常用电器元器件及其功能

1.电缆

电缆是由一根或多根相互绝缘的导体和外包绝缘保护层制成的导线，负责将电能从一处传输到另一处，如图4⁃6所示。

图4⁃6 电缆产品示意图

电缆导体采用高电导率的铜、铝或者合金材料制成，主要承载的是电压和电流，为此，电缆需要解决的就是电压带来的绝缘问题和电流带来的发热问题。目前，绝缘采用的主要方法，是用聚氯乙烯、聚乙烯、橡胶等化工材料，包裹在导体表面，以达到导体与外界绝缘的目的。

电缆两个重要特性是防火特性和耐火特性。电缆阻燃标准的关注点是电缆在燃烧条件下抑制火焰蔓延的能力，而电缆耐火标准强调的是电缆在火焰条件下燃烧而要求保持线路完整性的性能要求。电缆一般采用难燃的绝缘材料。

一般电缆绝缘或护套层采用PVC或聚烯烃材料，并添加含有卤素类的阻燃剂，而这种电缆在发生火灾燃烧时释放出大量有害气体和大量的烟雾，人体吸入后可能导致死亡，并对电子设备有一定的影响。所以，近年来采用特殊的阻燃剂的无卤低烟阻燃电缆得到了广泛应用，特别是在烟雾敏感及人员密集的场所。

2.母线

母线指由高电导率的铜（铜排）、铝或者合金材料制成，用以传输电能，具有汇集和分配电力能力的产品。在电力系统中，母线将配电装置中的各个载流分支回路连接在一起，起着汇集、分配和传送电能的作用。按外形和结构的不同，母线可分为硬母线（包括矩形母线、圆形母线、管形母线等）、软母线（包括铝绞线、铜绞线、钢芯铝绞线、扩径空心导线等）和封闭母线（包括共箱母线、分相母线等）3类，部分母线产品如图4⁃7所示。

图4⁃7 部分母线产品

母线槽是由金属板（钢板或铝板）为保护外壳、导电排、绝缘材料及有关附件组成的母线系统。它可制成标准长度的段节，每隔一段距离设有插接分线盒，也可制成中间不带分线盒的馈电型封闭母线，为馈电和安装检修带来了极大的方便。封闭母线常见产品示意图如图4⁃8所示。

插接式母线槽为交流三相四线或五线制，适用于频率50～60Hz、额定电流100～6300A、额定电压至690V以下的供配电使用。按绝缘方式的不同，母线槽分为空气式插接母线槽（BMC）、密集绝缘插接母线槽（CMC）和高强度复合绝缘插接母线槽（CFW）。

母线槽是数据中心机房中应用较为广泛的导体连接设备，其主要特点如下：

1）母线槽相与相及相线与地线或零线的接头采用绝缘螺栓紧固，同时采用双连接铜排连接，有效增加了接头接触面积，大大降低了接头部位温升。

2）母线槽插接口灵活方便，可设置大量插口，通用性较强，当用电设备调整位置时，无须变动供电系统。

图4⁃8 封闭母线常见产品示意图

3.电器元件

在数据中心内，电器元件是组成电气系统的最小单元。

根据电压等级的不同，电器可分为高压电器和低压电器。

根据功能的不同，电器元件可分为开关保护用元件和控制用元件。其中，开关保护用元件用于电力网系统，主要指断路器、熔断器、负荷开关、隔离开关、ATS等，要求通断电流能力强、限流效果好、保护性能好、抗电动力和热耐受性好。控制用元件用于电力拖动及自动控制系统，主要是接触器、起动器和各种控制继电器、主令电器等，要求有相应的转换能力、操作频率高、电寿命和机械寿命长。

（1）高压电器 高压电器主要包括：高压开关电器（如负荷开关、隔离开关、接地开关、断路器、接触器、重合器、分段器等）、高压测量电器（如电流互感器、电压互感器），以及高压保护电器（如熔断器、避雷器等）。

1）高压开关电器。高压开关电器可实现控制、保护、隔离功能。控制功能是指在正常工作情况下，可靠接通或断开电路，相关设备有负荷开关、断路器、接触器、重合器、分段器等。保护功能是指在系统发生故障时，迅速切除故障部分以保证非故障部分的正常运行，相关设备有断路器、重合器等。隔离功能是指在设备检修时，隔离带电部分以保证工作人员的安全，但是不能带负荷操作，相关设备有隔离开关、接地开关等。高压开关电器如图4⁃9所示。

