| 摘要：作为供电系统和用电负载端在目前还都是从电网中获得交流电，再将交流电进行加工后才能用到我们的日常工作和生活中。换言之，交流电已和我们的生活息息相关，因此对交流电的知识必须有所了解。 |
3.1交流配装置
供电和配电是紧密相连的，在任何用电的地方，不仅需要供电系统，而且还需要配电系统。比如小到一家一户的配电箱、配电盘，大到一个中心的配电柜，供电和配电是分不开的。当然有的UPS本身就具有配电功能，比如120kVA的模块化结构UPSARRAY3A3系列，如图7（a）所示，它是在同一个电源柜中安装了PDU。
图7几种配电柜（PDU）外形
但有时由于条件的需要，比如UPS和IT设备不全部在同一个房间或同一个楼层，或者其他原因等等，这就需要另外配置配电柜。根据不同的需要有的和机柜并排放在一起，有的需要靠墙放置，还有的需要挂在墙上等等，图7中的（b）和（c）就是其中两种。配电柜根据各种不同的需要还可以做成各种各样的形式和外形尺寸，尽管如此一些区别，但其内部的构成部分却大同小异。一般包括下述几个部分：开关系统、防雷器系统、指示和测量系统、输入输出连接系统和监控系统。图8示出了一般配电柜PDU的构成原理图。
图8一般配电柜构成原理图
图9ZYSPD...K385B/4系列ZYSPD...K385B/...系列防雷箱和防雷器外形
3.2防雷器的参数与安装简述
防雷器的安装是根据当时的实际情况来决定的。图中输入是一个TT系统的例子：N线（中线）只在变电站变压器的中性点接地，它与设备的保护接地是严格分开的，因此在选用防雷器时需要在相线与N线，N线与地线之间进行保护。此时比如可选ZYSPD40K385B/3+NPE、ZYSPD20K385C/3+NPE。这是一种箱式防雷器，就是说意见上述的四个防雷器集中在箱内，用户只需将引出的带有标志的端子和相应的相线、零线及火线连接上就可以了，这在使用上是很方便的，图9就是这种防雷箱（也称浪涌吸收器TVSS）的外形图。其它品牌的防雷箱外形与此相差无几。该电源防雷箱广泛用于低压电网中电气设备的防雷、过电压保护，安装于雷击区域0B-1区。-放电电流大（60kA），响应时间快（≤25ns）-箱内采用60kA~40kA模块式防雷保护器，安装维护简单、方便-配有正常（绿）和故障（红）指示灯、雷电计数器为了使读者对防雷器的指标有一个感性的认识，就将上述的防雷器系列参数介绍如表8.2。
一、防雷器的技术参数
为了选择防雷器的方便，现把几个技术参数作一个大略解释：
1.标称电压（UN）
这是设备正常工作时的标准电压，这里的230V/50Hz说明该规格防雷器两端的电压在我国最好工作于220V/50Hz的相电压，不要错接到380V/50Hz的线电压上去。
2．额定电压（最大持续工作电压UC）
尽管标称电压是230V/50Hz，也可以工作于385V正弦交流电压，就是说用在线电压也未尝不可，因为对于能抑制几千伏高压的防雷器来说，差上100V左右不算什么，所以甚至可以工作在500V的直流电压，因为385V正弦交流电压的分子电压值已接近550V，保险一点说可以工作在直流500V。不过最好还是按标称电压工作保险一些。
表3ZYSPD...K385B/4系列ZYSPD...K385B/...系列防雷器
技术参数
3．额定放电电流Isn和最大放电电流Imax（8/20μs）
这个字的含义就是在雷电流脉冲宽度为8/20μs时，如果防雷器由于击穿而流过的电流在此二值之间（即IsnImax）时，防雷器不会损坏，如果电流大于Imax值，防雷器就会因损坏而断开，失去作用。这是如果雷电波的宽度不太宽，即接近8/20μs时，负载将会得到保护，否则负载会由于承受雷电剩余的高压而损坏，因此有时需加二级防雷或三级防雷。
4．电压保护级别Up（820μs）
加装防雷器的目的就是要将几千伏的雷电压幅度压低到用电设备可以接受的水平，由于防雷器是一个非线性器件，虽然击穿特性比较好，但由于通过的电流非常强大，在不同的电流下仍有不同的电压值，一般称此时的电压为残压。在8/20μs把通过5kA电流是的防雷器两端电压作为额定值，这里的指标是≤1.3kV1.5kV，在通过额定电流Isn时的防雷器压降为≤1.9kV2.1kV，因此有时还需加二级防雷或三级防雷。
5．泄漏电流IL
