Селективность УЗО и автоматических выключателей

Функции и задачи селективности

Основной задачей селективной защиты является функция обеспечения стабильной работы и безопасной эксплуатации электроустановок. При возникновении аварийных ситуаций, поврежденный участок определяется практически мгновенно и сразу же отключается, не нарушая работу исправных мест. За счет селективности значительно снижается нагрузка на электроустановки, уменьшаются негативные последствия от действия короткого замыкания.

Четкая и слаженная работа защитных автоматических устройств максимально обеспечивает требования, предъявляемые к бесперебойному электроснабжению. В результате, селективность автоматического выключателя сохраняет непрерывность всех технологических процессов с участием электроустановок. Отключенные участки никак не влияют на их стабильную работу.

Основное правило устройства селективной защиты предполагает установку автоматов с номинальным током, более низким, чем у вводного устройства. Суммарно они могут превышать номинал группового автомата, но по отдельности каждый из них должен быть хотя-бы на одну ступень ниже. То есть, при установке вводного устройства на 50 А, следующий прибор на линии будет иметь номинал не выше 40 А. Первым всегда срабатывает автомат, ближе всего расположенный от места повреждения.

Селективность автоматов обеспечивается их конструкцией. Включение и отключение питания выполняется специальным рычажком. Неподвижные контакты соединяются с клеммами, к которым, в свою очередь, подключаются проводники. Быстрое размыкание осуществляется с помощью подвижного контакта, соединенного с пружиной. Расцепление обеспечивается биметаллической пластиной, изгибающейся после нагрева в случае превышения током своего предельно допустимого значения.

Для настройки токов срабатывания имеется регулировочный винт. В совокупности все элементы способствуют быстрому определению неисправного участка и отсечению его от работоспособных частей.

Основным принципом селективности считается поочередное срабатывание защитной аппаратуры. В случае отступлений от норм, произойдет перегрев не только автоматов, но и электропроводки. В результате, возникают аварийные ситуации с серьезными негативными последствиями.

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:

• обычные;
• типа S.

Селективное УЗО от ABB: F202 A S, 63А Сравнение их временных характеристик приведено ниже.

Тип УЗО	Время отключения при токе утечки равном Idn	2*Idn	5*Idn
Обычное устройство	0,3	0,15	0,04
УЗО типа S	0,13-0,5	0,06-0,2	0,05-0,15

Режимы работы

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

• нормальный;
• аварийный;

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.

Устройства защитного отключения (УЗО)

УЗО является аппаратом обеспечения защиты от случайного прямого, либо косвенного прикосновений персонала к токоведущим частям электроустановок, а также защиты от токов утечки при повреждении изоляции и предотвращения возгораний.

Основными параметрами УЗО по ГОСТ IEC/TR 60755-2017 являются:

• номинальное напряжение, при котором обеспечиваются характеристики УЗО: предпочтительными значениями являются 110, 120, 230 и 400 В;
• номинальный ток, установленный изготовителем, проведение которого обеспечивается УЗО: предпочтительными значениями являются 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 400, 630 А; основное применение находят УЗО на 16 – 125 А;
• номинальный отключающий дифференциальный ток ( IΔn ) – действующее значение синусоидального дифференциального тока при номинальной частоте, установленное изготовителем для УЗО, вызывающее его срабатывание в предписанных условиях: предпочтительными значениями являются 0,006; 0,01; 0,03; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 10; 20; 30 А; основное применение находят УЗО на 0,01 и 0,03 А для обеспечения электробезопасности, и на 0,1; 0,3 и 0,5 А для защиты от возгораний (противопожарные);
• номинальный неотключающий дифференциальный ток ( IΔno ) – значение неотключающего дифференциального тока, установленное для УЗО изготовителем, при котором оно не срабатывает в предписанных условиях: предпочтительными значениями для переменного тока 50 Гц являются 0,5 · IΔn ;
• номинальная наибольшая включающая и отключающая способность (Im) – действующее значение ожидаемого тока КЗ, который УЗО может включать, проводить в течение времени, необходимого для срабатывания, и отключать в предписанных условиях без ухудшения его характеристик: минимальными значениями являются наибольшее из 10 · Iном или 500 А;
• номинальная дифференциальная наибольшая включающая и отключающая способность ( IΔm ) – действующее значение ожидаемого дифференциального тока КЗ, который УЗО может включать, проводить в течение времени, необходимого для срабатывания, и отключать в определённых условиях без ухудшения его характеристик: предпочтительными значениями являются 500, 1 000, 1 500, 3 000, 4 500, 6 000, 10 000, 20 000 и 50 000 А; минимальные как в пункте выше.

