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摘 要： 本文分析了高压负荷开关—熔断器组合电器在老旧小区变电所改造工程中的优势。主要讲解了组合电器中负荷开关与熔断器配合时遇到的问题。
关键词： 负荷开关；熔断器；变压器保护；终端变电站
一、引言
近年来，随着电网建设的快速发展，配电网的发展则相对滞后，一些老旧小区供电系统依旧是几十年建立的，存在诸多安全隐患。以老旧小区的变电所为例，存在高低压设备严重老化的情况，长时间运行将导致绝缘损坏，引发事故。在此类小区变电所改造的工程中，本文对变压器的保护设计进行了研究分析。
二、组合电器与断路器
老旧小区变电所的变压器以油浸变压器居多。如果油浸变压器内部发生短路故障，在20ms内切除故障可以避免变压器不受损伤，否则变压器油箱就有可能发生开裂爆炸的危险。终端变电站中的变压器通常为1600KVA及以下，此类小型变压器承受短路能力较差，主要靠开关动作来保护变压器。当选用断路器保护时，断路器切断故障电流时间由三部分组成：继电保护动作时间、断路器固有分闸时间、燃弧时间。以VS1-12高压真空断路器为例，其固有分闸时间为50ms，燃弧时间为15ms，再加上继电保护动作时间，断路器切断故障电流大概需要100ms左右。如果使用组合电器作为保护，熔断器在10ms～20ms内切断故障电流，同时熔断器的撞击器动作使高压负荷开关开断三相电路，故障电流越大熔断器则开断电流时间越短。用断路器保护变压器对比组合电器，变压器需要承受短路电流的时间更久，否则变压器油箱就有开裂爆炸的可能。
对于居民小区而言，供电负荷均为三类负荷。当变压器发生故障时，保护动作切断故障变压器，此时并不需要重合闸或者闭合母联来立刻恢复供电。所以在这种条件下由负荷开关—熔断器组成的环网柜完全可以取代断路器柜。在改造工程中，工程本身具有局限性，由于以前高壓开关柜均是靠墙安装，在现有空间的基础上改造，只有环网柜可以胜任。
但是在变压器容量较大且需要频繁操作的配电系统中，由于真空断路器既可以控制，又有保护功能，组合电器仍然无法取代它。
组合电器构成的环网柜与断路器柜相比，其价格是断路器柜的30%～50%，其体积仅为断路器柜的60%～70%。环网柜可以靠墙安装，对高压配电室的面积要求很低。总的来说此类改造项目中，环网柜在经济性与实用性上均优于断路器柜。
三、高压负荷开关—熔断器组合电器介绍
高压负荷开关灭弧能力不强，仅能够开断和关合额定负荷电流以及过载电流。当线路发生短路时，负荷开关可以在规定时间内承受短路电流，但是无法开断短路电流。
高压负荷开关与高压熔断器串联在一起组成了负荷开关—熔断器组合电器。开断和关合负荷电流都是频繁发生的，但是线路发生短路故障是很少的。组合电器就是将控制与保护这两个功能分开，负荷开关负责经常发生的投切负荷，很少发生的短路故障电流，由熔断器来开断。
四、负荷开关与熔断器的配合
负荷开关与熔斷器之间的联动，一般是通过熔断器上装设撞击器实现的。必须设置联动装置的原因有两点：
第一，变压器无论发生哪一种短路故障，任意一相上的熔断器动作，撞击器都会触发负荷开关的机械式脱扣器来开断三相电路，从而避免造成变压器长时间的缺相运行。
第二，当变压器过负荷运行时，如果此时的过负荷电流小于熔断器最小开断电流，将导致熔断器无法完全熄弧，但是熔件会熔断，触发撞击器击出，使负荷开关来开断此电流。熔断器最小开断电流一般小于负荷开关额定开断电流，所以负荷开关是有能力开断过负荷电流的。
当变压器发生三相故障时，组合电器在开断三相电路时有两种可能。第一种，三相熔断器，其中一个首先断开，触发撞击器，然后撞击器使负荷开关断开另外两相电路。第二种，在第一个熔断器熔断之后，负荷开关动作之前，由另外两相熔断器切断故障电流。在这里需要引出一个转移电流的概念。转移电流是在熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值称为组合电器的额定转移电流。额定转移电流是负荷开关的一个重要技术参数，小于额定转移电流的故障电流由负荷开关来开断，大于额定转移电流的故障电流由熔断器来开断。如果负荷开关与熔断器搭配不当，就有可能导致负荷开关来开断本应由熔断器开断的故障电流，引发事故。
决定转移电流大小的因素有很多，其中包括熔断器的电流——时间特性曲线，撞击器的动作时间，负荷开关的完全分闸时间。
综上所述，电路中电流的大小决定了电路最终是由负荷开关开断还是由熔断器开断。根据电流的大小，分成以下四个范围：
（1）范围一，额定负荷电流。在此范围内电路的开断由负荷开关完成。
（2）范围二，过负荷电流。由于过负荷电流的值在熔断器最小开断电流附近，导致熔断器动作没有那么灵敏，在此电流范围内，熔断器无法熄弧，但是熔断器承受过电流会导致熔件动作触发撞击器，最终由负荷开关完成电路的开断。
（3）范围三，额定转移电流。当故障电流小于额定转移电流时，熔断器其中一个首先开断一相电路，触发撞击器使负荷开关分断两相相电路。
（4）范围四，限制电流。对于故障电流大于转移额定电流的情况，熔断器其中一个首先开断一相电路，触发撞击器。在撞针弹出触发负荷开关机械脱扣装置之前，或者已经触发了机械脱扣装置负荷开关还未分闸之前，另外两相熔断器已经率先动作，切断了两相故障电流。
在这四种电流范围内，熔断器，撞击器以及负荷开关动作的情况详见表1.
