UPS配电系统接地初探DETA蓄电池银杉蓄电池

摘要：随着人们生活质量的不断提高，对于电力的需求在不断的加大，研讨了数据中心/信息机房供配电体系接地和不间断电源供电体系（UPS）运用问题，尤其是基于近年运用增多的高频UPS的运用特色，剖析了高频UPS和工频UPS主电路特色，对比和剖析了运用案例，为高频UPS在数据中心/信息机房供配电体系中的接地运用指出了方向。即数据中心/信息机房应确保TN－S或TN－C－S的接地体系，在高频UPS运用场合，应确保电源切换进程中N线（零线）接地不中止，确保UPS正常作业。

关键词：UPS配电体系；接地；初探

导言

随着政府、金融和企业信息化的迅速开展，以及3G/4G、云核算、大数据及移动互联网等网络架构的迅速演进和网络运用的不断丰富，企业、机构对于数据中心服务市场的需求迅速增加，带来了服务器、网络路由器和交换机等信息技术（IT）设备很多运用。2015年我国的服务器出货量一个季度就近60万台，一年超越200万台。为适应IT设备运用的迅猛增加，支撑云核算、大数据事务，承载这些IT设备的数据中心/信息机房在各地纷纷立项、建造和投产。因此，我国数据中心职业在近几年快速开展，依据IDC圈计算，2008～2015年，我国数据中心服务市场规模增加了9.6倍，年复合增加率超越40%。2015年我国数据中心服务市场规模到达518.6亿元，增加率到达39.33%。2011～2013年上半年全国共规划建造数据中心255个，已投入运用173个，总用地面积约713.2万m2，总机房面积约400万m2。如此大规模的数据中心/信息机房的建造和运用，其运用现场条件、状况各不相同，容易呈现各种不同的运用问题。但因为服务器、网络交换机等IT设备的用电特色和承载事务要求，其用电安全性、牢靠性及抗干扰性要求特别高，因此需要数据中心/信息机房装备高安全性、高牢靠性及高抗干扰性供配电体系的接地体系。

1数据中心/信息机房接地体系要求

一般民用建筑选用的TN接地体系为电源端一点直接接地，电气设备的显露可导电部分经过维护中性导体或维护衔接到此接地点。依据中性导体和维护导体的组合状况，TN体系的型式有以下3种。1）TN－S体系。整个体系的中性导体和维护导体是分开的，如图1所示。、

2）TN－C体系。整个体系的中性导体和维护导体是合一的，如图2所示。3）TN－C－S体系。体系中一部分线路的中性导体和维护导体是合一的，如图3所示。依据国家标准GB50174《信息机房设计规范》和JGJ_16—2008《民用建筑电气设计规范》，数据中心/信息机房供配电体系不应选用TN－C接地体系，应为TN－S或TN－C－S接地体系，确保IT设备防止干扰，正常作业。为确保服务器、网络交换机等IT设备的高牢靠性用电，牢靠性要求高的数据中心/信息机房一般装备2路以上电源，任意一路电源断电都不会影响IT设备的正常用电。且为防止市电电源故障，还装备有柴油发电机体系为后备电源，保障IT设备运转，不同电源之间可切换供电运转。因此支撑IT设备运转的数据中心/信息机房供配电体系常装备2路独立的供配电体系，且每路供配电体系都会有不间断电源供电体系（UPS）确保IT设备的不间断用电和用电质量，如GB50174《信息机房设计规范》的A类和B类信息机房要求。

