信息机房接地问题详解
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机房接地是什么?机房接地原理及使用方法?一、机房接地是什么机房接地定义,即把电路中的某一点或某一金属壳体用导线与大地连在一起,形成电气通路。
目的是让电流易于流到大地,因此电阻是越小越好。
为什么采用接地系统:1、保护设备和人身的安全。
2、保证计算机系统稳定的运行。
为了保证计算机系统安全、可靠、稳定的运行,保证设备人身的安全,针对不同的计算机系统要求,应设计适当形式的接地系统。
二、机房接地原理计算机站接地分类:1、计算机系统直流地2、交流工作地3、安全保护地4、防雷保护地接地阻值及相互关系1、交流工作地R不大于4欧姆2、安全保护地R不大于4欧姆3、防雷保护地R不大于10欧姆、4、计算机直流地电阻的大小、接法以及诸地之间的关系,应依据不同的计算机系统而定,一般要求R不大于4欧姆。
计算机系统的交流地1、机房设备:除了计算机用直流电外,还有计算机外设、变压器、电动机、空调等使用220/380V。
2、定义:中性点接地,把使用交流电设备做二次接地或与经特殊设备与大地做金属连接。
交流工作地的作用1、确保人身安全2、保障设备安全3、限制各火线对地电压不超过250V,减轻高压窜入低压电路的危险三、机房接电使用方法实现交流工作地措施1、分类:A:计算机系统内交流设备(外设)其特点用绝缘导线串联起来接到配电柜的中性线上,然后用接地母线接地。
实现计算机交流地措施B:计算机机房以外的为计算机系统配置的交流设备(空调中的压缩机、风机、加湿器,电动机中的稳压、变压的中性点,应各自独立的按电器规范的规定接地)计算机系统安全保护地概述:当机房内各类电气设备的绝缘损坏时,将会对设备和操作、维修人员的安全构成威胁,为了防止危险,所以将机房内所有设备的外壳及有金属外壳的设备的机体与大地之间做良好连接。
安全保护地的作用1、在绝缘被击穿时保护设备和人身的安全2、屏蔽作用,可以防雷击、静电、EMI计算机安全保护地措施1、计算机机房内的设备:将所有机柜的外壳,用绝缘导线串联起来,再用接地母线与大地相连。
浅谈数据机房接地技术摘要:本文通过探讨方式分析数据通讯机房接地系统常见和不常见的问题,在此基础上讲述数据机房接地方法,分析国内外关于数据通讯机房接地系统的标准和规范。
确保数据机房物理环境安全,加强防护数据信息安全。
关键词:接地系统;连接导体;等电位链接时代的发展信息安全越来越重要,作为传递数据的机房其安全稳定运行显的极其重要,大规模及超大规模的数据中心在社会发展中扮演中重要的角色,其安全、稳定、可靠运行关系到民生。
如何将数据传输、存储及其附属设备运行在一个无高频干扰、无过电压,有可靠接地,能确保人身和设备安全的物理环境,是本文探讨的重点。
1.数据机房接地的重要性分析机房接地系统是保护工作人员和设备十分重要保障系统。
有效的接地系统能是数据通讯设备正常工作,并保持系统安全可靠,同时有利于系统的电磁兼容,降低信息系统之间存在的干扰。
接地系统出现不正常运行或故障时,产生的电压降对数据机房信息设备产生不同程度的电磁干扰及其它影响,轻则数据出错,重则出现数据丢失,再严重时过电压可能烧毁设备。
2.数据机房接地的主要分类为确保人身安全,满足系统及其设备安全正常运行的要求,数据机房的接地按照作用分为直流工作接地、交流工作接地、安全保护接地、屏蔽接地、防静电接地、防雷接地等。
2.1直流接地直流接地也称信号接地,是数字电路的基准电位,这一接地简称信号地或逻辑地。
有直流地悬浮和直流地接地之分,因悬浮地有自身的弊端,目前数据机房多采用直流地接地。
直流地可分为3种形式:串联接地,并联接地和网状接地。
