2024數(shù)據(jù)中心低壓開關(guān)技術(shù)規(guī)范

11數(shù)據(jù)中心低壓開關(guān)技術(shù)PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANVIII目錄版權(quán)聲明 I編制說明 II前 言 III一、概述 1二、數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng) 3（一）低壓配電系統(tǒng)特點 3概述 3數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng) 3（二）低壓配電系統(tǒng)接地方式 5（三）數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)組成設(shè)備 11變壓器 11低壓成套柜 12UPS 13高壓直流電源 14精密列頭柜 156.配電箱（柜） 16（四）低壓配電系統(tǒng)保護 17低壓配電系統(tǒng)保護要求 17低壓配電系統(tǒng)保護類型 19三、數(shù)據(jù)中心常用低壓開關(guān)器件分類 26（一）斷路器 26空氣斷路器（ACB） 26塑殼式斷路器（MCCB） 27微型斷路器（MCB） 29（二）隔離開關(guān) 31（三）轉(zhuǎn)換開關(guān)電器 32（四）接觸器與繼電器 34接觸器的結(jié)構(gòu)和原理 35接觸器的主要特征 35接觸器的分類 36（五）熔斷器 37熔斷器的結(jié)構(gòu)和原理 37熔斷器的特點 37熔斷器的分類 38（六）電涌保護器及其保護開關(guān) 38四、低壓開關(guān)分斷技術(shù) 40（一）斷路器結(jié)構(gòu)組成與分斷原理 41一般斷路器的結(jié)構(gòu)組成 41一般斷路器的動作原理 45（二）低壓交流開關(guān)滅弧原理 46（三）低壓直流斷路器分斷原理 48直流電弧的穩(wěn)定燃燒點 48直流電弧的熄弧條件 50直流電弧的滅弧方法 50（四）低壓開關(guān)分斷技術(shù)手段 54機械開關(guān) 54固態(tài)開關(guān) 60復(fù)合開關(guān) 61五、低壓開關(guān)特性與參數(shù) 63（一）額定電壓 63額定工作電壓 63額定絕緣電壓 63額定沖擊耐受電壓 63（二）額定電流 64約定自由空氣發(fā)熱電流 64額定工作電流Ie 65額定不間斷電流 65（三）額定分斷能力 66額定極限短路分斷能力 66額定運行短路分斷能力 67（四）短路特性 68額定短路耐受電流（熱穩(wěn)定電流）Icw 68額定短路接通電流Icm 69（五）脫扣器與脫扣曲線 69熱脫扣器 69磁脫扣器 70欠壓脫扣器 70分勵脫扣器 71脫扣器保護類型 72脫扣曲線 75（六）安裝與應(yīng)用 82安裝環(huán)境特性 82防護等級 84安裝數(shù)量 84（七）使用類別 85六、低壓開關(guān)應(yīng)用 87（一）低壓開關(guān)的選擇性及后備保護 87低壓斷路器的選擇性 87后備保護與選擇性增強 94（二）低壓開關(guān)選型方法 97進線及母聯(lián)斷路器的選型 97UPS輸入輸出斷路器的選型 102末端塑殼斷路器的選型 108HVDC系統(tǒng)的斷路器選型 113（三）低壓開關(guān)選用常見問題 115剩余電流型接地故障保護與中性線互感器的選用 115短路短延時時間的設(shè)定級差 117反時限與定時限的選用 121熱磁脫扣器過載特性的修正與降容 123（四）低壓開關(guān)的維護 127開關(guān)設(shè)備維護的意義 127開關(guān)設(shè)備維護分類 129開關(guān)設(shè)備維護頻率 134低壓開關(guān)的維護建議和措施 135七、低壓開關(guān)技術(shù)展望 147（一）數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)演進方向 147模塊化（預(yù)制化） 147架構(gòu)簡潔化 148綠色低碳能源 149配電管理智慧化 150（二）低壓開關(guān)技術(shù)路徑 1511.集成化 1512.模塊化 1553.智能化 156（三）面向IDC的低壓開關(guān)技術(shù) 157（四）智能化技術(shù)的發(fā)展 159（五）綠色低碳 161PAGEPAGE10數(shù)據(jù)中心低壓開關(guān)技術(shù)白皮書一、概述5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、AI據(jù)計算量呈現(xiàn)井噴式增長，配套的數(shù)據(jù)中心與通信基站投資及建設(shè)力度也不斷加大。國家高度重視數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，“十四五”2035心體系，強化算力統(tǒng)籌智能調(diào)度，建設(shè)若干國家樞紐節(jié)點和大數(shù)據(jù)E10E員會等部委印發(fā)關(guān)于《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞在國家新基建政策的引導(dǎo)下，數(shù)據(jù)中心逐步向綠色、低碳和高能效方向發(fā)展。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷增大，導(dǎo)致耗電量劇增。據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)顯示，202227003.1%，足以滿足上海、深圳兩座超大型城市的全年用電需求。IDC20245%以上。面對嚴峻的用能形勢，新型數(shù)據(jù)中心逐步開始采用先進的供配電與空調(diào)制冷解決方案來降低能耗，這也對數(shù)據(jù)中心設(shè)計、及設(shè)備供應(yīng)商提出了更高要求，也要求工程總包具備多產(chǎn)業(yè)集成能力。同時，算力需求的激增助推數(shù)據(jù)中心建設(shè)速度迎來高峰，國家及各地相繼出臺政策規(guī)范數(shù)據(jù)中心的能源使用效率（PowerUsageEffectivenessPUE）。20221家發(fā)改委、工信部、國管局和國家能源局發(fā)布《貫徹落實碳達峰碳5G2025能源利用率明顯提升，全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利1.31.254APUE算與“雙碳”戰(zhàn)略背景下，國家政策與法規(guī)的不斷出臺，既對數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展起到規(guī)范與引導(dǎo)作用，也對數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)提出數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)主要由低壓開關(guān)、UPS、供電電纜等設(shè)備或環(huán)節(jié)組成，設(shè)計合理的配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心安全可靠、綠色低碳運行的關(guān)鍵。低壓開關(guān)是低壓配電系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，在數(shù)據(jù)中心配電設(shè)備的數(shù)量占比非?？捎^，也承擔(dān)著系統(tǒng)保護與運行控制的關(guān)鍵作用。根據(jù)格物致勝《中國低壓電器白皮書》測算，20223214.5%。本白皮書將主要聚焦討論數(shù)據(jù)中心內(nèi)低壓開關(guān)技術(shù)，包括低壓開關(guān)分斷技術(shù)、器件分類、特性參數(shù)、選用維護與技術(shù)展望等，以期為數(shù)據(jù)二、數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)（一）低壓配電系統(tǒng)特點概述數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心用電設(shè)備提供安全可靠的電能供應(yīng)。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)通常至少包括低壓配電環(huán)節(jié)；大型數(shù)據(jù)中心園區(qū)通常包括中壓10kV供電環(huán)節(jié)；部分特大園區(qū)甚至包括110kV220kV自建變電站，將高壓交流電轉(zhuǎn)換為中壓交流電向園區(qū)用電設(shè)備饋能。對于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的核心要求是能夠保障數(shù)據(jù)中心中ICT7*24ICTICT數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)一般指交流380V系統(tǒng)，部分數(shù)據(jù)中心配備有直流電源設(shè)備，但通常也是通過低壓交流作為輸入轉(zhuǎn)換而來，配套的后端直流配電設(shè)備（通常為DC48V、DC240V或DC336V）與AC380V系統(tǒng)設(shè)備共同組成數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)。從能量流動鏈路的方向來看，典型的數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)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PDU等配電設(shè)備，將能量層層傳遞至服務(wù)器PSU電源，最終轉(zhuǎn)換成不同低壓直流環(huán)節(jié)輸出，為服務(wù)器CPU、存儲等設(shè)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(jù)變壓器容量以及后端負載特性，可規(guī)劃合適數(shù)量的設(shè)備以及合適的設(shè)備層級，合理的設(shè)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(shè)備。數(shù)據(jù)中心為保證給ICT且不間斷的電能，增加不間斷電源系統(tǒng)。