Selektivita ochrany elektrických sítí: co to je a jak to funguje, hlavní typy práce

Pro zvýšení stupně ochrany elektrických obvodů a elektrických zařízení k nim připojených byly vyvinuty speciální techniky, jejichž jedním z nejdůležitějších pojmů je selektivita. Při návrhu napájecích obvodů libovolných objektů je třeba zohlednit selektivitu všech ochranných prvků připojených k síti.

Příklad konstrukce schématu ochrany sítě v obytném domě pomocí selektivního principu

Koncept selektivity v elektrických sítích

Selektivita nemůže být určena jedinou hodnotou konkrétního zařízení selektivita je systém, který zajišťuje postupné začlenění ochranných prvků do obvodu. Abyste lépe porozuměli tomu, co je selektivita, musíte porozumět principu, podle kterého jsou schémata ochrany postavena. Každý ochranný prvek je vybrán na základě velikosti provozního proudu a místa jeho instalace v obvodu. To závisí na výkonu spotřebovaném zátěží v konkrétní části obvodu. Bezpečnostní prvky mohou být:

• Jističe;
• RCD (zařízení na ochranu proti dotyku);

Vzhled modulárních jističů

• Pojistkové články;
• Diferenciální jističe, zástrčky a další ochranná zařízení.

Některé modely pojistek

Účelem selektivního principu instalace ochranných prvků je zabránit výpadku drahého elektrického zařízení při poruchách v elektroinstalacích. Při návrhu systému selektivní ochrany je vypracována speciální mapa selektivity.

Princip selektivity

Při navrhování obvodů na místech s různými elektrickými zařízeními je třeba vzít v úvahu otázky, které zajišťují bezpečný provoz elektrických instalací. Všechny instalované ochranné prvky mají určité technické vlastnosti a nejsou univerzální pro různé nouzové situace.

Selektivita je do ruštiny přeložena jako selektivita správně zvolené technické charakteristiky ochranných prvků pro konkrétní část obvodu zajišťují spolehlivý a bezproblémový provoz. Elektrický obvod na jakémkoli zařízení je rozdělen do sekcí, kde jsou instalovány jističe určité kategorie s odpovídajícími charakteristikami.

Pro ilustraci činnosti obvodů selektivní ochrany uvažujme obvody, kde proud prochází ze zdroje energie přímo ke spotřebiči (zátěži). V tomto případě se může na různých místech objevit porucha, zkrat, únik proudu přes izolační vrstvu a další důvody:

• Na jednotlivých prvcích zátěžového zařízení;
• V napájecím vedení v různých úsecích po celé délce;
• V rozvodnách, trafostanicích;
• Na generátoru, který vyrábí elektrický proud.

Pro každé uvedené místo, kde dojde k poruše, je pro rychlé vypnutí elektrického zařízení a zabránění vyhoření jednotlivých prvků nutné instalovat jističe s odpovídajícími charakteristikami. Pro efektivní provoz musí být všechny ochranné prvky vzájemně sladěny.

Mapa selektivity třístupňové časově-proudové ochrany

Diagram ukazuje čas v sekundách na vertikální ose a zátěžový proud na horizontální ose. Zelené body označují charakteristické hodnoty, které musí ochranné jističe v každém stupni splňovat.

Selektivitu pro elektrickou síť jednotlivého objektu lze rozdělit do dvou typů:

• Absolutní – když je vypnutá určitá část obvodu s prvky zařízení, kde dochází k poruše;
• Relativní – u tohoto typu volebního systému může dojít k vypnutí v několika směrech sítě s různým vybavením, bez ohledu na to, na kterém úseku k závadě došlo. To platí zejména v obvodech s výkonnými elektromotory, kde jsou zapínací proudy vysoké.

K odstranění falešných poplachů jsou nainstalovány další doplňky:

• Pro každý zátěžový prvek má ochrana časovou prodlevu pro vypnutí;
• Nastaví se velikost provozního proudu;
• Hodnota napětí;
• Teplota;
• Frekvence, odpor a další parametry v závislosti na parametrech sítě a typu zátěžového zařízení.

Způsoby konstrukce a typy systémů selektivní ochrany

Na základě uvedených principů jsou identifikovány hlavní metody a typy návrhu systémů selektivní ochrany.

Současná selektivita

Jističe s různými proudovými prahy jsou postupně instalovány v síti.

Princip konstrukce proudové selektivity

Příkladem může být síť běžného bytu nebo soukromého domu, kdy je v rozvodné desce instalován vstupní jistič 25A a následně mezilehlý jistič 16A. Automatická zařízení s provozním limitem 10A jsou instalována na zásuvkové osvětlovací skupiny nebo domácí spotřebiče se samostatným vedením. Současně mohou být dočasné a jiné prahové hodnoty odezvy pro tyto ochranné spínače stejné nebo se mohou lišit v závislosti na povaze zátěže.

