數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)3P和4P開(kāi)關(guān)的區(qū)別應(yīng)用

1、數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)3P和4P開(kāi)關(guān)的區(qū)別應(yīng)用 注冊(cè)一級(jí)建造師：唐國(guó)豐摘要：全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施關(guān)于三相四極開(kāi)關(guān)的選用，用寥寥的五點(diǎn)規(guī)定了在什么情況下使用4P開(kāi)關(guān)，什么情況下不能使用4p開(kāi)關(guān)，但這種概念模糊的說(shuō)明，對(duì)我國(guó)數(shù)據(jù)中心供配電的設(shè)計(jì)和施工者造成了不小的困擾，甚至有些項(xiàng)目濫用4P斷路器，既浪費(fèi)了設(shè)備投資又增加了斷“零”的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心配電 4P開(kāi)關(guān)斷零4P開(kāi)關(guān)的有兩個(gè)用途。一、作電器隔離，用以斷開(kāi)線路的中性線，保證電氣維修時(shí)維修人員的安全，我國(guó)過(guò)去廣泛采用所謂接零保護(hù)的TN-C系統(tǒng)，因該系統(tǒng)的中性線是PEN線，不能用閘刀切斷，線路中普遍采用3P開(kāi)關(guān)，在電氣維修過(guò)程中N線沒(méi)有完全

2、隔離造成點(diǎn)擊事故。而4P開(kāi)關(guān)可以有效的斷開(kāi)N線，起電氣隔離作用。二、用作功能開(kāi)關(guān)，如雙電源自動(dòng)切換裝置（ATS）。但4P開(kāi)關(guān)使用過(guò)程中存在斷“零”的風(fēng)險(xiǎn)，因此在供配電設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎用4P開(kāi)關(guān)。4P斷路器為什么容易招致斷“零”呢？斷路器或開(kāi)關(guān)在閉合或斷開(kāi)過(guò)程中，相線觸頭間會(huì)產(chǎn)生電弧，負(fù)載電流產(chǎn)生的電弧，能燒蝕清除開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)上的電阻膜（觸頭表面形成一層化學(xué)腐蝕物、氧化物、金屬鈍化層、塵埃臟物），而對(duì)于四極開(kāi)關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求先斷開(kāi)三個(gè)相線觸頭，后斷開(kāi)中性線觸頭，以免操作瞬間斷“零”。三根相線斷開(kāi)后中性線上不復(fù)存在電流，中性線觸頭也就不會(huì)產(chǎn)生電弧來(lái)清除其電阻膜。因膜電阻大，就造成了斷“零”事故的發(fā)生。另外，因

3、在中性線上增加了一個(gè)接線點(diǎn)就增加了一個(gè)斷“零”風(fēng)險(xiǎn)，比如，施工接線中性線端子沒(méi)有壓緊而導(dǎo)致松動(dòng)，開(kāi)始時(shí)還能正常工作，不易被發(fā)現(xiàn)。過(guò)了一段時(shí)間接觸不良導(dǎo)致斷“零”，待燒毀大量設(shè)備后才發(fā)現(xiàn)是中性線不導(dǎo)電造成，已經(jīng)為時(shí)已晚。“全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施P45頁(yè) 三相四極開(kāi)關(guān)的選用：1）正常供電電源與備用發(fā)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)采用四極開(kāi)關(guān)；2）帶漏電保護(hù)的雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)采用四極開(kāi)關(guān)。兩個(gè)電源開(kāi)關(guān)帶漏電保護(hù)其下級(jí)的電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)采用四極開(kāi)關(guān)；3）在兩種不同接地系統(tǒng)間電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)采用四極開(kāi)關(guān)；4）TT系統(tǒng)的電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)應(yīng)采用四極開(kāi)關(guān)；5）IT系統(tǒng)中當(dāng)有中性線時(shí)應(yīng)采用四極開(kāi)?！鄙鲜龅募夹g(shù)措施并沒(méi)有給廣

4、大從業(yè)人員解析清楚，而且還存在不少的局限性，下文中，我跟大家詳細(xì)的探討在數(shù)據(jù)中心供配電設(shè)計(jì)施工中，什么地方用4P開(kāi)關(guān)，什么地方不能用4P開(kāi)關(guān)。兩電源在同一處共用一低壓配電柜，兩電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)采用四極開(kāi)關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)接地的有嚴(yán)格的要求，在多電源配電系統(tǒng)中嚴(yán)禁在變壓器或發(fā)電機(jī)處將中性點(diǎn)就地接地，如下圖所示。 圖 一IEC標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定從變壓器（或者發(fā)電機(jī)）中性點(diǎn)引出的N線必須絕緣，并且只能在低壓配電盤內(nèi)一點(diǎn)與接地的PE母排連接而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接地，在這點(diǎn)以外中性線不得再在其他處接地。中性線電流只能通過(guò)本回路的中性線返回電源。如果中性線電流通過(guò)其它并聯(lián)回路反回電源，則這部分電流被稱作為雜散電流，雜散電流能