通過電力電子變流技術(shù)，將交流輸入通過整流加上逆變的環(huán)節(jié)，將市電電網(wǎng)中饋入的電能提升為輸出更加穩(wěn)定的電壓源，同時直流環(huán)節(jié)的母線是掛載電化學(xué)電池）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(xù)供應(yīng)時，輸出電能供應(yīng)后端ICTIT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ICT母線的形式承載不間斷電源系統(tǒng)饋出支路的輸入，電能通過不同節(jié)點的電纜將電能饋出到機柜。當(dāng)然這兩種形式本質(zhì)原理是一致的，如何選用由用戶配電場景ITDistributionUnit）設(shè)備，將電能進一步分配給機柜ICT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(shè)備。以上是對數(shù)據(jù)中心主要的用電設(shè)備——ICT設(shè)備的低壓配電系統(tǒng)的闡述。對于保證ICT設(shè)備運行在合適的溫度環(huán)境的空調(diào)制冷系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備的重要性設(shè)計有不同的配電方案。對于重要的空調(diào)設(shè)備或者子系統(tǒng)，通常需要配置雙路不間斷電源?，F(xiàn)有大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)通常采用AC380V系統(tǒng)供電，通常不間斷電源系統(tǒng)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(diào)設(shè)備或子系統(tǒng)的輸入與后者連接。對于不重要的空調(diào)設(shè)備，低壓配電柜饋出的電纜直接與空調(diào)設(shè)備輸入前端配電箱連接。數(shù)據(jù)中心除了ICT設(shè)備與空調(diào)設(shè)備兩大最主要的配電場景，還包括照明、消防、安防、監(jiān)控等配電場景。這些配電場景包含的設(shè)備主要是通過配電箱輸入電能，只是根據(jù)設(shè)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）低壓配電系統(tǒng)接地方式低壓配電系統(tǒng)的接地主要包括系統(tǒng)接地和保護接地。系統(tǒng)接地是指低壓配電網(wǎng)內(nèi)電源端帶電導(dǎo)體的接地，通常低壓配電網(wǎng)的電源端是指變壓器、發(fā)電機等設(shè)備中性點。保護接地是指負荷端電氣裝置外露導(dǎo)電部分的接地，其中負荷端電氣外露導(dǎo)電部分是指電氣裝置內(nèi)電氣設(shè)備金屬外殼、布線金屬管槽等外露部分。低壓配電系統(tǒng)TNTTIT字母說明電源與大地的關(guān)系，第二個字母說明電氣裝置的外露導(dǎo)電TN外露導(dǎo)電部分則通過與接地的中性點連接而實現(xiàn)接地。TNPETN-CTN-STN-C-STN-CNPE一的；TN-SNPETN-C-SNPE進線點之后分為NPETN接地系統(tǒng)特征：TN接地系統(tǒng)中單相接地故障電流被放大為短路故障電流，TNTNTN-CTN-CPEN復(fù)接地的措施，使得系統(tǒng)不能使用剩余電流動作保護裝置。圖2-1TN-C接地系統(tǒng)接地故障保護TN-SNPE在整個過程中各自獨立分開敷設(shè)，但在電源端兩者合并在一起接入電源設(shè)備中性點，電源設(shè)TN-S圖2-2TN-S接地系統(tǒng)接地故障保護與剩余電流保護TN-C-S系統(tǒng)中中性線和保護線前部分按PEN導(dǎo)線敷設(shè)，后部分各自分開敷設(shè)，且分開后不能再合并。TN-C-STN-C適合不平衡負載，而TN-S部分適用于平衡負載。TN-C-S配套使用剩余電流動作保護裝置，只是后部的TN-SPEITITIT地故障時，電網(wǎng)的接地電流很小，系統(tǒng)仍能維持正常工作狀態(tài)，通常對于不停電要求較高的場所ITIT系統(tǒng)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(jīng)人體和大地，最后經(jīng)過接地相線返回電網(wǎng)，容易造成人員傷亡。因此IT配置剩余電流動作保護裝置RCD。圖2-3IT接地系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測和RCD保護IT接地系統(tǒng)應(yīng)用特征：IT當(dāng)出現(xiàn)第一次接地故障報警信息時，操作人員可對系統(tǒng)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(dāng)發(fā)生第二次異相接地故障時能啟動過電流保護裝置或RCDTT接地系統(tǒng)的特征是應(yīng)用于三相四線制且所有終端用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均各自由PE線單獨接地。TT系統(tǒng)的用電設(shè)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(tǒng)用電設(shè)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(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地電流比較小，不能驅(qū)動斷路器或熔斷器執(zhí)行接地故障保護操作。因此TT系統(tǒng)推薦使用剩余電流動作保護裝置。圖2-4TT接地系統(tǒng)的接地故障RCD保護TT系統(tǒng)的應(yīng)用特征：TT接地系統(tǒng)的設(shè)計和安裝較為簡單，適用于公用電網(wǎng)直接TTTTTT接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時將出現(xiàn)供電中斷，供電中斷僅根據(jù)GB50174-2017規(guī)定，數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)的接地型式宜采用TN系統(tǒng)。采用交流電源的電子信息設(shè)備，其配電系統(tǒng)應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心低壓配電采用TN-S系統(tǒng)可以對雷電浪涌進行多級保護，對UPS和電子信息設(shè)備進行電磁兼容保護。此外，TN-S系統(tǒng)還具備以下優(yōu)勢：TN-SPEN誤，除微量對地泄漏電流外，PE線平時不通過電流，也不PE因此電氣裝置的外露導(dǎo)電部分對地平時幾乎不帶電位，比較當(dāng)出現(xiàn)相線碰殼的情況時，相當(dāng)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(dǎo)致前端過電流保護開關(guān)斷開，不會對人身造成危害，因此TN-STN-SN致中性點帶電，但是由于中性點和外殼并無電氣連接，因此（三）數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)組成設(shè)備變壓器變壓器是具有兩個或兩個以上繞組的靜止設(shè)備，為了傳輸電能，在同一頻率下，通過電磁感應(yīng)將一個系統(tǒng)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一個系統(tǒng)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(huán)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(shù)據(jù)中心配電場景應(yīng)用。大型數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心低壓供配電系統(tǒng)的電源，為整個系統(tǒng)提供電能輸入。圖2-510kV干式變壓器低壓成套柜按照標(biāo)準定義，低壓成套開關(guān)設(shè)備是由一個或多個低壓開關(guān)設(shè)備和與之相關(guān)的控制、測量、信號、保護、調(diào)節(jié)等設(shè)備，由制造廠家負責(zé)完成所有內(nèi)部的電氣和機械的連接，用結(jié)構(gòu)部件完整地組裝在一起的一種組合體。低壓成套開關(guān)設(shè)備主要由各種低壓電器構(gòu)成，低顯然，低壓柜中會涉及大大小小各類開關(guān)的應(yīng)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2-6低壓成套開關(guān)柜UPSUPS（UninterruptiblePowerSupply）是數(shù)據(jù)中心應(yīng)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(shù)方案眾多，但整體而言它的基本結(jié)構(gòu)是一套將交流電變?yōu)橹绷麟姷恼髌骱统潆娖?，以及把直流電再變?yōu)榻涣麟姷哪孀兤?，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(tǒng)開關(guān)應(yīng)用數(shù)量較多，這其中包括主路、旁路、檢修旁路輸入塑殼斷路器，還包括電池組開關(guān)柜中的塑殼斷路器或負荷開關(guān)與熔斷器的組合，同時UPS饋出支路低壓配電柜中也需配置一定數(shù)量的塑殼斷路器。圖2-7UPS電源高壓直流電源高壓直流電源簡稱HVDC(HighVoltageDirectCurrent)電源，在互聯(lián)網(wǎng)與電信運營商的數(shù)據(jù)中心中有比較廣泛的應(yīng)用。HVDC電源基于通信用48V電源演變而來，主要為應(yīng)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(tǒng)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(diào)壓，輸出穩(wěn)定可靠的直流電壓源。電源系統(tǒng)中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(jīng)電力電子變流環(huán)節(jié)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配給系統(tǒng)的所有整流模塊，微型斷路器被串接在各條支路電纜中。HVDC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。HVDCUPS圖2-8HVDC電源精密列頭柜精密列頭柜（RemotePowerPanel）簡稱列頭柜，分為直流精密列頭柜與交流精密列頭柜，分別對應(yīng)前級直流與交流不間斷電源。