零地電壓--電子設備穩(wěn)定運行的關鍵因素

    零地電壓是困擾信息類設備使用的一個較突出問題，而且直接影響到了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，以及設備的使用壽命。正確處理零地電壓問題，對于維護整個機房的安全、穩(wěn)定運行至關重要。電能是生活中最重要能源之一。而且各個行業(yè)的用戶對供電的質(zhì)量也提出了越來越高的要求，除了傳統(tǒng)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。 

    零地電壓問題在計算機機房設計國標中沒有硬性規(guī)定，但在現(xiàn)實工作中又會經(jīng)常遇到，它如何產(chǎn)生？有什么危害？應控制在多大范圍內(nèi)呢？ 

零地電壓的形成 

    我國發(fā)電廠的發(fā)電機組輸出額定電壓為3.15～20kV。為減少線路能耗，一般電能的輸出要經(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并降壓至380V低壓，以提供給用戶使用。 
 
    對于任何一個用戶來講，為其提供電力設施的供電線路一般都很長，由于各輸電線路之間的電流并不相等，因此在用戶端、零地之間肯定存在零地電壓。不過，如果能夠把零地電壓控制在一定范圍之內(nèi)，就不會對系統(tǒng)或者設備造成危害。 

    但在某些場合，異常情況往往會導致零地電壓的偏大，例如： 

（1）三相電源配電時負載不平衡； 

（2）接地電阻不符合規(guī)范要求； 

（3）N（零）線和E（地）線的線徑不夠或斷路； 

（4）高頻諧波引起電位升高； 

（5）電磁場干擾； 

（6）使用UPS、電子穩(wěn)壓器等電子供電設備； 

（7）用的插線板不符合電器標準； 

    以前，造成零地電壓偏高的主要原因是前三項。近些年來，隨著節(jié)能燈等氣體放電類光源的普遍使用，變頻技術、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）兩項是用戶設備的問題，以使用UPS為例，UPS是由整流電路，開關電源等組成的，由于電子電路的特征以及電感和電容的存在，系統(tǒng)中UPS的應用會造成輸出零線與輸入零線之間存在電壓差，因而造成了輸出零線與地線之間的電壓差。 

零地電壓的危害 

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

    一般情況之下，零地電壓值不得超過2V。零地電壓過高可能引發(fā)控制信號的誤動作，造成設備的誤啟動和誤關機。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行。

    對于計算機設備而言，零地電壓過高則會導致服務器速度下降、網(wǎng)絡交換速度降低、服務器無故關機，甚至造成硬件損壞。 

    有的時候，服務器在零地電壓高于某一值（比如2V）時就無法啟動。因此用戶安裝的某些負載（例如HP小型機、IBM服務器等），廠家的硬件安裝工程師在現(xiàn)場就會對安裝環(huán)境的零地電壓進行測量，一般情況下要求小于2V，大于此數(shù)值則不予加電開機。 

    零地電壓甚至直接導致硬件損壞。要避免硬件故障發(fā)生，服務器管理人員就必須注意服務器的使用環(huán)境完全正常。比較重要的服務器除必須在恒溫、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(tǒng)，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N上的電流就會加大，零線N兩端的電壓差就會直接造成零地電壓。因此，在可能的條件下要盡量配平三相負載，并定期根據(jù)負載的使用變化進行必要的調(diào)整。此外，還可以通過增加零線截面積，減少零線的線路電壓損失，從而在一定程度上降低零地電壓。 

    建立良好的接地系統(tǒng)，盡量降低接地電阻。接地電阻一高，很小的電流就會產(chǎn)生零地電壓，所以一定要降低。在計算地線線徑問題時，在考慮了系統(tǒng)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度，對不同高度樓層使用的不同線徑的地線，需要給予明確規(guī)定。 

    盡量選用綠色的、諧波干擾符合國家規(guī)定的用電設備。必要時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)。同時還必須加強定時、定期和有針對性的設備維護保養(yǎng)，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，大量負載為服務器、交換機等類型的負載，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，還會導致輸入電源的零地電壓超過服務器所要求的小于2V的指標，在選購UPS時，需要考慮零地電壓的控制問題。有些類型的UPS經(jīng)過特殊的設計，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(jiān)管要嚴格。由于二次裝修的工程量大小不一，如果管理不好，也會影響施工質(zhì)量和供電系統(tǒng)安全。 

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