1、1數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003編號 ODCC-2023-02003數據中心低壓開關技術白皮書開放數據中心委員會2023-09 發布I數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003版權聲明版權聲明ODCC（開放數據中心委員會）發布的各項成果，受著作權法保護，編制單位共同享有著作權。轉載、摘編或利用其它方式使用 ODCC 成果中的文字或者觀點的，應注明來源：“開放數據中心委員會 ODCC”。對于未經著作權人書面同意而實施的剽竊、復制、修改、銷售、改編、匯編和翻譯出版等侵權行為，ODCC 及有關單位將追究其法律責任，感謝各單位的配合與支持。II數據中心低壓開關技

2、術白皮書ODCC-2023-02003編寫組編寫組項目經理：項目經理：劉衍彬百度時代網絡技術（北京）有限公司工作組長：工作組長：李代程百度在線網絡技術（北京）有限公司貢獻專家：貢獻專家：馬莉莎施耐德電氣（中國）有限公司程曦施耐德電氣（中國）有限公司劉濤浙江正泰電器股份有限公司敖登貴上海正泰智能科技有限公司紀朝陽ABB(中國)有限公司付真海上海良信電器股份有限公司阮迪中國信息通信研究院III數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003前前 言言近年來，AIGC、云計算、大數據產業蓬勃發展，國家“東數西算”戰略穩步實施，數據中心行業迸發強勁的發展勢能，已成為我國經濟建設中最重要的基礎設

3、施之一。數據中心低壓配電系統是數據中心供配電系統的重要組成，有著高可靠性（7*24 不間斷供電）、復雜性（設備種類與運行工況多樣）等特點。低壓開關在數據中心低壓配電系統運行控制與安全保護方面扮演者重要角色。當前數據中心配電系統呈現高密化、預制化等特征；為響應“雙碳”戰略，光伏、儲能等新能源直流配電場景在數據中心配電系統涌現，促使行業對低壓開關性能和穩定性的要求日益提高。為了更好地幫助數據中心同行合理的選擇低壓開關，百度在ODCC 的支持下，聯合低壓電器頂尖供應商施耐德、正泰、ABB、良信一同編纂數據中心低壓開關技術白皮書，全面解析低壓開關技術在數據中心的應用、維護及未來發展趨勢。白皮書將涵蓋低

4、壓開關分斷技術、器件分類、特性參數、選用維護與技術展望等內容?；跀祿行膽脠鼍暗奶厥庑枨?，從實際案例出發，深入剖析不同配電設備低壓開關的選用與配合，輔助讀者更好應用與維護低壓開關。綠色低碳，智能高效，低壓開關與數據中心配電正走在協同創新的發展道路上，我們期待與廣大讀者共同探討數據中心低壓開關技術的未來發展。IV數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003由于時間倉促，水平所限，錯誤和不足之處在所難免，歡迎各位讀者批評指正。如有意見或建議請聯系編寫組 。V數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003目 錄版權聲明.I編制說明.II前言.III一、概述.1二、數據中心低

5、壓配電系統.3（一）低壓配電系統特點.31.概述.32.數據中心低壓配電系統.3（二）低壓配電系統接地方式.5（三）數據中心低壓配電系統組成設備.111.變壓器.112.低壓成套柜.123.UPS.134.高壓直流電源.145.精密列頭柜.156.配電箱（柜）.16（四）低壓配電系統保護.171.低壓配電系統保護要求.172.低壓配電系統保護類型.19三、數據中心常用低壓開關器件分類.26（一）斷路器.261.空氣斷路器（ACB）.26VI數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020032.塑殼式斷路器（MCCB）.273.微型斷路器（MCB）.29（二）隔離開關.31（三）轉換開關電

6、器.32（四）接觸器與繼電器.341.接觸器的結構和原理.352.接觸器的主要特征.353.接觸器的分類.36（五）熔斷器.371.熔斷器的結構和原理.372.熔斷器的特點.373.熔斷器的分類.38（六）電涌保護器及其保護開關.38四、低壓開關分斷技術.40（一）斷路器結構組成與分斷原理.411.一般斷路器的結構組成.412.一般斷路器的動作原理.45（二）低壓交流開關滅弧原理.46（三）低壓直流斷路器分斷原理.481.直流電弧的穩定燃燒點.482.直流電弧的熄弧條件.503.直流電弧的滅弧方法.50（四）低壓開關分斷技術手段.541.機械開關.54VII數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-

7、2023-020032.固態開關.603.復合開關.61五、低壓開關特性與參數.63（一）額定電壓.631.額定工作電壓.632.額定絕緣電壓.633.額定沖擊耐受電壓.63（二）額定電流.641.約定自由空氣發熱電流.642.額定工作電流 Ie.653.額定不間斷電流.65（三）額定分斷能力.661.額定極限短路分斷能力.662.額定運行短路分斷能力.67（四）短路特性.681.額定短路耐受電流（熱穩定電流）Icw.682.額定短路接通電流 Icm.69（五）脫扣器與脫扣曲線.691.熱脫扣器.692.磁脫扣器.703.欠壓脫扣器.704.分勵脫扣器.715.脫扣器保護類型.726.脫扣曲線

8、.75VIII數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003（六）安裝與應用.821.安裝環境特性.822.防護等級.843.安裝數量.84（七）使用類別.85六、低壓開關應用.87（一）低壓開關的選擇性及后備保護.871.低壓斷路器的選擇性.872.后備保護與選擇性增強.94（二）低壓開關選型方法.971.進線及母聯斷路器的選型.972.UPS 輸入輸出斷路器的選型.1023.末端塑殼斷路器的選型.1084.HVDC 系統的斷路器選型.113（三）低壓開關選用常見問題.1151.剩余電流型接地故障保護與中性線互感器的選用.1152.短路短延時時間的設定級差.1173.反時限與定時限

9、的選用.1214.熱磁脫扣器過載特性的修正與降容.123（四）低壓開關的維護.1271.開關設備維護的意義.1272.開關設備維護分類.1293.開關設備維護頻率.1344.低壓開關的維護建議和措施.135IX數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003七、低壓開關技術展望.147（一）數據中心低壓配電系統演進方向.1471.模塊化（預制化）.1472.架構簡潔化.1483.綠色低碳能源.1494.配電管理智慧化.150（二）低壓開關技術路徑.1511.集成化.1512.模塊化.1553.智能化.156（三）面向 IDC 的低壓開關技術.157（四）智能化技術的發展.159（五）綠

10、色低碳.1611數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003數據中心低壓開關技術白皮書數據中心低壓開關技術白皮書一、一、概述概述近年來隨著 5G、物聯網、云計算、AI 等數字化技術的發展，數據計算量呈現井噴式增長，配套的數據中心與通信基站投資及建設力度也不斷加大。國家高度重視數據中心產業的發展，“十四五”規劃和 2035 遠景目標綱要中明確提出“加快構建全國一體化數據中心體系，強化算力統籌智能調度，建設若干國家樞紐節點和大數據中心集群，建設 E 級和 10E 級超級計算中心”。國家發展和改革委員會等部委印發關于全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案等一系列落地實施政策。在

11、國家新基建政策的引導下，數據中心逐步向綠色、低碳和高能效方向發展。隨著數據中心規模不斷增大，導致耗電量劇增。據國家能源局數據顯示，2022 年我國數據中心耗電量達 2700 億千瓦時，能耗約占全國總用電量的 3.1%，足以滿足上海、深圳兩座超大型城市的全年用電需求。IDC 預計，到 2024 年數據中心耗電量將占到全社會耗電量的 5%以上。面對嚴峻的用能形勢，新型數據中心逐步開始采用先進的供配電與空調制冷解決方案來降低能耗，這也對數據中心設計、及設備供應商提出了更高要求，也要求工程總包具備多產業集成能力。同時，算力需求的激增助推數據中心建設速度迎來高峰，國家及各地相繼出臺政策規范數據中心的能源

12、使用效率數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020032（Power Usage Effectiveness，以下簡稱 PUE）。2022 年 1 月，國家發改委、工信部、國管局和國家能源局發布貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中心和 5G 等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案中提出，到 2025 年，數據中心運行電能利用效率和可再生能源利用率明顯提升，全國新建大型、超大型數據中心平均電能利用效率降到 1.3 以下，國家樞紐節點進一步降到 1.25 以下，綠色低碳等級達到 4A 級以上；北京、上海、深圳等各地方政府紛紛響應，制訂了若干更加嚴格的數據中心 PUE 建設指導意見；在國家

13、東數西算與“雙碳”戰略背景下，國家政策與法規的不斷出臺，既對數據中心行業發展起到規范與引導作用，也對數據中心供配電系統提出了更高的要求。數據中心低壓配電系統主要由低壓開關、UPS、供電電纜等設備或環節組成，設計合理的配電系統是數據中心安全可靠、綠色低碳運行的關鍵。低壓開關是低壓配電系統的重要組成設備，在數據中心配電設備的數量占比非?？捎^，也承擔著系統保護與運行控制的關鍵作用。根據格物致勝中國低壓電器白皮書測算，2022 年，數據中心低壓配電市場規模達到 32 億，復合增速高達 14.5%。本白皮書將主要聚焦討論數據中心內低壓開關技術，包括低壓開關分斷技術、器件分類、特性參數、選用維護與技術展望

14、等，以期為數據中心低壓配電系統的方案設計與落地提供參考與幫助。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020033二、二、數據中心低壓配電系統數據中心低壓配電系統（一）（一）低壓配電系統特點低壓配電系統特點1.1.概述概述數據中心供配電系統為數據中心用電設備提供安全可靠的電能供應。數據中心供配電系統通常至少包括低壓配電環節；大型數據中心園區通常包括中壓 10kV 供電環節；部分特大園區甚至包括110kV 或 220kV 自建變電站，將高壓交流電轉換為中壓交流電向園區用電設備饋能。對于數據中心供配電系統的核心要求是能夠保障數據中心中 ICT 設備在可靠穩定的動力環境下 7*24 小時不間斷

15、工作，既包括直接向 ICT 設備提供電能，還包括為 ICT 設備正常工作提供穩定環境的其他輔助用電負荷提供電能，如空調、監控等用電負荷。2.2.數據中心低壓配電系統數據中心低壓配電系統數據中心低壓配電系統一般指交流 380V 系統，部分數據中心配備有直流電源設備，但通常也是通過低壓交流作為輸入轉換而來，配套的后端直流配電設備（通常為 DC 48V、DC 240V 或 DC 336V）與 AC 380V 系統設備共同組成數據中心低壓配電系統。從能量流動鏈路的方向來看，典型的數據中心低壓配電系統通常從 10kV 干式變壓器低壓繞組輸出端子開始，通過低壓配電柜、交直流不間斷電源、精密列頭柜以及 PD

16、U 等配電設備，將能量層層傳遞至服務器 PSU 電數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020034源，最終轉換成不同低壓直流環節輸出，為服務器 CPU、存儲等設備提供不間斷的電能。變壓器低壓繞組出線與低壓柜連接之后，通過低壓柜以點狀配電方案或線狀配電方案將電能饋出。根據變壓器容量以及后端負載特性，可規劃合適數量的設備以及合適的設備層級，合理的設備連接方式。低壓柜可通過密集母線或者電纜的形式將電能分配至后端配電或者不間斷電源設備。數據中心為保證給 ICT 設備提供高質量且不間斷的電能，增加不間斷電源系統。通過電力電子變流技術，將交流輸入通過整流加上逆變的環節，將市電電網中饋入的電能提升

17、為輸出更加穩定的電壓源，同時直流環節的母線是掛載電化學電池（鉛酸蓄電池、鋰電池等）的必須。通過單體電池的串并聯連接，成組的備電電池直掛在不間斷電源的直流母線上，在市電故障無法保持持續供應時，輸出電能供應后端 ICT 設備，維持 IT 業務不中斷。通常不間斷電源饋出回路數1，每條回路與后端精密列頭柜設備連接，通過精密列頭柜輸出母線分流為更多的支路，每條支路通常與一臺 ICT 設備機柜直接連接。也有相當部分金融數據中心會選擇小母線的形式承載不間斷電源系統饋出支路的輸入，電能通過不同節點的電纜將電能饋出到機柜。當然這兩種形式本質原理是一致的，如何選用由用戶配電場景 IT 業務特點決定。機柜通常會在后

18、端掛載PDU（Power Distribution Unit）設備，將電能進一步分配給機柜中不同的 ICT 設備。對于近些年在互聯網比較火熱的整機柜，來自數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020035精密列頭柜輸出支路的電纜通常直接與機柜集中式電源框（PowerShelf）通過連接器相連，從而省掉 PDU 設備。以上是對數據中心主要的用電設備ICT 設備的低壓配電系統的闡述。對于保證 ICT 設備運行在合適的溫度環境的空調制冷系統，根據設備的重要性設計有不同的配電方案。對于重要的空調設備或者子系統，通常需要配置雙路不間斷電源?，F有大型數據中心空調系統通常采用 AC 380V 系統供

19、電，通常不間斷電源系統采用UPS 電源，UPS 饋出支路直接與動力配電箱（柜）連接，動力配電箱（柜）的支路電纜作為重要空調設備或子系統的輸入與后者連接。對于不重要的空調設備，低壓配電柜饋出的電纜直接與空調設備輸入前端配電箱連接。數據中心除了 ICT 設備與空調設備兩大最主要的配電場景，還包括照明、消防、安防、監控等配電場景。這些配電場景包含的設備主要是通過配電箱輸入電能，只是根據設備是否有不間斷供電的要求，配電箱輸入分為與不間斷電源饋線電纜連接和低壓柜饋線直接連接。（二）（二）低壓配電系統接地方式低壓配電系統接地方式低壓配電系統的接地主要包括系統接地和保護接地。系統接地是指低壓配電網內電源端帶

20、電導體的接地，通常低壓配電網的電源端是指變壓器、發電機等設備中性點。保護接地是指負荷端電氣裝數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020036置外露導電部分的接地，其中負荷端電氣外露導電部分是指電氣裝置內電氣設備金屬外殼、布線金屬管槽等外露部分。低壓配電系統接地分為 TN 系統、TT 系統和 IT 系統三種類型，接地類型中第一個字母說明電源與大地的關系，第二個字母說明電氣裝置的外露導電部分與大地的關系。TN 系統的電源中性點是不經阻抗直接接地的，同時用電設備的外露導電部分則通過與接地的中性點連接而實現接地。TN 系統按中性線和 PE 線的不同組合方式又分為三種類型：TN-C 接地系統、

21、TN-S 接地系統和 TN-C-S 接地系統。TN-C 在全系統內 N 線和 PE 線是合一的；TN-S 在全系統內 N 線和 PE 線是分開的；TN-C-S 接地系統在全系統內僅在電氣裝置電源進線點前 N 線和 PE 線是合一的，在電源進線點之后分為 N 和 PE 兩根線。TN 接地系統特征：1)強制性地要求把用電設備外露導電部分和中性點接通并連接。2)TN 接地系統中單相接地故障電流被放大為短路故障電流，因此 TN 系統下可利用斷路器或熔斷器的短路保護作用來執行單相接地故障保護。3)TN 系統在系統發生第一次接地故障時就能切斷電源。TN-C 接地系統要求在用電設備的內部范圍內設置有效的等電

22、位環境，切記需要均勻地分布接地極，也正是因為 TN-C 采用 PEN 線重數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020037復接地的措施，使得系統不能使用剩余電流動作保護裝置。圖 2-1 TN-C 接地系統接地故障保護TN-S 系統中的中性線 N 和保護線 PE 在整個過程中各自獨立分開敷設，但在電源端兩者合并在一起接入電源設備中性點，電源設備中性點直接接地。TN-S 系統為三相四線制帶電導體系統。圖 2-2 TN-S 接地系統接地故障保護與剩余電流保護TN-C-S 系統中中性線和保護線前部分按 PEN 導線敷設，后部分數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020038各自分開

23、敷設，且分開后不能再合并。TN-C-S 系統中的 TN-C 部分適合不平衡負載，而 TN-S 部分適用于平衡負載。TN-C-S 系統可以配套使用剩余電流動作保護裝置，只是后部的 TN-S 系統其 PE 線不能穿過剩余電流動作保護裝置的零序電流互感器鐵芯。IT 系統的三條相線與地之間存在泄露電阻與分布電容，兩種效應疊加一起組成 IT 系統的對地泄露阻抗。在 IT 系統中發生單相接地故障時，電網的接地電流很小，系統仍能維持正常工作狀態，通常對于不停電要求較高的場所 IT 接地系統應用比較廣泛。由于 IT系統某相接地短路后另外兩相對地電壓會升高到接近線電壓，若人體觸及另外的兩條相線，觸電電流將流經人

24、體和大地，最后經過接地相線返回電網，容易造成人員傷亡。因此 IT 系統的用電設備必須配置剩余電流動作保護裝置 RCD。圖 2-3 IT 接地系統的絕緣監測和 RCD 保護IT 接地系統應用特征：數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200391)能提供最好的供電連續性；2)IT 接地系統可以省略中性線的敷設，減少投資費用；3)當出現第一次接地故障報警信息時，操作人員可對系統實施必要的故障定位和故障排除，從而有效防止供電中斷；當發生第二次異相接地故障時能啟動過電流保護裝置或 RCD 剩余電流保護裝置切斷用電設備的電源。TT 接地系統的特征是應用于三相四線制且所有終端用電設備的外露可導電

25、部分均各自由 PE 線單獨接地。TT 系統的用電設備端接地極和電源接地極之間可以不相連，也可以相連。TT 系統用電設備的中性線不允許中斷，若必須要分斷中性線，則中性線不允許在相線分斷之前先分斷，同時中性線也不允許閉合之后再閉合。TT 系統發生單相接地故障時，接地電流比較小，不能驅動斷路器或熔斷器執行接地故障保護操作。因此 TT 系統推薦使用剩余電流動作保護裝置。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200310圖 2-4 TT 接地系統的接地故障 RCD 保護TT 系統的應用特征：1)TT 接地系統的設計和安裝較為簡單，適用于公用電網直接供電的電氣裝置；2)TT 接地系統運行時不需要

26、安裝絕緣監測裝置；3)TT 接地系統中要使用剩余電流保護裝置。4)TT 接地系統發生接地故障時將出現供電中斷，供電中斷僅限于故障回路。根據 GB50174-2017 規定，數據中心低壓配電系統的接地型式宜采用 TN 系統。采用交流電源的電子信息設備，其配電系統應采用TN-S 系統。數據中心低壓配電采用 TN-S 系統可以對雷電浪涌進行多級保護，對 UPS 和電子信息設備進行電磁兼容保護。此外，TN-S系統還具備以下優勢：數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003111)TN-S 系統內，PE 線和 N 線被分為兩根線。除非施工安裝有誤，除微量對地泄漏電流外，PE 線平時不通過電流

27、，也不帶電位。只有當系統發生接地故障時 PE 線通過故障電流，因此電氣裝置的外露導電部分對地平時幾乎不帶電位，比較安全。2)當出現相線碰殼的情況時，相當于相線直接對地短路，由于PE 線阻抗很小，瞬間短路電流很大，會直接導致前端過電流保護開關斷開，不會對人身造成危害，因此 TN-S 系統可以不必增加漏電保護器。3)當 TN-S 系統出現 N 線斷開時，即使由于三相負載不平衡導致中性點帶電，但是由于中性點和外殼并無電氣連接，因此外殼對地無電位差，不會導致觸電危險。（三）（三）數據中心低壓配電系統組成設備數據中心低壓配電系統組成設備1.1.變壓器變壓器變壓器是具有兩個或兩個以上繞組的靜止設備，為了傳

28、輸電能，在同一頻率下，通過電磁感應將一個系統的交流電壓和電流轉換為另一個系統的交流電壓和電流，通常這些電流和電壓的值是不同的。從安全可靠、維護便利、環保、防火防爆、安裝施工角度考慮，干式變壓器相比于油浸式變壓器更適合在數據中心配電場景應用。大數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200312型數據中心干式變壓器容量通常在 1600-2500kVA。變壓器低壓繞組輸出可視為數據中心低壓供配電系統的電源，為整個系統提供電能輸入。圖 2-5 10kV 干式變壓器2.2.低壓成套柜低壓成套柜低壓柜成套是指低壓成套開關柜，是低壓成套開關設備的一類。按照標準定義，低壓成套開關設備是由一個或多個低

29、壓開關設備和與之相關的控制、測量、信號、保護、調節等設備，由制造廠家負責完成所有內部的電氣和機械的連接，用結構部件完整地組裝在一起的一種組合體。低壓成套開關設備主要由各種低壓電器構成，低壓電器元件的性能對低壓成套開關設備的性能起到至關重要的作用。顯然，低壓柜中會涉及大大小小各類開關的應用，包括框架斷路器（ACB）、塑殼斷路器（MCCB）、微型斷路器(MCB)等。低壓柜主要數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200313作用是將變壓器低壓側饋出的電能分配到后端各類電源與負載設備，并對后端設備起到一定的系統故障保護功能。圖 2-6 低壓成套開關柜3.3.UPSUPSUPS（Uninte

30、rruptible Power Supply）是數據中心應用最廣的不間斷電源，是一種含有儲能裝置的不間斷電源。UPS 電源技術方案眾多，但整體而言它的基本結構是一套將交流電變為直流電的整流器和充電器，以及把直流電再變為交流電的逆變器，蓄電池在交流電正常供電時貯存能量且維持在一個正常的充電電壓上，一旦市電供電中斷時，蓄電池立即對逆變器供電以保證 UPS 電源交流輸出電壓。UPS 系統開關應用數量較多，這其中包括主路、旁路、檢修旁數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200314路輸入塑殼斷路器，還包括電池組開關柜中的塑殼斷路器或負荷開關與熔斷器的組合，同時 UPS 饋出支路低壓配電柜中

31、也需配置一定數量的塑殼斷路器。圖 2-7 UPS 電源4.4.高壓直流電源高壓直流電源高壓直流電源簡稱 HVDC(High Voltage Direct Current)電源，在互聯網與電信運營商的數據中心中有比較廣泛的應用。HVDC 電源基于通信用 48V 電源演變而來，主要為應對機柜日益增長的功率負荷。相同負載功率情況下，提升供電電壓有利于減小供電電流，從而降低供電鏈路損耗，提升 IDC 低壓系統配電效率。HVDC 電源同 UPS 電源一樣，都是典型的電力電子電源。通過PFC 整流與 DC/DC 調壓，輸出穩定可靠的直流電壓源。電源系統中數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020