По возможности обеспечивать селективность УЗО делятся:

• без выдержки времени;
• с выдержкой времени: по возможной выдержке бывают типов G (0,08 – 0,1 с) и S (0,15 – 0,5 с).

По способности к срабатыванию при наличии составляющей постоянного тока:

• типа AC – срабатывающее при наличии только дифференциального синусоидального переменного тока;
• типа A – срабатывающее с управлением или без управления углом фазы различной полярности как УЗО типа AC, и дополнительно при дифференциальных пульсирующем постоянного токе и с наложением постоянного тока 6 мА;
• типа B – как и тип А, и дополнительно при дифференциальных синусоидальном токе 1 000 Гц, переменном токе и пульсирующем постоянном наложенных на сглаженный постоянный ток, постоянном выпрямленном токе, сглаженном постоянном токе.

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:

1. Повреждена изоляция проводки. Существует риск возгорания или поражения человека электрическим током.
2. Вышеописанный риск оправдался. Человек коснулся либо попавшего под фазный потенциал корпуса электроприбора, либо непосредственно оголенного провода от розетки.

Общее понятие селективности

Для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий в системе релейной защиты применяются автоматические выключатели. В аварийной ситуации они полностью отключают потребителей, что не всегда удобно. В связи с этим были разработаны селективные схемы защиты, принцип действия которых заключается в отключении не всей линии, а только аварийного участка. Групповой автоматический выключатель остается во включенном состоянии.

Отсюда следует, что селективностью считается определенный подбор автоматов для одной системы, призванный обеспечить отключение лишь конкретного аварийного участка. То есть, срабатывает то защитное устройство, которое отвечает за этот участок, а прочие автоматы в это время работают в обычном режиме. Путем селективности согласуется работа защитной аппаратуры, установленной последовательно. При возникновении короткого замыкания или перегрузки, отключается только неисправная часть электроустановки.

Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью зависит от их номинала и характеристик срабатывания, обозначаемых как В, С и D. Система должна выстраиваться таким образом, чтобы срабатывания происходили в нужное время при различных токах коротких замыканий.

Модульные автоматы отличаются по току различными классами токоограничения, характеризующими время срабатывания электромагнитных расцепителей и собственной избирательностью. Однако быстрота не всегда имеет решающее значение, поэтому в селективных системах устанавливаются групповые автоматы, срабатывающие медленнее, чем приборы на отходящих линиях. Это позволяет исключить одновременное срабатывание основного устройства и автомата с более низким ограничением тока.

Производители УЗО

Группа Legrand является известным в мире производителем электрических систем зданий. Лидирующие позиции обеспечивает высочайшая культура производства и крупные инвестиции в создание новых электротехнических изделий. Для России группа поставляет весь перечень электрооборудования, начиная с розеток и выключателей до сложнейших систем управления.

Селективное УЗО Legrand бывает электронного и электромеханического типа (обозначено на лицевой панели). В зависимости от исполнения оно устанавливается сбоку или снизу от автоматических выключателей. Регулируется выдержка времени (0-1,3 с) и чувствительность. В комплексе с автоматами применяются как высокочувствительные или основные защитные устройства.

Цены на УЗО остаются высокими, как и у остальных брендов.