Proudový selektivní ochranný obvod

Selektivita podle časového intervalu činnosti ochrany

Konstrukce ochrany se v tomto případě provádí podle stejného principu jako u proudové ochrany, pouze určujícím parametrem pro selektivitu je doba chodu jističů při dosažení prahové hodnoty proudu.

Časově selektivní ochranný obvod

Vstupní jistič v rozvaděči je nastaven na provozní interval 1 sekunda, mezispínač má interval 0,5 sekundy a před samotnou zátěží jsou jističe s provozním intervalem 0,1 sekundy.

• Časově proudová ochrana je sada prvků zohledňující prahové hodnoty vypnutí pro proud a čas, prakticky kombinovaná možnost výběru parametrů uvedených výše;
• Zónová ochrana – když je selektivní princip ochrany aplikován na samostatnou část obvodu;

Příklad konstrukce schématu zónové obrany

Logický princip konstrukce selektivní ochrany předpokládá přítomnost procesoru, který přijímá signály ze všech ochranných prvků zapojených do série v obvodu. Na základě těchto údajů se zařízení rozhodne a vyšle signál k deaktivaci ochranného prvku v oblasti, kde je překročen práh některého ze sledovaných parametrů;

Obvod selektivní ochrany postavený na logickém principu

• Směrová selektivita – při postupné instalaci ochranných prvků ve směru proudu je bod směru vektoru napětí tvořen fázovým posunem napětí. Relé tak reaguje na změny napětí a směru proudu nejen v prostoru instalace ochrany, ale také podél celého obvodového vedení od zdroje.

Pokud dojde ke zkratu na první lince, dojde k jejímu vypnutí, zatímco druhá linka bude nadále fungovat a naopak dojde-li k poruše na druhé lince, první linka se nevypne. Nevýhodou tohoto způsobu je, že kromě jističů je nutné na každou fázi vedení instalovat napěťové transformátory.

Diferenciální princip konstrukce selektivní ochrany

Tato metoda se používá v obvodech, kde je připojena zátěž, která spotřebovává velkou elektrickou energii. Řízení proudu se provádí napěťovými transformátory pouze v sekci A-B. Ve skutečnosti jsou procesy řízeny na krátké části sítě, kde je připojena zátěž, když jsou překročeny prahové hodnoty, konkrétní zařízení se vypne, aniž by to ovlivnilo ostatní oblasti.

Obvod diferenciální ochrany

Výhodou této metody je její vysoká rychlost a citlivost na změny parametrů, nevýhodou je však vysoká cena zařízení.

Všechny uvedené metody selektivního principu konstrukce ochrany umožňují vyřešit řadu problémů při provozu elektrických obvodů:

• Udržovat provozuschopnost provozuschopných ploch při výskytu poruchy v přilehlých oblastech;
• Automatická detekce místa poruchy a odpojení od pracovní sítě;
• Zajištění bezpečnosti elektroinstalačního personálu.

Při konstrukci selektivní ochrany je nutné dodržovat základní principy: všechny prvky jsou nastaveny na stejné napětí a v kontrolních bodech je třeba vzít v úvahu nejmenší a největší hodnoty parametrů při zkratu.

Video

Identifikace poškozených součástí v elektrických sítích a systémech se provádí pomocí ochrany. Taková ochrana má selektivní účinek. Díky této vlastnosti je možný spolehlivý a dlouhodobý provoz elektrického zařízení a také bezpečnost jeho údržby technickým personálem.

Hlavní úkoly selektivní ochrany

Selektivita je proces, který znamená selekci (výběr). Tento termín je použitelný pro různá odvětví a oblasti lidské činnosti. Například v chemii se při chemických reakcích mluví o indexu selektivity. V tomto případě se uvažuje o selektivitě chemických přeměn.

Pokud jde o člověka, jeho vnímání světa kolem něj, výběr informací a jejich zapamatování jsou selektivní.

Co je selektivita v elektrotechnice a proč je potřeba?

Mezi úkoly elektrické selektivní ochrany patří:

• zajištění bezpečnosti zařízení a provozního personálu;
• okamžitá identifikace místa poruchy a odpojení pouze vadné sekce;
• snížení negativních dopadů havárie na ostatní součásti a části elektrických spotřebičů;
• minimalizace poškození vadné oblasti;
• zajištění maximální kontinuity provozu elektrického systému;
• dosažení snadné obsluhy elektrického zařízení.

Selektivita navíc snižuje následky zkratů a zatížení zařízení.

