Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей

Как подобрать автоматический выключатель и провод для электрокотла

admin    Дата: 04.02.2019

Для защиты электрических котлов от перегрузки используют автоматические выключатели. Как правильно рассчитать параметры и выбрать автоматический выключатель для электрокотла.

Автоматический выключатель для электрического котла защищает питающий кабель от тепловой перегрузки. Причиной плавления изоляции является длительный перегрев проводов, вызванный избыточным током. Это может привести к короткому замыканию.

Как правило, предохранитель устанавливается на счетчике, на провод, ведущий к защищаемому оборудованию.

Чтобы правильно выбрать проходной выключатель с автоматом нужно подобрать сечение провода, рассчитать номинальный ток электрического котла и учесть характер использования подключаемого оборудования.

Провод

Для подключения электрического котла нужно проложить выделенный кабель. Даже, если котел мощностью до 3 кВт на 220 В, не стоит включать его в сеть через обычную розетку – вы нагрузите внутренние провода электрической разводки без особой на то надобности.

Электрическое оборудование и проборы мощностью свыше 1,5 кВт рекомендуется подключать через медный провод. Медные провода более долговечны, чем алюминиевые, и при одинаковой нагрузке вам потребуется меньший диаметр сечения.

Сечение токопроводящего провода подбирается на основании номинальной мощности подключаемого оборудования и напряжения сети. 

Сечение провода по мощности для 220 В будет более толстым, чем для напряжения 380 В с аналогичной мощностью электрического котла.

Расчет сечения провода можно сделать самостоятельно. Для упрощения задачи предлагаем итоговую таблицу сечения алюминиевых и медных жил.

Таблица сечения проводов 

 Площадь сечения жилы, мм2 Медный провод Алюминиевый провод
Однофазная сеть 220 В Трехфазная сеть 380 В Однофазная сеть 220 В Трехфазная сеть 380 В
Номинальный ток, А Мощность, кВт Номинальный ток, А Мощность, кВт Номинальный ток, А Мощность, кВт Номинальный ток, А Мощность, кВт
1,5 19 4,3 16 10,0
2,5 27 6,0 25 16,6 20 4,5 19 11,9
4 38 8,5 30 18,7 28 6,3 23 14,6
6 46 10,3 40 25,0 36 8,1 30 18,7
10 70 15,7 50 31,2 50 11,2 39 24,3
16 85 19,0 75 46,8 60 13,4 55 34,3
25 115 25,8 90 56,2 85 19,0 70 43,7
35 135 30,2 115 71,8 100 22,4 85 53,0
50 175 39,2 145 90,5 135 30,2 110 68,6
70 215 48,2 180 112,3 165 37,0 140 87,4
95 260 58,2 220 13,7 200 48,0 170 106,1

Показатель номинального тока предохранителя характеризует граничное значение электрического тока в амперах, превышение которого приведет к срабатыванию выключателя. Существуют точные формулы расчета номинального тока, которые используют специалисты. Но, как правило, достаточно приближенных расчетов, чтобы выбрать нужный предохранитель.

Упрощенные формулы расчетов номинального тока

  • Для сети 220 В: I ном. = P/224 (A)
  • Для сети 380 В: I ном. = P/624 (A)

Получив значение номинального тока вашего контура, выберите ближайшее значение из стандартизированного рядя номиналов автоматических выключателей: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 или 63 А.

