06.10.2016, Селективность автоматических выключателей: теория и практика

При проектировании новой электросети или реконструировании существующей важно придерживаться требований, создающих условия для надежной работы. Речь идет о селективности — согласовании характеристик защитных аппаратов на каждом этапе распределения электроэнергии. Это свойство обеспечивает срабатывание аппарата защиты, в цепи которого произошла перегрузка или короткое замыкание (КЗ). В то же время остальная часть электроустановки должна продолжать работать.

Калькулятор селективности

Например, в случае короткого замыкания в одной из кухонных розеток должен сработать групповой выключатель (на схеме — категории «В» с номинальным током 10 А). То есть должна отключиться лишь линия «розетки кухни», а не вводной автоматический аппарат, который отключает всю квартиру.

Если защитный аппарат по каким-либо причинам не отключился, то сработает вышестоящий автоматический выключатель квартирного щитка.

Определения

Селективность — согласование характеристик защитных аппаратов, установленных последовательно,  так, чтобы в аварийной ситуации отключалась лишь та линия питания или часть схемы, в которой возникла неисправность.

Полная селективность — такая координация работы аппаратов защиты, при которой отключение аппарата со стороны потребителя происходит раньше, чем отключение аппарата со стороны источника питания. Отключение осуществляется во всем диапазоне возможного тока КЗ в этой сети вплоть до значения наибольшей отключающей способности нижестоящего защитного аппарата.

Частичная селективность — такая координация работы аппаратов защиты, при которой аппарат со стороны потребителя осуществляет защиту только до значения Is (предельного тока селективности). Причем аппарат со стороны источника питания не должен срабатывать.

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

Зона короткого замыкания — диапазон тока, превышающего номинальный ток, в котором для отключения используется электромагнитный расцепитель.

Избирательное срабатывание защитных устройств обеспечивается координаций время-токовых характеристик. Наладить селективную работу оборудования в случае перегрузок можно тогда, когда номинальный ток устройства защиты со стороны питания будет хотя бы на одну ступень выше тока автомата со стороны нагрузки.

Способы обеспечения селективности

В зоне токовой перегрузки, как правило, используется время-токовый способ создания селективности. В зоне токов КЗ могут применяться иные методы. Рассмотрим их подробнее.

Временная селективность

Данный тип селективности обеспечивается за счет разного времени срабатывания защитных аппаратов. Для ее реализации вводится задержка времени, с которой должно срабатывать устройство.

Время срабатывания выключателя №1, который находится ближе всего к защищаемому оборудованию, устанавливается на показатель 0,02 с. На втором этапе защиты для отключения неполадки в цепи с током настраивается время срабатывания автомата на 0,5 с. На последнем этапе время срабатывания аппарата задается на значение в 1 секунду. Защита № 3 нужна для резервирования двух нижестоящих защит (№№ 1 и 2).

Этот метод реализуется в основном во вводных устройствах и распределительных щитах между воздушными автоматическими выключателями, оборудованными расцепителями с защитой от КЗ, которая срабатывает с временной задержкой.

Селективность по току

У всех трех защит задержка срабатывания является минимальной и составляет 0,02 с. Но показатели срабатывания по току (уставки) разные:

• для выключателя №1 — 200 А;
• для автомата №2 — 300 А;
• для защиты №3 — 400 А.

Если в защищаемой сети возникает короткое замыкание, ток стремительно возрастает. В результате срабатывает защита и происходит отключение. При токовой селективности автоматических выключателей, если защита №1 не сработает, ее будет резервировать следующая — №2.

Время-токовая селективность

Для настройки защиты электрических установок напряжением до 1000 В применяют еще один метод — согласование  время-токовых характеристик, которые имеют используемые автоматические выключатели.

Например, можно достичь избирательности срабатывания защиты за счет подбора время-токовой характеристики автомата В так, чтобы она находилась на заданном расстоянии ниже характеристики выключателя А. Определить эту зону можно опытно-расчетным путем, учитывая погрешности срабатывания защит. С учетом данной зоны составляются таблицы селективностей.

Современные производители вместе с автоматами предоставляют покупателям готовые таблицы селективности. Они позволяют подобрать все выключатели с полной селективностью и обеспечить максимальную безопасность объекта.

