Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей

234ico

Сегодня вашему вниманию хочу предложить очень обсуждаемую тему селективной защиты автоматических выключателей. Если вы думаете, что здесь все просто и однозначно, то это не совсем так. В чем же особенность селективной защиты?

В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.

Однако, в итальянском Стандарте CEI 64-8 “Электрические установки с номинальным напряжением ниже 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока” в отношении установок низкого напряжения в части 5 “Выбор и монтаж электрических компонентов” написано:

“Селективность между устройствами защиты от сверхтоков (536.1).

Когда несколько защитных устройств установлены последовательно, и это оправдано требованиями эксплуатации, их рабочие характеристики должны выбираться таким образом, чтобы отключать только часть установки, где возникла неисправность.”

В комментариях, кроме всего этого, добавлено следующее:

“Рабочие ситуации, требующие селективности, определяются пользователем или проектировщиком установки.”

Из этого следует, что Стандарт указывает на то, что рабочие характеристики должны быть выбраны с обеспечением селективности, когда это оправдано требованиями эксплуатации.

А теперь рассмотрим проблемы, которые могут возникнуть при выборе автоматических выключателей с учетом селективной защиты.

Основная масса автоматических выключателей примерно до 400А применяется без регулируемых расцепителей, неговоря уже про модульную серию. Остановимся на автоматических выключателях модульной серии, т.е. до 125А.

Диапазоны токов мгновенного расцепителя

Диапазоны токов мгновенного расцепителя

Как известно, автомат защищает от перегрузки и короткого замыкания. Модульные автоматические выключатели могут иметь электромагнитные расцепители с характеристиками B, C, D.

Зависимость времени срабатывания ВА от тока в его цепи

Зависимость времени срабатывания ВА от тока в его цепи

Чтобы правильно выбрать автомат, нужно уметь читать график зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от тока в цепи, т.е. время-токовую характеристику автомата. Ниже представлена время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С.

Время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С

Время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С

Зона между красными линиями нам показывает интервал времени срабатывания автомата. Например, при токе 2,55*16=40,8А данный автомат сработает за время от 1 до 60 сек.

В своих проектах полную селективность я практически никогда не обеспечиваю, поскольку обеспечить ее крайне трудно на автоматических выключателях модульной серии.

Селективность можно разделить на две зоны:

  • селективность в зоне перегрузки;
  • селективность в зоне короткого замыкания.

Селективность в зоне перегрузки я обеспечиваю всегда во всех проектах без исключения. Здесь все просто. Если группой автомат 16С, то автомат выше будет как минимум 20С. Такую расстановку выключателей все, и я в том числе, называем селективностью. Но если разобраться, то в зоне короткого замыкания такие автоматы не будут селективными.

Чтобы модульные автоматические выключатели были селективными, то соотношение их номиналов должно быть примерно 2,5 при условии, что автоматы с одинаковыми электромагнитными расцепителями.   На следующем графике приведены время-токовые характеристики автоматов D6, D16, D40.

Соотношение модульных автоматов

Соотношение модульных автоматов

Как видим, даже у этих автоматов есть небольших общие зоны срабатывания.

В следующем примере сравним B6, C20, D63.

Сравнение B6, C20, D63

Сравнение B6, C20, D63

Здесь уже общих пересекающихся зон не наблюдается. Соотношение номинальных токов около 3,2.

Кстати, чтобы обеспечить селективность предохранителей их соотношение должно быть примерно 2,5.

Селективность предохранителей

Селективность предохранителей

Смысл всей этой статьи в том, что в 99% случаях полная селективность нам и не нужна. В наших проектах у нас выполняется лишь частичная селективность в зоне перегрузки.

Селективность нужно там, где это может повлечь серьезные последствия. А если у нас от к.з. сработают 2-3 последовательно включенных автомата, то никакой трагедии не произойдет. Тем более, что короткие замыкания происходят не так часто.

Чтобы не завышать автоматические выключатели, в качестве коммутационного аппарата на вводе распределительных щитов можно устанавливать выключатели нагрузки либо рубильники.
Советую почитать:

Комментариев: 31 “Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей”

  1. Анатолий:

    У АВВ есть селективный модульный выключатель ABB S750 DR. Он обеспечивает селективность в зоне КЗ. Только стоимость этого чуда техники оставляет желать лучшего. Да и найти такую штуку не просто.

  2. Наст:

    Очень нравиться статьи. Хочу напечатать и создать папку для молодых инженеров. Как скопировать стаью полностью?

  3. Игорь+5363:

    Статья отличная, главное очень доходчиво все разъясняется. Сразу направил ссылку одному из своих заказчиков, в загородном коттедже при дуговом коротком замыкании в розетке, выбивает входной автомат в щите ввода на улице. Заказчик должен знать, что проблемы не только у него.