32、0315蓄電池組直掛在直流母線上，市電故障時，蓄電池存儲的電能能夠不經電力電子變流環節直接為負載提供電能。典型的 HVDC 電源直流母線主要包括 240V 與 336V 兩個電壓等級。HVDC 輸入柜通常通過交流塑殼斷路器將上級低壓柜饋出電纜與HVDC 整流模塊相連，饋入電能的分配通常是通過交流母線經電纜分配給系統的所有整流模塊，微型斷路器被串接在各條支路電纜中。HVDC 電源直流輸出并聯匯聚到統一的直流母線上，通過串接直流柜中直流塑殼斷路器或直流熔斷器形成保護，將電能以不同的支路饋出。HVDC 電源電池開關柜同 UPS 電池開關柜，通過塑殼斷路器或負荷開關與熔斷器的組合對電池組形成隔離分斷與

33、故障保護。圖 2-8 HVDC 電源5.5.精密列頭柜精密列頭柜精密列頭柜（Remote Power Panel）簡稱列頭柜，分為直流精數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200316密列頭柜與交流精密列頭柜，分別對應前級直流與交流不間斷電源。列頭柜通常放置于數據中心 IT 或網絡機房單列機柜的起始位置，因此得名列頭柜。通常列頭柜為對應機柜列的機柜進行電能分配，電能的饋入通常來自低壓配電室的電纜，電纜經柜頂通過塑殼斷路器接入交流母線，通過轉接又將電能分配到多條支路，每條支路通過串接微型斷路器對支路負載進行接通、斷開與故障保護。圖 2-9 精密列頭柜6.6.配電箱（柜）配電箱（柜）數

34、據中心末端配電保護環節，通常是通過配電箱（柜）實現。配電箱主要面向制冷空調、照明、監控等負載設備的供電，且數據中心配電箱的形式多樣，絕大多數為非標準產品。但配電箱結構原理基本類似，主要包括進線的塑殼斷路器，輸出支路的微型斷路器，再配上 SPD、計量表計等設備，便可組成一個滿足配電功能與保護數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200317需求的配電箱。配電箱作為數據中心末端配電設備，數量可觀，配置各異，使用低壓開關的數量與類型也較為豐富。圖 2-10 戶內配電箱（四）（四）低壓配電系統保護低壓配電系統保護1.1.低壓配電系統保護要求低壓配電系統保護要求自電氣工業革命開始，低壓配電系統

35、便最早得以應用，為推動人類社會文明的發展，提升社會生產力提供了不竭動力。時至今日，無論從低壓配電系統架構設計、低壓配電系統配電設備以及低壓配電系統保護，都彰顯著低壓配電系統的發展已步入成熟階段。電能以其輸送安全經濟；生產與使用方便清潔等優勢，逐步成為人類最為重要的二次能源。但作為能量傳輸系統，若輸配電系統不能按照人類設計的方式與運行規則正常工作，便會產生巨大故障，導致系統崩潰與直接經濟損失；甚至對人身安全構成一定的威脅。因此必須對輸配電線路采取防范措施與保護手段，以確保供配電系統操作人員人身安全和輸配電線路的穩定可靠運行。最基本的防范數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200318

36、措施便是通過在各級配電線路安裝設置保護電器，以確保在電路出現故障時，可以及時將故障電路斷開。這種保護應當滿足低壓配電設計的有關規范的要求。數據中心低壓配電系統的保護包括過電流保護（短路保護和過負荷保護）、斷相保護、低電壓保護（欠壓和失壓保護）等。在不同的應用場合，應按規范要求裝設不同的保護，比如，低壓配電設計規范GB50054-2011 規定：1)配電線路應裝設短路保護、過負荷保護；2)配電線路裝設的上下級保護電器，其動作特性應具有選擇性，且各級之間應能協調配合。非重要負荷的保護電器，可采用部分選擇性或無選擇性切斷。短路保護應在短路電流產生的熱作用和機械作用對被保護對象造成危害之前切斷短路電流

37、。大多數的短路保護均可以采用斷路器來實現。采用斷路器來實現短路保護，首先應使斷路器的短路分斷能力被保護點預期短路電流，預期短路電流應通過計算或測量確定。斷路器一般有三個指標來表示其分斷能力，即極限短路分斷能力、運行短路分斷能力和短時耐受電流，三者的意義與區別將在后續章節詳細闡述。配電線路的過負荷保護，應在過負荷電流引起的導體溫升對導體的絕緣、接頭、端子或導體周圍的物質造成損害之前切斷電源。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200319過負荷保護電器宜采用反時限特性的保護電器，其分斷能力可低于保護電器安裝處的短路電流值。但應能承受通過的短路能量。當建筑物配電系統符合下列情況時，宜設

38、置剩余電流監測或保護電器，其應動作于信號或切斷電源：1)配電線路絕緣損壞時，可能出現接地故障；2)接地故障產生的接地電弧，可能引起火災危險。剩余電流監測或保護電器的安裝位置，應能使其全面監視有起火危險的配電線路的絕緣情況。低壓配電系統的保護類型與保護方式種類繁多，將在下一節詳細介紹。數據中心低壓配電系統因其肩負著為 ICT 負載設備與制冷空調系統等負荷 7*24 小時不間斷輸出電能的重要責任，同時需要保障系統運行的可靠性，發現故障隱患需要及時切斷故障點，避免故障點對系統危害持續蔓延，導致人員傷亡或造成數據中心重大財產損失。因此科學設計與合理選用數據中心低壓供電系統的開關設備成為了保障數據中心運

39、行的關鍵環節。2.2.低壓配電系統保護類型低壓配電系統保護類型(1)(1)過載長延時保護過載長延時保護電氣線路中允許連續通過而不至于使電流過熱的電流量，稱為安全載流量或安全電流。如導線流過的電流超過了安全載流量，就數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200320叫導線過載。一般導線最高允許工作溫度為 65。過載時，溫度超過該溫度，會使絕緣迅速老化甚至于線路燃燒，過載長延時保護就是保護這種配電線路過載的情況。過載長延時一般用來對電纜過負荷進行保護，以電流有效值為基礎，按 It 反時限特性動作。智能控制器跟蹤并記錄負載電流的熱效應，當過載累積的熱效應達到預定水平，引動斷路器分閘?？赏ㄟ^

40、按鍵設定長延時可選特性曲線。(2)(2)短路短延時保護短路短延時保護短路短延時保護防止配電系統的阻抗性短路，此類短路一般是由于線路局部短路故障產生的，電流一般超出過載的范圍，但又低于瞬時保護保護值。短路延時保護是基于電流有效值（RMS）的保護，可分為反時限段、定時限段。短路短延時的分斷延時是為了實現選擇性，可實現區域聯鎖功能。當短路故障發生在本級斷路器出線側時，短路短延時將瞬時跳開斷路器；當短路故障發生在本級斷路器的下一級斷路器的出線側時，則短路短延時經設定的延時時間后跳開斷路器。此功能的實現需配合使用開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），DI 用于檢測下一級斷路器的區域聯鎖信號，DO 用于

41、向上一級斷路器發出聯鎖信號。(3)(3)短路瞬時保護短路瞬時保護短路瞬時保護一般是由于線路局部短路故障產生的，電流一般數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200321遠超出過載電流的范圍。當發生短路時，短路電流會對線路、用電設備導電結構產生劇烈熱沖擊和電動力沖擊作用。為保護用電設備與輸電線路免受短路電流破壞性沖擊，當短路電流的有效值一越過斷路器短路瞬時保護門限值，斷路器立即以一個極短的固定時間切斷線路，因此稱之為瞬時保護。實際由于斷路器開斷時間的限制，線路和斷路器自身必須承受沖擊短路電流峰值的沖擊。(4)(4)中性線保護中性線保護由于實際應用中中性相所用的電纜及電流特性和其它三相常

42、常有很大差別，智能控制器針對不同的應用情況可對中性線實施不同的保護。當中性線較細時，可采用半定值的方法保護；當中性線和其它相一樣時可采用全定值的方法保護；當電網中的諧波比較重時可采用雙倍定值或 1.5 倍定值的方法進行保護。其差異如下方表格所示。表 2-1 中性線保護類型中性線保護類型說明50%半中性線保護半中性線保護中性相過載故障時，保護動作點等于設定值的一半。中性相短路短延時故障時，保護動作點等于設定值的一半。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設定值中性相接地故障時，保護動作點等于設定值數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200322100%全中線保護全中線保護中性相過載故障

43、時，保護動作點等于設定值。中性相短路短延時故障時，保護動作點等于設定值。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設定值。中性相接地故障時，保護動作點等于設定值。150%1.51.5 倍中線保護倍中線保護中性相過載故障時，保護動作點等于設定值 1.5 倍。中性相短路短延時故障時，保護動作點等于設定值 1.5倍。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設定值。中性相接地故障時，保護動作點等于設定值。200%雙倍中線保護雙倍中線保護中性相過載故障時，保護動作點等于設定值 2 倍。中性相短路短延時故障時，保護動作點等于設定值 2倍。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設定值。中性相接地故障時，保護動作點等于設

44、定值。OFF無中性線保護功能無中性線保護功能(5)(5)接地保護接地保護接地故障可引起故障點或導體內的溫升，接地保護功能就是為了消除此類故障，有兩種接地故障保護方式。差值型（T）保護檢測零序電流，即相電流和中性線電流的矢量和，根據設備類型又可以分為 3P、4P 和 3P+N 三種。地電流型（W）保護通過互感器直接檢測接地電纜上的電流，互感器與斷路器間的最大距離可達 10 米。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200323圖 2-11 差值型（T）接地保護檢測原理圖圖 2-12 地電流型（W）接地保護檢測原理圖(6)(6)漏電保護漏電保護漏電保護防止人直接接觸外露導電部位，適用于設

45、備絕緣損壞導致的漏電故障，或人體接觸外露導電部位而導致的漏電故障，漏電脫扣值和斷路器額定電流無關。取信號的方式為零序取樣方式，需外加一只漏電互感器，由于其取樣是通過同一只互感器進行取樣，因此其取樣的精度較高，適用于較小電流的取樣，其輸出信號采用電流取樣的方式，便于提高抗干擾能力。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200324圖 2-13 漏電保護檢測原理圖(7)(7)電流不平衡保護電流不平衡保護電流不平衡保護對斷相和三相的電流不平衡進行保護，根據三相電流之間的不平衡率進行保護動作。(8)(8)電壓保護電壓保護電壓保護有通過附件欠電壓脫扣器和通過控制器檢測主回路電壓兩種保護方式。欠

46、電壓脫扣器只能實現欠壓情況下的保護。欠電壓脫扣器與開關電器組合在一起，當外施電壓下降，甚至緩慢下降至額定電壓的70%至 35%范圍內，與開關電器組合在一起的欠電壓脫扣器動作，使電器斷開。智能控制器從主回路探測電壓的方式，除欠電壓保護外，還可實現過電壓保護、電壓不平衡保護，并可根據需求設定保護方式為報警或者分閘。智能控制器測量一次回路電壓的有效值，當有一個數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200325線電壓小于設定值時，欠壓保護動作，當三個線電壓都大于返回值時報警動作返回；當有一個線電壓大于設定值時，過壓保護動作，當三個線電壓都小于返回值時報警動作返回；電壓不平衡保護根據三個線電壓

47、之間的不平衡率進行保護動作。(9)(9)頻率保護頻率保護智能控制器檢測系統電壓的頻率，對頻率過低或者過高進行保護，并可根據需求設定保護方式為報警或者分閘。(10)(10)逆功率保護逆功率保護逆功率保護取三相有功功率之和，當功率的流向和用戶設定功率方向相反，且大于設定值時，保護啟動，并可根據需求設定保護方式為報警或者分閘。(11)(11)相序保護相序保護相序檢測取自各相電壓，當檢測到的相序與相序保護設定方向相反時瞬時動作，當有一相或多相電壓不存在時，此功能退出，可根據需求設定保護方式為報警或者分閘。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200326三、三、數據中心常用低壓開關器件分類數

48、據中心常用低壓開關器件分類（一）（一）斷路器斷路器1.1.空氣斷路器（空氣斷路器（ACBACB）空氣斷路器（Air Circuit Breaker），簡稱 ACB，又稱框架斷路器或萬能式斷路器，一般額定電流為 630A-6300A。該類斷路器通常作為變壓器二次側的保護開關、母排聯絡開關或主配電回路進線保護開關。需要符合 B 類斷路器的要求，具備短路耐受能力，線路中發生短路故障時，通常由下級斷路器切除故障，保障非故障線路的供電連續性?？諝鈹嗦菲魍ǔＥ渲弥悄芸刂茊卧?，具備過載保護、短路短延時保護、短路瞬時保護及接地故障保護等基本保護功能。同時能夠測量回路中的電流、電壓及電能等重要電參量，配合通信附

49、件可實現本地斷路器狀態、電參量、故障信息和報警信息等數據的上傳?？諝鈹嗦菲魍ǔＳ梢韵虏糠纸M成：1)斷路器本體；2)斷路器抽架（如使用抽屜式產品）；3)智能控制單元（按保護、測量及通信等功能要求選擇具體型號）；數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003274)母排連接端子（通常有后水平和后垂直兩種接線方式）?？諝鈹嗦菲鞲郊愋捅姸?，通常有以下常用附件：1)遠程操作類：合閘線圈、分閘線圈、欠壓線圈、儲能馬達、遠程復位等；2)觸點指示類：位置輔助觸點、脫扣報警觸點、準備合閘觸點，抽架位置觸點等；3)安全保護及聯鎖類附件：分閘位置鎖、抽架鎖、按鈕鎖、門聯鎖、纜繩聯鎖等；4)其他：門框、外

50、置互感器、通信模塊等。圖 3-1 空氣斷路器（左）與塑殼式斷路器（右）2.2.塑殼式斷路器（塑殼式斷路器（MCCBMCCB）塑殼斷路器（Molded Case Circuit Breaker）,簡稱 MCCB，一般額定電流為 16-800A。該類斷路器通常作為變壓器二次側的保護開關，母排聯絡開關，主配電回路出線保護開關，或分配回路的進線保護開關。一般符合 A 類斷路器的要求，線路中發生故障時，需要和上下級斷路器實現選擇性配合，正確切斷故障電流，并且避數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200328免越級跳閘，在保證故障回路被正確切斷的同時保證非故障線路的供電連續性。塑殼式斷路器通常

51、具有過載長延時、短路短延時、短路瞬動的三段保護功能。還可以與漏電保護、測量、電操等模塊單元配合使用。在低壓配電系統中，常作為終端開關或支路開關。塑殼斷路器通常由以下幾部分構成：1)外殼，所有的零件都密封于塑料外殼中，外殼的關鍵的性能是保證斷路器的強度，絕緣和阻燃。2)脫扣單元，用于檢測故障電流，帶動操作機構做分閘，從結構的角度可以進一步分為熱磁式和電子式。3)分斷單元，用于斷開故障電流，從觸頭結構的角度可以進一步分為單斷點結構和雙斷點結構。4)操作機構，實現斷路器分合閘，脫扣和復位。5)塑殼斷路器的保護類型分為 N 種：配電保護、漏電保護（分為集成式和加裝模塊式）、接地故障保護、電動機保護、發

52、電機保護?，F在的配電系統要求斷路器除了能通斷電流實現電路控制和簡單的短路、過載保護外，還要能提供隔離和安全保護功能，特別是在針對人身、設備安全與配電系統的可靠性、節能等方面都提出了數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200329新的要求。因此，產品的開發設計需要重點考慮以下 4 個方面：1)人身安全，這是斷路器設計的紅線，在任何情況下需要保證操作人員的人身安全；2)針對電氣線路與設備的保護的可靠性，需要準確地檢測故障電流，并切斷故障電流；3)可靠的、不間斷的電力供應，需要準確斷開電流，并且避免越級跳閘和斷電區域擴大化；4)節能環保，以碳中和為目標。塑殼斷路器通常有以下附件：輔助觸點

53、、分勵脫扣器、欠壓脫扣器、操作手柄、電操、插入式接線端子、抽出式接線端子、絕緣附件等等。3.3.微型斷路器（微型斷路器（MCBMCB）微型斷路器能接通、承載和分斷正常電路條件下的電流，而且在規定的異常電路條件下，諸如過載、短路、漏電等故障電流也能接通、承載一定時間和自動分斷電流的機械開關電器。同時具備隔離功能。微型斷路器作為支路保護開關，額定電流通常在 125A 及以下。交流產品具有 1P、1PN、2P、3P、4P 產品可選，直流產品具備多電壓產品可選。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003301)斷路器本體正面具備可視化故障指示窗口，當斷路器因為過載、短路或其他故障電流而脫

54、扣時能夠直觀的進行本體指示。2)斷路器本體具備綠色指示條，可靠指示斷路器內部觸頭的狀態位置。3)斷路器結構能夠有效限制觸頭閉合時的能量釋放，不受外力控制機械速度，從而有助于防止設備過熱和老化，保障長時間運行的安全可靠。4)多極斷路器每一極都具備獨立的腔體，加強絕緣能力。5)斷路器端子應具備 IP20B 防護等級，有效保障人身安全。6)斷路器本體可根據需求搭配模塊化附件、例如：輔助觸點、分勵線圈、電動復位機構等電氣和機械附件。7)斷路器本體可根據需求搭配智能化模塊附件，實現監測、計量、控制等智能化功能。8)斷路器上下級之間可通過匹配表實現級聯和選擇性，提高產品分斷能力、保障供電連續性。9)輔助觸

55、點及故障指示觸點應選用匹配系統電流電壓的產品，內部觸頭不易受到環境污染，長時間工作保證的穩定性和可靠性。10)產品為綠色友好型產品，具有相應的 ROHS&REACH 等環境數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200331報告。（二）（二）隔離開關隔離開關隔離開關在分位置時，觸頭間有符合規定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志；在合位置，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規定時間內異常條件（例如短路）下的電流的開關設備。隔離開關的結構和原理：1)導電部分：包括觸頭、閘刀、接線座。主要起傳導電路中的電流，關合和開斷電路的作用。2)操動機構：通過手動、電動向隔離開關的動作提供能源。3)傳動機構：接

56、收操動機構的力矩，將運動傳動給觸頭，以完成隔離開關的分、合閘動作。隔離開關是一種主要用于隔離電源、倒閘操作、用以連通和切斷小電流電路，無滅弧功能的開關器件，在電力系統中其主要作用如下：1)隔離電源。在電氣設備檢修時，用隔離開關將需要檢修的電氣設備與帶電的電網隔離，形成明顯可見的斷開點，以保證檢修工作人員和設備的安全。2)倒閘操作。在雙母線接線形式的電氣主接線中，利用與母線相連接的隔離開關將電氣設備或供電線路從一組母線切換到數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200332另一組母線上去。按照隔離開關在電網中擔負的任務及使用條件，其基本要求有:1)隔離開關斷開點之間應有足夠的絕緣距離，

57、以保證在過電壓及相間閃絡的情況下，不引起擊穿而危及工作人員的安全。2)隔離開關應具有足夠的熱穩定性、動穩定性、機械強度和絕緣強度。3)結構簡單，動作要可靠。4)隔離開關應具備掛鎖功能，避免隔離檢修期間被誤操作。隔離開關與斷路器的配合原則：由于隔離開關沒有專門的滅弧裝置，只能用來分、合只有電壓而沒有負荷電流的電路，在電路中，為了避免隔離開關在帶負荷情況下進行操作而引起的電網事故，一般只能在斷路器斷開的情況下才允許拉、合隔離開關。因此在線路停、送電時的具體操作順序為：停電操作時，斷開斷路器后，先拉線路側隔離開關，后拉母線側隔離開關；送電操作時，必須先合母線側隔離開關，后合線路側隔離開關，再合上斷路

58、器。（三）（三）轉換開關電器轉換開關電器根據國家標準低壓開關設備和控制設備 第 6-1 部分：多功能數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200333電器 轉換開關電器（GB/T 14048.11）的定義，轉換開關電器（TSE）是指由一個或多個開關設備構成的電器，該電器用于從一路電源斷開負載電路并連接至另外一路電源。轉換開關電器根據短路能力分為 PC 級、CB 級和 CC 級。根據控制轉換的方式分為手動操作轉換開關電器（MTSE）、遠程操作轉換開關電器（RTSE）和自動轉換開關電器（ATSE）。根據結構分為專用型轉換開關電器（TSE-S）和派生型轉換開關電器（TSE-D）。在數據中心

59、行業的實際應用中，更多的指用于不同電源之間轉換的裝置或系統，并不局限于接入的電源數量、類型以及執行開關的數量。轉換開關電器的選型必須考慮負荷類型、負荷允許的最大斷電時間要求、轉換頻度、應用位置的預期短路電流等多種因素，具體可參照國家標準轉換開關電器（TSE）選擇和使用導則（GB/T31142）。轉換開關電器根據應用位置的不同一般劃分為電源端、配電端和負荷端，其中電源端通常指首級主配電的位置，即多個電源接入的第一級；負荷端通常指最終用電裝置距離最近的配電位置；電源端和負荷端之外的其他位置一般歸為配電端。當轉換開關電器應用于電源端時，在數據中心行業里最常見的接入電源是市電和柴油發電機組，因此通常用

60、于轉換市電與市電、數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200334市電與柴發電。通常由 TSE 管理柴油發電機組的起動、停機，柴油發電機組接收到 TSE 信號后進行起動和停機動作。在部分海外數據中心（例如美國）中，多個 ATSE 相互配合還能起到柴油發電機組容量管理的作用，可以根據電源容量、負荷率、負荷分級要求等因素自動調節負荷的接入和退出。在應用于單母線分段帶聯絡的主接線形式時，應特別注意與中壓電源轉換系統之間的配合，低壓主配電處的轉換開關電器應具備外部信號閉鎖轉換（和解除閉鎖）的功能，通過這樣的閉鎖和時間配合，避免 TSE 動作過程的相互干擾。在要求達到冗余或容錯等級的數據中心

