К аппаратам распределения электрической энергии до 1000 В, или распределительным устройствам низкого напряжения, относятся автоматические воздушные выключатели, предохранители, неавтоматические выключатели (рубильники, пакетные выключатели). Эти аппараты предназначены для автоматического отключения отдельных участков электрических сетей в аварийных режимах (КЗ, перегрузки по току или напряжению, а также понижение напряжения) и для оперативных коммутаций в сетях (по команде оператора).
Все электрические аппараты входят в ту или иную энергосистему в соответствии с назначением. Любая энергосистема включает в себя источники, электрические сети (кабели, провода) и потребители.
Например, радиальная схема электроснабжения потребителей представлена на рис. 1 [2] и включает: Т1, Т2 – питающие трансформаторы; КТП – комплектную трансформаторную под-
Электрические сети 0,4 кВ имеют наибольшее распространение, так как они применяются на всех промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, электростанциях и подстанциях.
На рис. 2 представлена электрическая схема комплектной трансформаторной подстанции (КТП) [1]. На вход (фазы А, В, С) может подаваться высокое напряжение, например 10 кВ. С выхода силового трансформатора Т1, как правило, снимается линейное напряжение 380 В.
Рассмотрим устройство, назначение и выбор каждого вида аппаратов, входящих в систему энергоснабжения.
Но прежде подробней познакомимся с режимами работ энергосистемы и ответим на вопрос: для чего нужен тот или иной вид электрических аппаратов?
Существует три вида потребителей энергосистем: асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором (более 50% потребителей), осветительные установки и силовые полупроводниковые устройства.
В асинхронных двигателях могут возникать аварийные режимы вследствие ряда причин: короткое замыкание (КЗ) на зажимах двигателя, обрыв фазы статорной обмотки двигателя, технологические перегрузки и др.
Аварийные режимы в цепи асинхронного двигателя могут вызвать кратковременное увеличение тока в 12–20 раз по сравнению с номинальным (КЗ в цепи) или длительное прохождение тока перегрузки, который в 5–7 раз превышает номинальный.
T1
Рис. 2
Для защиты электрических сетей АД от короткого замыкания применяют автоматические выключатели, максимальный расцепитель тока, реле тока, предохранители. При обрыве фазы АД более эффективна минимальная токовая защита и температурная защита, менее эффективны тепловые реле. При технологической перегрузке лучше применять температурную защиту и тепловые реле. При нарушении охлаждения двигателя следует применять только температурную защиту.
В осветительных установках наиболее часто встречающийся аварийный режим – режим КЗ, поэтому в качестве защиты применяются автоматические выключатели или контакторы. Защита от перегрузки необходима только для осветительных установок, которые используются во взрыво- и пожароопасной средах.
Для защиты силовых полупроводниковых приборов от КЗ применяют быстродействующие автоматические выключатели, вакуумные выключатели, импульсные дуговые коммутаторы и другие аппараты.
Все перечисленные выше потребители электроэнергии работают в сетях с напряжением от 0,4 до 10 кВ. Стационарные силовые потребители и осветительные установки питаются от трехфазной четырехпроводной сети напряжением 380/220 В с глухо-заземленной нейтралью. Силовые потребители питаются от источника линейного напряжения (380 В), а осветительные приборы – от источника фазного напряжения (220 В). Мощные силовые потребители, например электродвигатели мощностью 160 кВт и выше, питаются напряжениями 660 В и 10 кВ.
В трехфазных сетях возможны следующие аварийные режимы: однофазное КЗ (60%); двухфазное КЗ на землю (20%); двухфазное КЗ (10%); трехфазное КЗ (10%).
Защита электрических сетей напряжением до 1000 В осуществляется с помощью автоматических выключателей и предохранителей. Если сеть находится в помещении, то она должна иметь также защиту от перегрузки, например, на базе автоматического выключателя с тепловым расцепителем.
