浅谈UPS电源零地电压概念和降低方法
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用隔离变压器降低UPS输出零地电压的方法摘要:为了使负载能够正常的通电工作,我们可以采取降低所输出的零电压的方法。
具体做法是把总的隔离变压器增加在UPS的后端,将隔离变压器的输入端和输出端之间进行电气连接,将变压器的副边进行零地短接,这是一种降低零电压很有效的方法。
关键词:隔离变压器;UPS;零地电压1、引言用户在使用安装一些负载时,比如HP小型机或IBM服务器等一些负载,用户一般对UPS输出的零地电压有比较高的要求,通常情况下要求输出的零地电压要小于1V。
但在实际工作中,在安装或者调试时发现一个问题,就是在UPS未开机时,输出的零地电压还能达到要求,但是在开机运行时,就出现了零地电压超出所要求的范围。
本文就这个问题分析了用隔离变压来降低UPS输出零地电压的方法。
2、零地电压产生的机理分析在导线之间存在着一定的耦合电容和电感,在零线和地线的地方,高次谐波将会产生一定的高频电流,这样的情况下也有可能将零地电压升高。
在SPWM调制脉冲的正调控下,正SPWM交变电流在调制频率为15-20kHz的条件下将会形成高频交变电流通道,此通道将会沿着电解电容C3的正极到S3功率管,然后通过高频滤波电感L1到高频滤波的电容C1,然后到UPS内部零线,最终到达电解电容C3形成一条负极高频交变电流的通道。
与以上情况类似,当负SPWM交变电流在调制频率为15-20kHz的条件下将会形成负极高频交变电流通道,此通道将会沿着电解电容C4的正极到UPS内部零线,S3功率管,然后通过S4功率管到高频滤波的电感L1,最终到达电解电容C4负极形成一条负极高频交变电流的通道。
在这种高频交变电流作用的情况下,在UPS的输出端会输出零线对地线电位输出波形,这种波形是一种带高频尖峰干扰型并且幅度偏大的零线对地线输出的波形,这种波形就是我们讨论的零地电压。
3、零地电压解决方法通过以上对零地电压的分析,我们可以从产生零地电压的原理出发,找到解决零地电压的方法。
如何科学认识数据中心UPS电源“零地电压”[导读]长期以来,在国内机房数据中心电源的设计、建设与应用过程中,“零地电压”被忽悠得神乎其神。
一、引言长期以来,在国内机房数据中心电源的设计、建设与应用过程中,“零地电压”被忽悠得神乎其神,甚至成为了机房供电电源品质的首要指标。
近年来这种趋势愈演愈烈,令人难以置信的是这一反科学的的“零地电压”居然被写进了某些国家级标准,如某GB级的机房设计规范要求“UPS供电系统的零地电压的有效值控制在小于2V的范围内”等,许多厂商与用户都习惯于将数据系统中出现的各种问题归给于零地电压引起的。
目前,国内业界忽悠的根据“统计数据”“零地电压”过高对IT设备,如主机、小型机、服务器、磁盘存储设备、网络路由器、通信设备等的影响可概括为下列几种:*可能导致IT设备中的微处理器CPU芯片出现“莫名其妙”地致命损坏;*可能导致IT设备出现死机事故的概率增大;*可能导致网络传输误码率的增大,网速减慢;*可能导致存储设备存储设备损坏、数据出错等。
*某些知名IT厂商规定零地电压大于1V不给开机等。
但是综观国际的IEC和UL电源标准,却根本没有“零地电压”这一名词,遍寻IEEE的文章也没有检索到任何“零地电压对IT负载影响的相关文献”。
有趣的是笔者曾陪同欧美的电源专家访问一些中国数据机房用户,有些用户提出了零地电压的问题,可怜这些搞了几十年电源并参与美国UL电源标准起草的专家们根本就听不懂,经过反复解释才基本明白了所谓的“零地电压”的含义,但他很惊讶地反问:“在中国,有这一电压对IT负载影响的确凿证据吗?”。
尽管零地电压对IT负载的影响还没有任何确凿的科学依据(绝大部分是把地电位与零地电压混为一谈),但是为了解决这一可怕而神秘的“零地电压”问题,国内许多用户却不惜投入大量的资金。
