機房中供電系統零地電壓問題
admin
2013-12-16 00:00:00
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在數據中心供電系統中，零地電壓是個非常敏感的問題，因為IT設備廠家在安裝他們 的設備之前，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 的數值。例如IBM公司規定，在零地電壓小于等于IV的情況下才能安裝他們的IT設備。 于是，零地電壓的大小就成為判定供電系統是否符合要求的標志性參數之一。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設備工作的？這既是個技術 問題，也是個概念問題。概念的錯誤會導致技術應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存在和發生的問題，也必然會得出錯誤的結論。對于這個嚴肅的問題， 必須先了解清楚以下幾個問題：
(1) 在供電系統中零地電壓是如何產生的？
(2) 為什么零地電壓并不影響IT設備的正常運行？
(3) IT廠商為什么要對供電系統零地電壓提出限制？
(4) 業內歸結為零地電壓高而產生的似是而非的問題，產生這些問題的真正原因是 什么？
1.供電系統中零地電壓是怎樣產生的
數據中心的供電系統典型結構如圖4. 22所示。
(1) 市電輸人系統中通常首先配置一臺10kV/380V A/Yo變壓器，Yo側的中心點通過 接地網直接接地，并形成TN-S接地系統。在系統接地極這一點，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據中心各種設備供電，包括UPS、ATS、PDU、空 調系統、照明及輔助設備等，在這些設備中以三相供電設備為主（照明等單相供電設備功 率很小)。
(3) UPS供電系統一般是三相輸入三相輸出。
(4) IT設備一般是單相220V供電。
零地電壓是產生在零線與地線之間的電壓。地線和零線的功能是不同的，在數據中心 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 接地極接在一起。在常態下地線中是沒有工作電流流過的，只有當輸入市電中存在干擾電壓 (如雷擊感應電壓、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節形成地 線電流。在常態下可認為地線中不存在壓降問題，地線電位是穩定不變的參考電位。
而零線則不然，零線中是有工作電流的，從變壓器的二次側接地點到IT負載的零線輸 人點N之間，可能有很長的輸電距離，當負載投入運行后，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，對于已經建好的數據機房而言是個不變• 量；而零線中工作電流的大小則取決于下列運行條件：
(1) 電網三相電壓幅值或相位的對稱度；
(2) 三相負載電流大小和相位的對稱度；
(3) 三相負載中是否有h次諧波的存在等。
由上述三種因素所產生的零線電流，在零線阻抗中就形成了零線電壓，相對于穩定的地 電位就是零地電壓。零地電壓數值直接取決于線路長度（阻抗）和零線電流的大小。