Co je selektivní ochrana

Selektivita je schopnost ochranného obvodu relé najít poškozený síťový prvek a vypnout jej, spíše než celý obvod. Negativní vlivy proudových úniků nebo zkratů (zkratů) přitom nevyřadí z provozu celou síť.

Princip selektivity v ochraně

Absolutní a relativní selektivita ochrany

Při podrobném zvážení toho, co je selektivita, existují dva typy selektivního působení.

Podle stupně selektivity se ochrana dělí na:

Přepálení pojistek v přesném obvodu, kde došlo ke zkratu, se nazývá „absolutní ochrana“.

Vypnutí jističe v blízkosti místa selhání pojistky se nazývá „relativní ochrana“.

Varování! Dá se říci, že absolutní selektivní ochrana chrání před vnitřním (vlastním) zkratem a relativní selektivní ochrana chrání před vnějším (sousedním) a vnitřním zkratem současně.

Relativní a absolutní selektivita ochrany

Typy selektivních schémat zapojení

Ochranné prostředky se dělí na několik typů podle selektivity. Patří mezi ně následující typy ochrany:

• plný;
• částečný;
• proud;
• dočasný;
• časový proud;
• energie.

Každý z nich je třeba projednat samostatně.

Plná a částečná ochrana

S takovou ochranou obvodu jsou zařízení zapojena do série. V případě nadproudu se spustí jistič, který je nejblíže k poruše.

Důležité! Částečná selektivní ochrana se liší od plné selektivity tím, že funguje pouze do nastavené hodnoty nadproudu.

Aktuální typ selektivity

Uspořádáním velikostí proudů od zdroje k zátěži v sestupném pořadí je zajištěna proudová selektivita. Hlavním měřítkem je zde omezující hodnota aktuálního tagu.

Například, počínaje zdrojem nebo vstupem, jsou jističe instalovány v pořadí: 25A, 16A, 10A. Všechny stroje mohou mít stejnou dobu odezvy.

Důležité! Mezi stroji musí být vysoký odpor obvodu. Pak budou mít účinnou selektivitu. Odpor zvyšují zvětšením délky vedení včetně úseků s drátem menšího průměru nebo vložením vinutí transformátoru.

Časová a časově-proudová selektivita

Co znamená časově selektivní ochrana? Charakteristickým rysem tohoto návrhu ochranného obvodu relé je, že je vázán na dobu odezvy každého ochranného prvku. Automatické spínače mají stejné parametry proudu, ale mají různé časové zpoždění při spuštění. Doba odezvy se zvyšuje, když se vzdalujete od zátěže. Například nejbližší je navržen tak, aby fungoval po 0,2 s. Pokud selže po 0,5 s. ten druhý by měl fungovat. Funkce třetího jističe se počítá po 1 sekundě v případě poruchy prvních dvou.

Selektivita mezi časem a proudem je považována za velmi obtížnou. Pro jeho uspořádání je třeba vybrat zařízení ze skupin: A, B, C, D. Skupina A má nejvyšší ochranu (používá se v elektrických obvodech). Každá z těchto skupin má individuální odezvu na velikost elektrického proudu a časové zpoždění.

Energetická selektivita strojů

Tato ochrana je dána vlastnostmi spínačů poskytovaných výrobcem. Rychlá odezva – dříve, než zkratové proudy dosáhnou maxima. Počítají se milisekundy, je velmi obtížné koordinovat takovou selektivitu.

Co je to zónová selektivita

Stanovení tohoto pokrytí selektivní ochranou sítě je spojeno se zvláštnostmi její konstrukce. Jedná se o poměrně nákladnou a komplikovanou metodu. V důsledku zpracování signálů přicházejících z každého spínače je určena zóna poruchy a k vypnutí dochází pouze v ní.

Informace. K zajištění takové ochrany je zapotřebí dodatečné napájení. Signál z každého spínače je odeslán do řídicího centra. Odstávky se provádějí elektronickými spouštěmi.

Nejracionálnější je použití takových obvodů v průmyslových podnicích, kde systémy mají vysoké hodnoty zkratových proudů a významné provozní proudy.

Příklad a graf zónové selektivity

Výpočet selektivity strojů

Při zvažování otázky, co je selektivita, je nutné mít představu o tom, jak se počítá. Výpočty vedou ke správnému výběru ochranného zařízení, zejména automatického stroje.

Selektivita pro stroje umístěné v blízkosti zdroje energie musí splňovat následující podmínku:

Je poslední ≥ Kn.o.* Ik. předchozí,

zde:

• Je poslední – hodnota proudu, který spouští ochranu;
• Kn.o. – koeficient spolehlivosti vypnutí;
• Rozloučil jsem se předchozí – zkratový proud na konci ochranného úseku.