61、里，應考慮轉換開關電器的在線可維護，根據國標圖集的要求和具體的配電架構選擇一體化雙旁路型轉換開關，避免因 TSE 造成單點瓶頸、降低整個供配電系統的可用性。當轉換開關電器應用于負荷端時，負荷主要被分為兩大類：消防類負荷和非消防類重要負荷。通常用于轉換市電與市電、市電與UPS（不間斷電源）電，其他情況相對少見。特別需要注意的是，為防止電源轉換過程中造成的中性線缺失問題，用于 UPS 上游的轉換開關電器應具備中性線重疊切換功能。（四）（四）接觸器與繼電器接觸器與繼電器接觸器和起動器屬于量大面廣的控制電器，主要用于頻繁接通或分斷交、直流主電路和大容量控制電器，其主要控制對象是電動數據中心低壓開關技術

62、白皮書ODCC-2023-0200335機，也可以用于控制其他電力負載，如電熱器、照明設備、電焊機、電容器組。接觸器和起動器可實現遠距離頻繁操作，與繼電器配合使用可實現多種控制及保護功能，例如延時操作、聯鎖控制、定量控制和欠壓失壓保護，接觸器和起動器已經被廣泛應用于自動控制電路中。1.1.接觸器的結構和原理接觸器的結構和原理接觸器由主體部分和附件構成。主體部分主要包括主觸頭、滅弧室、電磁系統、反力彈簧、支架、外殼等，附件則包括輔助觸頭、機械連鎖模塊、接口模塊、浪涌抑制模塊等。接觸器的工作原理：當電磁系統線圈通電而使銜鐵吸合時，常開主觸頭和常開輔助觸頭接通，常閉主觸頭和常閉輔助觸頭分斷，反力彈簧

63、儲能；電磁系統斷電銜鐵釋放時，則相反；當接觸器電磁線圈不通電時，彈簧的反作用力和銜鐵的自重使主觸頭保持在斷開位置（常閉接觸器則保持在閉合位置）。2.2.接觸器的主要特征接觸器的主要特征按照接觸器定義和功能，具有如下特點：1)操作方式為非手動操作，而采用電動或氣動等操作方式；2)僅有一個休止位置；數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003363)可遠距離、頻繁操作；4)電氣壽命和機械壽命長；5)除了欠壓（失壓）釋放外，不具有故障保護功能；6)正常工作時必須具有控制電源。3.3.接觸器的分類接觸器的分類接觸器用途廣泛，品種繁多，根據不同特點分類的方法很多，常見的分類方法有：1)按主觸

64、頭所控制的電路種類的不同，可以分為交流接觸器和直流接觸器；2)按主電路極數的不同，可以分為單極接觸器、兩極接觸器、三極接觸器和多極接觸器；3)按電磁接觸器吸引線圈電源性質的不同，可分為交流勵磁接觸器和直流勵磁接觸器；4)按滅弧介質的不同，可以分為空氣接觸器和真空接觸器；5)按使用類別的不同，可以分為通用接觸器、燈負載專用接觸器、電容器專用接觸器和空調專用接觸器等；6)按執行通斷功能型式的不同，可以分為電磁接觸器（有觸頭接觸器）、半導體接觸器（無觸頭接觸器）和混合接觸器（有觸數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200337頭和無觸頭結合的接觸器）。（五）（五）熔斷器熔斷器熔斷器是一種

65、當通過的電流超過規定值一定時間后，以本身產生的熱量使熔體熔斷，從而斷開電路的電器。熔斷器廣泛應用于高、低壓配電系統和控制系統以及用電設備中，作為短路和過載電流的保護器件，是應用最普遍的保護器件之一。1.1.熔斷器的結構和原理熔斷器的結構和原理熔斷器一般由熔斷體和熔斷器支持件組成，其中熔斷器支持件包括：底座和載熔件。熔斷體一般由：熔管、熔體、觸頭、蓋板、石英砂等組成。當電流超過規定值足夠長的時間，熔體會在某個或多個部位逐漸發生熔化并形成斷口，此時斷口處會產生電弧，然后通過周圍石英砂的滅弧作用，最終實現電路的開斷。2.2.熔斷器的特點熔斷器的特點熔斷器的主要特點有：1.限流特性好，分斷能力高，短路

66、電流開斷速度快2.相對尺寸小3.價格較便宜數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003384.故障后需要更換熔斷體5.正常運行時容易產生熱量，有一定功耗6.無法實現對電路分合的主動控制3.3.熔斷器的分類熔斷器的分類熔斷器根據不同特性分很多種類：1.根據電壓等級可分為高壓熔斷器和低壓熔斷器（1000V AC或1500V DC）。2.根據保護電路類型可分為交流熔斷器和直流熔斷器。3.根據保護對象可分為：通用保護熔斷體（主要是線路保護）、半導體保護熔斷體、電動機保護熔斷體、光伏系統保護用熔斷體、電池和電池系統保護用熔斷體等。4.根據分斷范圍可分為：部分范圍分斷能力熔斷體和全范圍分斷能力

67、熔斷體。（六）（六）電涌保護器及其保護開關電涌保護器及其保護開關電涌保護器根據所保護的系統類型主要分為用于低壓配電系統、用于電信和信號系統兩大類。用于低壓配電系統的電涌保護器主要遵循國家標準低壓電涌保護器（SPD）第 1 部分：低壓配電系統的電涌保護器性能要求和數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200339試驗方法（GB 18802.1）。用于電信和信號系統的電涌保護器主要遵循國家標準低壓電涌保護器 第 21 部分：電信和信號網絡的電涌保護器（SPD）性能要求和試驗方法（GB/T 18802.21）和低壓電涌保護器 第 22 部分：電信和信號網絡的電涌保護器（SPD）選擇和使用導

68、則（GB/T18802.22）。根據上述國家標準的定義，電涌保護器（SPD）是指用于限制瞬態過電壓和泄放電涌電流的電器，它至少包含一非線性的元件。用于低壓配電系統的電涌保護器分類：1)根據端口數分為一端口和二端口。2)根據 SPD 的設計類型分為電壓開關型、電壓限制型和復合型。3)根據 SPD 的試驗分為 I 類、II 類和 III 類。電涌保護器的選型必須考慮所處雷電分區、接地型式、被保護設備的耐壓要求等多種因素，具體可參照國家標準建筑物防雷設計規范（GB 50057）、建筑物電子信息系統防雷技術規范（GB 50343）和低壓電涌保護器 第 22 部分：電信和信號網絡的電涌保護器（SPD）選

69、擇和使用導則（GB/T 18802.22）。特別需要注意的是，位于室外環境、而在低壓配電系統又處于末端的被保護設備，例如屋頂的制冷設備等，在選擇配電系統電涌數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200340保護器時需考慮同時通過 I 類和 II 類試驗的、電壓保護水平匹配被保護設備要求的規格。在數據中心行業的實際應用中，低壓配電系統的防電涌普遍比較重視，而信號系統的防電涌重視程度則相對較低。在一些設置集中冷源的園區型數據中心項目中，管道在室外環境架設的情況也較常見，當這類管道設置儀表類元器件時也應考慮信號系統的防電涌措施。還有就是園區周界安防攝像設備等，可能受到雷電侵害的可能性較高，

70、尤其是數據中心被物理侵入造成影響和損失較大的，也應考慮信號系統的防電涌措施。電涌保護器前級的保護開關傳統上以采用微型斷路器、熔斷器或者塑殼斷路器為主，但這些用于配電的保護開關在應用于防電涌支路時，越來越多的案例暴露出問題，例如被雷電沖擊導致誤跳或爆裂、最終導致 SPD 失效，以及殘壓高無法實質保護設備等，因此需要應用電涌保護器專用保護開關來解決上述問題。該類專用保護裝置的選型必須考慮配電系統中 SPD 所處的位置、SPD接線形式等因素，也可以直接選用專用保護一體式 SPD。四、四、低壓開關分斷技術低壓開關分斷技術低壓開關接通、承載與分斷電路通常通過機械觸頭的電接觸與分離實現，分合閘過程中往往伴

71、隨電弧現象。這里以低壓斷路器作數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200341為低壓開關的代表，通過闡述低壓斷路器的基本結構組成，分析低壓開關分斷過程中的滅弧機理與技術。（一）（一）斷路器結構組成與分斷原理斷路器結構組成與分斷原理1.1.一般斷路器的結構組成一般斷路器的結構組成斷路器能接通、承載以及分斷正常電路條件下的電流，也能在所規定的非正常電路（例如短路）下接通、承載一定時間和分斷電流的一種機械開關電器，一般由傳感元件、執行元件和傳遞元件三部分組成。傳感元件傳感元件傳感元件又稱感受元件，能感受到電路中非正常的情況和操作人員的命令或其他繼電保護系統的信號，通過傳遞元件使執行元件動

72、作。傳感元件有許多類型，如熱雙金屬脫扣器、電磁式脫扣器和電子式脫扣器等，其動作原理不同。1)熱雙金屬脫扣器熱雙金屬脫扣器主要感受過載電流的大小，利用該電流通過熱雙金屬片使雙金屬彎曲而動作。通過熱雙金片的電流越大，它的彎曲變形越快越大，脫扣器的動作時間越短。形成反時限的保護特性。2)電磁式脫扣器數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200342電磁式脫扣器由電流線圈、鐵心、銜鐵和反力彈簧構成。當過電流通過電流線圈時，銜鐵上所產生的電磁力足以克服反力彈簧而吸向鐵心，產生瞬時動作。改變反力的大小可以改變動作電流值。多用于大短路電流的保護。如果用阻尼裝置(油阻尼器或鐘表延時機構)配合，亦可得

73、到延時動作。分勵脫扣器也是一種電磁式脫扣器，它由電壓線圈、鐵心、銜鐵和反力彈簧機構構成。由控制電源供電，它可以按照操作人員的命令或繼電保護信號使分勵脫扣器動作，從而使斷路器斷開。一臺斷路器可裝一個或兩個分勵脫扣器，以滿足控制的需要。失壓脫扣器或欠電壓脫扣器也是一種電磁式脫扣器，感受電源電壓的變化。當電壓正常時(額定電壓)，銜鐵處于吸合狀態。當電源電壓消失或降低至一定數值(一般為額定電壓的 35%)時，失壓或欠電壓脫扣器的電磁吸力不足以繼續吸持銜鐵，在反力彈簧的作用下，銜鐵被釋放而使斷路器分斷電路。3)電子式脫扣器電子式脫扣器由傳感器、電子電路和脫扣執行機構構成。電子式脫扣器可以方便地獲得長延時

74、、短延時、瞬時保護特性和接地保護等，具有明顯的優勢，同時發展迅速。電子式脫扣器的傳感器為電流互感器，裝在斷路器的主電路中，經適當的變比反應主電流的變化?；ジ衅饔袃煞N型式：其一為帶鐵數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200343心速飽和互感器，它的二次輸出可作為電子電路的工作能源，其低電流區線性較好，可用作采集電流變化信號；其二是無鐵心的空心互感器，主要用作信號采集，因為它的線性較好。為了提高脫扣器的可靠性和精確度可同時采用兩種互感器來組成采樣電路，例如現代智能型斷路器就采用這種方式。電子式脫扣器的脫扣執行機構可用分勵脫扣器、欠電壓脫扣器或磁通變換器來完成。采用分勵脫扣器是將電子電

75、路的最終觸發信號送至分勵器脫扣器，使分勵脫扣器吸合從而使斷路器分斷。同樣采用欠電壓脫扣器者是電子電路的最終觸發信號送至欠電壓脫扣器，將欠電壓脫扣器短接，使欠電壓脫扣器動作而使斷路器分斷。這兩種方式的優點是結構簡單，通用性強。其缺點是電子電路要提供較大的功率，且動作速度較慢，在傳統產品中較多采用。在新型智能脫扣器中則采用磁通變換器作脫扣執行機構，其消耗功率小，動作速度快，體積質量也小，工作可靠。所謂磁通變換器，是一種類似極化繼電器工作原理的電磁系統。當斷路器處于正常閉合位置時，磁通變換器的鐵心被永久磁鋼的吸力吸位。當出現過電流時，通過傳感器至微處理器處理過的信號使線圈有電流流過，提供一個反向磁通

76、，抵消了永久磁鋼的吸力，鐵心在反作用彈簧下彈出，推動機構的脫扣指使斷路器脫扣。由于造數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200344成反向磁通的電流極小，因而脫扣所需的功率很小。執行元件執行元件執行元件包括主觸頭和滅弧室，二次觸頭(輔助觸頭)也是一種執行元件。觸頭執行接通或分斷電路的任務，滅弧室用來配合觸頭執行任務、幫助熄滅觸頭分斷時產生的電弧。觸頭系統有多種類型。例如有單斷點觸頭、雙斷點觸頭(橋式觸頭)；主觸頭、弧觸頭。有時還有副觸頭(三擋觸頭)，并聯觸頭和單片觸頭并聯)，以及對接觸頭和插入式觸頭，要根據具體情況選用。傳遞元件傳遞元件傳遞元件是承擔力的傳遞、變換的部件，它包括傳動

77、機構、自由脫扣機構、主軸、脫扣軸等。斷路器的絕緣底座、外殼或框架屬承擔力的傳遞的部件，各種機械連桿承擔力的傳遞與變換。傳動機構將人力或電力變為合閘力，使斷路器閉合或斷開。主軸把三相或四相觸頭帶動一道閉合或斷開。脫扣軸則把各相的脫扣動作傳遞給機構使之脫扣。自由脫扣機構是低壓斷路器的一種特有性能，它把傳動機構和觸頭系統之間的聯系變為柔性聯系。當自由脫扣機構再扣時，傳動機構能直接帶動觸頭系統閉合。當自由脫扣機構脫扣時，則解鎖了傳動機構與觸頭系統之間的聯系，這時傳動機構不能帶動觸頭系統閉合。它應滿足:當閉合操作開始之后，若進行脫扣操作時，即使閉數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020034

78、5合命令繼續保持著，其動觸頭能回到并停留于斷開位置。以達到操作安全的目的。2.2.一般斷路器的動作原理一般斷路器的動作原理將上述傳感元件、執行元件和傳動元件合理地組合一起，可構成一臺斷路器。如圖 4-1，當反時針方向推動操作手柄時(手動傳動機構)，力經自由脫扣機構傳遞給傳動桿，使觸頭閉合。最后鎖扣將自由脫扣機構鎖住，被保護電路接通。為了實現過載和短路保護，三相(或四相)電路內串有熱磁式脫扣器或穿有電流互感器，當三相中任何一相或二相、三相出現過電流時，感受元件將動作。過電流不大時，熱雙金片慢慢彎曲(與電流大小成反比)，經過一定延時后推動牽引桿，使機構脫扣；當過電流大到足以克服銜鐵上的反力彈簧時，

79、銜鐵迅速拍合上磁軛，推動牽引桿，使機構瞬時脫扣(熱磁式)?；虍敵霈F過電流時，互感器的二次輸入超過整定值時(智能型)，過電流信號經運算處理后使機構脫扣?？蛇_到過載長延時、短路短延時，大短路電流瞬時動作的保護特性。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200346圖 4-1 熱磁式斷路器的結構原理傳動機構除手動外可帶電動傳動機構，電磁鐵和電動機操作都有應用。采用電動機傳動者一般都是儲能操動機構。即電動機轉動通過齒輪系統減速后將儲能彈簧壓縮或拉伸，直到能量儲足，然后將此能量釋放，推動機構快速閉合。裝有欠電壓脫扣器的斷路器可完成欠電壓保護。裝有分勵脫扣器的斷路器可實現遙控，可遠方發指令，令斷

80、路器分斷。以上各部件裝入一個塑料外殼中就成為一臺塑料外殼式斷路器。所有零部件裝入絕緣材料或金屬材料的框架中，就成為萬能式斷路器。（二）（二）低壓交流開關滅弧原理低壓交流開關滅弧原理交流電弧電流過零時，電弧的輸入功率為零，此時弧隙得不到能量，卻仍以熱對流、熱傳導等方式繼續散出能量，使弧隙溫度迅速下降，這樣弧隙的消電離作用將大大增強，電弧會暫時熄滅。在數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200347電弧電流過零以后，電弧可能再次重新燃燒，也可能就此熄滅。只要弧隙在電弧電流過零以后不再發生重燃，則電弧就會最終熄滅。因此，交流電弧電流過零為熄滅電弧創造了有利條件，相同條件下熄滅交流電弧要比

81、熄滅直流電弧更容易。從電弧電流過零時刻開始，弧隙上同時進行著作用相反而又相互聯系的兩個物理過程:一個是弧隙中電離氣體從導電狀態迅速轉變為絕緣狀態，使弧隙能夠承受電壓作用而不發生電弧重燃的過程，叫介質恢復過程，用介質恢復強度 Ujf;表示;另一個是由于電弧熄滅后電路被開斷，使弧隙兩端的電壓從零或反向電弧電壓上升到電源電壓的過程、叫電壓恢復過程，用恢復電壓 Uhf表示。圖 4-2 弧隙中的介質恢復過程和電壓恢復過程曲線顯然，介質恢復過程使弧隙的介質強度不斷增加，它將阻礙弧隙的重燃而使電弧最終熄滅;而電壓恢復過程使弧隙上的電壓升高，將可能引起電弧重燃。因此，電弧電流過零以后，交流電弧能否不發生重燃而

82、真正熄滅，將取決于介質恢復過程和電壓恢復過程的競數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200348賽。若介質恢復強度 Ujf的數值總是大于恢復電壓 Uhf的數值，則電弧趨于熄滅;若 Ujf在某一瞬間小于 Uhf，則電弧可能繼續燃燒。（三）（三）低壓直流斷路器分斷原理低壓直流斷路器分斷原理1.1.直流電弧的穩定燃燒點直流電弧的穩定燃燒點設有如圖 4-3 所示直流回路，E 為電源電動勢，L 和 R 分別為電路中的電感和電阻，C 為折算到弧隙兩端的線路分布電容。通常 C的數值很小，當電弧電壓變化不快時可忽略不計。當觸頭 1 和 2 之間存在電弧時，可寫出微分方程式:E=L+(4-1)對式(

83、4-1)移項，得L=(4-2)圖 4-3 帶有電弧的直流電路圖 4-4 直流電流的穩定燃燒點在圖 4-4 中，曲線 A-A 表示給定條件下電弧的靜態伏安特性，水平直線 ab 表示電源電動勢 E，直線 ac 與 ab 成一夾角。令數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200349=arctanR，則 ac 的高度表示 E-IhR。直線 ac 和曲線 A-A 交于 1、2 兩點。電弧穩定燃燒狀態時，電弧電流 Ih=常數，即=0，由式(4-1)知E=+(4-3)從圖 4-4 可見:1）在點 1 以左和點 2 以右的區域，直線 ac 的高度低于曲線A-A 的高度，即(E-IhR)-Uh0，得

84、 L0,得 L 0，所以，在這個區域內，Ih將隨時間的變化不斷增大。3）在點 1 和點 2 上，(E-IhR)-Uh=0，得 L=0，也就是 Ih為常數，電流 Ih不隨時間變化，電弧處于穩定燃燒狀態。由此可見，存在兩個穩定點:點 1 和點 2，分別對應于電流 I1和I2。但是經仔細分析可知，點 1 的穩定燃燒是虛假的。這是因為:當Ih=I1時，若有某種原因(例如弧長稍有變化)引起 Ih稍大于 I1，則電路工作狀態將背離點 1 進入點 1 和點 2 之間的區域，由于該區域L 0，于是 Ih將繼續增大，直到 Ih=I2;反之，若某種原因使 Ih數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200

85、350稍小于 I1，則進入 1 點以左的區域，此區域 L 0，因此 Ih將繼續減小直到電弧熄滅。點 2 的情況則完全不同:當 Ih=I2時，不論何種原因引起 Ih稍微偏離 I2，使電路工作狀態進人點 2 以右或以左的區域，Ih都會自動返回到點 2。由此可見，只有點 2 才是直流電弧的穩定燃燒點。2.2.直流電弧的熄弧條件直流電弧的熄弧條件在開關電器中，人們希望電弧不存在穩定燃燒點，從而促使電弧盡快熄滅。圖 4-4 表明，若使直流電弧不存在穩定燃燒點，必須使直線 ac與曲線 A-A 沒有交點。因此，直流電弧的熄滅條件為:E (4-4)式(4-4)說明，當電路中電源電壓不足以維持穩態電弧電壓和線路

86、上的壓降時，或者說，外界電路施加在弧隙兩端的電壓低于維持電弧穩態燃燒所需的電壓時，直流電弧趨于熄滅。3.3.直流電弧的滅弧方法直流電弧的滅弧方法根據直流電弧的熄滅條件，結合圖 4-4 可知，可以從兩個方面采取措施：一是增加回路電阻 R，使角增大、直線 ac 變成 ac；二是提高電弧的靜態伏安特性曲線 A-A，使其移至 A-A1 不與直線ac 相交。使穩定燃燒點不存在的措施如圖 4-5 所示。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200351圖 4-5 使穩定燃燒點 2 不存在的措施為了熄滅直流電弧，低壓開關電器通常采用提高電弧靜態伏安特性的措施。U=+=0+(4-5)其中 Uh為電弧

87、電壓，Uc為近陰極壓降，Ua為近陽極壓降，Uz為弧柱壓降，U0為近極壓降，U0=Uc+Ua，E、l 分別為弧柱的電場強度和長度。由電弧電壓公式(4-5)可知，提高直流電弧的靜態伏安特性，即增大 Uh，可以采取以下措施:(1)增大近極壓降 U0采用 n 個平行排列的金屬柵片將電弧分割成 n+1 個串聯的相對較短的短弧，如圖 4-6 所示。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200352圖 4-6 用金屬柵片將電弧分割成串聯短弧由于每一個短弧都有一個近極壓降 U0，則總的電弧電壓 Uh為U=(+1)0+(4-6)式中，n 為串聯的短弧數;為全部短弧的長度之和。（2）增大電弧長度 l工程

88、中常用的具體方法如下1)用機械的方法增加觸頭之間的距離，如圖 4-7 a)所示。2)依靠導電回路自身的磁場或外加磁場使電弧橫向拉長，如圖4-7 b)所示。3)在磁場的作用下，使弧根在電極上移動以拉長電弧，如圖 4-7 c)所示。圖 4-7 增加弧長的方法數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200353(3)增大弧柱的電場強度 E1)增大氣體介質的壓力 p。在高氣壓氣體介質中，Ih=1-20A 時，弧柱的電場強度 E(V/cm)為E=c(105)(4-7)式中，p 為氣體介質的氣壓(Pa);c、n 和 m 均為常數。對于空氣，c=80，n=0.6，m=0.31;對于氫氣，c=400，