列頭柜通常放置于數(shù)據(jù)中心IT或網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(jīng)柜頂通過塑殼斷路器接入交流母線，通過轉(zhuǎn)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精密列頭柜配電箱（柜）數(shù)據(jù)中心末端配電保護環(huán)節(jié)，通常是通過配電箱（柜）實現(xiàn)。配電箱主要面向制冷空調(diào)、照明、監(jiān)控等負載設(shè)備的供電，且數(shù)據(jù)中心配電箱的形式多樣，絕大多數(shù)為非標(biāo)準產(chǎn)品。但配電箱結(jié)構(gòu)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(shè)備，便可組成一個滿足配電功能與保護需求的配電箱。配電箱作為數(shù)據(jù)中心末端配電設(shè)備，數(shù)量可觀，配置各異，使用低壓開關(guān)的數(shù)量與類型也較為豐富。圖2-10戶內(nèi)配電箱（四）低壓配電系統(tǒng)保護低壓配電系統(tǒng)保護要求自電氣工業(yè)革命開始，低壓配電系統(tǒng)便最早得以應(yīng)用，為推動人類社會文明的發(fā)展，提升社會生產(chǎn)力提供了不竭動力。時至今日，無論從低壓配電系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、低壓配電系統(tǒng)配電設(shè)備以及低壓配電系統(tǒng)保護，都彰顯著低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展已步入成熟階段。電能以其輸送安全經(jīng)濟；生產(chǎn)與使用方便清潔等優(yōu)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(tǒng)，若輸配電系統(tǒng)不能按照人類設(shè)計的方式與運行規(guī)則正常工作，便會產(chǎn)生巨大故障，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰與直接經(jīng)濟損失；甚至對人身安全構(gòu)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(tǒng)操作人員人身安全和輸配電線路的穩(wěn)定可靠運行。最基本的防范措施便是通過在各級配電線路安裝設(shè)置保護電器，以確保在電路出現(xiàn)故障時，可以及時將故障電路斷開。這種保護應(yīng)當(dāng)滿足低壓配電設(shè)計的有關(guān)規(guī)范的要求。數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)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(yīng)用場合，應(yīng)按規(guī)范要求裝設(shè)不同的保護，比如，《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054-2011規(guī)定：且各級之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合。非重要負荷的保護電器，可采用短路保護應(yīng)在短路電流產(chǎn)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。大多數(shù)的短路保護均可以采用斷路器來實現(xiàn)。采用斷路器來實現(xiàn)短路保護，首先應(yīng)使斷路器的短路分斷能力≥被保護點預(yù)期短路電流，預(yù)期短路電流應(yīng)通過計算或測量確定。斷路器一般有三個指標(biāo)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(qū)別將在后續(xù)章節(jié)詳細闡述。配電線路的過負荷保護，應(yīng)在過負荷電流引起的導(dǎo)體溫升對導(dǎo)體的絕緣、接頭、端子或?qū)w周圍的物質(zhì)造成損害之前切斷電源。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(yīng)能承受通過的短路能量。當(dāng)建筑物配電系統(tǒng)符合下列情況時，宜設(shè)置剩余電流監(jiān)測或保護電器，其應(yīng)動作于信號或切斷電源：剩余電流監(jiān)測或保護電器的安裝位置，應(yīng)能使其全面監(jiān)視有起火危險的配電線路的絕緣情況。低壓配電系統(tǒng)的保護類型與保護方式種類繁多，將在下一節(jié)詳細介紹。數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng)因其肩負著為ICT7*24障系統(tǒng)運行的可靠性，發(fā)現(xiàn)故障隱患需要及時切斷故障點，避免故障點對系統(tǒng)危害持續(xù)蔓延，導(dǎo)致人員傷亡或造成數(shù)據(jù)中心重大財產(chǎn)損失。因此科學(xué)設(shè)計與合理選用數(shù)據(jù)中心低壓供電系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備低壓配電系統(tǒng)保護類型過載長延時保護電氣線路中允許連續(xù)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(dǎo)線流過的電流超過了安全載流量，就叫導(dǎo)線過載。一般導(dǎo)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(chǔ)，按I2t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(yīng)，當(dāng)過載累積的熱效應(yīng)達到預(yù)定水平，引動斷路器分閘?？赏ㄟ^按鍵設(shè)定長延時可選特性曲線。短路短延時保護短路短延時保護防止配電系統(tǒng)的阻抗性短路，此類短路一般是由于線路局部短路故障產(chǎn)生的，電流一般超出過載的范圍，但又低（RMS）短路短延時的分斷延時是為了實現(xiàn)選擇性，可實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)鎖功能。當(dāng)短路故障發(fā)生在本級斷路器出線側(cè)時，短路短延時將瞬時跳開斷路器；當(dāng)短路故障發(fā)生在本級斷路器的下一級斷路器的出線側(cè)時，則短路短延時經(jīng)設(shè)定的延時時間后跳開斷路器。此功能的實現(xiàn)需配合使用開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），DIDO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(chǎn)生的，電流一般遠超出過載電流的范圍。當(dāng)發(fā)生短路時，短路電流會對線路、用電設(shè)備導(dǎo)電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生劇烈熱沖擊和電動力沖擊作用。為保護用電設(shè)備與輸電線路免受短路電流破壞性沖擊，當(dāng)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。中性線保護由于實際應(yīng)用中中性相所用的電纜及電流特性和其它三相常常有很大差別，智能控制器針對不同的應(yīng)用情況可對中性線實施不同的保護。當(dāng)中性線較細時，可采用半定值的方法保護；當(dāng)中性線和其它相一樣時可采用全定值的方法保護；當(dāng)電網(wǎng)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%半中性線保護中性相過載故障時，保護動作點等于設(shè)定值的一半。中性相短路短延時故障時，保護動作點等于設(shè)定值的一半。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設(shè)定值中性相接地故障時，保護動作點等于設(shè)定值100%全中線保護中性相過載故障時，保護動作點等于設(shè)定值。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設(shè)定值。中性相接地故障時，保護動作點等于設(shè)定值。150%1.5倍中線保護中性相過載故障時，保護動作點等于設(shè)定值1.5倍。中性相短路短延時故障時，保護動作點等于設(shè)定值1.5倍。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設(shè)定值。中性相接地故障時，保護動作點等于設(shè)定值。200%雙倍中線保護中性相過載故障時，保護動作點等于設(shè)定值2倍。中性相短路短延時故障時，保護動作點等于設(shè)定值2倍。中性相短路瞬時故障時，保護動作點等于設(shè)定值。中性相接地故障時，保護動作點等于設(shè)定值。OFF無中性線保護功能接地保護接地故障可引起故障點或?qū)w內(nèi)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(jù)設(shè)備類型又可以3P、4P3P+N（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。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漏電保護漏電保護防止人直接接觸外露導(dǎo)電部位，適用于設(shè)備絕緣損壞導(dǎo)致的漏電故障，或人體接觸外露導(dǎo)電部位而導(dǎo)致的漏電故障，漏電脫扣值和斷路器額定電流無關(guān)。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。圖2-13漏電保護檢測原理圖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(jù)三相電流之間的不平衡率進行保護動作。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。欠電壓脫扣器只能實現(xiàn)欠壓情況下的保護。欠電壓脫扣器與開關(guān)電器組合在一起，當(dāng)外施電壓下降，甚至緩慢下降至額定電壓的70%至35%范圍內(nèi)，與開關(guān)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(xiàn)過電壓保護、電壓不平衡保護，并可根據(jù)需求設(shè)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(dāng)有一個線電壓小于設(shè)定值時，欠壓保護動作，當(dāng)三個線電壓都大于返回值時報警動作返回；當(dāng)有一個線電壓大于設(shè)定值時，過壓保護動作，當(dāng)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(jù)三個線電壓之間的不平衡率進行保護動作。