Kaj je selektivnost avtomatskih odklopnikov + načela izračuna selektivnosti

Izbirčnost ali selektivnost avtomatskih odklopnikov je ključni trenutek pri zagotavljanju zanesljivega delovanja električnega tokokroga. Ta funkcija prispeva k preprečevanju izrednih razmer in dviguje varnost na višjo raven.

V primeru preobremenitve voda ali kratkega stika se aktivira zaščita samo poškodovanega voda, preostali del električne napeljave pa ostane v delovanju. Zakaj se to zgodi, bomo podrobno analizirali v tem članku, pregledali glavne naloge selektivne zaščite, sheme povezav in njihove značilnosti.

Prav tako se bomo posvetili izračunu selektivnosti in pravilom za ustvarjanje karte, material pa bomo opremili z nazornimi shemami, tabelami in fotografijami. Članek bomo dopolnili s podrobnimi razlagami v videoposnetkih.

Pomen in glavne naloge selektivne zaščite

Varna uporaba in stabilno delovanje električnih napeljav sta nalogi, ki sta dodeljeni selektivni zaščiti. Ta takoj izračuna in izklopi poškodovano območje, ne da bi prekinila napajanje nepoškodovanih delov. Selektivnost zmanjšuje obremenitve napeljave in zmanjšuje posledice kratkih stikov.

Pri usklajenem delovanju avtomatskih odklopnikov so zahteve glede zagotavljanja neprekinjenega električnega napajanja in posledično tehnološkega procesa maksimalno izpolnjene.

Ko avtomatska oprema, ki izvaja odpiranje, zaradi kratkega stika postane okvarjena, bodo potrošniki zaradi selektivnosti prejeli normalno napajanje.

Pravilo, ki pravi, da je vrednost toka, ki poteka skozi vse distribucijske odklopnike, nameščene za vhodnim odklopnikom, manjša od nazivnega toka slednjega, je osnova selektivne zaščite.

V seštevku so lahko ti nazivni tokovi tudi večji, vendar mora biti vsak posamezen vsaj za en korak nižji od vhodnega. Tako, če je na vhodu nameščen 50-amperni odklopnik, se za njim namesti odklopnik z nazivnim tokom 40 A.

Odklopnik je sestavljen iz naslednjih elementov: ročice (1), dveh vijačnih sponk (2), gibljivih in mirujočih kontaktov (3, 4), bimetalne plošče (5), nastavitvenega vijaka (6), solenoida (7), dušilne rešetke (8), zaskočke (9)

Z ročico se vklopi in izklopi dovod toka na sponke. Na sponke se priključijo in pritrdijo kontakti. Gibljivi kontakt z vzmetjo služi za hitro odprtje, vezje pa je z njim povezano prek mirujočega kontakta.

Sprožitev ob prekoračitvi mejne vrednosti toka nastane zaradi segrevanja in upogiba bimetalne plošče ter solenoida.

Sprožilne tokove nastavimo z nastavitvenim vijakom. Za preprečitev električnega obloka pri odpiranju kontaktov je v vezje vključen element, kot je dušilna rešetka. Za pritrditev ohišja odklopnika je na voljo zaskočka.

Selektivnost kot značilnost relejne zaščite je zmožnost zaznati okvarjeno vozlišče sistema in ga ločiti od delujočega dela EES.

Tukaj je prikazana shema omare, ki nazorno kaže, kako je porazdeljena obremenitev po stanovanju. Pred namestitvijo odklopnika je treba izračunati skupno moč opreme, ki bo nanj priključena.

Selektivnost odklopnikov je njihova lastnost, da delujejo zaporedno. Če je to načelo kršeno, se bodo greli tako odklopniki kot električna napeljava.

Posledično lahko pride do kratkega stika na vodu, pregoretja varovalk in izolacije. Vse to bo povzročilo okvaro električnih naprav in požar.

Recimo, da je na dolgem daljnovodu nastala izredna situacija. V skladu z glavnim pravilom selektivnosti se najprej sproži odklopnik, ki je najbližje mestu okvare.

Če v običajnem stanovanju v vtičnici pride do kratkega stika, naj se na omarici sproži zaščita voda, katerega del je ta vtičnica. Če se to ne zgodi, nastopi vrsta odklopnika na omarici, šele nato glavnega.

Absolutna in relativna selektivnost zaščite

Pojem selektivnosti je opredeljen v GOST IEC 60947-1-2014. Ločimo dve vrsti selektivnosti – absolutno in relativno. Če je delovanje zaščite usklajeno tako, da se sproži izključno znotraj zaščitene cone, to kaže na njeno absolutno selektivnost.