接地电阻不应大于l Ω2.2交流工作接地交流工作接地就是把计算机使用的工作交流设备做二次可靠接地,其作用是防止人身触电和设备安全,由于电源回路相对于电子回路功率要大很多,故又称功率接地,交流工作地的实施可分为计算机系统使用的交流设备和计算机系统配置的交流设备两种,因各自独立地按照电气标准和规范规定接地,地电阻不应大于4Ω 。
2.3安全保护接地将通信设备的金属外壳和电缆金属护套等部分进行可靠接地,其作用是防止人身触电。
电子通信设备的接地技术与问题剖析随着科技的不断发展,电子通信设备已经成为现代人生活中不可或缺的一部分。
而接地技术则是电子通信设备中至关重要的一环,它不仅能保证设备的正常运行,还能防止因电气故障引起的设备损坏和电击人身安全问题。
下面将对电子通信设备的接地技术及其可能存在的问题进行剖析。
接地技术是指将设备的金属部分与地面建立直接的电气连接,以实现设备的接地。
一般情况下,电气设备的接地有三种形式:保护接地、电源接地和信号接地。
保护接地是指将设备的金属外壳与地面相连,当设备发生故障时,电流能迅速在地面上流动,起到防止人体触电和设备损坏的作用;电源接地则是通过将设备的电源中性点与地面相连,来保证设备的正常运行;信号接地主要是保证设备之间的信号传输质量,避免由于接地问题导致的干扰和误差。
在实际应用中,接地技术可能存在一些问题。
首先是接地电阻过大的问题。
接地电阻过大会导致接地网的阻抗增加,增加接地电势,增加接地故障的可能性。
接地线路的走向不合理也可能导致接地效果不佳。
接地线路与强电线路平行走向,容易受到电磁干扰,进而影响设备的正常工作。
接地装置的选择和安装也是影响接地效果的重要因素。
如果选择的接地装置质量不好或者安装不规范,都可能导致接地效果不佳。
接下来,我们来看一下解决接地问题的方法。
首先是提高接地电阻的方法。
可以采用减小接地电阻的措施,例如增加接地极的数量或改善接地极的质量;还可以通过增大接地地网的面积,增加与地球的接触面积,降低接地电阻。
其次是合理布置接地线路。
接地线路应尽量避免与强电线路平行走向,以减小电磁干扰和接地回路的干扰。
对接地装置的选择和安装要严格按照相关的规范标准进行。
电子通信设备的接地技术在设备的正常运行和人身安全方面起着至关重要的作用。
通过合理的接地技术和解决接地问题的方法,可以确保设备的正常运行和人身安全。
在电子通信设备的使用和维护中,接地技术的重要性不容忽视。
电子通信设备的接地技术与问题剖析电子通信设备是现代社会中不可或缺的重要工具,它们的正常运行离不开良好的接地技术。
接地技术作为电子通信设备中的一个重要环节,直接关系到设备的运行稳定性和安全性。
对电子通信设备的接地技术与问题进行剖析,对于保障设备的正常运行具有重要意义。
我们来看看电子通信设备接地技术的基本原理。
接地是将设备外壳、电路和地之间的电势差维持在一个安全范围内的方法。
接地技术的主要作用包括:保护人身安全、维护设备正常工作、确保信号可靠传输。
具体来说,接地技术可以将设备外壳上可能存在的电荷带到地面,避免对人体产生触电危险;在设备的电路中,通过接地将漏电流引入地面,确保设备正常运行;在信号传输过程中,接地可以减小信号干扰,提高传输质量。
良好的接地技术对于电子通信设备的性能和安全性至关重要。
电子通信设备接地技术在实际应用中也存在一些问题。
首先是接地线路布置问题。
在一些复杂的场景中,接地线路的布置可能会受到限制,导致接地电阻增加,影响了接地效果。
电子通信设备的接地系统如果缺乏定期检测和维护,也容易出现接地电阻增大、接地系统失效的问题。
还有一些不合格的接地设备,无法正常工作,或者接地设备与设备安装位置不匹配等问题也较为常见。
针对电子通信设备接地技术所面临的问题,我们可以采取一些解决方法。
加强对接地技术的研究和培训,提高工程人员对接地技术的认识和理解,避免在设计和施工上出现问题。
在接地系统的设计和安装过程中,严格遵循相关标准和规范,确保接地系统的布置和连接符合要求。
