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供配电系统5 一、概述 数据中心的低压配电设计特指频率50Hz、交流电压1200V及以下的配电方案及产品设计。主要由两部分组成：一部分是数据中心输入低压配电系统（UPS及机房空调、照明、动力等系统）；一部分是UPS输出低压配电系统（UPS输出配电系统）。二、设计标准
数据中心输入低压配电系统的设计和应用标准主要如下： （1）《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）。（2）《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）。（3）《低压配电设计规范》（GB 50054—2011）。（4）《民用建筑电气设计规范（附条文说明［另册］）》（JGJ 16—2008）。（5）《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》（GB 14048.1—2012）。（6）《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》（GB 14048.2—2008）。（7）《低压开关设备和控制设备 第3部分：开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》（GB/T 14048.3—2017）。（8）《低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则》（GB 7251.1—2013）。三、低压电器设备概述
低压系统的建设涉及低压电器设备，低压电器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的电器，在供电系统和用电设备的电路中起保护、控制、调节、转换和通断作用。主要分为：配电保护用电器（用于电力网系统，低压熔断器、低压隔离电器、低压断路器，技术要求是通断电流能力强、限流效果好、保护性能好、抗电动力和热耐受性好）；控制用电器（用于电力拖动及自动控制系统，接触器、启动器和各种控制继电器、主令电器，技术要求是有相应的转换能力、操作频率高、电寿命和机械寿命长）。（一）低压熔断器 1、定义、功能及原理
压配电系统中熔断器是起安全保护作用的一种电器，熔断器广泛应用于电网保护和用电设备保护，当电网或用电设备发生短路故障或过载时，可自动切断电路，避免电器设备损坏，防止事故扩大。熔断器中的主要组成部分是金属熔件，由铅、锡、锑、锌、铜等金属制成。熔件制成金属丝状的称为熔丝（俗称保险丝）。熔件制成片状的称为熔片。由于熔件熔点低、电阻大、截面小，当通过熔件的电流超过其额定电流时，与同一回路的导线和电气设备比较，熔件发热量多、断得快，从而能够起到保护电气线路和电气设备的作用。2、分类
3、主要技术参数
（1）额定电压
额定电压是指熔断器能长期正常工作时承受的电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。（2）额定电流
熔断器长期工作时各部件温升不超过规定值时所能承受的电流称为熔断器额定电流，而熔体能长期流过且不被熔断的电流称为熔体额定电流。熔断器额定电流值应大于或等于电气设备的额定电流。（3）分断能力
分断能力是指熔断器在额定电压等规定工作条件下可以分断的预期短路电流值，也就是熔断器可以分断的最大短路电流值。（4）保护特性
保护特性又称安秒特性，是指熔体的熔化电流I与熔断时间t的关系。电流通过熔体时产生的热量与电流通过时间成正比，电流越大，则熔体熔断时间越短。4、选用
（1）熔断器类型选用
对于小容量电动机或照明线路，一般考虑过电流保护，应选较小熔化系数的熔体材料，如铅锡合金或RC1A系列熔断器。对于大容量电动机或照明线路，除考虑过电流保护之外，还要考虑短路时的分断短路电流的能力，预期短路电流较小时，可选用熔体为铜质的RC1A系列和熔体为锌质的RM10系列熔断器；预期短路电流较大时，宜选用具有高分断能力的RL6系列螺旋式熔断器；预期短路电流很大时，需选用具有更高分断能力的RT12或RT14系列熔断器。（2）负载类型
负载类型可以决定选用快或慢熔断器。阻性负载：根据保护时间，可选快或慢熔断器。感性负载：瞬间出现浪涌电流，需要选用慢熔断器。容性负载：充电电流非常大，选用慢熔断器。直流负载：用直流快或慢熔断器。（3)额定电压选择
（二)低压隔离电器
