Устройство и принцип работы селективного щитка на основе оборудования Easy 9

В современном мире ежегодно растет количество применяемых электрических приборов, что приводит к усложнению электрических сетей, которые становятся все более разветвленными со всё увеличивающимся количеством защитных устройств, установленных в электрических щитах. Возникает новая задача — как обеспечить надежную и бесперебойную работу этой сложной системы?

На языке специалистов это называется обеспечить «селективную работу», т. е. сделать так, чтобы любое повреждение электрической сети отключалось бы ближайшим к нему защитным устройством, а остальные ее части оставались в работе, не отключая электроснабжение потребителя. Сложность данной задачи состоит в том, что при этом необходимо защищать сеть от повреждений, т. е. нужен баланс между возможностью своевременно отключить повреждение и необходимостью сделать это с наименьшими потерями для электроснабжения потребителя. Каким образом?

Основная опасность связана с протеканием по сети тока, превышающего номинальное значение, на которое эта сеть рассчитана. Для защиты от высоких токов короткого замыкания и перегрузки используются автоматические выключатели (иногда для краткости их называют «автоматы»). Важно помнить, что эксплуатация сети без устройств, защищающих от короткого замыкания и перегрузки, недопустима ни при каких обстоятельствах!

Рассмотрим вариант решения на основе наиболее популярной в настоящий момент линейки модульного оборудования Easy 9 производства Schneider Electric. Это оборудование среднего ценового сегмента, которое обладает оптимальным соотношением цена/качество и имеет самый широкий ассортимент защитных устройств среди других аналогичных предложений.

В составе линейки представлены:

- автоматические выключатели с отключающей способностью 4,5 и 6 кА и различными время-токовыми характеристиками «B», «C» и «D»,
 - все виды современных устройств дифференциального тока,
 - устройства защиты от перенапряжений,
 - выключатели-разъединители,
 - реле напряжения.

источник - здесь (https://www.elec.ru/articles/ustrojstvo-i-princip-raboty-selektivnogo-shitka-na/)

Обеспечение селективной работы в щитах конечного распределения
Широкий выбор автоматических выключателей Easy 9 разных типов позволяет решить задачу обеспечения селективной работы автоматов в щитах конечного распределения. Самый простой вариант — установка в щите автомата с характеристикой «D» в качестве вводного (на отходящих линиях обычно применяют автоматы с характеристикой «С» или «В»), повышает порог токовой селективности. Это возможно за счет того, что автоматы с разными характеристиками отключаются при различных величинах токов.

Например, автомат с характеристикой «В» отключается мгновенно, если через него протекает ток от 3 до 5 номинальных значений, т. е. если номинал составляет 10 А, то диапазон мгновенного отключения составит от 30 до 50 А. Аналогично для автоматов с характеристикой «С» — этот диапазон от 5 до 10 номиналов, для «D» от 10 до 20 номиналов.

Рассмотрим взаимодействие двух автоматов с характеристикой «С», где 40 А установлен на вводе, а 10 А — на отходящей линии. Исходя из сказанного выше, при коротком замыкании автомат 10 А отключится в диапазоне токов 50-100 А, а 40 А в диапазоне 200-400 А. Т. е. если ток при повреждении будет превышать 200 А, то с большой долей вероятности отключится вводной автомат или оба, что не обеспечивает селективной работы. В случае, если на вводе будет установлен автомат также на 40 А, но с характеристикой «D», диапазон его срабатывания будет от 400 до 800 А и порог селективной работы составит уже 400 А. Таким образом применение автоматов с характеристикой «D» на вводе позволяет уменьшить риск ложного отключения вводного автомата при повреждении на отходящей линии.

Кроме того, установка на вводе щита автомата с более высокой отключающей способностью (6 кА против 4.5) позволяет «подстраховать» нижестоящий автомат на случай отключения коротких замыканий с большими токами, что повышает надежность и безопасность всей системы распределения в щите.

источник - здесь (https://www.elec.ru/articles/ustrojstvo-i-princip-raboty-selektivnogo-shitka-na/)

Обеспечение селективной работы УДТ
Вторым важным вопросом является обеспечение селективной работы устройств дифференциального тока — УДТ, к которым относятся выключатели дифференциального тока (раньше их называли УЗО) и дифференциальные автоматы (обычно их для краткости называют дифавтоматы). Оба вида этих устройств могут выполнять функцию защиты объекта от пожара и предохранять человека от поражения током.

Все устройства дифференциального тока имеют техническую характеристику «номинальный отключающий дифференциальный ток» — это величина тока (тока утечки), при котором УДТ отключается.

Для защиты от поражения электрическим током применяются УДТ, у которых этот параметр составляет не более 30 мА. По ГОСТ Р 50572.4.42-2012 для защиты от пожара должны устанавливаться УДТ с номинальным отключающим диф. током менее 300 мА. Кроме того, для отдельных видов нагрузок, где из-за отказа высока вероятность пожара, должны быть установлены УДТ с номинальным отключающим диф. током менее 30 мА. К таким нагрузкам можно отнести, к примеру, теплые полы с пленочным нагревательным элементом.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 устанавливает основные правила взаимодействия УДТ в электрической цепи для двух случаев: для применения в жилищном строительстве и для прочих применений.

