零地電壓--電子設備穩定運行的關(guān)鍵因素

    零地電壓是困擾信息類(lèi)設備使用的一個(gè)較突出問(wèn)題，而且直接影響到了系統的穩定運行，以及設備的使用壽命。正確處理零地電壓?jiǎn)?wèn)題，對于維護整個(gè)機房的安全、穩定運行至關(guān)重要。電能是生活中最重要能源之一。而且各個(gè)行業(yè)的用戶(hù)對供電的質(zhì)量也提出了越來(lái)越高的要求，除了傳統的供電可靠性、電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量等衡量標準外，對零地電壓也提出了較高要求。 

    零地電壓?jiǎn)?wèn)題在計算機機房設計國標中沒(méi)有硬性規定，但在現實(shí)工作中又會(huì )經(jīng)常遇到，它如何產(chǎn)生？有什么危害？應控制在多大范圍內呢？ 

零地電壓的形成 

    我國發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電機組輸出額定電壓為3.15～20kV。為減少線(xiàn)路能耗，一般電能的輸出要經(jīng)發(fā)電廠(chǎng)中的升壓變電所升壓至35～500kV，再由高壓輸電線(xiàn)傳送到受電區域變電所，降壓至6～10kV，經(jīng)高壓配電線(xiàn)送到用戶(hù)配電變電所并降壓至380V低壓，以提供給用戶(hù)使用。 
 
    對于任何一個(gè)用戶(hù)來(lái)講，為其提供電力設施的供電線(xiàn)路一般都很長(cháng)，由于各輸電線(xiàn)路之間的電流并不相等，因此在用戶(hù)端、零地之間肯定存在零地電壓。不過(guò)，如果能夠把零地電壓控制在一定范圍之內，就不會(huì )對系統或者設備造成危害。 

    但在某些場(chǎng)合，異常情況往往會(huì )導致零地電壓的偏大，例如： 

（1）三相電源配電時(shí)負載不平衡； 

（2）接地電阻不符合規范要求； 

（3）N（零）線(xiàn)和E（地）線(xiàn)的線(xiàn)徑不夠或斷路； 

（4）高頻諧波引起電位升高； 

（5）電磁場(chǎng)干擾； 

（6）使用UPS、電子穩壓器等電子供電設備； 

（7）用的插線(xiàn)板不符合電器標準； 

    以前，造成零地電壓偏高的主要原因是前三項。近些年來(lái)，隨著(zhù)節能燈等氣體放電類(lèi)光源的普遍使用，變頻技術(shù)、大容量可控硅整流裝置的廣泛應用，都使得零地電壓值產(chǎn)生了偏高。 

    在以上產(chǎn)生零地電壓的因素中，第（6）、（7）兩項是用戶(hù)設備的問(wèn)題，以使用UPS為例，UPS是由整流電路，開(kāi)關(guān)電源等組成的，由于電子電路的特征以及電感和電容的存在，系統中UPS的應用會(huì )造成輸出零線(xiàn)與輸入零線(xiàn)之間存在電壓差，因而造成了輸出零線(xiàn)與地線(xiàn)之間的電壓差。 

零地電壓的危害 

    零地電壓對負載的影響，主要表現在三個(gè)方面：引起硬件故障，燒毀設備；引發(fā)控制信號的誤動(dòng)作；影響通信質(zhì)量。 

    一般情況之下，零地電壓值不得超過(guò)2V。零地電壓過(guò)高可能引發(fā)控制信號的誤動(dòng)作，造成設備的誤啟動(dòng)和誤關(guān)機。還可能造成誤碼率上升，丟包率增加，造成通信緩慢，傳輸速率下降。影響通信質(zhì)量，延誤或阻止通信的正常進(jìn)行。

    對于計算機設備而言，零地電壓過(guò)高則會(huì )導致服務(wù)器速度下降、網(wǎng)絡(luò )交換速度降低、服務(wù)器無(wú)故關(guān)機，甚至造成硬件損壞。 

    有的時(shí)候，服務(wù)器在零地電壓高于某一值（比如2V）時(shí)就無(wú)法啟動(dòng)。因此用戶(hù)安裝的某些負載（例如HP小型機、IBM服務(wù)器等），廠(chǎng)家的硬件安裝工程師在現場(chǎng)就會(huì )對安裝環(huán)境的零地電壓進(jìn)行測量，一般情況下要求小于2V，大于此數值則不予加電開(kāi)機。 

    零地電壓甚至直接導致硬件損壞。要避免硬件故障發(fā)生，服務(wù)器管理人員就必須注意服務(wù)器的使用環(huán)境完全正常。比較重要的服務(wù)器除必須在恒溫、恒濕的環(huán)境之下工作外，電源環(huán)境也要符合標準，不僅要采用UPS，還必須配備良好的接地系統，以保障零地電壓低于2伏。 

零地電壓的控制 

    因為零地電壓是影響機器運行可靠性的重要因素，零地電壓高會(huì )造成機器故障或損害，所以必須對它加以控制。因為零地電壓的形成原因很復雜，所以控制要有針對性。主要考慮的問(wèn)題和解決的途徑如下： 

    保障負載均衡。如果三相用電不平衡，零線(xiàn)N上的電流就會(huì )加大，零線(xiàn)N兩端的電壓差就會(huì )直接造成零地電壓。因此，在可能的條件下要盡量配平三相負載，并定期根據負載的使用變化進(jìn)行必要的調整。此外，還可以通過(guò)增加零線(xiàn)截面積，減少零線(xiàn)的線(xiàn)路電壓損失，從而在一定程度上降低零地電壓。 

    建立良好的接地系統，盡量降低接地電阻。接地電阻一高，很小的電流就會(huì )產(chǎn)生零地電壓，所以一定要降低。在計算地線(xiàn)線(xiàn)徑問(wèn)題時(shí)，在考慮了系統可能的最大用電量和安全的基本需求后，需要特別計算電纜長(cháng)度，對不同高度樓層使用的不同線(xiàn)徑的地線(xiàn)，需要給予明確規定。 

    盡量選用綠色的、諧波干擾符合國家規定的用電設備。必要時(shí)還可安裝相應抑制高次諧波的設備，以從根本上凈化電網(wǎng)。同時(shí)還必須加強定時(shí)、定期和有針對性的設備維護保養，才能確保設備正常運行，降低高次諧波。 

    選用有零地電壓控制能力或零地電壓值較小的UPS。在機房中，大量負載為服務(wù)器、交換機等類(lèi)型的負載，這些負載本身因為電路原因產(chǎn)生大量諧波，諧波導致電纜發(fā)熱，還會(huì )導致輸入電源的零地電壓超過(guò)服務(wù)器所要求的小于2V的指標，在選購UPS時(shí)，需要考慮零地電壓的控制問(wèn)題。有些類(lèi)型的UPS經(jīng)過(guò)特殊的設計，甚至可以使輸出的零地電壓小于1伏。 

    對于供配電二次裝修涉及到的電氣施工的監管要嚴格。由于二次裝修的工程量大小不一，如果管理不好，也會(huì )影響施工質(zhì)量和供電系統安全。 

    加裝隔率變壓器也是降低零地電壓的有效措施。在零地電壓過(guò)高，一般方法無(wú)法控制零地電壓的情況下，為保證負載可以正常開(kāi)機運作，可以采用加裝隔離變壓器的辦法，來(lái)隔離輸入和輸出之間的電氣連接。