5、引起如下的電氣災(zāi)害：1）雜散電流可感應(yīng)雜散電磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可能干擾敏感信息技術(shù)設(shè)備的正常工作；2）雜散電流可能因不正規(guī)通路導(dǎo)電不良而打火，引起火災(zāi)；3）雜散電流如果以大地為通路返回電源（圖一，雜散電流從n線經(jīng)G1接地點(diǎn)到G2接地點(diǎn)返回電源），因電化學(xué)反應(yīng)腐蝕接地極、地下基礎(chǔ)鋼筋或金屬管道等金屬部分。 圖 二在圖二中如果雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用圖中的3P開(kāi)關(guān)將會(huì)產(chǎn)生三個(gè)不良后果：1）如果配電變壓器在負(fù)責(zé)供電，那么負(fù)載中性線電流有一部分將經(jīng)發(fā)電機(jī)的中性線返回變壓器電源，這一電流也是雜散電流的一種形式，這一雜散電流對(duì)A區(qū)內(nèi)的敏感電子設(shè)備形成一個(gè)大包圍，產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)該區(qū)域的電子設(shè)備造成干擾；2）該包圍線圈（

6、該線圈包圍面積越大越容易感應(yīng)雷電）也可能感應(yīng)雷電對(duì)系統(tǒng)供電產(chǎn)生干擾，同時(shí)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)也會(huì)對(duì)A區(qū)內(nèi)的敏感電子設(shè)備形成干擾；3）如果發(fā)電機(jī)和變壓器的主輸出開(kāi)關(guān)安裝有RCD，那么這一雜散電流將可能導(dǎo)致RCD拒動(dòng)作或者誤動(dòng)作。移動(dòng)發(fā)電機(jī)中性線不接地，或類似的雙電源系統(tǒng)，兩電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)采用三極開(kāi)關(guān)圖三在圖三中，發(fā)電機(jī)的中性線不接地，當(dāng)任一電源供電時(shí)，中性線電流只能經(jīng)由本回路的中性線流回電源，沒(méi)有其它通路。這樣不會(huì)產(chǎn)生雜散電流，也不會(huì)引起RCD拒動(dòng)或者誤動(dòng)，因此為避免系統(tǒng)斷“零”燒毀設(shè)備，也為避免投資的浪費(fèi)。此處不使用4P的雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。TN-S和TN-C-S系統(tǒng)內(nèi)不需要為電氣維修安全裝用四極開(kāi)關(guān)實(shí)

7、際上為電氣維修安全而需要裝用四極開(kāi)關(guān)的場(chǎng)所并不是很多，如在具備等電位聯(lián)結(jié)條件下常用的TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)內(nèi)就不必裝用四極開(kāi)關(guān)。IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)的電氣規(guī)范都規(guī)定了在建筑物內(nèi)設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)的要求，一些未做總等電位聯(lián)結(jié)的老建筑物因金屬結(jié)構(gòu)、金屬管道等互相之間的自然接觸，也具有一定等電位的作用，但是不一定可靠。我國(guó)的電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50174-2008）明確規(guī)定數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，并對(duì)等電位聯(lián)結(jié)做了詳盡的要求。在歐洲的部分?jǐn)?shù)中心還采用了TN-C-S系統(tǒng)。下面用圖四來(lái)說(shuō)明：為什么TN-S和TN-C-S系統(tǒng)內(nèi)不需要為電氣維修安全裝用四極開(kāi)關(guān)。圖 四在圖四中，L

8、3相線發(fā)生了接地故障，中性線引入了對(duì)地電壓Ug，但是因建筑物內(nèi)實(shí)施了總等電位接地，機(jī)房?jī)?nèi)彩鋼板墻體，設(shè)備金屬外殼，防靜電地板等做了等電位接地，機(jī)房?jī)?nèi)人體能接觸的金屬體都處于同一個(gè)電位上即U=0，維修人員即使接觸了中性線，因不存在電位差不可能發(fā)生電擊事故，也不會(huì)產(chǎn)生火花而引起火災(zāi)事故。我國(guó)數(shù)據(jù)中心因不采用其它供配電系統(tǒng)，如IT、TT系統(tǒng)。本文就不在闡述四極開(kāi)關(guān)在其它系統(tǒng)中的應(yīng)用了。因此在數(shù)據(jù)中心的供配電設(shè)計(jì)和安裝時(shí)除了雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)需要用到4P開(kāi)關(guān)，其它的地方盡量避免使用4P開(kāi)關(guān)。工程中常見(jiàn)4P開(kāi)關(guān)認(rèn)識(shí)誤區(qū)UPS輸入輸出開(kāi)關(guān)K1/K2和外部維修旁路開(kāi)關(guān)K3均采用4P開(kāi)關(guān)（圖五），理由是UPS檢修

9、時(shí)隔離N線；斷開(kāi)維修旁路的N線避免產(chǎn)生雜散電流。對(duì)工程設(shè)計(jì)和安裝時(shí)的上述說(shuō)法予以分析：a)為了UPS檢修而隔離N線，已經(jīng)沒(méi)有必要，這在本文中已經(jīng)做了詳細(xì)的解析；b）如果在UPS的輸出開(kāi)關(guān)安裝4P斷路器有很大的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生很大諧波時(shí)，N線的電流可能時(shí)相線的2倍甚至更大，如此，UPS輸出開(kāi)關(guān)K2可能分?jǐn)?，這在數(shù)據(jù)中心供電是大忌！c）斷開(kāi)維修旁路的N線是為了避免雜散電流，這個(gè)說(shuō)法很值得探討，因?yàn)殡s散電流產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)影響UPS的正常工作，但是這一點(diǎn)需要同UPS廠家研發(fā)人員溝通，咨詢相應(yīng)廠家的UPS是否具相應(yīng)備抗電磁干擾能力，UPS本身也不是敏感的通信設(shè)備；另外維修旁路一般是在UPS配電房?jī)?nèi)的配電柜直接跨接，即使維修旁路開(kāi)關(guān)用3P斷路器，N線形成的閉合線圈面積很小