一、引言
在數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)中，零地電壓是一個不容忽視的重要參數(shù)。它不僅關(guān)系到設(shè)備的穩(wěn)定運行，還直接影響到數(shù)據(jù)中心的可靠性和安全性。
二、零地電壓的定義與形成原因
零地電壓，簡單來說，就是零線與地線（N線與PE線）之間的電位差。其形成的主要原因包括：
1、三相負載不平衡
在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中，由于各類設(shè)備的用電需求不同，更多的是由于數(shù)據(jù)中心中單相設(shè)備較多，三相負載分配不均，當三相電流不對稱時，零（N）線上會有電流通過，從而產(chǎn)生電壓降，形成零地電壓。
例如：
1) 某一相連接的設(shè)備數(shù)量較多或功率較大，而其他相連接的設(shè)備較少或功率較小。
2) 新增或移除設(shè)備時未合理規(guī)劃其接入的相序，造成三相負載的動態(tài)變化不均衡。
2、諧波的影響
數(shù)據(jù)中心機房中的大量非線性負載，會產(chǎn)生諧波電流。這些諧波電流在零線上疊加，導(dǎo)致零（N）線電流增大，進而產(chǎn)生零地電壓。
例如：
1) UPS（不間斷電源）、變頻空調(diào)、開關(guān)電源等非線性負載會產(chǎn)生諧波電流。這些諧波電流在零線上疊加，導(dǎo)致零線電流增大，從而產(chǎn)生零地電壓。
2)高頻開關(guān)電源產(chǎn)生的高次諧波會使零線上的電流變得復(fù)雜且數(shù)值增大。
3、接地系統(tǒng)問題
如果接地電阻過大、接地線接觸不良或者接地系統(tǒng)設(shè)計不合理，都會導(dǎo)致地線電位不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生零地電壓。
例如：
1)接地電阻過大，使得地線不能有效地將電流導(dǎo)入大地，導(dǎo)致地線電位升高，產(chǎn)生零地電壓。
2)接地線連接不牢固、接觸不良或存在銹蝕等情況，增加了接地回路的阻抗。
4、零線阻抗過大
在數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)中，設(shè)備的零線（N）和地線（PE）截面積設(shè)計不合理，會產(chǎn)生或增大零地電壓。
例如：
1) 零線的線徑選擇過小，導(dǎo)致其電阻較大，在有電流通過時產(chǎn)生較大的電壓降，形成零地電壓。
2)零線過長或布線不合理，增加了線路的阻抗。
5、電磁干擾
數(shù)據(jù)中心內(nèi)的電磁干擾可能會導(dǎo)致電路中的電流和電壓發(fā)生波動。在零線上，如果電磁干擾引起了額外的電流波動，就可能會導(dǎo)致零線上出現(xiàn)電壓降，從而產(chǎn)生零地電壓。
例如：
強電線路與弱電線路之間的電磁耦合可能會引發(fā)這種情況。在布線時，如果強電的電力電纜與弱電的通信線纜沒有進行有效的隔離和屏蔽，強電線路產(chǎn)生的電磁場可能會耦合到弱電線路中。弱電線路中的感應(yīng)電流通過零線回流時，就可能導(dǎo)致零地電壓的出現(xiàn)。這種情況下，為了減少電磁耦合的影響，通常會采取諸如增加線路間距、使用屏蔽線纜、合理布線等措施。
6、變壓器中性點漂移
在三相電路中，變壓器中性點漂移是指中性點的電位發(fā)生變化，不再保持為零。變壓器的中性點接地不良或發(fā)生漂移，會導(dǎo)致零地電壓的出現(xiàn)。
例如：
在TN-S系統(tǒng)中，前端N線出現(xiàn)接觸不良或斷線情況，當三相負載不平衡時，中性點電位會發(fā)生漂移，導(dǎo)致各相電壓不平衡。在極端情況下，如果只有一相有負載，斷點后的中性點電壓可能會升高到相電壓，從而使其他相電壓降低。這種情況，不僅會引起較高的零地電壓，還會導(dǎo)致設(shè)備損壞和觸電事故。
三、零地電壓對數(shù)據(jù)中心的影響
零地電壓對數(shù)據(jù)中心的影響十分顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個關(guān)鍵方面：
1、設(shè)備故障
零地電壓過高可能導(dǎo)致服務(wù)器、存儲設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備主板上的芯片、電容等電子元件損壞，影響設(shè)備的正常運行，增加設(shè)備的故障率。
例如，某數(shù)據(jù)中心由于零地電壓過高，造成了一批服務(wù)器主板的燒毀，導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。
2、數(shù)據(jù)錯誤
影響數(shù)據(jù)的準確性和完整性，造成數(shù)據(jù)丟失或錯誤。
