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    配電系統輸入中性線中斷對伊頓UPS電源系統的影響伊頓UPS電源

       伊頓UPS電源配電系統中,UPS設備位于交流輸入電源和關鍵負載之間,其上游是交流輸入低壓配電系統,下游是各種關鍵負載。UPS在正常情況下都是以市電為輸入能源,UPS將市電電源進行適當的變換和調節,供給負載穩定可靠的交流電源。當市電停電或技術指標超出預定的容限時,UPS將利用儲能裝置(蓄電池)繼續運行為負載供電。市電長時間停電時,超過儲能裝置(蓄電池)后備時間,則必須起動備用發電機組供電。

    在數據中心等重要應用場合,低壓配電系統通常采用雙重市電電源和多臺變壓器,并配置一臺或多臺備用發電機組。為了確保UPS輸入電源的供給,市電與備用發電機組之間、雙重市電電源以及母聯開關之間都需要進行轉換。如果這些開關選用4極開關,在轉換過程中間,必然涉及到中性線可能斷開的問題。那么,中性線斷開對UPS配電系統有什么影響呢?
    數據中心UPS的接地系統和中性線基準
    UPS對其所連接的負載而言是一個交流電源,對市電電源而言是一個負載。也就是說,UPS涉及到兩個低壓配電系統,即上游配電系統和下游配電系統。上游接地系統是指市電至UPS輸入端的低壓接地系統,下游接地系統是指UPS輸出端至關鍵負載的低壓接地系統。
    根據GB50174-2017《數據中心設計規范》第8.1.6條:數據中心低壓配電系統的接地型式宜采用TN系統。采用交流電源的電子信息設備,其配電系統應采用TN-S系統。
    圖1是當前普遍采用的一類內置逆變輸出變壓器Tr2的雙變換UPS的電路圖。圖中UPS的上游接地系統為TN-S,UPS的下游接地系統也是TN-S。UPS的主路輸入和旁路輸入均由副邊為星型接法、中性點接地的市電變壓器Tr1供給,UPS輸出中性線和負載中性線固定接到市電電源的中性線,市電電源的中性線在低壓進線柜中連接到接地極上。因此,UPS電源的輸出中性線不是獨立接地,而是通過上游電源的中性線接地。即UPS輸出中性線是由其輸出變壓器產生,而中性線的基準(接地點)是從市電的中性線取得的。
    圖2是當前普遍采用的另一類無變壓器UPS中性線連接的示意圖,市電輸入中性線與逆變器輸出的中性點(即蓄電池的中心點)連接,其余與圖1完全相同。因此UPS的中性線的基準(接地)也是通過市電的中性線接地的。
    UPS中性線基準從市電輸入電源的中性線取得是比較經濟的方法,但UPS的中性線基準完全依賴于市電輸入電源中性線的基準。
    UPS的輸入中性線斷開引發的問題 
    如果UPS的輸入中性線斷開,因各廠家UPS內部電路多種多樣,部分UPS可能出現下列問題:
    1. 導致部分UPS需要三相4線電源供電的整流器和其他部件的運行異常,UPS轉為電池運行模式。
    2. 導致部分UPS邏輯電路的參考點丟失。
    在部分UPS控制電路中,中性線接地基準是用作UPS邏輯電路的參考點的,如果系統在運行時中性線接地基準斷開,將會產生瞬變電壓,導致UPS檢測電路出現錯誤。例如:UPS誤認為輸出電壓過高或過低而轉旁路,或者使UPS關機等。
    3. 導致EMC/RFI抑制電路的功能失效。
    部分UPS中的EMC/RFI抑制電路的功能只能在預定的TN-S系統下有效,中性線基準斷開后,配電系統的瞬變將可能超過EMC/RFI的抑制能力,因而影響UPS的正常運行。
    4. 導致UPS輸出配電系統從TN-S轉變為IT系統。
    由于UPS的輸入中性線斷開,UPS輸出的中性線接地會丟失,因此使UPS輸出配電系統從TN-S轉變為IT系統。這不符合GB50174-2017《數據中心設計規范》的要求。且IT接地系統需要絕緣監視裝置(IMD)和故障定位裝置對第一次絕緣故障時告警,定位并消除故障,以防止二次短路故障潛在的危險電流。但由于原TN-S系統一般無絕緣監測和告警設備,因此存在更大的潛在危害。
    更重要的是,當UPS輸入電源中斷時,UPS運行在電池放電模式給負載供電,UPS輸出三相繼續帶電運行,中性線接地基準的斷開會使負載側中性點偏移和三相電壓不平衡,負載較輕的一相電壓升高,負載較重的一項電壓下降,造成負載工作異常,嚴重情況下甚至導致單相負載因為電壓過高促使設備燒壞。


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