Таблица сечний проводов и тока предохранителя для электрокотлов по мощностям

Мощность электрического котла, кВт
Питание 220 В
Питание 380 В

Сечение медного провода, мм2
Номинальный ток, А
Ток предохранителя, А
Сечение медного провода, мм2
Номинальный ток, А
Ток предохранителя, А

3,0
2 × 1,5
13,9
16
4 × 1,5
4,38
6

4,5
2 × 2,5
20,1
25
4 × 1,5
7,2
10

6,0
2 × 4,0
26,8
32
4 × 2,5
9,6
10

7,5
2 × 6,0
33,5
40
4 × 2,5
12,0
16

9,0
2 × 6,0
40,2
50
4 × 4,0
14,4
16

10,5



4 × 4,0
16,9
20

12,0



4 × 6,0
19,2
20

15,0



4 × 10
24,0
25

18,0



4 × 10
28,8
32

21,0



4 × 10
33,7
40

24,0



4 × 10
38,5
40

30,0



4 × 16
48,1
50

36,0



4 × 16
57,7
63

Времятоковая характеристика автоматических выключателей

В течение нескольких миллисекунд при запуске электрического котла пусковой ток превышает номинальный в 4,5 раза (для 220 В) или в 1,5 раза для сети 380 В. Этого времени недостаточно, чтобы повредить проводку контура, поэтому такое превышение не представляет угрозы. Чтобы в это время не срабатывал автомат, нужно подобрать нужную времятоковую характеристику.

Для защиты электрических котлов выбирают чаще всего времятоковую характеристику типа С (от 5 до 10 номиналов тока), реже типа В (от 3 до 5 номинальных значений).

Полюсность автоматических выключателей

Для сети номинальной мощностью 220 В устанавливаются однополюсные или двухполюсные конструкции.

Для трехфазной сети 380 В – трехполюсные или четырехполюсные автоматы.

В электрических сетях старого традиционного типа при меняют одно- и трехполюсные автоматы.

Двух- и четырехполюсные автоматы применяют в современных сетях с разделенными проводами для ноля (N) и заземления (PE).

Логическая селективность

Возможны схемы селективного отключения, основанные на логической селективности с использованием автоматических выключателей с электронными расцепителями, предназначенными для этой цели (Compact, Masterpact) и соединенными цепями управления.

Для этой системы селективного отключения требуются автоматические выключатели, оснащенные специальными электронными расцепителями, подключенных к цепям управления для обмена данными между автоматическими выключателями. При наличии двух уровней A и B (рис. H56), автоматический выключатель A производит мгновенное отключение, если реле автоматического выключателя B не отправит сигнал подтверждения того, что ниже выключателя B произошло короткое замыкание. При наличии короткого замыкания ниже выключателя В этот сигнал вызовет задержку срабатывания расцепителя выключателя A и тем самым обеспечит срабатывание расцепителя выключателя В. При этом расцепитель выключателя А не сработает.
Кроме того, эта система, запатентованная Schneider Electric, позволяет быстро обнаружить место короткого замыкания.

Рис. H56: Логическая селективностьzh:断路器间的配合

Селективность — защита

Селективность защиты не нарушается при внешних коротких замыканиях независимо от состояния фиксации элементов за шинами.

Селективность защиты обеспечивает отключение минимального числа потребителей при повреждении какого-либо участка. Для обеспечения селективности защиты ближайшие к потребителю выключатели должны иметь наименьшую и по мере приближения к источнику питания — возрастающую выдержку времени при отключении. Разность значений времени отключения двух последовательно расположенных выключателей между источником питания и потребителем называется ступенью селективности.

Селективность защиты в электрических сетях — избирательность при автоматическом отключении участков сети. Например, при коротком замыкании в сети участок сети с коротким замыканием должен отключиться аппаратом, расположенным перед этим участком, а не аппаратом, расположенным ближе в источнику питания, так как последний может включать и другие участки сети.

Селективность защиты с отсечкой трансформатора, имеющей время 0 5 сек, обеспечивается.

Селективность защиты плавкими предохранителями в разомкнутых сетях, как было показано выше ( см. § 2.4), достигается или путем соответствующего выбора номинальных токов плавких вставок последовательно установленных предохранителей, или путем соответствующего выбора площадей поперечного сечения плавких вставок.

Селективность защиты питающих линий и подстанции обеспечивается всегда, так как предохранители перегорают практически мгновенно.

