数据中心断路器整定值计算（一）

作者：唐国丰

关于低压断路器的选型及参数设定，常见的有：额定短路极限分断能力Icu、额定运行短路极限分断能力Ics、额定电流Ie、额定电压Ue、长延时动作电流Ir、短延时动作电流Isd、瞬时动作电流Im、接地故障电流Ig等等。但是低压系统的第一个断路器有两个参数（额定短路极限分断能力Icu和接地故障电流Ig）很重要但又容易让人忽略，也让人困惑，因为找了很久也没有找到详细的解读文章。如何选型/设定？为什么要这样选型/设定？这样选型/设定的依据是什么？

额定短路极限分断能力Icu

额定短路极限分断能力Icu和额定运行短路极限分断能力Ics（目前很多断路器能做到Icu=Ics），它们所代表的意义：假如某断路器的短路极限分断能力Icu=60KA，那么当线路中发生小于等于60KA的故障电流，断路器可以安全切断电路，如果当线路中发生大于60KA的故障电流，断路器的触头熔接、甚至发生爆炸等事故，这样断路器就已经失去了应有的作用，且不能再使用。断路器的短路极限分断能力从低到高分了几个等级，在设备生产的过程中就确定了断路器的短路极限分断能力的等级（后期不可调），但随着产品等级的提高，价格也会跟着提高。准确的选型应是一项很重要工作内容，低压系统靠近变压器的第一个受电柜的断路器和第一级断路器的短路极限分断能力的选型尤为重要，因为此处发生短路是所产生的短路故障电流很大，那么我们如何选型该类断路器呢？变压器短路电流计算法，变压器输出侧线圈短路发生的短路故障电流是低压系统的最大短路故障电流，其它处的短路故障电流一定比该处的短路故障电流小。

先说明一个概念，变压器的短路阻抗又称阻抗电压。阻抗电压是指将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压（短路电压）与额定电压的比值百分数即为短路阻抗。根据该原理可以计算变压器输出侧的短路电流，本文以本人经历的某数据中心的设备/系统数据作为计算参考依据。某项目变压器铭牌的短路阻抗为7.42%，额定电流144/3608A，则变压器的输出侧的最大预期短路电流为3608/0.0742=48.63KA，那么我们在选择第一个断路器和低压侧第一级断路器的时候应选择额定短路极限分断能力Icu大于等于50KA的断路器（宜大不宜小，当然太大也是一种浪费）。此处特别强调：第一级断路器，哪怕它的额定电流只有100A，但是它的输出端处短路的预期短路电流也是很大，那么它的极限分断能力也需要大于等于50KA（如下图）。

接地故障保护电流Ig

在电气故障情况下，为防止因间接接触带电体而导致人身电击，因线路故障导致过热造成损坏，甚至导致电气火灾，低压配电线路应按《低压配电设计规范》(GB50054) 要求装设短路保护过负载保护和接地故障保护，用以分断故障电流或发出故障报警信号。现行的设计和施工规范中均提出在低压配电线路中需设置接地故障保护，最常见的是低压系统的第一个断路器设接地故障保护功能。接地故障的保护方式常用有三种：

过电流保护

这种保护方式因利用所控制的线路断路器，在不增设其他装置就可以实现接地故障保护功能，所以方便易行。但这种有一定的局限性，详见下文。

剩余电流保护

剩余电流保护所检测的是三相电流家中性线电流的矢量和，三相五线配电线路正常运行时，即使三相负载不平衡，剩余电流只是线路泄漏电流，配电线路在没有发生接地故障时，三相负荷电流与中性线电流的矢量和均为零，无论三相负荷电流平衡与否！即|IA|+|IB|+|IC|+|IN|=0。零序电流保护一般适用于TN-S接地系统。

零序电流保护

配电线路正常运行时，如果三相负载完全平衡，无谐波电流，忽略正常泄漏电流，则流过中性线N的电流为0，即零序电流为0；如果三相负载不平衡和系统存在谐波时，则产生零序电流，如果某一相发生接地故障时，零序电流将大大增加。因此利用检测零序电流值发生的变化，可取得接地故障的信号。

