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前言 零地電壓是數(shù)據(jù)機(jī)房中一個頗有爭議的問題。 機(jī)房設(shè)備技術(shù)人員稱零地電壓高時服務(wù)器容易死機(jī)、通訊設(shè)備運(yùn)行緩慢、通訊速度下降。而電源設(shè)備商認(rèn)為，只要零地電壓在10V以下即可，該觀點基于電路邏輯上推理，零地電壓對負(fù)載不存在影響路徑。 下文以個人觀點分析零地電壓的產(chǎn)生過程以及對機(jī)房設(shè)備的危害，并提出個人觀點。便于大家互相討論學(xué)習(xí)，正確地看待零地電壓問題，走出零地電壓的技術(shù)誤區(qū)。 一、 數(shù)據(jù)中心零地電壓產(chǎn)生原理
零線電流：當(dāng)負(fù)載投入運(yùn)行后，一定有大量的零線電流沿零線流回到各級母線，并在母線的零排處疊加，疊加后未被抵消的部分將流回到接地點。 零線中工作電流的大小則取決于下列運(yùn)行條件： 1. 電網(wǎng)三相電壓幅值或相位的對稱度，產(chǎn)生三相不平衡電流。 2. 三相負(fù)載電流的大小或阻抗性質(zhì)不對稱，產(chǎn)生三相不平衡電流。 3. 三相負(fù)載中是否有3n次諧波的存在等。 零線阻抗：線阻的大小取決于零線的線路長度與線徑。 零地電壓：由于零線阻抗的存在，在各級母線的零排之間就形成了電壓降。這樣以地電位為參考點，零線上的各個點就形成了對地的電壓降，這就是所謂的“零地電壓”。 二、零地電壓是否會對IT設(shè)備造成傷害 IT設(shè)備內(nèi)開關(guān)電源是通過DC/DC變換向IT設(shè)備供電的，DC/DC變換電路中配置有高頻隔離變壓器，此變壓器將交流輸入電路與為IT設(shè)備供電的低壓直流電路完全隔離開來。從傳播途徑看，根本不會影響到IT內(nèi)部的CPU、RAM、EPROM、硬盤等元器件，所以零地電壓根本不可能對數(shù)據(jù)IT系統(tǒng)造成任何影響。 三、IT設(shè)備廠商對供電系統(tǒng)零地電壓的要求
為什么IT設(shè)備廠商要對供電系統(tǒng)零地電壓提出要求。 三相供電系統(tǒng)對單相負(fù)載供電時，三相系統(tǒng)的零線是絕對不允許斷開的。當(dāng)零線漏接、虛接或四線轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換的瞬間，出現(xiàn)火線接通而零線斷開的狀態(tài)時，都會瞬間影響甚至損壞IT設(shè)備。此過程如下圖。 每個IT設(shè)備的輸入都是22 0V，而兩相輸入之間的電壓差是380V。 如果由零線瞬間斷開，結(jié)果如下：
為避免此種事故的發(fā)生，IT設(shè)備廠家就在裝機(jī)程序上做出明確的規(guī)定。檢查零線是否接好的辦法是：用電表測量電源的零線與地線之間的電壓。 小結(jié)：
四、引起IT設(shè)備不正工作的因數(shù)分析 行業(yè)中所謂的“零地電壓”過高對IT設(shè)備（如主機(jī)、小型機(jī)、服務(wù)器、磁盤存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)路由器、通信設(shè)備等）造成的影響分類，如下：
這些“可能”現(xiàn)象在IT設(shè)備運(yùn)行中是經(jīng)常出現(xiàn)的，但是，籠統(tǒng)地歸結(jié)為是零地電壓高造成的，不僅缺少證據(jù)，而且理論上也是說不通的。 上述問題共有特征是偶然性和隨機(jī)性，而發(fā)生故障的相關(guān)設(shè)備一般又檢查不出硬件問題。這些類型的故障和它們所具備的特征說明，如果是供電系統(tǒng)造成的，那么引發(fā)故障的最大可能性是地線問題。具體的說，是系統(tǒng)中各接地點的等電位問題。 各種地線(電源地、保護(hù)地、邏輯地、屏蔽地等)和不同的接地點在常態(tài)下應(yīng)該是等電位的，這是計算機(jī)接地系統(tǒng)最基本的要求。 造成接地點電位差的主要原因分析 1. 地線中有周期性的零線電流 數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要用TN-S系統(tǒng)，零地線只在系統(tǒng)接地極處接在一起，零地同電位，然后零線和地線分別傳輸，這樣可保證地線中絕對沒有系統(tǒng)工作電流。只有當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)電噪聲和瞬時電壓波動時，才會有通過濾波器產(chǎn)生的瞬態(tài)電流在地線中流動。所以在常態(tài)情況下，系統(tǒng)的各個接線點的地電位是相等的。 但是，在一個復(fù)雜的系統(tǒng)中，某些供電設(shè)備在安裝時可能將設(shè)備零、地線與系統(tǒng)零、地線混接，造成零線在該點再次接到地線上，這就是所謂的二次接地。 有些用戶發(fā)現(xiàn)零地電壓高時，在沒有配置隔離變壓器的情況下，就簡單地在IT設(shè)備配電機(jī)架中做零線二次接地。 零線二次接地會造成地線電位浮動，如下圖所示。 從上圖可以看出，零線二次接地后，就變成零線和地線在接地極與二次接地點之間并聯(lián)，零線中的工作電流(包括單相基波電流、三相不平衡基波電流和諧波電流)按兩者的阻抗比分流到地線中，接地點的地電位(特別是IT設(shè)備需要的邏輯地)不再是由接地極決定的地電位，而是按零線電流波形周期性的浮動，也就是說地電位變得“很臟”。 