UPS零接地电压的概念和降低方法

零接地电压概念:

随着计算机技术的飞速发展,计算机内部芯片的工作电压越来越低,能耗也越来越小。为了保证服务器的正常运行,各厂商的新型服务器对数据中心的零地电压提出了越来越高的要求。UPS厂商承诺的零地电压是指无需额外增加的零地电压,也就是当机房输入配电柜的零地电压为0V时,UPS输出端的零地电压。如果用户自身的配电系统无法满足要求,零线电流或相间高次谐波耦合会导致零线与地线之间出现一定的电压差。这样一来,UPS输入端的零地电压就会升高,无法满足设备要求。这并非UPS本身能够完全解决的问题。.

例如,当某个机房采用UPS旁路供电时,配电柜的零点电压为1.8V。当UPS反相供电时,机房配电柜的零点电压为2V,加上UPS的零点电压为0.2V。UPS厂商声称零点电压低于1V,指的就是这额外的零点电压。因为当UPS工作在双转换模式下时,UPS内部的开关器件以及一些电磁兼容性(EMC)原理会导致零点感应电压或高频导通压降。降低零点电压的方法包括:

①缩短中性线长度并增大其截面积可以降低其电抗,从而降低零地电压。这种方法的优点是效果显著。根据零线电抗的计算公式Zn=ρL/S,当线路长度L减小、导线截面积增大时,Zn相应减小,零地电压也随之降低。但由于现场实际情况的限制,这并非易事。需要在机房的初始设计阶段充分考虑,否则后期修改将十分困难。中性线和地线的截面积应至少为相线截面积的1.5倍。.

② 对于非隔离式双转换纯在线式UPS,理论上逆变器工作时UPS输入端的零线电流应为0V。然而,UPS的输出零线电流取决于三相是否平衡,因此建议尽可能将负载均匀分配到三相上,以降低零地电压。.

③ 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应超过4Ω,接地接头处的接线电阻应小于1Ω。检查接地线接头处的连接是否松动或生锈,这些都会增加接触电阻。.

④ 在UPS负载端安装隔离变压器,并将隔离中性线接地,例如PPC或PDU精密配电柜。此方案的优点在于能够有效解决负载端零地电压问题。由于隔离中性线已接地,因此可以确保负载的零地电压接近于零。隔离变压器是一种非常成熟的产品,种类繁多,能够满足不同功率等级的需求。它具有供货周期短、价格低、安全可靠、无风险等优点。目前,机房用户大多采用这种配电方式。但是,需要注意的是,切勿将负载中性线与电网中性线连接。同时,必须确保接地排的接地符合机房的接地规范,并保证可靠性。接地排的不可靠可能会导致设备损坏甚至人身伤害。.

⑤ 认为非完全隔离的工频UPS可以有效解决零地电压问题是一种误解。许多用户认为工频输出端有隔离变压器,因此可以通过降低零地电压或直接将输出N线接地来解决问题,这实际上是一种误解。由于工频UPS的整流器采用SCR整流,直流母线电压大多为400V,而逆变器交流电压约为160V,需要通过变压器升压至220V才能使用。因此,该变压器主要用于逆变器电压,工频UPS的输出变压器仅安装在逆变器电路中,旁路部分没有隔离变压器。因此,工频UPS的输出N线与输入N线并未隔离,不能直接将输出N线短路接地来降低零地电压。为了彻底解决零接地电压问题,需要在旁路上增加一个隔离变压器,或者按照方法 4 在总输出端增加一个隔离变压器,以实现初级和次级 N 线的完全隔离。.

上述方法 1-3 对降低零地电压有一定的效果,但不能完全有效地解决零地电压问题。.

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