Выбор плавких вставок предохранителей для трехфазных трансформаторов.

Для селективности защиты трансформаторов предохранители выбираются по номинальной силе тока плавкой вставки, исходя из следующих соображений: а) предохранители на стороне низшего напряжения должны защищать трансформатор от перегрузок и от коротких замыканий в сети низкого напряжения. Главный предохранитель на стороне низшего напряжения выбирают по номинальному току трансформатора. При наличии на стороне низшего напряжения нескольких ответвлений для защиты от перегрузок устанавливаются на ответвлениях предохранители, выбираемые по току ответвления; глаиный предохранитель является в этом случае защитой от коротких замыканий на оборке и резервной защитой по отношению к предохранителям ответвлений; б) предохранители на стороне высшего напряжения предназначаются для защиты от повреждений внутри трансформатора и от коротких замыканий на стороне высшего напряжения. Эти предохранители выбирают на 2 — 3-здратный ток для трансформаторов мощностью до 180 ква и на 1 5 — 2-кратный ток для трансформаторов мощностью до 320 ква.

Схема включения максимального реле.| Схема включения максимального реле совместно с реле времени и сигнальным реле.

Обеспечение селективности защиты различных участков сети вызывает необходимость — определенной последовательности срабатывания реле, установленных в различных ее участках.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно величины номинальных токов плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Чтобы обеспечить селективность защиты, токи плавких вставок предохранителей или расцепителей автоматов, установленных в одной цепи, должны по возможности отличаться не менее чем на две ступени.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно номинальные токи плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Быстродействие и селективность защиты являются требованиями противоположного характера, и во многих случаях достижение одного из них идет в ущерб другому. В конкретных условиях при выборе рационального технического решения приходится находить компромиссное решение

При выборе типа защиты целесообразно учитывать степень важности защищаемого объекта. Более совершенная и дорогостоящая защита оправдывает себя при мощных преобразовательных установках, не допускающих даже кратковременного перерыва электропитания.

В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается. Для второй ступени защиты расчет параметров производится аналогично.

Принцип действия

Схема внутреннего устройства селективного автоматического выключателя

Появление селективного автоматического выключателя изначально планировалось, как выпуск устройства защиты, имеющего наилучшие характеристики с точки зрения выполнения функций вводного устройства защиты. Выше было отмечено, что это подразумевает обеспечение полной селективности. Это означает селективность между вводным и отходящими автоматическими выключателями во всём диапазоне токов короткого замыкания (вплоть до отключающей способности нижестоящего автомата) и при любых номинальных токах вводного автомата не меньше номинальных токов отходящего.

Такая функциональность обеспечивается конструкцией селективного автоматического выключателя (приведена на рисунке). На схеме видны два токовых пути.
Один из них основной, имеющий те же элементы, что и обычный автоматический выключатель: электромагнитную катушку (мгновенный расцепитель), биметалл (расцепитель перегрузки) и блок основных контактов. Дополнительный токовый путь также имеет контакты. Помимо этого можно отметить наличие селективного биметалла. Рассмотрим процессы, происходящие внутри селективного автоматического выключателя в случае аварии.

Представим систему, в которой в качестве вводного устройства защиты используется селективный автоматический выключатель, а в качестве нижестоящего устройства защиты — миниатюрный автоматический выключатель. Возможны два случая. Первый — авария (короткое замыкание) происходит в нагрузке (за отходящим автоматом). Второй — авария происходит между вводным и отходящим автоматами.

В первом случае в момент короткого замыкания отработают расцепители миниатюрного автоматического выключателя и основного токового пути селективного автоматического выключателя. Однако, при этом ток продолжит протекать в дополнительном токовом пути вводного автомата. Поскольку авария устранена, пружина снова замкнет блок основных контактов. Таким образом обеспечивается непрерывное протекание тока и бесперебойность питания нагрузок, то есть селективность.

