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摘要文章阐述了配电系统采用后备保护方式和它的经济性、可靠性、安全性，保护装置之间串级分断的选择、配合，同时也指出这种保护方式优点和采用时必须注意的事项。
随着电力工业的发展，电网的容量（功率）日益增大。为了对低压网路的各种故障电流进行有效的切断和保护，人们开发、制造了具有过载保护、短路保护功能的断路器（万能式Ａｉｒｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ，以下简称ＡＣＢ，和塑料外壳式Ｍｏｌｄｅｄｃａｓｅｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ，以下简称ＭＣＣＢ）和熔断器（Ｆｕｓｅ），以适应电网和用电设备的安全要求。各种保护电器所设置的过电流（过载和短路）保护特性，必须适合下列两种情况：
对于重要的线路和负载来说，应考虑它的供电持续性。根据保护装置相互间的配合，在发生线路故障电流时，只切断故障回路而不涉
及无故障回路。保护器的配置是，上方位选用具有过载长延时，短路短延时和大电流瞬动保护功能的三段保护特性断路器，下方位可选过载长延时和短路电流瞬动的二段保护断路器。这种保护方式称为"选择性分断保护"；
对人身安全无直接联系，或是无故障回路的负载对于使用者来说并不重要，在采用保护装置时应考虑经济性，设计上可采取"后备分断保护"方式。
何谓"后备保护方式"？后备保护是指：系统的某处设置的保护装置（通常是ＭＣＣＢ），其负载端的预期最大短路电流，超过ＭＣＣＢ的额定短路分断能力，在此情况下，保护装置的电源侧（以下称上方位），还设置了对它的下方位线路最大预期短路电流有充分的、足够的额定短路分断能力的另一个保护装置（可以是ＭＣＣＢ，也可以是Ｆｕｓｅ）。当下方位的线路发生最大（预期）短路电流故障时，借助于上方位的保护装置和它自身的保护装置，共同安全地切断此故障电流。而下方位线路中小于其保护装置额定短路分断能力的短路故障电流，就由此线路保护装置来切断，此种保护方式就称为后备保护（Ｂａｃｋ－ｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ），国际上也有称级联或串级保护（Ｃａｓｃａｄｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）。
如图１所示，ＭＣＣＢ２（塑壳式断路器）的电源侧额定短路分断能力小于ｋ处发生短路，且此短路电流为线路预期的最大短路电流Ｉｓｃ（当出现Ｉｃｓ时，如果不采取措施，ＭＣＣＢ２将会被烧毁）。由于ＭＣＣＢ２的上方位装设了ＭＣＣＢ１，此时就可借助ＭＣＣＢ１与ＭＣＣＢ２同时来切断如此大的短路电流（ＭＣＣＢ１的额定短路分断电流是≥Ｉｓｃ的），这种串联接线就是后备保护。
由于ＭＣＣＢ１开断，ＭＣＣＢ３和ＭＣＣＢ４处的线路也同时停电。
如果不采取后备保护，而是采用选择性保护，则ＭＣＣＢ２的额定短路分断能力≥ｋ处预期最大短路电流，而ＭＣＣＢ１则需选用有三段保护功能的断路器。如ＭＣＣＢ１短延时时间为０．１ｓ，而ＭＣＣＢ２全分断时间一般小于０．０２ｓ，就能做到ｋ处短路电流（哪怕是预期最大短路电流）由ＭＣＣＢ２开断，而ＭＣＣＢ１不会脱扣，则ＭＣＣＢ３、ＭＣＣＢ４处的线路就不致于停电。但是ＭＣＣＢ２和ＭＣＣＢ１的投资就很大。采用后备保护可大大节约投资。因为额定短路分断能力越大的断路器，不仅价格很高（通常它要是一般短路分断器的好几倍），且体积也大。
