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.

Ее закономерности определяются принципом селективности, который еще называют избирательностью , подчеркивая функцию выбора или определения места возникновения повреждения, которое необходимо отключить.

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 защиты электрической сети (принцип работы)

В электрике и энергетической отрасли селективность относится к важнейшим понятиям, так как основное ее назначение — защита от выхода из строя электроприборов по причине каких-либо неисправностей при функционировании электроустановок. Благодаря такой функции продляется срок службы приборов, повышается надежность их работы.

Что такое селективность?

Понимание селективности представляет собой отлаженное функционирование и механизм защиты определенного оборудования, состоящего из последовательно соединенных элементов. К подобным устройствам часто относятся разнообразные типы УЗО, дифавтоматов, предохранителей. Итог их работы — недопущение перегорания электрических механизмов при возникновении каких-либо предпосылок для этого. Читайте также статью ⇒ Принцип селективности для выбора автоматических выключателей и УЗО.

Схема совместной селективной работы УЗО и автоматических выключателей в щитке

Основным преимуществом такой системы можно назвать возможность отключения только неисправных участков, при которой оставшаяся часть системы продолжает работать.

Совет №1: Единственным необходимым условием в таком случае является согласованность между собой всех имеющихся устройств.

Функции селективности

К основным функциям селективности относятся:

• обеспечение условий безопасности электрооборудования и работающих с ним сотрудников;
• мгновенное выявление и отключение от питания зон, в которых возникла неисправность без отключения подачи питания в зоны исправной работы электротехники;
• минимизация влияния отрицательных последствий неисправности на работающие в нормальном режиме части оборудования;
• снижение нагрузки на состоящие из нескольких частей установки, предотвращение возникновения повреждений в аварийной части системы;
• гарантирование максимально продолжительного электроснабжения требуемого качества;
• обеспечение непрерывности выполнения процесса функционирования;
• выполнение необходимого уровня поддержки при неисправности защиты, работающей на размыкание;
• выполнение поддержки наиболее приемлемого режима работы агрегатов;
• обеспечение рационального и простого использования, экономически рациональной работы установок.

Виды защиты

Временная

В цепь подключается ряда автоматов, обладающих различной выдержкой по времени, но идентичными токовыми параметрами. В итоге приборы подстраховывают один другого от ближайшего к неисправной зоне до наиболее удаленного устройства. К примеру, сработка ближайшего произойдет спустя 0,02 с, последующего — через 0,5 с, последнего, если не произойдет сработки предыдущих- спустя 1 с.

Принципиальная схема для выбора автоматических выключателей и УЗО по времени срабатывания

Про типы УЗО и его подключение подробно описано в статьях:

• Какие типы УЗО существуют и в чем их различие?
• Как правильно подключить УЗО? Схема подключения

По току

Принцип работы такого типа селективности одинаков с предыдущим, за исключением выдержки, происходящей по значению тока, а не по скорости сработки. Например, выключатели установлены на вводе 25А, затем на 16А, а после — на 10А. Срок сработки у всех приборов может быть равным.

Принципиальна схема подбора автоматических выключателей и УЗО по току срабатывания

По зонам

При определении нарушения диапазона тока сработка прибора позволяет с наиболее возможной точностью выявить аварийную зону и прекратить ее питание.

Принцип логики

Такой тип селективности в сети организуется обмен данными между подключенными к сети по последовательной схеме защитными приборами со значительным количеством порогов избирательности. При этом появляется возможность изменения задержки срока срабатывания любой из защит.

Принцип действия схемы логической селективности позволяет выбрать требуемый отключающий автомат

В итоге происходит сработка именно тех защитных приборов, которые располагаются близко от поставщиков электропитания, а близкие к оборудованию не подключаются. Это позволяет сделать выбор в пользу автомата, отключающего подачу аварийного тока.

По направленности

Включение приборов защиты осуществляется по очереди, формируемой направленностью тока. С помощью вектора напряжения задается некая точка, по отношению к которой сам вектор обладает фазовым сдвигом. Реле при этом реагирует и на напряжение, и на поступающий ток. Подлежащая защите цепь приспосабливается к размещению как в отключаемой зоне, так и на участке, на котором не производится отключение.

Включение устройств УЗО и выключателей, реализуемое по принципу направленности селективной защиты

При возникновении короткого замыкания в точке 1 устройство защиты D1 и выключатель, управляющийся им, среагируют, и будет произведено отключение. Сработки других приборов в этом случае не осуществится.

