中性線的轉(zhuǎn)換對(duì)UPS電源性能的影響和對(duì)策

(2) 中性線瞬時(shí)中斷

當(dāng)UPS上游市電和發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換采用先斷后合4極ATS時(shí)，UPS輸入中性線會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)中斷。中性線瞬時(shí)中斷與“斷零”不同，“中性線與相線轉(zhuǎn)換極同時(shí)動(dòng)作的4極ATS”，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中相線和中性線同時(shí)斷開(kāi)和同時(shí)接通，不存在使負(fù)載側(cè)中性點(diǎn)偏移和三相電壓不平衡的問(wèn)題，但會(huì)使UPS的輸入和輸出中性線接地基準(zhǔn)斷開(kāi)。同樣，“中性線最后斷開(kāi)，最先閉合的4極ATS”也只存在UPS的輸入和輸出中性線接地基準(zhǔn)斷開(kāi)的問(wèn)題。UPS輸出中性線不是斷線，UPS的逆變器仍然可以產(chǎn)生中性線，只是中性線沒(méi)有接地。

UPS的輸入和輸出中性線接地基準(zhǔn)斷開(kāi)的危害與“斷零”對(duì)UPS的危害相同，參見(jiàn)本節(jié)的(1)中分析。

(3) 中性線基準(zhǔn)斷開(kāi)對(duì)負(fù)載設(shè)備的危害

有些重要負(fù)載設(shè)備在UPS輸出中性線基準(zhǔn)斷開(kāi)時(shí)受到的影響與UPS的情況類似。

4.3 對(duì)UPS 中性線的基本要求

IEC/EN62040-1-2和GB7260-4明確規(guī)定：在UPS輸出中性線依賴于輸入電源中性線的場(chǎng)合，應(yīng)提供適當(dāng)?shù)陌惭b設(shè)計(jì)說(shuō)明，防止由于電源的隔離/轉(zhuǎn)換引起的中性線基準(zhǔn)的中斷現(xiàn)象。

CEMEP European UPS Guide也明確規(guī)定：許多UPS系統(tǒng)采用輸入電源的中性線作為UPS 輸出中性線的基準(zhǔn)，當(dāng)對(duì)UPS上游電源采用多電源隔離或轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)特別注意要確保輸入電源中性線基準(zhǔn)在UPS運(yùn)行期間不會(huì)斷開(kāi)。

對(duì)UPS中性線的具體要求和措施介紹如下。

(1)UPS上游和下游均采用TN-S系統(tǒng)

輸入市電電源中性線固定接地，且僅在變壓器(或低壓進(jìn)線柜處)一處接地，UPS輸入和輸出供電系統(tǒng)均為TN-S系統(tǒng)。

(2)UPS輸入中性線和輸出中性線連接

UPS輸出的中性線與市電輸入中性線連接，并通過(guò)市電中性線接地。

(3)UPS輸入中性線不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間斷開(kāi)

UPS上游低壓配電分路均應(yīng)采用3極斷路器，確保UPS上游的斷路器在任何狀態(tài)下，從市電中性點(diǎn)至UPS的中性線輸入端的電路都不會(huì)斷開(kāi)。

(4)UPS輸入中性線不應(yīng)瞬時(shí)斷開(kāi)

在UPS上游電源轉(zhuǎn)換的情況下，不允許UPS輸入中性線瞬時(shí)斷開(kāi)。有些UPS可能在輸出端采用輸出隔離變壓器，或借助于輸出配電單元(PDU)中的隔離變壓器獲得新的與市電中性線隔離的、獨(dú)立接地的中性線。因此，可保證UPS輸出中性線接地基準(zhǔn)(即負(fù)載設(shè)備的輸入電源中性線接地基準(zhǔn))不會(huì)中斷(圖10)。但是，為了確保UPS自身的正常運(yùn)行，仍不允許UPS輸入中性線斷開(kāi)。