这个概念的含义就是防雷器接入电路后，其两端就有了电路电压，比如220V、380V等。由于防雷器是一个电子器件，尽管其击穿电压很高，内阻很大，但决不是一个纯粹的绝缘体，其两端加上电压后一定会有电流流过，这个电流就称作泄漏电流，只要这个电流小到一定的程度就可以认为是绝缘的。这里的泄漏电流IL就是指在防雷器两端加最大允许电压时流过它的电流值，此处给出的是≤15μA，其工作在500V电压时的最小绝缘电阻Rmin就是：
6．响应时间tA
响应时间的含义就是在雷电波的高电压到来时，防雷器能及时击穿从而将电压降低到后面负载可以接受的水平所用的时间。这个时间很重要，如果反应慢了就会使能量强大高幅度雷电压开始部分直接窜入后面的负载，一举将负载击毁。如果反应很快，漏过去的部分就少，而这很少的一部分就可以被负载本身的滤波器吸收，从而得到保护。但是反应很快是有限度的，它受器件材料和结构的限制，这里的指标是≤25ns。
7．工作温度
任何电子器件都有一定的工作温度限制，防雷器也是一种半导体器件，温度太高也可使漏电流增加、绝缘降低和耐压降低；温度太低会使反应速度降低。如果工作温度超过了表中给出的-40℃+85℃，就需附加另外的防护措施。
二、防雷器的连接与防护等级
1.连接导线1625mm2多股导线
这个项目似乎有些多余，实际不然。这里给出的导线截面积是针对这个规格的防雷器给出的，而多股导线的要求却非常重要。因为雷电波脉冲模型的宽度是820μs，其对应的频率是12.550kHz。
为了有一个量的概念，取长度额为1m，截面积为6mm2的上述导线，那么导线截面积为6mm2时的导线直径d为：
将此直径值代入直圆导线的自感公式得出：
式中：
L0—导线的自感量，这里得出的是0.38H。
l—导线长度，cm，这里取的是100cm。
d—导线直径，cm，这里算得的是0.28cm.
就是这样一段导线对应50kHz频率时的感抗为：
在5kA时的压降：
U=120m5kA=600V（14）
这是一个很可怕的数字，这才仅仅是自感的部分，如果再加上电阻部分就会还要大。软铜的电阻率在20C时为0.0172mm2/m，其电阻温度系数为0.00393/C，根据此电阻率可计算出上述1m导线的电阻是0.002752，即2.572m，此值看起来很小，与120m的感抗相比似乎微不足道。但高频电流在导线中传输时还具有趋肤的特性（也称集肤效应），就是说高频电流在导线中流动时有向导线表面集中的特性，频率越高这个效应越明显。是电流都集中在导线的表皮，其中心未被使用，这就极大地减小了导线的截面积。为解决此问题一般就将许多截面积很小的细导线并联使用，就是所谓的多股导线。这样一来每一股导线都得到了有效的利用，所以整条导线也就物尽其用了。
所以根据上面的介绍，连接防雷器的导线越粗越好、越短越好。
2．防护等级（IP65）
防护等级指的是设备外壳对内部电路的防护功能。这里的IP65的含义是：第一个数字表示防尘功能的等级，国际上对这项规定了06等7个等级，0等级的含义是不防尘，对灰尘是开放式的。随着数字的增加就表示防尘等级在增加，这里“6”是最高防尘等级。“6”的含义是“能防止很小的灰尘进入箱体内”（Preventionofingressofdust），见表4；第二个数字表示防水功能的程度，国际上对这项规定了08等9个等级，0等级的含义是无任何防水功能，着数字的增加就表示防水等级在增加，“5”的含义是“能防止直接喷射的水进入箱体内”（Protectionagainstjetwater），见表5。一般UPS设备的防护等级是IP20，其含义是防尘功能有一点，可以防止较大尺寸的尘粒钻入机柜内部，而防水功能则全然无有。
理解了这些指标的含义，对选择设备（不一定限于防雷器）就有了主动权。如果是其他的交流电连接方法，其防雷器的连接和选型也有所不同，各种连接方法在前面已有标准范例，在此不再累述。
表4电子设备的方防尘等级
IPXY等级（X的含义） 等级与含义
0 Noprotection（不保护）
1 Protectionagainstlargeforeignbodies（防止大的外来颗粒）
2 Protectionagainstmedium-sizeforeignbodies（防止外来的中型颗粒）
3 Protectionagainstsmallforeignbodies（防止外来的小颗粒）