V teh okoliščinah postane največji selektivni tok enak največji prekinitveni zmogljivosti nižje nameščenega odklopnika.

Sprožitev kot rezervna, ko ni prišlo do izklopa na problematičnem odseku, imenujemo relativno selektivna zaščita. Pri tem se izklopijo višje nameščeni odklopniki.

V primeru prekoračitve nastavljene vrednosti toka odklopnika, torej ob odsotnosti velikih preobremenitev, selektivna zaščita deluje skoraj brez napak. Veliko težje je to doseči pri kratkih stikih.

Podatke o izdelkih podjetja objavljajo na ohišju naprave in na svojih spletnih straneh. Pomembno je pravilno brati oznake odklopnikov – sklopke stikal se oblikujejo samo po tabelah enega samega proizvajalca. Upoštevati je treba, da imajo skupine, urejene po relativnem principu, veliko število funkcij.

Nalogo olajšajo tabele selektivnosti, ki jih proizvajalci priložijo svojim izdelkom. Z njihovo uporabo se ustvarijo skupine s selektivnostjo delovanja.

Črka «T» v tabeli označuje popolno selektivnost para naprav, številka pa delno. Ko je pričakovana mejna vrednost toka kratkega stika manjša od številke, navedene v tabeli, bo selektivnost zagotovljena.

Za preverjanje selektivnosti med odklopnikom nad- in podrejenim poiščemo presečišče navpične in vodoravne črte. Zagotavljanje selektivnosti je zelo pomembna naloga pri napajanju porabnikov, ki spadajo v posebno kategorijo.

Ob njeni odsotnosti lahko pride do zaustavitve proizvodnega procesa, poškodbe vodov, izklopa sistemov klimatizacije, odvajanja dima in drugih.

Vrste selektivnih shem povezav

Poleg absolutne in relativne selektivnosti obstaja še 7 vrst selektivne zaščite:

• conska;
• časovnotokovna;
• energetska;
• časovna;
• popolna;
• delna;
• tokovna.

Za zagotovitev zahtevane selektivnosti avtozaščite električnega omrežja z avtomatskimi odklopniki se uporabljajo različne metode. V vsakem primeru pa je pomembno pravilno namestiti odklopnik v skladu z izbrano shemo in montažnimi pravili.

Vrsta #1 — popolna in delna zaščita

Popolna zaščita pomeni, da če je par odklopnikov zaporedno priključen, pojav nadmernih tokov povzroči izklop tistega, ki je nameščen v bližini območja napake.

Delna zaščita deluje po enakem načelu kot popolna, vendar šele potem, ko tok doseže določeno mejno vrednost.

Selektivnost izklopa, ki jo zagotavljata odklopnika (A in B), je v tem, da bo kratek stik, kjer koli v električni napravi nastane, izločen z najbližjim odklopnikom, ki se nahaja nad to točko. Preostale naprave se ne bodo izklopile.

Če je selektivnost zagotovljena do manjše od vrednosti toka dveh odklopnikov, je razlog za govorjenje o popolni selektivnosti med njima. V tem primeru bo mejna vrednost predvidenega toka kratkega stika naprave v kakršnih koli okoliščinah enaka ali manjša od vrednosti toka dveh odklopnikov.

Vrsta #2 — tokovni tip selektivnosti

Pri tokovni selektivnosti je glavni kazalnik mejna tokovna vrednost. Od objekta do vhoda se vrednosti razvrščajo po naraščajočem vrstnem redu. Delovanje te selektivnosti zaščit temelji na isti osnovi kot pri časovni selektivnosti.

Razlika je le v tem, da se zakasnitev izvaja glede na vrednost toka – ko se točka kratkega stika približuje vhodu, se vrednosti toka kratkega stika povečujejo. Časovni kazalnik izklopa je lahko enak.

Poškodovano območje zaradi kratkega stika se določi s pomočjo nastavitvenih vrednosti za različne tokove. Popolna selektivnost je možna le v pogojih, kjer je tok kratkega stika nizek, med dvema odklopnikoma pa je oprema z občutno električno upornostjo. V takšnem primeru se bodo tokovi kratkega stika bistveno razlikovali.

Ta vrsta selektivnosti se uporablja predvsem v končnih razdelilnih ploščah. Tu se združuje nazivni tok majhne vrednosti in tok kratkega stika z veliko skupno upornostjo povezovalnih kablov.