2UPS供电体系接地常见问题

数据中心/信息机房中，每路电源及供配电体系都应设置TN－S接地体系或TN－C－S接地体系，并在电源切换时牢靠作业。但在实际运用时，因为工频UPS和高频UPS的不同特性，高频UPS在运用中呈现了工频UPS未曾呈现的问题。如2015年底，南边某数据中心在市电供电切换柴油发电机供电时，呈现UPS逆变器维护关机、逆变器输出中止故障。经查看该数据中心为TN－S接地体系，UPS为高频机，UPS逆变器关机为零地电压（VN－G）超高而维护关机。高频UPS电路结构如图4所示。研讨高频UPS的主电路结构，UPS主电路主要由整流器、直流母线、逆变器及相应的滤波器构成，在主电路不能正常作业时转旁路作业。能够发现高频UPS内部直流母线被中线分成正、负母线，直流母线的中线与输入和输出侧的N线（零线）衔接。工频UPS的主电路结构如图5所示。UPS主电路主要由整流器、直流母线、逆变器、变压器及相应的滤波器构成，在主电路不能正常作业时转旁路作业。能够发现工频UPS内部直流母线无中线，内部变压器二次侧生成中性点，衔接主路输出N线（零线），UPS主路输入和输出的N线（零线）和UPS内部没有衔接。剖析南边某数据中心在市电供电切换柴油发电机供电时，主动转换开关（ATS）为4P开关，切换进程中N线（零线）被ATS切断，造成ATS输出端的N线（零线）的接地断开，使得设备侧零地电压（VN－G）呈现虚高。依据前述剖析，因为高频UPS母线的中线与输入和输出侧的N线（零线）衔接，因此高频UPS内部的中线电压也相应虚高，导致逆变器维护关机。尤其在负载三相不平衡状况下，N线（零线）浮地后，N线零地电压（VN－G）的更高，更容易触发UPS的逆变器维护关机。而工频UPS主电路输入没有N线（零线）接入，直流母线没有中线，UPS逆变器输出后，在变压器二次侧生成中性点，衔接输出N线（零线）。

图3TN－C－S体系

3接地问题解决和分类处理

发现该问题后，改造该数据中心切换的ATS输出端，也即在高频UPS的输入侧，对N线（零线）接地处理，确保ATS切换进程中，UPS输入侧N线（零线）牢靠接地，零地电压（VN－G）可保持为零，确保UPS牢靠作业。一起供配电体系的接地体系为TN－C－S，满意数据中心/信息机房接地要求。2016年在北方另一数据中心的建造进程中，柴油发电机选用10kV中压发电机，在10kV中压配电侧进行市电和柴油发电机的切换，在变压器低压侧无市电和柴油发电机切换。两套电源的低压配电体系切换后接到高频UPS的输入侧，切换开关ATS选用3P开关，切换进程N线（零线）不中止，N线（零线）一向牢靠接地，确保UPS牢靠作业。一起供配电体系的接地体系为TN－C－S，满意数据中心/信息机房接地要求。测试和运转进程中，与南边某数据中心同型号的高频UPS体系安稳牢靠作业。因为工频UPS运用时刻早，技术成熟牢靠，在传统数据中心/信息机房供配电体系中，大功率UPS根本为工频UPS。又因为高频UPS选用高频整流技术，省去了工频UPS内置变压器，在成本、体积重量和效率目标等有较大优势，近年来在数据中心/信息机房中高频UPS运用逐步增多。随着高频UPS运用的增多，在高牢靠性要求的数据中心/信息机房中，供配电体系的建造和运营进程中发现原先运用工频UPS未曾遇到的问题。如本文研讨的UPS配电体系接地问题，多电源供电的配电体系中，能够经过确保切换进程中N线接地不断，确保零地电压牢靠，确保UPS牢靠作业。具体措施有：在选用4P的ATS开关切换场合，如低压柴油发电机备用等场合，切换电源需要切换N线，应选择切换不断N线的ATS（N线重叠切换），或在高频UPS输入侧N线接地；在选用3P的ATS开关切换场合，如中压柴油发电机备用等场合，切换UPS输入电源，但不切换N线。

结语

因为服务器、网络交换机等IT设备的用电特色，依据国家标准GB50174《信息机房设计规范》和JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》，数据中心/信息机房应为TN－S或TN－C－S接地体系，确保IT设备防止干扰，正常作业。高频UPS因为主路电路结构特色，内部中线和外部N线（零线）衔接，因此输入N线（零线）不能中止，否则可能导致UPS无法正常作业。工频UPS因为内置变压器二次侧N线（零线）可接地，因此主路输入N线（零线）接地中止对UPS运转无影响。