零地电压产生的原因_零地电压的危害与控制措施

零地电压产生的原因_零地电压的危害与控制措施

零地电压问题在计算机和数据机房设计中没有硬性规定，但在通信设备供电中又会经常遇到。 其产生原因，对通信设备有什么危害，应如何控制和解决，以确保通信设备稳定可靠的运行进行探讨。 1、零地电压的产生原因 通信局站由供电局供给l0kV交流高压电源，并降低至380V低压交流电源，以提供给通信设备使用。 对于通信设备用交流电源来说，由于交流配电机房与通信设备机房有一定的距离，为其提供的供电线路一般都较长，又由于交流线道中有开关电源、空调、照明等各种供电线。 供电线路之间的三相交流电流不可能平衡。 (1)若电力机房为了供电的安全性，两交流屏并联使用，但两交流屏的零线没有并联; （2）单相UPS输入末接地线; (3)交流输人电源线使用单股敷设方式。 以上情况部会在通信设备供电端零地之间产生零地电压问题。 不过，若能把零地电压控制在一定范围之内，就不会对通信系统和设备造成危害，否则将造成通信设备损坏。 2、零地电压的危害 零地电压对通信设备的影响，主要表现在：引起硬件故障，烧毁计算机接口设备;引发控制信号的误动作;影响数据传输质量。 零地电压过高时会引起硬件损坏，一般情况下，零地电压值不能超过2V。 零地电压若超过2V，将引起计算机串口硬件直接损坏，还可能引发控制信号的误动作，造成计算机和数据设备的误启动和误关机。 3、零地电压的控制措施 交流供电零地电压是影响通信设备正常运行的重要原因，零地电压过高会造成数据设备和计算机设备的故障或损害，所以必须控制在2V之内。 由于零地电压较高的形成原因非常复杂，所以要针对不同情况，进行具体分析再做相应的处理。 主要考虑的问题和解决途径： 首先保证三相交流负载平衡，如果三相用电负载不平衡，零线上的电流就会加大，输入、输出零线两端的电压差就会增大，直接造成输出零地电压增高。 因此，在初次加电时尽量保持三相交流用电负载平衡，并定期根据负载的使用变化情况进行必要的调整。 此外，还可以通过增加零线截面积，减少零线的线路电压损失，比如：零线电压U=IR，而零线电阻R=ρL/S，所以对于UPS设备交流输入、输出的零地线的线径应大于或等于相线线径，减小零线长度，从而在一定程度上降低零地电压数值。 另一方面必须有良好的接地系统，是降低零地电压的保障，所以通信电源系统的接地电阻必须符合要求标准，否则接地电阻值一高，很小的电流就会产生很高的零地电压。 在通信局站接地系统设计和使用时接地电阻必须符合要求标准，针对地线线径问题，要充分考虑到在系统的最大用电负荷及安全的前提下，对不同的设备和不同负荷，使用不同地线线径。 若条件允许的情况下，电源线和地线在不同的走线道单独敷设至设备端。 同时在UPS设备选型时，选择谐波干扰符合国家规定的UPS。 必要时还必须安装相应抑制各次谐波的滤波设备，从根本上解决零地电压问题。也防止UPS谐波对柴油机发电机组电机供电的干扰和影响。 在通信机房中，由于负载为服务器、小型机等类型的负载，这些负载本身因为电路原因产生大量谐波，谐波导致电缆发热，还会导致输出电源的零地电压超过服务器所要求的小于2V的指标。 在选择UPS时，要充分考虑UPS谐波对零地电压的影响。 如果零地电压过高，在一般方法无法控制零地电压的情况下，为保证通信设备可靠的运行，可以采用在负载端加装隔离变压器的办法，来隔离输人和输出之间的电气连接。 一般采用在其输出端加装输出隔离变压器的方式。 4、零地电压的解决方法 对于数据设备而言，零地电压过高会导致服务器运行速度降低、网络传输速度降低、服务器无故关机，甚至造成硬件损坏。 服务器厂家在零地电压高于2V时就不敢加电。尤其是安装小型机、服务器等设备时，厂家的硬件安装工程师在现场调测通信设备时，对供电电路的零地电压进行测量，一般情况下要求小于2V，大于此数值则不予加电开机。 通信局站零地电压偏大的因素有：(1)三相电源负载严重不平衡;(2)接地电阻值不符合规范要求;(3)单相UPS输入末接地线;(4)两交流屏并联供电，但零线没有并联;(5)交流输人电源线使用单股线的敷设方式;(6)N(零)线、PE(地)线线径不符合规范;(7)UPS工作时谐波引起的电位升高;(8)电源线的差模干扰和共模干扰。 在以上产生零地电压的因素中，第(3)、(4)、(5)、(8)项是供电方面的问题，如：某个通信局站计费小型机使用单相UPS供电，厂家在小型机加电时测量UPS输出零地电压，发现UPS输出零地为90一110V交流电压，拒绝给小型机加电。 