如某通信数据机房采购了数十台变压器柜安置在各个楼层机房的输入端来降低零地电压,这不仅导致了大量的资源浪费,降低了机房供电系统的可靠性,而且也大幅度增加了机房的运行成本,使本来就不太盈利的IDC业务更是雪上加霜。
随着通信行业新业务、新技术的不断发展,通信设备对供电电源的质量和稳定性提出了越来越高的要求,除了要求供电的可靠性、供电电压和频率等供电参数达标外,对零地电压也提出了较高的要求。
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。
这里就其产生原因,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,所以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。
其主要考虑的问题和解决的途径如下: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。
谈高频机型UPS的零地电压问题作者:王其英来源:UPS应用1.关于高频机型UPS的零地电压问题一次偶然的机会,我看到了一本关于建设数据中心时如何选择设备的白皮书,据说这本白皮书颇具权威性,可以说是候补国标。
当翻阅本书至有关UPS选型一节时,在工频机型UPS与高频机型UPS性能比较的一览表中发现了两个数字,即高频机型UPS的零地电压为1.7 10V,而工频机型UPS的零地电压都小于1V。
不禁心生疑惑,时至今日,高频机型UPS 发展到这么多年怎么会有这么糟糕的指标?现在绝大多数的数据中心机房建设都要求UPS 的零地电压小于1V,如果高频机型UPS有这样的零地电压指标恐怕没有几个用户会采用。
那么具有这种指标的高频UPS是个别现象呢,还是具有普遍性呢?至少从该白皮书上看还是具有普遍性。
白皮书中说“一般会在1.7∼10V”之间,关键问题是那么多厂商生产的高频机零地电压指标都是如此的高吗?据了解,那只是个别厂家的不成熟产品初期才会有这种现象。
因此,这不能一概而论,并不代表其他厂商生产的高频机也是如此。
据权威调查机构赛迪顾问报告显示,高频机型UPS的销售额从2006年的12亿元增加到2010年的21.1亿元,上升了近76%;而工频机型UPS销售额则由2006年的14.1亿元下滑到2010年的12.7亿元,下降了近10%。
高频机型UPS销售额这么高,说明用户还是普遍接受的。
如果零地电压指标不合格,那么高频机型UPS是如何进入用户机房的?又是如何验收通过的?因为在笔者参加验收的所有机房中还没有一家放松对零地电压1V的要求。
其实,在笔者了解的所有高频机型UPS生产厂家的产品中,其高频机型UPS的零地电压都是小于1V,而在笔者参加所有检测验收的数据中心机房中,不论是高频机型UPS还是工频机型UPS,其最终的零地电压也都在1V以下。
这么看来上述1.7 10V的指标值不但不具有普遍性,而且是几乎很少,即使有也是凤毛麟角,而且也是很好解决,这不是什么技术难点。
科学地认识数据机房UPS电源的“零地电压”问题作者:| 出处:维库开发网| 2010-09-17 14:16:06 | 阅读 1618 次科学地认识数据机房UPS电源的“零地电压”问题,摘要:本文通过分析数据机房电源零地电压的形成机理,论述了零地电压产生的不可避免性和对IT负载可能的影摘要:本文通过分析数据机房电源零地电压的形成机理,论述了零地电压产生的不可避免性和对IT负载可能的影响,建议数据机房用户应该正确地看待零地电压问题,走出零地电压的技术误区,避免不必要的资源浪费。
一、引言长期以来,在国内机房数据中心电源的设计、建设与应用过程中,“零地电压”被忽悠得神乎其神,甚至成为了机房供电电源品质的首要指标。
近年来这种趋势愈演愈烈,令人难以置信的是这一反科学的的“零地电压”居然被写进了某些国家级标准,如某GB级的机房设计规范要求“UPS供电系统的零地电压的有效值控制在小于2V的范围内”等,许多厂商与用户都习惯于将数据系统中出现的各种问题归给于零地电压引起的。