89、n=0.7.m=0.32。由式(4-7)可知，相同條件下提高氣體介質的壓力 p，可以增加弧柱的電場強度 E。當氣體介質的壓力升高以后，電弧內部帶電粒子的濃度增加，其平均自由行程減小，動能減小，使碰撞電離困難，電弧熱傳導及熱對流的散熱效果也越強，因此不易產生電離，導致弧柱的電場強度 E 上升。2)增大電弧與流體介質之間的相對運動速度 v。電弧與其周圍氣體介質之間的相對運動方式包括:電弧在磁場作用下在靜止的流體介質中橫向運動、采用高速運動的流體介質橫吹或縱吹電?。ㄈ鐖D4-8 所示），進而達到提高電弧電壓的目的。圖 4-8 強迫吹弧示意圖數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200354在

90、 1 個大氣壓的空氣中，銅電極間橫向運動的電弧，當v200m/s、Ih600A 時，弧柱的電場強度 E(V/cm)與電弧運動速度 v的關系為E=9.2(+10)(4-8)3)采用絕緣柵片。使電弧與耐弧的絕緣柵片(如陶土)密切接觸，依靠電弧與絕緣柵片之間的熱傳導作用，加強電弧的冷卻效果，使復合能力增加、弧柱的電場強度 E 增加。（四）（四）低壓開關分斷技術手段低壓開關分斷技術手段從電路通斷的載體形式上來看，低壓開關可以分為機械開關、固態開關和復合開關三類。三種類型通斷技術手段各有差異。1.1.機械開關機械開關機械開關用來接通電路的載體一般稱為動、靜觸頭，通常動、靜觸頭都是由導電性和表面耐候性優異

91、的金屬材料制成。接通操作時，動、靜觸頭物理接觸接通電路；分斷操作時，動、靜觸頭分離，絕緣的滅弧介質填充在動、靜觸頭之間使電路斷開。機械開關接通或斷開過程中，電路其他部件中儲存的電荷會釋放出來在動、靜觸頭之間形成電弧。因此機械開關的分斷始終圍繞著熄滅電弧和阻止電弧重燃兩個話題。低壓領域中的機械開關通常采用空氣和真空作為滅弧介質。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200355在空氣開關中一般采用動、靜觸頭分離時拉長和分割電弧來分斷電路，利用空氣填充在觸頭之間阻止電弧重燃。真空開關中則是利用真空管（或稱真空滅弧室）中動靜觸頭分離時，真空的優良絕緣性熄滅電弧、抑制電弧再生（真空環境中離子

92、體極少，其密度不足以形成電離橋，極難形成電?。﹣矸謹嚯娐?。因此同類型同規格的真空開關比空氣開關的開距（機械開關斷開狀態下，動、靜觸頭之間的距離）通常要小。對于低電壓、較小電流負載的開關，在分斷過程中產生的電弧較小，僅依靠動、靜觸頭之間距離的拉開，無需額外的滅弧手段即可讓電弧自行熄滅。對于較高電壓和較大電流甚至短路電流下，尤其是直流和感性、容性負載較多的電路中，電弧就非常難以熄滅，必須采用很多手段才能達到目的。在空氣開關分斷過程中，很重要的一點就是限流，通過限制電流的上升至電流下降最后到電弧熄滅（電弧是電流的一種體現形式）。本小節以下介紹在低壓空氣開關主要用到的分斷技術手段和一些大電流接通時的技

93、術手段。電弧電阻限流電弧電阻限流低壓空氣開關在電路正常和非正常電流的分斷中，依靠電弧電阻的壓降限流是使用最為普遍且有效的方法。1）串聯雙（多）斷點，增加初始電弧段數量，目前主流的限流斷路器多采用串聯雙斷點結構，有平行運動的雙斷點形式，也有旋數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200356轉運動的雙斷點形式。在直流斷路器中有串聯使用多個斷點的結構。各種串聯雙（多）斷點結構的根本目的是為了增加分斷時電弧的數量，以產生更多的電弧壓降。2）通過提高起弧速度和電弧移動速度來加快電弧電阻接入電路速率、通過拉長和分割電弧、強行冷卻電弧來增加整體電弧電阻。提高起弧速度主要利用電流流過導體時的磁電效

94、應，合理設置動靜觸頭導體的結構和位置，充分利用導體間的電動力，保證觸頭在大電流來臨時克服觸頭壓力斥開。常用措施有：U 形靜觸頭結構。靜觸頭為半固定方式，在大電流來臨時動、靜觸頭可相互斥開。該類措施應用在開關的短路分斷中。提高電弧移動速度和拉長電弧通常是通過在觸頭系統中設置引弧角或引弧片，并對電弧進行磁吹或氣吹實現。引弧角或引弧片可起到引導電弧和加速弧根移動的作用。磁吹或氣吹是運用外加磁場或氣壓差來加強電弧的移動速度并拉長電弧。磁吹的主要措施有：環繞觸頭周圍加裝導磁板，導磁板在電弧電流下磁化產生的磁場，提供磁吹力；設置專用的線圈或永磁體進行磁吹，一般應用在直流開關中。氣吹通常是在觸頭周圍的側壁設

95、置絕緣產氣材料，并保證觸頭與滅弧室所在的腔體有合理的氣道和一定的氣密性。產氣材料在電弧高溫下降解產生的氣體將裹帶電弧朝滅弧室中運動。氣吹也能起到冷卻電弧的作用。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200357分割和強行冷卻電弧的主要措施為：在滅弧室中應用窄縫、橫隔板、迷宮或鐵磁柵片式等結構。電弧在這些結構中被切成數段且與固體介質接觸被冷卻。依靠拉長和分割電弧來達到限流目的的方法與觸頭的開距和分斷速度關系很大。一定電流規格的產品在體積限制下，開距不會有太大的變化。觸頭的分斷速度與觸頭和操作機構的運動速度有關。除了提高產品機構固有的動作速度外，常用提高觸頭和機構運動速度的措施有：利用高

96、速運動的瞬動電磁鐵通過推桿撞擊動觸頭使之加速分離。利用觸頭斥開時產生的膨脹氣體通過一個氣動機構加速操作機構脫扣運動。事實上觸頭的分斷速度達到一定的程度就很難繼續提高，人們需要去尋找其他的限流方法。產品固有材料電阻限流產品固有材料電阻限流該技術手段顧名思義是利用提高產品內部導電零件的電阻來進行限流的方法。當然實現的前提是產品的溫升能夠達到要求，因此該方法通常用于小電流規格的低壓斷路器產品。方案如下：斷路器的接觸板等導電材料使用銅鋼復合材料或黃銅代替純銅，一方面增加了整個產品的限流電阻，另一方面增加了觸頭的結構強度。由于導電材料電阻發熱的影響，該方案較適合應用于 40A 以下的斷路器中。這里介紹一

97、下銅鋼復合材料的優勢。省銅、成本低。比如室數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200358溫下厚度比為 8%T284%Q2358%T2（質量比約為 17.8%T282.2%Q235）的銅鋼復合板 20下電阻率約為 7.03cm，常用黃銅電阻率與之相近的牌號為 H62（20電阻率 7.1cm），而前者的成本僅為后者的 70%左右。并且隨著未來加工工藝的繼續提高和銅資源的緊張，銅鋼復合材料的成本優勢會更加明顯。結構強度好。由于中間有一層鋼板，同樣厚度的銅鋼復合板強度通常會高于黃銅和純銅。焊接后不易變形。銅材料焊接驟冷后往往會變軟易發生形變尤其是無支撐的 U 型靜觸頭，而銅鋼復合板焊接后

98、與焊接前硬度和強度變化較小?？稍鰪姶艌?。在一些斷路器的觸頭系統中，銅鋼復合板中的鋼鐵材料在電流下磁化，可增強在滅弧時對電弧的磁吹效果。斷路器起過載保護作用的熱元件采用直接加熱或混合加熱形式，將熱元件的電阻串入產品中增加了整個產品的限流電阻。該方案一般應用于 100A 以下的斷路器中。外接電阻限流外接電阻限流在產品的進線端或進出線端都額外增加電阻性負載限流器，用以增加大電流產生時產品的電阻值。1）變阻限流器限流額外加裝通過正常工作電流時呈現為低阻態、通過大電流時呈現為高阻態的變阻限流器。例如 PTC 電阻限流器利用了 PTC 材料的數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200359正溫

99、度系數非線性電阻特性。流過限流器的是正常負載電流時，PTC材料發熱小，溫度低，電阻??；當出現大電流時，PTC 材料急劇發熱并膨脹，熱量無法迅速散發導致溫度急劇上升，在微秒級時間內電阻急劇增加；當大電流切除一段時間后，PTC 材料的熱量得到散發，溫度降低，又恢復到低電阻狀態。該種限流器在低壓領域作為附件安裝在一些斷路器的進線端。2）穩態電阻短時接入限流（大電流接通時的技術手段）在產品的進線端或進出線端都額外加裝較大電阻零件，電阻零件通常為一段鐵基（鐵鉻鋁等）合金材料的金屬電阻限流線，在預期出現大電流前接入電路，電流恢復正常后切出電路。該種類型的限流方式大量使用在切換電容器交流接觸器接通操作中。在

100、電力系統中使用并聯電容器進行無功補償時，在電容器接入電網的瞬間會產生高峰值和高頻率的浪涌沖擊電流，其峰值可達到并聯電容器額定工作電流的 15 倍以上?？刂撇⒙撾娙萜魍度雸绦械难b置通常為交流接觸器，普通交流接觸器在浪涌電流的沖擊下很容易造成主觸頭熔焊。切換電容器交流接觸器的線圈通電時，先接通串有限流電阻線的輔助觸頭，它把電力電容器通過串聯電阻線接入電路，從而有效地限制浪涌電流峰值；數毫秒以后，浪涌電流降低、接觸器主觸頭才閉合，此時電阻線被短接；再經歷數毫秒，串聯電阻線的輔助觸頭斷開，將其切出電路。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200360熔體分斷熔體分斷熔斷器與其他機械開關差異

101、較大。正常情況下，它依靠其他開關切斷電路。異常大電流下，它利用熔體熔化分解，絕緣介質（比如石英砂、空氣等）填充至進出導電部件之間使電弧冷卻熄滅。2.2.固態開關固態開關固態開關是利用三極管、MOSFET、IGBT、可控硅等功率半導體元件的飽和區與截止區之間的特性差異，通過在兩種狀態之間切換，實現電路開關狀態的切換。固態開關與機械開關相比的優點是反應靈敏、無電弧、無噪音、操作頻率高、壽命長、抗沖擊振動能力強，缺點是通態功耗高、過載能力差、工作溫度范圍相對窄、斷開狀態存在泄漏電流。一般而言，在直流和操作較頻繁的電路應用中，固態開關在正常負載和低倍過載電流的通斷操作時更具優勢。由于固態開關的缺點也很

102、明顯，因此通常與機械開關配合使用。固態開關中固態斷路器內置有電流檢測裝置，常為錳銅、霍爾傳感器等，可在納秒級別檢測到短路或過載電流來臨。電流傳感器提供信號給關斷電路，由關斷電路操作固態元件關斷，從檢測到完成電路斷開的時間可控制在微秒級別。小電流規格的固態斷路器通常不帶選擇性保護，由于斷開速度快，采用空冷散熱片足以滿足需數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200361求。大電流規格的固態斷路器如帶選擇性保護，需要承受短時耐受電流產生的巨大熱量，在分斷過程中過熱現象較機械斷路器更為顯著，因此常配備帶風扇的空冷系統甚至液冷系統。固態斷路器也可以利用諧振電路和 PTC 變阻限流器來提高短路

103、分斷能力。固態繼電器在使用時，易因過流、過壓和負載短路造成內部功率半導體元件永久損壞?？稍陔娐分写撾姼薪档碗娏髯兓俾?、增加快速熔斷器或機械斷路器進行過流和短路保護，可內置壓敏電阻或 RC 吸收回路進行過壓保護。3.3.復合開關復合開關復合開關是固態開關與機械開關的集成，是利用固態開關的無弧、高壽命的特點接通和分斷電路正常負載，利用機械開關的低通態功耗來保持電路。比如上海諾雅克電氣的 NEV 系列直流繼電器就屬于這類產品?；旌祥_關通斷正常負載電流的技術手段與固態開關基本相同。復合開關與機械開關和固態開關相比，優點是無電弧、壽命長、通態功耗低、斷開無泄漏電流，缺點是開關速度相對較慢、成本高、需

104、要依靠額外的短路電器保護。圖 4-9 是一種單相復合開關的簡化電氣原理圖，電路接通順序如下S2 閉合-晶閘管導通-S1 閉合-雙向晶閘管關斷-S2 斷開，電路斷開順序如下S2閉合-晶閘管導通-S1 斷開-雙向晶閘管關斷-S2 斷開。圖4-10 是一種三相復合開關的簡化電氣原理圖，電路接通順序如下數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200362S3 三聯開關閉合-B、C 相晶閘管按相位順序導通-S4 雙聯開關閉合-晶閘管關斷，電路斷開順序如下B、C 相晶閘管導通-S4雙聯開關斷開-B、C 相晶閘管按相位順序斷開-S3 三聯開關斷開。圖 4-9 復合開關 1圖 4-10 復合開關 26

105、3數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003五、五、低壓開關特性與參數低壓開關特性與參數（一）（一）額定電壓額定電壓1.1.額定工作電壓額定工作電壓斷路器正常工作下的電壓，一般要高于或等于系統電壓。標準規定中表征額定工作電壓即在規定條件下，保證電器正常工作的工作電壓值。2.2.額定絕緣電壓額定絕緣電壓額定絕緣電壓指的是在規定條件下，用來度量電器及其部件的不同電位部分的絕緣強度，電氣間隙和爬電距離的標準電壓值。GB14048.1-2012 中表征額定絕緣電壓是一個與介電試驗電壓和爬電距離有關的電壓值，在任何情況下最大的額定工作電壓值不應超過額定絕緣電壓值。若電器沒有明確規定額定絕緣

106、電壓，則規定的工作電壓的最高值被認為是額定絕緣電壓值。3.3.額定沖擊耐受電壓額定沖擊耐受電壓在規定的條件下，電器能夠耐受而不擊穿的具有規定形狀和極性的沖擊電壓峰值，該值與電氣間隙有關。電器的額定沖擊耐受電壓應大于或等于該電器所處的電路中可能產生的瞬態過電壓規定值。額定沖擊耐受電壓優選值見表 5-1。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200364表 5-1 沖擊耐受電壓額定沖擊耐受電壓Uimp(kV)試驗電壓和相應的海拔U1.2/50s(kV)海平面200m500m1000m2000m0.330.50.81.52.5468120.350.550.911.752.954.87.39

107、.814.80.350.540.91.72.84.87.29.614.50.350.530.91.72.84.779.3140.340.520.851.62.74.46.79140.330.50.81.52.546812（二）（二）額定電流額定電流對斷路器而言,額定電流就是額定不間斷電流(Iu)（見 GB/T14048.1-2012 中 4.3.2.4），并且等于約定自由空氣發熱電流(Ith)。1.1.約定自由空氣發熱電流約定自由空氣發熱電流約定自由空氣發熱電流是不封閉電器在自由空氣中進行溫升試驗時的最大試驗電流值(見 GB14048.1-2012 8.3.3.3 溫升試驗部分)。不封閉電器是

108、指制造商不提供外殼的電器或制造商提供的外殼是構成完整電器的一部分，但該外殼通常不預期單獨作為電器的防護外殼。封閉電器可參照 ABB OTDCP 系列產品外殼。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200365約定自由空氣發熱電流值應至少等于不封閉電器在 8h 工作制下最大額定工作電流值。8h 工作制意指電器的主觸頭保持閉合且承載穩定電流足夠長時間使電器達到熱平衡，但達到 8h 必須分斷的工作制，該工作制是確定電器的約定發熱電流 Ith 和 Ithe 的基本工作制。自由空氣應理解為在正常的室內條件下無通風和外部輻射的空氣。約定自由空氣發熱電流值并非開關額定電流值,不強制在開關電器上標志

109、。2.2.額定工作電流額定工作電流 IeIe電器的額定工作電流由制造商規定,額定工作電流的確定應考慮到額定工作電壓、額定頻率,額定工作制,使用類別(詳見 5.8)和外殼防護的型式(如有)。額定工作制包含 8h 工作制、不間斷工作制、斷續周期工作制或斷續工作制、短時工作制和周期工作制。對于直接開閉單獨電動機的電器：額定工作電流指標可在考慮額定工作電壓的條件下由該電器所控制的電動機的最大額定輸出功率指標代替或補充。制造商會提供規定工作電流與工作功率(如有)間的關系，供用戶選用開關時參考。3.3.額定不間斷電流額定不間斷電流額定不間斷電流是由制造商規定的開關能在不間斷工作制下承載的電流值。不間斷工作

110、制意指沒有空載期的工作制，電器的主觸數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200366頭保持閉合且承載穩定電流超過 8 h(數周數月甚至數年)而不分斷。數據中心大多數負載設備符合不間斷工作制。不間斷工作制區別于8h 工作制、因為氧化物和灰塵積聚在觸頭上可導致觸頭過熱。因此電器用于數據中心不間斷工作制設備保護時應考慮采用降容系數或采用特殊設計(例如用銀或銀基觸頭)。（三）（三）額定分斷能力額定分斷能力斷路器的額定短路分斷能力是制造商在規定的條件及額定工作電壓下對斷路器規定的短路分斷能力值。額定短路分斷能力規定為額定極限短路分斷能力 Icu 與額定運行短路分斷能力 Ics。應根據有關產品

111、標準的規定及考慮額定工作電壓和額定工作電流來確定額定分斷能力。電器應能分斷小于和等于其額定分斷能力的任何電流值。1.1.額定極限短路分斷能力額定極限短路分斷能力額定極限短路分斷能力指斷路器成功分斷而不會被損壞的最高故障電流；按規定的試驗程序所規定的條件下，不要求斷路器連續承載其額定電流能力的分斷能力。按照 GB14048.2 8.3.5.3 規定，被損壞是指極限短路分斷能力實驗之后需要驗證介電耐受能力和過載脫扣器動作等，其中任一環節出現問題均認定為斷路器損壞不合數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200367格。斷路器的額定極限短路分斷能力是制造商按相應的額定工作電壓規定斷路器在規

112、定的條件下應能分斷的極限短路分斷能力值。它用預期分斷電流表示，在交流情況下用交流分量有效值表示。極限短路分斷能力 Icu 的試驗程序是：OtCO，O 表示一次分斷操作，CO 表示閉合操作后經一適當時間間隔緊接著一次分斷操作。t 表示兩個相繼的短路操作之間的時間間隔。該時間間隔應為3min 或斷路器的復位時間。試驗線路如果處于 O 程序，斷路器處于分斷狀態。CO 試驗時使斷路器合閘，然后立即分斷。這里的合閘 C 是考核斷路器在經受了接通電流（峰值電流）以后，是否會因為峰值電流產生的電動斥力沖擊和熱沖擊而損壞。如果斷路器能夠在合閘后立即分斷，并且還能熄滅電弧，則說明該斷路器的 CO 試驗成功。2.

113、2.額定運行短路分斷能力額定運行短路分斷能力額定運行短路分斷能力 Ics 指斷路器能夠分斷的最大短路電流；按規定的試驗程序所規定的條件下，要求斷路器連續承載其額定電流能力的分斷能力。斷路器的額定運行短路分斷能力是制造商按相應的額定工作電壓規定斷路器在規定的條件下應能分斷的運行短路分斷能力值。它數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200368用預期分斷電流表示,或用 Icu 的百分數表示(例如 Ics=25%Icu)。Ics 至少應等于 25%Icu。運行短路分斷能力 Ics 的試驗程序是：O-t-CO-t-CO，即分斷延時閉合后立即分斷延時閉合后立即分斷。與極限短路分斷能力 Icu

114、 的試驗程序相比，運行短路分斷能力Ics 的試驗程序多了一個 CO。當試驗順利完成后，還需要做工頻耐壓驗證、溫升驗證、過載脫扣器性能驗證和操作性能驗證。操作性能驗證是在同樣的工作電壓加載了額定電流，讓斷路器反復操作的次數為電壽命的 5%。運行短路分斷能力試驗合格的判定標準是每個試驗程序都合格，并且斷路器的外殼不應破碎，但允許有裂縫。（四）（四）短路特性短路特性1.1.額定短路耐受電流（熱穩定電流）額定短路耐受電流（熱穩定電流）IcwIcw開關電器的短時耐受電流 Icw 是一個測量值，它代表了該型開關電器導電材料和觸頭能夠承受的短路電流最大熱沖擊。從短時耐受電流的定義看，短時耐受電流就是當線路發

115、生短路時低壓開關電器能夠在一段時間內承載和忍受的最大發熱電流，它表征了低壓開關電器對于短路電流的熱穩定性。對于交流，此電流為預期短路電流交流分量的有效值,并認為在短延時時間內是恒定的。與額定短時耐受電流相應的短延時應不小數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200369于 0.05 s,其優選值為 0.05s-0.1s-0.25s-0.5s-1s額定短時耐受電流應不小于表 5-2 所示的相應值。表 5-2 額定短時耐受電流最小值額定電流 In(A)額定短時耐受電流 Icw 的最小值(kA)In2500In250012In 或 5，取較大者302.2.額定短路接通電流額定短路接通電流

116、IcmIcm電器的額定短路接通能力是在額定工作電壓,額定頻率、規定的功率因數(交流)或時間常數(直流)下由制造商對電器所規定的短路接通能力電流值。在規定的條件下，它用最大預期峰值電流表示。額定短路接通能力 Icm 是一個瞬時量，它是低壓開關電器能夠承受的最大電流，盡管低壓開關電器流過此電流后可能已經損壞。額定短路接通能力 Icm 表征了開關電器對于短路電流的動穩定性。（五）（五）脫扣器與脫扣曲線脫扣器與脫扣曲線脫扣器是指與斷路器機械上相連的（或組成整體的），用以釋放保持機構并使斷路器自動斷開的裝置。在斷路器內部有四種脫扣器，也即熱脫扣器、磁脫扣器、分勵脫扣器和欠壓脫扣器。1.1.熱脫扣器熱脫扣

117、器熱脫扣器提供熱保護，熱保護也就是過載保護，其安秒曲線為數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200370過載長延時 L 保護特性。熱保護：電流經過脫扣器時熱元件發熱（直熱式電流直接過雙金屬片），雙金屬片受熱變形，當變形至一定程度時，推動牽引桿旋轉從而帶動機構動作切斷電路。2.2.磁脫扣器磁脫扣器電磁脫扣器一般用于短路保護，其安秒特性曲線有短路短延時S 保護特性和短路瞬時 I 保護特性。電磁脫扣器實際上是一個磁回路。線路中通過正常電流時，電磁鐵產生的電磁力小于彈簧的拉力形成的反作用力，銜鐵不能被電磁鐵吸動，斷路器正常運行。當線路中出現短路故障時，電流超過正常電流的若干倍，電磁鐵產生的

118、電磁力大于彈簧的反作用力，銜鐵被電磁鐵吸動通過傳動機構推動自由脫扣機構釋放主觸頭。主觸頭在分閘彈簧的作用下分開切斷電路起到短路保護作用。3.3.欠壓脫扣器欠壓脫扣器欠壓脫扣器用在主回路的欠電壓保護中。欠壓脫扣器多采用螺線管式電磁鐵，其外形亦做成和分勵脫扣器、閉合電磁鐵的外形一致，以便安裝到斷路器上。其性能必須保證大于等于 85%Un 吸合。在零電壓釋放時就是失壓脫扣器，在小于等于 35%Un 釋放時稱為欠壓脫扣器。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200371按欠壓脫扣器上電方式有自吸式和助吸式兩種：自吸式要求接上電壓時脫扣器吸合，失電時，脫扣器動作，安裝較方便；助吸式的優點是在

119、斷路器斷開時不帶電，只有當斷路器閉合時脫扣器才帶電，有利于節能。下圖分別為框架斷路器、塑殼斷路器和微型斷路器欠壓脫扣器。圖 5-1 欠壓脫扣器4.4.分勵脫扣器分勵脫扣器分勵脫扣器用于遠距離操作低壓斷路器分閘控制。對于分勵脫扣器的要求：在 70%-110%額定電壓時可靠地使斷路器脫扣。它的電磁線圈獨立于斷路器的電源，由控制電源匹配相應的分勵脫扣器（分勵脫扣器具有多種控制電壓）。需要進行分閘操作時，按動常開按鈕使分勵脫扣器的電磁鐵得電吸動銜鐵，通過傳動機構推動自由脫扣機構，使低壓斷路器脫扣。下圖分別為框架斷路器、塑殼斷路器和微型斷路器分勵脫扣器。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02

120、00372圖 5-2 分勵脫扣器5.5.脫扣器保護類型脫扣器保護類型目前配電定義的脫扣器帶的基本保護類型有長延時保護（熱保護），短路短延時保護（磁保護），短路瞬時保護（磁保護），接地保護和漏電保護。一般脫扣器分為二段保護（長延時+瞬時），三段保護（長延時+短延時+瞬時），四段保護（長延時+短延時+瞬時+接地）。過載長延時保護：一般用來對過負荷進行保護，保護基于電流的有效值（RMS）。表 5-3 框架過載長延時整定值整定值熱記憶時間電流 Ir時間 TR準確度10%（0.4-1.0）In+OFF整定步長：1A15s、30s、60s、120s、240s、480s30min（ON）、OFF注:t-1.

