2021-05-15 22:26
浅谈UPS电源零地电压概念和降低方法
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。
