关于伊顿UPS电源设备“零地电压”的探讨

1 零地电压的现象

　　在数据中心和计算机房建设的过程中,“零地电压”问题得到越来越多的关注。在UPS行业,某些生产厂家出于市场竞争的目的,甚至于把UPS中是否具有输出变压器归结为“零地电压”是否会上升的主要原因,认为在逆变电路中含有输出变压器的UPS就不会造成“零地电压的上升”,这是一种误导。

　　《电子信息系统机房设计规范GB 50174-2008》标准第8.1.6节指出“电子信息系统机房内的低压配电系统不应采用TN-C系统”,其主要出发点是从电磁兼容性和人身安全角度考虑的。这是因为在TN-C接地系统中,保护地线PE与中性线N合为同一导体(PEN),在外露导体(设备外壳)上会有高频电磁场辐射产生的骚扰电流流动,即电磁兼容性较差。而TN-S接地系统则正好相反,它不仅具有对人身较好的防止间接触电的作用,而且具有较好的泄放漏电流的能力,电磁兼容性较好,因此大多数情况下,对IT负载的供电都要求采用TN-S的接地方式,即从主低压变压器引出后,经过一级或两级的配电,进入UPS,再从UPS的输出端经过一级或数级配电,到达IT负载输入端,都是采用TN-S的接地形式。

　　从电源系统的单线图来看,UPS在整个供电系统的链路上是唯一一个具有“自动调节功能”的有源环节,而其它的电气设备,例如变压器、断路器、电缆等都不具备自动调节功能，因此人们自然就会联想到负载是由UPS供电的，那UPS就是造成“零地电压上升”的主要原因。但事实并非如此。

　　以下分析一下双变换式UPS(包括具有逆变变压器的UPS和无变压器UPS)的这两种拓扑结构,以及它们各自的中性线在UPS内部和外部是如何连接的。

　　1.1 双变换式UPS(工频机)的中性线连接方式

　　从图1中可以看出,在UPS上下线都是TN-S接地方式时,由晶闸管整流器组成的UPS或称之为工频机(无论这个称呼是否准确),其中性线N是由UPS的旁路输入端引入的,并且与逆变变压器(而不是起“隔离”作用的变压器)的中性点直接连接,作为UPS输出的中性线。这种连接方式的目的是:由于UPS的静态旁路时时刻刻处于“待切换”的锁相同步状态,当负载需要从逆变器供电切换到由静态旁路供电(或相反切换)时,为了避免两路交流电源切换时由于基准电位不一致而产生较大的环流,导致切换失败,因此这两路电源的基准电位必须是一致的,在电路上是采用同一条中性线的连接作为基准电位来保证。