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关于数据中心供电系统省去工频隔离变压器的探讨

来源:UPS应用 作者:北京邮电大学 黄济青 更新时间:2011-12-19 15:13:47

摘要:省去工频隔离变压器对经济效益、低碳绿化有明显好处;对于目标不明确、功能不健全、国际上不公认“零地电压”,要提高认识,合理对待;明确发展方向。


  
  3.地线电位差是IT设备的干扰因素
  
  3.1使电位稳定需要接地
  
  大地的体积大,电容大,所以电位稳定;其面积大,所以影响广,可作为基准电位。通信设备的电子电路或器件、信号传输的线路等电器在末接地时,依靠对大地介布电容及漏电阻来稳定电位;但对地阻抗大,易受干扰。若将它们(需要接到基准电位的端子)经金属"接地体"来接地,则对地阻抗小,不易受干扰。
  
  3.2地线电位差异对通信的干扰
  
  (1)电信局站之间的通信常用两线制或三线制,其申一条信号线两端是接地的,为的是对地电位稳定,不易受干扰。但是地线(的"各点位")到接地体,接地体再到大地,两部分的电位差也会受到不同骚扰;两个相隔有距离的基站,以上这些电位差的骚扰也不同;分配到传输信号的地线两端的电位差就要叠加到信号输入端,成为传输信号的干扰电压。
  
  (2)御测试结果:按照相应测试数据分析,当通信系统分散而采用R5232和同轴电缆传输信息时,由于"地电位"的差异(注意:不是指"零地电压"的差异)导致了对数据通信的影响。
  
  (3)通信局站(48V)到用户电话的信号线,由于用户端"地线"的接地点接触不良等,受干扰的慨率增大。
  
  3.3地电位受干扰的原因
  
  (1)如果零线较长(超过50m),用了"二次"接地,这对电力系统来说,电器故障短路时,零线对地电压不至于过大,减小了危险性;但对通信设备来说,二次接地处,即使零线不与通信工作地线百接接触,由于零线两端的电压加在两个接地体的由大地连通的接地电阻上,形成地线的"受骚扰"的电压。所以,在通信局站建设初期,建筑和设备的市局规划中,要使配电变压器位置适当,尽量缩短零线长度,并尽量采用等电位平面联合接地的办法来减小骚扰。
  
  这涉及到UPS输出端是否需要重复接地的问题。为避免上述骚扰现象的出现,主功率电路中没有隔离变压器的高频型UPS,其输出不应该二次接地(指输人和输出不是接在同一个地上)。
  
  (2)如果零线与地线"混"接、错接所造成的干扰,不该怨"零线"和"零地电压",要找出真实原因。
  
  (3)与零线和地线相连的电器往往有"入地"骚扰电流,例如高频开关电源、各种电器的运行和操作、各种通信设备、计算机等,只要有电压和(或)电流的变动,幅度大、频率高、脉冲的陡度大,则骚扰的能量也大。不要小看电信设备的骚扰能力,在电信局站中,电信设备是消耗电功率的主力。数据通信是什么?从骚扰角度来说:"是电脉冲"!
  
  (4)单一接地体会不会也通过"人地"电流?也有些!通常是分布参数造成对地通路的影响。万物之间郡有分布电容,电线、电路器件等物(在没有金属屏蔽的情况下)对大地也有分布电容,带电部分对大地能有漏电电阻,常会有潜在的、相应的等效接地功能,与骚扰电压串联后形成"人地"电流通路,在接地电阻上产生骚扰电压。
  
  注:零线中的电流主要是流经供电系统的,与经过接地体流人大地的"人地"电流是两回事,两者无简单的关系。
  
  (5)杂散磁场有分布的互感作用,如并行的导线(地线、零线、相线)之间,高频电流在导线周围产生的高频磁场,会在另一根导线中产生高频的感应电势
  
  (6)辐射骚扰:例如,无线电波在导线(地线)上的感应电势。
  
  (7)大地的电位分布受周围接地体的人地电流、地电流、化学成分所引起的极化电势等因素影响。
  
  4.等电位"平面"联合接地是解决干扰问题的重要措施
  
  4.1联合接地
  
  (1)联合接地的功能
  
  接地的用途分为:功能性接地(交流工作接地、直流工作接地、信号接地)、保护接地(防雷接地、防电击接地、防静电接地、屏蔽接地等)。为使设备和人身的安全,联合接地就是将所有用途的接地共用同一组接地装置。
  
