ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Правильный выбор автоматических выключателей, особенно тех, которые предназначены для обеспечения абсолютной селективности, зависит как от их номинальной токовой нагрузки, так и от характеристик срабатывания, обозначаемых как В, С и D. Нередко для защиты электрических систем используются различные устройства, такие как автоматы, предохранители и устройства защитного отключения (УЗО).
Про селективность в бытовом электрощите
В любом стандартном электрическом щите, как в квартире, так и в частном доме, обязательно присутствует вводной автомат, за которым располагаются автоматы, отвечающие за различные группы нагрузок. Однако в случае короткого замыкания (КЗ) отключение может затрагивать как автомат, контролирующий нагрузку, так и вводной автомат, что приводит к потере смысла в использовании нескольких автоматов. Чтобы избежать этой ситуации, крайне важно обеспечить селективность.
Каждое устройство защитного отключения имеет характеристику времени и тока. Основная идея селективности заключается в том, чтобы комбинировать устройства с различными временем-токовыми характеристиками, чтобы каждое из них срабатывало только в своей зоне защиты. Это означает, что чем ближе устройство расположено к нагрузке, тем быстрее и при меньшем токе оно должно срабатывать.
Устройства защитного отключения
Электрический щит частного дома традиционно делится на щит учета и распределительный щит.
Структура щита учета включает в себя: счетчик — рубильник — предохранитель — кабель.
В распределительном щите последовательность событий выглядит следующим образом: кабель — вводной автоматический выключатель — автоматический выключатель нагрузки.
Это, конечно, не окончательный список, и могут быть добавлены такие устройства, как реле напряжения, разрядник, УЗО и дифференциальные выключатели, предназначенные для защиты «мокрых» групп нагрузки и т. п. К примеру, в моем случае вместо вводного автомата установлен дифференциальный (пожарный) выключатель с током 100 мА.
Предохранитель
Почему предохранитель занимает первое место в списке защитных устройств? Все объясняется его характеристиками времени-току.
Рассмотрим мой вводной предохранитель, рассчитанный на ток 25А (с тремя фазами: 25А * 220В = 16,5 кВт). Как показано в характеристике gG, при токе 30А он сработает через 2000 секунд, что эквивалентно 33 минутам. Если ток поднимается до 100А, то отключение произойдет всего через 1 секунду; для тока 200А это время сокращается до 0,05 секунды, а при 400А отключение произойдет за 0,004 секунды. Это является основным преимуществом предохранителей — они предоставляют достаточно времени для срабатывания электромагнитного расцепителя последующего автоматического выключателя. Можно ли обойтись без предохранителя? Да, это вполне возможно, если у вас единый щит. Но если у вас, как у меня, есть разделение на щит учета, расположенный на улице, и щит внутри дома, тогда линию между этими двумя щитами лучше всего защитить предохранителем, причем с характеристикой aM.
Автоматический выключатель
Стандартный автоматический выключатель оснащен как электромагнитным, так и тепловым расцепителями. Первоначально, электромагнитный расцепитель реагирует быстро, а тепловой — медленнее. Проблем с температурными значениями, как правило, не возникает, так как они предназначены для защиты от перегрузок, а их диапазон работы близок к номинальному току.
Номинальный ток автоматических выключателей определяется не только исходя из нагрузки, которую они предназначены защищать, но, прежде всего, опираясь на диаметры проводов, которые защищаются. Это важно понимать, потому что выбор зависит именно от провода, а не от нагрузки. Например, если из автомата выходит провод сечением 1,5 кв. мм, то мы должны установить автомат, номинал которого не превышает 10А. Номинал вводного автомата зачастую выбирается из расчета выделенной мощности, хотя формально он также защищает провод, которым выполнен монтаж в щите. Поэтому, если вводной автомат имеет номинал C25A, то проводить монтаж щита следует с использованием провода не менее 4 кв. мм.
Если такая возможность имеется, лучше использовать кабель большего сечения, и установить вводной автомат на больший номинал. Верхнее лимитирование будет объяснено ниже.
Электромагнитный расцепитель предназначен для отключения при коротком замыкании. Класс автомата показывает кратность тока, при которой сработает этот расцепитель. Наиболее распространенным и доступным классом является класс C, который срабатывает при кратности тока в диапазоне от 5 до 10. Он легко справляется с работой всей двигательной и импульсной бытовой техники: будь то холодильник, пылесос или перфоратор. Как следствие, мой вводной дифференциальный выключатель C25A активируется при токах от 125 до 250А за 0,01 секунды, и предохранитель в этом случае останется целым. Если за вводным автоматом установлен выключатель нагрузки C16А, его электромагнитный расцепитель сработает при токах от 80 до 160А.
