数据中心常用低压开关器件分类及其组成部分介绍

下面我来简单介绍一下关于数据中心常用低压开关器件的内容。

一、断路器

1. 空气断路器（ACB）

空气断路器（Air Circuit Breaker），简称ACB，又称框架断路器或万能式断路器，一般额定电流为630A-6300A。该类断路器通常作为变压器二次侧的保护开关、母排联络开关或主配电回路进线保护开关。需要符合 B 类断路器的要求，具备短路耐受能力，线路中发生短路故障时，通常由下级断路器切除故障，保障非故障线路的供电连续性。 空气断路器通常配置智能控制单元，具备过载保护、短路短延时保护、短路瞬时保护及接地故障保护等基本保护功能。同时能够测量回路中的电流、电压及电能等重要电参量，配合通信附件可实现本地断路器状态、电参量、故障信息和报警信息等数据的上传。

空气断路器通常由以下部分组成：1) 断路器本体； 2) 断路器抽架（如使用抽屉式产品）；3) 智能控制单元（按保护、测量及通信等功能要求选择具体型号）；4) 母排连接端子（通常有后水平和后垂直两种接线方式）。空气断路器附件类型众多，通常有以下常用附件：1) 远程操作类：合闸线圈、分闸线圈、欠压线圈、储能马达、远程复位等； 2) 触点指示类：位置辅助触点、脱扣报警触点、准备合闸触点，抽架位置触点等； 3) 安全保护及联锁类附件：分闸位置锁、抽架锁、按钮锁、门联锁、缆绳联锁等； 4) 其他：门框、外置互感器、通信模块等。

2. 塑壳式断路器（MCCB）

塑壳断路器（Molded Case Circuit Breaker）, 简称MCCB，一般额定电流为 16-800A。该类断路器通常作为变压器二次侧的保护开关，母排联络开关，主配电回路出线保护开关，或分配回路的进线保护开关。一般符合 A 类断路器的要求，线路中发生故障时，需要和上下级断路器实现选择性配合，正确切断故障电流，并且避免越级跳闸，在保证故障回路被正确切断的同时保证非故障线路的供电连续性。 塑壳式断路器通常具有过载长延时、短路短延时、短路瞬动的三段保护功能。还可以与漏电保护、测量、电操等模块单元配合使用。在低压配电系统中，常作为终端开关或支路开关。

塑壳断路器通常由以下几部分构成：1) 外壳，所有的零件都密封于塑料外壳中，外壳的关键的性能是保证断路器的强度，绝缘和阻燃。2) 脱扣单元，用于检测故障电流，带动操作机构做分闸，从结构的角度可以进一步分为热磁式和电子式。3) 分断单元，用于断开故障电流，从触头结构的角度可以进一步分为单断点结构和双断点结构。4) 操作机构，实现断路器分合闸，脱扣和复位。5) 塑壳断路器的保护类型分为 N 种：配电保护、漏电保护（分为集成式和加装模块式）、接地故障保护、电动机保护、发电机保护。

现在的配电系统要求断路器除了能通断电流实现电路控制和简单的短路、过载保护外，还要能提供隔离和安全保护功能，特别是在针对人身、设备安全与配电系统的可靠性、节能等方面都提出了新的要求。因此，产品的开发设计需要重点考虑以下4 个方面：1) 人身安全，这是断路器设计的红线，在任何情况下需要保证操作人员的人身安全； 2) 针对电气线路与设备的保护的可靠性，需要准确地检测故障电流，并切断故障电流； 3) 可靠的、不间断的电力供应，需要准确断开电流，并且避免越级跳闸和断电区域扩大化； 4) 节能环保，以碳中和为目标。 塑壳断路器通常有以下附件：辅助触点、分励脱扣器、欠压脱扣器、操作手柄、电操、插入式接线端子、抽出式接线端子、绝缘附件等等。

3. 微型断路器（MCB）

微型断路器能接通、承载和分断正常电路条件下的电流，而且在规定的异常电路条件下，诸如过载、短路、漏电等故障电流也能接通、承载一定时间和自动分断电流的机械开关电器。同时具备隔离功能。 微型断路器作为支路保护开关，额定电流通常在125A 及以下。交流产品具有 1P、1PN、2P、3P、4P 产品可选，直流产品具备多电压产品可选。

1) 断路器本体正面具备可视化故障指示窗口，当断路器因为过载、短路或其他故障电流而脱扣时能够直观的进行本体指示。2) 断路器本体具备绿色指示条，可靠指示断路器内部触头的状态位置。 3) 断路器结构能够有效限制触头闭合时的能量释放，不受外力控制机械速度，从而有助于防止设备过热和老化，保障长时间运行的安全可靠。 4) 多极断路器每一极都具备独立的腔体，加强绝缘能力。5) 断路器端子应具备 IP20B 防护等级，有效保障人身安全。6) 断路器本体可根据需求搭配模块化附件、例如：辅助触点、分励线圈、电动复位机构等电气和机械附件。7) 断路器本体可根据需求搭配智能化模块附件，实现监测、计量、控制等智能化功能。8) 断路器上下级之间可通过匹配表实现级联和选择性，提高产品分断能力、保障供电连续性。9) 辅助触点及故障指示触点应选用匹配系统电流电压的产品，内部触头不易受到环境污染，长时间工作保证的稳定性和可靠性。 10)产品为绿色友好型产品，具有相应的ROHS报告。