  ①避免了分散接地方式下各接地体之间的电位差,使设备和人身更为安全。
  
  ②本局站只有一个接地装置,就不存在两个接地装置才能形成的地下通路参与的骚扰电流回路,消除了相应的"人地"骚扰电流,使地电位较稳定。
  
  ③接地装置可利用的面积显著增大,大规模的接地装置的接地电阻很小。
  
  (2)联合接地的构成
  
  新建的电信局站应尽量采用等电位联合接地,整个大楼建筑的墙壁、柱子和(各层)地板中的钢筋总体设计成笼形,钢筋交叉之处采用良好的焊接,构成电阻很小的网状等电位体,利用大楼的基础和笼形钢筋构成接地电阻很小(应≤1Ω,例如:0.24Ω、0.15Ω等)的接地装置。
  
  4.2电位"平面"
  
  (1)由于建筑物钢筋的截面大,数量多网状结构,从任何位置、任何方向看,郡能看到大量的并联通路,使电阻和电感变得很小,远比单根导线电阻和电感小。本层楼板钢筋视为等电位的基准平面,简称等电位"平面"。由墙壁和柱子中的钢筋将各层楼板钢筋连接成为的等电位"平面"。
  
  (2)也可将本层楼板敷设的金属网视为等电位"平面"
  
  将各层楼板的基准平面与接地干线连接,使各层的基准平面电位相一致(或近似一致),组合成为总的等电位"平面"。
  
  注:"平面"的引号,只是关系到结构上是多层的,电气上是单层的或近似的。
  
  4.3等电位平面的功能
  
  (1)山零线和地线缩短
  
  各种电源设备、电信设备的"零线"和"地线"的电位和电流都用这个等电位"平面"来传导,各种设备的"零线"和"地线"的端口用短引线就近接到这个等电位"平面"上。也就是零线和地线只剩下短引线了,零线电压和零地电压也就很小了。不会出现零线过长,不需要二次接地,也不需要隔离变压器。
  
  (2)三相电压的对称性改善
  
  零线电流山等电位平面来传递时,零线压降很小,三相电压的对称性改善。
  
  (3)高频型UPS可以二次接等电位干面,而不需要外接工频隔离变压器
  
  高频型UPS(内部没有隔离变压器的UPS,其输入零线与输出零线在UPS内部是一根导线相连的方案),输人电压取自相线和等电位平面(即第一次接等电位平面),输出电压的零线是否也可接同一等电位平面(即第二次接等电位平面)呢?可以的,因为不等于二次接地。整个大楼只有一个联合接地,不存在(前述)二次接地的错误。
  
  (4)减小对大地的分布电容建筑中导电良好的笼形结构钢筋,使室内空间起到相当的屏蔽作用(只有窗是屏蔽差的部分),具有骚扰电压的电器和导体对"窗外"大地的分布电容相应减小,骚扰回路对大地的分布阻抗相应增大,大楼接地装置的人地电流减小,接地点与大地间的骚扰电压减小,对抗干扰有利。
  
  4.4等电位平面要关注的问题
  
  "等电位"只是理论的极限、概念的趋向。耍做的事就是减小误差,要减小对地电位的骚扰电压应关注下列问题:
  
  (1)要关注的是电力变压器的零线接到接地干线上或建筑物钢筋柱子上"等电位连接端子"的位置,与电信设备接到接地干线上"等电位连接端子"的位置之间的距离要小。电力变压器还要就近接该"端子",电力变压器应安装在建筑物内的适当位置。
  
  (2)零线电流分布在接地干线导体上或建筑物钢筋柱子上所形成的压降,是对电信设备接地点的骚扰电压。为此,若利用接地干线时,其横截面要大(单位长度的电阻小),铜排要宽(磁力线回路的距离长,磁通密度小,铜排单位长度的电感小)来减小接地千线的阻抗,可减小地电位的骚扰电压。若利用建筑物柱内钢筋时,特别要注意该柱子
  
  钢筋的设计:例如,钢筋的横截面、钢筋的数量、钢筋之间的焊接、柱子钢筋与楼层钢筋之间的电流集散的合理布局,在何处和如何引出连接点等。都要从减小电阻和电抗角度来作合理设计,减小等电位平面上的电位差,从而减小地电位的骚扰电压,使系统满足使用要求。
  
  (3)等电位平面与四线制和五线制的关系:前者与后两者在结构上、性能上和执行的规定上差别如此之大,怎么理解呢?实际上,等电位平面供电系统的等效电路和电性能,相当于短线(或粗线)的四线制再接短线的五线制。
  
  责任编辑:Randy

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