В процессе эксплуатации электрических сетей и электрооборудования часто возникают аварийные (нештатные) режимы работы, при которых могут значительно меняться показатели качества (параметры) электроэнергии в распределительной сети. Время ликвидации аварийного режима напрямую влияет на тяжесть его последствий. С целью снижения последствий развития аварии необходимо обеспечить быстрое отключение поврежденного участка при помощи специальных автоматических защитных устройств. Назначение этих устройств – выявление места повреждения и быстрое отделение поврежденного участка электрической сети от неповрежденной части.
Рассмотрим наиболее распространенные аварийные ситуации, с которыми сталкиваются бытовые потребители электроэнергии. В бытовой сети 220 В переменного тока можно выделить два основных аварийных режима: короткое замыкание (К.З.) и перегрузка. Коротким замыканием в данном случае называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фазного и нулевого проводников между собой, либо замыканием фазного и защитного проводника (замыкание на землю). При возникновении КЗ ток в фазном проводе увеличиваются по сравнению с нормальным значением, а напряжение короткого замыкания наоборот – снижается. В режиме перегрузки ток, протекающий по проводам, превышает допустимую (расчетную) величину для данной электрической сети, а напряжение практически не меняется. В обоих случаях длительное протекание тока короткого замыкания (перегрузки) вызывает нагрев проводников, вплоть до расплавления и возможности дальнейшего возникновения очага возгорания (пожара).
Для реализации защиты от перегрузки и токов короткого замыкания в бытовой сети 220 В, как правило, применяются автоматические выключатели (АВ) или, за редким исключением, предохранители. Эти защитные аппараты отключают от питающей электрической сети поврежденный участок (элемент), который послужил причиной возникновения аварийного режима работы, с целью исключения развития аварии и снижения негативных последствий. В настоящее время для бытовой сети 220 В применяются только автоматические выключатели, которые оснащены, как правило, двумя расцепителями: электромагнитным (реагирует на КЗ) и тепловым (реагирует на перегрузку по току). В сравнении с автоматическими выключателями предохранители имеют существенные недостатки и практически исключены из бытового применения, за исключением зданий и помещений старого фонда. Одним из основных условий для выбора автоматических выключателей является мощность подключаемых электроприборов.
Пример изображений автоматического выключателя и предохранителя:
Одним из основных условий надежного функционирования электрической сети и защиты электрооборудования в аварийных режимах на производстве и в промышленности является определение и расчет токов короткого замыкания. Данный вопрос не актуален для бытового потребителя и подробно изучается электротехническим персоналом, эксплуатирующим энергетические объекты и электрические распределительные сети.