科学地认识数据机房UPS电源的“零地电压”问题

要滤波器设计得好，两者都可以很好地解决零地电压问题，并使零地电压不含有高频成份，反之，两种UPS都会产生较高的零地电压。

四、 IT负载机柜输入点的零地电压才是"最可怕"的零地电压

数据机房用户通常非常关心UPS输出端的零地电压高低，也非常关心楼层输出配电柜的零地电压高低，但是唯独从从不关心机柜内部IT负载设备输入端的零地电压高低。如果零地电压真的对IT负载有影响的话，不管你在UPS的输出端、楼层输出配电柜上采取什么样的降低零地电压措施，只要IT负载设备输入端的零地电压UN-G2不小于1V的话，其"严重的危害"就依然存在。而IT负载机柜输入端的零地电压是所有UPS输入零线压降、UPS输出零线压降及楼层配电零线压降的叠加，可谓是零地电压的最前哨"重灾区"。

1、 UPS输出零地电压－U N2-G

UPS输出零地电压等于UPS输入零地电压加UPS产生的零线电压增益，即

U N2-G＝UNI-G＋UN-UPS

2、 UPS楼层输出配电柜上的零地电压－U N3-G

楼层配电输出的零地电压等于UPS输出零地电压加UPS输出到楼层配电柜之间的零线电压增益，即

U N3-G＝UN2-G＋UN3-N2＝UNI-G＋UN-UPS＋UN3-N2

这里，UPS输出到楼层配电柜之间的零线电压增益UN3-N2的形成机理与UPS输入零地电压完全相同，在此不再鳌述。

但往往楼层配电柜输出的零地电压高低通常也是数据机房用户关心的核心问题，特别是当UPS到楼层配电柜之间的输电距离很长的时候，尽管UPS输出端的零地电压已经做到了小于1V，但是楼层配电输出的零地电压却仍然高达3~5V以上。

为了消除这一问题，许多迷信零地电压将影响或损坏IT负载的用户就不得不在楼层配电柜里加一△/Yo隔离变压器，并将变压器输出的中心点重新接地，即形成新的接地点G2，如图5所示，这样就在楼层配电柜的输出零排上生成了新的零地电压，而且此时的零、地线是"紧密"地连接在一起的，所以其新的零地电压一定小于1V，符合了用户所能接受的零地电压要求。有些厂家为了迎合用户的需求，专门将这一配电柜美其名为"精密配电柜"。

图5 楼层配电柜的零地电压

3、 IT负载输入端的零地电压

就目前的数据中心机房而言，楼层输出配电柜到负载机柜之间通常采用单相配电，这样在这一配电区间内的零线电流就等于机柜负载电流I4，此时在楼层配电与IT负载之间产生的零线电压增益为UN-N3=I4*ZN-N3,由于I4较大，而配电的线路又较细，这一电压依然可能大于1V。例如，对于一个负载为3500W的机柜，从如果楼层配电柜的分路配电到机柜的电缆为2.5 mm²，电缆长度为20m(假设为较远端的机柜)，此时的零线电阻为0.15Ω.，满载零线电流为16A，则产生的零线压降就达2.4V。

(1) 楼层配电柜中配置了隔离变压器的IT机柜端的零地电压

对于楼层配电柜里设置了隔离变压器的系统，见图6，此时的IT负载输入端的零地电压就等于IT设备输入端的N点对UPS后端的隔离变压器输出接地点G2的电压差，就等于零线上产生的零线压降：

UN-G2= UN-N3+UN3-G2＝2.4V+0V=2.4V >1V

可见，即使对于楼层配置了变压器，且楼层配电输出端的零地电压等于0V的配电系统，实际IT负载输入端的零地电压依然达2.4V,远大于1V。

图6 机柜端的零地电压

(2) 楼层配电柜中没有配置变压器的IT机柜端的零地电压

如果在楼层配电柜里没有设置隔离变压器，那么IT负载输入端的零地电压等于IT设备输入端的N点对UPS前端的高压10KV/380V变压器输出接地点G的电压差，如图7所示，其相应的零地电压计算等效电路如下图所示。

UN-G= UNI-G＋UN-UPS＋UN3-N2＋UN-N3＝UNI-G＋UN-UPS＋UN3-N2＋2.4V

此时的实际IT负载输入端的零地电压显然会远高于2.4V。

图7 没有配置楼层变压器的机柜端零地电压

从上面的分析可见，可以得到如下两点结论：

? IT负载输入端的零地电压才是真正可能对IT负载产生"可怕影响"的关键零地电压； ? 即使在UPS输出，甚至楼层配电输出的零地电压做到小于1V，实际IT负载输入端仍可能有大于1V的零地电压。因此，要保证每个机柜IT负载的零地电压小于1V是不可能的，除非在每一个机柜上再安装一台隔离变压器。所以，仅保证UPS输出端或在楼层配电端加隔离变压器来实现零地电压小于1V的做法，不过是自欺欺人的自我安慰而已。

五、 零地电压对IT负载的影响

零地电压对IT负载是否真的有影响，关键的问题是零地电压是否真正传到了IT内部的CPU、存储芯片等核心部件。实际上，通过分析IT负载内部的结构不难得到，UPS输出的电压只是给IT负载内部的电源模块供电，这一电源模块的输出才向IT内部的核心部件供电。

所以，要了解零地电压是否对IT负载有影响或影响的大