4 Protectionagainstverysmallforeignbodies（防止外来很小的颗粒）
5 Limiationofingressofdust（限制灰尘进入）
6 Preventionofingressofdust（防止灰尘进入）
表5电子设备的防水等级
IPXY等级（Y的含义）等级与含义
0 Noprotection（无保护）
1 Protectionagainstwaterdrippingvertically（防止垂直的滴水）
2 Protectionagainstwaterdrippingnon-vertically（防止不垂直的滴水）
3 Protectionagainstspraywater（防止飞溅的水）
4 Protectionagainstsplashwater（防止泼溅的水）
5 Protectionagainstjetwater（防止喷射的水）
6 Protectionagainstpowerfulwaterjets（防止强力的射流）
7 Protectionagainsttemporarysubmersion（能耐临时性的被水淹没）
8 Protectionagainstcontinuoussubmersion（能耐长时间的被水淹没）
3.3 开关、保险丝与断路器
开关、保险丝与断路器是构成配电柜PDU的主要构成部分，一般机柜内配置了各种规格的断路器，图10所示的是机房中常用的几种断路器外形。断路器担负着向负载供电的时机和保护作用，因此这类开关质量的好坏和配合是否得当是能否有效保护负载的关键指标。往往有这种情况，上下游的开关不是按设计的顺序跳闸而是越级跳闸。
图10一般断路器外形
下游的所有开关工作正常而上游的主开关却跳闸。
下游开关负载过载时，对应这一负载的断路器开关不跳闸，跳闸的而是上一级。
过载时上下游开关一起跳。
由于上述的这种情况的出现就牵涉到PDU内断路器开关如何选择的问题。在辐射式配电网络中，广泛遵循着选择性保护的原则，所谓选择性保护是指当整个配电系统中某一分支回路发生故障时，在不引起上一级保护装置动作的情况下，只断开发生故障的分支回路，在保护系统设备的同时，还能保证系统中其它负载不受影响地正常工作。现对上述三个问题分别进行讨论。
下游所有开关工作正常而上游的主开关跳闸（大越级）
这种情况多出现在主开关和分开关的容量配合上。一般说在设计一个配电柜时都习惯了不太严格要求主开关和分开关容量的配合。图11表示的就是一个中心机房由一台三相20kVAUPS供电时的配电箱电原理图。主电路开关的电流容量应该是根据20kVA/3的功率来选：
这里的开关容量选择了32A，乍看起来似乎很合适，比计算值还大一些，实际则不然。一般UPS大都有过载到120%时还可维持10min的能力，这过载10min的功率需要经过主开关送出，甚至还有过载到150%时还可维持30s的能力，这过载30s的功率也需要经过主开关送出，就是说UPS允许的浪涌电流可达到150%。所以主开关的电流容量至少应该是345A。上述的例子这样选32A主开关断路器显然是小了。
另外当UPS工作在旁路状态时，其过载能力更强，有的可达10倍额定电流200ms。这倒可以不去考虑，因为在正常负载情况下绝不会相差如此悬殊。
图11某中心机房由一台20kVAUPS供电时的配电箱电原理图
但有一点是需要注意的，尽管分开关的电流容量可以接近主开关，但所有分开关所对应的全部负载之和一定要小于主开关的容量一定值，比如是主开关容量的70%，否则就容易使主开关跳闸。原因是UPS大都是非线性负载，负载向UPS索取的是脉冲电流，在无数如功率因数补偿计算机负载的情况下，其谐波电流成分甚至可达50%以上，高次谐波电流经过开关时可以使开关产生附加热损耗。就有可能是开关尚未达到额定电流时而提前跳闸。如果实际的负载电流已接近主开关电流额定值，尽管下游各开关工作正常，主开关仍可跳闸。比如像图8.8的例子，每相开关的电流之和是46A，接近计算值45A，对UPS而言在短时间内是可以承受的，但主开关早已过载。即使每相负载是46A的80%，也有36.8A，主开关照样跳闸。因此在设计配电柜时要注意这一点。
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