Фирмой АВВ наиболее полно УЗО представлены серией F 200 — от 16 А до 125 А. Для домашней сети достаточно УЗО 63A, 100мА селективное. По токам утечки для бытовой техники обычно применяется устройство на 30 мА. В качестве противопожарной защиты на вводе частного дома применяется селективное УЗО ABB (63А, 300мА) четырехполюсное для трехфазной сети, как одно из самых надежных. Ему не уступают по качеству изделия марки Legrand. Для квартиры с однофазным вводом будет двухполюсное устройство. На фото ниже изображено селективное УЗО ABB 63А, 300мА.

Максимальный ток, который способен выдержать аппарат, составляет от 3 до 10 кА (указывается на лицевой панели). Он является кратковременным, а не рабочим током. УЗО способно выдержать паузу, пока автомат не отключит цепь.

Фирма является одной из ведущих, но цены очень высокие. Потребители часто отдают предпочтение моделям abb, поскольку безопасность стоит дороже всего. Выпускается дифференциальный блок ABB DDA200 AP-R типа А и АС. В нем предусмотрена задержка срабатывания на 10 мс, хотя это не селективное УЗО ABB. Кривая характеристики отключения у него расположена между селективным и обычным УЗО. Устройство обладает повышенной устойчивостью к ложному срабатыванию по сравнению с устройствами общего назначения.

Процент брака на селективное УЗО ABB, как и на остальные изделия, составляет всего 2 %, благодаря чему проблем в работе практически не бывает. Электромеханические устройства значительно надежней электронных и во всем имеют плюсы, за исключением цены. Уже начинают появляться УЗО с электронным исполнительным устройством, не уступающие по надежности механическому.

На рынке можно найти изделия вдвое дешевле, а по качеству не уступающие АВВ. Фирма выпускает также серию FH 200, которая имеет цену несколько ниже, но значительно проигрывает в качестве изделиям F 200. В частности, у нее не такие надежные контакты крепления проводников, которые быстро начинают болтаться, что отражается на качестве работы.

Если приобретать селективное УЗО ABB, то только в специализированных магазинах, а не в сомнительных местах. Подделка опасна тем, что она не способна защитить человека должным образом

На модульное оборудование, в перечень которого также попало УЗО, самопальщики обращают большое внимание из-за высокой стоимости

Отечественная группа компаний IEK производит около 7 тыс. наименований изделий, отвечающих мировым стандартам и обеспечивающих надежную работу электросетей.

К УЗО предъявляются высокие требования. С одной стороны, они должны надежно срабатывать, защищая людей от удара током, а проводку — от опасности воспламенения. Но при этом устройства, установленные на разных ступенях электрических цепей, должны действовать избирательно, отключая отдельные участки. Этим условиям, а также ГОСТу 51326.1, соответствует селективное УЗО IEK типа ВД1 63S.

Группа изделий представлена значениями номинальных токов 25-80 А, а дифференциальные токи составляют 100 мА и 300 мА. Изделия дешевле, чем у именитых брендов и широко применяются в качестве вводных противопожарных аппаратов. При этом селективность защиты обеспечивается большими величинами токов отсечки и временными задержками на отключение цепей.

Карта селективности и правила ее создания

Времятоковые характеристики всех устройств, включенных в схему электрической сети, изображают на карте селективности. Целью ее составления является максимальное обеспечение защиты автоматов. Основа защиты выключателей — принцип, по которому выключатели подключают друг за другом строго последовательно.

Существует ряд правил, обязательных при создании карты селективности:

1. Установки должны иметь один источник напряжения.
2. Все важные расчетные точки должны хорошо просматриваться. С учетом этого требования необходимо выбирать масштаб.
3. На карте указывают защитные свойства, минимальные, максимальные параметры КЗ в точках системы.

Часто нормы проектирования нарушаются, и карты селективности в проектах отсутствуют. Это может привести к перебоям в электроснабжении потребителей.

На карту наносят характеристики автоматов, подключенных последовательно друг за другом. Саму схему строят в осях

Карта дает полную картину о согласовании уставок. Она предоставляет возможность сравнить работу автоматов по такой характеристике, как селективность.