五、结束语
对于此类老旧居民区终端变电站的变压器保护，高压负荷开关—熔断器组合电器是完全可以胜任的。以环网柜代替断路器柜，不仅可以节省设备投入的费用，还可以省去后期维护的支出。不管是工程的建设方还是使用方都将节省一部分资金。组合电器应用十分广泛，包括箱式变压器、终端配电站、环网供电系统等。随着开关元器件的开发发展，组合电器的前景还是十分美好的。■
参考文献
[1]中国航空规划设计研究总院有限公司 组编. 工业与民用配电设计手册. 第三版. 北京：中国电力出版社，2016.12
[2]冯臣. 论负荷开关—熔断器组合电器在变压器保护环节的应用[J]. 智能建筑电气技术，2009，（4）.
[3]谢炜，苏立康，闫冰. 中压终端用户配电方式及相关电气的选用. 建筑电气，2009（9）.
[4]马建芬，陈才俊. 高压负荷开关—熔断器组合电气的转移电流. 电气开关，2009（5）
关键词： 负荷开关；熔断器；变压器保护；终端变电站
一、引言
近年来，随着电网建设的快速发展，配电网的发展则相对滞后，一些老旧小区供电系统依旧是几十年建立的，存在诸多安全隐患。以老旧小区的变电所为例，存在高低压设备严重老化的情况，长时间运行将导致绝缘损坏，引发事故。在此类小区变电所改造的工程中，本文对变压器的保护设计进行了研究分析。
二、组合电器与断路器
老旧小区变电所的变压器以油浸变压器居多。如果油浸变压器内部发生短路故障，在20ms内切除故障可以避免变压器不受损伤，否则变压器油箱就有可能发生开裂爆炸的危险。终端变电站中的变压器通常为1600KVA及以下，此类小型变压器承受短路能力较差，主要靠开关动作来保护变压器。当选用断路器保护时，断路器切断故障电流时间由三部分组成：继电保护动作时间、断路器固有分闸时间、燃弧时间。以VS1-12高压真空断路器为例，其固有分闸时间为50ms，燃弧时间为15ms，再加上继电保护动作时间，断路器切断故障电流大概需要100ms左右。如果使用组合电器作为保护，熔断器在10ms～20ms内切断故障电流，同时熔断器的撞击器动作使高压负荷开关开断三相电路，故障电流越大熔断器则开断电流时间越短。用断路器保护变压器对比组合电器，变压器需要承受短路电流的时间更久，否则变压器油箱就有开裂爆炸的可能。
对于居民小区而言，供电负荷均为三类负荷。当变压器发生故障时，保护动作切断故障变压器，此时并不需要重合闸或者闭合母联来立刻恢复供电。所以在这种条件下由负荷开关—熔断器组成的环网柜完全可以取代断路器柜。在改造工程中，工程本身具有局限性，由于以前高壓开关柜均是靠墙安装，在现有空间的基础上改造，只有环网柜可以胜任。
但是在变压器容量较大且需要频繁操作的配电系统中，由于真空断路器既可以控制，又有保护功能，组合电器仍然无法取代它。
组合电器构成的环网柜与断路器柜相比，其价格是断路器柜的30%～50%，其体积仅为断路器柜的60%～70%。环网柜可以靠墙安装，对高压配电室的面积要求很低。总的来说此类改造项目中，环网柜在经济性与实用性上均优于断路器柜。
三、高压负荷开关—熔断器组合电器介绍
高压负荷开关灭弧能力不强，仅能够开断和关合额定负荷电流以及过载电流。当线路发生短路时，负荷开关可以在规定时间内承受短路电流，但是无法开断短路电流。
高压负荷开关与高压熔断器串联在一起组成了负荷开关—熔断器组合电器。开断和关合负荷电流都是频繁发生的，但是线路发生短路故障是很少的。组合电器就是将控制与保护这两个功能分开，负荷开关负责经常发生的投切负荷，很少发生的短路故障电流，由熔断器来开断。