頻率保護智能控制器檢測系統(tǒng)電壓的頻率，對頻率過低或者過高進行保護，并可根據(jù)需求設(shè)定保護方式為報警或者分閘。逆功率保護逆功率保護取三相有功功率之和，當(dāng)功率的流向和用戶設(shè)定功率方向相反，且大于設(shè)定值時，保護啟動，并可根據(jù)需求設(shè)定保護方式為報警或者分閘。相序保護相序檢測取自各相電壓，當(dāng)檢測到的相序與相序保護設(shè)定方向相反時瞬時動作，當(dāng)有一相或多相電壓不存在時，此功能退出，可根據(jù)需求設(shè)定保護方式為報警或者分閘。三、數(shù)據(jù)中心常用低壓開關(guān)器件分類（一）斷路器空氣斷路器（ACB）空氣斷路器（AirCircuitBreaker），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(cè)的保護開關(guān)、母排聯(lián)絡(luò)開關(guān)或主配電回路進線保護開關(guān)。需要符合B類斷路器的要求，具備短路耐受能力，線路中發(fā)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(xù)性。空氣斷路器通常配置智能控制單元，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，配合通信附件可實現(xiàn)本地斷路器狀態(tài)、電參量、故障信息和報警信息等數(shù)據(jù)的上傳。空氣斷路器通常由以下部分組成：（）；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）；（）。遠程操作類：合閘線圈、分閘線圈、欠壓線圈、儲能馬達、安全保護及聯(lián)鎖類附件：分閘位置鎖、抽架鎖、按鈕鎖、門圖3-1空氣斷路器（左）與塑殼式斷路器（右）塑殼式斷路器（MCCB）塑殼斷路器（MoldedCaseCircuitBreaker）,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(cè)的保護開關(guān)，母排聯(lián)絡(luò)開關(guān)，主配電回路出線保護開關(guān)，或分配回路的進線保護開關(guān)。一般符合A類斷路器的要求，線路中發(fā)生故障時，需要和上下級斷路器實現(xiàn)選擇性配合，正確切斷故障電流，并且避免越級跳閘，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(xù)性。塑殼式斷路器通常具有過載長延時、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(tǒng)中，常作為終端開關(guān)或支路開關(guān)。塑殼斷路器通常由以下幾部分構(gòu)成：外殼，所有的零件都密封于塑料外殼中，外殼的關(guān)鍵的性能脫扣單元，用于檢測故障電流，帶動操作機構(gòu)做分閘，從結(jié)分斷單元，用于斷開故障電流，從觸頭結(jié)構(gòu)的角度可以進一N（分為集成式和加裝模塊式）、接地故障保護、電動機保護、發(fā)現(xiàn)在的配電系統(tǒng)要求斷路器除了能通斷電流實現(xiàn)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(shè)備安全與配電系統(tǒng)的可靠性、節(jié)能等方面都提出了新的要求。因此，產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計需要重點考慮以下4個方面：人身安全，這是斷路器設(shè)計的紅線，在任何情況下需要保證針對電氣線路與設(shè)備的保護的可靠性，需要準確地檢測故障可靠的、不間斷的電力供應(yīng)，需要準確斷開電流，并且避免塑殼斷路器通常有以下附件：輔助觸點、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。微型斷路器（MCB）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(guī)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(guān)電器。同時具備隔離功能。微型斷路器作為支路保護開關(guān)，額定電流通常在125A及以下。交流產(chǎn)品具有1P、1PN、2P、3P、4P產(chǎn)品可選，直流產(chǎn)品具備多電壓產(chǎn)品可選。斷路器本體正面具備可視化故障指示窗口，當(dāng)斷路器因為過斷路器本體具備綠色指示條，可靠指示斷路器內(nèi)部觸頭的狀斷路器結(jié)構(gòu)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(shè)備過熱和老化，保障長時斷路器端子應(yīng)具備IP20B斷路器本體可根據(jù)需求搭配模塊化附件、例如：輔助觸點、斷路器本體可根據(jù)需求搭配智能化模塊附件，實現(xiàn)監(jiān)測、計斷路器上下級之間可通過匹配表實現(xiàn)級聯(lián)和選擇性，提高產(chǎn)輔助觸點及故障指示觸點應(yīng)選用匹配系統(tǒng)電流電壓的產(chǎn)品，內(nèi)部觸頭不易受到環(huán)境污染，長時間工作保證的穩(wěn)定性和可產(chǎn)品為綠色友好型產(chǎn)品，具有相應(yīng)的ROHS&REACH報告。（二）隔離開關(guān)隔離開關(guān)在分位置時，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志；在合位置，能承載正常回路條件下的電流及在規(guī)定時間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流的開關(guān)設(shè)備。隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)和原理：導(dǎo)電部分：包括觸頭、閘刀、接線座。主要起傳導(dǎo)電路中的傳動機構(gòu)：接收操動機構(gòu)的力矩，將運動傳動給觸頭，以完隔離開關(guān)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(guān)器件，在電力系統(tǒng)中其主要作用如下：隔離電源。在電氣設(shè)備檢修時，用隔離開關(guān)將需要檢修的電氣設(shè)備與帶電的電網(wǎng)隔離，形成明顯可見的斷開點，以保證倒閘操作。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(guān)將電氣設(shè)備或供電線路從一組母線切換到另一組母線上去。按照隔離開關(guān)在電網(wǎng)中擔(dān)負的任務(wù)及使用條件，其基本要求有:隔離開關(guān)斷開點之間應(yīng)有足夠的絕緣距離，以保證在過電壓隔離開關(guān)應(yīng)具有足夠的熱穩(wěn)定性、動穩(wěn)定性、機械強度和絕由于隔離開關(guān)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(guān)在帶負荷情況下進行操作而引起的電網(wǎng)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(guān)。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(cè)隔離開關(guān)，后拉母線側(cè)隔離開關(guān)；送電操作時，必須先合母線側(cè)隔離開關(guān)，后合線路側(cè)隔離開關(guān)，再合上斷路器。（三）轉(zhuǎn)換開關(guān)電器根據(jù)國家標(biāo)準《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第6-1部分：多功能電器轉(zhuǎn)換開關(guān)電器》（GB/T14048.11）的定義，轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（TSE）是指由一個或多個開關(guān)設(shè)備構(gòu)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(zhuǎn)換開關(guān)電器根據(jù)短路PCCBCC轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（MTSE）、遠程操作轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（RTSE）和自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（ATSE）。根據(jù)結(jié)構(gòu)分為專用型轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（TSE-S）（TSE-D）。在數(shù)據(jù)中心行業(yè)的實際應(yīng)用中，更多的指用于不同電源之間轉(zhuǎn)換的裝置或系統(tǒng)，并不局限于接入的電源數(shù)量、類型以及執(zhí)行開關(guān)的數(shù)量。轉(zhuǎn)換開關(guān)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(zhuǎn)換頻度、應(yīng)用位置的預(yù)期短路電流等多種因素，具體可參照國家標(biāo)準《轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（TSE）選擇和使用導(dǎo)則》（GB/T31142）。轉(zhuǎn)換開關(guān)電器根據(jù)應(yīng)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(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器應(yīng)用于電源端時，在數(shù)據(jù)中心行業(yè)里最常見的接入電源是市電和柴油發(fā)電機組，因此通常用于轉(zhuǎn)換市電與市電、市電與柴發(fā)電。通常由TSE管理柴油發(fā)電機組的起動、停機，柴油發(fā)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(shù)據(jù)中心（例如美國）中，多個ATSE相互配合還能起到柴油發(fā)電機組容量管理的作用，可以根據(jù)電源容量、負荷率、負荷分級要求等因素自動調(diào)節(jié)負荷的接入和退出。