Времятоковые разновидности осей являются базой не только для построения карт селективности для токовой защиты в виде автоматических выключателей, но и для других ее видов: предохранителей, реле. Обычно одна карта содержит характеристики 2-3 АВ. По оси абсцисс отмечают величину тока в кВ, а по оси ординат — время в секундах.

Где используют трехфазное УЗО

УЗО – устройство защитного отключения. Это устройство знакомо многим, но почему-то не все верят в то, что УЗО действительно работает. При этом, никто еще не смог дать конкретного ответа, почему он так думает. Спешу вас заверить: устройство защитного отключения действительно работает, поэтому в целях собственной безопасности и предотвращения несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током, такое устройство стоит установить каждому.

Схема подключения УЗО достаточно проста, и с финансовой точки зрения тоже себя оправдывает. Да и экономить на собственной безопасности неправильно. Поэтому еще раз: устройство защитного отключения НЕОБХОДИМО, если вы задумываетесь о своей безопасности и безопасности ваших домочадцев.

Электроэнергия по потребителям распространяется через однофазные либо трехфазные сети. В зависимости от количества фаз в сети, меняются и схемы подключения автоматов (автоматических выключателей) и схемы подключения УЗО.

Виды селективных схем подключения

Защитная аппаратура по селективности подразделяется на несколько видов. К таковым относятся следующие виды защит:

• полная;
• частичная;
• токовая;
• временная;
• времятоковая;
• энергетическая.

Максимальная токовая защита

На каждом из них нужно остановиться отдельно.

Защита полная и частичная

При такой защищённости цепи подразумевается последовательное подключение аппаратов. В случае возникновения сверхтока сработает тот автомат, который ближе всего к месту повреждения.

Важно! Частичная избирательная защита отличается от полной селективности тем, что срабатывает лишь до установленного значения сверхтока

Токовый тип селективности

Выстраивая в убывающем порядке величины токов от источника к нагрузке, обеспечивают работу токовой избирательности. Главной мерой здесь является предельное значение токовой метки.

Например, начиная от источника питания или ввода, автоматические выключатели устанавливают в последовательности: 25А, 16А, 10А. Все автоматы могут иметь одинаковое время на срабатывание.

Важно! Между автоматами должно быть высокое сопротивление цепи. Тогда они будут иметь эффективную избирательность

Повышают сопротивление путём увеличения протяжённости линии, включения участков с проводом меньшего диаметра или вставкой трансформаторной обмотки.

Токовая селективность

Временная и времятоковая селективность

Что значит селективная защита по времени? Особенностью такого построения схемы релейной защиты является привязка ко времени срабатывания каждого защитного элемента. Автоматические выключатели обладают одинаковыми токовыми параметрами, но имеют разную выдержку времени при срабатывании. Время срабатывания увеличивается по мере удаления от нагрузки. К примеру, самый ближний рассчитан на срабатывание после 0,2 с. В случае его отказа через 0,5 с. должен сработать второй. Работа третьего автоматического выключателя рассчитана через 1 секунду в случае несрабатывания первых двух.

Временная избирательность

Очень сложной считается времятоковая избирательность. Чтобы её организовать, необходимо выбирать приборы групп: A, B, C, D. У группы А наивысшая защита (применяется в электроцепях). Каждая из этих групп имеет индивидуальную реакцию на величину электрического тока и временную задержку.

Энергетическая селективность автоматов

Такая защита обусловлена свойствами выключателей, которые заложены производителем. Быстрое срабатывание – до того, как токи КЗ достигли максимума. Счёт идёт на миллисекунды, согласовать такую избирательность очень сложно.

Энергетическая селективность

Что такое зонная селективность

Определение данного покрытия избирательной защитой сети связано с особенностью её построения. Это достаточно дорогой и сложный способ. В результате обработки сигналов, поступающих от каждого выключателя, определяется зона повреждения, и отключение происходит только в ней.

Информация. Для обустройства такой защиты требуется дополнительное питание. Сигнал от каждого выключателя подаётся в контрольный центр. Отключения производятся электронными расцепителями.

