智能电网需要智能开关和先进的传感器支持，其中也包括低压智能化开关。从智能电网的角度，介绍低压电器智能化的新进展，包括:为了保证低压配电线路供电的连续性和可靠性，低压选择型断路器的发展;智能化低压断路器的电能管理;用于新能源的低压开关电器;智能断路器的状态检测。

　　引言

　　当前为了保证电网的安全稳定运行，提高电能质量，充分发挥分布式清洁的使用，因而必须提高电网管理水平和效率，大限度地利用信息技术，实现系统智能对人工的替代，这使智能电网(SmartGrid)成为世界瞩目的热点。智能电网是一个完整的体系，涵盖发电、输电、配电、调度、变电、用电等各个环节，并且智能电网需要智能化的开关电器和先进的传感技术的支持［1-3］，因而智能电网与低压电器的智能化有密切的关系。本文从智能电网的角度，介绍低压电器智能化的新进展。

　　1、低压配电系统的选择性保护与低压断路器

　　智能电网主要目标就是要保证供电的可靠性与连续性，对低压配电系统来说实现这一目标的重要手段是采用选择性保护。国际电工委员会的IEC标准和我国国家标准按使用类别把断路器分成A类和B类两种类型，A类断路器在短路情况下，无明确指明其有选择性保护功能，而B类断路器则明确指明有选择性保护功能。图1表示低压配电系统前后级断路器安装位置及其保护特性配合。选择性保护是指当支路1发生短路时，仅下级支路断路器QF2开断短路电流，而上级开关QF1不动作，这就不会影响其他支路如支路2和3的正常供电，因而选择性保护对提高低压配电系统的工作可靠性有重要作用。

　　如何实现配电系统上下级断路器的选择性匹配，主要决定于两者保护特性的配合，一般上级断路器采用有三段保护特性的选择型B类断路器。如图1(b)所示，QF1具有三段保护特性，即作为线路过载保护的长延时，短路情况下的短延时和瞬时三段保护，而QF2作为下级支路开关，仅具有长延时和短路瞬时两段保护特性。当支路1短路时，若短路电流为I1，则从图1(b)的特性配合来看，短路电流使QF2首先动作，而QF1由于短延时而没有动作，这就保证了其他支路，如支路2和3的可靠供电。

　　生产发展和人民生活的提高，低压配电系统的用电设备和分支回路日益增多，选择性保护变得越来越受到人们关注，当前选择性断路器的技术向以下方面发展:局部选择性提升到全局选择性;低压配电系统的选择性保护范围从侧向终端侧延伸。

　　当两台上下级串联的断路器实现过电流保护时，在规定的条件下，下级断路器动作时不会引起上级断路器动作，这是选择性保护基本要求。全选择保护是指当故障电流达到下级断路器大故障电流时都能实现选择性;而局部选择性只是当下级断路器在规定的故障电流下才能实现选择性保护，因而局部选择性就存在一个选择性门槛，它是实现选择性保护的电流交接值，在该值以下，局部选择性保护可保证选择性，而在该值以上，则不能保证选择性。

　　图2为一带三段保护特性的选择型断路器的特性曲线，其中短延时的延时时间和瞬时脱扣器整定值都可调节，短延时的延时调节是用于让前后级断路器的动作时间匹配，实现选择性保护，而瞬时脱扣器整定值的调节，即调节选择性门槛电流IB，确定上下级选择性匹配的电流范围，而这电流的极限值决定于断路器短时耐受电流Icw(一般取0.5s)，如果上级选择性断路器的Icw低于其分断能力(Icu或Ics)，则即使是瞬时脱扣器的大整定值可调至超过额定电流的10～12倍，但这种上下级匹配还是局部的。对上下级断路器实现全选择性的充分条件是让上级断路器的Icw等于其分断能力，即Icw=Icu=Ics，这意味着瞬时脱扣器整定值可调至无穷大，对一般B类断路器通常采用电子式脱扣器，即可使瞬时脱扣器的整定开关处于打开位置，这种情况下，不论下级断路器是什么条件，都能实现全局选择性。当然要实现全选择性也可从下级断路器着手，让下级断路器有强大的限流功能，当该支路发生短路故障时，它能使支路短路电流限制于上级断路器瞬时脱扣器整定值以下，也可实现全选择性。

