Как построить карту селективности в excel

1 Время-токовые характеристики защит

Любой вид токовой защиты (автоматический выключатель, предохранитель, тепловое реле, максимально-токовая защита) может характеризоваться время-токовой характеристикой, которая, как правило, задается графически.

Времятоковые характеристики защит – это зависимость времени срабатывания защиты от тока, протекающего в защищаемом элементе электрической сети (кабеле, шинопроводе, трансформаторе и др.).

Защита может иметь:

· одну непрерывную время-токовую характеристику с одной, двумя или большим числом ступеней, например, автоматический выключатель с электромагнитным (рисунок 1.1б) или тепловым расцепителем (рисунок 1.1а) имеет одну ступень время-токовой характеристики, а автоматический выключатель с комбинированным расцепителем имеет две ступени время-токовой характеристики (рисунок 1.1в);

· две или более время-токовые характеристики (рисунок 1.1г), например у автоматического выключателя с электронным расцепителем при наличии защиты от однофазных замыканий необходимо изображать две время-токовые характеристики: одна характеризует защиту от перегрузки и (или) от токов трехфазного или двухфазного короткого замыкания, другая характеризует защиту от токов однофазного короткого замыкания.

Вся время-токовая характеристика или только одна ее ступень может быть следующих видов:

· зависимая от тока характеристика времени срабатывания (рисунок 1.1а);
· независимая от тока характеристика времени срабатывания (рисунок 1.1б).

У время-токовых характеристик есть определенная зона срабатывания, определяемая погрешностью защит, точностью установки их уставок, внешними факторами. На карте селективности, как правило, показываются две линии, ограничивающие эту зону.

Рисунок 1.1 – Время-токовые характеристики

2 Селективность защит

Селективность заключается в обеспечении такой координации между время-токовыми характеристиками последовательно расположенных защит, чтобы в случае повреждения отключался только выключатель, наиболее близкий к повреждению.

Селективность защит проверяется сопоставлением их характеристик на карте селективности. Время-токовые характеристики не должны накладываться или пересекаться.

Селективность может быть, например, обеспечена между последовательно включенными автоматическими выключателями или предохранителями в сети 0,4 кВ, между защитой со стороны ВН питающего трансформатора и автоматическими выключателями или предохранителями 0,4 кВ, между автоматическим выключателем и магнитным пускателем (контактором с тепловым реле) данного присоединения.

Можно выделить так называемый предельный ток селективности (Iпр). Если ток КЗ меньше этого тока, то отключается только нижний выключатель, если ток КЗ больше этого тока, то отключаются оба выключателя.

Селективность считается полной, если при любой величине тока повреждения оно устраняется только «нижним» выключателем.

Селективность считается частичной, если имеет место быть предельный ток селективности.

Селективность бывает следующих видов:

· токовая селективность предполагает смещение или разнесение время-токовых характеристик последовательно расположенных защит по оси тока (рисунок 2.1а);

· временная селективность обеспечивается за счет смещения или сдвига время-токовых характеристик последовательно расположенных защит по времени (рисунок 2.1б);

· логическая селективность. Этот вид селективности может быть реализован при использовании микропроцессорных защит с функцией логической селективности. Воздействие оказывается только на селективную токовую отсечку и на защиту от замыканий на землю. Эта селективность осуществляется посредством передачи информации по специальной шине данных. В аварийном режиме выключатель, расположенный выше повреждения, обнаруживает его и посылает сигнал блокировки на верхний уровень. В этом случае вышестоящий аппарат будет работать с заданной выдержкой времени. В случае, если вышестоящий выключатель не получает сигнал блокировки, он срабатывает мгновенно.

Рисунок 2.1 – Виды селективности

3 Карта селективности

Карта селективности – это совокупность времятоковых характеристик защит, построенных в одних осях.

Защитные аппараты должны быть расположены в электрической сети последовательно один за другим. Как правило, на одной карте селективности изображаются время-токовые характеристики защит двух-трех защитных аппаратов.