Ta različica selektivnosti je ekonomična, enostavna in deluje v trenutku. Vendar pa je ta selektivnost pogosto lahko delna, saj je največji tok praviloma majhen.

Na fotografiji je tokovna selektivnost z uporabo odklopnikov. Pri tej vrsti selektivnosti pride do premika vzdolž tokovne osi tokovnih karakteristik odklopnikov, ki so postavljeni eden za drugim.

Ko sta vrednosti Isd1 in Isd2 enaki ali zelo blizu, je Is – največji tok selektivnosti enak Isd2. Če se ti vrednosti močno razlikujeta, je Is = Isd1.

Pogoj za zagotavljanje tokovne selektivnosti je izpolnitev neenakosti: Ir1/Ir2 > 2 in Isd1/Isd2 > 2. V tem primeru je maksimum selektivnosti Is = Isd1.

Med pomanjkljivosti sodi tudi hitro naraščanje ravni nastavitvenih vrednosti zaščite pred tokovi visoke ravni. Poškodovane verige ni mogoče hitro izklopiti, če se eden od odklopnikov izkaže za okvarjenega.

Pri izračunu nastavitvenih vrednosti tokovne zaščite je treba upoštevati dejanske tokove, ki tečejo skozi odklopnike v avtomatskem načinu delovanja.

Vrsta #3 — časovni in časovno-tokovni variant

Ko je v vezju vrsta odklopnikov z enakimi tokovnimi karakteristikami, a različnim časom zakasnitve, se ob okvari medsebojno zavarujejo. Tisti, ki je najbližje mestu okvare, se sproži takoj, naslednji čez nekaj časa itd.

V tej dvonivojski shemi ima odklopnik 'A' takšen čas zakasnitve, ki zagotavlja popolno selektivnost s karakteristikami odklopnika 'B'.

V primeru časovno-tokovne selektivnosti zaščitne naprave reagirajo ne samo na tok, ampak tudi na trajanje reakcije. Pri določeni vrednosti toka po določenem zamiku sproži zaščita, katere oddaljenost do mesta kratkega stika je manjša. Nepoškodovani del naprave se ne izklopi.

Na fotografiji je graf časovne selektivnosti z uporabo odklopnika. Časovno-tokovne karakteristike odklopnikov B in A se ne sekata. Razporejeni so stopničasto.

Kombinacija tokovne in časovne selektivnosti povečuje učinkovitost izklopa. Ko je Isc B < Irm A, je selektivnost popolna, sprožitev se zgodi trenutno. Odklopnik, nameščen višje, ima dve nastavitvi: Im A in Ii A. Prva je selektivna tokovna odseka, druga je trenutna sprožitev.

Vrsta #4 — energetska selektivnost odklopnikov

Pri energetski selektivnosti se izklopi zgodijo znotraj ohišja odklopnika. Trajanje postopka je tako kratko, da se tok kratkega stika ne uspe približati svoji mejni vrednosti.

Časovno-tokovni zaščitni sistem velja za zapletenega. Pri njem ni vključena le reakcija na tok, ampak tudi čas, v katerem se to zgodi.

Z naraščanjem toka pri odklopniku pada vrednost časa sprožitve. Osnova za to vrsto selektivnosti je nastavitev zaščite tako, da ob strani zaščitenega objekta deluje hitreje pri vseh pragovnih vrednostih toka v primerjavi z odklopnikom na vhodu.

Vrsta #5 — conska shema zaščite

Conski način je zapleten in drag, zato ga uporabljajo predvsem v industriji. Takoj ko pragovne vrednosti toka dosežejo maksimum, v nadzorni center prispejo podatki in izbrani odklopnik se sproži. Električno omrežje s to vrsto selektivnosti vključuje posebne elektronske sprožilnike.

Ko se zazna napaka, od odklopnika, nameščenega spodaj, prispe signal k napravi, ki je nameščena zgoraj. Prvi odklopnik mora reagirati v eni sekundi. Če ni reagiral, se sproži drugi.

Če primerjamo to vrsto selektivnosti s časovno selektivnostjo, lahko vidimo, da je čas sprožitve v tem primeru veliko nižji – včasih znaša stotine milisekund. Zmanjša se tako odstotek intervencije v sistem kot odstotek poškodbe. Zmanjšajo se toplotni in dinamični vplivi na dele naprave. Poveča se število ravni selektivnosti.

