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。