При выборе защитных устройств с учетом требований селективности вы получаете сразу два преимущества — повышение надежности электрической установки и упрощение работы по обнаружению повреждения в цепях для протекания тока. Обратите внимание: селективность защиты трудно обеспечить, если использовать аппараты разных производителей. Поэтому лучше устанавливать автоматы одного производителя и опираться на таблицы селективности.

Калькулятор селективности

Автор публикации Кирилл Голубничий

Устройство и принцип работы автоматических выключателей в различных ситуациях

Для обеспечения защиты электрических сетей используют автоматические выключатели. Подобное оборудование успело завоевать популярность благодаря легкому монтажу и ремонту, а также компактным габаритам.

Внешне данное устройство выглядит как короб из пластика, который обладает сопротивлением высоким температурам. Передняя панель оснащается рукояткой для включения и отключения оборудования. Задняя панель оснащена специальным фиксатором для закрепления выключателя, а верхние и нижние крышки оснащаются клеммами особой формы. В этой статье мы рассмотрим типы данных устройств, их конструкцию, а также принцип работы дифференциального автоматического выключателя.

Вернуться к содержанию

Виды автоматических выключателей

Подобные устройства делятся на несколько типов:

• установочные автоматы – оснащаются пластиковым коробом, благодаря чему данные устройства можно монтировать в жилых помещениях без риска получения повреждений током;
• универсальные автоматы – не оснащаются защитным корпусом, а потому их можно монтировать только в специальном распределительном оборудовании;
• быстродействующие автоматы – особенность заключается в том, что время реагирования составляет менее 5 миллисекунд;
• автоматы замедленного действия – в таких моделях время срабатывания колеблется в диапазоне от 10 до 100 миллисекунд;
• селективные – подобное оборудование можно настроить на определенное время выключения в области тока короткого замыкания;
• электрооборудование обратного тока – техника срабатывает исключительно при смене направления тока в определенном участке;
• поляризованные устройства – обесточивают участок цепи при условии значительного скачка силы тока;
• неполяризованные – работают так же, как и предыдущие только во всех направлениях тока.

Разные виды автоматических выключателей

Скорость отключения напрямую зависит от принципа действия устройства. Также скорость отключения зависит от наличия условий для моментального обесточивания определенного участка цепи. Данные условия созданы в электрооборудовании, которые работают по методу токоограничения.

Вернуться к содержанию

Конструкция автоматического выключателя

Методы работы, а также конструктивные особенности подобных устройств зависят от области применения и задачами, возложенными на устройство. Запуск и выключение оборудования может происходить в ручном режиме или посредством электромагнитного и электродвигательного привода.

Ручная схема отключения присутствует в защитных устройствах, которые рассчитаны на силу тока, не превышающую 1000 ампер. Главной особенностью подобной техники является предельная коммутационная способность, которая не связана со скоростью движения рукояти. Это значит, что операция должна быть проведена до конца, чтобы изменения возымели эффект.

В некоторых случаях возникает необходимость самостоятельного ремонта выключателей, рекомендуем прочитать данную статью с пошаговой инструкцией. О том, как правильно обустроить заземление в доме можно узнать, перейдя по ссылке http://vse-postroim-sami.ru/engineering-systems/electrician/433_kak-sdelat-zazemlenie-v-dome/ Для разведения проводки придется провести такую операцию, как штробление стен.

Электродвигательный или электромагнитные элементы запитаны от электрического тока. Такие схемы должны быть оснащены защитой от произвольного повторного запуска. Также процесс включения устройства должен останавливаться при условии повышения или понижения напряжения в защищаемом участке цепи от 85 до 110 % от нормального.

Во время перегрузки сети или короткого замыкания прекращение работы автомата происходит в независимости от положения рукояти, отвечающей за запуск/отключение оборудования.

Конструкция автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем

Одним из самых важных компонентов автоматических выключателей можно считать расцепитель. Данная деталь контролирует определенную характеристику участка сети и во время аварийной ситуации воздействует на специальный элемент, который выключает оборудование. Помимо этого, расцепитель необходим для удаленного выключения автомата. Самыми распространенными на современном рынке являются нижеперечисленные виды:

• электромагнитные – осуществляют защиту проводки от коротких замыканий;
• термические – нужны для осуществления защиты от скачков силы тока;
• смешанные;
• полупроводниковые – данный тип отличается легкостью регулировки и значительной стабильностью настроек отключения.

