机房中供电系统零地电压问题
admin
2013-12-16 00:00:00
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在数据中心供电系统中，零地电压是个非常敏感的问题，因为IT设备厂家在安装他们 的设备之前，先要测试供电电压的零线与地之间的电压，并要求零地电压必须小于某个限定 的数值。例如IBM公司规定，在零地电压小于等于IV的情况下才能安装他们的IT设备。 于是，零地电压的大小就成为判定供电系统是否符合要求的标志性参数之一。但是，IT厂 商为什么提出这个要求？零地电压高时是否影响和如何影响IT设备工作的？这既是个技术 问题，也是个概念问题。概念的错误会导致技术应用和工程实施过程中一系列的困惑，用错 误的概念去解释系统存在和发生的问题，也必然会得出错误的结论。对于这个严肃的问题， 必须先了解清楚以下几个问题：
(1) 在供电系统中零地电压是如何产生的？
(2) 为什么零地电压并不影响IT设备的正常运行？
(3) IT厂商为什么要对供电系统零地电压提出限制？
(4) 业内归结为零地电压高而产生的似是而非的问题，产生这些问题的真正原因是 什么？
1.供电系统中零地电压是怎样产生的
数据中心的供电系统典型结构如图4. 22所示。
(1) 市电输人系统中通常首先配置一台10kV/380V A/Yo变压器，Yo侧的中心点通过 接地网直接接地，并形成TN-S接地系统。在系统接地极这一点，零线与地线是同电位的， 也就是说零地电压绝对为零。
(2) 380V/220V以三相四线形式对数据中心各种设备供电，包括UPS、ATS、PDU、空 调系统、照明及辅助设备等，在这些设备中以三相供电设备为主（照明等单相供电设备功 率很小)。
(3) UPS供电系统一般是三相输入三相输出。
(4) IT设备一般是单相220V供电。
零地电压是产生在零线与地线之间的电压。地线和零线的功能是不同的，在数据中心 中，地线有几种功能，包括电源地、保护地、逻辑地、屏蔽地、防雷地。几种地线都在系统 接地极接在一起。在常态下地线中是没有工作电流流过的，只有当输入市电中存在干扰电压 (如雷击感应电压、输人市电瞬变电压）时，才可能通过线路中的共模干扰滤波环节形成地 线电流。在常态下可认为地线中不存在压降问题，地线电位是稳定不变的参考电位。
而零线则不然，零线中是有工作电流的，从变压器的二次侧接地点到IT负载的零线输 人点N之间，可能有很长的输电距离，当负载投入运行后，一定有大量的零线电流延零线 流回到各级母线，并在母线的零排处叠加，叠加后未被抵消的部分将流回到接地点。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。这样以接地点为参考点，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，与其 他电压没有任何特别的地方，只是零线上的电压降。
零线阻抗的大小取决于零线的线路长度与线径，对于已经建好的数据机房而言是个不变• 量；而零线中工作电流的大小则取决于下列运行条件：
(1) 电网三相电压幅值或相位的对称度；
(2) 三相负载电流大小和相位的对称度；
(3) 三相负载中是否有h次谐波的存在等。
由上述三种因素所产生的零线电流，在零线阻抗中就形成了零线电压，相对于稳定的地 电位就是零地电压。零地电压数值直接取决于线路长度（阻抗）和零线电流的大小。