Карты селективности защит обычно строятся на графиках с логарифмическими шкалами. По горизонтальной оси откладывается ток (А), а по вертикальной оси – время (с). Как построить логарифмические оси описано в приложении.

На рисунке 3.1 показан участок электрической сети, для защит которого может быть построена карта селективности.

Рисунок 3.1 – Схема расположения защит

На рисунке 3.1:

In – номинальный ток автоматического выключателя;

Ir – уставка тока срабатывания защиты от перегрузки;

tr – уставка времени срабатывания защиты от перегрузки;

Isd – уставка тока срабатывания селективной отсечки;

tsd – уставка времени срабатывания селективной отсечки (выдержка времени);

Ii – уставка тока срабатывания отсечки.

При коротком замыкании в точках К2 и К3 должен сработать автоматический выключатель QF2, если автоматический выключатель QF2 не сработал, должен сработать автоматический выключатель QF1 (это называется резервированием защит), т.е. время срабатывания автоматического выключателя QF1 должно быть больше времени срабатывания автоматического выключателя QF2 при токе равном току короткого замыкания в точках К2 и К3. Если указанное условие соблюдается, то защиты называются селективными.

На карте селективности также отмечаются:

· пусковые токи электроприемников;

· минимальные и максимальные значения токов короткого замыкания в различных точках схемы.

По этим токам выбираются некоторые уставки защит.

Пример карты селективности построенной для автоматических выключателей QF1 и QF2 (схема на рисунке 3.1) показан на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Карта селективности защит

Судя по карте селективности на рисунке 3.2 условие селективности выполняется для максимального и минимального токов короткого замыкания (в начале и в конце кабельной линии к электродвигателю), т.е. при любом коротком замыкании автоматический выключатель QF2 сработает быстрее автоматического выключателя QF1 и отключит поврежденный участок быстрее. При этом соблюдается условие резервирования защит, т.е. если автоматический выключатель QF2 по какой-либо причине не сработает при КЗ на отходящей линии к двигателю, то сработает автоматический выключатель QF1 с заданной выдержкой времени.

Срабатывания автоматического выключателя QF2 при пуске двигателя не произойдет (время срабатывания больше времени пуска двигателя). Кривая пускового тока двигателя показана на рисунке 3.2 упрощенно. При пуске двигателя ток снижается постепенно до номинального значения.

Приложение А. Построение логарифмических осей для карты селективности

Для построения логарифмической шкалы необходимо найти ее уравнение. В случае построения карты селективности имеется две логарифмические шкалы (время и ток), поэтому нужно найти 2 уравнения. Эти уравнения имеют следующий вид:

  (А.1)

где x – координата точки время-токовой характеристики на оси тока, которая соответствует току I;

I – ток, А;

y – координата точки время-токовой характеристики на оси времени, которая соответствует времени t;

t – время, с.

Ось не может начинаться с нулевого значения.

Для нахождения уравнений логарифмических осей необходимо задать следующие условия:

· минимальные и максимальные значения на осях координат, т.е. минимальные и максимальные ток и время (I_мин, I_макс, t_мин, t_макс);

· координаты точки начала осей (x_мин, y_мин), которые соответствуют минимальным значениям тока и времени, например (0,0);

· координаты точек с максимальными значениями тока и времени, т.е. границы осей на плоскости (x_макс, y_макс).

Коэффициенты в уравнениях (А.1):

  (А.2)

Например, необходимо построить карту селективности на листе А4. Параметры заданы такие:

Подставляем заданные параметры в уравнения (А.2):

Уравнение осей будут такими:

Необходимо разметить шкалы по найденым уравнениям, т.е. найти промежуточные значения тока и времени между максимальными и минимальными значениями и найти координаты этих значений на осях.

Оси для построения карты селективности по указанным выше параметрам показаны на рисунке А.1 (размеры на рисунке указаны в см).

Рисунок А.1 – Пример построения осей для карты селективности

В прошлый раз мы поговорили об основах селективности защит.