121、5Ir 時的動作時間,過載長延時動作時間:t=(1.5Ir)2TR/I2；ON-打開該功能，OFF-關閉該功能；熱記憶功能：ON 時，在規定 30min 時間內具有該功能；大于規定時間熱記憶數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200373清除，或者控制器輔助電源斷電亦可清除熱記憶。需要關閉此功能（OFF），訂貨須說明。短路短延時保護：短延時保護防止配電系統的阻抗性短路，此類短路一般是由于線路局部短路故障產生的，一般電流會超出過載的范圍，但短路電流又不是很大。短路短延時的跳閘延時是為了實現選擇性保護。短路短延時保護是基于電流真有效值（rms）的保護，可分成兩段：反時限段，定時限段；進

122、一步加強了與下級保護裝置的配合?？刂破鞫搪范萄訒r保護有兩種方式：一種為定時限保護（I2tOFF），當故障電流大于整定值按整定延時定值延時動作，延時時間與電流值無關；另一種為反時限加定時限保護（I2tON），當 IsdI8Ir 時，按反時限保護，延時動作時間與故障電流值有關，電流值越大，延時時間越短，但反時限動作時間不會小于短延時定時限的延時設定值，當 I8Ir 時，控制器自動轉換為定時限保護。具有熱記憶特性的控制器熱效應是積累的。表 5-4 框架短路短延時整定值整定值熱記憶時間電流時間準確度10%Isd（1.5-15）Ir+OFF 整定步長：1A-99ATsd0.1s、0.2s、0.3s、0.

123、4s15min（ON）、OFF數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200374注:I2t：ON 時，IsdI8Ir,則 tsd=(8Ir)2Tsd/I2具有反時限特性；當 I8Ir時具有定時限特征；I2t：OFF 時，當 IIsd 時，特性為定時限。短路瞬時保護：瞬時保護功能防止配電系統的金屬性固體短路，此類故障一般為相間短路故障，短路電流比較大，需要快速斷開。表 5-5 短路瞬時整定值參數名稱整定范圍整定步長動作電流設定值 IiOFF+（1.0-20）In1A-99A接地保護功能：接地保護適用于因設備絕緣損壞導致的故障，一般用于中性點直接接地系統?？刂破鞲鶕嗷蛩南嚯娏魇噶亢停?/p>

124、T：差值型）進行保護，保護特性為定時限，根據斷路器極數分為3PT、4PT 和（3P+N）T 三種形式。（3P+N）T 需增選外接 N 相互感器。表 5-6 接地保護整定值整定值電流 Ig時間 Tg（0.21.0）In+OFF 整定步長：1A0.1s0.4s；整定步長：0.1s注：1）三極斷路器接地特性關閉，用戶可根據需要重新設定整定值。但要求三相電流平衡。2）報警輸出：報警時控制器上的故障燈閃爍。如果用戶需報警信號輸出，需增訂信號單元 S1。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200375圖 5-3 斷路器控制器6.6.脫扣曲線脫扣曲線脫扣曲線，是斷路器速斷脫扣器的動作特性曲線?？?/p>

125、架斷路器脫扣曲線如下：1)過載長延時特性曲線公式：t=（1.5Ir）2Tr/I2；2)短路短延時反時限特性曲線公式：當 IsI8Ir 時，則tsd=(8Ir)2Tsd/I2；3)短路短延時定時限特性曲線公式：當 IIsd 時，tsd=Tsd（0.1s、0.2s、0.3s、0.4s）；數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003764)接地保護定時限特性曲線公式：當 IIg 時，tg=Tg（0.1s、0.2s、0.3s、0.4s）圖 5-4 控制器長延時、短延時和瞬時保護特性曲線（I2t ON）圖 5-5 控制器長延時、短延時和瞬時保護特性曲線（I2t OFF）數據中心低壓開關技術白

126、皮書ODCC-2023-0200377圖 5-6 控制器負載監控電流特性曲線（方式一）圖 5-7 控制器負載監控電流特性曲線（方式二）數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200378圖 5-8 接地保護塑殼斷路器脫扣曲線如下：1)過載長延時特性曲線公式：tr=（2Ir）2Tr/I2；2)短路短延時反時限特性曲線公式：當 1.5IsdIIsd 時，則 tsd=(1.5Ir)2Tsd/I23)短路短延時定時限特性曲線公式：當 IiI1.5Isd 時，tsd=Tsd（0.06s、0.1s、0.2s、0.3s）4)接地保護反時限特性曲線公式：當 1.1IgI2Ig 時，則 t=（2Ig）2

127、Tg/I25)接地保護定時限特性曲線公式：當 IIg 時，t=Tg（0.1s、0.2s、0.3s、0.4s）數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200379圖 5-9 三段式保護脫扣特性曲線圖 5-10 接地保護特性曲線數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200380微型斷路器脫扣曲線分為 B、C、D 等，各自的含義如下：1)B 曲線：脫扣電流為(3-5)倍額定電流（GB/T 10963.1），脫扣電流為 4(120%)倍額定電流（GB/T 14048.2）,適用于保護短路電流小的負載（如無感或微感電路）；2)C 曲線：脫扣電流為(5-10)倍額定電流，脫扣電流為 8(

128、120%)倍額定電流（GB/T 14048.2）,適用于保護配電線路以及具有較高接通電流的照明線路；3)D 曲線：脫扣電流為(10-14)倍額定電流，脫扣電流為 12(120%)倍額定電流（GB/T 14048.2）,適用于保護具有很高沖擊電流的設備，如變壓器電磁閥等；數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200381圖 5-11 微型斷路器脫扣曲線（GB10963.1）數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200382圖 5-12 微型斷路器脫扣曲線（GB14048.2）（六）（六）安裝與應用安裝與應用1.1.安裝環境特性安裝環境特性1)周圍空氣溫度開關通常應用在周圍空氣

129、溫度上限不超過+40，且其 24h 內的平均溫度值不超過+35；下限為-5的環境中。對不具有外殼的電器，周圍空氣溫度是指存在其周圍的空氣溫度。對具有外殼的電器,周圍空氣溫度是指外殼周制的空氣溫度。對于使用在周圍空氣溫度高于+40(如在車間、鍋爐房,熱帶國家)或低于-5(例如-25該要求是按 GB7251.1 對用于戶外的低壓成套開關設備和控制設備提出的)的電器應根據有關產品標準(如適用時)或根據制造商和用戶的協議進行設計和使用。開關制造商樣本數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200383中給出的數據可以代替上述協議。2)海拔開關安裝地點的海拔通常不超過 2000m，對用于海拔高于

130、 2000m的電器，需要考空氣冷卻作用和介電強度的下降。高海拔對電器的影響是多方面的。一方面，當海拔增加時，空氣密度降低，散熱條件變壞，使電器和開關設備在運行中的溫升增加，但空氣溫度則隨海拔的增加而相應遞減，其值足以補償由于海拔增加對高壓電器溫升的影響。因而在高海拔（不超過 4000m）地區使用時，電器和開關設備的額定電流可以保持不變。另一方面，海拔增加時，由于空氣稀薄氣壓降低，空氣絕緣強度減弱，對于空氣絕緣的電器，其絕緣水平降低。因此對于高海拔環境應用的開關電器，需要重點考慮溫升和外絕緣的問題。3)濕度最高溫度為+40時,空氣的相對濕度不超過 50%，在較低的溫度下可以允許有較高的相對濕度，

131、例如+20時達 90%。對由于溫度變化偶爾產生的凝露應采取特殊的措施。4)污染等級污染等級分為四級，開關的選用應匹配根據當地環境污染等級。數據中心室內的低壓配電開關可根據室內空氣質量治理效果進行選數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200384擇。污染等級 1：無污染或僅有干燥的非導電性污染。污染等級 2：一般情況僅有非導電性污染，但是必須考慮到偶然由于凝露造成短暫的導電性。污染等級 3：有導電性污染，或由于凝露使干燥的非導電性污染變為導電性的。污染等級 4：造成持久性的導電性污染，例如由于導電塵?；蛴暄┧斐傻奈廴?。2.2.防護等級防護等級防護等級將電器依其防塵防濕氣特性加以分級

132、。IP 防護等級是由兩個數字所組成，第 1 個數字表示電器防塵、防止外物侵入的等級(這里所指的外物含工具，人的手指等均不可接觸到電器之內帶電部分，以免觸電)，第 2 個數字表示電器防濕氣、防水浸入的密閉程度，數字越大表示其防護等級越高，詳見（GB/T 14048.1-2012 中附錄 C）。3.3.安裝數量安裝數量成套設備的所有電路能夠單獨地連續承載其額定電流但是任一電路的電流承載能力可能受到相鄰電路的影響。熱量的相互影響會數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200385導致熱量傳入或傳出臨近的電路。所以斷路器的安裝數量隨著排布產品數量增多而需考慮降容問題；斷路器安裝時，分為并排安

133、裝和上下安裝，考慮斷路器之間飛弧距離，一般要求大于飛弧距離空間，微型斷路器飛弧距離較小，可以采用并排安裝，但要考慮并排安裝散熱情況，根據廠家提供并排安裝降容系數，選用可以并排斷路器數量?？蚣?、塑殼并排安裝數量，應考慮足夠的飛弧距離空間進行并排安裝。上下安裝考慮足夠的飛弧距離和導線或母排彎折空間、安裝空間。（GB-7251.3）表 5-7 計算負荷值出線電路數量計算負荷系數2-30.84-50.76-90.6100.5表 5-8 小型斷路器并排降容系數斷路器并排數量12-34-56-910電流降容系數10.90.80.70.6（七）（七）使用類別使用類別電器的使用類別確定電器的用途，有關產品標準

134、應該規定使用數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200386類別。使用類別由以下一個或多個使用條件來表征：電流，用額定工作電流的倍數標識；電壓，用額定工作電壓的倍數表示；功率因數或時間常數；短路性能；選擇性；其他使用條件（如適用）低壓開關設備和控制設備的使用類別詳見（GB/T 14048.1-2012中附錄 A）。87數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003六、六、低壓開關應用低壓開關應用（一）（一）低壓開關的選擇性及后備保護低壓開關的選擇性及后備保護1.1.低壓斷路器的選擇性低壓斷路器的選擇性(1)(1)選擇性原理選擇性原理選擇性是從供電系統連續性角度衡量上、下級

135、斷路器之間的協調配合。根據 GB/T14048.2-2020 的條款 2.17.1，選擇性是指兩臺或多臺過電流保護電器的一種動作特性的配合，例如一臺保護電器在規定限值的過電流情況下實現過電流保護，另外的保護電器不動作。在發生過電流故障時，只有離故障點最近的電源側斷路器動作而電源側上游的斷路器承載該故障電流保持不動作。上游斷路器保持不動作既可以是故障電流沒有達到過電流動作的閾值，也可以是電流雖然達到閾值，但是故障持續的時間尚未達到上游保護動作設置的延時，此時，過電流故障由下級斷路器以比上級斷路器設定延時更短的時間先快速切除。理想的選擇性配合應當是，在確保安全的前提下，對于小于斷路器額定短路分斷能

136、力或者上下級串聯組合裝置短路分斷能力的過電流故障，均由離故障點最近的電源側斷路器以最快的速度動作切除，并滿足“穩”、“準”、“快”三原則：數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200388-“穩”是不應跳閘的上級保持穩定可靠，不發生越級誤動作。-“準”是應跳閘的下級準確可靠跳閘切除并隔離故障。-“快”是故障切除、隔離應以最快的速度完成。如圖所示，理想的選擇性配合應該是 A 點的故障由斷路器 D1 快速切除，D2 保持不動，B 點的故障由斷路器 D2 切除，且以最快的速度切除更妥。圖6-1 選擇性對于確保供電連續性和快速故障定位至關重要對于數據中心，由于負載性質的特殊性，對供電連續性要

137、求是極高的，因此選擇性配合對于數據中心尤為重要。(2)(2)選擇性極限選擇性極限根據 GB/T14048.2-2020 選擇性極限電流 Is 的定義為：負載側保護電器總的時間電流特性與其他保護電器的弧前時間電流特性（指熔斷器）或脫扣時間電流特性（指斷路器）相交的電流坐標。在選擇性極限電流以下，如有兩臺串聯的過電流保護電器，負數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200389載側的保護電器及時完成其分斷動作，以防止其上一級保護電器開始動作（即保證了選擇性）。在選擇性極限電流以上，如有兩臺串聯的過電流保護電器，負載側的保護電器可能不及時完成其分斷動作而不能防止其上一級保護電器開始動作（即

138、不保證選擇性）。兩臺斷路器之間的選擇性根據選擇性極限電流與安裝點預期短路電流之間的關系，可分為部分選擇性和全選擇性：1)全選擇性：最大為下游斷路器的預期短路電流；2)部分選擇性：根據斷路器特性，最大為某個給定值。通俗理解，當系統某點的最大短路電流低于系統中該點斷路器之間配合的選擇性極限時，全選擇性得以實現。應對系統所有類型故障進行選擇性檢查，常見的故障包括：1)過載2)短路3)接地故障考慮到系統可能有不同電源（如電網或發電機組），因供電容量的不同，在不同情況下都應該檢查選擇性，此類選擇性稱為網絡選擇性。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200390根據選擇性實現手段的不同，有如下

139、幾種選擇性實現方式：1)電流2)時間3)能量4)邏輯(3)(3)基于電流的選擇性基于電流的選擇性上下級配合時，利用電流的差值實現選擇性，過電流只能引起串聯配合的下級動作，而不足以造成上級動作，則此時上下級的配合對于該范圍的電流具有電流選擇性。如圖中陰影部分為電流選擇性區域。圖6-2 斷路器配合的電流選擇性(4)(4)基于時間的選擇性基于時間的選擇性時間選擇性，顧名思義，是通過斷路器動作的時間差實現選擇性配合。上下級串聯時的電流既可以引起上級斷路器脫扣，也可以數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200391引起下級斷路器脫扣，但上級脫扣的時間大于下級脫扣的時間，發生過電流故障時，因下

140、級脫扣時間快于上級，只有下級動作而上級保持不動，從而實現選擇性。斷路器之間的時間選擇性常通過上級人為的短路延時實現，如圖陰影部分區域。圖6-3 斷路器配合的時間選擇性(5)(5)基于能量的選擇性基于能量的選擇性能量脫扣作為一種特殊的脫扣方式，獨立于斷路器常規的過載、短路短延時（如有）和瞬動脫扣保護，等效于電流不可調的更高倍數（25In）的瞬動保護，只有當短路產生的能量達到一定的脫扣閾值以后方可快速脫扣，脫扣速度也快于斷路器常規的瞬動脫扣。借助斷路器能量脫扣閾值不同，可以在不同額定電流等級的上下級斷路器之間實現能量選擇性。能量選擇性只適用于帶有專用能量脫扣裝置的斷路器，尤其是短路電流超過上級瞬動

141、保護之后，從時間-電流特性曲線上判斷，上下級斷路器之間不再具有選擇性，但通過脫扣能量曲線判斷，上下級選擇性依然能夠實現，如圖所示。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200392圖6-4 斷路器配合的能量選擇性(6)(6)基于邏輯信號的選擇性基于邏輯信號的選擇性邏輯選擇性依托于上下級之間的時間選擇性，是對上下級已實現的時間選擇性的優化，與時間選擇性的區別在于能夠通過邏輯信號定位故障所處的位置，根據故障的位置閉鎖上游斷路器和觸發緊鄰上游斷路器動作，實現不同位置的故障均以瞬動的速度脫扣，可更好地滿足理想配合“穩”“準”“快”的原則，避免了時間選擇性中不必要的人為延時，相應地減小人為延時

142、造成的損失和帶來的風險。邏輯選擇性實現的具體原理是當斷路器檢測到故障時，將輸出閉鎖信號給緊鄰上級斷路器并檢查自身是否收到緊鄰下級斷路器的數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200393閉鎖信號。如果收到緊鄰下級斷路器的閉鎖信號，該斷路器將在其短路延時時間內保持閉合，由其下游斷路器切除故障。如果沒有接收到下級的閉鎖信號，即便是該斷路器設置了延時，此斷路器也將瞬時脫扣，而其緊鄰的上級因收到其發送的閉鎖信號而在短路延時時間內保持閉合。圖6-5 斷路器配合的邏輯選擇性(7)(7)過載和短路的選擇性判別的基本規則過載和短路的選擇性判別的基本規則選擇性的判斷通常采用理論計算或比較脫扣曲線和試驗

143、驗證兩種方式，理論是根據 GB/T25842.2-2012 條款 5.1.1.1，通過對比時間-電流特性曲線來驗證，并且考慮斷路器動作的誤差。斷路器的保護脫扣器一般有熱磁式和電子式兩種形式，不同脫扣器之間在過載和短路區域實現選擇性時，其脫扣器額定電流或者制定閾值一般應滿足如下設定可在過載與短路區域內實現選擇性配合。在超過上級瞬動保護之后的選擇性難以再通過時間-電流特性曲數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200394線判斷，試驗驗證是根據 GB/T25842.2-2012 條款 5.1.1.2 要求，應按照 GB/T14048.2-2020 附錄 A 和 GB10963.1-200

144、5 附錄 D 的方法通過特性比較或者試驗的方法來確定斷路器之間的選擇性。斷路器制造商應提供選擇性配合表或者數據庫供用戶查驗校對。2.2.后備保護與選擇性增強后備保護與選擇性增強(1)(1)后備保護后備保護后備保護，又稱為級聯，是從供電系統安全性角度衡量上、下級斷路器之間的協調配合。根據 GB/T14048.1-2012 條款 2.5.24，后備保護是兩個串聯的過電流保護電器之間的一種過電流配合，電源側保護電器（一般是電源側但并非一定是電源側電器）在有/無另一保護電器的幫助下實現過電流保護，并防止另一個保護電器的過負荷。后備保護是系統位于保護裝置下游的預期最大短路電流超過了保護裝置自身的額定短路

145、分斷能力（額定短路分斷能力包括額定極限短路分斷能力 Icu 和額定運行短路分斷能力 Ics，下同，通常應滿足 Ics=100%Icu），在此情況下，位于保護裝置上游的保護裝置應有充足的短路分斷能力，不僅能分斷上下游保護裝置之間的最大預期短路電流，也能夠幫助下游保護裝置分斷高于其額定短路分斷能力的最大預期短路電流。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200395斷路器之間是否有后備保護，可以通過限流曲線和允通能量曲線比對，也可以按照 GB/T14048.2-2020 附錄 A 的方法驗證，通常制造商直接提供級聯表或者數據庫供參考。比如：在線電壓為 400V 的系統中，通過查級聯表可知

146、，NSX250H 的上游斷路器可將下游 NSX100F 的短路分斷能力從 36kA 提升至 70kA。這樣，極限分斷能力為 36kA 的 NSX100F 可以安裝使用在預期短路電流為 50kA 的位置。圖6-6 后備保護技術對提高短路分斷能力的作用(2)(2)后備保護增強選擇性后備保護增強選擇性斷路器之間實現后備保護時，上下級之間可以有選擇性，也可以沒有選擇性。通常來說，后備保護是通過上級保護裝置快速脫扣限制短路電流峰值和能量實現的，因此，后備保護與選擇性之間似乎是矛盾的，但事實上，采用限流及限流特性衍生出的能量脫扣技術不僅可以實現后備保護，并且可以增強選擇性。GB/T14048.2 附錄 A

