„Energetická“ selektivita jištění

„Energetická“ selektivita jištění

Ing. Zdeněk Segeťa, CSc.,
Marketing Schneider Electric CZ, s. r. o.

Účelem článku je vysvětlit techniku energetické selektivity, která zajišťuje selektivní působení ochran v průběhu zkratu. Je jednodušší a účinnější než běžné principy a byla využita v koncepci mnoha jističů Compact NS, používaných v zařízení elektrických rozvodů nn.

Selektivita je zajištěna pro všechny předpokládané poruchové proudy za podmínky poměru jmenovitých proudů předřazeného a přiřazeného jističe (ł2,5) a nastavení jednotek spouští v poměru ł1,6.

Po krátkém shrnutí standardních technik selektivity jsou ověřeny funkce jističů a spouští z pohledu vypínací energie.

Dále je předvedena úplná selektivita až do hodnoty vypínací schopnosti jističe, pro různé úrovně řazení bez použití časové selektivity.

1. Selektivita ochran zařízení nn

Definice
V rozvodném systému jsou obvykle zátěže (spotřebiče) připojeny ke zdrojům přes řadu spínacích ochranných a ovládacích zařízení. V této práci jde o použití jističů jako ochranných prvků. Na obr. 1 je znázorněn postup selektivní působnosti s cílem odpojit pouze odbočku nebo zátěž s poruchou od sítě bez ovlivnění jiných vývodů a zachovat nepřerušené napájení.

Pokud by nebyla důsledně zajištěna selektivita, hrozí nebezpečí vypnutí více ochranných zařízení, takže jediná porucha by mohla způsobit výpadek napájení velké části rozvodu. Důsledkem toho je nežádoucí ztráta napájení funkčních, neporuchových částí systému.

Nejběžnější typy přetížení rozvodů představují:

• přetížení,
• zkraty,
• proudové nárazy,
• zemní proudy,
• přechodové jevy vyvolané poklesem napětí nebo ztrátou napájení.

Pro zajištění plynulosti napájení a pro minimalizaci doby výpadku je nezbytná koordinace ochran.

Je třeba připomenout, že nežádoucí vypnutí jističů může vyvolat působení podpěťových spouští v případném poklesu napětí.

Zvýšená bezpečnost a využitelnost
Každému typu poruchy odpovídá specifický typ použité ochrany (proti přetížení, zkratu, zemnímu spojení). Jeden typ poruchy však může současně nebo ovlivněním namáhat více typů ochran.

Příklady:

• vysoké úrovně zkratových proudů způsobují poklesy napětí a mohou iniciovat působení podpěťových ochran,

• poruchy izolace mohou v systémech zemních ochran působit jako zkrat pracovního vodiče a neutrálního vodiče a vybavit zkratové spouště (příklady sítí TN, IT),

• vysoké úrovně zkratových proudů mohou vypínat systémy zemních ochran z důvodu nasycení toroidů vytvořením fiktivní nulové složky proudu.

Studie selektivity řeší pro danou síť rozbor potřeby ochranných funkcí, vycházející z údajů výrobců. Začíná analýzou požadavků na typ ochrany podle typu poruchy. Dalším krokem je koordinace ochran z pohledu typu poruchy. Výsledkem je zajištění co nejvyšší spolehlivosti jištění a ochran při plynulém provozu.

V následujícím textu je selektivita probírána v zaměření na případy přetížení a zkratů.

Úplná selektivita
Úplná selektivita je takto kvalifikována tehdy, když v důsledku poruchy vypne pouze nejbližší jistič z pohledu zátěže – tzv. přiřazený, a to pro všechny hodnoty poruchových proudů.

Částečná selektivita
O částečnou selektivitu jde tehdy, když není splněna podmínka všech hodnot poruchových proudů, tzn. platí do určité hodnoty.

