论文部分内容阅读
摘要：目前终端配电系统上下级小型断路器（Miniature Circuit Breaker，MCB）之间主要采用过电流选择性配合，由于上级MCB不具备短延时功能，因此只能达到局部选择性保护，而不具有全选择性保护。SMCB 具有短延时功能，与下级 MCB 配合使用，可实现全选择性保护。
关键词：SMCB；终端配电系统；全选择性保护
中图分类号：TM561
1.带选择性保护小型断路器全选择性保护工作原理
1.1 MCB局部选择性保护功能
MCB是一种具有短路瞬时、长延时过载保护的小型断路器。MCB结构原理图如图1所示。
目前，在终端配电系统中，一般将MCB作为上级主开关，与下级MCB配合，该模式只能实现局部选择性保护。
1.2带选择性保护小型断路器全选择性保护功能
带选择性保护小型断路器（Selection Miniature Circuit Breaker，SMCB）是一种具有短延时、长延时过载保护的MCB，SMCB结构原理图如图2所示。
在终端配电系统将SMCB作为上级主开关，与下级MCB配合，可实现全选择性保护。
2.SMCB在终端配电系统中应用的两个方案
2.1第一种方案
前级熔断器+上级主开关SMCB+电能表+下级MCB。该方案的应用案例如图4所示。
图4中，熔断器选用全范围保护的gG特性NT00型80A，SMCB选用E特性50A（Icn=15kA、Is1=6kA）、MCB选用C特性10A（6台）（Icn=6kA、限流等级3、I2t≤42kA2s）。
（1）SMCB与MCB的选择性配合。如果下级某一分支路开关MCB所保护的线路或电器产生短路故障电流（例如：短路故障电流不大于6kA），此时，上级主开关SMCB处于短延时10～300ms状态。当产生短路故障电流的下级MCB在4～6ms正常动作，上级主开关SMCB则取消短延时状态，不影响其他5个分支回路正常工作。
（2）SMCB与熔断器的选择性配合。前级熔断器的分断能力120kA（AC400V），熔断体0.01s弧前I2t允许值为16～46kA2s。当下级MCB产生短路故障电流时，上级主开关SMCB的主回路斥开后处于短延时状态，限制短路故障电流为800A左右，其I2t值小于10kA2s，因此前级熔断器不会熔断。综上所述，熔断器+SMCB+电能表+MCB配合方式可实现全选择性保护，而且选择性极限电流Is值高。该方案可用于供电部门的电表箱设计。
2.2第二种方案
前级断路器MCCB+上级主开关SMCB+下级MCB。该方案的应用案例如图5所示。
图5中，前级断路器选用100A配电保护特性MCCB（Icn=50kA）、SMCB选用E特50A（Icn=15kA、Is1=6kA）、MCB选用C特性10A（6台）（Icn=6kA、限流等级3、I2t≤42kA2s）。（1）SMCB与MCB的选择性配合。上级主开关SMCB与下级MCB配合情况与第一种方案相同。
（2）SMCB与MCCB的选择性配合。前级断路器MCCB选用100A，15In短延时0.1s。当下级MCB产生短路故障电流时，上级主开关SMCB主回路触头斥开，短路故障电流转换到辅助回路之前，SMCB要承受2ms左右的短路故障电流，然后转换到辅助回路，其限制短路故障电流为800A左右，处于短延时状态，尽管前级断路器MCCB也承受2ms左右的短路故障电流，且要大于MCCB瞬时动作电流（10In=10×100A=1000A），但MCCB具有0.1s的短延时，因此前级断路器MCCB不会动作。综上所述，MCCB+SMCB+MCB配合方式能实现全选择性保护。该方案可用于终端配电系统的终端箱设计。
3.SMCB与配电系统全电流范围全选择性保护
3.1 SMCB与全电流范围全选择性保护
全电流范围全选择性保护的含义，是指配电系统从变压器低压侧到终端配电系统，即从“ACB-MCCB-SMCB-MCB”的全电流范围内实现真正意义的全选择性保护。
在一般配电系统中，由于ACB和MCCB具有智能型短延时保护功能，因此两者之间可以实现全选择性保护。但在终端配电系统，由于一般MCB没有短延时功能，因此尚无法实现全选择性保护。若在终端配电系统中采用SMCB则可实现全电流范围全选择性保护。
3.2全电流范围全选择性保护案例分析
（1）配电电器具有延时功能（过载长延时、短路短延时），且上、下级配电电器需在额定电流及短延时动作时间上有明显的差异，进行电流选择性和时间选择性，从而实现全选择性保护。例如，如图6所示，在配电线路中：s1选用额定电流1600A、短路短延时0.3s、Icu=65kA、具有通信及区域连锁功能的ACB。S2选用额定电流400A、短路短延时0.1s、Icu =50kA、具有通信及区域连锁功能的MCCB。S3选用额定电流100A、短路短延时0.01～0.3s、Icu =15kA的SMCB。S4选用额定电流10～16A、C特性、瞬时动作时间4～6ms、Icn=6kA（限流等级3）的MCB。
（2）S1、S2、S3、S4应根据预计过电流进行各段保护值的整定。其额定短路分断能力应大于所在位置短路电流。
（3）如果在S2处发生短路故障电流，S2延时0.1s准备动作，同时通过通信线向S1发出区域连锁信号。此时S1检测到短路故障电流，同时接受到区域连锁信号，S1脱扣器自锁不动作。如果S2延时0.1s正常动作，同时向S1发出解锁信号，則S1恢复正常工作状态，不会影响其他回路MCCB的正常运行，实现全选择性保护。如果S2因故障未能在延时0.1s正常动作，S1延时到0.3s动作，并起到后备保护的作用。
（4）如果在S3处发生短路故障电流，S3主回路触头斥开，短路故障电流转换到辅助回路并限流，处于短延时状态。在转换瞬间的短路故障电流也可能大于MCCB瞬时动作电流，但MCCB具有0.1s的短延时，因此S2不会动作，不会影响其他回路的正常运行，实现全选择性保护。
（5）如果在S4处发生短路故障电流，如前面所述，可实现全选择性保护。综上所述，配电系统从变压器低压侧到终端配电系统的全电流范围中实现了全选择性保护。
3.3区域连锁功能及其优点
（1）实现区域连锁，使全选择性保护更精确、更可靠，大大提高供用电的连续性、可靠性、安全性。
（2）从“ACB-MCCB-SMCB-MCB”实现全选择性保护只要0.3-0.5s，使低压断路器短时耐受电流要求明显降低，能有效降低低压成套设备及系统的动、热稳定性要求。
（3）对成套设备与系统小型化、节材、节能、绿色环保、成本降低等都有很大的好处。
（4）如果在S3装有SMCB智能控制器模块，并与S2进行通信及区域连锁，可使终端配电系统与电源配电系统之间的全选择性保护更精确，同时为实现智能电网和终端配电系统监视、控制和保护提供了关键的器件。
4.结束语
SMCB 具有短延时功能，作为终端配电系统上级主开关，与下级 MCB 配合使用，可实现全选择性保护。如与前级 ACB 和 MCCB 配合使用，则可在变压器低压侧实现全电流范围全选择性保护。且 SMCB 在智能配电系统中有着重要地位及作用，有着极大的市场和应用前景。
参考文献：
[1]胡宏宇. 终端配电系统中瞬态过电压保护[J]. 低压电器，2007，14：48-51.
[2]尹天文，陈颖，龚骏昌. 终端配电系统选择性保护要求与SMCB的发展[J]. 低压电器，2009，22：1-4.
关键词：SMCB；终端配电系统；全选择性保护
中图分类号：TM561
1.带选择性保护小型断路器全选择性保护工作原理
1.1 MCB局部选择性保护功能
MCB是一种具有短路瞬时、长延时过载保护的小型断路器。MCB结构原理图如图1所示。
目前，在终端配电系统中，一般将MCB作为上级主开关，与下级MCB配合，该模式只能实现局部选择性保护。
1.2带选择性保护小型断路器全选择性保护功能
带选择性保护小型断路器（Selection Miniature Circuit Breaker，SMCB）是一种具有短延时、长延时过载保护的MCB，SMCB结构原理图如图2所示。
在终端配电系统将SMCB作为上级主开关，与下级MCB配合，可实现全选择性保护。
2.SMCB在终端配电系统中应用的两个方案
2.1第一种方案
前级熔断器+上级主开关SMCB+电能表+下级MCB。该方案的应用案例如图4所示。
图4中，熔断器选用全范围保护的gG特性NT00型80A，SMCB选用E特性50A（Icn=15kA、Is1=6kA）、MCB选用C特性10A（6台）（Icn=6kA、限流等级3、I2t≤42kA2s）。
（1）SMCB与MCB的选择性配合。如果下级某一分支路开关MCB所保护的线路或电器产生短路故障电流（例如：短路故障电流不大于6kA），此时，上级主开关SMCB处于短延时10～300ms状态。当产生短路故障电流的下级MCB在4～6ms正常动作，上级主开关SMCB则取消短延时状态，不影响其他5个分支回路正常工作。
（2）SMCB与熔断器的选择性配合。前级熔断器的分断能力120kA（AC400V），熔断体0.01s弧前I2t允许值为16～46kA2s。当下级MCB产生短路故障电流时，上级主开关SMCB的主回路斥开后处于短延时状态，限制短路故障电流为800A左右，其I2t值小于10kA2s，因此前级熔断器不会熔断。综上所述，熔断器+SMCB+电能表+MCB配合方式可实现全选择性保护，而且选择性极限电流Is值高。该方案可用于供电部门的电表箱设计。
2.2第二种方案
前级断路器MCCB+上级主开关SMCB+下级MCB。该方案的应用案例如图5所示。
图5中，前级断路器选用100A配电保护特性MCCB（Icn=50kA）、SMCB选用E特50A（Icn=15kA、Is1=6kA）、MCB选用C特性10A（6台）（Icn=6kA、限流等级3、I2t≤42kA2s）。（1）SMCB与MCB的选择性配合。上级主开关SMCB与下级MCB配合情况与第一种方案相同。
（2）SMCB与MCCB的选择性配合。前级断路器MCCB选用100A，15In短延时0.1s。当下级MCB产生短路故障电流时，上级主开关SMCB主回路触头斥开，短路故障电流转换到辅助回路之前，SMCB要承受2ms左右的短路故障电流，然后转换到辅助回路，其限制短路故障电流为800A左右，处于短延时状态，尽管前级断路器MCCB也承受2ms左右的短路故障电流，且要大于MCCB瞬时动作电流（10In=10×100A=1000A），但MCCB具有0.1s的短延时，因此前级断路器MCCB不会动作。综上所述，MCCB+SMCB+MCB配合方式能实现全选择性保护。该方案可用于终端配电系统的终端箱设计。
3.SMCB与配电系统全电流范围全选择性保护
3.1 SMCB与全电流范围全选择性保护
全电流范围全选择性保护的含义，是指配电系统从变压器低压侧到终端配电系统，即从“ACB-MCCB-SMCB-MCB”的全电流范围内实现真正意义的全选择性保护。
在一般配电系统中，由于ACB和MCCB具有智能型短延时保护功能，因此两者之间可以实现全选择性保护。但在终端配电系统，由于一般MCB没有短延时功能，因此尚无法实现全选择性保护。若在终端配电系统中采用SMCB则可实现全电流范围全选择性保护。
3.2全电流范围全选择性保护案例分析
（1）配电电器具有延时功能（过载长延时、短路短延时），且上、下级配电电器需在额定电流及短延时动作时间上有明显的差异，进行电流选择性和时间选择性，从而实现全选择性保护。例如，如图6所示，在配电线路中：s1选用额定电流1600A、短路短延时0.3s、Icu=65kA、具有通信及区域连锁功能的ACB。S2选用额定电流400A、短路短延时0.1s、Icu =50kA、具有通信及区域连锁功能的MCCB。S3选用额定电流100A、短路短延时0.01～0.3s、Icu =15kA的SMCB。S4选用额定电流10～16A、C特性、瞬时动作时间4～6ms、Icn=6kA（限流等级3）的MCB。
（2）S1、S2、S3、S4应根据预计过电流进行各段保护值的整定。其额定短路分断能力应大于所在位置短路电流。
（3）如果在S2处发生短路故障电流，S2延时0.1s准备动作，同时通过通信线向S1发出区域连锁信号。此时S1检测到短路故障电流，同时接受到区域连锁信号，S1脱扣器自锁不动作。如果S2延时0.1s正常动作，同时向S1发出解锁信号，則S1恢复正常工作状态，不会影响其他回路MCCB的正常运行，实现全选择性保护。如果S2因故障未能在延时0.1s正常动作，S1延时到0.3s动作，并起到后备保护的作用。
（4）如果在S3处发生短路故障电流，S3主回路触头斥开，短路故障电流转换到辅助回路并限流，处于短延时状态。在转换瞬间的短路故障电流也可能大于MCCB瞬时动作电流，但MCCB具有0.1s的短延时，因此S2不会动作，不会影响其他回路的正常运行，实现全选择性保护。
（5）如果在S4处发生短路故障电流，如前面所述，可实现全选择性保护。综上所述，配电系统从变压器低压侧到终端配电系统的全电流范围中实现了全选择性保护。
3.3区域连锁功能及其优点
（1）实现区域连锁，使全选择性保护更精确、更可靠，大大提高供用电的连续性、可靠性、安全性。
（2）从“ACB-MCCB-SMCB-MCB”实现全选择性保护只要0.3-0.5s，使低压断路器短时耐受电流要求明显降低，能有效降低低压成套设备及系统的动、热稳定性要求。
（3）对成套设备与系统小型化、节材、节能、绿色环保、成本降低等都有很大的好处。
（4）如果在S3装有SMCB智能控制器模块，并与S2进行通信及区域连锁，可使终端配电系统与电源配电系统之间的全选择性保护更精确，同时为实现智能电网和终端配电系统监视、控制和保护提供了关键的器件。
4.结束语
SMCB 具有短延时功能，作为终端配电系统上级主开关，与下级 MCB 配合使用，可实现全选择性保护。如与前级 ACB 和 MCCB 配合使用，则可在变压器低压侧实现全电流范围全选择性保护。且 SMCB 在智能配电系统中有着重要地位及作用，有着极大的市场和应用前景。
参考文献：
[1]胡宏宇. 终端配电系统中瞬态过电压保护[J]. 低压电器，2007，14：48-51.
[2]尹天文，陈颖，龚骏昌. 终端配电系统选择性保护要求与SMCB的发展[J]. 低压电器，2009，22：1-4.