在應(yīng)用于單母線分段帶聯(lián)絡(luò)的主接線形式時，應(yīng)特別注意與中壓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之間的配合，低壓主配電處的轉(zhuǎn)換開關(guān)電器應(yīng)具備外部信號閉鎖轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)中心里，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換開關(guān)電器的在線可維護，根據(jù)國標(biāo)圖集的要求和具體的配電架構(gòu)選擇一體化雙旁路型轉(zhuǎn)換開關(guān)，避免因TSE造成單點瓶頸、降低整個供配電系統(tǒng)的可用性。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換過程中造成的中性線缺失問題，用于UPS上游的轉(zhuǎn)換開關(guān)電器應(yīng)具備中性線重疊切換功能。（四）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機，也可以用于控制其他電力負載，如電熱器、照明設(shè)備、電焊機、電容器組。接觸器和起動器可實現(xiàn)遠距離頻繁操作，與繼電器配合使用可實現(xiàn)多種控制及保護功能，例如延時操作、聯(lián)鎖控制、定量控制和欠壓失壓保護，接觸器和起動器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于自動控制電路中。接觸器的結(jié)構(gòu)和原理接觸器由主體部分和附件構(gòu)成。主體部分主要包括主觸頭、滅弧室、電磁系統(tǒng)、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(dāng)電磁系統(tǒng)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，反力彈簧儲能；電磁系統(tǒng)斷電銜鐵釋放時，則相反；當(dāng)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）。接觸器的主要特征按照接觸器定義和功能，具有如下特點：失壓接觸器的分類接觸器用途廣泛，品種繁多，根據(jù)不同特點分類的方法很多，常見的分類方法有：按主觸頭所控制的電路種類的不同，可以分為交流接觸器按電磁接觸器吸引線圈電源性質(zhì)的不同，可分為交流勵磁按使用類別的不同，可以分為通用接觸器、燈負載專用接按執(zhí)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(dǎo)體接觸器（無觸頭接觸器）和混合接觸器（有觸頭和無觸頭結(jié)合的接觸器）。（五）熔斷器熔斷器是一種當(dāng)通過的電流超過規(guī)定值一定時間后，以本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而斷開電路的電器。熔斷器廣泛應(yīng)用于高、低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過載電流的保護器件，是應(yīng)用最普遍的保護器件之一。熔斷器的結(jié)構(gòu)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(dāng)電流超過規(guī)定值足夠長的時間，熔體會在某個或多個部位逐漸發(fā)生熔化并形成斷口，此時斷口處會產(chǎn)生電弧，然后通過周圍石英砂的滅弧作用，最終實現(xiàn)電路的開斷。熔斷器的特點熔斷器的主要特點有：熔斷器的分類根據(jù)電壓等級可分為高壓熔斷器和低壓熔斷器（≤1000V或≤1500VDC）。（、半導(dǎo)體保護熔斷體、電動機保護熔斷體、光伏系統(tǒng)保護用熔根據(jù)分斷范圍可分為：部分范圍分斷能力熔斷體和全范圍分電涌保護器根據(jù)所保護的系統(tǒng)類型主要分為用于低壓配電系統(tǒng)、用于電信和信號系統(tǒng)兩大類。用于低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器主要遵循國家標(biāo)準《低壓電涌保護器（SPD）第1部分：低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器性能要求和試驗方法》（GB18802.1）。用于電信和信號系統(tǒng)的電涌保護器主要遵循國家標(biāo)準《低壓電21（SPD）性能要（GB/T18802.21）22電信和信號網(wǎng)絡(luò)的電涌保護器（SPD）選擇和使用導(dǎo)則》（GB/T18802.22）。根據(jù)上述國家標(biāo)準的定義，電涌保護器（SPD）是指用于限制瞬態(tài)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(tǒng)的電涌保護器分類：根據(jù)SPD根據(jù)SPDIIIIII電涌保護器的選型必須考慮所處雷電分區(qū)、接地型式、被保護設(shè)備的耐壓要求等多種因素，具體可參照國家標(biāo)準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057）、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343）和《低壓電涌保護器第22部分：電信和信號網(wǎng)絡(luò)的電涌保護器（SPD）選擇和使用導(dǎo)則》（GB/T18802.22）。特別需要注意的是，位于室外環(huán)境、而在低壓配電系統(tǒng)又處于末端的被保護設(shè)備，例如屋頂?shù)闹评湓O(shè)備等，在選擇配電系統(tǒng)電涌保護器時需考慮同時通過III在數(shù)據(jù)中心行業(yè)的實際應(yīng)用中，低壓配電系統(tǒng)的防電涌普遍比較重視，而信號系統(tǒng)的防電涌重視程度則相對較低。在一些設(shè)置集中冷源的園區(qū)型數(shù)據(jù)中心項目中，管道在室外環(huán)境架設(shè)的情況也較常見，當(dāng)這類管道設(shè)置儀表類元器件時也應(yīng)考慮信號系統(tǒng)的防電涌措施。還有就是園區(qū)周界安防攝像設(shè)備等，可能受到雷電侵害的可能性較高，尤其是數(shù)據(jù)中心被物理侵入造成影響和損失較大的，也應(yīng)考慮信號系統(tǒng)的防電涌措施。電涌保護器前級的保護開關(guān)傳統(tǒng)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(guān)在應(yīng)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(dǎo)致誤跳或爆裂、最終導(dǎo)致SPD失效，以及殘壓高無法實質(zhì)保護設(shè)備等，因此需要應(yīng)用電涌保護器專用保護開關(guān)來解決上述問題。SPDSPD接線形式等因素，也可以直接選用專用保護一體式SPD。四、低壓開關(guān)分斷技術(shù)低壓開關(guān)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(xiàn)，分合閘過程中往往伴隨電弧現(xiàn)象。這里以低壓斷路器作為低壓開關(guān)的代表，通過闡述低壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)組成，分析低壓開關(guān)分斷過程中的滅弧機理與技術(shù)。（一）斷路器結(jié)構(gòu)組成與分斷原理一般斷路器的結(jié)構(gòu)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(guī)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(guān)電器，一般由傳感元件、執(zhí)行元件和傳遞元件三部分組成。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(tǒng)的信號，通過傳遞元件使執(zhí)行元件動作。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。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。電磁式脫扣器由電流線圈、鐵心、銜鐵和反力彈簧構(gòu)成。當(dāng)過電流通過電流線圈時，銜鐵上所產(chǎn)生的電磁力足以克服反力彈簧而吸向鐵心，產(chǎn)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(gòu))配合，亦可得到延時動作。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(gòu)構(gòu)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(dāng)電壓正常時(額定電壓)，銜鐵處于吸合狀態(tài)。當(dāng)電源電壓消失或降低至一定數(shù)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(xù)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。電子式脫扣器由傳感器、電子電路和脫扣執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成。電子式脫扣器可以方便地獲得長延時、短延時、瞬時保護特性和接地保護等，具有明顯的優(yōu)勢，同時發(fā)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(jīng)適當(dāng)?shù)淖儽确磻?yīng)主電流的變化?；ジ衅饔袃煞N型式：其一為帶鐵心速飽和互感器，它的二次輸出可作為電子電路的工作能源，其低電流區(qū)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(xiàn)代智能型斷路器就采用這種方式。