機房中供電系統(tǒng)零地電壓問題

admin 2013-12-16 00:00:00 0

在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中，零地電壓是個非常敏感的問題，因為IT設(shè)備廠家在安裝他們的設(shè)備之前，先要測試供電電壓的零線與地之間的電壓，并要求零地電壓必須小于某個限定的數(shù)值。例如IBM公司規(guī)定，在零地電壓小于等于IV的情況下才能安裝他們的IT設(shè)備。于是，零地電壓的大小就成為判定供電系統(tǒng)是否符合要求的標(biāo)志性參數(shù)之一。但是，IT廠商為什么提出這個要求？零地電壓高時是否影響和如何影響IT設(shè)備工作的？這既是個技術(shù) 問題，也是個概念問題。概念的錯誤會導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用和工程實施過程中一系列的困惑，用錯誤的概念去解釋系統(tǒng)存在和發(fā)生的問題，也必然會得出錯誤的結(jié)論。對于這個嚴(yán)肅的問題，必須先了解清楚以下幾個問題：
(1) 在供電系統(tǒng)中零地電壓是如何產(chǎn)生的？
(2) 為什么零地電壓并不影響IT設(shè)備的正常運行？
(3) IT廠商為什么要對供電系統(tǒng)零地電壓提出限制？
(4) 業(yè)內(nèi)歸結(jié)為零地電壓高而產(chǎn)生的似是而非的問題，產(chǎn)生這些問題的真正原因是什么？
1.供電系統(tǒng)中零地電壓是怎樣產(chǎn)生的
數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)如圖4. 22所示。
(1) 市電輸人系統(tǒng)中通常首先配置一臺10kV/380V A/Yo變壓器，Yo側(cè)的中心點通過接地網(wǎng)直接接地，并形成TN-S接地系統(tǒng)。在系統(tǒng)接地極這一點，零線與地線是同電位的，也就是說零地電壓絕對為零。
(2) 380V/220V以三相四線形式對數(shù)據(jù)中心各種設(shè)備供電，包括UPS、ATS、PDU、空調(diào)系統(tǒng)、照明及輔助設(shè)備等，在這些設(shè)備中以三相供電設(shè)備為主（照明等單相供電設(shè)備功率很小)。
(3) UPS供電系統(tǒng)一般是三相輸入三相輸出。
(4) IT設(shè)備一般是單相220V供電。
零地電壓是產(chǎn)生在零線與地線之間的電壓。地線和零線的功能是不同的，在數(shù)據(jù)中心中，地線有幾種功能，包括電源地、保護地、邏輯地、屏蔽地、防雷地。幾種地線都在系統(tǒng) 接地極接在一起。在常態(tài)下地線中是沒有工作電流流過的，只有當(dāng)輸入市電中存在干擾電壓 (如雷擊感應(yīng)電壓、輸人市電瞬變電壓）時，才可能通過線路中的共模干擾濾波環(huán)節(jié)形成地線電流。在常態(tài)下可認(rèn)為地線中不存在壓降問題，地線電位是穩(wěn)定不變的參考電位。
而零線則不然，零線中是有工作電流的，從變壓器的二次側(cè)接地點到IT負(fù)載的零線輸人點N之間，可能有很長的輸電距離，當(dāng)負(fù)載投入運行后，一定有大量的零線電流延零線流回到各級母線，并在母線的零排處疊加，疊加后未被抵消的部分將流回到接地點。由于零線阻抗的存在，在各級母線的零排之間就形成了電壓降。這樣以接地點為參考點，零線上的各個點就形成了對地的電壓降，這就是所謂的“零地電壓”。零地電壓從本質(zhì)上來說，與其他電壓沒有任何特別的地方，只是零線上的電壓降。
零線阻抗的大小取決于零線的線路長度與線徑，對于已經(jīng)建好的數(shù)據(jù)機房而言是個不變• 量；而零線中工作電流的大小則取決于下列運行條件：
(1) 電網(wǎng)三相電壓幅值或相位的對稱度；
(2) 三相負(fù)載電流大小和相位的對稱度；
(3) 三相負(fù)載中是否有h次諧波的存在等。
由上述三種因素所產(chǎn)生的零線電流，在零線阻抗中就形成了零線電壓，相對于穩(wěn)定的地電位就是零地電壓。零地電壓數(shù)值直接取決于線路長度（阻抗）和零線電流的大小。

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