但是使用后备保护也有缺点，就是上述的一旦ＭＣＣＢ１开断，ＭＣＣＢ２的相邻线路全部停电，但上文已说明，这些线路负载是不重要的，也不会危及人身安全。
１后备保护的分类
１．１全区域的后备保护
全区域的后备保护是指：下方位保护装置的额定短路分断能力不够（小于其保护范围的预期最大短路电流），因而设置上方位的保护装置，上方位装置的额定短路分断能力，在所有的过电流区域都能进行安全的后备保护。
１．２局部区域的后备保护
局部区域的后备保护是指：下方位保护装置的额定短路分断能力不够而设置上方位的保护装置，上方位装置的额定短路分断能力不能够对所有过电流区域进行完全的保护，但对某一区域，能进行保护。故此种组合保护方式，只有对已确定的局部最大预期短路电流能适应的情况下才能选用。
２后备保护方式与保护装置
当下方位发生过电流（短路电流）其数值小于下方位保护装置的额定短路分断能力［例如，此额定短路分断能力是３８０Ｖ、２５ｋＡ，线路（图１的ｋ处）发生短路，其电流值＜２５ｋＡ］，则由下方位的保护装置（ＭＣＣＢ２）来切断，从安全角度看，不必有任何的担心。但如ｋ处的短路电流超过ＭＣＣＢ２的额定短路分断能力，下方位的ＭＣＣＢ２无法单独分断故障回路，它必须依靠上方位保护装置（图１中的ＭＣＣＢ１）或借助后备的保护装置协同分断。采用后备保护，上方位与下方位的保护装置，应考虑以下几点。
２．１上方位保护装置的额定短路分断能力
上方位保护装置对其本身设置点的最大预期短路电流及对它的下方位保护装置的最大预期短路电流，都具有足够的接通和分断能力。
２．２上方位保护装置的限流性能
上方位保护装置在分断短路电流时（此短路电流大于下方位的额定短路分断能力），下方位保护装置不应有机械的或因过热造成的损坏，即：
（１）上方位保护装置通过的短路电流峰值所产生的破坏力（电动斥力引起的，电动斥力Ｆ＝２．０４×１０－８×，
式中?
Ｆ-电动斥力Ｎ；
ｌ-为导体间的距离ｃｍ；
ｉ-通过短路电流的峰值，应低于下方位保护装置的机械强度（外壳的、导体的）；
（２）上方位保护装置分断短路电流产生的ｉ２ｄｔ应小于下方位保护装置的耐热强度。
为达到上述要求，上方位的保护装置应具有限流特性。即在极短时间内分断的实际短路电流比预期最大短路电流要小很多（限流系数＝）。故保护装置的限流特性用相对于预期最大短路电流的一定值，即实际通过的电流峰值和来表示，因此选择限流系数小的产品作后备保护，可以大大减轻下方位保护装置的负担。
２．３上方位与下方位保护装置电弧能量的分担
电弧能量是短路电流分断性能的重要因素之一。
电弧能量等于短路电流分断时，保护装置开断处产生电弧而形成电弧电压与电弧电流的乘积在全分断时间的积分为ＩＵｄｔ。一般下方位保护装置（普遍采用的是ＭＣＣＢ）分断超过其额定短路分断能力的短路电流，因电弧能量过大，会引起它的触头系统、灭弧装置和外壳受损伤和遭破坏。为避免这些情况的产生，就需使作后备保护的上方位保护装置（ＭＣＣＢ或Ｆｕｓｅ），负担电弧能量的一部分，将下方位保护装置所负担的电弧能量抑制在它的安全值内。
在后备保护中，上方位保护装置为了分担电弧能量，其开断时间应比下方位装置开断时间短（快），至少与下方位的开断时间同步。但是通常的情况是上方位保护装置的体积大，开断时间也较长，电弧的产生也要晚，就使得电弧能量的分担少，后备保护的效果差。限流型保护装置，开断时间极短，电弧能量的负担可以增大，与之匹配的下方位保护装置通过的短路电流峰值和可被抑制得很低，后备保护效果很好。由此可见，上方位保护装置选择限流型的很重要。