Сегодня я приведу пример построения карты селективности для сети 0,4-10 кВ. Эта тема пересекается с нашим Курсом по защите трансформаторов 10/0,4 кВ и мы забежим немного вперед, построив характеристику защиты такого трансформатора.

Кстати, если вам интересна профессиональная программа для построения карты селективности с расширенным фукционалом и базами данных, то посмотрите эту статью. А мы пока обойдемся базовой версией этой программы

Для примера мы специально возьмем разнотипные защитные аппараты (старые электромеханические реле прямого действия, микропроцессорные терминал и автомат 0,4 кВ) для того, чтобы проверить все возможности программы Гридис-КС.

Такой набор защитных аппаратов является наиболее характерным для российских распределительных сетей, когда новые объекты подключаются к старым подстанциям. Поехали!

Способы построения карты селективности

Построить карту селективности можно несколькими способами:

1. Вручную по точкам, используя стандартный графический редактор (Автокад, Визио, Компас)

Этот метод очень трудозатратен и неудобен, но позволяет отобразить всю необходимую информацию

1. При помощи MS Excel (или MathCad), задавая характеристику в виде таблицы данных (ток-время).

Нормальный способ, многие его используют, но возникают проблемы с построением некоторых элементов, например, вертикальных меток для обозначения токов короткого замыкания.

1. При помощи специализированных программ.

Именно его мы сегодня и используем, построив карту селективности при помощи программы Гридис-КС.

Расчетная схема сети и значения уставок

Схема сети представлена на Рис.1. Предположим мы рассчитали защиту трансформатора 10/0,4 кВ и хотим убедиться в ее селективности со смежными релейными защитами, т.е. защитой кабеля 10 кВ от РТП и вводного выключателя 0,4 кВ.

Рис. 1

Перед построением карты селективности вы должны определить уставки смежных защит. Некоторые защиты вы рассчитываете, остальные получаете в качестве исходных данных.

Список защитных устройств:

1. На отходящей от РП линии установлена защита на реле прямого действия РТВ-II.
2. Защита трансформатора 10/0,4 кВ осуществляется блоком микропроцессорной релейной защиты БМРЗ-152-КЛ.
3. На стороне 0,4 кВ установлен вводной выключатель Masterpact с цифровым блоком защиты Micrologic 5.0.

Значения уставок устройств приведен на Рис.1, в нижней части.

Алгоритм построения карты селективности

1. Приводим уставки к одному напряжения.

Мы рассчитывали защиту трансформатора 10/0,4 кВ, поэтому все уставки приводим к 10 кВ. Уставки РТВ-II и БМРЗ-152-КЛ, очевидно, уже приведены к 10 кВ.

Приведем выданные нам уставки автомата 0,4 кВ к расчетному напряжению. Для этого нужно использовать формулу:

Iс.р.10кв = Iс.р.0,4кв × Uном.нн/Uном.вн = Iс.р.0,4кв / 25

, где Iс.р.10  — уставка защиты, приведенная к стороне 10 кВ (искомая)

Iс.р. 0,4 — уставка защиты на стороне 0,4 кВ (исходные данные)

Обратите внимание, что уставки на автомат 0,4 кВ выданы в относительных величинах, именно так, как они задаются на лицевой панели Micrologic 5.0 (см. каталог). Приводим уставки:

In10кв = 2500/25 = 100А

Ir10кв = 0,8×100 = 80 А

Isd10кв = 2,5х80 = 200 А

Здесь мы приводим пример перевода уставок с напряжения 0,4 на напряжение 10 кВ, однако, при использовании программы Гридис-КС это необязательно!

Гридис-КС может привести уставки к расчетному напряжению «самостоятельно». Об это читайте дальше.

1. Наносим на график защитные характеристики, соответствующие полученным уставкам

2.1 Реле РТВ-II

Характеристики реле берем из справочных данных.

Рис.2

Уставка срабатывания реле – 375 А. Это начало нашей характеристики.

Характеристика защиты переходит на независимую часть при 160% от тока срабатывания, т.е. при 600 А. Независимая характеристика имеет выдержку времени 1,5 с. Построим получившуюся зависимость.

