Wat is selectiviteit van automatische schakelaars + principes van selectiviteitsberekening

Selectiviteit van automatische schakelaars is een essentieel punt voor het waarborgen van een betrouwbare werking van het elektrische circuit. Deze functie draagt bij aan het voorkomen van noodsituaties en verhoogt de veiligheid naar een hoger niveau.

In het geval van een overbelasting van de lijn of een kortsluiting wordt alleen de bescherming van de beschadigde lijn geactiveerd; de rest van de elektrische installatie blijft in bedrijf. Waarom dit gebeurt, zullen we in dit artikel in detail bespreken, evenals de belangrijkste taken van selectieve beveiliging, aansluitschema's en hun kenmerken.

Wij zullen ook aandacht besteden aan de berekening van selectiviteit en de regels voor het maken van een kaart, en het materiaal voorzien van duidelijke schema's, tabellen en foto's. En wij zullen het artikel aanvullen met gedetailleerde uitleg in videoclips.

Betekenis en belangrijkste taken van selectieve beveiliging

Veilige bediening en stabiele werking van elektrische installaties zijn de taken die zijn toegewezen aan selectieve beveiliging. Het berekent en snijdt onmiddellijk het beschadigde gebied af zonder de stroomtoevoer naar de intacte delen te onderbreken. Selectiviteit vermindert de belasting op de installatie en vermindert de gevolgen van kortsluiting.

Bij een goed afgestelde werking van automatische schakelaars worden de vereisten met betrekking tot het waarborgen van een ononderbroken stroomvoorziening en als gevolg daarvan het technologische proces maximaal vervuld.

Wanneer de automatische apparatuur die de onderbreking uitvoert als gevolg van een kortsluiting defect blijkt te zijn, krijgen de verbruikers dankzij de selectiviteit een normale stroomvoorziening.

De regel die stelt dat de stroomsterkte die door alle achter de ingangsautomaat geïnstalleerde verdeelschakelaars gaat, kleiner is dan de aangegeven stroom van de laatste, vormt de basis van selectieve beveiliging.

In totaal kunnen deze nominale waarden groter zijn, maar elke afzonderlijke is minstens één stap lager dan de ingangsautomaat. Dus als er bij de ingang een 50-ampère-automaat is geïnstalleerd, wordt daarna een schakelaar geplaatst met een nominale stroom van 40 A.

De automatische schakelaar bestaat uit de volgende onderdelen: hendel (1), schroefklemmen (2), beweegbare en vaste contacten (3, 4), bimetaalplaat (5), stelschroef (6), solenoïde (7), boogblusrooster (8), vergrendeling (9)

Met behulp van de hendel wordt zowel de stroomtoevoer naar de klemmen in- als uitgeschakeld. Op de klemmen worden de contacten aangesloten en vastgezet. Het beweegbare contact met veer dient voor een snelle onderbreking, en de verbinding van het circuit ermee wordt gemaakt via het vaste contact.

De uitschakeling, in het geval dat de stroom zijn drempelwaarde overschrijdt, gebeurt door verhitting en buiging van de bimetaalplaat, evenals door de solenoïde.

De uitschakelstromen worden ingesteld met behulp van de stelschroef. Om het ontstaan van een elektrische boog tijdens het openen van de contacten te voorkomen, is een element zoals het boogblusrooster in het schema opgenomen. Voor het fixeren van de behuizing van de automaat is er een vergrendeling.

Selectiviteit, als kenmerk van relaisbeveiliging, is het vermogen om een defect onderdeel van het systeem te detecteren en het af te scheiden van het werkende deel van het elektriciteitssysteem.

Hier is een schema van de kast weergegeven, dat duidelijk laat zien hoe de belasting over de woning wordt verdeeld. Voordat u een automaat installeert, moet u de totale vermogen berekenen van de apparatuur die erop wordt aangesloten.

