

1. в логическое устройство контроля защиты поступают одновременно сигналы с обоих концов контролируемого участка. Оно сравнивает значения поступивших токов и определяет выключатель, который должен быть отключен;

2. сведения о завышенных значениях векторов тока от обеих сторон поступают в виде блокировочного сигнала на логическую часть защиты более высокого уровня иерархии по стороне питания. Если на ней присутствует блокировочный сигнал снизу, то отключается нижерасположенный выключатель. Когда запрета на отключение снизу не поступило, то напряжение снимает вышерасположенная защита.

При этих способах отключение происходит намного быстрее, чем при временно́й избирательности. Это обеспечивает меньшие повреждения электрооборудования, снижение динамических и тепловых нагрузок внутри системы.

Однако, способ зонного разделения селективности требует создания дополнительных сложных технических систем измерения, логики и обмена информацией, что удорожает стоимость оборудования. По этим причинам такие методы, основанные на высокочастотной блокировке, применяются на высоковольтных линиях электропередач и подстанциях, передающих большие потоки мощности электроэнергии в непрерывном режиме.

Для этого используются быстродействующие воздушные, масляные или элегазовые выключатели, способные коммутировать огромные токовые нагрузки.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Селективность автоматических выключателей: теория и практика

Например, если произошло короткое замыкание в розетке на кухне, то должен сработать групповой автоматический выключатель (на схеме аппарат с защитной характеристикой «В» и номинальным током в 10 А). Таким образом, должна отключиться только поврежденная линия «розетки кухни», а не вводной аппарат, отключая при этом всю квартиру.

Если отключения защитного аппарата по каким-либо причинам не произошло, то возникшую неисправность в розетке контролирует вышестоящий автоматический выключатель квартирного щитка.

Основные определения:

Селективность — согласование характеристик установленных последовательно аппаратов защиты таким образом, чтобы в случае аварии отключалась только та линия питания или часть схемы, где возникла неполадка.

Полная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя отключается раньше, чем аппарат со стороны источника питания. Отключение происходит во всем диапазоне возможного тока к.з. в данной сети вплоть до значения максимальной отключающей способности нижестоящего аппарата.

Частичная селективность — вид координации работы защитных аппаратов, при котором аппарат со стороны потребителя осуществляет защиту до значения Is (предельного тока селективности). При этом аппарат со стороны источника питания не должен срабатывать.

Зона перегрузки — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает тепловой расцепитель.

Зона короткого замыкания — диапазон сверхтока, в котором за срабатывание автоматического выключателя отвечает электромагнитный расцепитель.

Избирательность срабатывания устройств защиты достигается за счет согласования время-токовых характеристик. Например, для обеспечения селективной работы оборудования при перегрузках достаточно, чтобы номинальный ток защитного аппарата со стороны питания минимум на 1 ступень был выше номинального тока автоматического выключателя со стороны нагрузки.

Методы обеспечения селективности

В зоне перегрузки обычно реализуется время-токовый тип селективности. В зоне КЗ могут использоваться другие методы обеспечения селективности, о которых мы поговорим далее.

Временная селективность

Этот вид селективности обеспечивается благодаря разному времени срабатывания аппаратов защиты.

Токовая селективность

У всех защит №1, №2 и №3 выдержка по времени срабатывания минимальна: 0,02 с, однако значения срабатывания по току (уставки) отличаются: 200, 300 и 400 А соответственно. При возникновении в защищаемой сети короткого замыкания ток будет резко возрастать и вызывать срабатывание защит. Если защита №1 не сработает, то ее будет резервировать следующая защита №2.

Время-токовая селективность

Еще одним способом настройки защиты электроустановок до 1 кВ является согласование время-токовых характеристик применяемых автоматических выключателей.

Так, например, можно добиться избирательности срабатывания защиты, подобрав время-токовую характеристику выключателя В таким образом, чтобы она располагалась на определенном расстоянии ниже характеристики выключателя А. Эта зона определяется опытно-расчетным путем с учетом погрешностей срабатывания защит расцепителей. С учетом этой зоны строятся таблицы селективности.

Сегодня производители предоставляют своим клиентам уже готовые таблицы селективности, при помощи которых можно с уверенностью выбирать гарантированно селективные связки автоматических выключателей.

Выбирая аппараты защиты с учетом требований селективности защиты, вы повышаете не только надежность электроустановки, но и упрощаете работу по поиску поврежденного участка. Создать селективную защиту, применяя аппараты разных производителей, проблематично, поэтому следует устанавливать защитные аппараты одного производителя, дополнительно пользуясь специальными таблицами селективности.

Источник