目前,国内业界忽悠的根据“统计数据”“零地电压”过高对IT设备,如主机、小型机、服务器、磁盘存储设备、网络路由器、通信设备等的影响可概括为下列几种:n 可能导致IT设备中的微处理器CPU芯片出现“莫名其妙”地致命损坏;n 可能导致IT设备出现死机事故的概率增大;n 可能导致网络传输误码率的增大,网速减慢;n 可能导致存储设备存储设备损坏、数据出错等。
n 某些知名IT厂商规定零地电压大于1V不给开机等。
但是综观国际的IEC和UL电源标准,却根本没有“零地电压”这一名词,遍寻IEEE的文章也没有检索到任何“零地电压对IT负载影响的相关文献”。
有趣的是笔者曾陪同欧美的电源专家访问一些中国数据机房用户,有些用户提出了零地电压的问题,可怜这些搞了几十年电源并参与美国UL电源标准起草的专家们根本就听不懂,经过反复解释才基本明白了所谓的“零地电压”的含义,但他很惊讶地反问:“在中国,有这一电压对IT负载影响的确凿证据吗?”。
如何降低机房零地电压文中介绍了UPS零地电压的概念、零地电压对负载的影响、零地电压的来源以及降低零地电压的办法,并解析了“非完全隔离工频UPS能有效解决零地电压问题”是一种误解。
1 UPS零地电压的概念零地电压对负载的影响,主要表现在三个方面:引起硬件故障,烧毁设备;引发控制信号的误动作;影响通信质量。
零地电压过高可以引起硬件损坏。
一般情况下,零地电压值不能超过2V。
零地电压过高,除了引起电子设备硬件直接损坏外,还可能*控制信号,造成设备的误启动和误关机;还可能造成误码率上升,丢包率增加,造成通信缓慢,传输速率下降;另外还会影响通信质量,延误或者阻止通信的正常进行。
对于计算机设备而言零地电压过高则会导致服务器速度下降、网络交换速度降低、服务器无故关机,甚至造成硬件损坏。
有时,服务器在零地电压高于某一值(例如2V)时就无法启动。
因此用户安装的某些负载(例如HP小型机、IBM服务器等),厂家的硬件安装工程师在现场就会对安装环境的零地电压进行测量,一般情况下要求小于2V,大于此数值则不予通电开机。
要避免硬件故障发生,服务器管理人员就必须注意服务器的使用环境完全正常。
比较重要的服务器必须在恒温恒湿的环境之下工作。
除此之外,电源环境也要符合标准,必须配备良好的接地系统,以保障零地电压低于2伏。
随着计算机技术日新月异的发展,计算机内部芯片的工作电压越来越低,能耗越来越小。
为了服务器正常工作需要,IBM、HP 等厂家的新型服务器对机房零地电压提出越来越高的要求。
UPS承诺的零地电压小于多少,是指不额外增加的零地电压。
即指在机房的输入配电柜上零地电压为0V时,在UPS输出端的零地电压。
假如用户本身的配电系统达不到要求,零线电流或者线间高次谐波耦合,造成零线相对地线有一定的电压差,这样,在UPS的输入处,零地电压就会升高而达不到设备要求,这不是UPS本身能彻底解决的问题。
例如某机房的UPS在旁路工作时,配电柜零地电压为1.8V,当UPS在逆变供电时,机房配电柜零地电压为2V,则其UPS增加的零地电压为0.2V。
零地电压对UPS的影响分析
零地电压偏高会不会就是”致命弱点”呢?本来一般用户一提零地电压就谈虎色变。
问题的提出者又火上加油,更把它提高到”致命”的高度。
关于零地电压的影响问题,笔者已在多篇文章和书籍中有详细叙述,不妨在这里再叙述一下。
形成干扰必须具备三大因素:干扰源、传递干扰的途径和受干扰的设备。
这三者缺一不可,讨论就从这三者入手。
山零地电压是不是干扰源如果证明零地电压确实是干扰源,零地电压干扰负载甚至是”致命”的弱点这个结论就可能成立,高频机型ups零地电压偏高的影响也罪责难逃。
为了说明零地电压,先得要弄清楚零地电压是什幺。
图8示出了零地电压的位置。
从图中可以看出,零地电压指的是负载下端和地之间的电压。
理想的接线方法在零线上是没有电流的,它只是一个参考点,所以整条零线上就是一个零电位。
一般零线和地线在交流市电的源端(比如变电站)是接在一点并且接地的,如图中所示。
这样一来就可以看出,所谓零地电压就是零线电流和零线电阻共同形成的零线电压。