二、隔离开关

隔离开关在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件（例如短路）下的电流的开关设备。隔离开关的结构和原理： 1) 导电部分：包括触头、闸刀、接线座。主要起传导电路中的电流，关合和开断电路的作用。2) 操动机构：通过手动、电动向隔离开关的动作提供能源。3) 传动机构：接收操动机构的力矩，将运动传动给触头，以完成隔离开关的分、合闸动作。

隔离开关是一种主要用于隔离电源、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路，无灭弧功能的开关器件，在电力系统中其主要作用如下： 1) 隔离电源。在电气设备检修时，用隔离开关将需要检修的电气设备与带电的电网隔离，形成明显可见的断开点，以保证检修工作人员和设备的安全。 2) 倒闸操作。在双母线接线形式的电气主接线中，利用与母线相连接的隔离开关将电气设备或供电线路从一组母线切换到另一组母线上去。

按照隔离开关在电网中担负的任务及使用条件，其基本要求有:1) 隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证在过电压及相间闪络的情况下，不引起击穿而危及工作人员的安全。2) 隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 3) 结构简单，动作要可靠。 4) 隔离开关应具备挂锁功能，避免隔离检修期间被误操作。

隔离开关与断路器的配合原则： 由于隔离开关没有专门的灭弧装置，只能用来分、合只有电压而没有负荷电流的电路，在电路中，为了避免隔离开关在带负荷情况下进行操作而引起的电网事故，一般只能在断路器断开的情况下才允许拉、合隔离开关。 因此在线路停、送电时的具体操作顺序为：停电操作时，断开断路器后，先拉线路侧隔离开关，后拉母线侧隔离开关；送电操作时，必须先合母线侧隔离开关，后合线路侧隔离开关，再合上断路器。

三、转换开关电器

根据国家标准《低压开关设备和控制设备第6-1 部分：多功能电器 转换开关电器》（GB/T 14048.11）的定义，转换开关电器（TSE）是指由一个或多个开关设备构成的电器，该电器用于从一路电源断开负载电路并连接至另外一路电源。转换开关电器根据短路能力分为 PC 级、CB 级和 CC 级。根据控制转换的方式分为手动操作转换开关电器（MTSE）、远程操作转换开关电器（RTSE）和自动转换开关电器（ATSE）。根据结构分为专用型转换开关电器（TSE-S）和派生型转换开关电器（TSE-D）。

在数据中心行业的实际应用中，更多的指用于不同电源之间转换的装置或系统，并不局限于接入的电源数量、类型以及执行开关的数量。 转换开关电器的选型必须考虑负荷类型、负荷允许的最大断电时间要求、转换频度、应用位置的预期短路电流等多种因素，具体可参照国家标准《转换开关电器（TSE）选择和使用导则》（GB/T31142）。

转换开关电器根据应用位置的不同一般划分为电源端、配电端和负荷端，其中电源端通常指首级主配电的位置，即多个电源接入的第一级；负荷端通常指最终用电装置距离最近的配电位置；电源端和负荷端之外的其他位置一般归为配电端。当转换开关电器应用于电源端时，在数据中心行业里最常见的接入电源是市电和柴油发电机组，因此通常用于转换市电与市电、市电与柴发电。通常由 TSE 管理柴油发电机组的起动、停机，柴油发电机组接收到 TSE 信号后进行起动和停机动作。在部分海外数据中心（例如美国）中，多个 ATSE 相互配合还能起到柴油发电机组容量管理的作用，可以根据电源容量、负荷率、负荷分级要求等因素自动调节负荷的接入和退出。在应用于单母线分段带联络的主接线形式时，应特别注意与中压电源转换系统之间的配合，低压主配电处的转换开关电器应具备外部信号闭锁转换（和解除闭锁）的功能，通过这样的闭锁和时间配合，避免 TSE 动作过程的相互干扰。

在要求达到冗余或容错等级的数据中心里，应考虑转换开关电器的在线可维护，根据国标图集的要求和具体的配电架构选择一体化双旁路型转换开关，避免因 TSE 造成单点瓶颈、降低整个供配电系统的可用性。 当转换开关电器应用于负荷端时，负荷主要被分为两大类：消防类负荷和非消防类重要负荷。通常用于转换市电与市电、市电与UPS（不间断电源）电，其他情况相对少见。特别需要注意的是，为防止电源转换过程中造成的中性线缺失问题，用于UPS 上游的转换开关电器应具备中性线重叠切换功能。

四、接触器与继电器

接触器和起动器属于量大面广的控制电器，主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量控制电器，其主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载，如电热器、照明设备、电焊机、电容器组。接触器和起动器可实现远距离频繁操作，与继电器配合使用可实现多种控制及保护功能，例如延时操作、联锁控制、定量控制和欠压失压保护，接触器和起动器已经被广泛应用于自动控制电路中。

接触器由主体部分和附件构成。主体部分主要包括主触头、灭弧室、电磁系统、反力弹簧、支架、外壳等，附件则包括辅助触头、机械连锁模块、接口模块、浪涌抑制模块等。接触器的工作原理：当电磁系统线圈通电而使衔铁吸合时，常开主触头和常开辅助触头接通，常闭主触头和常闭辅助触头分断，反力弹簧储能；电磁系统断电衔铁释放时，则相反；当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁的自重使主触头保持在断开位置（常闭接触器则保持在闭合位置）。