中性线的转换对UPS电源性能的影响和对策

载设备的输入电源中性线接地基准)不会中断(图10)。但是，为了确保UPS自身的正常运行，仍不允许UPS输入中性线断开。

图10借助于输出隔离变压器产生独立电源(SDS)的UPS

(5)严禁在UPS 输出端将中性线与地线(PE)直接连接

应该指出，不允许在UPS 输出端将UPS 输出中性线直接连接到接地极或PE线，这样虽然可以保证UPS输出中性线基准的连续不断，但由于TN-S系统的中性线多点接地，将会引发供电系统更严重的故障。

5 上游电源中性线转换的UPS的解决方案

5.1 采用中性线重叠转换的4极ATS转换电路

随着配电系统对接地故障保护(GFP)要求越来越高，为保证GFP的正常运行，多电源的中性线必须隔离，采用4极ATS已成为必然趋势。其中中性线重叠转换4极ATS转换电路(图7)既解决了对GFP的影响问题，又不会引起中性线中断。而中性线先断后合的4极ATS (图6) 对UPS和负载设备运行尚有严重影响，已被现场故障所证实。因此，在UPS 应用中，中性线重叠转换的4极ATS转换电路是唯一最佳选择(图11)。

此外，在暂未采用接地保护GFP的配电系统或采用了GFP保护装置但系统中，只有一个ATS的场合，也可以采用图1的3极ATS的转换电路。

图11 上游采用中性线重叠转换ATS的UPS

5.2 采用中性线先断后合4极ATS 的解决方案

如果UPS 上游已采用了中性线先断后合4极ATS的转换电路(图6)，可考虑采用以下方案。

(1)增加旁路隔离变压器

如图12所示，UPS的主输入直接从副边为Y型接法，中性线接地的市电变压器电源引入;旁路输入由同一电源的另一分路经旁路隔离变压器引入。旁路隔离变压器的副边也是Y型接法，中性点接地。旁路隔离变压器的中性线连接接到UPS输出中性线。实际上，UPS 的输出中性线是通过旁路隔离变压器的中性线接地的。这种接地电路的特点是如下。

① UPS的输出中性线与旁路变压器的中性线连接。旁路变压器的中性线是通过旁路变压器副边产生并独立接地，这个中性线基准不会因上游中性线转换而断开，而且避免了与低压配电系统中其它负载公用中性线的情况。因而有利于UPS输出中性线对地电压(零地电压)的控制。

② UPS的输出中性线和市电输入电路的中性线通过旁路变压器隔离。

③ 如果UPS设备与旁路变压器的位置距负载比较近，可以有效抑制共模噪声，确保UPS 输出“零地电压”较小。

图12 用旁路隔离变压器产生输入中性线的UPS 接地系统

图12 的电路适用于传统有变压器的UPS，隔离变压器固定接在旁路电路中，因为整流器只需要3相3线电源(无中性线)，仍由市电变压器供电，在正常情况下工作于整流-逆变的双变换方式，由市电直接供电，没有因增加了旁路变压器而增加损耗。

(2)增加UPS 输入变压器

因为无变压器UPS的整流器也需要3相4线(包括中性线)电源，上述隔离变压器必须同时为整流器和旁路提供3相4线电源。实际上，对于无变压器UPS，需要增加一台输入隔离变压器，主输入和旁路输入均由这个输入隔离变压器供电(见图13)。

图13 用输入隔离变压器产生输入中性线的UPS 接地系统

(3)UPS 直接接入中性线中断的电源的可能性探讨

在采用中性线先断后合4极ATS的情况下，假设某UPS设备在输入电源中性线中断100ms～200ms的情况下, 不会引起UPS工作异常;而且低压配电系统市电和发电机组转换电路的4极ATS产品，在转换过程中中性线中断时间小于50ms～60ms。在理论上，这种情况可以考虑直接接入中性线中断的低压配电系统电源，但需经厂家承诺和试验核实，慎重设计。

值得注意的是，在以上情况下，尽管UPS可以正常运行，但中性线中断现象对UPS下游负载的影响依然存在，这可以通过采用输出隔离变压器(如图10)或利用UPS输出精密配电柜中的隔离变压器加以解决。即由隔离变压器的副边产生一个独立接地的中性线，构成一个新的TN-S系统。

6 结束语

(1) 为确保市电低压配电系统接地故障保护(GFP)的正常运行，市电和备用发电机组之间的转换电路应采用4极ATS。

(2) 为确保ATS下游的UPS设备的正常运行，应采用中性线重叠转换(或中性线先合后断转换)的4极ATS。

(3) 市电低压配电柜和UPS输入配电柜应采用3极断路器(在有总等电位联结的情况下，TN-S系统一般不需要设4极开关)，以确保UPS的输入中性线不会断开。

(4) 如果UPS上游的市电和发电机组之间的转换电路，已采用了中性线先断后合的4极ATS, UPS可采用旁路隔离变压器或输入隔离变压器解决方案。

参考文献

[1] IEC/EN 62040-1-2 Uninterruptible Power Systems (UPS) – Part 1-2: General and safety

requirements for UPS used in restricted access locations, 4.9.22

[2] CEMEP European UPS Guide