零地電壓問題一、零地電壓的形成二、零地電壓的危害三、UPS電源與零地電壓問題四、目錄1-1、接地系統(tǒng)的定義IEC60364的定義：S=保護(hù)功能(PE)由一根與中性導(dǎo)體(N)或接地導(dǎo)體相獨立的導(dǎo)體提供C=中性導(dǎo)體和保護(hù)功能組合在一根導(dǎo)體(PEN)中TTI第1個字母第2個字母TNT電源系統(tǒng)對地的關(guān)系:

T=一點直接接地

I=所有帶電部分與地隔離，或一點經(jīng)阻抗接地裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系:T=與地直接電氣連接，獨立于電源系統(tǒng)的任一接地點N=與電源系統(tǒng)的接地點直接電氣連接（交流系統(tǒng)中，該點通常是中性點）補充的字母TN系統(tǒng)T-Terra大地,I-Isolate隔離,N-Neutral中性點,S-Separate分開,C-Combine合并1-2、TT接地系統(tǒng)TT接地系統(tǒng)：低壓變壓器中性點直接與接地極相連接；設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（外殼）連接到一個獨立的接地電極上380V/220VL1L2L3NIf=11ARu10

Rn10

Uo=220VUf=110V設(shè)備外露可導(dǎo)電部分負(fù)載故障電流值If=Uo/(Rn+Ru)=220/(10+10)=11A；故障電壓值Uf=Ru×If=10×11=110V>UL(50V)故障電流可能會產(chǎn)生危險接觸電壓；隨著線路對地泄漏電流的增大，可能產(chǎn)生電弧，進(jìn)而引起火災(zāi)危險必須選擇RCD（ResidualCurrentDevice，剩余電流動作保護(hù)器，俗稱漏電保護(hù)器）開關(guān)；1-3、TN-C接地系統(tǒng)低壓變壓器中性點直接與接地極相連接；保護(hù)接地線PE和中性線N合并成一根PEN線；常采用重復(fù)接地的措施；L1L2L3PENRn1-4、TN-S接地系統(tǒng)低壓變壓器中性點直接與接地極相連接；裝置的外露可導(dǎo)電部分都用PE線連接到同一個接地電極上；PE和中性線分離；1-4、TN-C-S接地系統(tǒng)在TN-C-S系統(tǒng)中，上游部分是TN-C，下游部分是TN-S；注意：禁止在TN-C系統(tǒng)的上游使用TN-S系統(tǒng)；當(dāng)銅芯電纜的截面積小于10mm2，鋁芯電纜(和軟電纜)的截面積小于16mm2時,應(yīng)使用TN-S系統(tǒng)；常采用重復(fù)接地的措施；L1L2L3NPERnPEN1-5、IT接地系統(tǒng)低壓變壓器中性點不與接地極相連接；負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分都用PE導(dǎo)線連接到一個公共接地極上，形成一個等電位聯(lián)結(jié)；L1L2L3NPEL1L2L3NPEPEPE1-6、接地系統(tǒng)的組合應(yīng)用串聯(lián)模式：L1L2L3NPELV/LVMV/LVRnRuRuTNCTNSTTITCPI123PENNPE1-7、接地系統(tǒng)的組合應(yīng)用并聯(lián)模式：123NPE1NPE2NPETNS(照明燈具)RnHV/LV123NPE123NPETT(動力設(shè)備)IT(特殊負(fù)載)1-8、三極斷路器與四極斷路器的選擇L1L2L33PNL1L2L34P1-9、三極斷路器與四極斷路器的選擇根據(jù)IEC4651.1.5的規(guī)定，正常供電電源與備用發(fā)電機之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)；帶漏電保護(hù)的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)；不同接地系統(tǒng)間的電源切換開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)；TN-C系統(tǒng)嚴(yán)禁采用四極開關(guān)（IEC60364-4-473第461.2條規(guī)定：PEN線嚴(yán)禁被隔離電器隔離或被開關(guān)切斷）；TN-S系統(tǒng)一般不需要設(shè)四極開關(guān)；TT系統(tǒng)的電源進(jìn)線開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)；IT系統(tǒng)中當(dāng)有中性線時應(yīng)采用四極開關(guān)；2-1、零地電壓產(chǎn)生的環(huán)境環(huán)境：我國發(fā)電廠的發(fā)電機組輸出額定電壓為3.15～20kV。為了減少線路能耗、經(jīng)發(fā)電廠中的升壓變電所升壓至35～500kV，再由高壓輸電線傳送到受電區(qū)域變電所，降壓至6～10kV，經(jīng)高壓配電線送到用戶配電變電所降壓至380V低壓，供用電設(shè)備使用；以機房最常用的TN-S接地系統(tǒng)為例，在變電站（或類似變電站的供電點）變壓器次級繞組的中性點一般和大地相連，然后由此引出兩條線，即一條零線N和一條地線PE，在此將接地作為交流參考點，由零線N和相線L一起作為設(shè)備的供電電源。TN-S系統(tǒng)是把工作零線N和地線PE嚴(yán)格分開的供電系統(tǒng)，用戶側(cè)零地線不允許再次短接。由于供電線路很長，N線和PE線上的電流不相等，在用戶端，零地之間就會產(chǎn)生并存在零地電壓。2-2、零地電壓產(chǎn)生的原因零線電壓Vn=In×Zn