圖10借助于輸出隔離變壓器產(chǎn)生獨(dú)立電源(SDS)的UPS

(5)嚴(yán)禁在UPS 輸出端將中性線與地線(PE)直接連接

應(yīng)該指出，不允許在UPS 輸出端將UPS 輸出中性線直接連接到接地極或PE線，這樣雖然可以保證UPS輸出中性線基準(zhǔn)的連續(xù)不斷，但由于TN-S系統(tǒng)的中性線多點(diǎn)接地，將會(huì)引發(fā)供電系統(tǒng)更嚴(yán)重的故障。

5 上游電源中性線轉(zhuǎn)換的UPS的解決方案

5.1 采用中性線重疊轉(zhuǎn)換的4極ATS轉(zhuǎn)換電路

隨著配電系統(tǒng)對(duì)接地故障保護(hù)(GFP)要求越來(lái)越高，為保證GFP的正常運(yùn)行，多電源的中性線必須隔離，采用4極ATS已成為必然趨勢(shì)。其中中性線重疊轉(zhuǎn)換4極ATS轉(zhuǎn)換電路(圖7)既解決了對(duì)GFP的影響問(wèn)題，又不會(huì)引起中性線中斷。而中性線先斷后合的4極ATS (圖6) 對(duì)UPS和負(fù)載設(shè)備運(yùn)行尚有嚴(yán)重影響，已被現(xiàn)場(chǎng)故障所證實(shí)。因此，在UPS 應(yīng)用中，中性線重疊轉(zhuǎn)換的4極ATS轉(zhuǎn)換電路是唯一最佳選擇(圖11)。

此外，在暫未采用接地保護(hù)GFP的配電系統(tǒng)或采用了GFP保護(hù)裝置但系統(tǒng)中，只有一個(gè)ATS的場(chǎng)合，也可以采用圖1的3極ATS的轉(zhuǎn)換電路。

圖11 上游采用中性線重疊轉(zhuǎn)換ATS的UPS

5.2 采用中性線先斷后合4極ATS 的解決方案

如果UPS 上游已采用了中性線先斷后合4極ATS的轉(zhuǎn)換電路(圖6)，可考慮采用以下方案。

(1)增加旁路隔離變壓器

如圖12所示，UPS的主輸入直接從副邊為Y型接法，中性線接地的市電變壓器電源引入;旁路輸入由同一電源的另一分路經(jīng)旁路隔離變壓器引入。旁路隔離變壓器的副邊也是Y型接法，中性點(diǎn)接地。旁路隔離變壓器的中性線連接接到UPS輸出中性線。實(shí)際上，UPS 的輸出中性線是通過(guò)旁路隔離變壓器的中性線接地的。這種接地電路的特點(diǎn)是如下。

① UPS的輸出中性線與旁路變壓器的中性線連接。旁路變壓器的中性線是通過(guò)旁路變壓器副邊產(chǎn)生并獨(dú)立接地，這個(gè)中性線基準(zhǔn)不會(huì)因上游中性線轉(zhuǎn)換而斷開(kāi)，而且避免了與低壓配電系統(tǒng)中其它負(fù)載公用中性線的情況。因而有利于UPS輸出中性線對(duì)地電壓(零地電壓)的控制。

② UPS的輸出中性線和市電輸入電路的中性線通過(guò)旁路變壓器隔離。

③ 如果UPS設(shè)備與旁路變壓器的位置距負(fù)載比較近，可以有效抑制共模噪聲，確保UPS 輸出“零地電壓”較小。

圖12 用旁路隔離變壓器產(chǎn)生輸入中性線的UPS 接地系統(tǒng)

圖12 的電路適用于傳統(tǒng)有變壓器的UPS，隔離變壓器固定接在旁路電路中，因?yàn)檎髌髦恍枰?相3線電源(無(wú)中性線)，仍由市電變壓器供電，在正常情況下工作于整流-逆變的雙變換方式，由市電直接供電，沒(méi)有因增加了旁路變壓器而增加損耗。

(2)增加UPS 輸入變壓器

因?yàn)闊o(wú)變壓器UPS的整流器也需要3相4線(包括中性線)電源，上述隔離變壓器必須同時(shí)為整流器和旁路提供3相4線電源。實(shí)際上，對(duì)于無(wú)變壓器UPS，需要增加一臺(tái)輸入隔離變壓器，主輸入和旁路輸入均由這個(gè)輸入隔離變壓器供電(見(jiàn)圖13)。