電子式脫扣器的脫扣執(zhí)行機構(gòu)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路的最終觸發(fā)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(fā)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(yōu)點是結(jié)構(gòu)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(tǒng)產(chǎn)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(zhí)行機構(gòu)，其消耗功率小，動作速度快，體積質(zhì)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(tǒng)。當(dāng)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(dāng)出現(xiàn)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，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(gòu)的脫扣指使斷路器脫扣。由于造成反向磁通的電流極小，因而脫扣所需的功率很小。執(zhí)行元件執(zhí)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(zhí)行元件。觸頭執(zhí)行接通或分斷電路的任務(wù)，滅弧室用來配合觸頭執(zhí)行任務(wù)、幫助熄滅觸頭分斷時產(chǎn)生的電弧。觸頭系統(tǒng)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(lián)觸頭和單片觸頭并聯(lián))，以及對接觸頭和插入式觸頭，要根據(jù)具體情況選用。傳遞元件傳遞元件是承擔(dān)力的傳遞、變換的部件，它包括傳動機構(gòu)、自由脫扣機構(gòu)、主軸、脫扣軸等。斷路器的絕緣底座、外殼或框架屬承擔(dān)力的傳遞的部件，各種機械連桿承擔(dān)力的傳遞與變換。傳動機構(gòu)將人力或電力變?yōu)楹祥l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(gòu)使之脫扣。自由脫扣機構(gòu)是低壓斷路器的一種特有性能，它把傳動機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)之間的聯(lián)系變?yōu)槿嵝月?lián)系。當(dāng)自由脫扣機構(gòu)再扣時，傳動機構(gòu)能直接帶動觸頭系統(tǒng)閉合。當(dāng)自由脫扣機構(gòu)脫扣時，則解鎖了傳動機構(gòu)與觸頭系統(tǒng)之間的聯(lián)系，這時傳動機構(gòu)不能帶動觸頭系統(tǒng)閉合。它應(yīng)滿足:當(dāng)閉合操作開始之后，若進行脫扣操作時，即使閉合命令繼續(xù)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。一般斷路器的動作原理將上述傳感元件、執(zhí)行元件和傳動元件合理地組合一起，可構(gòu)成一臺斷路器。如圖4-1，當(dāng)反時針方向推動操作手柄時(手動傳動機構(gòu))，力經(jīng)自由脫扣機構(gòu)傳遞給傳動桿，使觸頭閉合。最后鎖扣將自由脫扣機構(gòu)鎖住，被保護電路接通。為了實現(xiàn)過載和短路保護，三相(或四相)電路內(nèi)串有熱磁式脫扣器或穿有電流互感器，當(dāng)三相中任何一相或二相、三相出現(xiàn)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(jīng)過一定延時后推動牽引桿，使機構(gòu)脫扣；當(dāng)過電流大到足以克服銜鐵上的反力彈簧時，銜鐵迅速拍合上磁軛，推動牽引桿，使機構(gòu)瞬時脫扣(熱磁式)?；虍?dāng)出現(xiàn)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(jīng)運算處理后使機構(gòu)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。圖4-1熱磁式斷路器的結(jié)構(gòu)原理傳動機構(gòu)除手動外可帶電動傳動機構(gòu)，電磁鐵和電動機操作都有應(yīng)用。采用電動機傳動者一般都是儲能操動機構(gòu)。即電動機轉(zhuǎn)動通過齒輪系統(tǒng)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(gòu)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(xiàn)遙控，可遠方發(fā)指令，令斷路器分斷。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）低壓交流開關(guān)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(dǎo)等方式繼續(xù)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(fā)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(chuàng)造了有利條件，相同條件下熄滅交流電弧要比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(lián)系的兩個物理過程:一個是弧隙中電離氣體從導(dǎo)電狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣狀態(tài)，使弧隙能夠承受電壓作用而不發(fā)生電弧重燃的過程，叫介質(zhì)恢復(fù)過程，用介質(zhì)恢復(fù)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(fù)過程，用恢復(fù)電壓Uhf表示。圖4-2弧隙中的介質(zhì)恢復(fù)過程和電壓恢復(fù)過程曲線顯然，介質(zhì)恢復(fù)過程使弧隙的介質(zhì)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(fù)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(fā)生重燃而真正熄滅，將取決于介質(zhì)恢復(fù)過程和電壓恢復(fù)過程的競賽。若介質(zhì)恢復(fù)強度Ujf的數(shù)值總是大于恢復(fù)電壓Uhf的數(shù)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(xù)燃燒。（三）低壓直流斷路器分斷原理直流電弧的穩(wěn)定燃燒點4-3EL和R路中的電感和電阻，CC的數(shù)值很小，當(dāng)電弧電壓變化不快時可忽略不計。當(dāng)觸頭12E=L??

+

?+

(4-1)對式(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(wěn)定燃燒點4-4A'-AabEacabα。令α=arctanR，則ac的高度表示E-IhR。直線ac和曲線A'-A交于1、2兩點。

?

=0，由式(4-1)電弧穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，電弧電流Ih=常數(shù)，即??知E=?+(4-3)從圖4-4可見:12以右的區(qū)域，直線ac的高度低于曲線???A'-AE-IR)-U0，得L

<0，所以，這兩個區(qū)域內(nèi)，h h ??Ih將隨時間的變化不斷減小。12以左的區(qū)域，直線ac的高度高于曲線???A'-AE-IR)-U0,得L

>0，所以，在這個區(qū)域內(nèi)，h h ??Ih將隨時間的變化不斷增大。12E-I

R)-U=0，得L???=0，也就是Ih h ?? h為常數(shù)，電流Ih不隨時間變化，電弧處于穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。12I1和I21IhI1，則電路工作狀態(tài)將背離點112之間的區(qū)域，由于該區(qū)域L

>0

將繼續(xù)增大，直到I=I;反之，若某種原因使I?? h h 2 h稍小于I，則進入1點以左的區(qū)域，此區(qū)域L???<0，因此I將繼1 ?? h續(xù)減小直到電弧熄滅。點2Ih=I2時，不論何IhI2222直流電弧的熄弧條件在開關(guān)電器中，人們希望電弧不存在穩(wěn)定燃燒點，從而促使電弧盡快熄滅。4-4acA'-AE??<(4-4)式(4-4)說明，當(dāng)電路中電源電壓不足以維持穩(wěn)態(tài)電弧電壓和線路上的壓降時，或者說，外界電路施加在弧隙兩端的電壓低于維持電弧穩(wěn)態(tài)燃燒所需的電壓時，直流電弧趨于熄滅。直流電弧的滅弧方法4-4可知，可以從兩個方面R，使αacac'；A'-AA'-A1ac相交。使穩(wěn)定燃燒點不存在的措施如圖4-5所示。圖4-5使穩(wěn)定燃燒點2不存在的措施為了熄滅直流電弧，低壓開關(guān)電器通常采用提高電弧靜態(tài)伏安特性的措施。=??+??+??=?0+?? (4-5)Uh為電弧電壓，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由電弧電壓公式(4-5)可知，提高直流電弧的靜態(tài)伏安特性，即增大Uh，可以采取以下措施:U0nn+14-6圖4-6用金屬柵片將電弧分割成串聯(lián)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?=(?+10+?' (6)n?'（2）增大電弧長度l工程中常用的具體方法如下4-7a依靠導(dǎo)電回路自身的磁場或外加磁場使電弧橫向拉長，如圖4-7b)所示。在磁場的作用下，使弧根在電極上移動以拉長電弧，如圖4-7c)所示。圖4-7增加弧長的方法(3)增大弧柱的電場強度E增大氣體介質(zhì)的壓力pIh=1-20A弧柱的電場強度E(V/cm)為?? ?5 ?E=(10 ?) (4-7)pPa);c、nmc=400，n=0.7.m=0.32。由式(4-7)可知，相同條件下提高氣體介質(zhì)的壓力p，可以增加弧柱的電場強度E。當(dāng)氣體介質(zhì)的壓力升高以后，電弧內(nèi)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(dǎo)及熱對流的散熱效果也越強，因此不易產(chǎn)生電離，導(dǎo)致弧柱的電場強度E上升。增大電弧與流體介質(zhì)之間的相對運動速度v。電弧與其周圍氣體介質(zhì)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(zhì)中橫向運動、采用高速運動的流體介質(zhì)橫吹或縱吹電?。ㄈ鐖D4-8）圖4-8強迫吹弧示意圖1個大氣壓的空氣中，銅電極間橫向運動的電弧，當(dāng)v<200m/s、Ih<600AE(V/cmv??E=??