；In為零線電流；零線線路電抗Zn=ρ×L÷S，ρ為導(dǎo)線電導(dǎo)率，L為線長，S為導(dǎo)線截面；如果In=60A、Zn=0.1歐姆，Vn將為6V；電源阻抗：在高頻諧波下，導(dǎo)線之間不在是一個純電組性元件，而是一個集電感、電容、電阻為一體的高頻阻抗電路，其中感抗為XL=2πfC，容抗為Xc=1/2πfC，因為線間存在耦合電感和電容，高次諧波將在零線、地線產(chǎn)生一定的高頻電流，也可能抬升零地電壓；2-2、零地電壓產(chǎn)生的原因（續(xù)）零線電流In：理想狀態(tài)下，零線上不應(yīng)該有電；在三相五線制供電系統(tǒng)中，零線帶電大多數(shù)是因為三相負(fù)載不平衡造成的；有故障狀態(tài)下，零線沒有良好接地，未能形成回路，零線會帶電；在三相五線制供電系統(tǒng)中，存在諧波也會造成零線帶電；由與三相電流或電壓矢量方向相同的諧波【3n（n=1、2、3…）次】產(chǎn)生的電流，從零線流回（零線中流回的是相線中的3次倍數(shù)諧波的三倍，而不是相線電流的3倍）。電源阻抗和線路阻抗Zn：電流流過導(dǎo)體會產(chǎn)生電壓降，這是由于電源和導(dǎo)體都具有電阻和電抗，中性線N和保護(hù)地線PE也存在著阻抗，并且隨著電纜線的延伸，電纜的阻抗在不斷地累積增大；在線性電路中線纜的阻抗形式：（R為電纜的電阻；wL為電纜的感抗）；當(dāng)電纜中存在著諧波電流時，由于感抗部分變?yōu)閚w的非線性函數(shù)，其數(shù)值是隨著諧波頻率的增大而變化的【Zn(nw)為第n次諧波電流產(chǎn)生的阻抗，它是諧波角頻率nw的函數(shù)，是各次諧波對感抗的平方和的根】。2-3、導(dǎo)致零地電壓偏大的異常情況三相電源負(fù)載不平衡；接地電阻不符合規(guī)范要求；N線、PE線線徑不夠或斷路；高頻諧波引起電位升高；電磁場干擾；使用UPS、電子穩(wěn)壓器等電子供電設(shè)備；使用的插線板不符合電器標(biāo)準(zhǔn)。2-4、供配電線路中的零地電壓在380V交流供電系統(tǒng)里，由于線路保護(hù)的需要，通常將三相四線制或三相五線制的中心點通過接地裝置直接接地。系統(tǒng)中通常配置一臺或數(shù)臺10KV/380V△/Yo變壓器，Yo側(cè)的中心點通過接地網(wǎng)直接接地，如圖中的G點；從變壓器到各IT負(fù)載之間，通常將這一距離中的線路分成三級配電母線，即UPS輸入配電母線或稱市電輸入母線L1(含柴油發(fā)電機切換后輸入)，UPS輸出配電母線L2，樓層配電母線L3，樓層配電再分路到列頭柜(也有將樓層配電與列頭柜合而為一的)，然后單相接入機架PDU對IT負(fù)載進(jìn)行供電；2-4、供配電線路中的零地電壓（續(xù)）從變壓器的二次側(cè)接地點G到IT負(fù)載的零線輸入點N之間，有很長的輸電距離，當(dāng)負(fù)載投入運行后，一定有大量的零線電流從N點流回到各級母線，在母線的零排處疊加，疊加后未被抵消的部分將流回到G點。由于零線阻抗的存在，在各級母線的零排之間就形成了電壓降。這樣以G為參考點，零線上的各個點就形成了對地的電壓降，這就是所謂的“零地電壓”。以UPS輸入母排為參考點，分別討論以下四個參數(shù)值：UPS輸入端零地電壓：U（N1-G）=I1×Z（N1-G）；UPS輸出端零地電壓：U（N2-G）=U（N1-G）+U（N-UPS）；UPS樓層輸出配電柜上的零地電壓：U（N3-G）=U(N1-G)+U(N-UPS)+U(N3-N2)；IT負(fù)載機柜輸入端的零地電壓：U（N-G）=【U(N1-G)+U(N-UPS)+U(N3-N2)】+U(N-N3);其中，U（N-UPS）是指UPS產(chǎn)生的零線電壓增益；2-5、UPS輸入端零地電壓UPS輸入端零地電壓：U（N1-G）=I1×Z（N1-G），I1為零線上流過的電流，Z（N1-G）為N1零排到接地點的零線阻抗。