随着通信行业新业务、新技术的不断发展,通信设备对供电电源的质量和稳定性提出了越来越高的要求,除了要求供电的可靠性、供电电压和频率等供电参数达标外,对零地电压也提出了较高的要求。 零地电压问题在计算机和数据机房设计中没有硬性规定,但在通信设备供电中又会经常遇到。这里就其产生原因,对通信设备有什么危害,应如何控制和解决,以确保通信设备稳定可靠的运行进行探讨。
1 零地电压的产生原因
通信局站由供电局供给l0kV交流高压电源,并降低至380V低压交流电源,以提供给通信设备使用。 对于通信设备用交流电源来说,由于交流配电机房与通信设备机房有一定的距离,为其提供的供电线路一般都较长,又由于交流线道中有开关电源、空调、照明等各种供电线,所以供电线路之间的三相交流电流不可能平衡。
(1)若电力机房为了供电的安全性,两交流屏并联使用,但两交流屏的零线没有并联;
(2)单相UPS输入末接地线;
(3)交流输人电源线使用单股敷设方式。
以上情况部会在通信设备供电端零地之间产生零地电压问题。不过,若能把零地电压控制在一定范围之内,就不会对通信系统和设备造成危害,否则将造成通信设备损坏。
2零地电压的危害
零地电压对通信设备的影响,主要表现在:引起硬件故障,烧毁计算机接口设备;引发控制信号的误动作;影响数据传输质量。零地电压过高时会引起硬件损坏,一般情况下,零地电压值不能超过2V。零地电压若超过2V,将引起计算机串口硬件直接损坏,还可能引发控制信号的误动作,造成计算机和数据设备的误启动和误关机。
3零地电压的控制措施
交流供电零地电压是影响通信设备正常运行的重要原因,零地电压过高会造成数据设备和计算机设备的故障或损害,所以必须控制在2V之内。由于零地电压较高的形成原因非常复杂,所以要针对不同情况,进行具体分析再做相应的处理。其主要考虑的问题和解决的途径如下:
首先保证三相交流负载平衡,如果三相用电负载不平衡,零线上的电流就会加大,输入、输出零线两端的电压差就会增大,直接造成输出零地电压增高。因此,在初次加电时尽量保持三相交流用电负载平衡,并定期根据负载的使用变化情况进行必要的调整。此外,还可以通过增加零线截面积,减少零线的线路电压损失,比如:零线电压U=IR,而零线电阻R=ρL/S,所以对于UPS设备交流输入、输出的零地线的线径应大于或等于相线线径,减小零线长度,从而在一定程度上降低零地电压数值。 另一方面必须有良好的接地系统,是降低零地电压的保障,所以通信电源系统的接地电阻必须符合要求标准,否则接地电阻值一高,很小的电流就会产生很高的零地电压。在通信局站接地系统设计和使用时接地电阻必须符合要求标准,针对地线线径问题,要充分考虑到在系统的最大用电负荷及安全的前提下,对不同的设备和不同负荷,使用不同地线线径。若条件允许的情况下,电源线和地线在不同的走线道单独敷设至设备端。
同时在UPS设备选型时,选择谐波干扰符合国家规定的UPS。必要时还必须安装相应抑制各次谐波的滤波设备,从根本上解决零地电压问题。也防止UPS 谐波对柴油机发电机组电机供电的干扰和影响。
在通信机房中,由于负载为服务器、小型机等类型的负载,这些负载本身因为电路原因产生大量谐波,谐波导致电缆发热,还会导致输出电源的零地电压超过服务器所要求的小于2V的指标。所以在选择UPS时,要充分考虑UPS谐波对零地电压的影响。如果零地电压过高,在一般方法无法控制零地电压的情况下,为保证通信设备可靠的运行,可以采用在负载端加装隔离变压器的办法,来隔离输人和输出之间的电气连接。一般采用在其输出端加装输出隔离变压器的方式。
-------------------------------分页栏------------------------------- 4零地电压的解决方法
对于数据设备而言,零地电压过高会导致服务器运行速度降低、网络传输速度降低、服务器无故关机,甚至造成硬件损坏。
服务器厂家在零地电压高于2V时就不敢加电。尤其是安装小型机、服务器等设备时,厂家的硬件安装工程师在现场调测通信设备时,对供电电路的零地
电压进行测量,一般情况下要求小于2V,大于此数值则不予加电开机。
通信局站零地电压偏大的因素有:(1)三相电源负载严重不平衡电动开启天窗;(2)接地电阻值不符合规范要
求;(3)单相UPS输入末接地线;(4)两交流屏并联供电,但零线没有并联;(5)交流输人电源线使用单股线的敷设方式;(6)N(零)线、PE(地)线线径不符合规范;(7)UPS工作时谐波引起的电位升高;(8)电源线的差模干扰和共模干扰。