V případě časové závislosti se pro výpočet selektivity používá následující vzorec:

Ts.o.last ≥ Tk.prev.+ ∆T,

kde:

• Tс.о.last a Тк.prev. – časové intervaly, ve kterých fungují vypínací spínače;
• ∆T – časový bod selektivity.

Výběr automatických přepínačů pro výpočty se provádí podle tabulek.

Tabulka selektivity stroje

Princip logiky

K realizaci obvodů využívajících tento princip jsou zapotřebí digitální relé. Relé jsou vzájemně propojena kroucenou dvoulinkou, optickým kabelem nebo přes telefonní linku (pomocí modemu). Pomocí těchto linek jsou informace přijímány (přenášeny) do dispečerské konzole z různých objektů a mezi samotnými relé.

Princip logiky v radiální síti

Uvedený obrázek 9 vysvětluje princip fungování logiky. Každé ze 4 digitálních relé používá nastavení proudu rovné poslednímu citlivému stupni. Tento stupeň má provozní dobu 0,2 s. Logická selektivita znamená možnost blokování relé signálem LO (logický pohotovostní režim). Tento signál je přiváděn kanálem z předchozího ochranného relé. Každé z relé může přenášet takové signály.

Jak je vidět z obrázku, během zkratu v bodě K1 budou všechna ostatní relé ze signálu LO dodávaného relé K1 přidržena. Relé K1 se spustí a vypne se. V případě zkratu v bodě 2 bude relé K4 fungovat stejným způsobem.

Taková schémata pro konstrukci logického řízení jsou náročná na spolehlivost komunikačních linek mezi prvky.

Směrový princip

Uspořádání strojů a další sled jejich činnosti se řídí směrem proudu. K tomu je pomocí vektoru napětí specifikován bod, vzhledem k němuž tento vektor přijímá fázový posun. Podle tohoto principu bude relé citlivé na proud i napětí. Takový obvod lze instalovat jak do vypínatelné zóny, tak do zóny, kterou nelze vypnout.

RCD a spínače jsou zapojeny podle směrového principu

Důležité! K realizaci takových obvodů jsou zapotřebí napěťové transformátory, které je používají k určení směru proudu.

Na výše uvedeném obrázku můžete vidět, že ochranné zařízení D1 a jím ovládaný jistič budou reagovat na zkrat v bodě 1, ale ne na zkrat v bodě 2.

Princip diferenciace

Používá se tam, kde se používají obvody s vysokými spotřebiči. Mezi tyto spotřebitele patří:

• Elektrické motory a generátory;
• napájecí kabely;
• autobusové sestavy;
• transformátory a jiné měniče.

Toto řešení využívá odchylky fázových a amplitudových parametrů proudu v různých bodech. Odchylka těchto hodnot v bodě A a bodu B v sekci AB se považuje za nouzový stav a zařízení se vypne. Použití proudových transformátorů umožňuje filtrování z různých vnějších elektromagnetických procesů.

Ochrana se spouští pouze v sekci AB, pokud IA>IB.

Diferenciální selektivní ochrana výkonných zařízení

Ochrana vytvořená podle diferenciálního principu může být dvou typů: podélná a příčná.

Mapa selektivity a pravidla pro její tvorbu

Schéma schváleného vzorku, na kterém jsou vyneseny všechny aktuální parametry ochranných zařízení a zařízení s uvedením společného zdroje energie, je provedeno v měřítku vhodném pro prohlížení. Toto je mapa selektivity. Zajišťuje maximální využití ochranných vlastností jističů. Všechny procesy možné během provozu jsou zobrazeny graficky.

Na mapě musí být zahrnuto:

• místa důležitých bodů výpočtu;
• ochranné charakteristiky automatických jističů a případné zkraty, přičemž jsou uvedeny jejich minimální a maximální hodnoty.

Tato mapa slouží jako podklad pro sestavení tabulky pro výběr ochranných zařízení. Mapa navíc umožňuje vyhodnotit celkovou selektivitu ochrany a poskytuje kompletní informace o vzájemně dohodnutém nastavení všech strojů.

Mapa je konstruována podél os. Vodorovná osa představuje aktuální hodnoty a svislá osa představuje časové hodnoty.

Pro vaši informaci. Na osu lze aplikovat další typy charakteristik. Každé schéma zahrnuje parametry dvou nebo tří strojů. Konstrukce takových map může být provedena pomocí počítačového programu.

Příklad mapy selektivity vytvořené pomocí programu

Správně provedená selektivní ochrana umožňuje zachovat zařízení. Když je konkrétní sekce vypnutá, umožňuje znovu zapnout napájení pomocí automatického přepínače (ATS) a minimalizovat prostoje zařízení a přerušení dodávek elektřiny spotřebitelům.