零地電壓的產(chǎn)生及其檢測(cè)方法

冉秀娟 古維富

摘 ?要：本文主要介紹了零地電壓的產(chǎn)生及其檢測(cè)方法，在網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和通訊系統(tǒng)中，零地電壓對(duì)其設(shè)備使用效果均有影響，重點(diǎn)介紹了三相配電柜和單相固定電源插座的檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：零線;地線;零地電壓

1 ?引言

對(duì)著電子產(chǎn)品的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和實(shí)驗(yàn)室的改（擴(kuò)）建，零地電壓產(chǎn)生的影響因素增加了，由于零線是低電壓供電線路中承載單相電流和三相不平衡電流的線路，地線是與人可以接觸到的金屬導(dǎo)體連接，保護(hù)人身安全，為故障電流提供回路，為高頻干擾電流提供泄放路徑，地線通過(guò)等電位帶與大地等電位。理想狀態(tài)下，三種供電系統(tǒng)的零線和地線應(yīng)該是等電位的，然而，實(shí)際上零地電壓總是存在，影響信息類設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，以及使用壽命。

2 ?零地電壓的產(chǎn)生

2.1 零地電壓產(chǎn)生的主要原因

（1）三相電源配電時(shí)負(fù)載不平衡或三相電壓不平衡;

（2）接地電阻不符合規(guī)范要求;

（3）零線、地線線徑不夠或線纜過(guò)長(zhǎng);

（4）高頻諧波引起電位升高;

（5）電磁場(chǎng)干擾;

（6）使用開(kāi)關(guān)電源、UPS等電子供電設(shè)備;

2.2 ?.三相電源配電時(shí)負(fù)載不平衡

很多實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)初期，電源的三相負(fù)載分布是比較平衡的，隨著部分試驗(yàn)室使用功能的變化或設(shè)備的增加，使三相電源的某一相負(fù)載產(chǎn)生變化。

由于三相負(fù)載用電不平衡，使零線N上的電流增加，由于零線本身存在一定的電阻，使零線N兩端的電壓差增加，也就是零地電壓增加。因此，在可能的條件下，盡量使三相電源的三相負(fù)載平衡，減小零地電壓，并定期根據(jù)負(fù)載的使用變化進(jìn)行必要的調(diào)整。

2.3 ?接地電阻不符合要求

電源的接地電阻應(yīng)滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，一般要求小于4Ω，在接地線纜斷路或地線接地電阻較大的情況下，相線電壓經(jīng)分布電容耦合到地線，這時(shí)的耦合電壓較高，人員在觸及到設(shè)備外殼時(shí)，有觸電的感覺(jué)。

2.4 ?零線、地線線徑不夠或線纜過(guò)長(zhǎng)

根據(jù)公式U=IR，可知零地電壓的大小除與不平衡電流大小有關(guān)外，還與零、地線線纜的電阻有關(guān)，而R=ρL/S，其中ρ為線纜的電阻率，L為線纜的長(zhǎng)度，S為線纜的截面積。

在計(jì)算線徑S問(wèn)題時(shí)，除了考慮系統(tǒng)的最大用電量和安全的基本需求外，還需要計(jì)算零、地電纜線長(zhǎng)度L，由公式U=ρI L/S可知，這2個(gè)參數(shù)直接影響零地電壓的大小。

2.5 ?高頻諧波引起電位升高

在機(jī)房中存在大量的服務(wù)器、交換機(jī)等類型的負(fù)載，由于這些負(fù)載本身的電路產(chǎn)生大量諧波，導(dǎo)致輸入電源的零地電壓增加。

2.6 ?電磁場(chǎng)干擾

電磁場(chǎng)的存在，在零線上產(chǎn)生高頻電流，由于零電阻的存在，在零線的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，形成零地電壓。

2.7 ?使用開(kāi)關(guān)電源、UPS等電子供電設(shè)備

開(kāi)關(guān)電源整流模塊交流輸入電路第一部分即為EMI電路， 該電路結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。該電路起到兩方面的作用：避免電網(wǎng)中含有的共模和差模噪聲對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生干擾;減少開(kāi)關(guān)電源整流電路對(duì)外界電網(wǎng)的電磁干擾。其中共模干擾的抑制是通過(guò)相線、零線與地（ 機(jī)殼） 之間并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)。由此可知，過(guò)高的相線、零線對(duì)地電壓和零線高次諧波對(duì)電容影響較大， 達(dá)到一定程度后即可造成電容擊穿、燒毀的嚴(yán)重后果。

UPS是由整流電路， 開(kāi)關(guān)電源等組成， 為了抑制差模和共模干擾， 對(duì)零線和相線都作了電器隔離。由于電子電路的特征和電感、電容的存在，會(huì)造成輸出零線與輸入零線之間存在電壓差， 因而造成了輸出零線與地線之間的電壓差。

UPS是開(kāi)關(guān)電源， 其輸入和輸出端都加裝了EMI抑制電路， 由于電感和電容的存在， 會(huì)造成輸出零線與輸入零線之間存在電壓差， 因而造成了輸出零線與地線之間的電壓差。

3 ?零地電壓的檢測(cè)方法

3.1 ?三相配電柜零地電壓的檢測(cè)方法

關(guān)閉并斷開(kāi)配電柜的所有負(fù)載，包括與配電柜有聯(lián)系的每個(gè)插座。在確保負(fù)載沒(méi)有電源濾波器，或零線與地線之間沒(méi)有短路或阻抗連接的情況下，配電柜負(fù)載的零線和地線可以不用拆除;

將試驗(yàn)負(fù)載接入如圖2所示，選配電柜其中一相電源L1的零線和相線，將電子負(fù)載接入L1分閘下端的相線 （L）和零線端子（N）上。通電并調(diào)節(jié)電子負(fù)載，使其電流等于配電柜額定電流值的50%。

多用數(shù)表檢測(cè)零線與地線電壓，檢測(cè)結(jié)果為有效值，記錄檢測(cè)結(jié)果。

3.2 ?單相固定插座零地電壓的檢測(cè)方法

關(guān)閉并斷開(kāi)插座所有的負(fù)載，包括與被檢測(cè)插座聯(lián)系的每個(gè)插座。在確保插座負(fù)載沒(méi)有電源濾波器，或零線與地線之間沒(méi)有短路或阻抗連接的情況下，插座負(fù)載的零線和地線可以不用拆除;

將電子負(fù)載接入圖5所示插座的零線和相線上，將電子負(fù)載接入插座的相線插孔（L）和零線插孔（N）上。

通電并調(diào)節(jié)電子負(fù)載，使電子負(fù)載電流等于插座額定電流值的95%。

多用數(shù)表檢測(cè)零線與地線電壓，多用數(shù)表的接入方式如圖3，檢測(cè)結(jié)果為有效值，記錄檢測(cè)結(jié)果。

結(jié)束語(yǔ)

供電系統(tǒng)的零地電壓已經(jīng)成為用電安全、系統(tǒng)可靠的技術(shù)要求，本文分析了零地電壓產(chǎn)生的原因，提出了使用試驗(yàn)負(fù)載、鉗形電流表、數(shù)字示波表檢測(cè)儀器對(duì)零地電壓進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)零地電壓對(duì)供電質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，建議實(shí)驗(yàn)室和機(jī)房的零地電壓小于5V為宜。

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