Selectiviteit van automaten is hun eigenschap om opeenvolgend te werken. Als dit principe wordt geschonden, zullen zowel de automatische schakelaars als de elektrische bedrading oververhit raken.

Als gevolg hiervan kan er kortsluiting op de lijn ontstaan, doorbranden van smeltcontacten en isolatie. Dit alles leidt tot defecten van elektrische apparaten en brand.

Stel dat er een noodsituatie ontstaat op een lange elektriciteitslijn. Volgens de hoofdregel van selectiviteit schakelt eerst de automaat het dichtst bij de plaats van de storing uit.

Als er in een gewone woning in een stopcontact kortsluiting optreedt, moet op de kast de beveiliging van de lijn waarvan dat stopcontact deel uitmaakt, uitschakelen. Als dit niet gebeurt, is de beurt aan de automatische schakelaar van de kast, en pas daarna aan de hoofdschakelaar.

Absolute en relatieve selectiviteit van de beveiliging

Het begrip selectiviteit is gedefinieerd in GOST en IEC 60947-1-2014. Er worden twee typen selectiviteit onderscheiden: absoluut en relatief. Als de beveiliging zodanig is gecoördineerd dat deze uitsluitend binnen de beveiligde zone uitschakelt, duidt dit op absolute selectiviteit.

In deze omstandigheden wordt de maximale selectiviteitsstroom gelijk aan het maximale uitschakelvermogen van de onderliggende automaat.

Uitschakeling als back-up, wanneer er geen uitschakeling heeft plaatsgevonden op het problematische gedeelte, wordt relatieve selectieve beveiliging genoemd. Hierbij worden de hoger gelegen schakelaars uitgeschakeld.

In geval van overschrijding van de ingestelde stroomwaarde van de automatische schakelaar, d.w.z. bij afwezigheid van grote overbelastingen, werkt de selectieve beveiliging vrijwel feilloos. Het is veel moeilijker om dit te bereiken bij kortsluitingen.

Gegevens over de geproduceerde producten van het bedrijf worden op de behuizing van het apparaat en op hun websites geplaatst. Het is belangrijk om de markering van automaten correct te lezen – combinaties van schakelaars worden alleen gevormd volgens de tabellen van één specifieke fabrikant. Houd er rekening mee dat groepen die op basis van een relatief principe zijn opgebouwd, over een groter aantal functies beschikken.

Selectiviteitstabellen, die fabrikanten bij hun producten voegen, vereenvoudigen de taak. Door ze toe te passen, creëert men groepen met uitschakelselectiviteit.

De letter «T» in de tabel geeft de volledige selectiviteit van een paar apparaten aan, en een getal gedeeltelijke selectiviteit. Wanneer de verwachte grenswaarde van de kortsluitstroom kleiner is dan het in de tabel aangegeven getal, is selectiviteit gewaarborgd.

Om de selectiviteit tussen een boven- en een benedenschakelaar te controleren, zoekt men het snijpunt van de verticale en horizontale lijn. Het waarborgen van selectiviteit is een zeer belangrijke taak bij de voeding van consumenten die tot een speciale categorie behoren.

Bij het ontbreken ervan kan stilstand van het productieproces, beschadiging van leidingen, uitschakeling van airconditioning-, rookafvoer- en andere systemen optreden.

Soorten selectieve aansluitschema's

Naast absolute en relatieve selectiviteit bestaan er nog 7 soorten selectieve bescherming:

• zonegebonden;
• tijdstroom;
• energetisch;
• tijdelijk;
• volledig;
• gedeeltelijk;
• stroom.

Om de vereiste selectiviteit van de automatische beveiliging van het elektriciteitsnet met automatische schakelaars te waarborgen, worden verschillende methoden gebruikt. Maar in ieder geval is het belangrijk om de schakelaar correct te installeren, volgens het gekozen schema en de montagevoorschriften.

