Селективность автоматических выключателей

В системах распределения электрической энергии практически всегда возникает ситуация каскадного включения автоматических выключателей. При подобном включении в схеме можно выделить выключатель, установленный на более высоком уровне, т. е. ближе к источнику, и несколько выключателей более низкого уровня, которые защищают цепи, питаемые через общую линию, защищенную выключателем более высокого уровня. Фрагмент схемы такого распределения энергии представлен на рис. 2.9, б. При таком включении возникает вероятность того, что короткое замыкание в цепи, защищаемой выключателем Q21, создаст ток КЗ, достаточный для срабатывания и выключателя Q21 и вышестоящего выключателя Q1, если ток КЗ превзойдет верхнюю границу разброса уставки I_{S (i1} (рис. 2.9, а). При этом, после отключения Q1 прервется питание и линии, защищенной выключателем Q22, что, конечно, нежелательно. Исключение нежелательного отключения «здоровых» участков сети может быть достигнуто, если соблюдается принцип селективной работы автоматических выключателей. Этот принцип состоит в том, что при аварии (например, при КЗ) срабатывать должен только выключатель, ближайший к месту аварии. В указанной схеме это должен быть автоматический выключатель Q21, а выключатель Q1 в этом случае срабатывать не должен.

Рис. 2.9. Схема распределения электроэнергии при каскадном включении автоматических выключателей:

а — время-токовые характеристики каскадно включенных автоматических выключателей; б — схема включения При токах КЗ, меньших нижней границы допуска уставки I_sd1 селективность всегда соблюдается потому, что при таком токе выключатель Q21 срабатывает мгновенно за время менее 0,1 с, а выключатель Q1 мог бы сработать только при протекании тока значительно большее время, определяемое обратно зависимой ветвью его защитной характеристики.

Если необходимо расширить зону токов селективной работы, то следует применить выключатель Q1, обладающий возможностью создания задержки отключения при токах КЗ. Иными словами, его срабатывание не должно быть мгновенным на границе уставки I_sd1 защиты от КЗ. Такая задержка осуществляется микропроцессорными блоками контроля и управления современных автоматических выключателей. При этом соответствующие время-токовые характеристики выключателей Q1 и Q21 выглядят так, как это представлено на рис. 2.10. Задержка срабатывания выключателя Q1 при токах выше уставки I_sd1 обозначена на этом рисунке t_sd. Если ток КЗ протекает менее этого времени, то срабатывание выключателя Q1 не может произойти. Поэтому при токах больших, чем уставка I_sd1, за время мгновенного срабатывания выключателя Q21 ток КЗ прекратится, и срабатывание Q1 не наступит, так как время срабатывания Q21 менее 0,1 с, а для срабатывания Q1 требуется время t_sd, которое всегда удовлетворяет условию t_sd > 0,1 с.

Рис. 2.10. Время-токовые характеристики выключателей в режиме селективной работы:

а — время-токовые характеристики каскадно включенных автоматических выключателей; б — схема включения.

Вопросы практики

С учетом возможности задержки при отключении токов КЗ автоматические выключатели относят к разным категориям: если такая возможность существует, выключатель относят к категории В. Иначе, при невозможности создания задержки отключения на уровне токов КЗ автоматический выключатель относят к категории Л. Задержка срабатывания при КЗ, реализуемая автоматическим выключателем, обычно устанавливается дискретно в пределах от 0,1 до 0,4 с.

Чтобы задержка отключения тока КЗ не возникала при очень больших токах, опасных для самого выключателя или для элементов сети, кроме уставки I_sd1 на блоке контроля и управления предусматривается уставка мгновенного срабатывания /,.

В практике применения автоматических выключателей используют и иные, более сложные, варианты обеспечения селективности [4|.