1、定义
电气设备带电部分进行维修时，隔离器分断能保证将电路中的电流通路切断，并保持有效的隔离距离，一般规定660V及以下隔离距离应大于25mm，对地距离不小于20mm。低压隔离器不具有频繁接通和分断电气控制线路的作用。低压隔离电器按极数可分为单极刀开关和多极刀开关，按切换功能（位置）可分为单投刀开关和双投刀开关，按操纵方式可粗分为中央手柄式、侧面操作式、带连杆机构式等。 （1）额定电压 指在规定条件下，开关在长期工作中能承受的最高电压。（2）额定电流 指在规定条件下，开关在合闸位置允许长期通过的最大工作电流。（3）通断能力 指在规定条件下，在额定电压下能可靠接通和分断的最大电流值。（4）机械寿命 指在需要修理或更换机械零件前所能承受的无载操作次数。(5)电寿命 指在规定的正常工作条件下，不需要修理或更换零件情况下，带负载操作的次数。4、选用
选用低压隔离电器时，其额定电流应为低于被隔离电路中各负载电流的总和；用于控制电动机时，其额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。应根据电气控制线路中的实际需要，确定组合开关接线方式，正确选择符合接线要求的低压隔离开关规格。（三）低压断路器 1、定义 低压断路器也称自动空气开关，用来接通和分断负载电路，具有过载和短路保护等功能。2、工作原理 断路器实现过载及短路保护，主要是靠断路器内部的脱扣器来完成的。目前应用的断路器脱扣器主要有两种：热磁脱扣器和电子脱扣器。热磁脱扣器包含热脱扣、电磁脱扣两个功能。热脱扣是通过双金属片过电流延时发热变形推动脱扣传动机构动作，主要用于断路器的过载保护；磁脱扣是通过电磁线圈的短路电流瞬时推动衔铁带动脱扣，用于断路器的短路保护。电子脱扣器包含过载及短路保护功能，方便进行整定。电子脱扣器是用电子元件构成的电路，用来检测主电路电流，并将检测电流后放大推动脱扣机构动作来实现保护。3、分类 按照结构构造分类：微型断路器、塑壳断路器、框架断路器3种类型。微型断路器，容量以1～63A为主。塑壳断路器，容量以80～800A为主。框架断路器，容量以800～3200A为主。  
微型断路器 塑壳断路器 框架断路器
4、主要技术参数 （1）额定电压
①额定工作电压。额定工作电压是指与通断能力及使用类别相关的电压值，对多相电路是指相间的电压值。分断能力与电压大小有关系。②额定绝缘电压。在任何情况下，最大额定工作电压不能超过额定绝缘电压。断路器额定绝缘电压与介电性能试验电压、爬电距离等有关。③额定冲击耐受电压。电器在规定试验条件下能耐受具有规定波形和特性的冲击电压峰值而无故障。额定冲击耐受电压与电气间隙等有关。额定冲击耐受电压应等于或大于该电器所处电路中可能产生的瞬态过电压。（2）额定电流
①额定不间断电流Iu：指额定持续电流，是电器在不间断工作制中能够承载的电流。 ②断路器壳架等级额定电流：指基本几何尺寸相同和结构相似的框架或塑料外壳中能承载的最大额定电流。 ③脱扣器电流整定值In（或Ir）：在规定的脱扣器和电流条件下，断路器工作的电流。 ④约定发热电流Ith：是大气中（无通风和外来辐射的大气条件）不封闭电器用作温升试验的试验电流最大值。 ⑤额定短时耐受电流：在规定实验条件下短时能承载而不损坏的电流值，短时时间为0.05s、0.1s、0.25s、0.5s、1s。电流不大于2 500A断路器短路时耐受电流最小值为12Inm或5kA（取较大者）。 （3）额定频率
除非具体产品标准有约定，一般频率为50Hz或60Hz。 （4）短路分断能力
①额定短路通断能力（小型断路器）。额定短路通断能力指在规定条件下能够接通，在其分断时间内能够承受和分断预期电流值。一般情况下，断路器额定短路分断能力优先从数值1.5kA、3kA、4.5kA、6kA、10kA中选取。②额定短路接通能力Icm。在额定工作电压、额定频率和规定的功率因数（交流）或时间常数（直流）下，电器能够接通的短路电流值。③额定短路分断能力Icn。在额定工作电压、额定频率和规定的功率因数（交流）或时间常数（直流）下，电器能够分断的短路电流值。该参数用于规定条件下的预期分断电流值（交流用有效值标示）。④额定短时耐受电流Icw。在规定实验条件下短时能承载而不损坏的电流值，短时时间为0.05s、0.1s、0.25s、0.5s、1s。电流不大于2 500A断路器短路时耐受电流最小值为12Inm或5kA（取较大者）。该参数主要用于选择性断路器。5、选用 （1）断路器额定工作电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压。