关于接地故障电流的保护模式本人在《数据中心配电系统3P和4P开关的区别和应用》的一文中有提及，本文重点讨论零序电流接地故障保护模式，也是我国应用最普遍的模式。在国内很少见到低压系统的第一个断路器用剩余电流保护模式做接地故障保护，多见于末端微型断路器的漏电保护，倒是在香港的2个数据中心有见过剩余电流接地故障保护模式的接地保护装置。（这个问题我现在还没有想出为什么，也许是传统的原因，或许又是其它因素吧，希望以后能得到解答。）那么本文重点就来探索零序电流保护模式下的接地故障电流如何设定？下图是施耐德Micrologic 6.0的接地保护设定参数选择表，表中说明了接地故障电流可选择设定的范围120~1200A，为什么？怎么选？怎么样都可以吗？

本文以我主持验证测试的数据中心项目之供电系统的某条链路的实测数据，来说明我对零序电流接地故障保护模式的思考。在下图案例中我们测量了Z1~Z6处的接地环路阻抗，（所测的接地环路阻抗，是在链路带电的情况下，测量处的相线至变压器输出绕组，经变压器工作接地至PE线，再到测量处PE线的环形链路阻抗）测的值分别是：Z1=0.008欧；Z2=0.017欧；Z3=0.068欧；Z4=0.078欧；Z5=0.089欧；Z6=0.148欧。在数据中心的TN-S系统中PE线同相线靠紧敷设，且设备的外壳具备良好的多点接地以及电缆桥架等不带电金属设施都有做可靠的等电位接地，如果相线发生接地（TN-S系统大多数接地短路故障为金属短路），相线同金属外壳会发生短路熔接，那么实际测量出来的接地阻抗值就同真实接地故障时的环路阻抗接近，这时候的短路故障电流是最大短路故障电流。

如果PDU的Z6处发生接地故障（金属短路）时，那么发生的接地短路故障的最大电流是230/0.148=1554A，32A的微型断路器的瞬时保护足够快速响应而切断故障电流（这就是上文说的断路器过流保护，实现接地故障保护功能）；Z5处发生接地故障时，故障电流是230/0.089=2584A，此处的160A断路器也能瞬时分断故障电流；如果UPS输出端Z4发生接地故障时，故障电流是230/0.078=2948A，故在TN-S系统中发生接地故障（金属短路）时短路电流可短时间内被断路器所分断。为了保障接地短路故障发生时断路器和熔断器动作的可靠性，GB 50303 -2015《建筑电气工程施工质量验收规范》（新实施的规范）对实测接地故障回路阻抗测试做了新的要求。

但如果当Z1，Z2，Z3，Z4处阻抗短路（非金属短路，如小动物的尸体、线路受潮等）发生，所产生的接地故障电流是无法被各级断路器的过流保护所切断，这时就需要第一个断路器的零序电流接地故障保护起作用。

当系统某相发生接地故障时，零序电流会发生突变，但系统中零序电流的值在系统正常的情况下还会受到不平衡电流和谐波等因素的影响，故做零序电流故障保护模式的设定时还得考虑这些因素的影响，而这两个值是经常变化的，而且是比较难以预测和计算的。最可靠最准确的办法是通过日常运维时的数据记录，来指导接地故障保护电流的设定。本案例中系统满载测试的时候记录系统在正常情况下零序电流的最大值（不长期出现，出现在设备突然加载的时候，目前大多数电子仪表都能记录电力参数的最大值）为557.5A。由此可以说，当系统稳定运行一段时间内，系统检测到的最大零序电流强度即为：接地故障保护电流的最小设定值。本案例系统正常工作时，接地故障保护装置检测到的零序电流总小于557.5A时，接地故障保护装置无论如何也是不会误动作。

当系统在Z5点发生接地故障时，零序电流是三相不平衡电流、谐波经过中性线电流的分量和故障电流的矢量叠加。为了保障接地故障保护装置既不误动作又不拒动作，我们应该评估出接地故障时零序电流大概率出现的上限值。在本案中，系统满载时正常的零序电流值为348.2A，历史最大值为为557.5A。那么可进行接地故障保护电流的整定设置时，既要考虑灵敏性也要考虑系统误动作，接地故障保护电流的整定推荐为：348.2A+2*（557.5-348.2）=766.8A，查表可以取800A。