定期对接地系统进行检测和维护,及时发现并排除接地问题,确保接地系统的正常工作。
电子通信设备的接地技术与问题是一个非常复杂的系统工程,涉及到电气、电子、通信等多个领域的知识。
在今后的发展中,我们需要更加重视电子通信设备的接地技术,不断优化和改进接地系统的设计和运行管理,从而提高设备的安全性和运行效率。
也需要加强对接地技术的研究和培训,为行业发展提供更多的人才支持。
信息机房接地最新规范标准信息机房作为关键的基础设施,其接地系统对于确保设备安全运行、数据保护和人员安全至关重要。
以下是信息机房接地的最新规范标准:1. 接地系统设计原则:- 接地系统应设计为能够安全地引导雷电、静电和设备故障产生的电流至地面。
- 应采用多点接地方式,以减少接地电阻和提高接地效果。
2. 接地电阻要求:- 接地电阻应小于1欧姆,以确保在发生故障时能够快速安全地导电。
3. 接地材料选择:- 应使用耐腐蚀、导电性能良好的材料,如铜或铜合金。
4. 接地线规格:- 接地线应根据机房规模和设备功率选择合适的截面积,确保足够的电流承载能力。
5. 接地连接方式:- 接地线应采用焊接或压接方式连接,避免使用螺丝连接,以减少接触电阻。
6. 接地测试:- 机房接地系统应定期进行接地电阻测试,测试周期一般不超过一年。
7. 接地保护:- 应安装接地故障保护装置,如接地故障继电器,以监测接地系统的状态。
8. 接地标识:- 所有接地点应有清晰的标识,便于维护和检查。
9. 接地系统维护:- 应制定接地系统的维护计划,包括定期检查接地线、接地体和接地电阻。
10. 接地安全培训:- 机房工作人员应接受接地安全培训,了解接地系统的重要性和操作方法。
11. 接地规范更新:- 应定期关注并更新接地规范,以符合最新的安全标准和技术发展。
12. 环境因素考虑:- 在设计接地系统时,应考虑机房所在地的地质、气候等环境因素,确保接地系统的可靠性。
13. 接地系统文档:- 应建立接地系统的详细文档,包括设计图纸、施工记录和测试报告。
14. 接地系统验收:- 接地系统完成后,应进行严格的验收测试,确保符合设计要求和安全标准。
通过遵循上述规范标准,可以确保信息机房接地系统的安全性和可靠性,从而保护机房内的设备和人员安全。
数据机房接地标准随着信息技术的不断发展,数据机房已成为各行业不可或缺的重要组成部分。
为了保证数据机房的稳定运行,机房接地系统是至关重要的环节。
本文将详细介绍数据机房接地系统的标准,包括接地方式、接地材料、接地施工等方面的要求。
一、接地方式1. 单点接地单点接地是一种将所有接地线汇聚到一个点上的接地方式。
这种接地方式适用于机房内设备数量较少、设备间连接线路较简单的场景。
单点接地能够有效地减少接地线的长度和复杂性,降低对地电阻的影响,提高设备的电磁兼容性。
2. 多点接地多点接地是指将多个设备的接地线连接到同一个接地排上,每个设备都与接地排直接相连。
这种接地方式适用于机房内设备数量较多、设备间连接线路较复杂的场景。
多点接地能够降低接地线的长度和复杂性,提高设备的电磁兼容性。
但是,多点接地需要注意避免地线之间的相互干扰。
二、接地材料1. 铜排铜排是一种常用的接地材料,具有优良的导电性能和耐腐蚀性。
在选择铜排时,应根据设备的接地要求选择合适的规格和长度。
铜排在安装时需要采取防腐措施,如镀锌、喷塑等。
2. 导线导线是连接设备与铜排之间的桥梁,要求具备优良的导电性能和机械强度。
在选择导线时,应根据设备的接地要求选择合适的线径和材质。
导线在安装时需要采取防震、防火、防水等措施。
三、接地施工1. 施工前准备在施工前,需要做好以下准备工作:(1)设计接地图纸,明确设备的接地要求和施工方法;(2)准备施工工具和材料,如电锤、电钻、切割机、扳手、螺丝刀、铜排、导线等;(3)检查接地材料的质量和规格是否符合要求。