(4-8)依靠電弧與絕緣柵片之間的熱傳導(dǎo)作用，加強電弧的冷卻效果，使復(fù)合能力增加、弧柱的電場強度E從電路通斷的載體形式上來看，低壓開關(guān)可以分為機械開關(guān)、固態(tài)開關(guān)和復(fù)合開關(guān)三類。三種類型通斷技術(shù)手段各有差異。機械開關(guān)機械開關(guān)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(dǎo)電性和表面耐候性優(yōu)異的金屬材料制成。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(zhì)填充在動、靜觸頭之間使電路斷開。機械開關(guān)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(guān)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(lǐng)域中的機械開關(guān)通常采用空氣和真空作為滅弧介質(zhì)。在空氣開關(guān)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(guān)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(yōu)良絕緣性熄滅電弧、抑制電弧再生（真空環(huán)境中離子體極少，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(guī)格的真空開關(guān)比空氣開關(guān)的開距（機械開關(guān)斷開狀態(tài)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(guān)，在分斷過程中產(chǎn)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(guān)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(xiàn)形式）。本小節(jié)以下介紹在低壓空氣開關(guān)主要用到的分斷技術(shù)手段和一些大電流接通時的技術(shù)手段。電弧電阻限流低壓空氣開關(guān)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。串聯(lián)雙（多）斷點，增加初始電弧段數(shù)量，目前主流的限流斷路器多采用串聯(lián)雙斷點結(jié)構(gòu)，有平行運動的雙斷點形式，也有旋轉(zhuǎn)運動的雙斷點形式。在直流斷路器中有串聯(lián)使用多個斷點的結(jié)構(gòu)。各種串聯(lián)雙（多）斷點結(jié)構(gòu)的根本目的是為了增加分斷時電弧的數(shù)量，以產(chǎn)生更多的電弧壓降。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提高起弧速度主要利用電流流過導(dǎo)體時的磁電效應(yīng)，合理設(shè)置動靜觸頭導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和位置，充分利用導(dǎo)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：①U形靜觸頭結(jié)構(gòu)。②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(yīng)用在開關(guān)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(tǒng)中設(shè)置引弧角或引弧片，并對電弧進行磁吹或氣吹實現(xiàn)。引弧角或引弧片可起到引導(dǎo)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：①環(huán)繞觸頭周圍加裝導(dǎo)磁板，導(dǎo)磁板在電弧電流下磁化產(chǎn)生的磁場，提供磁吹力；②設(shè)置專用的線圈或永磁體進行磁吹，一般應(yīng)用在直流開關(guān)中。氣吹通常是在觸頭周圍的側(cè)壁設(shè)置絕緣產(chǎn)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(chǎn)氣材料在電弧高溫下降解產(chǎn)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。分割和強行冷卻電弧的主要措施為：在滅弧室中應(yīng)用窄縫、橫隔板、迷宮或鐵磁柵片式等結(jié)構(gòu)。電弧在這些結(jié)構(gòu)中被切成數(shù)段且與固體介質(zhì)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(guān)系很大。一定電流規(guī)格的產(chǎn)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(gòu)的運動速度有關(guān)。除了提高產(chǎn)品機構(gòu)固有的動作速度外，常用提高觸頭和機構(gòu)運動速度的措施有：①利用高速運動的瞬動電磁鐵通過推桿撞擊動觸頭使之加速分離。②利用觸頭斥開時產(chǎn)生的膨脹氣體通過一個氣動機構(gòu)加速操作機構(gòu)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(xù)提高，人們需要去尋找其他的限流方法。產(chǎn)品固有材料電阻限流該技術(shù)手段顧名思義是利用提高產(chǎn)品內(nèi)部導(dǎo)電零件的電阻來進行限流的方法。當(dāng)然實現(xiàn)的前提是產(chǎn)品的溫升能夠達到要求，因此該方法通常用于小電流規(guī)格的低壓斷路器產(chǎn)品。方案如下：斷路器的接觸板等導(dǎo)電材料使用銅鋼復(fù)合材料或黃銅代替純銅，一方面增加了整個產(chǎn)品的限流電阻，另一方面增加了觸頭的結(jié)構(gòu)強度。由于導(dǎo)電材料電阻發(fā)熱的影響，該方案較適合應(yīng)用于40A以下的斷路器中。這里介紹一下銅鋼復(fù)合材料的優(yōu)勢。①省銅、成本低。比如室溫下厚度比為8%T284%Q2358%T2（質(zhì)量比約為17.8%T2207.03μΩ·cm，常用黃銅電阻率與之相近的牌號為H62（207.1μΩ·cm），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(xù)提高和銅資源的緊張，銅鋼復(fù)合材料的成本優(yōu)勢會更加明顯。②結(jié)構(gòu)強度好。由于中間有一層鋼板，同樣厚度的銅鋼復(fù)合板強度通常會高于黃銅和純銅。③焊接后不易變形。銅材料焊接驟冷后往往會變U焊接前硬度和強度變化較小。④可增強磁場。在一些斷路器的觸頭系統(tǒng)中，銅鋼復(fù)合板中的鋼鐵材料在電流下磁化，可增強在滅弧時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(chǎn)品中增加了整個產(chǎn)品的限流電阻。該方案一般應(yīng)用于100A以下的斷路器中。外接電阻限流在產(chǎn)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(chǎn)生時產(chǎn)品的電阻值。額外加裝通過正常工作電流時呈現(xiàn)為低阻態(tài)、通過大電流時呈PTCPTC正溫度系數(shù)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(fā)熱小，溫度低，電阻??；當(dāng)出現(xiàn)大電流時，PTC材料急劇發(fā)熱并膨脹，熱量無法迅速散發(fā)導(dǎo)致溫度急劇上升，在微秒級時間內(nèi)電阻急劇增加；當(dāng)大電流切除一段時間后，PTC材料的熱量得到散發(fā)，溫度降低，又恢復(fù)到低電阻狀態(tài)。該種限流器在低壓領(lǐng)域作為附件安裝在一些斷路器的進線端。（）在產(chǎn)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(yù)期出現(xiàn)大電流前接入電路，電流恢復(fù)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。在電力系統(tǒng)中使用并聯(lián)電容器進行無功補償時，在電容器接入電網(wǎng)的瞬間會產(chǎn)生高峰值和高頻率的浪涌沖擊電流，其峰值可達到并聯(lián)電容器額15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(lián)電阻線接入電路，從而有效地限制浪涌電流峰值；數(shù)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(jīng)歷數(shù)毫秒，串聯(lián)電阻線的輔助熔體分斷熔斷器與其他機械開關(guān)差異較大。正常情況下，它依靠其他開關(guān)切斷電路。異常大電流下，它利用熔體熔化分解，絕緣介質(zhì)（比如石英砂、空氣等）填充至進出導(dǎo)電部件之間使電弧冷卻熄滅。固態(tài)開關(guān)固態(tài)開關(guān)是利用三極管、MOSFET、IGBT、可控硅等功率半導(dǎo)體元件的飽和區(qū)與截止區(qū)之間的特性差異，通過在兩種狀態(tài)之間切換，實現(xiàn)電路開關(guān)狀態(tài)的切換。固態(tài)開關(guān)與機械開關(guān)相比的優(yōu)點是反應(yīng)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(tài)功耗高、過載能力差、工作溫度范圍相對窄、斷開狀態(tài)存在泄漏電流。一般而言，在直流和操作較頻繁的電路應(yīng)用中，固態(tài)開關(guān)在正常負載和低倍過載電流的通斷操作時更具優(yōu)勢。由于固態(tài)開關(guān)的缺點也很明顯，因此通常與機械開關(guān)配合使用。固態(tài)開關(guān)中固態(tài)斷路器內(nèi)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(guān)斷電路，由關(guān)斷電路操作固態(tài)元件關(guān)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(guī)格的固態(tài)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求。大電流規(guī)格的固態(tài)斷路器如帶選擇性保護，需要承受短時耐受電流產(chǎn)生的巨大熱量，在分斷過程中過熱現(xiàn)象較機械斷路器更為顯著，因此常配備帶風(fēng)扇的空冷系統(tǒng)甚至液冷系統(tǒng)。固態(tài)斷路器也可以利用諧振電路和PTC變阻限流器來提高短路分斷能力。固態(tài)繼電器在使用時，易因過流、過壓和負載短路造成內(nèi)部功率半導(dǎo)體元件永久損壞?？