Во втором случае в момент аварии также разомкнутся основные контакты селективного автоматического выключателя. Далее, поскольку авария продолжит существовать, селективный биметалл также разомкнет контакты и дополнительном токовом пути, при этом заблокировав пружину и не позволив ей замкнуть основные контакты. Таким образом, разомкнутыми остаются и основной, и дополнительный токовый пути, тем самым обеспечивая защиту от короткого замыкания.

В итоге можно отметить, что селективный автоматический выключатель и обеспечивает селективность, и защищает от токов короткого замыкания.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

Полная защита предназначена для последовательного подключения приборов. При аварии максимально быстро сработает тот защитный агрегат, который находится ближе всех к месту поломки. Частичная селективная защита во многом похожа на полную, но функционирует лишь до определенной величины тока.

Временная и времятоковая

Временная селективность – это когда у последовательно подсоединенных аппаратов при идентичных характеристиках тока установлена отличающаяся выдержка времени на срабатывание (при последовательном увеличении от проблемной зоны до источника питания). Временная защита применяется, чтобы автоматы могли подстраховать друг друга в случае сбоя. К примеру, первый должен сработать через 0,1 секунды, если он неисправен, спустя 0,5 секунды в дело вступает второй, а при необходимости третий заработает через 1 секунду.

Времятоковую селективность считают максимально сложной. Для нее применяется аппаратура 4 групп – А, В, С и D. У каждой из них наблюдается персональная реакция на электроток и отключение в необходимый момент. Наилучшая защита достигается в группе A, которая используется в основном для электроцепей. Самый популярный тип агрегатов — С, однако специалисты не советуют устанавливать их повсеместно и непродуманно.

Селективность по току

Данная разновидность схожа по методу работы с временной, однако отличие в том, что главным критерием выступает предельная величина токовой отметки. Значения тока выстраиваются в порядке убывания от источника питания до объектов загрузки.

Если около выключателя А возникает КЗ, защита конца В не должна работать, а сам выключатель обязан снимать напряжение с прибора. Чтобы селективность по току гарантировала тотальную избирательность, потребуется иметь большое сопротивление между обоими выключателями. Его получают при помощи:

  • протяженной линии электропередачи;
  • вставки обмотки трансформатора;
  • включения в разрыв провода сечения меньшего размера.

Watch this video on YouTube

Энергетическая

Данная схема подразумевает быстродействие селективности автовыключателей. При этом токи коротких замыканий (КЗ) не имеют возможности набрать свои максимальные значения.

Данные автоматы-«скорострелы» работают на протяжении буквально пары миллисекунд. Из-за большой динамичности нагрузок реально действующие времятоковые параметры защит согласовать крайне затруднительно.

Рядовой пользователь не имеет возможности отследить характеристики данного типа селективности. Производитель обязан предоставлять их в виде графиков и таблиц.

Зонная селективность

Такие схемы часто используются на промышленных объектах. Это не только весьма сложный, но и предельно дорогой способ защиты. Для применения зонной селективности нужно приобретать специальные приборы слежения.

Все данные, полученные в процессе работы приборов, сосредотачиваются в центре контроля. Он определяет, какой именно автомат нужно задействовать для отключения.

В данных устройствах используются электронные расцепители. Их схема работы такова: при появлении аварийной ситуации нижестоящий аппарат подает сигнал тому, что выше. Если через 1 секунду нижнее устройство не сработало, в дело вступает второе.

Как правильно выбирать автоматические выключатели

При выборе устройств стоит обратить на внимание на три критерия

Количество

Чтобы разобраться с количеством выключателей, нужно знать число силовых цепей в квартире.

Номиналы автоматов

Силовая цепь — это провод, идущий от электрощитка в квартиру вместе с подключенными к нему приборами-потребителями электроэнергии. Как правило, в квартирах в одну цепь объединены осветительные приборы, в другую — розетки.