2. 施工步骤在施工过程中,需要按照以下步骤进行:(1)根据设计图纸确定接地点的位置和数量,用电锤或电钻在地板或墙壁上打孔;(2)将铜排或导线连接到设备上,注意连接牢固、接触良好;(3)将铜排或导线连接到同一个接地排上,注意连接牢固、接触良好;(4)检查接地系统是否连接良好,测试设备的接地电阻值是否符合要求。
四、注意事项1. 在施工过程中,应注意保护好设备的接口和连接线路,避免损坏或污染;2. 在安装铜排或导线时,应注意连接牢固、接触良好,避免出现松动或接触不良的情况;3. 在测试设备的接地电阻值时,应注意测试方法正确、仪器准确可靠;4. 在使用过程中,应注意定期检查和维护接地系统,及时发现并解决潜在问题。
电子通信设备的接地技术与问题剖析随着电子通信设备的普及和广泛应用,设备的接地问题也变得愈加重要。
接地技术的正确运用可以提高设备的安全性和可靠性,避免设备因为充电静电引起的故障和损坏。
本文将对电子通信设备的接地技术与问题进行分析。
一、接地的原理及作用接地是指将设备与地之间建立直接而可靠的连接,以达到把设备体及所连接的设备或事物塑形成一个电势统一、电流灵活的电气环境,以免设备因为超过允许电压或电流而受到损坏,或因为充电静电引起的故障。
接地技术的主要作用有:1、确保设备及工作人员的安全:接地避免漏电造成危险,同时也保护设备免受闪电、静电等电磁干扰。
2、改善设备的性能:接地可以提高设备的工作效率,并避免防雷、抗干扰等方面的问题。
3、保护设备免受电磁干扰:接地可以消除电磁干扰所引起的问题,保护设备正常工作。
4、满足市场需求:接地符合市场需求和政策。
1、接地导致噪声和故障在某些情况下,接地可能会导致通信系统受到噪声和故障的影响。
这些噪声和故障可能是由于接地回路中的电流、电压干扰引起的。
干扰的来源包括地线回路中的其它讯号、主电源交流(AC)信号、建筑物的地线及其它电缆。
另外,电器设备存在电磁泄漏会影响到设备的正常工作,因此需要合理的接地设计和技术保障。
2、接地方法选择不当不同类型的设备需要不同的接地方式来保障安全和减少电磁干扰。
不合适的接地方法可能会产生接地环路,或使设备受冲击波或雷击等外界的电气攻击,从而引发故障。
在选择接地方法时,需要考虑设备的工作环境、设备类型、安装方式等因素。
正确选择接地方法,可以降低接地回路阻抗,提高接地的可靠性。
3、接地点位置问题对于电子通信设备,接地点的选择至关重要。
如果接地点不合适,存在很多隐藏的安全隐患。
而且设备安装后,如果接地点不恰当,可能会导致接地上的一些不稳定因素,从而影响到设备的正常运行。
因此,在选择接地点位置时,应考虑到场地的实际情况和设备的外壳类型等因素,合理设置接地点。
通信机房、计算机机房的接地电磁屏蔽室的接地应该充分考虑高频接地时可能产生的各种效应,从而在接地设计是达到最好的接地效果避免产生各种共地干扰现象。
其中包括计算机设备的公共接地,接地环路的形成和解决和计算机房接地的种类。
以下是对三部分的分别说明.计算机设备的公共接地计算机网络产品的接地应该充分考虑网络设备的屏蔽性和对接地电阻的要求,一般计算机房中的网络设备的屏蔽措施主要采用网络机柜作为终端设备的屏蔽层,但是往往在实际的施工过程忽略了网络机柜接地母线(排)的敷设和机柜的地线问题,大多采用网络机柜的外壳做为屏蔽体和公共接地线,这样由于屏蔽体上吸收了大量杂波干扰导致地线上的杂波干扰通过地线串到网络设备的外壳和信号端造成对正常信号的骚扰,这样就容易造成网络信号的传输质量和传输效果。
最好的办法是在网络机柜内增加一条接地线(排)使公共地线和屏蔽层接地线分开,在机柜里纵向敷设铜排使每个隔层的设备都可以就近接地以减少由于地线较长所增加的寄生电感和导线的电阻。
另外较多设备的接地除了安全地以外还要有两个分开的地,一个屏蔽地,一个电路地(静电地)。
这些地仅在电源处连接(注1)。