Type #1 — volledige en gedeeltelijke beveiliging

Volledige bescherming betekent dat als een paar automaten in serie is aangesloten, het optreden van overstromen ervoor zorgt dat de schakelaar die zich dicht bij de storingszone bevindt, uitschakelt.

Gedeeltelijke bescherming werkt volgens hetzelfde principe als volledige bescherming, maar alleen nadat de stroom de ingestelde drempelwaarde heeft bereikt.

De uitschakelselectiviteit die wordt geboden door de automaten (A en B), houdt in dat een kortsluiting, waar deze ook in de elektrische installatie optreedt, wordt afgebroken door de dichtstbijzijnde schakelaar die zich boven dat punt bevindt. De overige apparaten worden niet uitgeschakeld.

Als de selectiviteit is gewaarborgd tot de lagere van de twee stroomwaarden van twee automatische schakelaars, is er reden om te spreken van volledige selectiviteit tussen hen. In dit geval zal de grenswaarde van de verwachte kortsluitstroom van de installatie onder alle omstandigheden gelijk zijn aan of kleiner zijn dan de stroomwaarde van de twee automatische schakelaars.

Type #2 — stroomtype selectiviteit

Bij stroomselectiviteit is de belangrijkste indicator de maximale stroomwaarde. Vanaf het object tot aan de ingang worden de waarden in oplopende volgorde gerangschikt. De werking van deze selectiviteit van beveiligingen is gebaseerd op dezelfde basis als die van tijdsselectiviteit.

Het verschil is alleen dat de vertraging wordt ingesteld op basis van de stroomwaarde – naarmate het kortsluitpunt dichter bij de ingang komt, nemen de kortsluitstroomwaarden toe. De uitschakeltijd kan hetzelfde zijn.

Het door kortsluiting beschadigde gebied wordt bepaald door middel van uitschakelinstellingen voor verschillende stroomwaarden. Volledige selectiviteit is alleen mogelijk onder omstandigheden waarbij de kortsluitstroom laag is en er tussen twee automaten apparatuur met een aanzienlijke elektrische weerstand aanwezig is. In dat geval zullen de kortsluitstromen aanzienlijk verschillen.

Deze vorm van selectiviteit wordt voornamelijk toegepast in eindverdeelpanelen. Hier wordt een nominale stroom van geringe omvang gecombineerd met een kortsluitstroom met een hoge totale impedantie van de aansluitkabels.

Deze variant van selectiviteit is economisch, eenvoudig en werkt in een oogwenk. Toch kan deze selectiviteit vaak gedeeltelijk zijn, omdat de grootste stroom doorgaans klein is.

Op de foto stroomselectiviteit met toepassing van automatische schakelaars. Bij deze vorm van selectiviteit is er een verschuiving langs de stroomas van de stroomkarakteristieken van de achter elkaar geplaatste automaten.

Wanneer de waarden Isd1 en Isd2 gelijk of zeer dicht bij elkaar liggen, dan is Is – de maximale selectiviteitsstroom – gelijk aan Isd2. Als deze waarden sterk verschillen, Is = Isd1.

Voorwaarde voor het garanderen van stroomselectiviteit is het naleven van de ongelijkheden: Ir1/Ir2 > 2 en Isd1/Isd2 > 2. In dit geval is het maximum van de selectiviteit Is = Isd1.

Tot de nadelen behoort ook de snelle toename van het niveau van de beveiligingsinstellingen voor hoge stromen. Het is niet mogelijk om snel het beschadigde circuit uit te schakelen als een van de automaten defect blijkt te zijn.

Bij het berekenen van de stroombeveiligingsinstellingen moet rekening worden gehouden met de werkelijke stromen die door de in automatische modus werkende schakelaars gaan.

