數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)3P和4P開關(guān)的區(qū)別應用

1、數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)3P和4P開關(guān)的區(qū)別應用 注冊一級建造師：唐國豐 摘要：全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施關(guān)于三相四極開關(guān)的選用，用寥寥的五點規(guī)定了在什么情況下使用4P開關(guān)，什么情況下不能使用4p開關(guān)，但這種概念模糊的說明，對我國數(shù)據(jù)中心供配電的設(shè)計和施工者造成了不小的困擾，甚至有些項目濫用4P斷路器，既浪費了設(shè)備投資又增加了斷“零”的風險。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心配電 4P開關(guān)斷零 4P開關(guān)的有兩個用途。一、作電器隔離，用以斷開線路的中性線，保證電氣維修時維修人員的安全，我國過去廣泛采用所謂接零保護的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開關(guān)，在電

2、氣維修過程中N線沒有完全隔離造成點擊事故。而4P開關(guān)可以有效的斷開N線，起電氣隔離作用。二、用作功能開關(guān)，如雙電源自動切換裝置（ATS）。但4P開關(guān)使用過程中存在斷“零”的風險，因此在供配電設(shè)計時應慎用4P開關(guān)。4P斷路器為什么容易招致斷“零”呢？斷路器或開關(guān)在閉合或斷開過程中，相線觸頭間會產(chǎn)生電弧，負載電流產(chǎn)生的電弧，能燒蝕清除開關(guān)觸點上的電阻膜（觸頭表面形成一層化學腐蝕物、氧化物、金屬鈍化層、塵埃臟物），而對于四極開關(guān)產(chǎn)品標準要求先斷開三個相線觸頭，后斷開中性線觸頭，以免操作瞬間斷“零”。三根相線斷開后中性線上不復存在電流，中性線觸頭也就不會產(chǎn)生電弧來清除其電阻膜。因膜電阻大，就造成了斷“

3、零”事故的發(fā)生。另外，因在中性線上增加了一個接線點就增加了一個斷“零”風險，比如，施工接線中性線端子沒有壓緊而導致松動，開始時還能正常工作，不易被發(fā)現(xiàn)。過了一段時間接觸不良導致斷“零”，待燒毀大量設(shè)備后才發(fā)現(xiàn)是中性線不導電造成，已經(jīng)為時已晚?！叭珖裼媒ㄖこ淘O(shè)計技術(shù)措施P45頁 4.53.3-17 三相四極開關(guān)的選用：1）正常供電電源與備用發(fā)電機之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極開關(guān)；2）帶漏電保護的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極開關(guān)。兩個電源開關(guān)帶漏電保護其下級的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極開關(guān)；3）在兩種不同接地系統(tǒng)間電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極開關(guān)；4）TT系統(tǒng)的電源進線開關(guān)應采用四極開關(guān)；5）IT系統(tǒng)中當有中性

4、線時應采用四極開?！鄙鲜龅募夹g(shù)措施并沒有給廣大從業(yè)人員解析清楚，而且還存在不少的局限性，下文中，我跟大家詳細的探討在數(shù)據(jù)中心供配電設(shè)計施工中，什么地方用4P開關(guān)，什么地方不能用4P開關(guān)。兩電源在同一處共用一低壓配電柜，兩電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用四極開關(guān)IEC標準對系統(tǒng)接地的有嚴格的要求，在多電源配電系統(tǒng)中嚴禁在變壓器或發(fā)電機處將中性點就地接地，如下圖所示。                    

5、0;  圖 一IEC標準還規(guī)定從變壓器（或者發(fā)電機）中性點引出的N線必須絕緣，并且只能在低壓配電盤內(nèi)一點與接地的PE母排連接而實現(xiàn)系統(tǒng)接地，在這點以外中性線不得再在其他處接地。中性線電流只能通過本回路的中性線返回電源。如果中性線電流通過其它并聯(lián)回路反回電源，則這部分電流被稱作為雜散電流，雜散電流能引起如下的電氣災害：1）雜散電流可感應雜散電磁場，該磁場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)通路導電不良而打火，引起火災；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接地點到G2接地點返回電源），因電化學反應腐蝕接地極、地下基礎(chǔ)鋼筋或金屬管道等金屬

