零地电压的形成

王磊磊

      我国发电厂的发电机组输出额定电压为3.15～20kV。为了减少线路能耗、经发电厂中的升压变电所升压至35～500kV，再由高压输电线传送到受电区域变电所，降压至6～10kV，经高压配电线送到用户配电变电所降压至380V低压，供用电设备使用。以机房最常用的TN-S接地系统为例，在变电站（或类似变电站的供电点）变压器次级绕组的中性点一般和大地相连，然后由此引出两条线，即一条零线N和一条地线PE，在此将接地作为交流参考点，由零线N和相线L一起作为设备的供电电源。TN-S系统是把工作零线N和地线PE严格分开的供电系统，用户侧零地线不允许再次短接。由于供电线路很长，N线和PE线上的电流不相等，在用户端，零地之间是肯定存在零地电压的。只要零地电压控制在一定水平之内，就是可以接受的。

　　但在某些场合，异常情况会导致零地电压偏大，例如：

　　①三相电源配电时负载不平衡；

　　②接地电阻不符合规范要求；

　　③ N线、PE线线径不够或断路；

　　④高频谐波引起电位升高；

　　⑤电磁场干扰；

　　⑥使用UPS、电子稳压器等电子供电设备；

　　⑦使用的插线板不符合电器标准等。

　　以前，造成零地电压偏高的主要原因是前①②③项。近些年来，随着节能灯等气体放电类光源的普遍使用，变频技术、大容量可控硅整流装置的广泛应用，导致高次谐波电流的产生并注入到供电系统中，在系统的阻抗上产生出相应频率的高次谐波电压，使系统的电压波形发生畸变。高次谐波不仅增加系统损耗，同时由于附加正常供电电流中，加大了电流流量，破坏了三相负荷的平衡，使中性点产生偏移，产生零序电流，使零线电流有可能增加到接近相线电流值。在采用三相五线制的供配电系统中，必将产生很高的零地线电压。④⑤两项引起的零地电压问题日渐突出。

工业上——

单条负载用工作电流的N线，是指直接连接用电器的线，在负载端的对地电压不超过2.5%（等于5.5V），这是根据供电质量要求的电压指标下限5%推算得出的。

那么，任何线路N线上电压都应低于5.5V。TN-C系统，负载侧动力箱应有重复接地，就是为了降低N线上的电压损耗和对地电位。

机房UPS供电零地电压要求——

为了服务器正常工作需要，如：IBM、HP、SUN等厂家的新型服务器对UPS输出零地电压提出了更高要求：Vn-g < 1V。如果现场零地电压达不到要求，服务器厂家工程师往往拒绝上电开机。

首先分析一下零地电压产生的原理：

零线电压Vn=In ′ Zn In为零线电流

零线电抗Zn=ρ×L÷S

ρ为导线电导率，L为线长，S为导线截面积 如果In=60A、Zn=0.1欧姆，Vn将为6V。

因为线间存在耦合电感和电容，高次谐波将在零线、地线产生一定的高频电流。也可能抬升零地电压。

分析了零地电压产生的原理，就可以找到解决方法：

1、缩短零线长度，增大零线截面积可减小零线电抗，从而将低零地电压

2、对于双变换真在线的UPS，当逆变器工作时，UPS输入端零线电流理论上应该为零。但由于机房输入配电柜内所有的电缆走的都是大电流，这些电流包括UPS，机房的逆变器，本楼层的照明，空调，等等。每一根电缆都含有大量的电磁干扰，所有的这些电缆被捆扎在一起走长线，使得这些高频干扰互相串扰，高频干扰电流在零线、地线上流过带来了零地之间的压降。从测试波形上看零地之间的高频成分呈非固定频率的杂波，也可以反映干扰为多种设备电流的电磁骚扰叠加。

3、UPS负载端加隔离变压器，并将隔离后的零线接地。

这种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。目前计算机机房用户多采用这种配电方式。

神龙

谢谢分享  学习了 。