数据中心断路器整定值计算(一)

1、数据中心断路器整定值计算（一）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les、额定电流le、额定电压Ue、长延时动作电流lr、短延时动作电流Isd、瞬时动作电流Im、接地故障电流lg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leu和接地故障电流lg）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？一、额定短路极限分断能力Icu额定短路极限分断能力leu和额定运行短路极限分断能力les（目前很多断路器能做到lcu=lcs），它们

2、所代表的意义：假如某断路器的短路极限分断能力lcu=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

3、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=48.63K

4、A，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leu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)。二、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

5、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|=O。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

6、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

7、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Micrologic6.0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120T200A，为什么？怎么选？怎么样都可以吗？Micrologic控制单元6.0lg=InxInW&A4XA130DAS,0.2500A器0.3640僅204720A0.6SOOAase0A0,7960A1CMDAHJ051阳11120A1200A对问狂対ajsnoff0.120.3(ms|i在10in(*)1*1onU.1070.3DJ世ON竝ig眾丸斯圧定时间2

8、0飙14G细严0ftOFF开断对间）ao14D200500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Z1Z6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=0.32欧；Z2=0.32欧;Z3=0.38欧;Z4=0.39欧;Z5=0.40欧；Z6=0.46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，故

9、从测量数据的指标来看，该数据中心的接地短路阻抗数据是比较优秀的，如果相线发生接地，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。SQOAX1OO2500kVA4000A:x-490KVA（精密和头柜）-InOUAYX-如果PDU的Z6处发生接地故障时，那么发生的接地故障电流是220/0.46=478A，32A的微断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220/0.4=550A，此处的160A断路器也能较快速的分断故障电流；如果UPS输出端发生接地故障时，故障电流是220/0

10、.39=564A，这时整定的额定电流为800A的断路器是无论如何也不能分断该故障电流的，这时候的短路电流如果不加以消除，足以导致电击危险或产生的热量足以引发火灾。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，GB50303-2015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。5.1,8低压成套配电柜和配电箱（盘）内末端用电回路中，所设过电流保护电器兼作故障防护时，应在回路末端测量接地故障回路阻抗，且回路阻抗应满足下式要求：#X半（5.L8）式中：乙（祝）一实测接地故障回路阻抗（门卄5相导体对接地的中性导体的电压（V”h-保护电器在规定时阖内切断故

11、障回路的动作电流（A）.那么，如果Z1，Z2，Z3,Z4处发生，故障电流（550A687.5A，其中687.5A是Z1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

12、在设备突然加载的时候）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，那么该系统的零序电流在接地故障时，接地故障保护装置理论可能检测到的最大零序电流为：687.5A+557.5A=1245A。但事实上是三个矢量叠加，那么实际检测到零序电流一定是小于1245A的，三个事件同时出现的概率也是很低的。为了保障接地故障

13、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,那么可以推理，当系统不受小概率事件影响时，接地故障保护电流的可能出现上限值为：687.5A+348.2A=1035.7A。由此可以推定，系统接地故障保护电流合理的设定上限值为：不能被断路器过流保护所切断的可能出现的接地故障电流+当系统稳定运行一段时间内系统正常时的零序电流。则本案接地故障保护电流的设定范围是：557.5A1035.7A。取低值系统的灵敏度偏高，取高值可能会动作迟缓，稳妥起见可以取中值，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