能进行后备保护的装置，它们的配合必须根据经过短路试验验证过，由制造厂提供的配合数据来确定。
３配电保护型ＭＣＣＢ后备保护的判定标准
被保护的下方位ＭＣＣＢ在进行短路分断时，尽管借助于上方位保护装置来分担其电弧能量，但仍可能产生比单个ＭＣＣＢ自身的额定短路分断电流试验结果更严重的后果。因此制定ＭＣＣＢ是否可作后备保护下方位的标准与单个ＭＣＣＢ进行短路分断试验合格与否的判定标准是不一样的。
一般依靠后备保护进行短路分断后，下方位的保护装置（ＭＣＣＢ）必须更换。日本工业标准ＪＩＳｃ８３７０规定下方位的ＭＣＣＢ分为Ⅰ、Ⅱ两种。对于Ⅰ种，绝对不能再用来合阐线路；Ⅱ种，应经权威机构确认并经安全性能检查合格后，暂时地使用一段时间（包括再合阐）。
ＪＩＳｃ８３７０对作下方位的配电型ＭＣＣＢ经后备保护方式分断后的判定标准如表１所示。
４后备保护方式的实际应用
下方位的保护装置普遍采用ＭＣＣＢ，而上方位是采用ＭＣＣＢ或者是Ｆｕｓｅ。以前，有的部门上方位选用ＡＣＢ（万能式断路器），但在一般情况下，后备保护的组合是不采用ＡＣＢ的。原因是ＡＣＢ开断短路电流的时间较长（开断时间又称固有分断时间，是指短路发生的瞬间开始，至触头被打开，触头间产生电弧为止的时间），不符合作后备保护电器的要求，即ＡＣＢ没能达?quot;燃弧时间重合"。因此选择作后备保护的主要是ＭＣＣＢ和Ｆｕｓｅ。
上方位是ＭＣＣＢ或Ｆｕｓｅ，下方位是ＭＣＣＢ，它们之间共同分断短路电流，具体应该怎样进行呢？
为了能分断串级连接的两台ＭＣＣＢ的短路电流，二者的燃弧时间必须重合，即在下方位ＭＣＣＢ分断短路电流过程前，上方位的ＭＣＣＢ已经脱扣，且在它的触头间产生电弧，依靠它的电弧电压来减少短路电流，从而减轻下方位ＭＣＣＢ的电弧能量。鉴于这个规定，采用后备保护方式，对于分支路短路事故的切断来说，不让上方位的ＭＣＣＢ动作，以实现所谓选择性分断是不适宜的（否则就不叫后备保护??ｅ（它实际上是一种限流元件），可以既满足后备保护，又能达到选择性保护的要求。
经综合分析可以认为：
（１）后备保护用的ＭＣＣＢ，如选用限流型，因为开断时间很短（约一般型时间的１／３～１／２），作后备保护的效果极好；
（２）后备保护用的ＭＣＣＢ（上方位）与被保护的ＭＣＣＢ（下方位）的整定电流不宜相差太大。如果太大，就难以取得后备保护的效果，有时还无法作后备保护。
４．１ＭＣＣＢ与ＭＣＣＢ的后备保护
如图２所示。当ｋ处发生短路（短路电流超过ＭＣＣＢ２的额定短路分断能力），由于ＭＣＣＢ１的固有分断时间比ＭＣＣＢ２小（快），此时ＭＣＣＢ１触头间产生电弧，电弧电压为Ｖ１，继而ＭＣＣＢ２分断，在ＭＣＣＢ２的触头间产生电弧，电弧电压为Ｖ２。ＭＣＣＢ１的分断时间为ｔ１，ＭＣＣＢ２的分断时间为ｔ２。Ｖ１随着触头打开距离的增加而增大。有了随时增大的Ｖ１，ｋ处的短路电流值慢慢减少。经过ｔ２～ｔ１时间，ＭＣＣＢ２被打开，产生电弧电压Ｖ２，由于Ｖ２的存在进一步限制了短路电流。经过ｔ３（ｔ３是两个ＭＣＣＢ的电弧进入灭弧室的熄弧时间）和ｔ３～ｔ２时间后，整个短路电流被切断。ＭＣＣＢ１的电弧能量为Ｅ１，Ｅ１＝Ｖ１ｉｄｔ；ＭＣＣＢ２的电弧能量为Ｅ２，Ｅ２＝Ｖ２ｉｄｔ，Ｅ１＋Ｅ２＝短路电流的全部电弧能量。以上的串级分断说明，有ＭＣＣＢ１作后备保护，ＭＣＣＢ２可以很轻松地分断因ＭＣＣＢ１的限流而变小的短路电流。为了真正实现后备保护，除了满足第二节提出的３点要求之外，尚须符合以下几点：