零線阻抗Z（N1-G）的大小取決于零線的線路長度與線徑，對于數(shù)據(jù)機房而言是個不變量；而零線電流的大小則取決于下列運行條件：電網(wǎng)三相電壓、相位的平衡度（不可控）;三相負(fù)載電流大小的平衡度；三相負(fù)載相位的平衡度；三相負(fù)載中是否有3n次諧波的存在。三相負(fù)載電流大小不平衡時產(chǎn)生的零線電流：當(dāng)L1母線三相配電系統(tǒng)中各相負(fù)載大小不相同時，就會出現(xiàn)三相不平衡電流，這一不平衡電流匯流到N1零排時，就合成為零線電流I1-1，如圖(a)所示。最極端的情況，當(dāng)A、C兩相的負(fù)載全部跳開時，此時的零線電流I1-1就等于B相的電流IB，達(dá)到該條件下零線電流的最大值，如圖(b)所示。三相負(fù)載電流相位不對稱時產(chǎn)生的零線電流I1-2：當(dāng)I段母線三相配電系統(tǒng)中各相負(fù)載的輸入功率因素不相同時，三相電流IA、IB、IC的相位不再符合相差120°的相位關(guān)系，此時也會導(dǎo)致不平衡電流的出現(xiàn)，同樣在N1零排處，匯合成零線電流I1-2，如圖(C)所示。三相負(fù)載中的3n次諧波電流的存在產(chǎn)生的零線電流I1-3：由于非線性負(fù)載的存在，導(dǎo)致了零線中不僅有基本電流流過，還可能有三次及三的倍數(shù)次諧波流過。其三次諧波電流剛好同相位，在N1零排處直接相加成為同相的零線電流。如果線路較長、負(fù)載的不平衡度很高或含有三次諧波的非線性負(fù)載較多，就可能使UPS的輸入零地電壓很高。越是在供電鏈路的末端，其零地電壓越高。2-5、UPS輸入端零地電壓（續(xù)）2-6、有效消除UPS輸入端零地電壓的措施減少從變壓器到UPS輸入配電柜的距離（長度）；電纜的選擇與降低電纜施工中的電磁干擾；采用多根同等截面的電纜（2×S）合并使用時，比選擇一根大截面（2S）的電纜要好；采用多芯的交聯(lián)電纜；電纜排布整齊，綁扎緊密，橫平豎直，直角轉(zhuǎn)彎，結(jié)果反而造成相線電纜之間、相線對零線的差模式分布電容以及對地線的共模式分布電容；宜深型的電纜槽；匹配UPS與負(fù)載的容量，減少諧波電流THDI：在低負(fù)載率情況下，由于中性線上存在較大的3次諧波5次諧波電流，因此THDI也較大，由此造成的THDU也較大；最先進(jìn)的IGBT-PFC整流電路中，100%負(fù)載率時THDI=4~5%；50%負(fù)載率時THDI=7~8%；2-7、UPS產(chǎn)生零線電壓增益的機理工頻機UPS（具有有升壓變壓器UPS）的中性線連接方式2-7、UPS產(chǎn)生零線電壓增益的機理（續(xù)）工頻機UPS：采用可控硅相控整流將交流變成432V直流電，再通過IGBT高頻逆變器將這一直流電還原成成交流，但這一雙轉(zhuǎn)換后的線電壓只有190V，為了滿足負(fù)載輸出380V/220V的需要，不得不在逆變器的輸出端(注意：不是在UPS輸出，不含旁路輸出端)加一1:2的升壓變壓器將190V的線電壓升高到380V；同時，通過這一變壓器的△/Y0接法生成零線，以實現(xiàn)UPS三相四線制的輸出要求。對于工頻機而言，輸出升壓變壓器是必加的標(biāo)準(zhǔn)件，否則就根本無法正常工作；從圖中可見，中性線N是由UPS電源的旁路輸入端引入，并且與逆變變壓器（而不是起“隔離”作用的變壓器）的中性點直接連接，作為UPS輸出的中性線。即使有了這一隔離變壓器，但是零線與地線在UPS內(nèi)部從輸入到輸出是直通的。這一隔離變壓器在UPS內(nèi)部沒有起到任何的隔離作用。在UPS正常開機工作時，由于旁路關(guān)斷，其零線上也不會有電流流過，所以由零線電流產(chǎn)生的零地增益在UPS內(nèi)部基本是不存在的。2-7、UPS產(chǎn)生零線電壓增益的機理（續(xù)）但是如果UPS輸出的濾波器設(shè)計不好或電容故障，就會導(dǎo)致