Такие схемы рациональнее всего использовать на промышленных предприятиях, где системы обладают высокими значениями токов КЗ и значительными рабочими токами.

Пример и график зонной избирательности

Понятие селективности. Методы обеспечения селективности

Выбор системы защиты электроустановки является важным аспектом как для обеспечения экономичной и технически правильной эксплуатации всей установки, так и для сведения к минимуму последствий, вызванных ненормальными условиями эксплуатации или текущими неисправностями.

В рамках данной статьи исследуется согласование различных устройств, предназначенных для защиты частей установки или конкретных компонентов, с целью:

• обеспечения безопасности установки и персонала во всех случаях;
• быстрого определения и отключения зоны, в которой возникла проблемная ситуация, без проведения общих отключений, которые прекращают подачу электроэнергии в зоны нормальной работы установки;
• снижения нагрузки на элементы и предупреждение повреждений в зоне неисправности;
• обеспечения непрерывности электроснабжения надлежащего качества;
• предоставления персоналу, отвечающему за системное техобслуживание и управление, информации, которая необходима для скорейшего восстановления эксплуатации остальной части электросети с минимальным вмешательством;
• достижения оптимального согласования факторов надежности, простоты эксплуатации и экономической эффективности.

Традиционные сферы применения прибора

Как отмечалось выше, эту модификацию защитных устройств не используют для защиты от прямого контакта.

Чаще всего устройства применяются в качестве блокираторов на случай возможного возгорания электропроводки или системных механизмов.

Прямой контакт с техникой, тем более бытовой, явление обычное. Однако в случае токовой утечки такой контакт чреват тяжелыми последствиями. От прямого контакта в условиях утечки УЗО типа S не защитит, но для этого есть другие виды приборов

Эти же УЗО используются как защитные средства против короткого замыкания в цепях питания ценных дорогостоящих установок/приборов/техники или в цепях питания важных технологических систем.

Обычное дело – внедрение устройств селективного типа при построении сложных каскадных электрических схем, где на каждом ответвлении задействована нагрузка разного вида с разными токами.

Каскадное схемное решение по разводке электрической сети с применением модулей защиты селективного типа. Один из распространенных вариантов, которые применяются при электрификации жилых зданий

При такой конфигурации системы разветвления электричества селективными приборами, обеспечивается надежная защита по отдельным участкам.

А также каждые отдельные УЗО в случае аварии обеспечивают возможность оперативного определения дефекта.

Карта селективности защиты

Идеальных вариантов обеспечения питания не бывает. Разные режимы нагрузки подразумевают различные аварийные ситуации. Именно карта селективности позволяет увидеть работу релейной защиты виртуально. Моделируя проект на бумаге, инженеры могут убедиться, что во всех режимах защита может работать правильно. Для разветвленных схем характерно наличие защитных устройств с различными времятоковыми характеристиками. Для примера возьмем любой автомат и определим его, как «нашу защиту».

Остальные устройства на схеме назовем смежными. Главный принцип правильной организации — времятоковые характеристики всех устройств не должны пересекаться на одном линейном уровне. Если провести временную линию в качестве оси координат, то между ступенями селективности должен быть разрыв. Увидеть это можно только на графиках. Это и есть карта селективности: на нем совмещены характеристики смежных защит.

Для построения карт лучше использовать специальные компьютерные программы. Хотя профессиональные инженеры легко строят графики карандашом. После выстраивания всех параметрических кривых, график проверяется на их пересечение. При возникновении такой ситуации, проверяется критичность: возможно, ничего менять не потребуется. Если линии электропитания не находятся в зависимости друг от друга, разведение ничего не меняет.

В остальных случаях необходимо обеспечить временную разницу по оси времени не менее 0.25 секунды.

Кроме того, даже если пересекаются селективности по времени срабатывания, разведение может быть организовано по разнице тока отсечки. Как правило, используются оба способа, это можно учитывать в построении карты, а можно оставить на практическом уровне.