В отдельных случаях, когда требуется осуществить соединения цепи без электрического тока, могут использовать защитное электрооборудование, не оснащенные расцепителями.

В современном мире производится огромное количество защитного электрооборудования, которое можно использовать в разных климатических условиях и размещать в разных помещениях. Также разные серии устройств рассчитаны на установку в сложных условиях и характеризуются различной степенью сопротивления агрессивным воздействиям внешних факторов.

Вся необходимая информация, с которой следует ознакомиться до покупки подобного оборудования, находится в нормативно-технической документации. В большинстве случаев она представлена ТУ производителя. В редких случаях для обобщения товаров, которые имеют используются в различных сферах и изготавливаются одновременно большим числом компаний, уровень документации может быть повышен, причем, в некоторых случаях до Госстандарта.

Разные фиды расцепителей

Конструкция данного оборудования включает в себя следующие компоненты:

• система автоматического расцепления;
• система контроля;
• система контактов;
• решетка гашения дуги;
• расцепители.

Контактная система представлена некоторым количеством статичных контактов, которые установлены в корпусе, а также несколькими динамичными контактами. Последние закрепляются на полуоси рукояти управления при помощи шарниров. Система предназначена для одинарного разрыва участка электрической сети.

Механизм погашения дуги монтируется в обоих полюсах автомата и необходим для захвата дуги в и ее охлаждение до полного исчезновения. Механизм, по сути, является камерой для гашения дуги, в которой установлена деионная решетка из металлических пластинок. Иногда механизм может оснащаться специальными искрогасителями в виде фибровых пластинок.

Система автоматического расцепления является шарнирным устройством на три или четыре звена. Данная система используется для мгновенного расцепления и выключения системы контактов. Может использоваться и в ручных устройствах, и в автоматических.

Электромагнитный расцепитель является обычным электромагнитом с крюком. Обрудование предназначено для выключения всей системы в автоматическом режиме при коротком замыкании. Некоторые расцепители дополнительно оснащаются системой гидравлического замедления.

Тепловой расцепитель в автоматах представлен специальной металлической пластинкой. При значительном повышении напряжения данная пластинка деформируется, после чего осуществляется автоматическое выключение. Время выдержки сокращается по мере повышения напряжения.

Схема автоматического выключателя с тепловой защитой

Полупроводниковый элемент представлен измерительным устройством, магнитом и блоком реле. Магнит оказывает воздействие на систему автоматического расцепления автоматического выключателя.

Измерительный элемент в данном случае представлен трансформатором электричества или магнитным усилителем. Первый используется для переменного тока, а второй для постоянного.

В большинстве защитного электрооборудования используются совмещенные расцепители, которые используют термоэлементы для защиты от повышения силы тока и магнитные катушки для защиты от коротких замыканий.

В конструкции защитного устройства присутствуют некоторые компоненты, которые монтируются внутрь или снаружи автомата. Данные элементы могут быть различного рода расцепителями, дополнительными контактами, приводами для удаленного контроля, сигнализацией автоматического выключения.

Вернуться к содержанию

Принцип работы автоматического выключателя

В обычном рабочем режиме через автоматический выключатель проходит ток, сила которого должна быть меньшей и равной нормальному значению. Электричество, которое используется для запитки устройства, подается на клемму в верхней части устройства, которая соединена со статичным контактом. С этого контакта ток идет на динамичный контакт, после чего проходит через металлический проводник и попадает на катушку соленоида.

После прохождения через катушку электричество идет по термическому расцепителю, и только после этого ток приходит на клемму в нижней части защитного электрооборудования.

Во время значительного повышения напряжения или риска короткого замыкания защитное электрооборудование отключает сеть. Это происходит с помощью системы автоматического расцепления, которая запускается посредством термического или электромагнитного расцепителя.

Принцип работы автоматического выключателя

Вернуться к содержанию

Принцип работы автомата во время перегруза цепи

Главное назначение автоматических выключателей заключается в обеспечении защиты участка сети во время перегруза или короткого замыкания. Перегруз сети означает, что сила тока в определенном участке перевалила через максимальное значение для данного защитного электрооборудования. Слишком сильный ток проходит по тепловому расцепителю, вызывая его деформацию. В зависимости от разницы действующей силы тока и обычного значения деформация достигает определенного уровня, результатом которой может стать отключение автомата.