Type #3 — tijds- en tijdstroomvariant

Wanneer in een circuit een reeks automatische schakelaars met identieke stroomkarakteristieken maar verschillende vertragingstijden aanwezig is, dan dekken ze elkaar bij een storing. Degene die zich het dichtst bij de storingsplaats bevindt, schakelt onmiddellijk uit, de volgende na enige tijd, enzovoort.

In dit 2-niveauschema heeft schakelaar 'A' een vertragingstijd die volledige selectiviteit garandeert met de kenmerken van automatische schakelaar 'B'.

In het geval van tijdstroomselectiviteit reageren de beveiligingsapparaten niet alleen op stroom, maar ook op de duur van de reactie. Bij een bepaalde stroomwaarde treedt na een vertragingstijd de beveiliging in werking, waarvan de afstand tot de kortsluiting kleiner is. Het werkende deel van de installatie wordt niet uitgeschakeld.

Op de foto een grafiek van tijdsselectiviteit met gebruik van automatische schakelaars. De tijdstroomkarakteristieken van schakelaars B en A kruisen elkaar niet. Ze zijn getrapt opgesteld.

Combinatie van stroom- en tijdsselectiviteit verhoogt de efficiëntie van uitschakeling. Wanneer Isc B < Irm A, is de selectiviteit volledig en vindt de activering onmiddellijk plaats. De hoger gelegen automatische schakelaar is voorzien van twee instellingen: Im A en Ii A. De eerste is een selectieve stroomafschakeling, de tweede is een onmiddellijke activering.

Type #4 — energie-selectiviteit van automaten

Bij energieselectiviteit vinden uitschakelingen plaats in de behuizing van de automaat. De duur van het proces is zo kort dat de kortsluitstroom zijn grenswaarde niet kan bereiken.

Het tijdstroomsysteem wordt als complex beschouwd. Hierbij is niet alleen de reactie op stroom betrokken, maar ook de tijd gedurende welke dit gebeurt.

Naarmate de stroom toeneemt, daalt de reactietijd van de automaat. De basis voor dit type selectiviteit is het zodanig afstellen van de beveiliging dat deze aan de kant van het te beveiligen object sneller reageert bij alle drempelwaarden van stroom, vergeleken met de automaat op de inkomende lijn.

Type #5 — zonebeveiligingsschema

De zonemethode is complex en duur, daarom wordt deze vooral in de industrie gebruikt. Zodra de drempelwaarden van stroom het maximum bereiken, worden gegevens naar het controlecentrum gestuurd en treedt de geselecteerde automaat in werking. Het elektriciteitsnet met dit type selectiviteit omvat speciale elektronische uitschakelingen.

Wanneer een storing wordt gedetecteerd, wordt er een signaal van de lager gelegen schakelaar naar het hoger gelegen apparaat gestuurd. De eerste automaat moet binnen een seconde reageren. Als hij niet reageert, treedt de tweede in werking.

Dit type selectiviteit vergelijkend met tijdsselectiviteit, is te zien dat de reactietijd in dit geval veel korter is — soms honderden milliseconden. Zowel het percentage interventie in het systeem als het percentage schade neemt af. De thermische en dynamische invloeden op delen van de installatie worden verminderd. Het aantal niveaus van selectiviteit neemt toe.

Wanneer de stromen die door de beveiligingsapparaten vloeien groter worden dan hun eigen instellingen, wordt door elke schakelaar een blokkeringssignaal naar de beveiliging van een hoger niveau gestuurd.

In het geval van zoneselectiviteit treedt de beveiliging aan de kant van de stroombron in werking, als we de plaats van de kortsluiting als uitgangspunt nemen. Tot het moment van uitschakeling van de automaat wordt er gecontroleerd of het beveiligingsapparaat aan de belaste zijde geen soortgelijk signaal geeft.

Maar een dergelijke selectiviteit vereist de aanwezigheid van een extra stroombron. Daarom is het rationele gebruik van dit type selectiviteit: systemen met hoge parameters van kortsluitstroom en een aanzienlijk stroomniveau. Dit zijn schakel- en verdeelinrichtingen aan de belastingszijde van generatoren en transformatoren.

