Was ist die Selektivität des Schutzes in Elektroinstallationen?

Beim Betrieb und Entwurf eines Stromkreises wird stets auf Fragen seiner sicheren Verwendung geachtet. Zu diesem Zweck werden alle elektrischen Geräte mit speziellen Geräten geschützt, die streng nach einer bestimmten hierarchischen Beziehung ausgewählt und platziert werden.

Wenn beispielsweise ein Mobiltelefon aufgeladen wird, wird der Strom durch den im Akku integrierten Schutz gesteuert. Es unterbricht den Ladestrom am Ende des Kapazitätsaufbaus. Tritt im Akku ein Kurzschluss auf, brennt die im Ladegerät eingebaute Sicherung durch und unterbricht den Stromkreis.

Sollte dies aus irgendeinem Grund nicht der Fall sein, wird der Fehler in der Steckdose durch den Leistungsschalter an der Wohnungstafel gesteuert und sein Betrieb wird durch die Hauptmaschine sichergestellt. Diese Abfolge alternativer Abwehrmaßnahmen kann weiter betrachtet werden.

Seine Modelle basieren auf dem Prinzip der Selektivität, das auch Selektivität genannt wird, wobei die Funktion der Auswahl oder Bestimmung des Ortes des zu deaktivierenden Fehlers im Vordergrund steht.

Arten der Selektivität

Selektivitätsmethoden für den elektrischen Schutz werden bei der Erstellung des Projekts entwickelt und während des Betriebs so beibehalten, dass der Ort des Auftretens einer Fehlfunktion in elektrischen Geräten rechtzeitig erkannt und mit den geringsten Verlusten vom Arbeitsstromkreis getrennt wird.

In diesem Fall wird der Schutzabdeckungsbereich entsprechend der Selektivität unterteilt in:

1. absolut;

2. relativ.

Die erste Schutzart kontrolliert den Arbeitsbereich vollständig und repariert Schäden nur dort. Bei diesem Modell funktionieren eingebaute Elektrogeräte. Leistungsschalter.

Auf relativer Basis aufgebaute Geräte erfüllen mehr Funktionen. Sie schließen Fehler in ihrer Zone und benachbarten aus, in denen jedoch der absolute Typschutz nicht funktioniert hat.

Ein gut abgestimmter Schutz definiert:

1. Ort und Art des Schadens;

2. der Unterschied zwischen einem anormalen, aber zulässigen Modus und einer Situation, die zu sehr schweren Schäden an der Ausrüstung einer elektrischen Anlage im kontrollierten Bereich führen kann.

Nur in der ersten Aktion konfigurierte Geräte funktionieren in der Regel in unkritischen Netzen bis 1000 Volt. Für elektrische Hochspannungsinstallationen Versuchen Sie, beide Prinzipien anzuwenden. Zu diesem Zweck sind im Schutz enthalten:

• Sperrpläne;

• Präzisionsmessgeräte;

• Informationsaustauschsysteme;

• spezielle Logikalgorithmen.

Der Schutz vor Überströmen, die aus irgendeinem Grund die Nennlast überschreiten, wird zwischen zwei in Reihe geschalteten Leistungsschaltern gewährleistet.In diesem Fall muss der Schalter, der dem Benutzer mit einem Fehler am nächsten ist, den Fehler durch Öffnen seiner Kontakte abschalten, und der entfernte Schalter muss seinen Abschnitt weiterhin mit Spannung versorgen.

Dabei kommen zwei Arten der Selektivität in Betracht:

1. abgeschlossen;

2. teilweise.

Wenn der dem Fehler am nächsten liegende Schutz in der Lage ist, den Fehler im gesamten Einstellbereich vollständig zu beseitigen, ohne den Fernschalter auszulösen, gilt er als abgeschlossen.

Kurzstreckenschutzvorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie bis zu einer gewissen Grenzselektivität Is arbeiten, sind teilweise selektiv. Bei Überschreitung wird der Fernschalter aktiviert.

Überlast- und Kurzschlusszonen in selektiven Schutzvorrichtungen

Für den Betrieb vorgegebene Stromgrenzen automatische Sicherheitsschalter, sind in zwei Gruppen unterteilt:

1. Überlastmodus;

2. Kurzschlussbereich.

Zur Vereinfachung der Erklärung gilt dieses Prinzip für die Stromcharakteristik von Leistungsschaltern.

Sie sind für den Betrieb im Überlastbereich mit Nennströmen bis zum 8- bis 10-fachen ausgelegt.

In diesem Bereich wirken hauptsächlich thermische oder thermomagnetische Schutzauslöser. Kurzschlussströme fallen sehr selten in diesen Bereich.