Так, для жилищного строительства необходимо, чтобы УДТ на вводе имело номинальный отключающий дифференциальный ток в три раза больше, чем устройство на отходящей линии. Это условие подразумевает, что при установке на отходящих линиях УДТ с током отключения 30 мА на вводе мы можем применять устройства, имеющие ток срабатывания как 300 мА, так и 100 мА, т. к. это соответствует условию, указанному выше. Выбор тока срабатывания вводного УДТ определяется несколькими факторами, в частности длиной присоединенных кабелей и мощностью нагрузок.

На практике же для квартир и небольших дачных домов на вводе используют устройства 100 мА, для коттеджей применяют УДТ с током отключения 300 мА, т. к. электрические цепи в последнем случае являются более разветвленными.

Однако как показывает практика, выполнение этого условия не всегда позволяет обеспечить селективную работу УДТ. Дело в том, что повреждения изоляции не всегда развиваются постепенно. Иногда из-за повреждений изоляционных оболочек ток утечки быстро достигает больших значений, что приводит к отключению не только УДТ на поврежденном участке, но и вводного устройства дифференциального тока, что обесточивает всю электроустановку.

Такая ситуация очень неприятна для любого жилища, а для дома и вовсе является критической, т. к. отключаются жизненно важные потребители. Помимо дискомфорта и отключения, по сути, всех инженерных систем в доме, полное отключения электроснабжения требует еще много времени на поиск поврежденного участка и восстановление работы всех систем. В зимнее время это может привести к замерзанию и повреждению, например, систем водоснабжения и отопления дома, а следовательно — к значительному финансовому ущербу.

Решением в данном случае будет установить на вводе УЗО с выдержкой времени на срабатывание, так называемое селективное. Этот тип устройств имеет индекс «S» (от англ. Selectivity — селективность) и в случае повреждения отключается с задержкой до 130 миллисекунд (полное время отключения может быть до 0,5 сек в зависимости от величины диф. тока. См таблицу 1). Такие УЗО с недавнего времени представлены в линейке Easy 9, производимой Schneider Electric.

(https://cdn.elec.ru/i/4d/d3/4dd3d3b64e62d6e7b6a1b1815b33e1f81ffc8f3c.jpg)
Таблица 1. Время отключения УЗО

источник - здесь (https://www.elec.ru/articles/ustrojstvo-i-princip-raboty-selektivnogo-shitka-na/)

Как это работает?
Например, в квартире установлены селективное УДТ с отключающим током 300 мА на вводе электрического щита и несколько УДТ с отключающим током 30 мА на группах, питающих электрические розетки, как показано на рис 1.

Возникло повреждение кабеля в электрической розетке и из-за этого возникает дифференциальный ток 200 мА, который обнаруживают групповое и вводное УДТ, при этом групповое УДТ отключается мгновенно, а селективное вводное ждет 60 мсек (что видно из таблицы 1). Отключение группового устройства устраняет ток повреждения и вводное УДТ не отключается, т. е. остальная неповрежденная часть электроустановки остается в работе.

Таким вот образом отключается только аварийный участок и при этом не нарушается электроснабжение объекта в целом. При этом селективное УЗО как бы «подстраховывает» УЗО на отходящих линиях. Если одно из них по какой то причине не сработает, в этом случае селективное УЗО отключится, защитив всю электрическую цепь от дальнейшего развития аварии.

(https://cdn.elec.ru/i/4d/53/4d539dc74cfdecce9b4133150346524f7b70a157.jpg)
Рис. 1. Принцип работы селективного УЗО

применение селективных УЗО в жилых и общественных зданиях является обязательным. Так, действующий СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» п.10.13 требует для повышения уровня защиты от возгорания установки УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током до 300 мА. При этом для соблюдения селективности срабатывания УДТ при двух- и многоступенчатой схеме установки уставка и время срабатывания УДТ, установленного ближе к источнику питания, должны быть как минимум в 3 раза больше, чем у УДТ, установленного ближе к потребителю. Другими словами, УДТ на вводе должно иметь уставку диф. тока до 300 мА и выдержку времени срабатывания, т. е. быть селективным.

Таким образом используя автоматические выключатели линейки Easy 9 с различными номиналами и время-токовыми характеристиками, а также селективные УЗО Easy 9, мы можем обеспечить надежную защиту и бесперебойную работу электрической сети дома или квартиры. Доступная цена и высокое качество этого оборудования, а также постоянно расширяющийся ассортимент позволяют решать с помощью линейки Easy 9 любые задачи современного электромонтажа.

источник - здесь (https://www.elec.ru/articles/ustrojstvo-i-princip-raboty-selektivnogo-shitka-na/)