（2）断路器脱扣器整定电流应大于或等于线路的最大负载电流。通常设计原则是：断路器按照最大负载电流的1.15～1.2倍选取。 （3）断路器的短路整定电流应躲过线路的正常工作启动电流。 （4）根据断路器短路通断能力Icu选择断路器。低压断路器的分断能力应大于或等于电路最大短路电流。6、如何实现断路器选择性保护 在低压配电系统中用的低压断路器按其保护性能可分为选择性和非选择性两类。选择性低压断路器是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时动作的三段保护特性。绝大部分框架式断路器和部分塑壳断路器属于选择性断路器，有两段保护和三段保护两种。非选择性低压断路器只具有过载长延时、短路瞬时动作的二段保护特性，如微型断路器和部分塑壳断路器。 （1）配电系统一 上级断路器：选择性断路器。下级断路器：选择性断路器/非选择性断路器。 在低压配电系统中，如果上一级断路器采用选择性断路器，下一级断路器采用非选择性断路器或选择性断路器，主要是利用短延时脱扣器的延时动作或延时动作时间的不同，以获得选择性。①无论下一级是选择性断路器还是非选择性断路器，上一级断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流一般不得小于下一级断路器出线端的最大三相短路电流的1.1倍。②如果下一级是非选择性断路器，为防止在下一级断路器所保护回路出现短路电流，一般上一级断路器的短延时过电流脱扣器的整定电流不小于下一级瞬时过电流脱扣器的1.2倍。③如果下一级也是选择性断路器，为保证选择性，上一级断路器的短延时动作时间至少比下一级断路器的短延时动作时间长0.1s。一般来说，要保证上下两级低压断路器之间选择性动作，上一级断路器宜选择带短延时的过流脱扣器，而且其动作电流要大于下一级过流脱扣器动作电流一级以上。 （2）配电系统二
上级断路器：非选择性断路器。下级断路器：非选择性断路器。 上、下级断路器均为非选择性断路器，上级断路器的脱扣曲线需包含下级断路器的脱扣曲线，即在相同的过载或短路电流情况下，下级断路器的动作时间会更短，需在上级断路器响应之前消除故障，从而实现上下级选择性保护。 一般情况下，选择同一品牌非选择性断路器时，因为大容量断路器和小容量断路器本身考虑了一定的选择性保护，因此，从实际设计经验来看，一般建议上级断路器电流值不小于下级断路器最大电流值的1.6倍，更有助于实现上下级的选择性保护。 四、低压配电方式
低压配电系统是由配电装置和配电线路组成的。低压配电方式是指低压干线的配电方式。低压配电方式有放射式、树干式、链式3种形式。（一）放射式
放射式是指由总配电箱直接供电给分配电箱或负载的配电方式。1、优点： 各负荷独立受电，一旦发生故障只局限于本身而不影响其他回路，供电可靠性高、控制灵活、易于实现集中控制。2、缺点： 总之，这种配电方式适用于设备容量大、设备要求集中控制的高可靠供电的配电回路，以及有腐蚀性介质和爆炸危险等场所不宜将配电及保护启动设备放在现场的情况。
（二）树干式
树干式是指由总配电箱至各分配电箱之间采用一条干线连接的配电方式。1、优点： 2、缺点： 总之，这种配电方式常用于明敷设回路、设备容量较小、对供电可靠性要求不高的设备。
（三）链式
链式也是在一条供电干线上带多个用电设备或分配电箱，与树干式不同的是其线路的分支点在用电设备上或分配电箱内，即后面设备的电源引自前面设备的端子。1、优点： 线路上无分支点，适合穿管敷设或电缆线路，可以节省有色金属。2、缺点： 线路或设备检修及线路发生故障时，相连设备全部停电，供电的可靠性差。总之，这种配电方式适用于暗敷设线路、供电可靠性要求不高的小容量设备，一般串联的设备不宜超过3～4台，总容量不宜超过10kW。
五、实际运用 多层公用建筑配电系统：对于用电负荷较大或较重要时，应设置低压配电室，从配电室以放射式配电，各层或分配电箱的配电，宜采用树干式或放射与树干混合方式。高层公用建筑低压配电系统：对于容量较大的集中负荷或重要负荷宜从配电室以放射式直接供电。高层公用建筑的垂直供电干线，应视负荷重要程度、负荷大小及分布情况，可以用以下方式：（1）以母线槽供电的树干式配电；（2）以电缆干线供电的放射式或树干式配电，当为树干式时，宜采用电缆T接端子方式引至各层配电箱；（3）采用分区树干式以适应不同功能区域或用电设备的要求。”
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