在以上产生零地电压的因素中,第(3)、(4)、(5)、(8)项是供电方面的问题,如:某个通信局站计费小型机使用单相UPS供电,厂家在小型机加电时测量UPS输出零地电压,发现UPS输出零地为90一110V交流电压,拒绝给小型机加电。通过检测知该局的地线电阻为0.45Ω,单相UPS的输人交流、直流电压和输出电压符合供电标准,UPS输出屏的地线已接好,但是UPS本身地线末接,造成UPS输出零地之间为90一1l0V交流电压,当在单相UPS外壳的地线处接一根地线后,测试单相UPS的输出零地交流电压为0.2一0.3V,符合小型机供电要求。
又如:有个通信局站计算机用交流电源供电,在使用交流电供电的过程中,计算机串口损坏的现象时有发生,该系统计算机供电为两交流屏分别供电,每个交流屏的交流输入,分别从低压配电两个低压开关引人,在电力机房两交流屏并联使用。通过测试地线电阻数值为0.6Ω,交流电压、频率变化范围符合标准要求,输出交流线线径符合供电设计要求,三相交流用电负载也基本平衡。
交流零地线接触牢固可靠。但在负载端检测交流零地电压为2.7一3V,在低压配电输入端检测为0.1一0.3V,在电力机房两交流屏零线之间测试电压为2.7一3V,通过两个交流屏零线并联后,在两并联交流屏输出零地电压降到0.2V 左右,在用电负载端测试零地电压为0.5V左右。从此使用交流电源的计算机和服务器运行正常。
再以UPS为例,UPS由六脉冲(12脉冲)整流电路、逆变电路和控制电路等组成翻边,由于电路结构的特性和大型电感和电容的存在,系统中UPS的应用会造成输出零线与输入零线之间存在电压。尤其是UPS交流输人电源线的单股敷设方式,对UPS输出零地电压的影响更为严重。因而会造成UPS输出零线与地线之间的电压。
如:某大型IDC机房使用6台300kVAUPS供电,由于UPS机房与低压配电机房距离较远,UPS交流输人电源线需要200m左右,UPS交流输人电源线线径为240mm2,采用TN一S三相五线制单股线敷设方式。该通信楼的接地为联合接地方式,接地电阻为0.43Ω。6台300kVAUPS交流输人电源线和交流输出线及零地线线径符合设计要求。6台300kVAUPS的供电为双母线供电方式,每台UPS交流输人电源线通过本UPS交流配电屏、滤波器到UPS,UPS输出到本UPS的交流输出屏,UPS输出屏各分路输出到IDC机房电源列头柜,电源列头柜的分路输出到IDC的集装柜供电。
在6台300kVAUPS单独进行各种数据实验时,发现在1、2台UPS加载240kW 时输出零地电压为6.2V和6.7V;3、4台UPS输出零地电压为2.3V和2.7V;5、6台UPS输出零地电压为0.9V和1.lV。UPS旁路带载试验1、2台UPS输出零地
电压为6.7V和6.9V;3、碳计算器4台UPS输出零地电压为2.4V和2.8V;5、6台UPS输出零地电压为1.lV和1.2V。各台UPS空载加电测试,1、2台UPS输出零地电压为1.9V和1.8V;3、4台UPS输出零地电压为0.62V和0.61V;5、6台UPS输出零地电压为0.l2V和0.13V。同时在UPS加载240kW时,在UPS输入屏测试最大的零线电流为人造海参30.92A;地线最大电流为40.3lA。这已经证明了在交流输入线中产生了电磁干扰,即共模和差模千扰所造成的零地线上的电流。由于UPS交流输人电源线距离长且又是弟股线,在电力线道里按布线美观的方式敷设,6台UPS交流输人电源线共计30条电缆和空调及开关电源电缆存线道里混放,所以在加电后它们之间产生了电磁干扰,从谐波分析上看到不同频率的杂波,从而产生了零地线上的电流,进而造成了零地电压高的现象。又由于这些电缆在线道里捆绑在一起敷设,使得它们在零线上的谐波分量不尽相同,所以在6台UPS 交流输出端产生的零地电压各不相同。
针对上述情况,对交流输出零地电压大的UPS进行了分段测试,在UPS输出配电屏接上假负
载,开启UPS测试检测零地电压,检测结果零地电压为6.9V。甩开UPS输出配电屏,在UPS输出端子上接假负载测试零地电压为6.5V,最后在UPS交流输入屏甩开UPS和UPS输出配电屏,UPS交流输入屏直接接假负载进行测试灯箱广告制作,测试零地电压为6.5V,证明UPS和UPS输出屏对输出零地电压的影响不大。
为了更好地确定UPS输人交流电源线的干扰问题,在UPS交流输入的低压配电室单独引人一根5芯电缆,对输出零地电压高的UPS进行单独测试,测试结果流感香囊UPS输出零地电压在加载240kW负载的情况下,UPS输出零地电压为1.05V。
通过上述测试情况可以证明,UPS交流电出入单股电源线在线道里的敷设方式,会造成零地电压高的现象。针对这种情况,将每台UPS的交流输人电源线分开,按品字型方式进行重新捆绑敷设。并进行满负荷加载实验,同时对每台UPS进行零地电压测试。测试结果为1一6台UPS输出零地电压分别为1.05V、1.03V、0.5V、0.51V、0.62V、0.63V,符合了通信设备的用电要求。
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