（１）ＭＣＣＢ２的额定分断能力允许短路电流小于其保护线路的预期最大短路电流，但应大于ＭＣＣＢ１额定短路分断能力的５０％，或不低于其保护线路的预期最大的短路电流的５０％；
（２）一般说后备保护的级数不超过２级，但在进行串级连接的ＭＣＣＢ１与ＭＣＣＢ２，其额定电流等级最好相差１－２级（如ＭＣＣＢ２为１００Ａ，ＭＣＣＢ１为１２５Ａ或１６０Ａ），如何在具体线路上匹配，应根据不同的ＭＣＣＢ的技术参数合理选择。但不管怎样，除满足上述要求之外，还应符合下面的ａ、ｂ、ｃ三款：
（ａ）后备保护仍是二段保护（过载长延时，短路瞬动）。ＭＣＣＢ１的过载长延时特性用来保护它自身安装处回路的过载，瞬时脱扣器保护回路的短路，ＭＣＣＢ１的瞬动脱扣器的电流整定值不能大于ＭＣＣＢ２额定短路分断能力的８０％。
（ｂ）ＭＣＣＢ２安装处下面发生短路故障时，如短路电流小于ＭＣＣＢ１的瞬动脱扣器电流整定值，此时系统具有选择性。短路电流由ＭＣＣＢ２来切断；当短路电流值大于ＭＣＣＢ２的额定短路分断能力的８０％时，就由ＭＣＣＢ２和ＭＣＣＢ１共同分断。
（ｃ）ＭＣＣＢ２的全分断时间（固有分断时间加上熄弧时间）的Ｉ－ｔ特性曲线与ＭＣＣＢ１的固有分断时间特性曲线的交叉点，至少应在ＭＣＣＢ２的分断容量之内。
后备保护分断后ＭＣＣＢ的处理：
被保护的ＭＣＣＢ２按其组合进行充分分断后，必须尽快更新。不过，在实际上短路电流达到预期最大值是极少的。事故点产生的短路电流往往要比预期最大短路电流小很多，特别是一些不重要的回路。
经过对ＭＣＣＢ２的检查，如果它的触点周围的污迹、损耗等很小的话，仍可继续使用。检查时特别要注意ＭＣＣＢ分断后的温升，温升应在标准规定值之内。通常ＭＣＣＢ１因其额定短路分断能力比其设置点的预期短路电流大，所以对ＭＣＣＢ２保护后，它的内部损耗轻微，可以继续使用。当然，需要经过详细的检查，确定无异常之后，才不更换。
４．２Ｆｕｓｅ与ＭＣＣＢ的后备保护
Ｆｕｓｅ，特别是限流式（自复式）的Ｆｕｓｅ是最适合做ＭＣＣＢ的后备保护的。用这种Ｆｕｓｅ作后备保护的目的是：
（１）Ｆｕｓｅ在线路发生过载时，动作时间要比ＭＣＣＢ长（慢），即线路发生过载时Ｆｕｓｅ不易变质或熔断；
（２）短路区域，即发生短路事故时的大短路电流区域，用Ｆｕｓｅ作后备保护，扩大了ＭＣＣＢ的分断容量。
也就是说，采用这种组合，弥补了ＭＣＣＢ和Ｆｕｓｅ的缺点，发挥了它们各自的长处（优点）。
４．２．１Ｆｕｓｅ作ＭＣＣＢ后备保护的条件
（１）Ｆｕｓｅ的短时间允许特性曲线不应与ＭＣＣＢ的脱扣特性曲线在过载区域相交；
（２）Ｆｕｓｅ的熔断特性曲线与ＭＣＣＢ的脱扣特性曲线上的交接电流Ｉｃ，应小于ＭＣＣＢ单独分断容量的８０％；
（３）Ｆｕｓｅ的全分断Ｉ２ｔ及通过的电流峰值，应在ＭＣＣＢ的机械应力（强度）等的允许范围之内；
（４）Ｆｕｓｅ的限制电流和采用ＭＣＣＢ将此电流分断，此时ＭＣＣＢ的电弧电压产生的电弧能量应在ＭＣＣＢ的允许范围之内。
上面条件（１）和（２）可按制造厂商提供的产品样本来判定，而（３）和（４）则必须通过试验来证实。
４．２．２后备保护分断后Ｆｕｓｅ和ＭＣＣＢ的处理
采用Ｆｕｓｅ作后备保护，由于Ｆｕｓｅ的熔丝被熔断，因此必须更换新的。对于ＭＣＣＢ，应检查其触点四周的污染和触点的损耗。如果情况轻微，就可照旧使用，特别要注意它的温升，在确定无超出标准规定值后，可继续使用。