147、 條款 6.3 的規定，按照試驗驗證串聯組合數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200396裝置的后備保護時，按照預定用途短路電流（串聯組合裝置通過級聯提升后的分斷能力 Icucomb）結果有三種情況：-超過下級斷路器分斷能力的電流至組合裝置短路分斷能力Icucomb，上、下級斷路器同時脫扣，僅做后備保護，不做選擇性增強。-高于下級斷路器分斷能力的某個值以下的電流，只有下級脫扣，在該值以上，上下級同時脫扣，此時不僅有后備保護，并且選擇性得以部分增強。-超過下級斷路器分斷能力的電流至組合裝置短路分斷能力Icucomb 的任意電流，只有下級脫扣而上級不脫扣，不僅做后備保護，并且選擇性提

148、升到了后備保護的水平。例如，額定電壓 400V AC 下，下級下游最大預期短路電流Iscmax=60kA，上級采用 NSX250H Mic2.2 250 可以將下級 NSX100FTM-D25 的額定短路分斷能力從 36kA 提升至 70kA（Icucomb），并且兩者上下級配合之后的選擇性極限也為 70kA，等于后備保護下串聯組合裝置的短路分斷能力，組合裝置可以分斷 60kA 的預期故障電流，并且只有下級脫扣。因此，此時的配合不僅做后備保護，而且選擇性也得以全部增強。增強的選擇性一般需要查閱制造商提供的選擇性配合表，難以通過脫扣曲線判斷，因為在該區域脫扣曲線已經重合無法區分。數據中心低壓開關

149、技術白皮書ODCC-2023-0200397（二）（二）低壓開關選型方法低壓開關選型方法1.1.進線及母聯斷路器的選型進線及母聯斷路器的選型(1)(1)分斷能力的選擇分斷能力的選擇數據中心變壓器典型容量=2000kVA 或 2500kVA，阻抗電壓百分數=6%，因此低壓側出線的對稱三相穩態短路電流 滿足：=3400(6-1)計算得=48.1kA 或 60.1kA。因此，斷路器的分斷能力應滿足：=100%(6-2)進線及母聯斷路器通常會關閉短路瞬時保護，以實現短路保護區間的時間選擇性。所以，斷路器的短時耐受電流應滿足：(6-3)(2)(2)保護功能的選擇保護功能的選擇進線及母聯斷路器應具備基本的

150、三段保護，即過載長延時保護L、短路短延時保護 S 以及短路瞬時保護 I。此外，還可以參考系統的接地型式，按需配置接地故障保護 G。有一種故障情況我們必須考慮，即當短路故障點位于水平母排數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200398或垂直母排時，進線 ACB 會按照設定的短延時后動作（如 0.3s），此時可能會導致一種風險，即短路電流的熱效應造成母排強度受損，下面解釋這一現象。參考 GB/T 35698.1 2017 短路電流效應計算第 1 部分：定義和計算方法附錄 A.11 有關短路電流對導體產生熱效應的公式：=120201+20(20)1+20(20)(6-4)公式符號說明：為

151、導體額定短時耐受電流密度，且（為熱等效短路電流、A 為導體橫截面積）為額定短路時間為短路起始時導體溫度為短路結束時導體溫度20、c、20均為導體材料決定的常數，其值見下表：表6-1 導體材料常數符號SI 單位銅鋁合金鋼芯鋁絞線鋼cJ(kg K)390910480數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-0200399kg/38 9002 7007 850201/(m)5610634.81067.25106201/K0.00390.0040.004 5以銅導體為例，設起始溫度=20(若起始溫度不是 20,公式需要做相應調整)，將上式轉換為：e=20+e(IthA)220Tkr20c120(6

152、-5)當配電系統確定時，上式可看作 關于 的函數。顯然隨著 增長，呈指數式增長。若 超過下表規定限值，可能會導致母排強度受損（母排為裸銅）。表6-2 母排短路最高溫度推薦值導體類型短路時最高溫度推薦值（）實芯或絞合裸導體：銅，鋁，或者鋁合金200實芯或絞合裸導體：鋼300因此，需要一種方式來實現：當母排短路時，在不影響選擇性的前提下，以最快的速度切除母排上的短路故障。區域選擇性聯鎖（ZSI）便是為了解決這一問題。（區域選擇性聯鎖覆蓋的保護范圍包含短路短延時保護和接地故障保護，此處僅討論短路短延時保護時的 ZSI 原理）。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003100圖 6-7

153、區域選擇性聯鎖（ZSI）原理圖Z1-Z5 為空氣斷路器的二次接線端子，短接 Z4 和 Z5，以屏蔽接地故障保護 ZSI 功能；短接 Z3 和 Z4，以終止 ZSI 功能。6 個二極管各司其職，以保證信號的正常輸出，此處不展開。討論市電正常時的情況：故障點 1：進線斷路器 QF1 監測到短路故障，同時搜索下游的ZSI 信號。此時下游無 ZSI 信號，則 QF1 拒絕執行 0.3s 短延時，而執行無延時脫扣；故障點 2：進線斷路器 QF1 和饋線斷路器 QF4 均監測到短路故障，QF1 接收到 QF4 發出的 ZSI 信號，因此執行 0.3s 短延時；QF4未接收到 ZSI 信號，因此拒絕執行 0

154、.1s 短延時，而執行無延時脫扣。綜上，進線及母聯斷路器應具備 L、S、I 三段保護，宜具備區域選擇性聯鎖，應根據低壓系統接地型式決定是否使用接地故障保護。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003101(3)(3)極數的選擇極數的選擇數據中心低壓配電系統常采用 TN-S 接地型式，且多電源各自接地。進線和母聯斷路器極數的選擇有兩種方式：1)進線和母聯斷路器均采用 4P；2)進線斷路器采用 3P、母聯斷路器采用 4P。下圖所示為進線和母聯斷路器均采用 4P。優勢：無雜散電流；劣勢：當市電中斷，進線斷路器分閘之后、母聯斷路器合閘之前的時間段內，中性線失去了零電位參考點（大地），末端

155、服務器可能因“零地電壓”過高而宕機甚至燒毀。（可通過在 UPS 輸出側加隔離變壓器解決這一問題）圖 6-8 進線和母聯斷路器均采用 4P 結構下圖所示為進線斷路器采用 3P，母聯斷路器采用 4P。優勢：電源系統切換時中性線始終有零電位參考點（大地），末端服務器不受影響。劣勢：當系統處于一路市電中斷、母聯斷路器合閘的狀態時，數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003102存在雜散電流。如下圖，紅色為中性線電流正常的路徑，紫色則為雜散電流的路徑。圖 6-9 進線斷路器采用 3P 結構和母聯斷路器采用 4P 結構2.2.UPSUPS 輸入輸出斷路器的選型輸入輸出斷路器的選型下圖所示，為

156、數據中心 IT 類負荷 2N 配電架構中的 UPS-A 路，采用多機并聯，正常工作時并機的 UPS 均分負荷。由于 UPS 單機功率常500kVA，故選擇空氣斷路器作為保護和隔離元件。與 UPS 直接相關的斷路器有以下五類：MBB：維修旁路斷路器，選用 4P，并機的所有 UPS 共用一個維修旁路；SSIB：靜態旁路斷路器，選用 3P；UIB：輸入斷路器，選用 3P；UOB：輸出斷路器,選用 3P；BB：電池斷路器，選型將在后面詳細討論。由于 UPS 距離變壓器的距離并不遠，可參考變壓器的容量與阻數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003103抗電壓來選擇斷路器的分斷能力，如典型的

157、 2500kVA 變壓器，意味著 MBB、SSIB、UIB、UOB 的分斷能力應65kA。保護功能為 LSI 三段保護。圖 6-10 UPS 斷路器選型關于電池斷路器 BB 的選型，應依據以下電池參數：額定電壓：以最常見的密封式閥控鉛酸蓄電池（VRLA）為例，單體電池電壓為 12V，常采用 40 或 48 節串聯，故電池組的額定電壓 為480V 或 576V，則 最 大 均 充 電 壓 為564V或677V（480*1.175=564，576*1.175=677V，1.175 為經驗值）。因此 BB的額定電壓應高于 564 或 677V。我們以主流廠家的直流空氣斷路器為例，其單極額定電壓為 2

158、50V，我們可以通過 3P 或 4P 串聯來實數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003104現所需的額定電壓，如下圖：圖 6-11 UPS 電池組開關極數選型額定電流：額定電流取決于 UPS 的功率，以最常見的 500kVAUPS 為例，UPS 工作在蓄電池供電模式，當電池始終工作在滿負載狀態下且已達到放電終止電壓時，此時的電流最大，參考某主流 UPS廠家的產品手冊，其 500kVA UPS 對應的滿負載和最小電池電壓下的電池電流為 1356A，因此斷路器的額定電流必須大于該值；表 6-3 某主流廠家 UPS 產品手冊（部分）參 數值滿負載時的放電終止電壓(VDC)384無負載

159、時的放電終止電壓(VDC)420滿負載和額定電池電壓時的電池電流(A)1085滿負載和最小電池電壓時的電池電流(A)1356紋波電流5%C20(5 分鐘運行時間)電池測試手動/自動(可選)最大短路額定值30 kA數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003105分斷能力：電池的短路電流等于電池電壓除以內阻，再根據并聯組數相加便可得最大短路電流；同樣以上述廠家的 500kVA UPS 為例，手冊給出的最大短路額定值為 30kA,因此斷路器的分斷能力必須大于 30kA;保護功能：兩段保護，L 過載長延時保護、I 短路瞬時保護。當前，數據中心預制化交流電力模塊已廣泛應用，從設計思路上來區

160、分，可分為產品設計思路和工程設計思路。典型的產品設計思路省去了 UPS 輸入斷路器和輸出斷路器，取而代之的是通過集成在 UPS 內部的隔離開關+熔斷器實現系統的隔離和過電流保護。從成本角度來看，這種做法的確降低了初始投資成本；然而從系統的安全性、可靠性層面以及運維的可操作性層面來看，這種思路卻存在可靠性低、運維不便等劣勢。具體總結如下：圖 6-12 工程設計思路數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003106圖 6-13 產品設計思路可維護性較差：傳統的工程設計思路，當并機的某臺 UPS 出現故障時，可以通過斷開對應的輸入斷路器（UIB 和 SSIB）與輸出斷路器（UOB），將該

161、 UPS 徹底電氣隔離進行檢修，而其余并機的 UPS依舊正常工作（如從正常工作時的 4 臺均分負荷變為 3 臺均分負荷，系統依然工作在 2N 的容錯架構下）；若采用隔離開關方案，則當某臺 UPS 故障時，需要斷開低壓總進線開關，此時 UPS 系統從原來的2N 架構變成了 N 架構，可靠性降低。此外，當隔離開關需要運維時，由于 3-4 個隔離開關緊湊地安裝在狹小的空間內，且通過銅排與母排連接，更換隔離開關時也需要斷開低壓總進線，不僅增加了運維時間，運維時 UPS 系統也從原來的 2N 架構變成了 N 架構，可靠性降低。擴大故障范圍：傳統方案，當某臺 UPS 輸入側短路，則該臺UPS 對應的輸入斷

162、路器（UIB 或 SSIB）保護脫扣，此時負荷將由其他并機的 UPS 均分，系統仍為 2N 容錯架構；而隔離開關+熔斷器方案，若 UPS 輸入側發生短路或隔離開關與功率模塊或靜態旁路模塊數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003107熔斷器之間的連接母排發生短路，則會導致整路市電鏈路失電，擴大了故障范圍?？赡軣o法實現反向饋電保護：當市電中斷、電池供電時，需要UPS 具備反向饋電保護功能。傳統方案，通過斷開 SSIB 即可實現這一目的；而隔離開關+熔斷器方案，常通過手動操作隔離開關來斷開回路。極端情況下，若靜態旁路的晶閘管被擊穿且熔斷器尚未熔斷，由于隔離開關無法分斷較大的電流，此時

163、會造成輸入側的電擊風險（除非斷開整路 UPS 的輸入斷路器）。靜態旁路熔斷器與輸出塑殼斷路器的選擇性配合可能無法實現：當安裝位置越靠近變壓器時，那么流經配電設備（如斷路器，熔斷器，負荷開關，電纜，母線等）的短路電流就越大，對 UPS 主回路及靜態旁路中保護分斷設備的分斷或耐受性能要求就越嚴苛。當UPS 輸出側短路時，會自動切換至靜態旁路；由于饋線柜距離變壓器較近，以 2500kVA、阻抗電壓為 6%的變壓器為例，MCCB 饋線處的預期最大短路電流超過 50kA，靜態旁路熔斷器采用快熔，當下游饋出出線短路時，因為快熔的動作時間比斷路器動作要快，大概率會出現靜態旁路的熔絲熔斷與下游保護設備的選擇性

164、難以保證。也即：一旦發生短路故障，下游的 MCCB 還沒有動作，上游的熔絲已經先行熔斷，對運維來說，需要排查的故障范圍變大，故障平均修復時間MTTR 變長。同時熔絲的更換也比較麻煩，更換 UPS 內部的熔絲可能需要廠家的技術支持，等待售后工程師到場，這樣的設計實際是人數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003108為增加了故障的恢復時間。圖 6-14 熔斷器時間-電流曲線3.3.末端塑殼斷路器的末端塑殼斷路器的選型選型從 UPS 的輸出配電柜饋線斷路器到精密列電柜輸入斷路器常采用塑殼斷路器，以 100kW 精密配電柜為例，見下圖：數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02

165、003109圖 6-15 精密列頭柜開關選型由于精密配電柜的功率是 100kW，故可選擇額定電流為 250A 的塑殼斷路器 QF1 和 QF2。為實現過載長延時保護的電流選擇性，可將 QF2 的過載長延時電流 Ir 整定為 200A，QF1 的 Ir 整定為 250A。參考各主流合資和國產品牌塑殼斷路器的脫扣器參數整定范圍，得出以下共性：熱磁脫扣器的磁脫扣電流閾值滿足：Ii10In；電子脫扣器的短路短延時脫扣電流閾值滿足：Isd10In,且瞬時脫扣電流閾值滿足：Ii15In。這 意 味 著 當QF2下 游 短 路 電 流 超 過3.75kA（15In=15*250A=3.75kA）時，QF1

166、和 QF2 都一定會進入短路瞬時保護區間，此時 QF1 和 QF2 之間無選擇性，即可能發生越級跳閘，脫扣曲線見下圖。對于數據中心來說，UPS 輸出配電柜常位于低壓配數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003110電室或 UPS 配電室，而精密配電柜位于機房內，對應的運維工作很可能由不同部門來負責，這意味著彼此之間的溝通可能不會很及時，也就給故障排查與恢復供電增加了難度。圖 6-16 QF1 與 QF2 脫扣曲線然而，如果 QF1 的短路瞬時保護功能可以關閉，QF1 與 QF2 之間的選擇性配合極限便會顯著提升，甚至可能實現實際意義上的全選擇性（即選擇性極限電流大于 QF2 下游

167、可能出現的最大短路電流）。脫扣曲線見下圖。圖 6-17 QF1（關閉瞬時保護）與 QF2 脫扣曲線數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003111下圖所示為數據中心動力負荷典型的分配電架構。電動機功率為 30kW，分配電箱進線選擇額定電流為 250A 的 MCCB，饋線選擇100A 的 MCCB。那么，當饋線 MCCB 下游發生短路，其與進線 MCCB 之間是否能實現全選擇性？圖 6-18 數據中心典型動力配電架構MCCB 屬于 A 類斷路器（部分廠家在樣本中標注其 MCCB 為 B 類斷路器，但其 Icw 值往往遠小于線路中可能出現的最大短路電流，更是與 B 類斷路器 ACB

168、的 Icw 值相去甚遠），這意味著上游 MCCB 只能耐受較小的短路電流（如幾千安或十幾千安）；當短路電流超過該閾值后，便無法再通過上游 MCCB 的人為延時來實現與下游斷路器的選擇性。關于 A 類斷路器之間如何在較大的短路電流下實現選擇性，國標 GB 14048.2 2020 低壓開關設備和控制設備 第 2 部數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003112分：斷路器附錄 A 給出了明確說明。圖 6-19 兩臺斷路器之間的全選擇性（GB 14048.2）上圖為兩臺斷路器之間實現全選擇性的時間電流曲線圖。圖 b）表示上游 2為具有人為短延時的斷路器，下游 1為非限流型斷路器，此時

169、可通過上游的人為短延時實現與下游的選擇性；圖 a)表示上游 2為無人為短延時的斷路器，下游 1為限流型斷路器，此時必須通過試驗來驗證短路時的選擇性。附錄 A.5.3 也給出了通過試驗確定選擇性的方法，該試驗應由一個 O-t-CO 操作組成，通過閉合下游斷路器 1進行 CO 操作，試驗的結果應滿足：GB/T 14048.1-2012 中 8.3.4.1.7 適用（電器的極間或極與框架之間不應發生電弧也不應有閃絡）。在每次操作中，1應脫扣，2不應脫扣。如果 2的觸頭在操作過程中瞬間斷開，則從短路開始到 2觸頭斷開結束的時間應數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003113小于或等于

170、30ms。實際值應記錄在試驗報告中。此外，應用常規操作方式驗證 2觸頭正常斷開。因此，判斷該動力回路能否實現全選擇性只能依據斷路器制造商給出的上述試驗結果。然而，通過該試驗獲得較高的選擇性極限或全選擇性有諸多困難，例如怎樣實現下游斷路器的快速分斷、怎樣實現上游斷路器動觸頭在斥開后又恢復閉合，等等?？v觀各低壓斷路器廠家，只有個別制造商完成了上述試驗驗證，并且公開其試驗結果。4.4.HVDCHVDC 系統的斷路器選型系統的斷路器選型數據中心除了最常見的 UPS 不間斷電源外，還有 HVDC 不間斷電源。HVDC 系統主要由交流配電、高頻開關整流器、直流配電、蓄電池組、監控單元、絕緣監察以及列頭柜等

171、?，F行的 HVDC 主要標準為 YD/T 2378-2020 通信用 240V 直流供電系統、YD 5210-2014 240V 直流供電系統工程技術規范以及 GB/T 38833-2020 信息通信用 240V/336V 直流供電系統技術要求和試驗方法等。目前國內的 HVDC 系統以 240V 為主，也是此處討論的范圍，而 336V 的應用相對較少。原因是 HVDC 系統目前供電的設備主要是額定電壓為交流 220V 的 IT 服務器類設備，240V直流可直接兼容服務器開關電源而 336V 無法兼容。直流輸出可采用數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003114二級或三級配電架構

172、。系統電氣架構要求：系統電氣架構要求：1)交流輸入應與直流輸出電氣隔離；2)直流輸出必須采用懸浮方式，即正、負極均不接地；3)必須配置絕緣監察系統，在線監測正、負母線對地絕緣的情況。交流輸入過載及短路保護要求交流輸入過載及短路保護要求：1)系統交流總輸入應配置交流斷路器保護；2)整流柜交流總輸入配置交流斷路器保護；3)每個整流模塊的交流輸入應配置交流斷路器保護。直流輸出過載及短路保護要求直流輸出過載及短路保護要求：1)直流輸出全程各級均應采用雙極過流保護器件；2)每個整流模塊直流輸出端應有過載及短路保護；3)直流輸出各級配電（末級除外）應采用直流斷路器或熔斷器保護；4)直流輸出末級配電（通信設

173、備輸入端）應采用直流斷路器保護；5)蓄電池組宜通過熔斷器或直流斷路器與直流母排連接；數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031156)機房如有直流分配電柜，應配置進線保護和若干饋線保護；7)直流列頭柜應配置進線保護和若干饋線保護；設備柜內禁止一個分路斷路器通過多用插座接入、控制多個電源模塊。圖 6-20 HVDC 二級配電結構示意圖（三）（三）低壓開關選用常見問題低壓開關選用常見問題1.1.剩余電流型接地故障保護與中性線互感器的選用剩余電流型接地故障保護與中性線互感器的選用剩余電流型接地故障保護（接地故障保護或者 GFP）是并列于過載長延時、短路短延時和瞬動保護的一類低壓系統中

174、常見的保護類型。其原理是通過計算帶電導體的矢量和，并與設定閾值進行比較，當滿足脫扣條件時，斷路器保護脫扣。對于低壓配電系統常見的 TN-S（或 TN-C-S）系統，系統通常配出 N 線用于一些單相的負載，N 線作為帶電導體，其電流應被測量數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003116用于接地故障矢量和的計算，可采用 4 極斷路器，也可以采用 3 極斷路器+中性線互感器（ENCT，通常稱零序互感器）的方案，采用哪種方案取決于 N 線是否和相線一樣在斷路器斷開時隔離，如果不需要隔離，可采用 3 極斷路器+中性線互感器的方案。無論三相電流是否平衡，必須安裝 ENCT 中性線電流互感器

175、，因為即便是三相負載平衡，當系統中含有諧波時，三次及三的奇數倍次諧波在中性線上疊加，中性線會存在一定的電流，如果沒有中性線互感器，則流經中性線的電流沒有被采集計算將可能導致接地故障保護誤動作。但是，對于三相三線系統或者從三相四線系統中局部的三相三線系統，比如電動機回路，沒有中性線，此時不需要中性線互感器也能實現剩余電流型接地故障保護。因此在實現剩余電流型接地故障保護時，需不需要中性線互感器，取決于系統的形式，并不是一定需要中性線互感器。表 6-4 接地故障保護開關選型系統方案配置接地故障電流三相三線系統3PIg=I1+I2+I3三相四線系統4PIg=I1+I2+I3+In三相四線系統3P+EN

176、CTIg=I1+I2+I3+In(ENCT)數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003117值得一提是，依據 GB/T16895.6-2014，當系統負載較均衡且諧波含有率小于 15%時，中性線導體規格允許小于相線規格，通常不低于 50%，因此，在符合上述條件時，中性線規格可以采用相線規格的一半，這種情況下，中性線互感器規格的選用推薦根據中性導體的額定載流量選取，不需要按照相導體額定載流量或者斷路器額定電流選取，避免浪費。但是，當中性線規格小于相線規格時，根據 GB/T16895.5-2012，應對中性線進行過電流檢測，避免電流超過中性線的載流量，即中性線需要過載和短路保護，中性