Общее понятие селективности
Как уже упоминалось, селективность — это ключевое свойство релейной защиты. Оно определяется способностью обнаруживать неисправные элементы в электросети и отключаться только в проблемной зоне, а не во всей системе. Эта функция является крайне важной и обеспечивает надежность работы всего электрооборудования.
Существует две категории селективной защиты: абсолютная и относительная.
- Абсолютная селективность предполагает, что предохранители срабатывают исключительно в том сегменте сети, где произошло короткое замыкание или возникла поломка.
- Относительная селективность подразумевает отключение автоматов, находящихся близко к месту повреждения, если защита на тех участках не сработала должным образом.
Главные функции
Основные задачи селективной защиты включает в себя обеспечение бесперебойного функционирования электросистемы и защиту механизмов от разрушения при возникновении аварийных ситуаций. Главным условием для корректного функционирования подобной защиты является согласованность защитных устройств друг с другом.
В момент возникновения аварийной ситуации неисправный участок определяется при помощи селективной защиты и отключается мгновенно. При этом исправно работающие участки продолжают функционировать, не мешая отключенным устройствам. Селективность значительно снижает нагрузку на электрические установки.
Базовым принципом создания такого рода защиты является оборудование автоматов с номинальной токовой нагрузкой, которая меньше, чем у прибора, подключенного на вводе. Хотя они могут в сумме превышать номинал группового автомата, по отдельности такого не должно быть. Например, если вводное устройство установленное на 50А, то следующий автомат не должен иметь номинал выше 40А. Первым сработает тот агрегат, который расположен ближе всего к месту короткого замыкания.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью, зависит от их номинала и характеристик срабатывания, которые имеют обозначения В, С и D. Зачастую приборами, которые оберегают электросистему, служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО.
Итак, можно выделить основные функции селективной защиты:
- обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
- быстрота в выявлении и отключении той части электросистемы, в которой произошла поломка (при этом рабочие зоны продолжают функционировать);
- уменьшение негативных последствий для рабочих компонентов электромеханизмов;
- снижение нагрузки на составные механизмы и предотвращение разрушений в неисправной зоне;
- гарантия непрерывного рабочего процесса и высокого уровня электроснабжения;
- поддержка оптимального режима работы конкретного устройства.
Абсолютная и относительная селективность защиты
Селективность, в соответствии с определением, приведенным в ГОСТ от IEC 60947-1-2014, делится на два основных типа: абсолютная и относительная. Если система защиты настроена так, что срабатывает исключительно в пределах защищаемой зоны, это говорит об абсолютной селективности.
При этом максимальный ток селективности будет равен максимальной отключающей способности имеющегося ниже установленного автомата.
Если срабатывание происходит в резервном режиме, когда за отключение проблемного участка не отвечает система, а отключаются автоматы расположенные выше, это указывает на относительную селективность.
При превышении установленного тока автоматом, т.е. при отсутствии больших перегрузок, селективная защита работает практически безотказно. Достичь того же результата намного сложнее в ситуации короткого замыкания.
Информация о выпускаемых продуктах размещается на корпусе устройства, а также на официальных сайтах производителей. Важно корректно интерпретировать маркировку автоматов — формировать группы выключателей необходимо только по таблицам одного конкретного производителя. Необходимо учитывать, что группы, организованные по относительному принципу, обладают большим количеством функций.
Таблицы селективности, которые производители прикладывают к своим устройствам, упрощают задачу выбора. Используя их, можно формировать группы с необходимой селективностью срабатывания.
Для таблиц, буква Т обозначает полную селективность пары аппаратов, а цифра — частичную. Когда ожидаемое значение тока КЗ меньше числа, указанного в таблице, можно утверждать, что избирательность будет обеспечена.
Для проверки селективности между оборудованием, расположенным выше и ниже, необходимо находиться на пересечении вертикали и горизонтали. Общее обеспечение селективности представляет собой крайне важную задачу при обеспечении питания для потребителей, относящихся к особой категории.
При отсутствии такой защиты могут возникнуть ситуации, которые приведут к остановке производственных процессов, повреждению линий, а также отключению систем кондиционирования и дымоудаления.
Виды селективных схем подключения
Помимо абсолютной и относительной селективности, существует еще 7 видов селективной защиты:
- зонная;
- времятоковая;
- энергетическая;
- временная;
- полная;
- частичная;
- токовая.
Для получения желаемой селективности автозащиты электрических сетей с использованием автоматических выключателей применяют различные методы. Однако в любом случае крайне важно правильно установить выключатель, строго следуя выбранной схеме и правилам монтажа.
