零地電壓的產生及其檢測方法

冉秀娟 古維富

摘 ?要：本文主要介紹了零地電壓的產生及其檢測方法，在網絡機房和通訊系統中，零地電壓對其設備使用效果均有影響，重點介紹了三相配電柜和單相固定電源插座的檢測方法。

關鍵詞：零線;地線;零地電壓

1 ?引言

對著電子產品的發展，網絡機房和實驗室的改（擴）建，零地電壓產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體連接，保護人身安全，為故障電流提供回路，為高頻干擾電流提供泄放路徑，地線通過等電位帶與大地等電位。理想狀態下，三種供電系統的零線和地線應該是等電位的，然而，實際上零地電壓總是存在，影響信息類設備的穩定運行，以及使用壽命。

2 ?零地電壓的產生

2.1 零地電壓產生的主要原因

（1）三相電源配電時負載不平衡或三相電壓不平衡;

（2）接地電阻不符合規范要求;

（3）零線、地線線徑不夠或線纜過長;

（4）高頻諧波引起電位升高;

（5）電磁場干擾;

（6）使用開關電源、UPS等電子供電設備;

2.2 ?.三相電源配電時負載不平衡

很多實驗室在建設初期，電源的三相負載分布是比較平衡的，隨著部分試驗室使用功能的變化或設備的增加，使三相電源的某一相負載產生變化。

由于三相負載用電不平衡，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載平衡，減小零地電壓，并定期根據負載的使用變化進行必要的調整。

2.3 ?接地電阻不符合要求

電源的接地電阻應滿足相應的標準要求，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，相線電壓經分布電容耦合到地線，這時的耦合電壓較高，人員在觸及到設備外殼時，有觸電的感覺。

2.4 ?零線、地線線徑不夠或線纜過長

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

在計算線徑S問題時，除了考慮系統的最大用電量和安全的基本需求外，還需要計算零、地電纜線長度L，由公式U=ρI L/S可知，這2個參數直接影響零地電壓的大小。

2.5 ?高頻諧波引起電位升高

在機房中存在大量的服務器、交換機等類型的負載，由于這些負載本身的電路產生大量諧波，導致輸入電源的零地電壓增加。

2.6 ?電磁場干擾

電磁場的存在，在零線上產生高頻電流，由于零電阻的存在，在零線的兩端產生電勢差，形成零地電壓。

2.7 ?使用開關電源、UPS等電子供電設備

開關電源整流模塊交流輸入電路第一部分即為EMI電路， 該電路結構形式如圖1所示。該電路起到兩方面的作用：避免電網中含有的共模和差模噪聲對開關電源產生干擾;減少開關電源整流電路對外界電網的電磁干擾。其中共模干擾的抑制是通過相線、零線與地（ 機殼） 之間并聯電容實現。由此可知，過高的相線、零線對地電壓和零線高次諧波對電容影響較大， 達到一定程度后即可造成電容擊穿、燒毀的嚴重后果。

UPS是由整流電路， 開關電源等組成， 為了抑制差模和共模干擾， 對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是開關電源， 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 ?零地電壓的檢測方法

3.1 ?三相配電柜零地電壓的檢測方法

關閉并斷開配電柜的所有負載，包括與配電柜有聯系的每個插座。在確保負載沒有電源濾波器，或零線與地線之間沒有短路或阻抗連接的情況下，配電柜負載的零線和地線可以不用拆除;

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

多用數表檢測零線與地線電壓，檢測結果為有效值，記錄檢測結果。

3.2 ?單相固定插座零地電壓的檢測方法

關閉并斷開插座所有的負載，包括與被檢測插座聯系的每個插座。在確保插座負載沒有電源濾波器，或零線與地線之間沒有短路或阻抗連接的情況下，插座負載的零線和地線可以不用拆除;

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

通電并調節電子負載，使電子負載電流等于插座額定電流值的95%。

多用數表檢測零線與地線電壓，多用數表的接入方式如圖3，檢測結果為有效值，記錄檢測結果。

結束語

供電系統的零地電壓已經成為用電安全、系統可靠的技術要求，本文分析了零地電壓產生的原因，提出了使用試驗負載、鉗形電流表、數字示波表檢測儀器對零地電壓進行檢測，通過檢測零地電壓對供電質量進行監控，建議實驗室和機房的零地電壓小于5V為宜。

參考文獻：

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[2] 張安理，李耀凱，楊 波，發射場零電壓產生原因分析及對策

[3] 岳春波，付喜春等，UPS產生零地電壓的原因及解決方法