6、部分。                          圖 二在圖二中如果雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)采用圖中的3P開關(guān)將會產(chǎn)生三個不良后果：1）如果配電變壓器在負責供電，那么負載中性線電流有一部分將經(jīng)發(fā)電機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A區(qū)內(nèi)的敏感電子設(shè)備形成一個大包圍，產(chǎn)生的磁場會對該區(qū)域的電子設(shè)備造成干擾；2）該包

7、圍線圈（該線圈包圍面積越大越容易感應雷電）也可能感應雷電對系統(tǒng)供電產(chǎn)生干擾，同時產(chǎn)生的交變磁場也會對A區(qū)內(nèi)的敏感電子設(shè)備形成干擾；3）如果發(fā)電機和變壓器的主輸出開關(guān)安裝有RCD，那么這一雜散電流將可能導致RCD拒動作或者誤動作。移動發(fā)電機中性線不接地，或類似的雙電源系統(tǒng)，兩電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應采用三極開關(guān)圖三在圖三中，發(fā)電機的中性線不接地，當任一電源供電時，中性線電流只能經(jīng)由本回路的中性線流回電源，沒有其它通路。這樣不會產(chǎn)生雜散電流，也不會引起RCD拒動或者誤動，因此為避免系統(tǒng)斷“零”燒毀設(shè)備，也為避免投資的浪費。此處不使用4P的雙電源轉(zhuǎn)換開關(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

8、極開關(guān)實際上為電氣維修安全而需要裝用四極開關(guān)的場所并不是很多，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)就不必裝用四極開關(guān)。IEC標準和我國的電氣規(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。我國的電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(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)，并對等電位聯(lián)結(jié)做了詳盡的要求。在歐洲的部分數(shù)中心還采用了TN-C-S系統(tǒng)。下面用圖四來說明：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關(guān)。圖 四&#

9、160;在圖四中，L3相線發(fā)生了接地故障，中性線引入了對地電壓Ug，但是因建筑物內(nèi)實施了總等電位接地，機房內(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，機房內(nèi)人體能接觸的金屬體都處于同一個電位上即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，也不會產(chǎn)生火花而引起火災事故。我國數(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關(guān)在其它系統(tǒng)中的應用了。因此在數(shù)據(jù)中心的供配電設(shè)計和安裝時除了雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)需要用到4P開關(guān)，其它的地方盡量避免使用4P開關(guān)。工程中常見4P開關(guān)認識誤區(qū)UPS輸入輸出開關(guān)K1/K2和外部維修旁路開關(guān)K3均采用4P開關(guān)（圖五

10、），理由是UPS檢修時隔離N線；斷開維修旁路的N線避免產(chǎn)生雜散電流。對工程設(shè)計和安裝時的上述說法予以分析：a)為了UPS檢修而隔離N線，已經(jīng)沒有必要，這在本文中已經(jīng)做了詳細的解析；b）如果在UPS的輸出開關(guān)安裝4P斷路器有很大的風險，當負載產(chǎn)生很大諧波時，N線的電流可能時相線的2倍甚至更大，如此，UPS輸出開關(guān)K2可能分斷，這在數(shù)據(jù)中心供電是大忌！c）斷開維修旁路的N線是為了避免雜散電流，這個說法很值得探討，因為雜散電流產(chǎn)生的電磁干擾會影響UPS的正常工作，但是這一點需要同UPS廠家研發(fā)人員溝通，咨詢相應廠家的UPS是否具相應備抗電磁干擾能力，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配電房內(nèi)的配電柜直接跨接，即使維修旁路開關(guān)用3P斷