2. Techniky selektivity v oblasti zkratového působení

Pro dosažení selektivity ve zkratové oblasti mezi jisticími přístroji je možné použít různé způsoby:

• proudovou selektivitu,
• časovou selektivitu,
• omezení typu Sellim (nevypnutí v průběhu první půlvlny),
• logickou selektivitu,
• energetickou selektivitu (viz část 2).

Proudová selektivita
Tato metoda je založena na rozdílu nastavených, nezpožděných hodnot spouští (ST). Používá se nejčastěji v obvodech odboček, při osazení rychlými jističi bez zpožděných spouští. Chrání proti zkratovým proudům a svým působením je částečná.

Tento způsob je účinnější, jestliže jde o rozdílné poruchové proudy a tehdy, když se jedná o působení v různých částech rozvodu, kde se mohou vyskytnout nezanedbatelné impedance vodičů malých průřezů.

Selektivní oblast je tím významnější, čím větší je rozdíl mezi nastavením okamžitých spouští CB₁ a CB₂ a vzdálenost místa poruchy od CB₂ (I_ow I_sc I_ns CB₁). Minimální poměr mezi úrovněmi I_ns1 a I_ns2 musí být 1,5 vzhledem k přesnosti nastavení.

Časová selektivita
Vychází ze zmíněného pravidla, kdy se nesmí křížit, popř. překrývat charakteristiky jističů pro jakoukoliv hodnotu předpokládaného zkratového proudu. V oblasti vyšších hodnost zkratových proudů je zaručena úplná selektivita, když vodorovné části charakteristik – vpravo od bodu I_ns1 (obr. 2) – jsou různých úrovní.

Úplnou selektivitu rozvodu lze zajistit takto:

• použitím selektivních jističů s možností časového zpoždění nastavitelných spouští,
• použitím omezujících jističů v přiřazených úrovních rozvodu.

Použití selektivních jističů
Pro splnění ochranné funkce jsou nutné dvě podmínky:

• jistič je vybaven spouští s pevným nebo nastavitelným časovým zpožděním,
• části rozvodu včetně jističe jsou dostatečně odolné po dobu trvání časového zpoždění (dostatečná tepelná a dynamická odolnost).

Předřazený selektivní jistič (blíže napájecímu zdroji) je obvykle s vyšším časovým zpožděním než přiřazený. Použití tohoto jističe odpovídá časové selektivitě, v případě poruchy vede k hodnotě celkového vypínacího času delšího než 20 ms (jedna půlvlna). Může dosáhnout až několika stovek milisekund – viz obr. 3. Jestliže odolnost instalace a jističe není dostatečná (během zpoždění) pro namáhání zkratovými proudy I_sc, musí být jistič CB1 vybaven okamžitou spouští s vysokým nastavením.

Kombinovaná selektivita
Jednotlivé metody řešení selektivity jsou obvykle kombinovány pro zajištění co největší spolehlivosti napájení, viz příklad na obr. 4.

Při návrhu řešení selektivity se nejčastěji využívají tabulky výrobců jisticích prvků. Zde jsou uvedeny meze selektivity pro přiřazení jističů a různé typy spouští. Jsou rovněž uvažovány náklady na volbu přístrojů a případného neselektivního působení.

Selektivita založená na energetickém působení je popsána v další části (bude uveřejněna v ELEKTRO č. 8-9) a představuje inovaci, která zjednodušuje projektové úvahy a umožňuje dosažení úplné selektivity v úrovních rozvodu při minimálních nákladech.

Schneider Electric CZ, s. r. o.

Technická podpora
tel. 0362/76 63 33
e-mail: tp@cz.schneider-electric.com

Praha – Thámova 13, 186 00 Praha 8
tel.: 02/81 08 81 11, fax: 02/24 81 08 49
Brno – Mlýnská 70, 602 00 Brno
tel.: 05/43 42 55 55, fax: 05/43 42 55 54

http://www.schneider-electric.cz