  4. Дмитрий:

    К сожалению, но даже используя автоматы  с электронными расцепителями с выдержками времени, не всегда можно добиться полной селективности.

    Например, для серии Compact NSX с токами 100...630 А с расцепителем Micrologic 5.

    У него регулируются уставки по перегрузке, селективная токовая отсечка с выдержкой времени и мгновенная токовая отсечка.

    Проблема в мгновенной токовой отсечке Ii.

    Токи короткого замыкания могут превышать максимальное значения уставки Ii. 

    В этом случае селективности не будет.

     Например, для NSX100 Ii=15*In=15*100=1500 А.

    Такие токи КЗ весьма вероятны для шин ВРУ, а часто могут быть  существенно больше (например, вблизи  подстанции). 

    При этом для токов до 630 А многие модели автоматов не позволяют вывести из работы мгновенную токовую отсечку (Ii - off).

    Вот и получается, что даже применяя для РУ-0,4 кВ подстанций и ВРУ-0,4 кВ зданий автоматы с электронными расцепителями селективность будет частичной.

     У «Шнайдера» есть хорошая онлайн-программа.

    http://hto.power.schneider-electric.com/CBT/Apps/Index.aspx?Lang=ru-RU&Regulation=RussiaCenelec

    • Вячеслав С.:

      Максимальные значения уставки Ii будут регулироваться. Ток КЗ будет идти к своему максимальному значению не мгновенно. Возможен ли такой вариант, что при нарастании тока КЗ нижестоящий выключатель вырубится раньше? (Хоть и при установленном значении они вырубились бы оба)

    • Вячеслав С.:

      А при нарастании тока КЗ нижестоящий автомат не успеет отключиться раньше при разных значениях Ii? (Хоть и установленное значение КЗ превышало бы оба показателя Ii)

  5. Дмитрий:

    В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.

    См. ПУЭ, гл. 3.1.

    3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.

    В книгах советских корифеев достаточно много уделено внимания селективности (Шабад, Беляев и др.).

  6. Дмитрий:

    Вячеслав! Сомневаюсь. «Шнайдер» пишет, что при ТКЗ более Ii селективность неполная, частичная. Полная селективность там, где Ii можно отключить (Ii - off).

    Регулировать Ii можно. Но при токах Ir близких к In это мало что даст. См. пример выше. Для NSX100 максимальное Ii=15*In=15*100=1500 А. 

    При ТКЗ в 3000 А могут сработать оба автомата.

    Тогда надо специально завышать In, чтобы Ii было больше.

    Но это не всегда возможно и не всегда оправдано. В любом случае при больших ТКЗ даже этой меры не хватит.

    Единственный плюс в данном случае следующее. Часто (но не всегда)для распред. сетей с большими расчетными токами 

    1-фазное ТКЗ находится в пределах Isd  и  Ii. 

    Учитывая, что 1-фазное КЗ чаще трехфазного, селективность будет.

    Но если минимальное 1-фазное КЗ больше Ii (характерно для точек близких к подстанциям), то селективности не будет.

    В принципе Ii вообще не нужна, но у многих автоматов ее нельзя отключить (на форуме Colan этот вопрос уже поднимал).

  7. Дмитрий:

    Ребята, извиняюсь, был неправ. Не учитывал кривые токоограничения и рефлексное отключение. Подробнее — см. каталоги производителя.

  8. Вячеслав:

    А вообще полная селективность не всегда нужна. Сам в своем опыте не встречал требований полной селективности. А при таких авариях с такими токами КЗ надо не за селективностью уже следить, а за наличием качественной пожарной сигнализации.

  9. Dmitry:

    Наткнулся на очередную полезную и интересную статью, за что очень благодарен ее автору!

    Хочу задать вопрос о селективности автоматов 0,4 кВ в питающих сетях. 

    Прописано ли в каком-нибудь документе требование, что уставка срабатывания расцепителя аппарата защиты на питающем фидере в ВРУ здания должна быть больше уставки срабатывания расцепителя аппарата защиты на вводе ВРУ, т.е. с другой стороны?

    На этот счет у меня возникли разногласия с инспектором надзора.

    Ситуация следующая. 

    Для электроснабжения промпредприятия запроектирована комплектная ТП, от которой запитаны 8 ВРУ-0,4кВ. Причем изначально запроектирована именно КТП (требование заказчика). Ведь по-хорошему, изначально должен выполняться проект внутреннего электроснабжения, а уже после - проект по КТП (см. статью Порядок проектирования электроустановок). 

    Предварительно посчитаны нагрузки на стадии А (архитектурный проект, РБ), на основании чего выполнен проект по комплектной ТП с учетом разработанных совместно с заказчиком решений по внутреннему электроснабжению. 