177、線保護的方式也可以通過四極斷路器 或 者 三 極 斷 路 器+中 性 線 互 感 器 的 方 案，后 者 便 可 滿 足GB/T16895.5-2012 中“這種檢測應能分斷線導體，但不必分斷中性導體”的要求。2.2.短路短延時時間的設定級差短路短延時時間的設定級差時間選擇性是常見的選擇性配合手段之一，斷路器上、下級短路短延時的時間設置對于短路情況下的選擇性很關鍵，級差設置太小，可能上下級保護曲線重疊無法實現選擇性，級差設置太大，不僅要求主進線時間太大與中壓保護難以配合，同時短路故障介于上下級之間時，上級動作延時時間太長，讓系統承受更多的短路能量及其連帶的損傷及風險。無論 A 類還是 B 類斷

178、路器，由于制造和動作的誤差的原因，短數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003118路短延時的每一個整定值均存在一定的動作允差，該允差除了整定延時時間的允差外，還包含了斷路器的分斷時間，允差可以單獨申明，也可以表征在斷路器制造商提供的時間-電流特性曲線上。時間-電流特性曲線中最大的不動作時間又稱為最大可復歸時間或最大可返回時間，即故障電流達到短路短延時整定電流的前提下，只要故障電流持續時間（比如故障由下級更短時間內切除）小于最大復歸時間，則斷路器不會脫扣，所以最大可復歸時間與電流形成的最小動作特性曲線也稱為必不脫扣曲線。時間-電流特性曲線中最大的動作時間稱為最大分斷時間，表示該斷

179、路器分斷故障電流所需的最大時間，最大分斷時間與電流形成的最大動作特性曲線也稱為必脫扣曲線。一般地，隨著短路延時整定時間的增加，最大分斷時間與最大復歸時間的時間差t 也會相應的增加，這主要是因為短延時時間越長，可復歸時間亦延長，斷路器分斷單元在可復歸時間內的熱積累就越大，斷路器分斷越困難。最大復歸時間與最大分斷時間已經包含了斷路器動作的誤差，屬于不動作與動作的極限，因此，只要滿足下級的最大分斷時間上級的最大復歸時間的條件，上下級之間就可以實現時間選擇性，無需再設置額外的時間差。圖 6-21 是 MasterPacT MT/MTZ 短路短延時的動作特性，由各設定的最大復歸時間和最大分斷時間可以看出

180、，其短路短延時相鄰時間整定之間均能夠滿足時間選擇性，脫扣時間帶無重疊區域，可見 MasterPacT MT/MTZ 斷路器 0.1s 的級差可以實數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003119現時間選擇性配合。圖6-21 MasterPacT系列相鄰時間級差可滿足時間選擇性因此，除非另有規定，一般情況下無需額外考慮動作的誤差而人為再放大斷路器上下級之間短路短延時的時間級差。在能夠滿足選擇性的前提下，越短的時間整定和越小的時間級差，對斷路器及其保護的對象及配電系統收益越大，因為對于無限流特性的 B 類斷路器，短路產生的能量幾乎無限制地通過斷路器，因此，縮短短路電流持續的時間，就意

181、味著限制了短路產生的允通能量，降低了短路電流熱效應、電動力效應和電磁效應對被保護對象及系統的損傷和潛在影響，諸如電纜和元件老化加速、母線的潛在變形和移位、連接的松動、結構件的變形和裂紋擴展等，并可有效地避免因一次故障衍生出的二次故障。假設下級短路短延時整定值為 0.1s，同樣的故障電流，上級短路短延時保護整定在 0.3s 和整定在 0.2s，均可以實現選擇性，但整定在 0.3s 產生的能量比整定在 0.2s 高出 1倍以上，上級短路短延時整定在 0.4s 產生的能量更是可達 0.2s 時數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003120的 2.5 倍，但從選擇性的角度，二者的收益是

182、一樣的，因此，在能滿足選擇性前提下，盡可能地縮短整定時間和上下級之間的時間級差。對于典型的低壓配電系統，GB50052-2009 條款 4.0.6 要求“供配電系統應簡單可靠，同一電壓等級的配電級數高壓不宜多于兩級；低壓不宜多于三級?！痹谝?、二級配電中經常需要通過短路短延時實現上下級的選擇性，尤其是進線空氣斷路器與饋線空氣斷路器及進線空氣斷路器與饋線塑殼斷路器之間需要實現選擇性的配合，即使考慮進線斷路器與聯絡斷路器，甚至包括二級配電中的饋線斷路器與聯絡斷路器之間的時間選擇性配合，時間的級差需求通常也不會超過 5 級，0s，0.1s，0.2s，0.3s，0.4s（0s 依然存在 0.02s 的固

183、有延時）的時間級差能夠滿足實際工程中通過短路短延時選擇性的需求，所以 Icw/0.5s（短時耐受 0.5s 的電流）常作為斷路器時間選擇性的選擇性極限電流。過渡地追求低壓斷路器較長的短路延時時間反而增加與中壓保護裝置之間配合的難度。如果斷路器的相鄰時間設定之間無法滿足下級的最大分斷時間上級的最大復歸時間的條件，比如因動作誤差太大，則應當適當放大上下級斷路器的時間級差，以滿足選擇性的需求，但這很顯然意味著對于介于上下級之間的故障，上級動作切除故障的時間更長，相比上下級通過相鄰級差滿足選擇性的情況，產生的允通能量 I2t更大。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003121因此在能夠

184、滿足選擇性時間級差的前提下，盡可能縮小上下級之間時間級差的設置，避免上級對選擇性沒有收益的額外延時，以此限制短路電流產生的機械、熱和電磁應力，減少甚至防止短路電流對系統造成危害和潛在的風險，減低低壓系統對動、熱穩定的設計成本。3.3.反時限與定時限的選用反時限與定時限的選用斷路器的脫扣時間根據過電流脫扣器類型可分為定時限脫扣器（I2t=Off）和反時限脫扣器（I2t=On）。定時限脫扣器動作時間不取決于過電流的大小，不論電流多大，只要超過脫扣器保護設置閾值，斷路器就以固定的時間（延時時間，如有）脫扣。定時限的脫扣時間可以是可調的，也可以是不可調的。反時限脫扣器的動作時間取決于電流大小。一般地，

185、電流越大，脫扣時間越短，反時限脫扣的時間-電流特性由制造商以曲線的形式給出，是冷態情況下脫扣時間與電流的關系。反時限主要用于過載保護，因為大多數電氣設備、開關元件及電纜、母線槽、變壓器的過電流熱耐受能力與時間均呈反時限特性。對于短路短延時，同樣也可以設置反時限動作特性，斷路器的反時限主要是用于與熔斷器實現選擇性配合，因為熔斷器的短路保護特性始終為反時限，對于上級為斷路器下級為熔斷器的串聯組合，如數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003122果上級斷路器設置為定時限動作特性（I2t=Off），那么，短路電流較小時上下級之間會失去選擇性，如果將上級的短路保護特性從定時限改為反時限（

186、I2t=On），則上下級之間可以實現全選擇性配合，如圖所示。圖6-22斷路器與熔斷器配合時的定時限與反時限但是，對于斷路器與斷路器之間的短路情況下的時間選擇性配合，若無其他特殊的考慮，推薦采用定時限脫扣特性以最大限度地限制短路的能量，避免采用反時限特性，因為同樣的延時時間設定，采用定時限特性和反時限特性對于選擇性本身來說效果是一樣的，但是反時限在動作時延時時間更長，這也意味著更大的允通能量，對下級的保護裝置和電氣系統產生相對更高的風險。如圖所示，上下兩級斷路器同樣可以實現選擇性，但相比下級短路短延時采用定時限特性，上級采用反時限時允通能量高于定時限，右圖陰影部分面積為多余的允通能量。因此，除非

187、有特殊的需要，短路短延時的反時限應謹慎使用，斷路器之間相互配合時應盡量采用定時限，可有效地限制短路條件下的允通能量。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003123圖6-23 斷路器配合時反時限增加允通能量4.4.熱磁脫扣器過載特性的修正與降容熱磁脫扣器過載特性的修正與降容對于與周圍溫度有關的脫扣器，斷路器的脫扣特性應在基準溫度下測試，基準溫度可由制造商表明，如果周圍溫度不同于基準溫度，則應按制造商的溫度/電流數據進行校正，以獲得需求的脫扣特性。降容和校正系統均取決于周圍環境溫度，以 Compact NSX 為例：過載保護的基準溫度為 40，這意味著當環境溫度低于或高于40時，長

188、延時整定電流 Ir 需略微調整以獲得不同溫度時的正確整定值或脫扣時間，I/In 比值必須用以下校正系數進行校正：熱磁 TM-D 和 TM-G NSX 校正系數表，用于確定 In 時的設定值或脫扣時間額定電流(A)In溫度 C10152025303540455055606570161.15 1.17 1.13 1.13 1.06 1.04 1.000.98 0.95 0.93 0.91 0.88 0.86251.15 1.12 1.10 1.08 1.05 1.02 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92 0.88 0.84數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003124

189、321.15 1.13 1.10 1.07 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.94 0.92 0.91 0.89401.15 1.13 1.10 1.08 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.93 0.9 0.88 0.85501.15 1.12 1.10 1.08 1.05 1.02 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88631.14 1.13 1.10 1.08 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.92 0.90 0.87 0.86801.15 1.13 1.10 1.08 1.05 1.03 1.00

190、0.98 0.95 0.93 0.90 0.88 0.851001.15 1.13 1.10 1.08 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.93 0.90 0.88 0.851251.15 1.13 1.10 1.07 1.05 1.02 1.00 0.98 0.95 0.93 0.90 0.87 0.851601.15 1.13 1.10 1.08 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.93 0.90 0.88 0.852001.15 1.13 1.10 1.08 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.93 0.90 0.88 0.85250

191、1.15 1.12 1.11 1.08 1.05 1.02 1.00 0.98 0.95 0.92 0.90 0.88 0.853201.14 1.12 1.10 1.07 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.92 0.89 0.86 0.844001.14 1.12 1.10 1.07 1.05 1.03 1.00 0.98 0.95 0.92 0.89 0.87 0.845001.12 1.10 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 0.96 0.94 0.91 0.89 0.876001.12 1.10 1.08 1.06 1.04 1.02 1.

192、00 0.98 0.96 0.93 0.91 0.89 0.866301.13 1.11 1.09 1.07 1.05 1.02 1.00 0.98 0.95 0.93 0.90 0.87 0.85數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003125并且當溫度超出基準溫度 40時，應根據下表對斷路器進行降容：In 時熱磁 TM-D 和 TM-G NSX 的溫度降容溫度()40455055606570額定電流(A)In1615.615.214.814.51413.82524.52423.52322213231.330.53029.52928.5403938373635345049484

193、74645446361.560585755548078767472706810097.59592.59087.585125122119116113109106160156152148144140136200195190185180175170250244238231225219213320312303.6295286277267.7400390379.3368.5357.3345.8334500489.6479468457445.4433.6600587574560.6547532.7518數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003126630614.8599.2583.3566

194、.8549.9532.4例 1 如果帶 TM100D 脫扣單元的 ComPacT NSX100 的額定電流為100A，用于過載 I=500A 時，其脫扣時間是多少？過載 I/Ir 作為溫度的函數進行計算。使用上述值和脫扣特性曲線，確定相應的時間。-40、Ir=100A、I/Ir=5 時，脫扣時間介于 6 和 60 秒之間。-20、Ir=110A、I/Ir=4.54 時，脫扣時間介于 8 和 80 秒之間。-60、Ir=90A、I/Ir=5.55 時，脫扣時間介于 5 和 50 秒之間。例 2 在考慮溫度的情況下，配備 TM250D 脫扣單元的 ComPacT數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-

195、2023-02003127NSX250 獲得 Ir 實際值 210A 的設定值是多少？以下顯示了必要的刻度盤設置（以安培為單位）：-40時，Ir=(210/250)250A=210A-20時，Ir=(210/277)250A=189.5A-60時，Ir=(210/225)250A=233A（四）（四）低壓開關的維護低壓開關的維護1.1.開關設備維護的意義開關設備維護的意義低壓開關設備的正常運行會受到諸多因素的挑戰，比如溫度、塵埃、濕度、供電電能質量、負載率等。上面異常因素在一定時間周期內可能不會對開關設備正常運行造成影響，但是長時間運行勢必影響開關設備的安全運行，造成停電事故，由此帶來經濟損失

196、。對低壓開關設備進行維護，可以獲得五大顯著收益：1)保證人員安全及確保配電設備功能正常確保數據中心業務的可持續發展，采取技術上和經濟上可行的一切措施，將意外事件風險降至最低，因為這些事件可能會導致財產損失，還可能危及運維和操作人員的生命安全。低壓開關設備將專門用于將導致員工人身傷害的風險和嚴重性降至最低，維護的首要優先級就是先確保這些設備的功能正常。因數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003128為對于任何品牌的低壓開關設備來說，缺乏專業有效的維護，其發生故障的風險和概率將會大大增加。2)保證供電的連續性預防性維護能夠最大程度延長開關的正常運行時間。開展計劃性的設備停機維護，可

197、減少生產中斷風險和降低設備壓力。預防性維護的耗時比緊急維修要少，并且能夠降低緊急停機的風險。3)提高開關設備的能效研究表明，維護不善的開關設備耗能高于定期維護的設備。隨著時間的推移，電氣元件正常使用所產生的磨損和缺陷會增加設備運行壓力，進而導致設備耗能增加。減少磨損和消除缺陷意味著設備運行時損失的能量將減少。4)提高備件管理效率在日常運營維護中，維修用備件成本占比很大，甚至可達到總開支的一半。這部分費用可以通過采取預防性維護（詳見 6.4.2）取代被動響應式維護的方式降低。因為預防性維護可減少復雜部件或系統發生故障的次數。這樣一來，將大大減少維護用備件的采購。5)延長設備使用壽命，優化開關設備

198、成本考慮到開關設備昂貴的購置成本，需要使低壓開關配電設備能夠盡可能地長時間正常運行。而開關設備的預期壽命往往會受到多數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003129種因素的影響，如環境條件（溫度、空氣污染、通風情況等）、生產工藝環境（如震動、沖擊性負載等）、運維管理狀況（巡檢、維護質量等），它們直接導致開關設備實際使用壽命與預期壽命相比有很大偏差。2.2.開關設備維護分類開關設備維護分類低壓開關的維護主要分為三種：(1)(1)被動響應式維護被動響應式維護被動響應式維護是指為恢復故障開關的應用功能對其進行的必要干預和維修。具體的內容可能是如下內容：1)表面上或暫時的處理，使故障部件

199、能夠在徹底維修前的有限時間段內臨時發揮其應有作用。2)完全修復故障，使故障部件能夠以原有性能水平發揮其應有作用。此時常常需要對設備進行深入診斷，以識別和定位、分析故障原因及制定處理方案。另外，還需進行最終的功能查驗，以確認該單元能夠發揮其應有的作用。開關設備原始制造商的服務及其診斷方案具備得天獨厚的優勢，能夠為您提供最優的、成本最劃算的修正和解決方案，主要因為：1)制造商掌握其設備最佳運行條件方面的專業知識，因此能延長設備的使用壽命。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031302)在專有技術、程序、檢測設備技術、設備裝配和制造過程方面也掌握核心知識。這些知識會在設備維護時用到

200、，并影響其今后的性能表現（例如：開關設備需要對更換后的備件進行調整）。3)可直接提供原廠備件。(2)(2)預防性維護預防性維護預防性維護是指對低壓開關設備所進行的定期檢查、機構維護以及部件更換等的一系列活動。其目的是為在一定程度或最大程度上避免一切可能發生的故障，以及隨之而來的高昂費用（用于臨時性或修復性處理）。根據設備維護內容本身的復雜程度，在現場執行的預防性維護可分為三種類型：1)制造商專有維護措施（技術等級：四級）由開關設備原制造商提供的維護服務，它會對配電設備的性能產生影響。如：a)滅弧室、操作機構的清潔/檢查/潤滑；b)合閘和分閘彈簧的清潔/檢查/潤滑。2)高級維護措施（技術等級：三

201、級）由設備原制造商或具備明確資質的認證合作伙伴提供的維護服數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003131務。如：a)可抽出的活動部件的清潔/檢查/潤滑；b)母排檢查（緊固、局放產生的表面腐蝕、開裂、發熱跡象等）。3)基本維護措施（技術等級：一級&二級）由經培訓的客戶員工根據制造商的預防性維護指南進行的維護。如：a)總體狀況檢查：外觀、清潔度、絕緣件狀況、氧化、支撐結構無腐蝕；b)輔助觸頭狀況檢查（分/合、搖入、搖出等）。根據 EN13306，維護人員能力等級：表 6-5 EN13306 維護人員能力等級能力等級維護條件維護定義等級五原廠服務專家，或者在一些技能/技術/工藝方面的

202、專家級技師，在有工業生產設施（具備技術和后勤保障）支持的條件下，所具有的更高級別的服務能力。它解決的是那些在現場無法解決的疑難故障。在這種情況下，通常需要將設備返廠進行深入檢查和修理。返廠維修等級四原廠服務專家或專家級技師所具有的服務能力，具有如下特點：配備有專用設備，這些設備集成了先進技術和特殊功能。制造商專有維護數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003132熟悉配電設備的裝配和制造的特殊工序。等級三經過高級培訓，能夠運用復雜工具/方法手段/整定儀器/專業措施的原廠服務人員或合格技術人員所具有的能力。高級維護等級二經過基礎培訓，能夠根據廠商的維護指南進行簡單操作的服務人員或有

203、資質的客戶員工所具有的能力?；揪S護等級一僅接受過電氣方面極少量培訓的服務人員或客戶員工的能力。隨著維護方法論及診斷技術的發展，預防性維護的管理方式可以分為兩個層級：1)常規預防性維護為減少對生產運行的影響，同時又要滿足定期維護自然規律的要求，常規預防性維護通常會在預先安排好的停機期間進行。也就是說，常規預防性維護工作所計劃和實施的時間是每隔一定的時間段，或者根據設備生產要求來安排，或者二者結合考慮。但它并未對配電設備進行任何前期的狀況調研分析。因此，常規預防性維護在成本優化方面并非最優。2)基于診斷的預防性維護（現場狀態維護）這是技術成熟水平更高一級的維護。它是在條件允許的情況下，通過定期現

204、場診斷行動來指導完成的基于診斷的預防性維護。其目的是在故障發生之前，識別出配電設備未被發現的故障或性能下降數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003133的征兆。其目的是使得設備運行時盡可能接近最佳狀態（此過程中并不包括維修及排除所有故障），并且必要時計劃好日后開展一次全面的大修（在最方便的時間），以使設備恢復其原有的性能水平。這種維護方法對于關鍵的設備更有意義。這些設備一旦發生故障，會對生產連續性、設備壽命、安全和產品質量造成重大影響，還可能造成高額的被動維修支出。它是一種容易實施，成效更優的維護方式。(3)(3)預測性維護預測性維護預測性維護是利用傳感器和儀表技術，以及這些技

205、術所提供的持續分析的功能，來對低壓開關設備進行的狀態監測。實際上，它代表著“及時就好”的原則在預防性維護中的應用。用這種方式可以減少周期性的維護活動。周期性維護要求每年必須要停電數次，且不得少于嚴格規定的最低標準。當預編程警報（用以對設備核心單元的幾個重要參數進行在線監視）被激活，即提示某個預設的磨損門限已被超限時，就表明應該規劃和啟動該設備的維護行動了。為此，需要在元件、開關設備和整個配電系統內安裝相應的傳感器。此功能是在一個維護信息系統的幫助下實現的。該系統用于計劃出最合適的維護干預時間，以及相應的具體安排，例如備件、現場服務內容等。一些廠家還會通數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-202

206、3-02003134過收集開關的基礎維護數據，結合運行時間、負載率等參數，通過復雜的算法給出預測性干預維護建議。如正泰 NA5T 框架斷路器可通過健康監測功能（包括本體狀態監測、電流互感器監測、磁通變換器監測等）實現預測性維護，快速運維降低電源中斷風險，保障供電連續性。3.3.開關設備維護頻率開關設備維護頻率配電設備制造商通常會推薦一個設備維護周期表，以期隨著時間的推移通過定期的設備維護，延長設備的運行時間以及提升設備的運行性能。在正常/良好的運行條件下（理想運行環境、非關鍵設備）的維護頻率一般可按如下所定：表 6-6 正常運行條件開關設備維護周期表維護類型最低頻率實施人員制造商認證合作伙伴最

207、終用戶原廠專有維護（四級）4 年高級維護（三級）2 年基本維護（一/二級）1 年維護頻率在考慮高強度的使用工況下，比如負載切換頻率、是否長期帶電、供電的穩定性等方面，可以適當地提高。維護頻率在考慮用電的關鍵程度，對于高關鍵性的開關設備（比如 UPS 上游開關）也可以適當地提高。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003135數據中心行業的低壓開關可以根據開關設備使用環境及重要性，自行調整維護頻率。4.4.低壓開關的維護建議和措施低壓開關的維護建議和措施(1)(1)微型斷路器維護計劃微型斷路器維護計劃微型斷路器屬于免維護設備，但是針對數據中心應用場合對于供電連續性的要求，可以定期對

208、接線端子的連接進行檢查，防止虛接導致過熱引起故障。帶有漏電功能的微型斷路器需定期進行漏電檢測，防止漏電功能失效。(2)(2)塑殼斷路器維護計劃塑殼斷路器維護計劃1)一級維護：根據制造廠商用戶手冊的流程執行，無需使用儀器，維護人員需要基本的產品知識和簡單培訓。表 6-7 塑殼斷路器一級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.1 檢查面罩是否有破損或變形L1每季度2.斷路器底座2.1 檢查面罩是否有破損或變形L1每季度3.控制回路3.1 檢查低壓柜信號指示燈是否與斷L1每季度數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003136路器一致4.控制單元4.1 檢查并記錄控制

209、單元保護定值設置L1每季度2)二級維護：根據制造廠商用戶手冊流程執行，需要使用基本的測試儀器，維護人員需要參加制造廠商專業的技術培訓。表 6-8 塑殼斷路器二級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.2 拆除面罩并清除其內外積塵L2每年無紡布，真空吸塵器1.3 清除表面積塵L2每年無紡布，真空吸塵器1.4 清除滅弧罩濾網積塵L2每年真空吸塵器1.5 手動合、分閘測試（3 次）L2每年1.6 檢查接線端子連接緊固L3每年力矩扳手2.斷路器底座2.2 檢查抽出式底座機構操作L2每年2.3 檢查底座安全聯鎖L2每年3.控制回路3.2 檢查連接端子接線是否破損L2每年3.3 檢查連

210、接端子接線是否緊固L2每年數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031373.4 檢查合分、報警、故障報警指示觸點狀態轉換L2每年萬用表4.控制單元4.2 漏電保護測試L2每年萬用表，外部電源3)三級維護：根據制造廠商內部流程執行，需要使用專用的測試及簡單的診斷儀器，現場對產品進行維護和診斷，維護人員需要參加制造廠商專業的服務認證培訓。表 6-9 塑殼斷路器三級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.7 接線端子潤滑（抽出/插入式斷路器）L32 年導電膏，刷子2.斷路器底座2.4 抽出式底座機構油脂去除及重新潤滑L32 年潤滑脂，無紡布，刷子2.5 底座夾頭油

211、脂去除及重新潤滑L32 年導電膏，無紡布，刷子3.控制回路3.5 電氣分閘測試（標準及最低工作電壓）L32 年可調外部電源，萬用表數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031384.控制單元4.3 保護脫扣測試（電子脫扣器）L32 年制造商專用測試設備4)四級維護：根據制造廠商內部流程執行，需要使用專用的測試及復雜診斷儀器，現場對產品進行深度維護及診斷，維護人員為制造廠商原廠認證服務工程師。表 6-10 塑殼斷路器四級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.8 絕緣電阻測試L44 年絕緣電阻測試儀1.9 回路電阻測試L44 年回路電阻測試儀2.斷路器底座無3.