Обратите внимание! Каждый из бытовых приборов, например, посудомойка, водонагреватель, кондиционер, получает электричество по отдельному проводу, а значит включен в свою электрическую цепь

Полюсность и рабочее напряжение

Электрическое подключение в доме может быть однофазным или трехфазным. С точки зрения выбора автомата эти подключения отличаются количеством жил в проводе, которые выключатель должен обесточить, когда будет срабатывать. На каждую жилу нужна своя секция выключателя. Полюсность — это фактически количество секций в автомате, их может быть от одной до четырех.

Щиток с предохранителем

Безопасный для проводки номинальный показатель

Номинальный ток — это самая важная характеристика автоматов.

Она говорит о том, какую энергию автомат пропускает через себя в течение длительного времени и не размыкает цепь. От правильного выбора номинального тока зависит, сможет ли автомат защитить проводку.

К сведению! Распространенные классы номинального показателя бытовых автоматов: 6, 10, 16, 25, 32, 50 А.

Практическая схема правильного подключения УЗО

узо 300 mA Распределение электрической сети начинается с вводного автоматического выключателя. Устанавливаем двухполюсный ВА(выключатель автоматический), на 40 Ампер — максимальная нагрузка 8,8 кВт (1). После ВА контакты фаза и ноль заводим в электрический счетчик (2). В этой схеме электрический счетчик достаточно установить на 5-60Ампер, другие контакты выводим к нагрузке, схема указывает путь к противопожарному УЗО. Если планируется установка противопожарного УЗО (3), устанавливаем с номиналом 300 мА / 50Ампер, т.е. номинал протекания силы тока через противопожарное УЗО должен быть на ступень выше номинала вводного автоматического выключателя.

Противопожарное УЗО не защищает человека от поражения током, но охраняет всю электропроводку здания с чувствительностью утечки тока в 300мА (грубая отсечка). Оно предупредит короткое замыкание и не допустит возгорания. т.е. обесточит все здание до устранения утечки тока.

Назначение

Таким образом, технические свойства, которыми обладают автоматические выключатели (краткое обозначение ВА), позволяют использовать их в следующих целях:

  • коммутирование электрических цепей;
  • защита электроустановок путём их автоматического отключения при возникновении аварийного значения тока.

ВА используются в электрических сетях и электроустановках всех уровней напряжения, однако, общепринятый термин «автоматические выключатели» подразумевает низковольтные аппараты, работающие в условиях до 1000 вольт.

Часто встречаемые производители: ABB, IEK, Schneider-Electric, Legrand.

Те автоматы, что функционируют в сетях более высокого напряжения, называть «автоматическими» не принято что, конечно же, не вполне логично. Уровень автоматизации работы оборудования высокого напряжения обычно выше, чем низковольтного. Но главное не путаться в терминологии, чтобы понимать, о чём идёт речь.

Габариты на примере ABB (мм) в зависимости от числа полюсов. Размеры могут отличаться от других производителей, например, высота бывает 80, 88, 90, 104 мм.

Виды защиты

Временная

В цепь подключается ряда автоматов, обладающих различной выдержкой по времени, но идентичными токовыми параметрами. В итоге приборы подстраховывают один другого от ближайшего к неисправной зоне до наиболее удаленного устройства. К примеру, сработка ближайшего произойдет спустя 0,02 с, последующего — через 0,5 с, последнего, если не произойдет сработки предыдущих- спустя 1 с.

Принципиальная схема для выбора автоматических выключателей и УЗО по времени срабатывания

Про типы УЗО и его подключение подробно описано в статьях:

  • Какие типы УЗО существуют и в чем их различие?
  • Как правильно подключить УЗО? Схема подключения

По току

Принцип работы такого типа селективности одинаков с предыдущим, за исключением выдержки, происходящей по значению тока, а не по скорости сработки. Например, выключатели установлены на вводе 25А, затем на 16А, а после — на 10А. Срок сработки у всех приборов может быть равным.