稍陔娐分写?lián)電感降低電流變化速率、增加快速熔斷器或機械斷路器進行過流和短路保護，可內(nèi)置壓敏電阻或RC吸收回路進行過壓保護。復(fù)合開關(guān)復(fù)合開關(guān)是固態(tài)開關(guān)與機械開關(guān)的集成，是利用固態(tài)開關(guān)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(guān)的低通NEV屬于這類產(chǎn)品?；旌祥_關(guān)通斷正常負載電流的技術(shù)手段與固態(tài)開關(guān)基本相同。復(fù)合開關(guān)與機械開關(guān)和固態(tài)開關(guān)相比，優(yōu)點是無電弧、4-9關(guān)的簡化電氣原理圖，電路接通順序如下①S2③S1閉合-④雙向晶閘管關(guān)斷-⑤S2斷開，電路斷開順序如下①S2閉合-②晶閘管導(dǎo)通-③S1斷開-④雙向晶閘管關(guān)斷-⑤S2S3三聯(lián)開關(guān)閉合-②B、C相晶閘管按相位順序?qū)?③S4雙聯(lián)開關(guān)閉合-④晶閘管關(guān)斷，電路斷開順序如下①B、C相晶閘管導(dǎo)通-②S4雙聯(lián)開關(guān)斷開-③B、C相晶閘管按相位順序斷開-④S3三聯(lián)開關(guān)斷開。圖4-9復(fù)合開關(guān)1 圖4-10復(fù)合開關(guān)2五、低壓開關(guān)特性與參數(shù)（一）額定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(tǒng)電壓。標(biāo)準規(guī)定中表征額定工作電壓即在規(guī)定條件下，保證電器正常工作的工作電壓值。額定絕緣電壓額定絕緣電壓指的是在規(guī)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(biāo)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(guān)的電壓值，在任何情況下最大的額定工作電壓值不應(yīng)超過額定絕緣電壓值。若電器沒有明確規(guī)定額定絕緣電壓，則規(guī)定的工作電壓的最高值被認為是額定絕緣電壓值。額定沖擊耐受電壓在規(guī)定的條件下，電器能夠耐受而不擊穿的具有規(guī)定形狀和極性的沖擊電壓峰值，該值與電氣間隙有關(guān)。電器的額定沖擊耐受電壓應(yīng)大于或等于該電器所處的電路中可能產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓規(guī)定值。額定沖擊耐受電壓優(yōu)選值見表5-1。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(yīng)的海拔U1.2/50μs(kV)海平面200m500m1000m2000m0.330.350.350.350.340.330.50.550.540.530.520.50.80.910.90.90.850.81.51.751.71.71.61.52.52.952.82.82.72.544.84.84.74.4467.37.276.7689.89.69.3981214.814.5141412（二）額定電流對斷路器而言,額定電流就是額定不間斷電流(Iu)（GB/T14048.1-20124.3.2.4）Ith)。約定自由空氣發(fā)熱電流約定自由空氣發(fā)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GB14048.1-20128.3.3.3溫升試驗部分)。不封閉電器是指制造商不提供外殼的電器或制造商提供的外殼是構(gòu)成完整電器的一部分，但該外殼通常不預(yù)期單獨作為電器的防護外殼。封閉電器可參照ABBOTDCP系列產(chǎn)品外殼。8h8h8h該工作制是確定電器的約定發(fā)熱電流Ith和Ithe約定自由空氣發(fā)熱電流值并非開關(guān)額定電流值,不強制在開關(guān)電器上標(biāo)志。額定工作電流Ie電器的額定工作電流由制造商規(guī)定,額定工作電流的確定應(yīng)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8h對于直接開閉單獨電動機的電器：額定工作電流指標(biāo)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(biāo)代替或補充。制造商會提供規(guī)定工作電流與工作功率(如有)間的關(guān)系，供用戶選用開關(guān)時參考。額定不間斷電流額定不間斷電流是由制造商規(guī)定的開關(guān)能在不間斷工作制下承載的電流值。不間斷工作制意指沒有空載期的工作制，電器的主觸8h數(shù)據(jù)中心大多數(shù)負載設(shè)備符合不間斷工作制。不間斷工作制區(qū)別于8h電器用于數(shù)據(jù)中心不間斷工作制設(shè)備保護時應(yīng)考慮采用降容系數(shù)或（三）額定分斷能力斷路器的額定短路分斷能力是制造商在規(guī)定的條件及額定工作電壓下對斷路器規(guī)定的短路分斷能力值。額定短路分斷能力規(guī)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(yīng)根據(jù)有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準的規(guī)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(yīng)能分斷小于和等于其額定分斷能力的任何電流值。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(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件下，不要求斷路器連續(xù)承載其額定電流能力的分斷能力。按照GB14048.28.3.5.3規(guī)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(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均認定為斷路器損壞不合格。斷路器的額定極限短路分斷能力是制造商按相應(yīng)的額定工作電壓規(guī)定斷路器在規(guī)定的條件下應(yīng)能分斷的極限短路分斷能力值。它用預(yù)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：O—t—CO，O表示一次分斷操作，CO表示閉合操作后經(jīng)一適當(dāng)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(yīng)為3min或斷路器的復(fù)位時間。OCO斷路器合閘，然后立即分斷。這里的合閘C接通電流（峰值電流）以后，是否會因為峰值電流產(chǎn)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(guī)定的試驗程序所規(guī)定的條件下，要求斷路器連續(xù)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(yīng)的額定工作電壓規(guī)定斷路器在規(guī)定的條件下應(yīng)能分斷的運行短路分斷能力值。它用預(yù)期分斷電流表示,或用Icu的百分數(shù)表示(例如Ics=25%Icu)。Ics至少應(yīng)等于25%Icu。IcsO-t-CO-t-CO，即分斷－與極限短路分斷能力Icu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(dāng)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(fù)操作的次數(shù)為電壽命的5%。運行短路分斷能力試驗合格的判定標(biāo)準是每個試驗程序都合格，并且斷路器的外殼不應(yīng)破碎，但允許有裂縫。（四）短路特性額定短路耐受電流（熱穩(wěn)定電流）Icw開關(guān)電器的短時耐受電流Icw是一個測量值，它代表了該型開關(guān)電器導(dǎo)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(dāng)線路發(fā)生短路時低壓開關(guān)電器能夠在一段時間內(nèi)承載和忍受的最大發(fā)熱電流，它表征了低壓開關(guān)電器對于短路電流的熱穩(wěn)定性。對于交流，此電流為預(yù)期短路電流交流分量的有效值,并認為在短延時時間內(nèi)是恒定的。與額定短時耐受電流相應(yīng)的短延時應(yīng)不小于0.05s,其優(yōu)選值為0.05s-0.1s-0.25s-0.5s-1s額定短時耐受電流應(yīng)不小于表5-2所示的相應(yīng)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)In≤2500In＞250012In或5，取較大者30額定短路接通電流Icm電器的額定短路接通能力是在額定工作電壓,額定頻率、規(guī)定的功率因數(shù)(交流)或時間常數(shù)(直流)下由制造商對電器所規(guī)定的短路Icm承受的最大電流，盡管低壓開關(guān)電器流過此電流后可能已經(jīng)損壞。額定短路接通能力Icm（五）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(gòu)并使斷路器自動斷開的裝置。在斷路器內(nèi)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。熱脫扣器熱脫扣器提供熱保護，熱保護也就是過載保護，其安秒曲線為過載長延時L保護特性。熱保護：電流經(jīng)過脫扣器時熱元件發(fā)熱（直熱式電流直接過雙金屬片），雙金屬片受熱變形，當(dāng)變形至一定程度時，推動牽引桿旋轉(zhuǎn)從而帶動機構(gòu)動作切斷電路。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(chǎn)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(dāng)線路中出現(xiàn)短路故障時，電流超過正常電流的若干倍，電磁鐵產(chǎn)生的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(gòu)推動自由脫扣機構(gòu)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。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。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(yōu)點是在斷路器斷開時不帶電，只有當(dāng)斷路器閉合時脫扣器才帶電，有利于節(jié)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