机柜为高频提供了很好的回路,屏蔽地通过10~100mF的电容与静电地连接,对于高频接地金属件之间的铰接、连接、滑动连接和任何临时性的连接都是不能满足要求的。
对于永久性的连接焊接是最好的。
机房内的地线阻抗当机房内的均压环(地线排)与地面或与机壳连接前沿着地面走线时应该视其为一条导线,在屏蔽方面考虑时是应该可以用LCR网络模型来描述,LC决定了传输线的特性阻抗Z0,随着频率的变化电感量也不断的增加或者超过导线的电阻,电感的阻抗也回不断的增加直至达到某个谐振点上A,再这个频点上从导线的端点看导线的阻抗很高通常会达到数百欧姆(取决与电路中电阻的损失)。
同时,随着频率的增高,趋肤效应造成的损耗也会增加,谐振的幅值个峰谷也会越来越模糊。
所以为了保证良好的接地效果和电器连接地线应该工作在原理谐振点A的地方,所以地线的长度应小于最小波的1/20。
通信机房防雷接地系统改进摘要:本文通过对机房几种接地的作用进行简要分析,并提出机房接地系统施工时应该注意的几方面问题。
关键词:机房接地联合接地注意事项随着计算机和网络通信技术的告诉发展,进入二十一世纪以来,国有大中型企业对信息化建设越重视,使得通信机房的设备众多,价格昂贵,如果对雷击的防火措施不力或存在认识上的偏差就可能是机房遭受雷击发生,甚至遭雷击而烧毁,造成巨大经济损失。
所以,通信机房的防雷防护措施要引起足够重视,做到有备无患,只有做好整体防护措施,才能确保机房内的设备安全运行。
在通信机房的事实防雷过工程过程中,接地时防雷措施饿重要的环节,所以首先要弄清楚机房内的每台设备的接地要求与诸地之间的关系,下面对通信机房的接地种类、联合接地系统设计和施工按照时注意事项做一些浅析。
通信机房的接地种类接地的种类很多,主要有交流工作地、直流工作地、安全保护地、SPD 接地、屏蔽线接地、防静电接地、功率接地等。
交流工作地:这里指通信系统使用的交流工作地。
交流工作地实质上是中性点接地,要求接地电阻≤4Ω。
直流工作地:通信系统的逻辑参考地,同时又是系统中数字电路的等电位地,其接地体电阻按系统具体要求确定。
安全保护地:电子设备在正常故障状态下,其金属外壳可能会带电或者短时带电,为防止这种电压危机人身和设备安全而设的接地,要求接地电阻≤4Ω。
SPD接地:也就是防雷装臵电涌保护SPD的接地,其接地电阻≤4Ω。
屏蔽体接地:电子设备为了防止外来电磁场干扰和电气回路之间的直接电磁耦合,采用屏蔽接地,减少回路间产生串音影响。
如机房各方面进行屏蔽网接地,将电子设备屏蔽壳体以及电子设备内、外的屏蔽线接地均为屏蔽体接地。
屏蔽接地电阻也应≤4Ω。
防静电接地:主要是为了防止静电对电子设备的干扰而设计的一种接地系统。
经典接地电阻一般≤100Ω(采用联合接地系统时≤4Ω)。
功率接地:就是将交直流造成的干扰泄入大地的接地,电源回路相对于电子回路来说是强功率,所以称为功率接地。
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。
为此,笔者认为系统地讨论机房供电系统的“零地电压”产生、传递机理,特别是对IT 负载的影响问题,使机房数据中心电源的设计、建设与使用者对“零地电压”问题有一科学的认识是非常必要的。
二、输配电线路零地电压的产生机理在380V交流供电系统里,由于线路保护的需要,通常将三相四线制的中心点通过接地装置直接接地。
当前数据机房配电系统的典型构架如图1所示,系统中通常配置一台或数台10KV/380V △/Yo变压器,Yo侧的中心点通过接地网直接接地,如图1中的G点。
从变压器到各IT负载之间,为了安全运行和维护管理考虑,通常将这一距离中的线路分成三级配电母线,即UPS输入配电母线或称市电输入母线L1(含柴油发电机切换后输入),UPS输出配电母线L2,楼层配电母线L3,楼层配电再分路到列头柜(也有将楼层配电与列头柜合而为一的),然后单相接入机架PDU对IT负载进行供电。