В базе Гридис-КС характеристики реле РТВ-II пока отсутствуют, поэтому воспользуемся встроенным инструментом построения произвольной зависимости.

Координаты рассчитанных точек перенесем в txt-файл как показано на рисунке ниже и загрузим файл в программу.

Рис.3

Программа подставила координаты точек из файла и отобразила защитную характеристику реле РТВ-II с учетом выбранных уставок.

2.2 БМРЗ-152-КЛ

Защита на БМРЗ-152-КЛ имеет трехступенчатую характеристику (перегрузка, МТЗ, отсечка). Все ступени выбраны независимыми. Нанесем их на карту селективности при помощи вкладки “Стандартные кривые”

Рис.4

2.3 Micrologic 5.0 (выключатель 0,4 кВ)

В первой главе мы привели уставки автоматического выключателя с 0,4 на 10 кВ. Это было сделано для того, чтобы показать всю последовательность построения карты селективности.

В Гридис-КС можно вводить уставки на любом напряжении, указав его и расчетное напряжение для построения.

Введем исходные уставки (приведенные к 0,4 кВ) в программу, используя вкладку «Автоматы» и выбрав производителя автомата “Schneider Electric”, линейка – Masterpact, тип – Micrologic 5.0.

Номинал автомата (In) – 2500 А

Уставка расцепителя (Ir) – 0,8х2500 = 2000 А. К этой уставке стремится зависимая часть характеристики автомата 0,4 (защита от перегрузки)

Значение 0,5 с (Tr) при 6×Ir означает точку на графике, через которую проходит зависимая характеристика защиты.

Ступень МТЗ (Isd), независимая, уставка 2,5х2000 = 5000 А с временем срабатывания (Tsd) 0,4 c.

При вводе уставок указываем, что они приведены к 0,4 кВ. Программа сама приведет эти уставки к расчетному напряжению (10 кВ)

Результат показан на Рис.5

Рис.5

1. Указываем максимальные и минимальные токи КЗ в расчетных точках схемы

В нашем случае (расчет защит трансформатора 10/0,4 кВ) можно ограничиться построением максимального и минимального значения токов КЗ на шинах 0,4 кВ. Если бы мы выбирали уставки реле РТВ-II, то нужно было бы отобразить токи КЗ и на шинах 10 кВ.

Воспользуемся инструментом «Вертикальные подписи» во вкладке «Инструменты».

Далее воспользуемся вкладкой «Вывод результатов» — «В файл» и сохраним результат в формате .png. Это нужно чтобы результат можно было просмотреть стандартными программами. Также можно сразу вставить карту селективности в лист Word.

Рис.6

Карта селективности готова!

В следующей статье мы ее проанализируем и определим, будут ли наши защиты селективны по отношению друг к другу.

Анализ будем проводить также при помощи встроенных инструментов программы Гридис-КС.

Удачи!

P.S.

Как вы видите характеристика автомата 0,4 кВ пересекает времятоковую кривую защиты трансформатора (БМРЗ-152-КЛ).

Вопрос: Как вы думаете, эти защиты будут селективны друг другу? Ответ пишите в комментариях, а в следующий раз мы разберем этот случай)

1 2012-12-13 19:29:26

2 Ответ от doro 2012-12-14 19:16:33

3 Ответ от protos 2012-12-17 23:01:56

Построение карты селективности. Как строится график? Количество просмотров — 7324 (ссылка на эту тему)

Калькулятор селективности

Представляю вашему вниманию электрические расчеты систем электроснабжения 400/230 В под названием «Супертаблица» выполненная в виде таблицы Excel с использованием макросов VBA (язык программирования Visual basic for applications).