四、负荷开关与熔断器的配合
负荷开关与熔斷器之间的联动，一般是通过熔断器上装设撞击器实现的。必须设置联动装置的原因有两点：
第一，变压器无论发生哪一种短路故障，任意一相上的熔断器动作，撞击器都会触发负荷开关的机械式脱扣器来开断三相电路，从而避免造成变压器长时间的缺相运行。
第二，当变压器过负荷运行时，如果此时的过负荷电流小于熔断器最小开断电流，将导致熔断器无法完全熄弧，但是熔件会熔断，触发撞击器击出，使负荷开关来开断此电流。熔断器最小开断电流一般小于负荷开关额定开断电流，所以负荷开关是有能力开断过负荷电流的。
当变压器发生三相故障时，组合电器在开断三相电路时有两种可能。第一种，三相熔断器，其中一个首先断开，触发撞击器，然后撞击器使负荷开关断开另外两相电路。第二种，在第一个熔断器熔断之后，负荷开关动作之前，由另外两相熔断器切断故障电流。在这里需要引出一个转移电流的概念。转移电流是在熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值称为组合电器的额定转移电流。额定转移电流是负荷开关的一个重要技术参数，小于额定转移电流的故障电流由负荷开关来开断，大于额定转移电流的故障电流由熔断器来开断。如果负荷开关与熔断器搭配不当，就有可能导致负荷开关来开断本应由熔断器开断的故障电流，引发事故。
决定转移电流大小的因素有很多，其中包括熔断器的电流——时间特性曲线，撞击器的动作时间，负荷开关的完全分闸时间。
综上所述，电路中电流的大小决定了电路最终是由负荷开关开断还是由熔断器开断。根据电流的大小，分成以下四个范围：
（1）范围一，额定负荷电流。在此范围内电路的开断由负荷开关完成。
（2）范围二，过负荷电流。由于过负荷电流的值在熔断器最小开断电流附近，导致熔断器动作没有那么灵敏，在此电流范围内，熔断器无法熄弧，但是熔断器承受过电流会导致熔件动作触发撞击器，最终由负荷开关完成电路的开断。
（3）范围三，额定转移电流。当故障电流小于额定转移电流时，熔断器其中一个首先开断一相电路，触发撞击器使负荷开关分断两相相电路。
（4）范围四，限制电流。对于故障电流大于转移额定电流的情况，熔断器其中一个首先开断一相电路，触发撞击器。在撞针弹出触发负荷开关机械脱扣装置之前，或者已经触发了机械脱扣装置负荷开关还未分闸之前，另外两相熔断器已经率先动作，切断了两相故障电流。
在这四种电流范围内，熔断器，撞击器以及负荷开关动作的情况详见表1.
五、结束语
对于此类老旧居民区终端变电站的变压器保护，高压负荷开关—熔断器组合电器是完全可以胜任的。以环网柜代替断路器柜，不仅可以节省设备投入的费用，还可以省去后期维护的支出。不管是工程的建设方还是使用方都将节省一部分资金。组合电器应用十分广泛，包括箱式变压器、终端配电站、环网供电系统等。随着开关元器件的开发发展，组合电器的前景还是十分美好的。■
参考文献
[1]中国航空规划设计研究总院有限公司 组编. 工业与民用配电设计手册. 第三版. 北京：中国电力出版社，2016.12
[2]冯臣. 论负荷开关—熔断器组合电器在变压器保护环节的应用[J]. 智能建筑电气技术，2009，（4）.
[3]谢炜，苏立康，闫冰. 中压终端用户配电方式及相关电气的选用. 建筑电气，2009（9）.
[4]马建芬，陈才俊. 高压负荷开关—熔断器组合电气的转移电流. 电气开关，2009（5）