图8以A相电源UA为例,很明显,如果此时负载开关S是断开的,就没有负载电流,即IA二O,那幺零线上也没有电流,当然零线上也没有压降,零地电压也为零。
当开关S闭合后,负载电流IA从UA出发就沿箭头方向通过开关S→负载→零线→电阻→回到昆形变压器的中点0。
值得注意的是负载电流IA先是流过负载,从负载出来后,才进入零线回到中点,换句话说负载电流IA在负载上做功在先,经过零线在后,即零线上的压降是做完功的回程电流在零线上。
零地电压的产生原因和解决方法(2)零地电压的产生原因和解决方法又如: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。
一、令人百思不得其解的问题一个偶然的机会看到了一本白皮书,据说这本白皮书颇具权威性,可以说是候补国标。
据说这是一本指导建立数据中心时如何选择设备的,可说是一本中立的指导书。
当翻阅到有关UPS选型一节时,在工频机型UPS与高频机型UPS性能比较的一览表中发现了两个数字,即高频机型UPS的零地电压是1.7?10V,而工频机型UPS的零地电压都小于1V。
不仅吸了一口凉气!怎么高频机型UPS发展到今天还有这么糟糕的指标!现在绝大多数机房的建设都要求UPS的零地电压小于1V,像高频机型UPS这样的指标谁还敢要?!不仅要问,具有这种指标的生产厂家是个别的呢还是具有普遍性呢?至少从白皮上看还是具有普遍性。
因为作为具有指导意义国标式的白皮书,如果不具普遍性是不能随便写进去的。
看来是具有普遍性,因为白皮书中说“一般会在1.7-10V”之间。
关键是:是不是“一般”!是哪一家的“一般”,还是所有高频机型UPS生产厂家的“一般”?打击面是不是大了些!但据笔者了解这1.7-10V的指标值只是个别厂家的不成熟产品初期才会有的!但另一些信息又拥入脑海:据赛迪顾问报告显示,高频机型UPS的销售额从2006年的12亿元上升到2010年的21.1亿元,上升了近76%;而工频机型UPS则由2006年的14.1亿元下滑到2010年的12.7亿元,下降了近10%。
这就产生了一个疑问,这糟糕的21.1亿元高频机型UPS是如何进入用户机房的?又是如何通过验收的?是高频机型UPS厂家骗了用户还是用户不要零地电压指标了?但在笔者参加验收的所有机房中还没有一家放松对零地电压1V的要求。
这是怎么回事呢?百思不得其解。
按说高频机型UPS有这么糟糕的指标,人们应该敬而远之,但奇怪的是还有的公司“不知深浅”地花巨资购买国外高频机型UPS生产线,难道他们也不在乎这1.7-10V的指标值吗?这是怎么回事呢?也百思不得其解。
在笔者了解的所有高频机型UPS生产厂家的产品中,其高频机型UPS的零地电压都是小于1V,在笔者参加所有检测验收的数据机房中,不论是高频机型UPS还是工频机型UPS,其最后的零地电压也都在1V以下。
关于UPS 设备“零地电压”的探讨施耐德电气信息技术(中国)有限公司 韩林1、零地电压的现象在数据中心和计算机房建设的过程中,“零地电压”的问题受到越来越多的关注。
在UPS 电源行业,某些生产厂家出于市场竞争的目的,甚至于把UPS 中是否具有逆变器输出变压器归结为“零地电压”是否会上升的主要原因,认为传统的含有逆变变压器的UPS 就不会造成“零地电压的上升”,这是一种误导。
《电子信息系统机房设计规范 GB 50174-2008》标准第8.1.6指出“电子信息系统机房内的低压配电系统不应采用TN-C 系统”,其主要出发点是从电磁兼容性和人身安全角度考虑的。
这是因为在TN-C 接地系统中,保护地线PE 与中性线N 合为同一导体(PEN ),在外露导体(设备外壳)上会有高频电磁场辐射产生的骚扰电流流动,即电磁兼容性较差,而TN-S 接地系统则正好相反,它不仅具有对人身较好的防止间接触电的作用,而且具有较好泄放漏电流的能力,电磁兼容性较好,因此大多数情况下,对IT 负载的供电都要求采用TN-S 的接地方式,即从主低压变压器引出后,经过一级或两级的配电,进入UPS ,再从UPS 的输出端经过一级或数级配电,到达IT 负载输入端,都是采用TN-S 的接地形式。
