Что такое селективность? Расчет селективности автоматических выключателей

Под селективностью понимается отлаженный механизм работы приборов защиты электрических цепей. В результате действия предохранителей или автоматических выключателей предотвращается сгорание электропроводки и выход из строя подключенных к ней нагрузок при коротких замыканиях и превышениях номиналов на отдельных участках, когда остальная часть схемы продолжает работать.

Схема работы автоматов

Представление о том, что такое селективность, можно получить, если рассмотреть схему работы домашнего электрического щита.

При коротком замыкании на кухне или в другом помещении должен сработать только тот защитный аппарат, который относится к данной цепи. Автомат на вводе при этом не отключится и будет проводить электричество к остальным участкам. Если по каким-либо причинам выключатель для кухни не сработал, тогда неисправность проконтролирует автомат ввода, отключив питание во всех электрических цепях.

Классификация

Что такое селективность автоматов, можно представить в виде их подборок и схем подключения.

1. Полная. При последовательном подключении нескольких аппаратов на сверхтоки реагирует тот, который расположен ближе к аварийной зоне.
2. Частичная. Защита аналогична полной, но действует только до определенной величины сверхтока.
3. Временная. Когда у последовательно подключенных аппаратов с одинаковыми токовыми характеристиками устанавливается разная временная выдержка на срабатывание с ее последовательным увеличением от участка с неисправностью до источника питания. Временная селективность автоматов используется с целью подстраховки друг друга по скорости отключения. Например: первый срабатывает через 0,1 сек, второй - через 0,5 сек, третий - через 1 сек.
4. Токовая. Селективность аналогична временной, только параметром является максимально-токовая отсечка. Аппараты выбирают в сторону уменьшения уставки от источника питания до объектов загрузки (например, 25 А на вводе и далее, 16 А к розеткам и 10 А - к освещению).
5. Времятоковая. В автоматах предусмотрена реакция на ток, а также - время. Автоматы делятся на группы A, B, C, D. На них организовать временную селективность при КЗ (коротком замыкании) сложно, поскольку характеристики аппаратов налагаются друг на друга. Максимальный защитный эффект достигается в группе A, которая применяется преимущественно для электронных цепей. Наиболее распространены устройства типа С, но бездумно и где попало устанавливать их не рекомендуется. Группа D применяется для систем электропривода с большими пусковыми токами.
6. Зонная. За работой электросети следят измерительные устройства. При достижении порога уставки (заданного предельного значения) данные передаются в центр контроля, где выбирается автомат для отключения. Способ используется в промышленности, поскольку является сложным, дорогостоящим и требующим отдельных источников питания. Здесь применяются электронные расцепители: при обнаружении неисправности нижерасположенный автомат подает сигнал вышерасположенному и тот начинает отсчитывать интервал времени, составляющий около 50 мсек. Если расположенный ниже выключатель за это время не сработает, включается тот, который расположен выше по цепи.
7. Энергетическая. Автоматы имеют высокое быстродействие, за счет чего ток КЗ не успевает достичь максимума.

Виды селективности

Селективность защиты подразделяется на абсолютную или относительную, в зависимости от того, какие участки отключаются. Для первого случая надежней всего срабатывают предохранители на поврежденном участке цепи. Во втором отключаются выше расположенные автоматы, если защита ниже не отработала по разным причинам.

Таблицы селективности

Селективная защита работает в основном при превышении номинала I_n автоматического выключателя, т. е. при небольших перегрузках. При коротких замыканиях добиться ее значительно сложней. Для этого производители продают изделия с таблицами селективности, с помощью которых можно создавать связки с избирательностью срабатывания. Здесь можно выбирать группы аппаратов только одного изготовителя. Таблицы селективности представлены ниже, их можно найти также на сайтах предприятий.

Для проверки избирательности между вышестоящим и нижестоящим аппаратами находится пересечение строки и столбца, где "Т" - это полная селективность, а число - частичная (если ток КЗ меньше указанного в таблице значения).

Расчет селективности автоматов

Защитными устройствами в основном служат обычные выключатели, селективность которых необходимо обеспечивать путем правильного выбора и настроек. Их избирательное действие для защиты, установленной ближе к источнику питания, обеспечивается путем выполнения следующего условия.

• I_{с.о.послед} ≥ K_н.о.∙ I _к.пред., где:
  - I_{с.о.послед} - ток, при котором срабатывает защита;
  - I _к.пред. - ток короткого замыкания в конце зоны действия защиты, расположенной на большем удалении от источника питания;
  - K_н.о. - коэффициент надежности, зависящий от разброса параметров.

Что такое селективность при регулировании автоматов по времени, видно из соотношения ниже.

• t_{с.о.послед} ≥ t_к.пред.+ ∆t, где:
  - t_{с.о.послед} и t_к.пред. - временные интервалы, через которые срабатывают отсечки автоматов, соответственно расположенных рядом и на удалении от источника питания;
  - ∆t - временная ступень селективности, выбираемая по каталогу.

Графическое изображение селективности

Для надежной токовой защиты электропроводки необходима карта селективности. Она представляет собой схему времятоковых характеристик аппаратов, установленных поочередно в цепи. Масштаб выбирается так, чтобы по граничным точкам было видно защитные свойства аппаратов. На практике карты селективности в проектах преимущественно не используются, что является большим недостатком и приводит к отключениям электричества у пользователей.

Соотношение номиналов должно быть как минимум 2,5 для обеспечения селективности. Но даже у них есть общие зоны срабатывания, хотя и небольшие. Только при соотношении 3,2 не наблюдается их пересечение. Но в этом случае один из номиналов может получиться завышенным и придется установить после автомата проводку большего сечения.

В большинстве случаев селективность защиты не требуется. Она нужна только там, где могут возникнуть серьезные последствия.

Если в расчете получаются завышенные значения номиналов автоматов, на вводе устанавливают рубильники или выключатели нагрузки.

Можно также применять специальные селективные автоматы.

Селективные автоматы S750DR

Компания АВВ выпускает изделия марки S750DR, где селективность выключателей обеспечивается дополнительным токовым путем, который не разъединяется после срабатывания основного контакта при коротком замыкании.

При отключении нижерасположенного аварийного участка селективным биметаллическим контактом создается задержка по времени срабатывания. При этом основной контакт селективного выключателя возвращается на место под действием пружины. Если сверхток продолжает поступать, через 20-200 мсек отключается тепловая защита в основной и дополнительной цепях. При этом селективная биметаллическая пластина блокирует механизм расцепления, и пружина уже не сможет обратно замкнуть основной контакт.

Ограничение по току автомата обеспечивается за счет селективного резистора на 0,5 Ом и большого сопротивления электрической дуги внутри аппарата.

Заключение

Что такое селективность, легко понять при рассмотрении электрических цепей с последовательным подключением автоматов. Их нетрудно подобрать, чтобы обеспечить избирательность срабатывания по перегрузкам. Сложности появляются при больших токах короткого замыкания. Для этого применяется несколько методов, а также специальные автоматы компании АВВ, создающие задержку на срабатывание во времени.