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■数据中心基础设施必备知识七：数据中心高压开关柜的操作方法和步骤

本期内容

一、高压开关类设备概述

二、高压断路器基础知识

1、高压断路器主要技术数据

2、高压真空断路器

、高压六氟化硫断路器

4、VD4、VS1真空断路器

一、高压开关类设备概述

开关类设备分为断路器、隔离开关、组合电器、开关柜四大类。是变电设备的重要组成部分。开关类设备结构复杂，种类繁多，专业性强。

高压开关类设备定义和作用

高压开关类设备是在额定电压伏以上的电力系统中，用于接通和断开电路、限制电路中的电压或电流以及进行电压或电流变换的电器。根据电力系统安全、可靠和经济运行的需要，高压开关类设备能断开和关闭正常线路和故障线路,隔离高压电源,起控制、保护和安全隔离的作用。

高压开关类设备分类

数据中心基础设施运维中常见的高压开关类设备主要有：

●高压断路器

●高压隔离开关

●高压负荷开关

●高压熔断器

高压断路器：又叫高压开关，有完善的灭弧装置，可接通和承受一定时间的短路电流，可接通和切除正常的负荷电流。没有明显的断开点。

高压隔离开关：隔离电源，具有明显的断开点，断开点的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保证人身和设备安全。没有灭弧装置，不允许带负荷操作。

高压负荷开关：有简单的灭弧装置，但灭弧能力较弱，只能通断一定的负荷电流，不能断开短路电流，与高压熔断器串联使用。

高压熔断器：是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而断开电路的一种保护电器。

二、高压断路器基础知识

高压断路器分为多油、少油、六氟化硫、真空4种断路器，其中多油和少油断路器已很少应用。数据中心用的高压断路器多选用户内型高压真空断路器。

1、高压断路器的主要技术数据

●热稳定电流(kA)：断路器在一定的时间(1s、4s、5s、10s)所允许通过的最大电流值。

●动稳定电流(kA)：断路器在闭合状态时，在一定的时间内所容许通过的最大短路电流值。在断路器通过这一电流时，不会因为电动力的作用而发生任何机械损坏。

●合闸时间(s)：自发出合闸信号起，到断路器的主触头刚刚接触为止的一段时间。一般≤0.2s。

●分闸时间(s)：由分闸线圈刚刚接通电路开始，至断路器三相电弧完全熄灭为止的一段时间。一般≤0.06s。

2、高压真空断路器

高压真空断路器定义：利用真空作为灭弧和绝缘介质的断路器。

高压真空断路器的优点：真空断路器的体积小、重量轻、动作快、寿命长、维护工作量小且无火灾及爆炸危险。真空断路器触头的分、合是在密封的真空灭弧室内完成的，由于真空中不存在气体游离的问题，所以这种断路器的触头断开时很难发生电弧，因此特别适用于频繁操作。

高压真空断路器的缺点：在感性电路中灭弧速度过快，容易产生操作过电压，这对供电系统是不利的，因此在真空断路器的应用中一般应采取有效的抑制操作过电压措施；不便于测量其真空度。只能靠高压试验间接检测其真空灭弧室情况。

高压真空断路器结构组成：

●真空灭弧室

●操动机构

●支架

●其他部件

真空灭弧室：真空灭弧又名真空开关管，是真空断路器的核心部件。其主要作用是通过管内真空优良的绝缘性能，使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生。