При возникновении короткого замыкания во 2-й точке обе защиты и выключатель не сработают.

Совет №2: Сборные шины оснащаются индивидуальной защитой.

Преимуществом такой схемы можно назвать простоту устройства. К недостатку следует отнести необходимость установки вспомогательного оборудования — трансформаторов напряжения, требующихся для выявления направленности тока.

По принципу дифференцирования

Такой тип селективности свойственен цепям с подключением мощных потребителей.

Отступления параметров токов по фазе и амплитуде в пунктах А и В будут определяться как аварийные. При нештатном событии за границами зоны АВ не фиксируются. Защита сработает при условии превышения величиной тока IA величины тока IB. Для реализации такого принципа требуется установка трансформаторов тока особых типов, позволяющих выстроить надежную защиту от процессов, оказывающих воздействие на сработку приборов:

• намагничивающего тока трансформатора;
• насыщения датчиков тока и образующегося тока погрешности;
• емкостного элемента тока ЛЭП.

Принцип селективной дифференциальной защиты при подключении оборудования со значительной мощностью

Преимуществами такого метода являются:

• высокий уровень чувствительности;
• высокая скорость отключения в защищаемой зоне.

К минусам относятся:

• немалая стоимость;
• повышенные требования к сотрудникам, получивших доступ к работе с защитой;
• необходимость обустройства наибольшей токовой защиты при возникновении нештатных событий.

Комбинированная селективность

Этот вид основывается на комбинировании селективности компонентов, входящих в ее состав. Такие комбинации позволяют выполнить значительные улучшения:

• суммарной селективности;
• аварийного режима либо резервирования.

Варианты применения комбинированной селективности:

• по времени и току;
• логическая плюс временная;
• направленная и логическая;
• направленная с временной;
• временная совместно с направленной.

Карта селективности

Нельзя не упомянуть и селективной карте, требующейся для обеспечения максимальной токовой защиты. Карта выглядит как построенная в осях схема, на которой показаны все совокупности времятоковых характеристик поставленных автоматов.

На карте селективности отображаются времятоковые характеристики установленных и подключенных защитных автоматов

Как уже было указано выше, каждый из приборов защиты должен подключаться поочередно.

Основные правила для построения карт:

• защитные приборы должны исходить от одного напряжения;
• масштаб подбирается с учетом видимости всех граничных точек;
• должны указываться наименьшие и наибольшие показатели коротких замыканий во всех расчетных точках.

Селективные автоматы

Рассмотрим работу селективной защиты на примере автомата АВВ S750DR, в которых обеспечивается селективность автоматов за счет наличия дополнительного токового пути, не размыкающегося после сработки главного контакта при коротком замыкании.

При выключении расположенной ниже аварийной зоны селективной клеммой создается задержка по времени сработки. Основная клемма селективного автомата при этом под действием пружины возвращается в исходное положение. При продолжении поступления сверхтока тепловая защита и в главной, и во вспомогательной цепях отключается. Селективная пластина при этом продолжает препятствовать механизму размыкания — пружина не может обратно изолировать основную клемму.

Ограничение автомата по току обеспечивается наличием селективного резистора на 0,5 Ом и значительного дугового сопротивления внутри самого устройства.

Релейная защита

К релейной защите, отключающей цепь при повреждениях, предъявляются такие требования:

• селективность;
• скорость реагирования;
• чувствительность;
• надежность.

Селективность можно назвать главным условием, обеспечивающим бесперебойность и непрерывность питания электрооборудования при наличии запасного источника.

Использование выключателей и реле с высокой скоростью реагирования исключается нарушение динамической устойчивости функционирующих параллельно синхронных агрегатов. Так устраняется основная причина самых тяжелых системных аварий с точки зрения непрерывной работы потребителей.

Релейная защита также должна обладать достаточной чувствительностью к повреждениям и нештатным режимам функционирования, возникающих на подлежащих защите элементах системы. Соответствия требованию необходимого уровня чувствительности во вновь создаваемых современных электросетях добиться очень сложно.

Требование надежности предъявляется в связи с тем, что защита сети должна безотказно и корректно функционировать и отключать оборудование при любом его повреждении и возникновении нарушений, препятствующих нормальному рабочему режиму.

Источник