从电源系统的单线图来看,UPS 在整个供电系统的链路上是唯一一个具有“自动调节功能”的有源环节,而其它的电气设备,例如变压器、断路器、电缆等都不具备自动调节功能,因此人们自然就会联想到负载是由UPS 供电的,那UPS 就是造成“零地电压上升”的主要原因。
但事实并非如此。
下面,让我们看一下双转换式UPS ,包括传统的具有逆变变压器的UPS 和无变压器UPS 的这两种拓扑结构,它们各自的中性线在UPS 内部和外部是如何连接的。
1.1. 传统UPS (工频机)的中性线连接方式TNSTNS TNS TNS图1:工频UPS的中性线连接从图1中可见,在UPS上下线都是TN-S接地方式时,由可控硅整流器组成的传统UPS或称之为工频机(无论这个称呼是否准确),其中性线N是由UPS电源的旁路输入端引入的,并且与逆变变压器(而不是起“隔离”作用的变压器)的中性点直接连接,作为UPS输出的中性线。
科学地认识数据机房UPS电源的“零地电压”问题2010-9-2 12:21:35 作者:伊顿电源(上海)有限公司王伟来源:UPS应用访问:307 评论:0一、引言长期以来,在国内机房数据中心电源的设计、建设与应用过程中,“零地电压”被忽悠得神乎其神,甚至成为了机房供电电源品质的首要指标。
近年来这种趋势愈演愈烈,令人难以置信的是这一反科学的的“零地电压”居然被写进了某些国家级标准,如某GB级的机房设计规范要求“UPS供电系统的零地电压的有效值控制在小于2V的范围内”等,许多厂商与用户都习惯于将数据系统中出现的各种问题归给于零地电压引起的。
目前,国内业界忽悠的根据“统计数据”“零地电压”过高对IT 设备,如主机、小型机、服务器、磁盘存储设备、网络路由器、通信设备等的影响可概括为下列几种:可能导致IT设备中的微处理器CPU芯片出现“莫名其妙”地致命损坏;可能导致IT设备出现死机事故的概率增大;可能导致网络传输误码率的增大,网速减慢;可能导致存储设备存储设备损坏、数据出错等。
某些知名IT厂商规定零地电压大于1V不给开机等。
但是综观国际的IEC和UL电源标准,却根本没有“零地电压”这一名词,遍寻IEEE的文章也没有检索到任何“零地电压对IT负载影响的相关文献”。
有趣的是笔者曾陪同欧美的电源专家访问一些中国数据机房用户,有些用户提出了零地电压的问题,可怜这些搞了几十年电源并参与美国UL 电源标准起草的专家们根本就听不懂,经过反复解释才基本明白了所谓的“零地电压”的含义,但他很惊讶地反问:“在中国,有这一电压对IT负载影响的确凿证据吗?”。
尽管零地电压对IT负载的影响还没有任何确凿的科学依据(绝大部分是把地电位与零地电压混为一谈),但是为了解决这一可怕而神秘的“零地电压”问题,国内许多用户却不惜投入大量的资金。
如某通信数据机房采购了数十台变压器柜安置在各个楼层机房的输入端来降低零地电压,这不仅导致了大量的资源浪费,降低了机房供电系统的可靠性,而且也大幅度增加了机房的运行成本,使本来就不太盈利的IDC业务更是雪上加霜。
零地电压的控制因为零地电压是影响机器运行可靠性的重要因素,零地电压高会造成机器故障或损害,所以必须对它加以控制。
因为零地电压的形成原因很复杂,所以控制要有针对性。
主要考虑的问题和解决的途径如下:1. 保障负载均衡。
如果三项用电不平衡,零线N上的电流就会加大,零线N两端的电压差就会直接造成零地电压。
因此,在可能的条件下要尽量配平三相负载,并定期根据负载的使用变化进行必要的调整。
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,从而在一定程度上降低零地电压。
2. 建立良好的接地系统,尽量降低接地电阻。
接地电阻一高,很小的电流就会产生零地电压,所以一定要降低。
在计算地线线径问题时,在考虑了系统可能的最大用电量和安全的基本需求后,需要特别计算电缆长度,对不同高度楼层使用的不同线径的地线,需要给予明确规定。
3.尽量选用绿色的、谐波干扰符合国家规定的用电设备。