例如，在大規(guī)模數(shù)據(jù)備份或遷移過程中，零地電壓波動可能導(dǎo)致部分數(shù)據(jù)無法完整傳輸。
3.、系統(tǒng)穩(wěn)定性下降
過高的零地電壓可能導(dǎo)致服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等頻繁死機或自動重啟，嚴重影響業(yè)務(wù)的連續(xù)性。
過高的零地電壓可能使設(shè)備運行效率降低，處理數(shù)據(jù)的速度變慢，影響整個數(shù)據(jù)中心的服務(wù)質(zhì)量。
4、降低電源效率
增加了供配電系統(tǒng)的能量損耗，降低了電源的使用效率，增加了數(shù)據(jù)中心的運營成本。
以UPS系統(tǒng)為例，零地電壓過高會使其工作效率下降，增加能耗。
5、安全風(fēng)險
過高的零地電壓可能導(dǎo)致設(shè)備外殼帶電，增加運維人員發(fā)生電擊事故的風(fēng)險。
過高的零地電壓可能引發(fā)電氣短路，增加火災(zāi)發(fā)生的可能性，對數(shù)據(jù)中心的物理設(shè)施和數(shù)據(jù)資產(chǎn)造成巨大威脅。
四、數(shù)據(jù)中心對零地電壓的要求
在數(shù)據(jù)中心行業(yè)內(nèi)，很多專家、學(xué)者、電源和服務(wù)器供應(yīng)商、現(xiàn)場運維人員等關(guān)于數(shù)據(jù)中心對零地電壓的要求（看法）眾說紛紜，是數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)一個頗有爭議的問題。
一方面，有觀點認為零地電壓對機房設(shè)備的正常運行影響重大，需要將其控制在2V甚至1V以下。這種觀點通常基于案例分析，認為當零地電壓較高時，服務(wù)器容易死機、通訊設(shè)備運行緩慢，而降低零地電壓后，這些現(xiàn)象會得到改善。另一方面，也有電源設(shè)備供應(yīng)商和專家認為零地電壓對機房設(shè)備沒有直接影響，只要保證零地電壓在10V以下即可。他們通過電路邏輯推理，認為零地電壓對負載不存在影響路徑。但普遍的共識是應(yīng)當將其控制在較低的水平。
在數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范（GB 50174-2008）中，要求機房的零地電壓應(yīng)控制在2V以內(nèi)。但在GB 50174-2017規(guī)范中，刪除了零地電壓應(yīng)小于2V的技術(shù)要求，并沒有對零地電壓數(shù)值參數(shù)進行設(shè)限，只是在條文說明里提出了意見。
【8·1·10 中性線與PE線之間的電位差稱為“零地電壓”，當“零地電壓”高于電子信息設(shè)備的允許值時，將引起硬件故障、燒毀設(shè)備；引發(fā)控制信號的誤動作；影響通信質(zhì)量，延誤或阻止通信的正常進行。因此，當"零地電壓”不滿足負載的使用要求時(一般“零地電壓”應(yīng)小于2V)，應(yīng)采取措施，降低“零地電壓”。對于TN系統(tǒng)，在UPS的輸出端配備隔離變壓器是降低“零地電壓”的有效方法選擇隔離變壓器的保護開關(guān)時，應(yīng)考慮隔離變壓器投人時的勵磁涌流?！?br>GB 50174-2008
【8.1.10 中性線與PE線之間的電位差稱為“零地電壓”，當"“零地電壓”不滿足某些電子信息設(shè)備使用要求時，應(yīng)采取措施，降低“零地電壓”。對于TN-S系統(tǒng)，在UPS的輸出端配備隔離變壓器是降低“零地電壓”的有效方法。選擇隔離變壓器的保護開關(guān)時，應(yīng)考慮隔離變壓器投入時的勵磁涌流?！?br>GB 50174-2017
曾經(jīng)IBM公司的服務(wù)器設(shè)備要求機房的零地電壓應(yīng)小于2V，后經(jīng)澄清，該措施用于檢查N線是否接好。
后來中國電信和華為一起聯(lián)合做了《零地電壓對數(shù)據(jù)通信設(shè)備影響的分析》試驗。在試驗中，模擬產(chǎn)生可調(diào)的零地電壓差，分別對機架式服務(wù)器、刀片服務(wù)器、DTU等設(shè)備進行測試。
通過試驗，在機架式服務(wù)器和刀片服務(wù)器的測試中，零地電壓在22V以下時，對兩種服務(wù)器無影響。在DTU的測試中，10V以下的零地電壓差對DTU數(shù)據(jù)通信設(shè)備無影響，但在通信系統(tǒng)分散的情況下，零地電壓差會對數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生影響（其原因是零地電位差會在數(shù)據(jù)通信線路的設(shè)備端口之間造成地電位差）。最后，報告的結(jié)論是：建議數(shù)據(jù)通信設(shè)備的零地電位差應(yīng)在10V以下。