    Проект по ТП на стадии С (строит. проект) согласован в РЭС, филиалах Энергонадзор и Энергосбыт и передан заказчику. 

    Прошло время, закончен и проект по внутрянке, в результате чего уточнены нагрузки по каждому ВРУ. 

    К тому же изначально расчетные коэффициенты мощности (cos) всех ВРУ были завышены (особенности расчета нагрузок по РТМ - в расчете Qр для питающих сетей не фигурирует коэффициент Кр, см. п. 3.2.8, что завышает cos) - вместо первоначальных 0,94 получилось 0,84 (пример для одного ВРУ). Соответственно выпросли расчетные токи, в связи с чем пришлось корректировать уставки АВ-0,4 кВ на КТП. Внес изменения, поехал на согласование корректировок по всем инстанциям. Дошел до Энергонадзора. 

    Начинаю объяснять инспектору, что по результатам выполнения проекта по внутреннему электроснабжению предприятия требуется поднять уставки на АВ в РУ-0,4кВ КТП. Показываю в качестве примера: 

    — «Рассмотрим ВРУ-5, у которого изначально предусмотрена уставка аппарата на вводе (ВА88-37+МР211) — 320А, при этом уставка автомата на питающем фидере от ТП к ВРУ-5 — тоже 320 А (Eaton NZM3). Не хорошо, не обеспечивается селективность срабатывания автоматов. Для этого я поднял уставку до 400 А».

    Инспектор: - «Покажите нормативный документ или дайте на него ссылку, где сказано, что в сетях до 1 кВ уставка АВ на питающем фидере от ТП к ВРУ должна быть больше уставки вводного автомата на вводе этого ВРУ? Я считаю, что они могут быть одинаковыми, а отключится первым тот, у которого чувствительность выше. Докажите обратное».

    — «Я руководствуюсь, в первую очередь, логикой. Разрешенную мощности мы не превышаем. При этом если в результате перегрузки питающей линии отключится аппарат защиты в голове линии (на фидере в ТП), то обслуживающему персоналу придется идти в КТП для его включения. А если обслуживаем занимается сторонняя организация, то время на включение значительно увеличивается».

    -"Не вижу проблемы. Докажите обратное. Еще вопросы есть?" — таков был ответ инспектора. 

    И я не смог подтвердить требование селективности ничем, кроме потери времени на включение автомата в КТП.

    Какие у вас соображения на этот счет? Где прописаны такие требования?

    А еще он сказал, что для вновь проектируемых объектов в РБ коэффициент мощности должен быть не ниже 0,9. А где про это написано, я у него не спросил.

    • Dmitry:

      Ух и много написал... Лишь бы не работать...

    • k-igor:

      Дмитрий, про селективность у меня будет еще одна из следующих статей. Уже почти готова. Я там затрагиваю практически эти проблемы.

      Забегая вперед скажу, что нормативных требований по селективности я не знаю. Вашу точку зрения я поддерживаю, недопустимо, чтобы сработал первым автомат в ТП. Проще можно было бы поменять автомат на ВРУ 320А на более низкий? Какой ток?

      Как правило, для промышленных объектов мы всегда делали компенсацию реактивной мощности. Может быть это написано в Правилах электроснабжения, надо смотреть.

      • Dmitry:

        Расчетный ток на вводе ВРУ — 314А. Ниже некуда. Аппарат на вводе — ВА88-37 с расцепителем МР211, уставка 0,8*In=320А.

        • k-igor:

          Я бы точно так сделал. С точки зрения эксплуатации это будет не правильно. Проблема в том, что нет норм по селективности (или я не знаю), где будут описаны подобные вопросы. Эксперт меня в ПУЭ тыкал, но я там ничего не могу найти...

  10. k-igor:

    ТКП 45-4.04-296-2014 (02250)(Силовое и осветительное электрооборудование промышленных предприятий) -РБ

    7.13.9 При выборе номинальных токов и уставок аппаратов защиты следует обеспечивать селективность защиты, для этого рекомендуется, чтобы каждый ближайший к источнику питания аппарат имел номинальный ток или уставку на две ступени выше, чем предшествующий ему со стороны потребителей аппарат защиты.

    Допускается минимальная разница на одну ступень.

    Данное указание не относится к вводным автоматическим выключателям групповых щитков, комбинированные расцепители которых следует выбирать на наибольший для данного типа аппарата ток, с целью повышения устойчивости к токам КЗ и которые не предназначены для выполнения аппаратами функций защиты.

    • Dmitry:

      Это касается осветительного электрооборудования... А речь шла именно о силовом электрооборудовании, о согласовании уставок срабатывания аппаратов защиты на линиях в ТП и аппаратов защиты на вводе ВРУ-0,4 кВ... 