必要时还可安装相应抑制高次谐波的设备,以从根本上净化电网。
同时还必须加强定时、定期和有针对性的设备维护保养,才能确保设备正常运行,降低高次谐波。
4. 选用有零地电压控制能力或零地电压值较小的UPS。
在机房中,大量负载为服务器、交换机等类型的负载,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,还会导致输入电源的零地电压超过服务器所要求的小于2V的指标,在选购UPS时,需要考虑零地电压的控制问题。
有些类型的UPS经过特殊的设计,甚至可以使输出的零地电压小于1伏。
对于供配电二次装修涉及到的电气施工的监管要严格。
由于二次装修的工程量大小不一,如果管理不好,也会影响施工质量和供电系统安全。
5. 加装隔率变压器也是降低零地电压的有效措施。
在零地电压过高,一般方法无法控制零地电压的情况下,为保证负载可以正常开机运作,可以采用加装隔离变压器的办法,来隔离输入和输出之间的电气连接。
不过,此方法只适用于无内置隔离变压器的UPS,一般采用在其输出端加装输出隔离变压器的方式。
关于工频机型的UPS零线和零地电压的几个误解
电器或负载的电压为220V,零线的作用就是与火线(相线)形成220V的相电压。
UA、UB和UC就是火线,也称相线。
火线之间的电压是380V,称为
线电压;与零线N之间的电压是220V,称为相电压。
二者之间具有根号的关系,即线电压UAB=UBC=UCA=UAN=UBN=UCN
这个电流只能在火线之间流动,比如以UA和UB为例,原来220V的负载RA和RB就变成了在380V下这两个负载的串联分压,比如RB负载RA上的压降:
从这里可以看出一个问题,如果RA=RB,两个负载上各分得电压190V,尚可正常工作。
但如果RB值很小,比如RA=5RB,这种情况并不少见,此时负载RA上各分得电压根据式(2)算得就是317V,该负载必然会被烧毁!
从上述现象可以引申出另一个问题,如果采用四极开关或断路器将零线也经过开关的触点。
至今没有一个厂家可以承诺开关的四个极可以同时闭合或开断,这样一来,当开关合闸时,如果零极最后实际闭合或拉闸时,零极首先断开都会导致后面负载的故障,而且因此而烧毁负载的原因往往无处查找。
所以采用四极开关的隐患一定要重视。
对工频机型UPS输出变压器的误解
基于上述的讨论就有人提出了警告说:高频机型UPS当零线断开而正好转旁路时,就不能正常供电了,但由于工频机型UPS有输出变压器,仍可以正常供电。
提出这的根据是输出变压器的次级绕组零点仍然和火线形成220V供电电压。
乍一看也是这么回事,除了三个旁路电压加上以外,供电的样子并没有改变。
似乎工频机型UPS的这个特点当真存在一样。
实际上并不如此简单,这里的。
UPS电源---零地电压[导读]长期以来,在国内机房数据中心电源的设计、建设与应用过程中,“零地电压”被忽悠得神乎其神。
一、引言长期以来,在国内机房数据中心电源的设计、建设与应用过程中,“零地电压”被忽悠得神乎其神,甚至成为了机房供电电源品质的首要指标。
近年来这种趋势愈演愈烈,令人难以置信的是这一反科学的的“零地电压”居然被写进了某些国家级标准,如某GB级的机房设计规范要求“UPS供电系统的零地电压的有效值控制在小于2V的范围内”等,许多厂商与用户都习惯于将数据系统中出现的各种问题归给于零地电压引起的。
目前,国内业界忽悠的根据“统计数据”“零地电压”过高对IT设备,如主机、小型机、服务器、磁盘存储设备、网络路由器、通信设备等的影响可概括为下列几种:*可能导致IT设备中的微处理器CPU芯片出现“莫名其妙”地致命损坏;*可能导致IT设备出现死机事故的概率增大;*可能导致网络传输误码率的增大,网速减慢;*可能导致存储设备存储设备损坏、数据出错等。
*某些知名IT厂商规定零地电压大于1V不给开机等。
但是综观国际的IEC和UL电源标准,却根本没有“零地电压”这一名词,遍寻IEEE的文章也没有检索到任何“零地电压对IT负载影响的相关文献”。