Der Kurzschlussbereich wird normalerweise von Strömen begleitet, die die Nennlast der Leistungsschalter um das 8- bis 10-fache überschreiten und durch schwere Schäden am Stromkreis gekennzeichnet sind.

Um sie abzuschalten, werden elektromagnetische oder elektronische Auslöser verwendet.

Methoden zur Erzeugung von Selektivität

Für den Überstrombereich werden Schutzvorrichtungen geschaffen, die nach dem Prinzip der Zeitstromselektivität arbeiten.

Die Kurzschlusszone wird gebildet basierend auf:

1. aktuell;

2. vorübergehend;

3. Energie;

4. Flächenselektivität.

Zeitselektivität entsteht durch die Wahl unterschiedlicher Zeitverzögerungen für den Schutzbetrieb. Diese Methode kann sogar auf Geräte mit derselben Stromeinstellung, aber unterschiedlichem Timing angewendet werden, wie in der Abbildung gezeigt.

Beispielsweise ist der Schutz Nr. 1, der dem Gerät am nächsten liegt, so eingestellt, dass er im Falle eines Kurzschlusses mit einer Zeit von etwa 0,02 s anspricht, und seine Auslösung erfolgt durch den weiter entfernten Schutz Nr. 2 mit einer Einstellung von 0,5 s.

Der weiteste Schutz mit einer Abschaltzeit von einer Sekunde unterstützt den Betrieb der bisherigen Geräte im Falle eines möglichen Ausfalls.

Stromselektivität geregelt für den Betrieb bei Überschreitung der zulässigen Belastungen. Grob lässt sich dieses Prinzip anhand des folgenden Beispiels erläutern.

Drei in Reihe geschaltete Schutzvorrichtungen überwachen den Kurzschlussstrom und sind für den Betrieb mit einer Zeit von 0,02 s, jedoch mit unterschiedlichen Stromeinstellungen von 10, 15 und 20 Ampere konfiguriert. Daher wird das Gerät zunächst von der Schutzeinrichtung Nr. 1 getrennt und von Nr. 2 und Nr. 3 selektiv abgesichert.

Um Zeit- oder Stromselektivität in ihrer reinsten Form zu realisieren, ist der Einsatz empfindlicher Strom- und Zeitsensoren oder Relais erforderlich. Dabei entsteht ein recht komplexer Stromkreis, der in der Praxis meist beide betrachteten Prinzipien vereint und nicht in reiner Form angewendet wird.

Selektivität des Zeitstromschutzes

Zum Schutz elektrischer Anlagen mit einer Spannung von bis zu 1000 Volt werden automatische Schalter eingesetzt, die über eine kombinierte Zeit-Strom-Kennlinie verfügen.Betrachten wir dieses Prinzip am Beispiel zweier in Reihe geschalteter Maschinen, die sich an den Enden der Leitung auf der Last- und Versorgungsseite befinden.

Die Zeitselektivität bestimmt, wie der Leistungsschalter auslöst, wenn er sich in der Nähe des Verbrauchers und nicht am Ende des Generators befindet.

Die linke Grafik zeigt den Fall der längsten Auslösezeit der oberen Schutzkurve auf der Lastseite, die rechte zeigt die kürzeste Auslösezeit des Leistungsschalters auf der Versorgungsseite. Dies ermöglicht eine detailliertere Analyse der Ausprägung der Selektivität der Schutzmaßnahmen.

Der Schalter „B“, der sich näher am versorgten Gerät befindet, arbeitet aufgrund der Verwendung der Zeitstromselektivität früher und schneller, und Schalter „A“ behält ihn im Fehlerfall bei.

Aktuelle Selektivität des Schutzes

Bei diesem Verfahren kann die Selektivität dadurch gebildet werden, dass eine bestimmte Netzwerkkonfiguration geschaffen wird, die beispielsweise in den Stromkreis eines Kabels oder einer Freileitung einbezogen wird, die einen elektrischen Widerstand aufweist. In diesem Fall hängt die Höhe des Kurzschlussstroms zwischen Generator und Verbraucher vom Ort des Fehlers ab.

Am Leistungsende des Kabels beträgt der Maximalwert beispielsweise 3 kA und am gegenüberliegenden Ende der Minimalwert beispielsweise 1 kA.

Im Falle eines Kurzschlusses in der Nähe des Schalters A sollte der Schutz des Endes B (I kz1kA) nicht funktionieren, dann sollte er die Spannung vom Gerät trennen. Für den korrekten Betrieb der Schutzvorrichtungen ist es notwendig, die Größe der tatsächlichen Ströme zu berücksichtigen, die im Notbetrieb durch die Schalter fließen.