2、互聯(lián)設(shè)備系統(tǒng)地線中存在地線噪聲 現(xiàn)實中計算機(jī)常常連接有網(wǎng)絡(luò)電纜、打印機(jī)數(shù)據(jù)線和調(diào)制解調(diào)器電話線等設(shè)備。交流電源不能排除從這些數(shù)據(jù)線上引入的干擾。這些干擾造成的問題就是系統(tǒng)間地線噪聲，而一般的交流電源系統(tǒng)濾波裝置解決不了地線噪聲。 通過數(shù)據(jù)線互聯(lián)的設(shè)備，安全接地會有一些麻煩。為了使數(shù)據(jù)線有公共參考電壓，任何一個互聯(lián)的部件都有兩條線：一是連接設(shè)備的數(shù)據(jù)線，二是設(shè)備的安全接地線。這種情形稱作“地線環(huán)”，下面將說明“地線環(huán)”將使互聯(lián)設(shè)備的公共參考電壓產(chǎn)生壓差，會對硬件造成損壞。這些地線電壓差異被稱為“系統(tǒng)間地線噪聲”。 系統(tǒng)間地線噪聲產(chǎn)生的原因有以下幾個方面： 1. 地線注入噪聲 所有IT設(shè)備的開關(guān)電源濾波器都把濾掉的共模噪聲泄入到地線中。電壓疊加到地線上，積少成多。
1、地線故障 設(shè)備漏電，漏電電流流入安全接地線，地線中就會產(chǎn)生瞬時地線電壓。瞬間電壓最低幾伏，最大可能達(dá)到額定電壓(交流220V)50%以上，視地線質(zhì)量而定。 2、地線電流 如果CPU 和工作站由某個或某幾個不同建筑的不同配電盤供電的話，那么很多因素都會導(dǎo)致互聯(lián)設(shè)備的地線電壓不一致。有的配電盤可能和別的物體構(gòu)成了地線回路(如建筑的金屬構(gòu)件)，而該回路與數(shù)據(jù)地線回路各自獨(dú)立。在這種情況下，可能會使配電盤之間產(chǎn)生危險的地線壓降，如閃電會使外部地線回路產(chǎn)生電流，進(jìn)而使系統(tǒng)內(nèi)部地線回路也產(chǎn)生電流。其它情況還包括建筑接地不良、非互聯(lián)設(shè)備的斷路器跳閘電流，以及附近的電氣修理操作等。 3、閃電引起的電壓 這是引起破壞性地線噪聲常見的形式。這種情況下地線環(huán)相當(dāng)于一個天線，它會接收到附近閃電引起的巨大電磁脈沖，從而在地線環(huán)中產(chǎn)生巨大的循環(huán)電流。
地線電位差會使互聯(lián)設(shè)備工作不穩(wěn)定 二次接地造成的地線中存在零線電流，互聯(lián)設(shè)備系統(tǒng)間存在的地線噪聲，都是使各互聯(lián)設(shè)備的參考電壓不一致。距離越遠(yuǎn)，電壓差越大，在某些情況下數(shù)據(jù)的傳輸會受到影響。當(dāng)該差值超過數(shù)據(jù)信號安全電壓值時，就可能導(dǎo)致?lián)p壞計算機(jī)輸入/輸出口(I/O)和CPU主板。如果此差值超過數(shù)據(jù)線安全電壓，還會使數(shù)據(jù)電纜線發(fā)熱。 上圖是互聯(lián)系統(tǒng)之間產(chǎn)生系統(tǒng)間地線電位差的示意圖。該電位差可能是因二次接地使地線中有周期性的零線電流引起的，也可能是地線噪聲引起的(圖中標(biāo)示出變化的地線噪聲電壓)，地電位差必然引起兩個互聯(lián)設(shè)備數(shù)據(jù)線中的地線電流。 總結(jié)： 1. 在三相五線制的供電系統(tǒng)(系統(tǒng)為TN-S)中，特別是大部分是單相供電負(fù)載的情況下，由于零線中存在工作電流，所以產(chǎn)生零線與地線之間的電壓差是正常的。 2. 零地電壓差不會直接影響IT設(shè)備正常運(yùn)行。 3. 在三相電源為單相負(fù)載供電時，三相系統(tǒng)的零線是絕對不能斷開的。 4. 在空載的情況下，可以用測量零地電壓差的方法判定三相系統(tǒng)的零線是否接好，當(dāng)零地電壓≤1V時，可以認(rèn)為零線正常，IT負(fù)載可以開機(jī)運(yùn)行。 5. 地線系統(tǒng)存在電位差才是影響IT設(shè)備正常運(yùn)行的真正原因。 數(shù)據(jù)中心機(jī)房在投運(yùn)后，隨著負(fù)荷的增加零地電壓也會隨之產(chǎn)生。關(guān)于預(yù)防措施及提高供電質(zhì)量、PUE能效比等相關(guān)問題，歡迎大家一起討論學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。  專注于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理，分享運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗，分享數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展趨勢及新技術(shù)應(yīng)用。 聯(lián)系小編：wj2012bj QQ交流群： 108888484 |
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地線電流：電源地、保護(hù)地、邏輯地、屏蔽地、防雷地，幾種地線都在系統(tǒng)接地極(或者由接地極引線到機(jī)房總配電柜)接在一起。只有當(dāng)輸入市電中存在干擾電壓(例如雷擊感應(yīng)電壓、輸入市電瞬變電壓)時，才可能通過線路中的共模干擾濾波環(huán)節(jié)形成地線電流。 