Порядок использования программы «Супертаблица» следующий:

1. Скачать файлы: Супертаблица 2020.2а (пустая).xlsm и Супертаблица 2020.2а (с данными).xlsm.
2. Открывать Супертаблицу только из «пустого» Excel.
3. Разрешить выполнение макросов.
4. Данные для регистрации: логин: user и пароль: acdc

Программа «Супертаблица» версии 2020.1, 2020.2 позволяет выполнить следующие расчеты:

Перед использованием данной программы, настоятельно рекомендую просмотреть обучающее видео по использованию программы, тем самым вы сэкономите себе время на тот, как нужно правильно использовать программу.

Инструкция по применению.

Внутреннее устройство программы.

1. Расчет мощности по СП 31-110, в т.ч.:

• автоматическое определение коэффициента спроса (с возможностью ручной корректировки) в зависимости от характеристик нагрузки;
• автоматическое определение коэффициента мощности (с возможностью ручной корректировки) в зависимости от характеристик нагрузки;

2. Автоматический подбор (с возможностью ручной корректировки) по ГОСТ Р 50571.5.52-2011 с учетом, в т.ч.:

• составляющей тока 3-ей гармоники (автоматически определяется (с возможностью ручной корректировки) в зависимости от характеристик нагрузки);
• способа прокладки (открыто, лоток, труба, в земле и т.д.);
• температуры окружающей среды;
• теплового сопротивления грунта;

3. Автоматический подбор шинопроводов (из линеек продукции Schneider Electric, EAE, всего 61 позиция);

4. Расчет потерь напряжения (в т.ч. для распределенных нагрузок):

• для кабелей – в соответствии с ГОСТ Р 50571.5.52-2011, СП 31-110 и СП 256-1325800.2016;
• для шинопроводов – в соответствии с указаниями производителей;

5. Расчет токов КЗ в соответствии с ГОСТ 28249-93:

5.1 однофазного, двухфазного и трехфазного КЗ;

5.2 металлического кз в начале линии:

• периодическая составляющая для выбора отключающей способности при коротком замыкании для промышленных автоматических выключателей (Icu);
• ударный ток для выбора номинальной включающей способности (Icm) автоматического выключателя;

5.3 дугового в конце линии для выбора значения защиты от короткого замыкания (Im);

6. Автоматический подбор автоматических выключателей по полученным значениям в соответствии с РД 153-34.0-20.527-98 (из линеек продукции АВВ, Schneider Electric, DEKraft и IEK):

• номинального тока расцепителя – In;
• отключающая способность при коротком замыкании (Icu – для промышленных автоматических выключателей и Icn – для бытовых автоматических выключателей);
• защита от короткого замыкания – Im;

7. Проверка токовой селективности автоматических выключателей АББ по таблицам координации (в ближайшее время будет расширение данного функционала на продукцию Schneider Electric, DEKraft и IEK).

8. Расчет тока утечки для УЗО.

Программа «Супертаблица» НЕ позволяет выполнить:

1. Подбор плавких вставок и учет их сопротивления.

2. Расчет токов КЗ для:

• воздушных линий;
• автономных источников энергии (ДГУ, ИБП);
• комплексных нагрузок;

3. Учет пускового тока нагрузки при подборе автоматического выключателя (не считая выбора характеристики D для МСВ).

4. Учет подпитки тока КЗ асинхронными двигателя.

5. Построение карт селективности (токовременная селективность).

6. Построение однолинейных схем.

Последнюю версию «Супертаблицы» Вы можете скачать на официальном сайте: https://www.supertable.ru/

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Программа для построения карт селективности

1 595 views

После некоторого перерыва, продолжаем познавать прекрасный мир электроэнергетики. Наткнулся в интернете на одну программу для построения карт селективности. Сделана она энтузиастом и если возникнут какие-то предложния по её совершенствованию, то можете обращаться к нему напрямую.

Краткое описание: программа для построения карты селективности защиты автоматическими выключателями и предохранителями. После выбора из предложенных вариантов защитных аппаратов производится построение карты селективности. Построенная карта селективности может быть сохранена в мета-файле или распечатана. После построения карты селективности возможно нахождение времени срабатывания каждого аппарата при заданном токе. Возможно сохранение введенных данных.

Скачать: программа построения карт селективности

---