这样,从变压器的二次侧接地点G到IT负载的零线输入点N之间,有很长的输电距离,当负载投入运行后,一定有大量的零线电流从N点流回到各级母线,在母线的零排处叠加,叠加后未被抵消的部分将流回到G点。
由于零线阻抗的存在,在各级母线的零排之间就形成了电压降。
这样以G为参考点,零线上的各个点就形成了对地的电压降,这就是所谓的“零地电压”。
零地电压从本质上来说,它与其它电压没有任何特别的地方,只是零线上的电压降。
图1 数据机房配电系统的典型构架图下面,以UPS输入母排点,即UPS输入零地电压为例来阐述零地电压的形成机理:UPS输入零地电压-U N1-G可以表示如下,U N1-G=I1*ZN1-G这里I1为零线上流过的电流,ZN1-G为N1零排到接地点的零线阻抗。
可见,零线压降完全取决与零线电流I1和零线阻抗的ZN1-G大小,当I1或ZN1-G为零时,零线上的电压降为零,即UPS的输入零地电压为零,但这通常不可能做到。
零线阻抗的大小取决于零线的线路长度与线径,对于数据机房而言是个不变量;而零线电流的大小则取决于下列运行条件:*电网三相电压、相位的对称度;*三相负载电流大小的对称度;*三相负载相位的对称度;*三相负载中是否有3n次谐波的存在等。
其中,电网三相电压、相位的不对称对数据机房用户来说,属于不可控、不可管的“正常现象”,在此不作讨论。
1. 三相负载电流大小不平衡时产生的零线电流I1-1当L1母线三相配电系统中各相负载大小不相同时,就会出现三相不平衡电流,这一不平衡电流汇流到N1零排时,就合成为零线电流I1-1,如图2(a)所示。
最极端的情况,当A、C两相的负载全部跳开时,此时的零线电流I1-1就等于B相的电流IB,达到该条件下零线电流的最大值,如图2(b)所示。
图2 零线电流的合成2. 三相负载电流相位不对称时产生的零线电流I1-2当I段母线三相配电系统中各相负载的输入功率因素不相同时,三相电流IA、IB、IC的相位不再符合相差120°的相位关系,此时也会导致不平衡电流的出现,同样在N1零排处,汇合成零线电流I1-2,如图2(C)所示。
3. 三相负载中的3n次谐波电流的存在产生的零线电流I1-3由于非线性负载的存在,导致了零线中不仅有基本电流流过,还可能有三次及三的倍数次谐波流过。
其基波电流可表示为iA=IAmsin100πtiB=IBmsin(100πt-120°)iC=ICmsin(100πt+120°)相应的各相三次谐波电流为iA3=IA3msin300πtIb3=IB3msin(300πt-360°)iC3=IC3msin(300πt+360°)可见尽管基波电流相差120°,但是其三次谐波电流刚好同相位,在N1零排处直接相加成为同相的零线电流。
由上述三种因素所产生的零线电流,流过N1零排到变压器之间的零线,就形成了零线压降,出现了我们通常所说的UPS输入零地电压,这一零地电压可计算为UNI-G=(I1-1+I1-2)*Zn1-G+I1-3* Zn1-G3如果线路较长、负载的不平衡度很高或含有三次谐波的非线性负载较多,就可能使UPS 的输入零地电压很高。
由此可见,可以总结如下:n 零地电压与通常的电压完全相同,只是不平衡电流和三次谐波电流流过零线产生的压降;n 越是在供电链路的末端,其零地电压越高。
三、UPS产生零线电压增益的机理前面我们分析了由配电线路产生的UPS输入零地电压的形成机理,但是UPS产生的零线电压增益的机理与此有所不同。
接下来我们就来分析一下老式的具有升压变压器UPS(所谓的工频机)和新一代的无需升压变压器UPS(所谓的高频机)的零线电压增益的产生机理。