Принципиальна схема подбора автоматических выключателей и УЗО по току срабатывания

По зонам

При определении нарушения диапазона тока сработка прибора позволяет с наиболее возможной точностью выявить аварийную зону и прекратить ее питание.

Принцип логики

Такой тип селективности в сети организуется обмен данными между подключенными к сети по последовательной схеме защитными приборами со значительным количеством порогов избирательности. При этом появляется возможность изменения задержки срока срабатывания любой из защит.

Принцип действия схемы логической селективности позволяет выбрать требуемый отключающий автомат

В итоге происходит сработка именно тех защитных приборов, которые располагаются близко от поставщиков электропитания, а близкие к оборудованию не подключаются. Это позволяет сделать выбор в пользу автомата, отключающего подачу аварийного тока.

По направленности

Включение приборов защиты осуществляется по очереди, формируемой направленностью тока. С помощью вектора напряжения задается некая точка, по отношению к которой сам вектор обладает фазовым сдвигом. Реле при этом реагирует и на напряжение, и на поступающий ток. Подлежащая защите цепь приспосабливается к размещению как в отключаемой зоне, так и на участке, на котором не производится отключение.

Включение устройств УЗО и выключателей, реализуемое по принципу направленности селективной защиты

При возникновении короткого замыкания в точке 1 устройство защиты D1 и выключатель, управляющийся им, среагируют, и будет произведено отключение. Сработки других приборов в этом случае не осуществится.

При возникновении короткого замыкания во 2-й точке обе защиты и выключатель не сработают.

Преимуществом такой схемы можно назвать простоту устройства. К недостатку следует отнести необходимость установки вспомогательного оборудования — трансформаторов напряжения, требующихся для выявления направленности тока.

По принципу дифференцирования

Такой тип селективности свойственен цепям с подключением мощных потребителей.

Отступления параметров токов по фазе и амплитуде в пунктах А и В будут определяться как аварийные. При нештатном событии за границами зоны АВ не фиксируются. Защита сработает при условии превышения величиной тока IA величины тока IB. Для реализации такого принципа требуется установка трансформаторов тока особых типов, позволяющих выстроить надежную защиту от процессов, оказывающих воздействие на сработку приборов:

  • намагничивающего тока трансформатора;
  • насыщения датчиков тока и образующегося тока погрешности;
  • емкостного элемента тока ЛЭП.

Принцип селективной дифференциальной защиты при подключении оборудования со значительной мощностью

Преимуществами такого метода являются:

  • высокий уровень чувствительности;
  • высокая скорость отключения в защищаемой зоне.

К минусам относятся:

  • немалая стоимость;
  • повышенные требования к сотрудникам, получивших доступ к работе с защитой;
  • необходимость обустройства наибольшей токовой защиты при возникновении нештатных событий.

Выводы и полезное видео по теме

Неполадки при работе автоматических выключателей и их устранение:

Селективность. Почему отключается вводной автомат?Селективность. Почему отключается вводной автомат?

Вычерчивание карты селективности посредством специальной программы:

Построение карты селективности (программа)Построение карты селективности (программа)

Надежное, безопасное использование электрической проводки невозможно без учета избирательности автоматов. Зная об основных моментах создания селективной защиты, можно грамотно выполнить подбор оборудования для своего технического проекта.

Вы профессионально занимаетесь электромонтажными работами и хотите дополнить изложенный выше материал? Или заметили несоответствие или ошибку в этой статье? А может вы хотите задать вопрос нашим экспертам? Пишите, пожалуйста, свои комментарии в блоке ниже.

Надежная и безопасная работа электрических сетей обеспечивается различными способами, среди которых важную роль играет селективность автоматических выключателей. Она представляет собой особую функцию релейной защиты, способной избирательно обнаруживать неисправный участок или элемент в общей системе и отключать только его. Таким образом, предупреждаются аварийные ситуации, а уровень защиты становится значительно выше.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий