近幾年，隨著人們對住宅的需求越來越大，住宅小區的建筑面積及占地面積也越來越大，小區內建筑的高度也多種多樣，從多層、小高層到高層均有，從而對供電負荷的要求也不一致，有一級負荷也有二、三級負荷。小區用電的特點是負荷量大，負荷級別不一致及用電點分散，但高層的單幢建筑用電量又大，根據小區面積的大小，小區內可設開關站，（用戶）配電所，甚至需設高壓變電所。
1、配電開關柜的選擇
    根據《城市電力規劃規范》，目前，城市配電網一般由變電所、開關站、用戶（或公用）配電所組成，如果小區總用電量不超過開關站的轉移容量的話，小區內僅設開關站和用戶配電所，否則需設變電所。
    通常小區的電源均從城市區域站引來，且距離均在0. 5km或幾千米以上。距離越遠，小區10kV進線側三相短路電流越小，如果距離在0. 5km以上，經計算進線處三相短路電流可控制16kA左右。這就為環網柜的運用奠定了基礎。
    目前，住宅小區大型配電所用開關柜可分為二類：一類為斷路器（主要以真空斷路器為主）柜；另一類為負荷開關和熔斷器組成的環網柜。
    斷路器柜一般用在供電系統、干線、樞紐變電所等分斷要求高，有繼電保護要求的地方。但價格昂貴。
    環網柜主要用在用電系統，饋線及形成高壓送電一變壓器—低壓配電的供電方式中，價格便宜。
    在對變壓器的保護上，熔斷器顯示出其較大的優點。實踐證明，當變壓器出現短路故障時，需在20ms內切除故障，方能保證變壓器的安全。如采用斷路器柜，斷路器的全開斷時間為：繼電保護時間+固有分閘時間+然弧時間，這諸和往往在60ms以上，不能及時切除故障變壓器，而熔斷器切斷短路電流只需十幾個毫秒。
    由于高壓進入小區，深入負荷中心，并形成環網供電滿足不同負荷級別的要求，環網柜的應用越來越多，在實際工程中發揮著巨大作用。
2、環網柜的分類及特點
    從絕緣類型可分為空氣絕緣負荷開關柜和SF6絕緣負荷開關柜。組成空氣絕緣負荷開關柜的負荷開關有產氣式、壓氣式和真空式。SF6絕緣負荷開關柜采用SF6作為負荷開關的絕緣氣體，其耐壓強度為空氣的三倍，負荷開關一般為三工位（合、分、接地）分別完成開斷、隔離和接地功能。不像斷路器柜需要斷路器、隔離開關和接地開關。負荷開關集三種功能于一體。并且負荷開關和熔斷器組合可組成組合電器柜。
    空氣絕緣負荷開關柜的外形尺寸大。由于所用負荷開關目前主要有產氣式、壓氣式和真空式。其中產氣式（產氣式負荷開關性能差，目前已停止使用）和壓氣式為一般型，而真空式為頻繁操作型。一般型轉移電流較小，真空型轉移電流較大。可達到1500～3500A。如果變壓器容量較大(1000～1600kVA)，頻繁操作，特別轉移電流較大時，宜選用真空型。變壓器容量較小時(315—630kVA)，選一般型即可。
   SF6絕緣負荷開關柜外形尺寸比空氣絕緣負荷開關柜小得多，由于絕緣氣體SF6不受外界環境影響，大大提高了設備運行的可靠性和安全性。10kV空氣絕緣環網柜寬通常為800mm左右，而SF6絕緣環網柜柜寬僅為350mm。
    SF6絕緣負荷開關柜的單元結構還可分為二類：一類為緊湊型，其尺寸小，幾個供電單元構成一個氣密整體。另一類為擴充式，每個方案單獨成為氣密單元，便于組合。
    由于SF6絕緣負荷開關柜的尺寸小，主接線簡單，免維護，在小區配電及商住樓等配電所的應用越來越廣泛。為投資商節約了大量的商用面積，同時節約了投資，深受用戶青睞。
3、負荷開關+熔斷器組合電器的特點
    環網柜的典型單元有進線單元、母線聯絡單元、計量單元、出線單元。對變壓器或線路的保護主要由出線單元完成。出線單元為由負荷開關和熔斷器組成的組合電器。由于組合電器的結構簡單，造價低，保護特性好，尤其是前述的對變壓器保護的優點，使其得到廣泛應用。
    作為變壓器（或線路）的主保護設備，組合電器必須具備開斷正常工作電流、過負荷電流及開斷短路電流的功能，才能使設備免受損害。
    負荷開關正常工作時的開斷可以手動或電動操作，故障時，由熔斷器的撞擊器分斷，撞擊器的動作珂有兩種途徑：一是電氣脫扣方式，二是機械脫扣方式。電氣脫扣指將撞擊的動作改變成電信號由脫扣器裝置使負荷開關分斷，這一方式要求負荷開關具有分勵脫扣器；機械方式就是將撞擊器動作通過機械傳動使負荷開關分閘。
    目前，負荷開關+熔斷器組合電器柜通常用負荷開關分斷工作電流。熔斷器開斷短路電流，而熔斷器最小開斷電流與額定電流之間有一熔斷器不能開斷的過電流，常常被人忽視，此電流可以由負荷開關來分斷。
4、負荷開關+熔斷器組合電器的應用
4.1案例分析
    筆者在某工程中用負荷開關+熔斷器組合電器保護環氧樹脂干式變壓器。由于變壓器匝間絕緣龜裂引起匝間短路，而將整個變壓器燒毀，配電室內設備嚴重受損。幸虧值班人員及時發現，手動分斷負荷開關才制止了故障的進一步擴大。筆者經現場勘察發現，故障原因是變壓器絕緣層爆臌匝間短路。高壓熔斷器其中一相熔斷，但由于熔斷器安裝錯誤，上下倒置，撞針無法撞擊負荷開關，負荷開關沒有分斷，故障持續時間較長，其上級保護也沒有動作，初步分析上級配電所由供電局設計安裝，估計整定電流太大或靈敏度不滿足要求，致使后備保護失效，造成慘重損失，高壓柜、母線及變壓器重新更換。
    吸取以上事故教訓，我們可以進一步討論負荷開關與熔斷器如何更好的配合才可以實現保護的完整性。
4.2過流脫扣器的配置
    在負荷開關+熔斷器組合電器中除撞擊器操作外，還有脫扣器操作，負荷開關的自動分斷可以由分勵脫扣器或過電流脫扣器來操作。我們把負荷開關脫扣器和熔斷器的時間一電流特性的交點所對應的電流稱作交接電流。過電流小于交接電流時，由脫扣器使負荷開關分斷，切除故障電流，當過電流大于交接電流或短路時，由熔斷器撞擊器使負荷開關作無電流分斷。
    由分勵脫扣器操作的負荷開關，呈定時限特性，可以由過流繼電器或接地故障繼電器操作，這種操作方式可以實現對負荷開關的自動分閘，環網單元的遙控以及繼電保護的上下級配合等。用脫扣器操作的好處是在熔斷器熔斷前切除故障電流。
    由過流脫扣器操作的負荷開關，呈反時限保護特性，通常有兩種接線方式，一是直接動作式，負荷開關的過流脫扣線圈直接與電流互感器二次側連接。二是去分流反時限式，負荷開關的過電流脫扣線圈是通過反時限特性繼電器接入。
    對同一負荷開關來說，負荷開關的最小分閘時間加上外部繼電器的最小動作時間是個定值。當配上不同電流的熔斷器，與其時間一電流特性的交點，便可得出不同的最大交接電流。由熔斷器的最小弧前時聞與負荷開關的最大開斷時間再加外部繼電器動作時間的交點便是最小交接電流。
    一般來說，對同一組合電器柜，其交接電流大于轉移電流。選用組合電器柜時應根據熔斷器觸發負荷開關的分閘時間（0. 04s或廠家提供）校驗轉移電流是否符合要求，實際應用時，實際轉移電流小于負荷開關的額定轉移電流，且小于變壓器二次側短路時反應在一次側的故障電流，以保證熔斷器可靠熔斷，否則負荷開關可能分斷失敗，產生爆炸。
5、實例計算
    下面舉例計算說明此問題，某小區用戶配電所，高壓lOkV電源從lkm外開關站通過電纜引來，開關站斷路器額定開斷電流31.5kA。用戶配電所變壓器容量為500kVA，Ud =4%，經計算用戶配電所10kV側最大短路電流為I5. 8kA。初步選用XGN15 -12型環網柜中的組合電器柜對變壓器進行保護。內配SF6負荷開關，額定電流630A．額定轉移電流1700A，配電動操作機構，生產廠還可提供組合式過電流與接地故障保護繼電器，對變壓器進行全方位保護。熔斷器選用XRNTl -10型限流熔斷器，熔絲額定電流50A。
    ①變壓器lOkV側額定電流Ie= 500/10*1.732=29A
    ②變壓器低壓側短路時lOkV側電流
    Id= 500/1.732-×10X4%= 721A
    ③變壓器允許過負荷電流（過載1.5倍）分接位置-5%
    ^= 29×1.5×1.05= 46A
    ④變壓器合閘(0.18)沖擊勵磁涌流
    11=29 x12：348A
5.1轉移電流的檢驗
    熔斷器觸發負荷開關的分閘時間為0. 04s，查熔斷器時間一電流曲線可知，運行中實際轉移電流只有600A，小于額定轉移電流1700A。可見所選用組合電器柜能滿足要求。
5.2  由熔斷器脫扣的組合電器
    ①變壓器0. Is勵磁涌流為I1=348A。查熔斷器時間一電流曲線可知0.Is時可承受電流為460A。
    ②查熔斷器時間一電流曲線，4倍熔絲電流時，起弧時間不大于lOs，熔斷器起弧使負荷開關分斷。
    ③變壓器二次側短路時一次側電流為721A。如熔斷器觸發負荷開關分斷時間為0.04s，查時間一電流曲線，實際轉移電流為600A，熔斷器能可靠熔斷。
5.3  由分勵脫扣器操作的組合電器
    干式變壓器60%過載時，允許運行5分鐘，當I50%、200%過載時，允許運行時間應小于2分鐘或1分鐘以下。
    為使熔斷器在最小弧前電流及時間前切斷電流并留一定裕度而不使熔斷器損壞，必須讓過電流繼電器在2.5 ~3倍熔絲額定電流時動作，使負荷開關分斷，因此采用反時限加速斷保護變壓器更為合理。
    根據變壓器過載曲線，過電流脫扣器可以整定如下：2倍額定電流時，20s動作；6倍時．0.5s動作；10倍時，0.5s動作。
  ①查50A熔絲時間一電流曲線，勵磁通流348A時，持續時間為0.48，大于0.18。
  （3倍額定電流時，I=29 x3= 87A
查電流為87A時，熔斷器時間一電流曲線可知，熔斷器弧前時間為1000s。電流互感器二次電流為87/( 40/5)=10. 9A
    lO．9/5=2.2
    查電流繼電器( GL -ll)動作特性，起動電流倍數為2.2時，動作時間小于lOs。
    （6倍額定電流時1=29 x6 =174A
    查時間一電流曲線可知電流為174A時，熔斷器弧前時間為20s。
此時，電流互感器二次電流：174/( 40/5)= 21. 8A，
    電流繼電器的過載倍數：21. 8/5=4.4
    查表此時動作時間小于0.5s。
    ④10倍額定電流時：110= 29×10= 290A
    查時間一電流曲線可知290A時，熔斷器弧前時間為Is。
    此時，電流互感器二次電流：290/( 40/5)=36. 3A
    電流繼電器的過載倍數：36. 3/5=7.3
    查表此時電流繼電器動作時間小于0. 5s。
    ⑤負荷開關分閘時間0. 03s，外部繼電器動作時間0.02s，共為0.05s。查時間一電流曲線最大交接電流為550A。變壓器二次側短路時，一次側電流為721A。此值大于交接電流，由熔斷器熔斷，時間為0.02s。
6、結論
    環網柜（包括組合電器柜）的應用越來越多，但要充分發揮其配電、保護功能，還需設計、安裝、檢修人員加倍細心。認真檢驗系統中的主要數據，安裝時要嚴格按照要求安裝，避免出現不必要的損失，同時要與上級供電部門配合做好后備保護的設置。
    在重要配電環節，建議采用具有分勵脫扣的組合電器（有些廠家配套完整的控制繼電器），這樣可以不以熔斷器的損壞為代價來分斷負荷開關，同時充分利用了額定電流下負荷開關的分斷能力，并可進行接地故障分斷。
環網柜以其結線簡單，安裝方便，設計選型方便而備受大家歡迎．但不能就此而掉以輕心。本文以一次事故來探討環網柜的應用、校驗、安裝等問題。只是引起大家注意。不妥之處，請大家指正。
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