Вид #1 — полная и частичная защита
Полная защита подразумевает, что если два автомата соединены последовательно, то появление сверхтоков вызовет отключение именно того, который расположен ближе к зоне неисправности.
Частичная защита действует по аналогичному принципу, но срабатывает только после того, как ток достигнет определенного порога.
Селективность отключения, обеспечиваемая автоматами (А и В), гарантирует, что короткое замыкание, в каком бы месте оно ни произошло в электроустановке, будет остановлено ближайшим выключателем выше этого места. Остальные устройства при этом не отключатся.
Если можно поддерживать селективность при меньшей величине тока двух автоматов, это считается полной селективностью между ними. Только в таком случае предельная величина предполагаемого тока короткого замыкания не превысит величины тока двух автоматов.
Вид #2 — токовый тип селективности
Для токовой селективности важнейший показатель — лимитный ток. Выстраивание происходит от объекта до ввода по принципу возрастания. Функционирование этой селективности основано на тех же принципах, что и временной селективности.
Единственное отличие заключается в том, что выдержка производится по величине тока — при приближении точки короткого замыкания к вводу, увеличивается показание тока. Временной параметр отключения может оставаться тем же.
Поврежденную в результате короткого замыкания зону определяют по установленным порогам срабатывания, которые задаются для различных величин тока. Полная селективность возможна только при условиях, когда ток короткого замыкания незначителен и между двумя автоматами находится устройство с высоким электрическим сопротивлением. В этом случае токи короткого замыкания будут значительно различаться.
Такой вид селективности в основном используют в конечных распределительных щитах, где сочетаются автомат с небольшой номинальной мощностью и ток короткого замыкания с большим полным сопротивлением соединительных кабелей.
Данная селективность является экономически выгодной, простой и обладает мгновенным временем реакции. Но зачастую она может быть лишь частичной, так как, как правило, максимальный ток остается невысоким.
На фотографии изображена токовая избирательность с применением автоматов выключателей. При таком виде селективности наблюдается смещение по оси тока токовых характеристик автоматов, расположенных друг за другом.
Когда значения Isd1 и Isd2 обладают равенством или близки, то Is — максимальный ток селективности определяется как Isd2. Если же эти величины значительно отличаются, то Is = Isd1.
Для обеспечивания селективности по току необходимо соблюдение соотношений: Ir1/Ir2 > 2 и Isd1/Isd2 > 2. Только в этом случае максимум селективности получается равным Is = Isd1.
Что такое таблицы селективности
Для проверки селективности между выбранными автоматами можно воспользоваться таблицами селективности, которые можно найти в каталогах производителей. Пример таблицы представлен ниже на основе изделий Acti9 от Schneider Electric:
В данной таблице указаны пределы селективности. Буква T обозначает полную селективность. Как видно, полная селективность наблюдается в ограниченном числе случаев. Если ток короткого замыкания превысит предел селективности, вероятно, что оба автомата отключатся.
Селективность по току
Все три защиты имеют минимальную задержку срабатывания, которая составляет 0,02 секунды. Но у них разные показатели срабатывания по току (уставки):
- для выключателя №1 — 200 А;
- для автомата №2 — 300 А;
- для защиты №3 — 400 А.
Если в защищаемой электрической сети происходит короткое замыкание, ток резко возрастает. В результате включает защита, и происходит отключение. При токовой селективности автоматических выключателей, если защита №1 не сработает, ее функции выпадет на следующую — №2.
Время-токовая селективность
В дополнение к указанным выше методам, для настройки защиты электрических установок напряжением до 1000 В применяется метод согласования время-токовых характеристик использующихся автоматических выключателей.
Так, можно добиться избирательности срабатывания защиты путем индивидуальной подбора время-токовой характеристики автомата В, чтобы она находилась на предустановленном расстоянии ниже характеристики выключателя А. Определить эту зону можно экспериментально, включая расчетные погрешности срабатывания защит. С составленной с учетом этой зоны таблицей селективности можно удобно подбирать автоматы, обеспечивая максимальной безопасности объекта.
Вместе с автоматами современные производители предоставляют покупателям готовые таблицы селективности. Это позволяет подбирать все выключатели для достижения полной селективности и обеспечение максимальной безопасности всего оборудования.
При выборе защитных устройств, учитывающих требования селективности, вы получаете сразу два преимущества: повышенную надежность электрической установки и упрощенное выявление повреждений в цепях тока. Обратите внимание, что обеспечение селективности бывает проблематично при использовании устройств различных производителей. Поэтому, чтобы избежать подобных конфликтов, лучше устанавливать автоматы одного производителя и опираться на предоставленные ими таблицы селективности.