1. 具有有升压变压器UPS(所谓的工频机)零地电压增益的产生所谓的工频机(如图3所示)采用可控硅相控整流将交流变成432V直流电,再通过IGBT 高频逆变器将这一直流电还原成成交流,但这一双转换后的线电压只有190V,为了满足负载输出380V/220V的需要,不得不在逆变器的输出端(注意:不是在UPS输出,不含旁路输出端)加一1:2的升压变压器将190V的线电压升高到380V;同时,通过这一变压器的△/Y0接法生成零线,以实现UPS三相四线制的输出要求。
所以对于所谓的工频机而言,输出升压变压器是必加的标准件,否则就根本无法正常工作。
对于本文讨论的主题零地电压而言,我们从图3不难看到,即使有了这一隔离变压器,但是零线与地线在UPS内部从输入到输出是直通的,UPS关机时,我们很容易量测到UPS 输入零地电压绝对等于输出零地电压,所以这一隔离变压器在UPS内部没有起到任何的隔离作用。
在UPS正常开机工作时,由于旁路关断,其零线上也不会有电流流过,所以由零线电流产生的零地增益在UPS内部基本是不存在的。
但是如果UPS输出的滤波器设计不好或电容故障,就会导致逆变器输出的PWM高频电压成份会部分溢出感应在零线上,产生一定的零线电压增益,其大小完全取决于滤波器参数的优劣,通常可达3~5V,频率上明显含有高频成份。
如果设计得到好,这一电压增益通常应为0.5~1V。
图3 工频机的零地电压2. 无需升压变压器UPS的(所谓的高频机)产生的零线电压增益所谓的高频机(如下图4所示)则采用先进成熟的IGBT升压整流技术将交流变成600V左右的直流电,再通过IGBT高频逆变器将这一直流电直接还原成380V/220V三相四线制的交流电,所以无需所谓工频机的升压变压器。
这是21世纪以来现代电力电子技术最伟大的技术进步之一,它使UPS的变换效率大幅度提高,内部损耗发热大幅度减少,器件的可靠性得以明显提高。
从图4可以看到,就零、地线而言,高频机UPS与工频机UPS完全一样,都是在UPS 内部从输入到输出是直通的,不会产生零线电流产生的零地增益。
但是,对于早期的高频机或某些高频机技术起步较晚的厂商,出于降低成本的设计考虑,其滤波器设计容量偏小,导致了较高的PWM高频电压成份溢出感应在零线上,产生一定的零线电压增益,其值达3~5V,并伴有明显的高频成份。
现在许多厂商已经认识到中国用户对零地电压的关心,所以改进了输出滤波器设计,其零线电压增益通常仅为0.5~1V,而且这一波形中不含高频成份。
实测某IDC伊顿9395高频机UPS的零地电压,显示为电压0.6V,频率50HZ,不含任何的高频电压成份。
图4 高频机的零地电压由此可见,可得到如下结论:*高频机与工频机具有同样的零线电压增益产生机理,零线与地线在两种UPS内部都是直通的;*只要滤波器设计得好,两者都可以很好地解决零地电压问题,并使零地电压不含有高频成份,反之,两种UPS都会产生较高的零地电压。
四、IT负载机柜输入点的零地电压才是“最可怕”的零地电压数据机房用户通常非常关心UPS输出端的零地电压高低,也非常关心楼层输出配电柜的零地电压高低,但是唯独从从不关心机柜内部IT负载设备输入端的零地电压高低。
如果零地电压真的对IT负载有影响的话,不管你在UPS的输出端、楼层输出配电柜上采取什么样的降低零地电压措施,只要IT负载设备输入端的零地电压UN-G2不小于1V的话,其“严重的危害”就依然存在。
而IT负载机柜输入端的零地电压是所有UPS输入零线压降、UPS 输出零线压降及楼层配电零线压降的叠加,可谓是零地电压的最前哨“重灾区”。
1、UPS输出零地电压-U N2-GUPS输出零地电压等于UPS输入零地电压加UPS产生的零线电压增益,即U N2-G=UNI-G+UN-UPS2、UPS楼层输出配电柜上的零地电压-U N3-G楼层配电输出的零地电压等于UPS输出零地电压加UPS输出到楼层配电柜之间的零线电压增益,即U N3-G=UN2-G+UN3-N2=UNI-G+UN-UPS+UN3-N2这里,UPS输出到楼层配电柜之间的零线电压增益UN3-N2的形成机理与UPS输入零地电压完全相同,在此不再鳌述。