  11. k-igor:

    Из ПУЭ:

    3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.

    Из ТКП 45-4.04-149-2009:

    Г.10 При последовательной установке УЗО должны выполняться требования селективности. При двух- и многоступенчатых схемах УЗО, расположенное ближе к источнику питания, должно иметь

    уставку и время срабатывания не менее чем в три раза большую, чем у УЗО, расположенного ближе

    к потребителю.

  12. Александр:

    Вопрос такой, будет ли обеспечиваться селективность по К.З., если использовать модульное оборудование фирмы IEK, например: в квартире на отходящей группе автомат серии ВА47-29-1Р х-ка С на 16А (4,5кА), в этажном щите — серии ВА47-60-1Р х-ка С на 32А (6кА), в ВРУ дома — серии ВА47-100-3Р х-ка С на 63А (10кА)?

     Стояли до этого одной серии ВА47-29 х-ка С на 16А, 32А и 63А при К.З. в квартире выбивало все 3 автомата, хотя из статьи видно, должно было выбить не менее 2-х автоматов на 16А и 32А.

  13. k-igor:

    Надо брать характеристики трех автоматов совмещать на один график... Сходу трудно сказать.

  14. Александр:

    Общался с представителем IEK, он уверял, что вроде как не должно, надо отталкиваться от кА в серии, типа 10кА, выбьет позже чем 4,5кА, но сама физика процесса не понятно, то ли у них время-токовые хар-ки разные (введена задержка во времени у 10кА например 0,5с), то ли уставка срабатывания у 10кА выше, хотя х-ки С все. Толком мне их представитель так и не объяснил, сославшись, что это будет знать и конструкторы. Может кто сталкивался с этим хоть косвенно мог бы объяснить?

    Каталог с характеристиками:

    iek.ru/upload/pictures/ka...equipment_sm.pdf

    Мне по ВА47-60 вообще характеристика не понятна, там нет не при "холодном" не при "горячем" срабатывании, приведена какая-то, то ли средняя то ли фиг знает

  15. k-igor:

    Здесь неплохо было бы знать ток к.з., тогда можно будет сделать выводы...

  16. Александр:

    Ток К.З. найти тяжело, но ориентировочно думаю ампир 300, если брать по устойчивости кабеля на К.З. по ГОСТ 2012 кабель 3×2,5 где-то 270А 1с К.З. но не более 5с.

  17. k-igor:

    Вы не правильно рассуждаете. Ток к.з. будет зависеть от удаленности от вашей трансформаторной подстанции, чем меньше сопротивление линии — тем больше к.з. Ток к.з. можно измерить специальными приборами, которые измеряют сопротивление петли фаза-ноль.

  18. Александр:

    В принципе Вы правы, пришел ответ от инженеров IEK:

    Указанные в запросе модульные автоматические выключатели ВА47-29 и ВА47-100 х-ка С не имеют устройств настройки селективности и выполняют функции частичной селективности по току.

    Автоматические выключатели ВА47-29 и ВА47-100 х-ка С имеют конструктивные отличия.

    Причину, по которой автоматический выключатель ВА47-100-3Р 63А х-ка С ТДМ не сработал, следует уточнить у компании ТДМ.

    В качестве примера:

    Мы выполнили упрощенный расчёт ТОКЗ виртуального присоединения со следующими параметрами линии: трансформатор 400 кВА, далее кабель АСБ-3×185+1×95-100 м до ВРУ, далее кабель ВВГ-4×50+1×25-20 м до ЩЭ, далее кабель ВВГ-3×4-15 м до Щита квартиры (ЩК), далее кабель ВВГ-3×2,5-20 м до розетки, суммарное сопротивление переходных контактов 40 мОм.

    В результате расчета был получен ток 422 А.

    При установке в линии автоматических выключателей ЩК-С16; ЩЭ-С32; ВРУ-С63 должны сработать С16 (26 Iном) и С32 (10,5 Iном) за время не более 0,02 с, а С63 (6,7 Iном) может отключиться за время от 0,01 до 18 с в зависимости различных факторов.

    При расстоянии от ЩК до розетки 5 м получаем ТОКЗ 709 А, соответственно, за время не более 0,02 с должны отработать все три автомата С16 (44 Iном), С32 (18 Iном), С63 (11 Iном).

    При расстоянии от ЩК до розетки 50 м получаем ТОКЗ 233 А, соответственно, должны сработать С16 (14,5 Iном) за время не более 0,02 с, С32 (7 Iном) может отключиться за время от 0,01 до 18 с в зависимости различных факторов, а С63 (3,7 Iном) может отключиться за время от 1 до 50 с в зависимости различных факторов.

Написать комментарий

Копирование информации без согласия автора запрещено!