Es versteht sich, dass zur Gewährleistung der vollständigen Selektivität bei dieser Methode ein großer Widerstand zwischen den beiden Schaltern erforderlich ist, der sich aus folgenden Gründen bilden kann:

• erweiterte Stromleitung;

• Platzierung der Transformatorwicklung;

• Einbeziehung in den Bruch des Kabels mit reduziertem Querschnitt oder auf andere Weise.

Daher ist die Selektivität bei dieser Methode oft unvollständig.

Zeitselektivität des Schutzes

Diese Selektivitätsmethode ergänzt normalerweise die vorherige Methode unter Berücksichtigung der Zeiten:

• Bestimmung durch den Schutz des Ortes und den Beginn der Entwicklung der Störung;

• Auslöser beim Herunterfahren.

Die Bildung des Schutzalgorithmus erfolgt aufgrund der allmählichen Konvergenz der Stromeinstellungen und des Zeitpunkts, zu dem die Kurzschlussströme zur Stromquelle wandern.

Zeitselektivität kann durch Maschinen mit den gleichen Nennströmen erreicht werden, wenn sie die Möglichkeit haben, die Reaktionsverzögerung anzupassen.

Mit dieser Methode zum Schutz von Schalter B wird der Fehler ausgeschaltet, und Schalter A steuert den gesamten Prozess und ist betriebsbereit. Wenn der Kurzschluss innerhalb der für den Betrieb der Schutzvorrichtungen B vorgesehenen Zeit nicht behoben wird, wird der Fehler durch die Wirkung der Schutzvorrichtungen auf der A-Seite behoben.

Energieselektivität der Schutzmaßnahmen

Die Methode basiert auf der Verwendung spezieller neuartiger Leistungsschalter, die in einem geformten Gehäuse hergestellt werden und in der Lage sind, so schnell wie möglich zu arbeiten, wenn die Kurzschlussströme noch nicht einmal Zeit hatten, ihre Maximalwerte zu erreichen.

Solche Geschwindigkeitsautomaten arbeiten einige Millisekunden lang, während die transienten aperiodischen Komponenten noch aktiv sind.Unter solchen Bedingungen ist es aufgrund der hohen Dynamik des Lastflusses schwierig, die tatsächlichen Betriebszeit-Strom-Kennlinien der Schutzvorrichtungen zu koordinieren.

Der Endverbraucher hat kaum oder gar keine Spur von den Energieselektivitätseigenschaften. Sie werden vom Hersteller in Form von Grafiken, Berechnungsprogrammen und Tabellen bereitgestellt.

Diese Methode muss die spezifischen Betriebsbedingungen für thermomagnetische und elektronische Auslöser auf der Versorgungsseite berücksichtigen.

Zonenselektivität der Verteidigung

Diese Art der Selektivität ist eine Art zeitliches Merkmal. Für den Betrieb werden auf jeder Seite Strommessgeräte eingesetzt, zwischen denen ständig Informationen ausgetauscht und Stromvektoren verglichen werden.

Die Zonenselektivität kann auf zwei Arten gebildet werden:

1. Signale von beiden Enden des überwachten Bereichs werden gleichzeitig an das Logikschutzüberwachungsgerät gesendet. Es vergleicht die Werte der Eingangsströme und bestimmt, welcher Leistungsschalter geöffnet werden soll;

2. Die Information über die überschätzten Werte der Stromvektoren auf beiden Seiten gelangt in Form eines Sperrsignals an den logischen Teil des Schutzes auf einer höheren Hierarchieebene auf der Stromversorgungsseite. Liegt darunter ein Sperrsignal, ist der nachgeschaltete Schalter ausgeschaltet. Wenn die untere Auslösesperre nicht empfangen wird, wird die Spannung vom oberen Schutz entfernt.

Bei diesen Methoden erfolgt die Abschaltung wesentlich schneller als bei der Zeitselektivität. Dies garantiert weniger Schäden an elektrischen Geräten sowie geringere dynamische und thermische Belastungen im System.

Die Methode der selektiven Zoneneinteilung erfordert jedoch die Schaffung zusätzlicher komplexer technischer Systeme für Messung, Logik und Informationsaustausch, was die Kosten der Ausrüstung erhöht. Aus diesen Gründen werden diese Hochfrequenz-Sperrtechniken in Übertragungsleitungen und Hochspannungs-Umspannwerken eingesetzt die kontinuierlich große Leistungsströme übertragen.

Zu diesem Zweck werden Hochgeschwindigkeits-Luft-, Öl- oder SF6-Leistungsschalter eingesetzt, die große Stromlasten schalten können.