①断路器。断路器是能够安全地断开电力系统很大的短路故障电流唯一形式的开关设备，高压配电柜里的主要一次设备就是断路器。正常工作情况下，断路器处于合闸状态（特殊应用除外），接通电路。当进行自动控制或保护控制操作时，断路器可以在综合保护装置控制下，进行电路的分断或接通操作。断路器不仅可以通断正常的负荷电流，而且能够承受一定时间的短路电流（数倍甚至几十倍的正常工作电流），并可以分断短路电流，切除故障线路和设备。所以说，断路器的主要功能就是分断和接通电路（包括分断和接通正常电流、分断短路电流）。

图4⁃9 高压开关电器

②接地开关。接地开关的作用有两个：一是在线路和设备检修时，为确保人员安全进行接地；二是通过人为地造成系统的接地短路，达到控制保护的目的。例如，接地刀通常是接在降压变压器的高压侧，当受电端发生故障或者变压器内部故障时，接地开关自动闭合，造成接地短路故障，迫使送电端（上端）断路器迅速动作，切断故障，所以说这是个人为的接地短路故障，目的就是保证送电端的断路器能够快速动作。

2）高压测量电器。高压测量电器包括电压互感器、电流互感器，如图4⁃10所示。

图4⁃10 电压互感器与电流互感器(www.xing528.com)

互感器的作用如下：

•把一次回路中的高电压或大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，符合保护、测量、控制设备需要的信号大小。

•为保护装置提供电流和电压量。

•测量电流和电压大小。

•计量用电量。

•使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保护设备和人身的安全。

互感器实际上就是一种特殊的变压器，主要用来从电气上隔离一次回路与控制回路，从而扩大二次设备（仪表、综保等）的使用范围。采用PT/CT可以避免一次回路的高电压/大电流直接进入到二次控制设备（如仪表、综合保护装置等），也可以防止由于控制设备故障影响一次回路的运行。

3）高压保护电器。高压保护电器主要有熔断器和避雷器。

①熔断器。熔断器是一种简单的电路保护电器，其原理是当流经熔断器的电流达到或超过定值一定时间后，本身的熔体熔化，切断电路。其动作原理简单，安装方便，一般不单独使用，主要用来配合其他电器使用。

熔断器主要动作特点有：

一是电流要达到一定值，该值在熔断器出厂前已经做好，无法更改。

二是电流达到一定值后要经过一定的时间，该时间也是厂家做好的，无法更改，但是类型很多，包括延时动作、快速动作、超快速动作等。

三是动作后本体损坏，不能重复使用，必须更换。

熔断器是否熔断可以通过熔断指示器判别，也可通过熔体外观判别。常用的熔丝、熔管都属于该类电器范围。

②避雷器。避雷器的作用就是限制过电压以保护电气设备。过电压包括雷电过电压和内部过电压，其中，雷电过电压包括直击雷过电压、感应雷过电压、雷电侵入波等；内部过电压包括操作过电压、谐振过电压、工频过电压等。

（2）低压电器 低压电器主要有低压断路器、接触器、继电器、仪器仪表、按钮、信号灯、转换开关、互感器等。

1）低压断路器。低压断路器选择的一般要求有：

•按正常工作条件选择：按照其额定电压、额定电流和保护特性进行选择。

•按短路工作条件选择：按照短时耐受电流、短路分断能力进行选择。

•按使用环境条件选择：考虑其具体应用环境进行选择，即多尘环境、腐蚀环境、高原地区、热带地区和其他特殊场所。

2）自动转换开关电器（ATSE）。自动转换开关电器主要应用于两个电源之间的转换，由一个或多个开关设备构成。该电器用于自动地从一路电源断开负载电路并连接至另外一路电源上。

ATSE由开关本体和控制器构成。开关本体决定开关的电气特性，包括额定电流、接通与分断能力、耐受冲击电流能力和最短转换时间。控制器决定开关的转换条件，包括电源故障判定和延时时间。

ATSE转换条件是ATSE的核心参数，决定ATSE的工作状态，转换条件由控制器的功能决定。

•电源故障转换：当接通负载的电源偏差超过负载允许的范围，同时另一电源正常时，ATSE能够在一定的时间内，自动切断故障电源并接通正常电源。

•电源选择条件转换：可以设置其他条件，选择供电的电源。

ATSE转换条件示意图如图4⁃11所示。

开关的转换条件是目前设备选型时常常被忽视的问题。

图4⁃11 ATSE转换条件示意图