1、數據中心配電系統3P和4P開關的區別應用 注冊一級建造師：唐國豐 摘要：全國民用建筑工程設計技術措施關于三相四極開關的選用，用寥寥的五點規定了在什么情況下使用4P開關，什么情況下不能使用4p開關，但這種概念模糊的說明，對我國數據中心供配電的設計和施工者造成了不小的困擾，甚至有些項目濫用4P斷路器，既浪費了設備投資又增加了斷“零”的風險。關鍵詞：數據中心配電 4P開關斷零 4P開關的有兩個用途。一、作電器隔離，用以斷開線路的中性線，保證電氣維修時維修人員的安全，我國過去廣泛采用所謂接零保護的TN-C系統，因該系統的中性線是PEN線，不能用閘刀切斷，線路中普遍采用3P開關，在電

2、氣維修過程中N線沒有完全隔離造成點擊事故。而4P開關可以有效的斷開N線，起電氣隔離作用。二、用作功能開關，如雙電源自動切換裝置（ATS）。但4P開關使用過程中存在斷“零”的風險，因此在供配電設計時應慎用4P開關。4P斷路器為什么容易招致斷“零”呢？斷路器或開關在閉合或斷開過程中，相線觸頭間會產生電弧，負載電流產生的電弧，能燒蝕清除開關觸點上的電阻膜（觸頭表面形成一層化學腐蝕物、氧化物、金屬鈍化層、塵埃臟物），而對于四極開關產品標準要求先斷開三個相線觸頭，后斷開中性線觸頭，以免操作瞬間斷“零”。三根相線斷開后中性線上不復存在電流，中性線觸頭也就不會產生電弧來清除其電阻膜。因膜電阻大，就造成了斷“

3、零”事故的發生。另外，因在中性線上增加了一個接線點就增加了一個斷“零”風險，比如，施工接線中性線端子沒有壓緊而導致松動，開始時還能正常工作，不易被發現。過了一段時間接觸不良導致斷“零”，待燒毀大量設備后才發現是中性線不導電造成，已經為時已晚。“全國民用建筑工程設計技術措施P45頁 4.53.3-17 三相四極開關的選用：1）正常供電電源與備用發電機之間的轉換開關應采用四極開關；2）帶漏電保護的雙電源轉換開關應采用四極開關。兩個電源開關帶漏電保護其下級的電源轉換開關應采用四極開關；3）在兩種不同接地系統間電源轉換開關應采用四極開關；4）TT系統的電源進線開關應采用四極開關；5）IT系統中當有中性

4、線時應采用四極開?！鄙鲜龅募夹g措施并沒有給廣大從業人員解析清楚，而且還存在不少的局限性，下文中，我跟大家詳細的探討在數據中心供配電設計施工中，什么地方用4P開關，什么地方不能用4P開關。兩電源在同一處共用一低壓配電柜，兩電源轉換開關應采用四極開關IEC標準對系統接地的有嚴格的要求，在多電源配電系統中嚴禁在變壓器或發電機處將中性點就地接地，如下圖所示。                    

5、0;  圖 一IEC標準還規定從變壓器（或者發電機）中性點引出的N線必須絕緣，并且只能在低壓配電盤內一點與接地的PE母排連接而實現系統接地，在這點以外中性線不得再在其他處接地。中性線電流只能通過本回路的中性線返回電源。如果中性線電流通過其它并聯回路反回電源，則這部分電流被稱作為雜散電流，雜散電流能引起如下的電氣災害：1）雜散電流可感應雜散電磁場，該磁場可能干擾敏感信息技術設備的正常工作；2）雜散電流可能因不正規通路導電不良而打火，引起火災；3）雜散電流如果以大地為通路返回電源（圖一，雜散電流從n線經G1接地點到G2接地點返回電源），因電化學反應腐蝕接地極、地下基礎鋼筋或金屬管道等金屬

6、部分。                          圖 二在圖二中如果雙電源轉換開關采用圖中的3P開關將會產生三個不良后果：1）如果配電變壓器在負責供電，那么負載中性線電流有一部分將經發電機的中性線返回變壓器電源，這一電流也是雜散電流的一種形式，這一雜散電流對A區內的敏感電子設備形成一個大包圍，產生的磁場會對該區域的電子設備造成干擾；2）該包

7、圍線圈（該線圈包圍面積越大越容易感應雷電）也可能感應雷電對系統供電產生干擾，同時產生的交變磁場也會對A區內的敏感電子設備形成干擾；3）如果發電機和變壓器的主輸出開關安裝有RCD，那么這一雜散電流將可能導致RCD拒動作或者誤動作。移動發電機中性線不接地，或類似的雙電源系統，兩電源轉換開關應采用三極開關圖三在圖三中，發電機的中性線不接地，當任一電源供電時，中性線電流只能經由本回路的中性線流回電源，沒有其它通路。這樣不會產生雜散電流，也不會引起RCD拒動或者誤動，因此為避免系統斷“零”燒毀設備，也為避免投資的浪費。此處不使用4P的雙電源轉換開關。TN-S和TN-C-S系統內不需要為電氣維修安全裝用四

8、極開關實際上為電氣維修安全而需要裝用四極開關的場所并不是很多，如在具備等電位聯結條件下常用的TN-C-S系統和TN-S系統內就不必裝用四極開關。IEC標準和我國的電氣規范都規定了在建筑物內設置總等電位聯結的要求，一些未做總等電位聯結的老建筑物因金屬結構、金屬管道等互相之間的自然接觸，也具有一定等電位的作用，但是不一定可靠。我國的電子信息系統機房設計規范（GB 50174-2008）明確規定數據中心的供配電系統采用TN-S系統，并對等電位聯結做了詳盡的要求。在歐洲的部分數中心還采用了TN-C-S系統。下面用圖四來說明：為什么TN-S和TN-C-S系統內不需要為電氣維修安全裝用四極開關。圖 四&#

9、160;在圖四中，L3相線發生了接地故障，中性線引入了對地電壓Ug，但是因建筑物內實施了總等電位接地，機房內彩鋼板墻體，設備金屬外殼，防靜電地板等做了等電位接地，機房內人體能接觸的金屬體都處于同一個電位上即U=0，維修人員即使接觸了中性線，因不存在電位差不可能發生電擊事故，也不會產生火花而引起火災事故。我國數據中心因不采用其它供配電系統，如IT、TT系統。本文就不在闡述四極開關在其它系統中的應用了。因此在數據中心的供配電設計和安裝時除了雙電源轉換開關需要用到4P開關，其它的地方盡量避免使用4P開關。工程中常見4P開關認識誤區UPS輸入輸出開關K1/K2和外部維修旁路開關K3均采用4P開關（圖五

10、），理由是UPS檢修時隔離N線；斷開維修旁路的N線避免產生雜散電流。對工程設計和安裝時的上述說法予以分析：a)為了UPS檢修而隔離N線，已經沒有必要，這在本文中已經做了詳細的解析；b）如果在UPS的輸出開關安裝4P斷路器有很大的風險，當負載產生很大諧波時，N線的電流可能時相線的2倍甚至更大，如此，UPS輸出開關K2可能分斷，這在數據中心供電是大忌！c）斷開維修旁路的N線是為了避免雜散電流，這個說法很值得探討，因為雜散電流產生的電磁干擾會影響UPS的正常工作，但是這一點需要同UPS廠家研發人員溝通，咨詢相應廠家的UPS是否具相應備抗電磁干擾能力，UPS本身也不是敏感的通信設備；另外維修旁路一般是在UPS配電房內的配電柜直接跨接，即使維修旁路開關用3P斷