通过检测知该局的地线电阻为0.45Ω，单相UPS的输人交流、直流电压和输出电压符合供电标准，UPS输出屏的地线已接好，但是UPS本身地线末接，造成UPS输出零地之间为90一1l0V交流电压，当在单相UPS外壳的地线处接一根地线后，测试单相UPS的输出零地交流电压为0.2一0.3V，符合小型机供电要求。 又如：有个通信局站计算机用交流电源供电，在使用交流电供电的过程中，计算机串口损坏的现象时有发生，该系统计算机供电为两交流屏分别供电，每个交流屏的交流输入，分别从低压配电两个低压开关引人，在电力机房两交流屏并联使用。通过测试地线电阻数值为0.6Ω，交流电压、频率变化范围符合标准要求，输出交流线线径符合供电设计要求，三相交流用电负载也基本平衡。 交流零地线接触牢固可靠。但在负载端检测交流零地电压为2.7一3V，在低压配电输入端检测为0.1一0.3V，在电力机房两交流屏零线之间测试电压为2.7一3V，通过两个交流屏零线并联后，在两并联交流屏输出零地电压降到0.2V左右，在用电负载端测试零地电压为0.5V左右。从此使用交流电源的计算机和服务器运行正常。 再以UPS为例，UPS由六脉冲(12脉冲)整流电路、逆变电路和控制电路等组成，由于电路结构的特性和大型电感和电容的存在，系统中UPS的应用会造成输出零线与输入零线之间存在电压。尤其是UPS交流输人电源线的单股敷设方式，对UPS输出零地电压的影响更为严重。因而会造成UPS输出零线与地线之间的电压。 如:某大型IDC机房使用6台300kVAUPS供电，由于UPS机房与低压配电机房距离较远，UPS交流输人电源线需要200m左右，UPS交流输人电源线线径为240mm2，采用TN一S三相五线制单股线敷设方式。该通信楼的接地为联合接地方式，接地电阻为0.43Ω。 6台300kVAUPS交流输人电源线和交流输出线及零地线线径符合设计要求。6台300kVAUPS的供电为双母线供电方式，每台UPS交流输人电源线通过本UPS交流配电屏、滤波器到UPS，UPS输出到本UPS的交流输出屏，UPS输出屏各分路输出到IDC机房电源列头柜，电源列头柜的分路输出到IDC的集装柜供电。 在6台300kVAUPS单独进行各种数据实验时，发现在1、2台UPS加载240kW时输出零地电压为6.2V和6.7V;3、4台UPS输出零地电压为2.3V和2.7V;5、6台UPS输出零地电压为0.9V和1.lV。UPS旁路带载试验1、2台UPS输出零地电压为6.7V和6.9V;3、4台UPS输出零地电压为2.4V和2.8V;5、6台UPS输出零地电压为1.lV和1.2V。各台UPS空载加电测试，1、2台UPS输出零地电压为1.9V和1.8V;3、4台UPS输出零地电压为0.62V和0.61V;5、6台UPS输出零地电压为0.l2V和0.13V。 同时在UPS加载240kW时，在UPS输入屏测试最大的零线电流为30.92A;地线最大电流为40.3lA。这已经证明了在交流输入线中产生了电磁干扰，即共模和差模千扰所造成的零地线上的电流。由于UPS交流输人电源线距离长且又是弟股线，在电力线道里按布线美观的方式敷设，6台UPS交流输人电源线共计30条电缆和空调及开关电源电缆存线道里混放，所以在加电后它们之间产生了电磁干扰，从谐波分析上看到不同频率的杂波，从而产生了零地线上的电流，进而造成了零地电压高的现象。 又由于这些电缆在线道里捆绑在一起敷设，使得它们在零线上的谐波分量不尽相同，所以在6台UPS交流输出端产生的零地电压各不相同。 针对上述情况，对交流输出零地电压大的UPS进行了分段测试，在UPS输出配电屏接上假负载，开启UPS测试检测零地电压，检测结果零地电压为6.9V。 甩开UPS输出配电屏，在UPS输出端子上接假负载测试零地电压为6.5V，最后在UPS交流输入屏甩开UPS和UPS输出配电屏，UPS交流输入屏直接接假负载进行测试，测试零地电压为6.5V，证明UPS和UPS输出屏对输出零地电压的影响不大。 为了更好地确定UPS输人交流电源线的干扰问题，在UPS交流输入的低压配电室单独引人一根5芯电缆，对输出零地电压高的UPS进行单独测试，测试结果UPS输出零地电压在加载240kW负载的情况下，UPS输出零地电压为1.05V。 通过上述测试情况可以证明，UPS交流电出入单股电源线在线道里的敷设方式，会造成零地电压高的现象。针对这种情况，将每台UPS的交流输人电源线分开，按品字型方式进行重新捆绑敷设。 并进行满负荷加载实验，同时对每台UPS进行零地电压测试。 测试结果为1一6台UPS输出零地电压分别为1.05V、1.03V、0.5V、0.51V、0.62V、0.63V，符合了通信设备的用电要求。