Berekening van de selectiviteit van automaten

Een deskundige keuze van de automaat en een correcte instelling vormen het basisprincipe voor het naleven van de selectiviteit van automatische schakelaars. De selectiviteit voor een schakelaar die zich dicht bij de bron bevindt, garandeert de naleving van de vereiste: I s.o. posled ≥ K n.o. ∙ I k.pred.

Hier is I s.o posled de stroomwaarde waarna de beveiliging in werking treedt. I k.pred. is de kortsluitstroom aan het eindpunt van het werkingsgebied van de automaat die zich ver van de energiebron bevindt. K n.o. is de betrouwbaarheidsfactor. De waarde ervan hangt af van de spreiding van de parameters.

De nominale waarde van de automaat voor een circuit wordt niet alleen gekozen door berekening, maar ook met behulp van een dergelijke tabel, rekening houdend met de doorsnede van de kabels in het schema.

De uitsplitsing t s.o.posled ≥ t k.pred. + ∆t toont de selectiviteit bij tijdsinstelling van de automatische schakelaar. t s.o.posled en t k.pred. zijn de tijdsintervallen van de schakelaars die zich op grote afstand van de stroombron en dichtbij bevinden. ∆t is een parameter uit de catalogus die de tijdsgraad van selectiviteit aangeeft.

Selectiviteitskaart en regels voor het maken ervan

De tijdstroomkarakteristieken van alle in het elektrische netwerk schema opgenomen apparaten worden op de selectiviteitskaart weergegeven. Het doel van het opstellen ervan is maximale bescherming van de automaten. De basis van de bescherming van schakelaars is het principe dat schakelaars strikt achter elkaar worden aangesloten.

Er zijn een aantal regels die verplicht zijn bij het maken van een selectiviteitskaart:

1. Installaties moeten één spanningsbron hebben.
2. Alle belangrijke rekenpunten moeten goed zichtbaar zijn. Rekening houdend met deze eis moet de schaal worden gekozen.
3. Op de kaart worden de beschermingseigenschappen, minimale en maximale parameters van kortsluiting op punten in het systeem aangegeven.

Vaak worden ontwerpnormen overtreden en ontbreken selectiviteitskaarten in projecten. Dit kan leiden tot onderbrekingen in de stroomvoorziening van consumenten.

Op de kaart worden de kenmerken van de in serie geschakelde automaten ingetekend. De schakeling zelf wordt in assen gebouwd

De kaart geeft een volledig beeld van de coördinatie van instelwaarden. Het biedt de mogelijkheid om de werking van automaten te vergelijken op basis van een eigenschap zoals selectiviteit.

Tijdstroomvarianten van assen vormen de basis niet alleen voor het opstellen van selectiviteitskaarten voor stroombeveiliging in de vorm van automatische schakelaars, maar ook voor andere vormen ervan: zekeringen, relais. Meestal bevat één kaart de kenmerken van 2-3 AV. Op de abscis wordt de stroomsterkte in kV aangegeven, en op de ordinaat de tijd in seconden.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Storingen bij het werken met automatische schakelaars en het verhelpen ervan:

Het tekenen van een selectiviteitskaart met behulp van een speciaal programma:

Betrouwbaar, veilig gebruik van elektrische bedrading is onmogelijk zonder rekening te houden met de selectiviteit van automaten. Door de belangrijkste punten van het creëren van selectieve beveiliging te kennen, kunt u de apparatuur correct selecteren voor uw technische project.

U houdt zich professioneel bezig met elektrotechnische installatiewerkzaamheden en wilt bovenstaand materiaal aanvullen? Of heeft u een onjuistheid of fout in dit artikel opgemerkt? Of wilt u een vraag stellen aan onze experts? Schrijf dan uw opmerkingen in het onderstaande blok.