关于低压系统断路器的整定值不少项目乱象环生，有的项目的设计图仅仅给出了整定值数据，但是没有给出计算书和设定依据；甚至有些设计图纸整定值都没有，断路器的出厂整定是什么就永远都是这个状态。没有发生意外的项目就侥幸平安，如果断路器的各级参数没有根据系统实际的带载情况进行计算确定整定值，当意外发生的时候要么出现伤害事故，要么出现越级跳闸大面积停电的重大损失事故。从上文的分析来，断路器的接地故障保护电流是根据负载投入的情况变化而变化的，当负载的增加或者减少或者负载的性质变化都会引起零序电流的变化，即使设计图纸给出了整定值，设计师也应当是根据系统满载情况下给出的整定值，它不是一个永恒的值。数据中心的运维人员应根据系统稳定运行时间段内测定的参数，对整定值进行计算并调整，以使系统的各级断路器处于一个可靠的保护状态。

断路器的整定计算是数据中心从业人员很值得探索的课题，鉴于本人经验和学识的欠缺，渴望能以此文结识对该课题感兴趣的同行们，共同进步！

数据中心断路器整定值计算（一）相关推荐

继电保护整定值计算软件_继电保护的整定计算.doc
题目名称: 系部: 电力工程系专业班级: 电气工程14- 1 学生姓名学号: 指导教师: 完成日期: 新疆工程学院实习评定意见设计题目继电保护的整定计算系部专业班级电气工程14- ...
继电保护整定值计算软件_继电保护整定电流
1 已知:负荷电流If .系数K1.系数K2.电流互感器变比n求:过流保护整定电流Igl 负荷电流If : A KA 系数K1 : 系数K2 : 变比 n : 结果: 2 已知:末端短路电流Ik ...
“东数西算”开启数据中心的新一轮“圈地运动”
文|智能相对论作者|佘凯文 2014年,在贵州省贵阳市的西南部与安顺市东北部结合部诞生了国家级新区之一的"贵安新区",或许你此前从未听说过这里,但这里却成为今年全国"最 ...
工信部公示国家新型数据中心典型案例名单
2月7日,工信部官网发布<国家新型数据中心典型案例名单(2021年)公示>(简称<公示>). <公示>根据<工业和信息化部办公厅关于组织开展国家新型数据中心( ...
绿色数据时代，全闪存与数据中心的注定邂逅
随着数据在数字化社会.智能化生活中扮演的角色愈发重要,我们也在经历一场从大数据时代,向绿色数据时代.高效数据时代.智能数据时代的升级变迁.在这个过程中,数据中心在社会经济中扮演的角色也愈发重要. 5月 ...
绿色数据中心案例介绍：阿里巴巴、华为、电信、移动……
数据中心 | 阿里巴巴 | 东数西算余热利用 | 绿色数据 | 智算中心在东数西算.深度学习.高性能计算.数据分析.数据挖掘.生命科学.仿真测绘.自动驾驶.遥感测绘的快速发展下,对数据中心的建设要 ...
中创|数据中心集聚，算力企业环绕，郑州：力争打造中部最强数据中心集群
信息时代,算力就是生产力.从田间到车间.从陆地到天空,算力的应用已经在方方面面"大显身手".不仅是在存储领域,在具体的应用服务领域,算力也无处不在. 手机支付.网上购物.精准导航. ...
R语言用户自定义函数的语法结构、编写自定义统计值计算函数（使用ifelse结构计算均值和标准差等）、编写自定义日期格式化（format）函数（switch函数使用不同分枝格式化日期数据）、应用自定函数
R语言用户自定义函数的语法结构.编写自定义统计值计算函数(使用ifelse结构计算均值和标准差等).编写自定义日期格式化(format)函数(switch函数使用不同分枝格式化日期数据).应用自定函数 ...
互联网晚报 | 2月25日星期五 | 元宇宙概念，热度显著下降；腾讯正洽谈落地“东数西算”大湾区枢纽韶关数据中心集群...
‍‍ 自动驾驶公司"云骥智行"获数亿元天使轮融资 2月25日消息,钛媒体App 独家获悉,国产GPU芯片公司壁仞科技的创始人张文,日前以董事长身份,领导了一家L4级自动驾驶初创企业 ...

数据中心断路器整定值计算（一）

数据中心断路器整定值计算（一）相关推荐

最新文章

热门文章