数据中心配电系统4P开关的应用误区

作者：唐国丰

摘要：一谈论到低压系统3P和4P开关的选用时，总会引起技术流派的大讨论，国家的规范的和标准也只是说明哪些地方能用和不能用，但没有系统说明所以然。数据中心低压配电系统较其它民用建筑更为复杂，均会用到ATS或母联开关组进行双电源或三电源的切换，且重要负载的前端都配置了UPS，应用4P开关的时候应对整个系统链路进行全面考虑，既要防止杂散电流的危害，又要规避系统断零的风险。

关键词：数据中心 配电 4P开关 杂散电流 断零

 

一、杂散电流和低压系统接地

随着数据中心向大规模化、高可靠性的趋势发展，数据中心的电源配置越来越多，双路多台变压器/柴油发电机的配置，成为普遍现象，要详细厘清3P和4P断路器的应用场景和不同应用场景下的优缺点，我们需弄清楚杂散电流和低压系统的接地的关系。目前绝大多数设计人员，对杂散电流和低压系统的接地不够重视或不够清晰认识，GB / T 16895. 1 - 2008 / IEC 60364 - 1：2005《低压电气装置 第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》，GB / T 16895. 10 - 2010 / IEC 60364 - 4 - 44：2007《低压电气装置 第4 - 44部分：安全防护 电压骚扰和电磁骚扰防护》再次重申。

系统接地对低压系统来说，通常是指变压器、发电机绕组星型节点的接地，即：中性点接地。系统接地在低压配电系统中有着极为重要的作用，它的作用是使系统带电导体取得大地电位作为参考电位，降低系统对地绝缘水平的要求，保证系统的正常和安全运行。IEC标准对系统接地的实施有严格的要求，在多电源系统中不允许在变压器处和发电机处将中心点就地接地，IEC标准还规定自变压器（或发电机）中性点引出的PEN/N线必须绝缘，并且只能在低压配电盘内的一点与PE线母排连接而进行系统接地，在此之外N线严禁接地（如图1）。而我国的绝大多数中心低压系统接地违背了这一重要原则，而是在变压器处和发电机处直接将中心点就地接地（如图2），甚至我国绝大多数变压器和柴油发电机的生产厂商，设备在出厂时就默认把N线和PE线直接短接。按图2中的多点系统接地法，变压器负载中性电流既可从自身的N线回流到变压器的星型节点，也可能从发电机的G2点经大地（或建筑钢筋）回流到G1点，如此这般，中性电流通过其它并联通路返回电源的电流被称作杂散电流，杂散电流可以引起如下电气灾害：

1. 杂散电流可以感应杂散的电磁场，干扰敏感信息技术设备的正常工作；
2. 杂散电流可能经过导电不良的非正规通路而打火，引发电气火灾；
3. 杂散电流以大地为通路可能形成电池，对接地体、基础钢筋、金属管道等建筑构件造成电化学腐蚀。