组成：主要由气密绝缘外壳、导电回路、屏蔽系统、触头、波纹管等部分组成。

(1)气密绝缘系统：由玻璃或陶瓷制成的密绝缘外壳、动端盖板、定端盖板，不锈钢波纹管组成了气密绝缘系统。

(2)导电系统：定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成了灭弧室的导电系统。

()屏蔽系统：真空灭弧室的屏蔽系统主要由屏蔽筒,屏蔽罩和其他零件组成。

(4)触头系统：触头是产生电弧、熄灭电弧的部位。

(5)波纹管：真空灭弧室的波纹管主要担负保证动电极在一定范围内运动和长期保持高真空的功能，并用来保证真空灭弧室具有很高的机械寿命。

操动机构：用来控制断路器跳闸、合闸和维持合闸状态的设备。其性能好坏将直接影响断路器的工作性能。

功能：具有电动关合、电动开断、手动储能、手动关合、手动开断和过电流(或短路)自动脱扣开断六种功能。

组成：机构由棘轮、凸轮、合闸弹簧、分闸弹簧、手动脱扣连杆、脱扣器和辅助开关等部分组成。

分类：按电源类型分为直流和交流操作机构；按动能形式分为手动、电磁式、弹簧式。

(1)电磁操动机构:用电磁铁将电能转变为机械能来实现断路器的分合闸。

●优点：结构简单、价格较低、加工工艺要求低。

●缺点：合闸功率大、需要配备大容量的直流合闸电源、机构笨重、机构耗材多。一般不能直接利用控制开关的触点来接通合闸线圈，而必须采用合闸接触器来过渡。

(2)弹簧操动机构:利用强力弹簧瞬间释放的能量来完成断路器的合闸操作。既可电动储能，也可手动储能。可采用直流操作(直流电源来自直流屏或柜内)或交流操作。

●优点：分、合闸所需电源功率较小，对直流电源的容量要求大大降低，还可实现在没有操作电源的情况下，手动储能后再进行合闸操作。

●缺点：缺点：操动机构的结构复杂，加工工艺要求高、机件强度要求高、安装调试困难。

操动机构的要求：

●对于10kV配电系统，最为普遍的断路器操动机构：电磁式和弹簧储能式（所需合闸功率较小）。

●合闸：能可靠地关合电路。

●合闸保持：断路器合闸完毕，操动机构应能使断路器触头可靠地保持在合闸位置。

●分闸：使断路器快速分闸，并尽可能省力。

●防跳跃：具有防跳措施，以避免再次或多次分、合故障线路而造成断路器事故。

●断路器合闸与分闸一般通过控制开关（SA）实现。SA控制开关装于配电装置的面板上，有六个位置：

1)分闸后

2)合闸后

)预备合闸

4)预备分闸

5)合闸

6)分闸

●控制回路接线对于各种类型的操动机构，其分闸电流差别不大，一般不大于5A，但合闸电流差别甚大。

、高压六氟化硫断路器

高压六氟化硫断路器定义：利用SF6气体作为灭弧和绝缘介质的断路器。六氟化硫有比较优异的绝缘能力和灭弧能力，与空气相比，其绝缘能力约高2.5~倍。

高压六氟化硫断路器优点：六氟化硫是由硫与氟组成的惰性气体，它无色、无嗅、无毒、不燃，比空气重5倍，六氟化硫气体的灭弧能力比空气强倍。六氟化硫气体常态下无腐蚀、燃烧和爆炸危险，可频繁操作，不维护周期长，是当今最优异的绝缘与灭弧介质。

高压六氟化硫断路器缺点：六氟化硫气体在高温时会分解产生低氟化合物并有腐蚀性。水分是产生腐蚀性、毒性的主要促成剂，故必须配吸附剂。当气体中存有水分和杂质时会使绝缘下降，同时在电弧作用下会分解为低氟化合物和低氟氧化物，会腐蚀内部部件且威胁工作人员的人身安全，故必须有压力监视和净化系统。当六氟化硫开关遇有意外爆炸或严重漏气时，应立即投入通风系统，必须进入室内时要穿防护衣、戴防毒面具。

六氟化硫(SF6)断路器的结构：六氟化硫断路器的三相装于同一个底箱上，且内部相通。箱内有一个三相联动轴，通过三个主拐臂上的三个绝缘拉杆来操动导电杆。断路器的每相由上下两个绝缘筒构成断口对地的外绝缘，其内绝缘则用六氟化硫气体。箱体有两个自封阀，其中一个供充放气用，而另一个则安装电接点真空压力表。

数据中心高压开关柜中常用断路器

数据中心高压开关柜常常选用ABB公司的VD4系列或国产VS1系列真空断路器。

VD4系列真空断路器

●断路器极柱：真空断路器的灭弧室被整体浇注在环氧树脂中，结构更坚固，保护真空灭弧室，减少灰尘和潮湿对灭弧室外绝缘的影响。灭弧室将开关的主触头永久的密封在真空环境中，构成了开断灭弧单元。

●VD4断路器的操动机构：VD4断路器的操动机构属于弹簧储能型式，标准配置机械防跳装置，可装配各种闭锁机构以防止错误操作。只有当所有的先决条件都满足后，每个操作顺序才能被正确的执行。

国产VS1系列高压断路器

●VS1断路器操动机构

●工作原理：

(1)合闸弹簧储能：断路器合闸锁需能量由合闸弹簧储能机构供给，储能机构可以由外部电源驱动电机完成。也可以由储能把手进行手动储能。储能完成后，储能指示牌显示“已储能”。同时，储能切换开关切断储能电机电源，断路器处于待合闸状态。

(2)合闸操作：在合闸操作中，不论用手按下“合闸”按钮或远程操作使合闸电磁铁动作，均可使断路器合闸，合闸动作完成后，储能指示牌、储能切换开关复位，电机电源接通。电机再次储能。合闸指示牌显示“合”。辅助开关接点转换。开关处于合闸状态。

()分闸操作：在分闸操作中，不论用手按下“分闸”按钮或远程操作使合闸电磁铁动作，在分闸弹簧的作用下均可使断路器分闸，分闸动作完成后，分闸指示牌显示“分”。辅助开关接点转换。同时在分闸操作中，计数器自动进一位，可从面板观察窗看到相应数字。

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