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数据中心能源白皮书04 —— 零地电压的产生与误区

来源:机房360 作者:华为技术有限公司 黄朱勇 更新时间:2015-8-26 15:19:17

摘要:零地电压一直是数据机房中一个颇有争议的问题。一方是服务器设备商和机房维护人员,认为零地电压对机房设备正常运行影响重大,需要将机房零地电压控制在2V甚至1V以下,该观点基于“案例”说,认为机房设备在零地电压高时服务器容易死机、通讯设备运行缓慢、通讯速度下降,而把零地电压降到合理水平以后,上述现象恢复正常。

  1)、OA段。

  i1为隔离变压器到UPS之间的N线电流,包括输入三相不平衡在N线上形成的工频电流,以及三相高频纹波电流在N线上形成的高频电流。当前的三相UPS,输入三相电流一般都是平衡的,N线工频电流极小,小于相电流的5%,根据前面的分析,该数量级的工频电流对N线压降影响极小,可以忽略,而高频电流则不能忽略。对于UPS输入来说,高频N线电流为N线压降的主要影响因素。

  图三是某高频UPS的输入电流图,波形上呈正弦,但包含开关频率的高频纹波,三相高频纹波无法抵消,在N线上形成高频电流。

 

  图三:某UPS输入电流图

  2)、AB段

  i2同样包括UPS输出的工频N线电流、三次谐波电流和高频N线电流,高频N线电流对N线压降的影响不能忽略,而对于工频电流和三次谐波电流,还是以上述200K的UPS为例说明。在三相负载不平衡的情况下,工频N线电流最大可达相电流,300A,带非线性负载时,N线三次谐波电流可能达到相电流的两倍,约600A,可见UPS输出N线电流中的工频成分和三次谐波成分均对N线压降有影响。即,对于AB段线路来说,N线工频电流(包括三次谐波电流)和高频电流均对N线压降有较大影响。

  3)、BC段

  BC段的N线工频电流等于相电流,因此BC段与AB段相似,N线工频电流和高频电流均对N线压降有较大影响。

  4)、OX、 XY、YZ段

  i4、i5、i6主要是UPS、ICT设备内对PE的Y电容电流及其它漏电流,安规一般要求电源漏电流小于3.5mA,但大多数电源均为大漏电流设备,漏电流均大于3.5mA,运行中甚至达到1A以上。这部分电流主要成分为高频电流,OX、XY、YZ段地线压降主要是由高频漏电流引起。

 

  图四 零地电压产生原因

  通过上面的分析,上图画出了零地电压的产生原因,i1~i6及对应的线路阻抗是产生零地电压的原因。

  2、零地电压对ICT设备的影响

  过高的零地电压对负载EMI电路构成一定威胁,可能导致EMI电路烧毁,这出现在零地电压极端恶劣、足够击穿Y电容的情况下。那么20V以下的零地电压是否对ICT负载有影响呢?

 

  图五: 电源输入纹波对ICT负载的影响

  图五为ICT设备典型图实际中,由于抗干扰性和EMC考虑,绝大部分ICT电源的12V地是接大地(PE)的,这样PE扰动就会影响ICT设备。如图五,火线和N线的高频电流纹波通过Y电容和寄生阻抗耦合到地平面上,地平面有一定的感抗,各设备的地平面就会感应出高频扰动,该高频扰动会影响DSP及通讯线路,造成DSP容易宕机、通讯误码率上升。另外,设备间的地平面也有一定的感抗,这样各设备间不同的高频电流就会造成两台设备之间的地压差,这会引起地线环流,同样会影响通讯线路。

  值得一提的是,地平面的工频波动对ICT设备的影响并不大,大部分ICT机房的地平面都是由高架地板形成,电阻(对应工频阻抗)极小,但寄生电感与线路包围的面积相关,感值在uH级别,对高频电流有较大影响。因此,在图四线路中,仅i5、i6的高频波动对ICT设备会产生一定影响,其余i1~i4产生的零地电压对ICT设备并没有什么影响。

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