Що таке селективність захисту?

Електрична мережа складається з безлічі ланцюгів. Кожна з них включає ті чи інші елементи з відповідними функціями, з`єднані між собою і нейтраллю з певним способом заземлення. Для того щоб ця мережа працювала найбільш ефективно необхідно створювати надійну ізоляцію аварійних ділянок мережі залишаючи інші електричні ланцюги нормально функціонуючими.

Селективність чи інакше вибірковість захисту є таким принципом роботи, при якому аварійні електричні ланцюги відключаються максимально швидко, а інші продовжують працювати без будь-якого впливу події відключення. Розрізняють такі різновиди селективності:

• тимчасову. Працює в мережі з встановленими захисними пристроями максимального струму. Витримка часу спрацьовування встановлюється прямо пропорційно віддаленості місця розташування реле максимального струму від джерела живлення.
• За току. За основу береться обернено пропорційна залежність струму спрацьовування захисного пристрою від віддаленості місця його установки від джерела живлення.
• Логічну. Цей вид вибірковості застосовується для поліпшення селективності за часом. Його метою є мінімізація термінів ремонту в пошкодженій електричному ланцюзі.
• Спрямовану. Застосовується в мережі з розгалуженням аварійного струму при наявності в ній максимальної спрямованої струмового захисту.
• Диференціальну. Захисний пристрій порівнює величини струму на початку і кінці захищається електричного кола.
• комбіновану. Використовує ту чи іншу комбінацію селективного стосовно до структури електричного кола і завданнями, поставленими перед системою захисту цього ланцюга.

Селективність по часу

Область застосування - радіальні мережі. Відлік часу встановленої витримки починається при перевищенні струму спрацювання реле. Обов`язковою умовою є узгодження граничних значень спрацювання струмових реле. Можливі два типи схем вибірковості по часу в залежності від того, який тип тимчасової витримки використовується.

Незалежна витримка часу реле.

Залежна витримка часу реле.

У радіальної мережі має рівні захисту А, В і С при короткому замиканні кожне з захисних пристроїв на своєму рівні фіксує його (зображення зліва). Але для кожної з них встановлена своя витримка часу. При цьому рівень D повинен відключатися першим, потім може відключитися рівень З, потім В і в останню чергу рівень А. Але якщо з відключенням рівня D проблема зникла, захисні пристрої попередніх рівнів переходять в режим очікування. Інтервал селективності визначається різницею між часом відключення захисних пристроїв сусідніх рівнів і включає в себе кілька часових складових, зображених нижче:

• Простий пристрій і наявність резервування спрацьовуванням на кожному рівні є перевагами тимчасової вибірковості.

Селективність по току

Цей вид селективного захисту встановлюється в кожній електричного кола в її початку. Якщо в електричній мережі, що складається з цих ланцюгів, відбувається коротке замикання, ток збільшується відповідно її импедансу. При цьому індуктивність обмежує швидкість наростання струму і існує деяка мінімальна величина його. Ця величина і є порогом спрацьовування захисту.

При цьому захисні пристрої можуть спрацювати і при трохи менших значеннях сили струму, якщо це необхідно. Але величина струму спрацьовування повинна знаходитися в діапазоні значень сили струму, яке буде більше ніж при короткому замиканні за межами області покриття захисту. Приклад струмового захисту ланцюга з трансформатором, підключеним між кабельними лініями електропередачі, показаний на зображенні нижче:

Перевагою вибірковості по току є можливість реагування тільки на пошкодження всередині захищається області і в прив`язці до споживача, виключаючи аварії поза захищається області. Відрізняється швидкістю спрацьовування, невисокою ціною і схемотехнической простотою. У цьому її перевага. Недоліком є складність настройки вибірковості послідовно встановлених пристроїв захисту при їх розташуванні в сусідніх областях через схожість параметрів процесів, які визначаються аварійними ситуаціями.

принцип логіки

При цьому різновиді селективності в мережах організований обмін даними між включеними послідовно пристроями захисту з великим числом порогів вибірковості. Тому стає можливим «на льоту» змінювати затримки часів спрацьовування кожної з захистів. В результаті спрацьовують саме ті захисні пристрої, які знаходяться поблизу джерел живлення. А ті, що ближче до споживача - не включаються. Тому стає можливим зробити оптимальний вибір для вимикача, який відключить аварійний струм, як показано на зображенні нижче:

Перевагою логічної селективності є можливість регулювання тимчасових установок спрацювання реле по каскадно на будь-якому рівні не залежно від їх числа. При цьому можна зробити вибір оптимальної установки спрацьовування реле, як з боку джерела живлення, так і з боку споживача. Недоліком є складність побудови протяжної багаторівневого захисту з необхідністю введення додаткових ланцюгів для обміну даними. Найбільшого поширення ця вибірковість отримала в схемах мереж з радіальними ланцюгами і середніми величинами напруги.

принцип спрямованості

Захисні пристрої відпрацьовують в послідовності, яка визначається напрямом струму. Вектор напруги задає деяку точку. Щодо неї вектор струму має фазовий зсув. Причому реле реагує на обидва параметри - струм і напруга. Захищається мережа повинна бути пристосована до розташування як області з відключеннями, так і області, в якій відключення не виконується, як показано на зображенні нижче:

Якщо коротке замикання сталося в 1-й точці, захисний пристрій D1 і керований ним вимикач спрацюють. Відключення буде виконано. Ніякі інші захисні пристрої при цьому спрацьовувати не будуть. При короткому замиканні в точці 2, спрацьовування обох захистів і вимикачів не відбувається. Збірні шини повинні мати окремий захист, як показано на зображенні зліва:

Перевагою є простота пристрою захисту. Недолік - наявність додаткових елементів - трансформаторів напруги. Вони потрібні для визначення напрямку струму.

принцип диференціювання

Цей різновид селективності характерна для електричних ланцюгів з потужними агрегатами, такими як:

• електродвигуни;
• перетворювачі напруги;
• електрогенератори;
• кабельні мережі;
• шини збірні.

Фазові і амплітудні відхилення величин струмів в точках А і В сприймаються як аварія. При цьому аварійні події за межами дільниці АВ не сприймаються. Захист спрацьовує якщо струм IA більше ніж струм IB. Але при цьому повинні використовуватися спеціальні трансформатори струму, які дозволяють відбудувати захист від непотрібних процесів, що впливають на спрацьовування захисту, таких як:

• струм намагнічування трансформатора;
• насичення струмових датчиків і виникає при цьому струм похибки;
• емкостная складова струму лінії електропередачі.

Застосування знаходять дві схеми відповідно до обраного методу підтримки стійкості роботи захисту:

Перевагами є:

• хороша чутливість;
• велика швидкість відключення в зоні захисту.

недоліки:

• дорожнеча;
• високі вимоги до персоналу, допущеному до експлуатації захисту з огляду на її складності;
• вимагає установку максимального струмового захисту на випадок аварії.

комбінована селективність

Цей різновид селективності заснована на комбінаціях вибірковості складових її компонентів описаних вище. Ці комбінації дозволяють істотно поліпшити:

• загальну вибірковість;
• резервування або аварійний режим.

Варіанти використання на практиці даного виду вибірковості перераховані далі:

• по току + тимчасова;
• логічна + тимчасова;
• тимчасова + спрямована;
• логічна + спрямована;
• спрямована + тимчасова.