Тепловая защита автомата срабатывает не моментально, поскольку для деформации металлической пластинки необходимо достаточно нагреть ее. Время на отключение напрямую зависит от избыточной силы тока в защищаемом участке и может составлять как несколько секунд, так и час.

Подобная задержка необходима, чтобы автомат не срабатывал постоянно при небольших или непродолжительных скачках силы тока в определенном участке сети. В большинстве своем, такие скачки происходят во время включения электрооборудования с высокими стартовыми токами.

Сила тока, при которой срабатывает термический элемент в защитном электрооборудовании, выставляется посредством регулировочной детали еще на заводе-производителе. Как правило, данное значение должно превышать нормальное число в 1.1 – 1.5 раза.

Также следует знать, что в помещениях с высокой температурой автомат может работать некорректно, поскольку термический элемент может деформироваться быстрее, чем нужно. В свою очередь в помещениях с низкой температурой автомат сработает позже необходимого времени.

Принцип работы устройства во время перегруза цепи

Перегрузка электрической сети возникает в случае подключения большого количества приборов, общая мощность потребления которых, превышает нормальную мощность. Включение нескольких мощных электроприборов скорее всего вызовет срабатывание термического элемента.

Если такое произошло, следует до включения автомата определиться с тем, какие приборы следует отключить, произвести отключение и немного подождать. Это время необходимо, чтобы термический элемент в защитном электрооборудовании остыл и встал в начальное положение.

Вернуться к содержанию

Принцип работы автоматического выключателя во время короткого замыкания

Устройство автоматических выключателей позволяет защищать электрическую цепь не только от перегруза, но и от коротких замыканий. Во время таких аварийных ситуаций ток повышается настолько, что может расплавиться изоляция проводки. Для предотвращения такой неприятности следует моментально отключить сеть. Эта задача возложена на электромагнитный расцепитель.

Данный элемент состоит из катушки соленоида и стального сердечника, который фиксируется специальной пружиной. Моментальный скачок силы тока в обмотке катушки ведет к пропорциональному повышению магнитной индукции, вследствие чего сердечник плотнее прилегает к пружине. По мере нарастания магнитной индукции стальной сердечник преодолевает воздействие пружины и прижимает выключатель.

После этого моментально размыкаются контакты, и подача электричества в защищаемый участок прекращается. Электромагнитный элемент включается моментально и предотвращает воспламенение изоляции.

Во время отключения контактов при аварийной ситуации между ним возникает так называемая дуга, максимальная температура которой составляет 3000 градусов. Само собой разумеется, что элементы защитного электрооборудования следует защитить от настолько высоких температур. Для этих целей автоматы оснащаются специальными системами гашения дуги. Это устройство внешне похоже на коробку, которая состоит из нескольких пластинок из металла.

Разные дугогасительные камеры

Высокотемпературная дуга появляется в месте отключения контактов. После этого один край дуги движется по динамичному контакту, а другой проходит по статичному элементу, переходит на металлический проводник, а затем доходит до задней грани системы гашения дуги. Попадая на решетку из пластинок, дуга делится на части, теряет температуру и в итоге гаснет. Снизу автоматического выключателя находятся специальные отверстия для вывода образующихся в момент гашения дуги газов.

Если защитное электрооборудование сработало из-за короткого замыкания, то у вас не получится включить электричество, пока вы не обнаружите саму причину возникновения поломки. В большинстве случаев проблема кроется в выходе из строя какого-либо электрооборудования.

Для повторного запуска устройства следует отсоединить электрооборудование и попытаться запустить выключатель. Если сделать это получилось и оборудование не выбило в ближайшее время, значит, проблема заключается в поломке техники. Останется только опытным путем выяснить, какое именно устройство вышло из строя. Если автоматический выключатель срабатывает после отключения всех приборов, значит, проблема в нарушении изоляции проводки. Для устранения подобной неисправности придется вызывать специалистов, которые смогут обнаружить и устранить поломку.

Если вы столкнулись с такой проблемой, как постоянные отключения защитного электрооборудования, то не стоит устанавливать новое устройство с более высоким номинальным значением силы тока – эти действия проблему не разрешат. Данное оборудование монтируется с учетом площади поперечного сечения провода, а значит, слишком высокий ток попросту не сможет возникнуть в проводке. Выяснить причину неисправности и устранить ее помогут соответствующие специалисты, самостоятельные действия крайне рискованны.

Вернуться к содержанию

Видео