一、引言

長(zhǎng)期以來(lái)，在國(guó)內(nèi)機(jī)房數(shù)據(jù)中心電源的設(shè)計(jì)、建設(shè)與應(yīng)用過(guò)程中，“零地電壓”被忽悠得神乎其神，甚至成為了機(jī)房供電電源品質(zhì)的首要指標(biāo)。近年來(lái)這種趨勢(shì)愈演愈烈，令人難以置信的是這一反科學(xué)的的“零地電壓”居然被寫(xiě)進(jìn)了某些國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如某GB級(jí)的機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范要求“UPS供電系統(tǒng)的零地電壓的有效值控制在小于2V的范圍內(nèi)”等，許多廠(chǎng)商與用戶(hù)都習(xí)慣于將數(shù)據(jù)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題歸給于零地電壓引起的。目前，國(guó)內(nèi)業(yè)界忽悠的根據(jù)“統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)”“零地電壓”過(guò)高對(duì)IT設(shè)備，如主機(jī)、小型機(jī)、服務(wù)器、磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)路由器、通信設(shè)備等的影響可概括為下列幾種：

1、   可能導(dǎo)致IT設(shè)備中的微處理器CPU芯片出現(xiàn)“莫名其妙”地致命損壞；

2、   可能導(dǎo)致IT設(shè)備出現(xiàn)死機(jī)事故的概率增大；

3、   可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率的增大，網(wǎng)速減慢；

4、   可能導(dǎo)致存儲(chǔ)設(shè)備損壞、數(shù)據(jù)出錯(cuò)等。

5、   某些知名IT廠(chǎng)商規(guī)定零地電壓大于1V不給開(kāi)機(jī)等。

但是綜觀國(guó)際的IEC和UL電源標(biāo)準(zhǔn)，卻根本沒(méi)有“零地電壓”這一名詞，遍尋IEEE的文章也沒(méi)有檢索到任何“零地電壓對(duì)IT負(fù)載影響的相關(guān)文獻(xiàn)”。有趣的是筆者曾陪同歐美的電源專(zhuān)家訪(fǎng)問(wèn)一些中國(guó)數(shù)據(jù)機(jī)房用戶(hù)，有些用戶(hù)提出了零地電壓的問(wèn)題，可憐這些搞了幾十年電源并參與美國(guó)UL電源標(biāo)準(zhǔn)起草的專(zhuān)家們根本就聽(tīng)不懂，經(jīng)過(guò)反復(fù)解釋才基本明白了所謂的“零地電壓”的含義，但他很驚訝地反問(wèn)：“在中國(guó)，有這一電壓對(duì)IT負(fù)載影響的確鑿證據(jù)嗎？”。

盡管零地電壓對(duì)IT負(fù)載的影響還沒(méi)有任何確鑿的科學(xué)依據(jù)（絕大部分是把地電位與零地電壓混為一談），但是為了解決這一可怕而神秘的“零地電壓”問(wèn)題，國(guó)內(nèi)許多用戶(hù)卻不惜投入大量的資金。如某通信數(shù)據(jù)機(jī)房采購(gòu)了數(shù)十臺(tái)變壓器柜安置在各個(gè)樓層機(jī)房的輸入端來(lái)降低零地電壓，這不僅導(dǎo)致了大量的資源浪費(fèi)，大幅度增加了機(jī)房的運(yùn)行成本，使本來(lái)就不太盈利的IDC業(yè)務(wù)更是雪上加霜，而且也降低了機(jī)房供電系統(tǒng)的可靠性。

為此，筆者認(rèn)為系統(tǒng)地討論機(jī)房供電系統(tǒng)的“零地電壓”產(chǎn)生機(jī)理，特別是對(duì)IT負(fù)載的影響問(wèn)題，使機(jī)房數(shù)據(jù)中心電源的設(shè)計(jì)、建設(shè)與使用者對(duì) “零地電壓”問(wèn)題有一科學(xué)的認(rèn)識(shí)是非常必要的。

二、零地電壓的產(chǎn)生機(jī)理

在380V交流供電系統(tǒng)里，由于線(xiàn)路保護(hù)的需要，通常將三相四線(xiàn)制的中心點(diǎn)通過(guò)接地裝置直接接地。圖1所示為當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房配電系統(tǒng)的典型構(gòu)架圖，系統(tǒng)中通常配置一臺(tái)或數(shù)臺(tái)10KV/380V △/Yo變壓器，Yo側(cè)的中心點(diǎn)通過(guò)接地網(wǎng)直接接地，如圖1中的G點(diǎn)。

從變壓器到各IT負(fù)載之間，為了安全運(yùn)行和維護(hù)管理考慮，通常將這一距離中的線(xiàn)路分成三級(jí)配電母線(xiàn)，即UPS輸入配電母線(xiàn)或稱(chēng)市電輸入母線(xiàn)L1（含柴油發(fā)電機(jī)切換后輸入），UPS輸出配電母線(xiàn)L2，樓層配電母線(xiàn)L3，樓層配電再分路到列頭柜（也有將樓層配電與列頭柜合而為一的），然后單相接入機(jī)架PDU對(duì)IT負(fù)載進(jìn)行供電。

這樣，從變壓器的二次側(cè)接地點(diǎn)G到IT負(fù)載的零線(xiàn)輸入點(diǎn)N之間，有很長(zhǎng)的輸電距離，當(dāng)負(fù)載投入運(yùn)行后，由于電網(wǎng)三相電壓、相位的不對(duì)稱(chēng)性、各級(jí)配電母線(xiàn)各相負(fù)載的不對(duì)稱(chēng)性以及各單相負(fù)載的非線(xiàn)性特性等因數(shù)的存在，就會(huì)有有大量的三相不平衡電流及3N次諧波電流通過(guò)零線(xiàn)流回到變壓器的接地點(diǎn)G，由于線(xiàn)路阻抗的存在，流過(guò)零線(xiàn)的電流就在零線(xiàn)的各點(diǎn)產(chǎn)生了相對(duì)于參考點(diǎn)G的電壓差，這就是所謂的“零地電壓”。零地電壓從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它與其它電壓沒(méi)有任何特別的地方，只是零線(xiàn)上的電壓降。

由于各級(jí)配電母線(xiàn)到變壓器接地點(diǎn)G的線(xiàn)路阻抗不同，每一級(jí)零線(xiàn)上流過(guò)的零線(xiàn)電流也不一樣，這就形成了不同的零地電壓點(diǎn)，如圖1所示。不過(guò)數(shù)據(jù)機(jī)房用戶(hù)通常關(guān)心下列幾個(gè)零地電壓點(diǎn)：

1、   UPS輸入零地電壓－U N1-G

2、   UPS輸出零地電壓－U N2-G

3、   樓層配電柜輸出零地電壓－U N3-G

但是，對(duì)于IT負(fù)載最為“致命”的IT負(fù)載機(jī)柜端的零地電壓－U N-G往往被忽視。