212、控制回路數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031393.6 評估電氣附件使用壽命及預防性更換L44 年制造商專用評估軟件,分閘線圈，失壓線圈備件4.控制單元4.4 電子式控制單元脫扣特性測試及診斷L44 年制造商專有測試工具4.5 評估控制單元使用壽命及預防性更換L44 年通 過 廠 家 專 用 評 估 軟件，控制單元備件5.通信模塊及附件5.1 斷路器本體遙控及遙信測試L44 年串口調試軟件、制造商測試軟件5.2 測試寄存器數據擦寫L44 年串口調試軟件、制造商測試軟件(3)(3)框架斷路器維護計劃框架斷路器維護計劃1)一級維護：根據制造廠商用戶手冊的流程執行，無需使用儀器

213、，維護人員需要基本的產品知識和簡單培訓。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003140表 6-11 框架斷路器一級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.1 檢查面罩是否有破損或變形L1每季度1.2 檢查斷路器合、分閘及儲能指示牌位置L1每季度2.斷路器抽架2.1 檢查抽架機械位置指示L1每季度3.控制回路3.1 檢查低壓柜信號指示燈是否與斷路器一致L1每季度4.電子式控制單元4.1 檢查控制單元是否有報警信息L1每季度4.2 檢查故障跳閘指示燈、藍牙指示燈和“就緒指示燈”L1每季度4.3 檢查并記錄控制單元保護定值設置L1每季度2)二級維護：根據制造廠商用

214、戶手冊流程執行，需要使用基本數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003141的測試儀器，維護人員需要參加制造廠商專業的技術培訓。表 6-12 框架斷路器二級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.3 拆除面罩并清除其內外積塵L2每年無紡布，真空吸塵器1.4 清除內部機構積塵L2每年無紡布，真空吸塵器1.5 清除滅弧罩濾網積塵L2每年真空吸塵器1.6 手動合、分閘測試（3 次）L2每年1.7 檢查安全聯鎖（鑰匙鎖及纜繩聯鎖）L2每年2.斷路器抽架2.2 清除抽架面板及內部積塵L2每年無紡布，真空吸塵器數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003142

215、2.3 檢查抽架位置觸點指示（退出、試驗、連接/工作）L2每年萬用表2.4 測試抽架推進機構功能（搖入/搖出操作）L2每年搖進搖出手柄2.5 測試安全擋板是否正常開合L2每年2.6 檢查抽架推進機構聯鎖L2每年3.控制回路3.2 檢查連接端子接線是否破損L2每年3.3 檢查連接端子接線是否緊固L2每年3.4 檢查合分指示觸點狀態轉換L2每年萬用表，三線接線端子4.電子式控制單元4.4 接地或漏電保護測試L2每年按照制造商的測試要求進行模式測試，必要時借助工具數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031433)三級維護：根據制造廠商內部流程執行，需要使用專用的測試及簡單的診斷儀器，

216、現場對產品進行維護和診斷，維護人員需要參加制造廠商專業的服務認證培訓。表 6-13 框架斷路器三級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.8 拆除并檢查滅弧室使用狀況L32 年螺絲刀，力矩扳手1.9 檢查主觸頭磨損情況L32 年1.10 操作機構潤滑L32 年潤滑脂，刷子1.11 檢查接線端子連接緊固L32 年力矩扳手1.12 插接端子潤滑（抽屜式斷路器）L32 年潤滑脂，刷子2.斷路器抽架2.7 抽架機構油脂去除及重新潤滑L32 年潤滑脂，無紡布，刷子2.8 束狀夾頭及底座油脂去除及重新潤滑L32 年潤滑脂，無紡布，刷子3.控制回路數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-20

217、23-020031443.5 電氣分合閘測試（標準及最低工作電壓）L32 年可調外部電源，萬用表，三線端子3.6 電動儲能時間測試（標準及最低工作電壓）L32 年可調外部電源，萬用表，秒表，三線端子4.電子式控制單元4.5 保護脫扣測試L32 年制造商專用測試工具、或測試軟件4)四級維護：根據制造廠商內部流程執行，需要使用專用的測試及復雜診斷儀器，現場對產品進行深度維護及診斷，維護人員為制造廠商原廠認證服務工程師。表 6-14 框架斷路器四級維護推薦維護內容維護等級推薦周期儀器及材料1.斷路器本體1.13 絕緣電阻測試L45 年絕緣電阻測試儀1.14 回路電阻測試L45 年回路電阻測試儀1.1

218、5 機構分合閘力測試L45 年專用測力計1.16 機械特性診斷測試L45 年機械特性測試儀器-1.161 監測分閘/合閘/彈簧儲能操作的特性改變-1.162 阻尼器和停止裝置的狀態檢查數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003145-1.163 分閘/合閘時間和速度檢查-1.164 儲能電流及時間檢查-1.165 主觸頭同期性檢查-1.166 合閘安全性（超程和穩定性）檢查-1.167 分閘安全性（超程和穩定性）檢查2.斷路器抽架2.9 束狀夾頭夾緊力測試L45 年制造商推薦使用的工具2.10 抽架推進機構清潔及潤滑L45 年潤滑脂，無紡布，刷子3.控制回路3.7 評估電氣附件使

219、用壽命及預防性更換L45 年制造商專用評估軟，合/分閘線圈，儲能馬達備件4.電子式控制單元4.6 控制單元電流采樣回路連通性測試L45 年大電流發生器、根據制造商脫扣單元特性判斷是否需要提供電源4.7 儲存定值、事件記錄檢查L45 年制造商專用測試工具、或測試軟件4.8 控制單元脫扣特性測試及診斷L45 年制造商專用測試工具、或測試軟件4.9 評估控制單元使用壽命及預防性更換L45 年制造商專用評估軟件，控制單元備件數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031465.通信模塊及附件5.1 斷路器本體遙控及遙信測試L45 年串口調試軟件、制造商測試軟件5.2 斷路器抽架遙信測試L4

220、5 年串口調試軟件、制造商測試軟件5.3 控制單元寄存器數據擦寫測試L45 年串口調試軟件、制造商測試軟件數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003147七、七、低壓開關技術展望低壓開關技術展望（一）（一）數據中心低壓配電系統演進方向數據中心低壓配電系統演進方向數據中心的基礎設施多年來的發展方向是安全、可靠、智能、高效、彈性，物聯網（IoT）、人工智能（AI）、虛擬現實（VR）、大數據等新技術的應用持續助力數據中心基礎設施建設，也對數據中心供配電系統的供電能力有著更高的要求。GB50174-2017 按照數據中心的使用性質和數據丟失或網絡中斷在經濟或社會上造成的損失或影響程度將數

221、據中心等級分為 A、B、C 三級，較大規模以上數據中心多數采用的是冗余或容錯系統，系統結構相當成熟，但也存在著各個系統相互割裂、系統架構復雜、占地面積大、遇到故障定位困難等問題。因此，簡化供電架構、減少占地面積、縮短建設周期，是數據中心供電系統當前的主要發展趨勢。同時，綠色節能、低碳運營、智慧管理等社會發展目標也促使供配電系統發生改變。主要有以下幾種趨勢：1.1.模塊化（預制化）模塊化（預制化）模塊化分為預制化配電模塊、電力模塊、高壓直流模塊、微模塊等。預制化配電模塊是將高低壓配電室單列設備統一預制在固定底座上，到現場直接安裝。電力模塊是將變壓器、低壓配電、UPS輸入輸出按照預定的容量集成，現

222、場組合拼裝。高壓直流模塊采用移相變壓器技術將變壓器抽出多組接頭直接整流成 240V 或 336V 高數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003148壓直流到列頭柜，直接減去低壓配電鏈路，架構極其簡化。微模塊更多的適用于邊緣數據中心，將供電電源、存儲運算設備、制冷系統、通信監控等集中在一個封閉空間、部署相當靈活。預制化配電模塊電力模塊微模塊高壓直流模塊圖 7-1 數據中心配電模塊化、預制化2.2.架構簡潔化架構簡潔化數據中心傳統供電鏈路及架構非常復雜，各環節設備種類繁多，對運維人員素質要求比較高。但現在整個行業發展速度飛快，人員配備無法跟上建設與運維的需要，迫切需要將供配電系統向架

223、構簡化、易操作、易運維轉變。例如機柜電源就從傳統的 2N UPS 系統，逐步向市電直供、市電加 UPS、一體化配電系統甚至中壓 UPS 等轉變。直流電源的應用同時也重新得到重視，高壓直流、移相直流電源在部分數據中心場所得以大量應用，積累了豐富的運行經驗，也獲得了較好的經濟收益。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003149圖 7-2 數據中心配電架構簡潔化3.3.綠色低碳能源綠色低碳能源數據中心是用電設備布置密度高、能耗高的場所。為響應數據中心低碳甚至零碳運營的需求，使得數據中心有必要選擇至少是部分選擇接入綠色能源。同時數據中心又是典型的交直流負荷并存的負載中心，如能將數據中心

224、內各類負載進行交直流應用的分類，接入綠色能源，在低壓配電系統分別設置直流母線系統和交流母線系統給相應設備供電，可以有效提高供電效率。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003150綠色能源接入源網荷儲端的智能調配圖 7-3 數據中心綠色能源應用4.4.配電管理智慧化配電管理智慧化數據中心供配電系統運行安全管理以國際標準 IEC61850“基于通用網絡通信平臺的變電站自動化管理系統”為基礎，實現變電站的運維管理軟件化、系統運維預判化、未來擴展靈活化的使用需求。使得供配電管理系統具有智慧診斷、智慧靈動、管理透明、專家隨行的特點，打破傳統供配電方案信息孤島的問題，從底層數據庫出發，以縱

225、向管理一體化為中心，有機結合綜合信息，簡化人工管理過程，實現配電系統運行安全管理、配電設備健康在線診斷、實時專家運維建議、配電設備能耗優化以及智慧移動運維管理等，數據中心的配電管理愈來愈趨向智能化、智慧化。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003151圖 7-4 數據中心智慧配電管理架構（二）（二）低壓開關技術路徑低壓開關技術路徑從開關誕生以來，集成化、模塊化、智能化就一直是電氣開關產品的主要發展趨勢。1.1.集成化集成化集成化是將更多的功能集成在低壓開關上，低壓開關已經不再僅僅起到一個分斷電源、保護負載的作用，更是將測量、分析、管理、控制集成于一體，使之成為一個配電系統的管理

226、者。比如 ABB公司于 2013 年推出的 Emax2 系列空氣斷路器，除了基礎的各種保護功能外，還有 1 級精度電能測量、接口保護、負載智能投切、內嵌雙電源切換控制、同步校驗、電能管理，甚至在不需要專用管理平臺的情況下獨立實現對其覆蓋的配電系統內負載進行控制。施耐德公司于 2017 年推出的 Masterpact MTZ 系列空氣斷路器，可以通過簡單的人機對話單元，結合最新的數字化技術，成為智能配電系統的關鍵部分，將配電系統接入物聯網。同時開關內置了所有通信功數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003152能和 1 級測量精度的電力/電能測量，可將配電柜連接至任何建筑物和電能管

227、理系統，甚至可以使用智能手機作為遠端的人機對話工具，簡單方便地監控配電系統。ABB 的自動轉換開關（Auto Transfer Switch）系統利用新的Ekip Connect 3 軟件提供的新功能，以及 Emax 2 等智能數字化開關提供多樣化、可靠的解決方案。其嵌入式 ATS 功能為轉換開關應用場景做好準備，并可減少邏輯編程和調試的時間?？蓱玫膱鼍爸饕校篣PS 機組的供電、手術室和關鍵的醫療服務設施、民用建筑、酒店和機場的緊急電源、數據機房和通訊系統、連續工業流水線的電源；另一種應用場景是微電網與市政主電網的斷開或連接。圖 7-5 嵌入式 ATS 解決方案Emax2 通過 PMS（電

228、能管理系統）負載控制功能能夠控制負載和發電機，以按照電能管理策略確保節約電費和實現需求響應應用。憑借功率控制軟件，Emax2 可以管理電能削峰填谷。通過這種方式，可削減電費、提高 20%能源效率和為需求響應計劃做好準備。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003153電能管理功能是以專利計算算法為基礎，這種算法允許通過相關開關裝置（比如開關裝置、接觸器、傳動控制）或控制電路的遠程命令，按照用戶在本地或遠程定義的優先級，根據他們自身的要求和負載類型來控制負載列表。該算法被設計用于預測平均功率吸收值。用戶可以在確定好的時間間隔內設置這個值。在任何時候這個值超過固定功率時，電能管理功能

229、介入使它重新回到限值內。此外，控制裝置不僅控制無源負載，還管理應急發電機。從經濟以及技術角度來說，按照已經定義的優先性列表控制負載的能力有巨大的優勢：1)經濟方面：能源消耗優化的重點是控制與用能指標罰款相關的成本。在因為反復超過限值，導致超過合同功率或配電系統運營商（DSO）增加合同功率時，會征收這種罰款。2)技術方面：可以短時間在合同限值以上實現功率吸收，并長時間管理和控制功率消耗。因此，它可以降低因過載導致故障的可能性，或是更壞情況下因低壓主開關裝置的脫扣導致的整個數據中心的效率低下。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003154圖 7-6 負載控制功能方案Masterpa

230、ct MTZ 可集成 Smart Panels 智能配電系統，從而：1)結合 EcoStruxure 配電軟件，發揮配電系統的潛能2)借助任意監視系統進行遠程監測和控制，執行預測性和預防性維護3)借助施耐德千里眼運維專家的數字化維護日志，實現遠程通知和運維規劃4)借助施耐德千里眼資產顧問、EcoStruxure 電能管理專家、EcoStruxure 電力監控系統、EcoStruxure 樓宇運營系統，提供主動的設施管理5)通過設備監控，提供電氣資產的全生命周期管理和按需運維管理數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-020031556)資產管理和報警管理7)能效管理和電能質量管理圖 7-

231、7 Masterpact MTZ 集成 Smart Panels 智能配電系統2.2.模塊化模塊化模塊化是將低壓開關的各個功能結構模塊化，比如開關的機械結構盡量合成一個模塊，只需一到兩個固定螺絲就可以拆除與安裝，分合機構單極化組裝，滅弧系統、輔助脫扣器件、智能脫扣器、通訊、接線端子都分成可輕松組合與拆卸的模塊，可有效提高維護效率、降低維護成本、節約安裝維護時間，方便客戶使用。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003156模塊化的 Emax 2模塊化的 MTZ圖 7-8 框架斷路器模塊化3.3.智能化智能化智能化是將低壓開關的功能設計更加“傻瓜化”、智能化，比如 ABB 的 Em

232、ax2 系列空氣斷路器、XT 塑殼斷路器均已采用基于同一開發平臺的智能觸摸屏顯示、圖形化界面，就像智能手機上的 APP一樣，所有保護、測量、分析、控制功能都是傻瓜式的點擊選擇方式。施耐德的 MTZ 系列空氣斷路器、新一代 NSX 塑殼斷路器也是采用圖標加文字的樹形圖結構，輕松展開智能斷路器的保護設定、參數測量、波形分析、輸入輸出控制等等各種功能。正泰 NA5T 系列萬能式斷路器、NM5T 系列塑殼斷路器可配合后臺電力監控系統實現對配電系統的可觀、可控、可測，達到無人值守。良信的 NDW3 系列萬能式斷路器、NDM3E 系列物聯型塑殼斷路器也已經自帶數字化基因，能實現斷路器預測性維護、保護及參數

233、設定、故障錄波等功能，助力運維閉環。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003157Emax 2 Ekip Touch 智能脫扣器MTZ Micrologic X 智能脫扣器圖 7-9 開關智能化（三）（三）面向面向 IDCIDC 的低壓開關技術的低壓開關技術面對大規模數據中心（IDC）的出現，低壓開關及低壓配電系統都做出相應的技術改變來適應 IDC 這種高功率密度、高能耗、集約化、無人值守的應用場景。例如，配電系統采用智能配電系統、開關采用智能化開關代替傳統開關，監控范圍從僅監控開關狀態、運行時的電參數發展到開關運行時的電參數、關鍵節點的溫度、壓力、流量、機械特性變化曲線等，設

234、備也從開關擴展到 UPS、變壓器、母線、列頭柜等，實施精細化管理、大數據比對運維、預測預判開關設備的壽命，實現主動運維。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003158圖 7-10 數字化低壓開關及開關柜機架式開關的推出也是針對 IDC 發展需要開發的新型斷路器，它可以做到開關體積更小，安裝更加簡單，與數據設備同處一個空間，貼近設備端運維更加便捷，監控管理顆粒度也更精細、基礎數據更準確，方便集成進入智慧監控與管理系統。新型低壓開關柜比如 ABB 的 NeoGear 也是面向 IDC 發展的一款具有創新技術的低壓配電設備，其核心是用疊層母排技術取代了傳統的水平和垂直母排系統，有效節

235、約 25%以上的物理空間，并且設備故障率大大降低，幫助數據中心用戶實現空間價值和可靠性價值。數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003159圖 7-11 NeoGear 開關柜及其疊層母排（四）（四）智能化技術的發展智能化技術的發展智能化技術的應用是數據中心低壓配電設備發展的必然趨勢，物聯網（IOT）、云服務、云運維的興起，需要對低壓開關及系統實現全生命周期管理、預測性維護、自我診斷、能源趨勢管理等。物聯網及人工智能（AI）技術的不斷發展，為數據中心基礎設施智慧運維提供了可能，通過數字孿生識別健康隱患，流程優化提高管理效率，輔助專業人員從管理強度、廣度、深度，三位一體，全面優數據

236、中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003160化、科學提高數據中心全生命周期的運維管理效率。1)全生命周期管理通過對低壓開關的數字化和智能化技術來提供維護服務，遠程設備管理服務，資產管理服務和電能管理服務。將開關本地連接集成到數字化能效管理架構中，可生成遠程基礎數據集，給出專業的維護計劃，形成數字維護日志，通過監控設備來制定合理的運維建議，通過資產和警報管理提升設備運行管理，通過電能效率和電源質量管理來實現電能成本、資產利用和設備運行的最佳優化。2)預測性維護配電設備通過開關內外各處傳感器收集溫度信息、機械特性信息；動力設備直采或以通訊方式采集末端設備、管道運行溫度、流量、壓力等信

237、息，基于設備機理模型、工業大數據算法進行健康診斷，實現領域專家與數據科學家的完美結合，針對關鍵特性進行健康狀況評估，識別健康隱患，對設備健康狀態給出運維建議，指導運維人員及時排除故障隱患。3)自我診斷通過對開關等設備的實時動態溫升監測，根據運行工況，綜合時間、環境溫度、負載大小等進行科學的動態溫升評估，同時結合大量實驗數據和設備運行經驗校正，對熱老化、機械老化、電老化做出科學診斷。動力設備健康管理則是通過實時采集，與設備運行各類參數、運行狀況及關聯工藝參數等多維相關量擬合進行智能分數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003161析，將設備的健康狀態進行專家分析診斷，從而實現運維的

238、閉環管理，提升運維效率，實現智慧運維。4)能源趨勢管理通過 PUE、WUE 等能源使用效率的動態調優手段、全面的能源軌跡監測、智能算法的加持用來識別節能機會，并提供優化策略，得到能源趨勢，實現高效的數據中心管理效率。圖 7-12 低壓開關智能化技術（五）（五）綠色低碳綠色低碳未來，數據中心的每一層級低壓開關將不再僅僅起到一個分斷、保護負載的作用，還可將能耗測量、數據分析、綜合管理、智能控數據中心低壓開關技術白皮書ODCC-2023-02003162制集成于一體，成為每一個精細能耗單元的管理者，為數據中心智能運維與管理提供更細顆粒度用能數據，明晰負載的能源軌跡、識別節能機會，通過大數據決策模型來

239、優化節能策略，進行 PUE 動態調優、WUE 調優、柴發經濟運行下可算力匹配度的評估，并通過大模型的自我學習能力，持續監測并驗證節能效果，提升每一單元顆粒能源使用效率，優化多種測量手段，構建能源軌跡、運行實時數據庫并持續優化，促進數據中心綠色低碳運營的實現。低壓開關供應商生產運營逐步綠色化，持續降低數據中心用戶供應鏈上的碳排放。ABB 在其廈門工業中心建立了“碳中和”園區示范基地，是 ABB 踐行綠色低碳、可持續發展的示范性工程。ABB 廈門工業中心擁有先進的中壓、低壓開關柜和斷路器生產線，通過安裝100,000 平方米的屋頂光伏，實現了 50%的綠電替代。通過多策略精準柔性調控技術，實現清潔能源的更大化本地消納，源荷儲協同提高能源使用效率。該智慧能源解決方案配置發電預測和負荷預測 AI算法，通過預測發電和用電的情況，部署調控策略，實現用電低碳化和經濟性之間的平衡，為電氣制造行業生產型工業園區起到綠色低碳運營的示范帶頭作用。