Ko tokovi, ki tečejo skozi zaščitne naprave, dosežejo večjo vrednost kot na lastnih nastavitvah, se blokirni signal prenaša z vsakim odklopnikom na zaščito višje ravni.

V primeru conske selektivnosti sproži zaščita, ki je na strani napajalnika, če za izhodišče vzamemo mesto kratkega stika. Do trenutka sprožitve odklopnika se izvaja nadzor, da zaščitna naprava na obremenjeni strani ne pošlje podobnega signala.

Toda takšna izbirčnost zahteva prisotnost dodatnega vira napajanja. Zato je racionalna uporaba te vrste selektivnosti – sistemi z visokimi parametri toka kratkega stika in toka velikega obsega. To so stikalno-razdelilne naprave, ki so na strani obremenjenosti generatorjev in transformatorjev.

Izračun selektivnosti odklopnikov

Pravilna izbira odklopnika in pravilna nastavitev – osnovno načelo upoštevanja selektivnosti avtomatskih odklopnikov. Selektivnost za odklopnik, ki je v bližini vira, zagotavlja izpolnitev zahteve: Is.o.posled ≥ Kn.o. ∙ I k.pred.

Tukaj Is.o.posled – taka vrednost toka, po kateri sledi delovanje zaščite. I k.pred – tok kratkega stika v končni točki območja, na katerega sega delovanje odklopnika, ki se nahaja daleč od vira energije. Kn.o. – faktor zanesljivosti. Njegova vrednost je odvisna od razpona parametrov.

Naziv odklopnika za tokokrog se izbere ne le z izračunom, ampak tudi s pomočjo takšne tabele, pri čemer se upošteva prerez kablov v shemi.

Zaporedje ts.o.posled ≥ tk.pred + ∆t prikazuje selektivnost v primeru časovne nastavitve AV. ts.o.posled in tk.pred – časovna intervala delovanja odklopnikov, ki so na veliki razdalji od vira napajanja, in tistih, ki so blizu. ∆t – parameter, ki se vzame iz kataloga in označuje časovno stopnjo selektivnosti.

Karta selektivnosti in pravila za njeno ustvarjanje

Časovno-tokovne karakteristike vseh naprav, vključenih v shemo električnega omrežja, so prikazane na karti selektivnosti. Namen njene izdelave je maksimalno zagotavljanje zaščite odklopnikov. Osnova zaščite odklopnikov je načelo, po katerem so odklopniki povezani drug za drugim strogo zaporedno.

Obstaja vrsta pravil, ki so obvezna pri izdelavi karte selektivnosti:

1. Naprave morajo imeti en vir napetosti.
2. Vse pomembne izračunske točke morajo biti dobro vidne. Ob upoštevanju te zahteve je treba izbrati merilo.
3. Na karti so navedene zaščitne lastnosti, minimalni in maksimalni parametri kratkega stika v točkah sistema.

Pogosto so projektne norme kršene in karte selektivnosti v projektih manjkajo. To lahko povzroči prekinitve v oskrbi z električno energijo odjemalcev.

Na karto se vnesejo karakteristike odklopnikov, ki so zaporedno povezani drug za drugim. Sama shema se zgradi v oseh.

Karta daje popolno sliko o usklajevanju nastavitev. Omogoča primerjavo delovanja odklopnikov po taki karakteristiki, kot je selektivnost.

Časovno-tokovne značilnosti osi so osnova ne le za izdelavo kart selektivnosti za tokovno zaščito v obliki odklopnikov, ampak tudi za druge vrste: varovalke, releji. Običajno ena karta vsebuje značilnosti 2–3 odklopnikov. Na abscisni osi je označena vrednost toka v kA, na ordinatni osi pa čas v sekundah.

Zaključki in koristen video na to temo

Težave pri delovanju odklopnikov in njihovo odpravljanje:

Risanje karte selektivnosti s pomočjo posebnega programa:

Zanesljiva in varna uporaba električne napeljave ni mogoča brez upoštevanja selektivnosti odklopnikov. Če poznate osnovne vidike ustvarjanja selektivne zaščite, lahko pravilno izberete opremo za svoj tehnični projekt.

Ali se profesionalno ukvarjate z elektroinštalacijskimi deli in želite dopolniti zgoraj navedeno gradivo? Ali ste opazili neskladnost ali napako v tem članku? Ali pa želite zastaviti vprašanje našim strokovnjakom? Napišite, prosim, svoje komentarje v spodnji blok.