　　为达到Icu=Ics=Icw，作为选择性断路器主要类型的万能式断路器目前采用各种新技术来实现全选择性保护，如国内外正在发展新型双断点万能式断路器［3］，或通过对传统的单断点结构提高其补偿电动力来达到这一目标。

　　长期来以，低压配电系统的选择性保护一般只用于麦盖提麦盖提麦盖提麦盖提麦盖提油浸式变压器出线端的功率配电系统，近年来由于工业生产和人民生活的提高，工控系统、公共场所和家庭用电设备和配电分支回路大增，因而负载侧和终端配电的选择性保护提到日程上来，不少国际著名低压电气企业推出相应的用于负载和终端侧的选择性断路器，如施耐德公司的新型旋转双断点塑料外壳式断路器(MCCB)NSX与老型号NS相比［4］，其主要特点之一是额定电流为100A的小规格断路器也带有Micrologic电子脱扣器，具有短路短延时保护，延时调节范围为20～500ms，短路短延时电流整定值和瞬时脱扣器整定值都可调节，它与用于终端的小型断路器Multi9配合可实现完全的选择性保护。NS型号在小规格断路器中无短路短延时功能，因而为了实现局部选择性配合，利用电流匹配原则，不得不把上级断路器的额定电流选大些，而NSX型号可实现更为经济的选择性匹配，与小型断路器配合使完全选择性从100A壳架电流就可实现。这一改进带来了很多好处:节省安装时间，无需过高选择断路器规格，使断路器和开关柜的尺寸变小。图3为施耐德新老型号配电系统的对比。

　　为了进一步在配电系统的终端实现选择性保护，近国内外相继开发出带选择性保护的小型断路器，它具有短延时保护功能，该功能既可采用电子技术也采用机械式短延时结构。图4为目前开发成功的一种选择性小型断路器的结构和工作原理［5］。

　　这种小型断路器依靠双金属片获得短延时作用，它由两个回路组成:主触头放置于主回路上，可由操作机构操作，在短路故障下，由冲击电磁铁推动;辅助回路由短延时双金属片、限流电阻和辅助触头组成。该断路器还有长延时双金属片作过载保护用。当短路电流通过时，冲击电磁铁打击主触头，使之断开。这时电流就转移到辅助回路，但辅助回路有限流电阻，使短路电流限至几百安培，短延时双金属片提供短延时作用，当后一级小型断路器限流分断，则复位弹簧使主触头重新闭合，使之不影响下一级其他分支回路供电，若后一级小断路器不能动作，则经过短延时双金属片延时后，使断路器操作机构动作，同时打开主触头和辅助触头。正常情况下，操作机构同时操作主辅回路触头的合分，由于正常运行时，辅助回路电阻大，电流主要通过主回路来导通。当短路故障时只有短路短延时特性，因而相当于把瞬时脱扣器关断，所以它与后一级小断路器的配合是全选择性的，由于引入了限流辅助回路，使发生短路故障时，在分断过程中限制短路电流，以提高断路器对短路电流的电动和热稳定性。

　　当选择性保护向配电系统的负载和终端侧延伸，如何实现从出线端到负载侧的多层次选择性保护就成为一个热点问题，由于选择性保护是依靠前一级断路器的短延时来实现，因而多层次配电系统的前级断路器及线路会受到较长时间短路电流的作用，这就限制了配电系统的层次的扩大，采用快速区域联锁是解决该问题的一种方案。区域联锁是利用智能脱扣器的通信功能，其工作原理如图5所示，当下级断路器QF2检测到短路故障时，送出一逻辑等待信号给上一级断路器QF1，使其在下级故障消除前闭锁而不能动作。

　　ABB公司推出的具有快速区域选择性联锁保护功能的PR223EF智能脱扣器(见图6)有两个特点:一是检测故障的时间非常短;另一个是送出逻辑等待信号快，能让前级的多个断路器同时闭锁。这两个特点使选择性保护的层次可以扩大，甚至使选择性匹配链延伸到整个配电装置。这种智能脱扣器能用于250～800A的MCCB，并且能与万能式断路器选择性匹配。