有趣的是笔者曾陪同欧美的电源专家访问一些中国数据机房用户,有些用户提出了零地电压的问题,可怜这些搞了几十年电源并参与美国UL电源标准起草的专家们根本就听不懂,经过反复解释才基本明白了所谓的“零地电压”的含义,但他很惊讶地反问:“在中国,有这一电压对IT负载影响的确凿证据吗?”。
尽管零地电压对IT负载的影响还没有任何确凿的科学依据(绝大部分是把地电位与零地电压混为一谈),但是为了解决这一可怕而神秘的“零地电压”问题,国内许多用户却不惜投入大量的资金。
如某通信数据机房采购了数十台变压器柜安置在各个楼层机房的输入端来降低零地电压,这不仅导致了大量的资源浪费,降低了机房供电系统的可靠性,而且也大幅度增加了机房的运行成本,使本来就不太盈利的IDC业务更是雪上加霜。
随着计算机日新月异的发展,计算机内部芯片的工作电压越来越低,能耗也越来越小。
为了服务器能正常工作需要,IBM、HP等厂家的新型服务器对机房零地电压提出越来越高的要求。
UPS电源厂商承诺的零地电压小于多少,是指不额外增加的零地电压,即指机房输入配电柜上零地电压为0V时UPS电源输出端的零地电压。
加入用户本身的配电系统达不到要求,零线电流或者相间高次谐波耦合造成零线相对地线有一定的电压差,这样在UPS电源的输入处,零地电压就会升高而到不到设备要求,这不是UPS本身能彻底解决的问题。
如某机房在UPS旁路工作时,配电柜零地电压为1.8V,当UPS逆变供电时,机房配电零地电压为2V,则其UPS增加的零地电压为0.2V。
UPS厂商声称的零地电压低于1V就是指这个增加的零地电压。
因为UPS电源在双变换模式运行时,UPS电源内部的开关器件以及EMC的一些原理,会造成零地感应电压或者高频传到压降。
降低零地电压的办法包括:
1)缩短零线长度,增大零线截面积可减小零线电抗,从而降低零地电压。
这样的方式效果是比较明显的,从零线电抗计算公式Zn=ρL/S看,当线长L减小,导线截面积增大,Zn 随之减小,零地电压也同时降低。
但收到现场实际情况限制,不太容易实现。
需在机房初期设计阶段充分考虑,否则很难更改。
零线和地线截面积应该保证在相线的1.5倍以上。
2)测量接地电阻是否符合国家标准。
例如接地体的接地电阻不得大于4Ω,联合接地体的布线电阻小于1Ω等要求。
检查地线接头处连接是否有松动或者上锈,从而加大了接触电阻。
3)对于非隔离双变换纯在线的UPS电源,逆变器工作时UPS电源输入端零线电流理论上应该为0V。
但UPS的输出中线电流是由粗在三相是否均衡来决定,所以尽可能将负载均分到三相上,也能减小零地电压。
4)UPS电源负载端加隔离变压器,并将隔离后的零线接地,即PPC或者PDU精密配电柜。
该解决方案的优点在于能够非常有效的解决负载端零地电压的问题。
因为隔离后的零线接地,可以保证负载的零地电压趋近于零。
隔离变压器是一个非常成熟的产品,品种全,可以满足各种功率等级的要求,供货周期短,价格低廉,而且安全可靠、无风险。
目前计算机房用户多采用这种配电方式。
但应注意不要将负载零线接到电网零线,同时一定要保证接地排的接地满足机房的接地规范并保证可靠性,由于接地排的不可靠可能会造成设备损坏甚至人身伤害。
5)非完全隔离工频UPS电源能有效解决零地电压是一种误解。
很多用户认为工频输出有隔离变压器,所以降低零地电压,或者说可以直接将输出N线重新保护地短接,这其实是一种误解。
因为工频机整流器采用SCR整流,直流母线电压大部分取400V,逆变交流电压在160V左右,需要用变压器升压到220V才能使用,因此这个变压器本质上是用来作逆变电压使用,而且工频机的输出变压器只安装在逆变器的回路中,而旁路没有隔离变压器,所以工频机的输出N线并没有与输入N线隔离,输出N线也就不能直接短接地,来降低零地电压到零。
要想完全解决零地电压问题,需要在旁路上增加爱隔离变压器,或者按照方法4),在总输出上增加隔离变压器,做到一二次侧N线完全隔离。
上述方法1)-3)对降低零地电压都有一定作用,但并不能完全有效地解决零地电压问题。