零地电压的产生及其检测方法

冉秀娟 古维富

摘  要：本文主要介绍了零地电压的产生及其检测方法，在网络机房和通讯系统中，零地电压对其设备使用效果均有影响，重点介绍了三相配电柜和单相固定电源插座的检测方法。

关键词：零线;地线;零地电压

1  引言

对着电子产品的发展，网络机房和实验室的改（扩）建，零地电压产生的影响因素增加了，由于零线是低电压供电线路中承载单相电流和三相不平衡电流的线路，地线是与人可以接触到的金属导体连接，保护人身安全，为故障电流提供回路，为高频干扰电流提供泄放路径，地线通过等电位带与大地等电位。理想状态下，三种供电系统的零线和地线应该是等电位的，然而，实际上零地电压总是存在，影响信息类设备的稳定运行，以及使用寿命。

2  零地电压的产生

2.1 零地电压产生的主要原因

（1）三相电源配电时负载不平衡或三相电压不平衡;

（2）接地电阻不符合规范要求;

（3）零线、地线线径不够或线缆过长;

（4）高频谐波引起电位升高;

（5）电磁场干扰;

（6）使用开关电源、UPS等电子供电设备;

2.2  .三相电源配电时负载不平衡

很多实验室在建设初期，电源的三相负载分布是比较平衡的，随着部分试验室使用功能的变化或设备的增加，使三相电源的某一相负载产生变化。

由于三相负载用电不平衡，使零线N上的电流增加，由于零线本身存在一定的电阻，使零线N两端的电压差增加，也就是零地电压增加。因此，在可能的条件下，尽量使三相电源的三相负载平衡，减小零地电压，并定期根据负载的使用变化进行必要的调整。

2.3  接地电阻不符合要求

电源的接地电阻应满足相应的标准要求，一般要求小于4Ω，在接地线缆断路或地线接地电阻较大的情况下，相线电压经分布电容耦合到地线，这时的耦合电压较高，人员在触及到设备外壳时，有触电的感觉。

2.4  零线、地线线径不够或线缆过长

根据公式U=IR，可知零地电压的大小除与不平衡电流大小有关外，还与零、地线线缆的电阻有关，而R=ρL/S，其中ρ为线缆的电阻率，L为线缆的长度，S为线缆的截面积。

在计算线径S问题时，除了考虑系统的最大用电量和安全的基本需求外，还需要计算零、地电缆线长度L，由公式U=ρI L/S可知，这2个参数直接影响零地电压的大小。

2.5  高频谐波引起电位升高

在机房中存在大量的服务器、交换机等类型的负载，由于这些负载本身的电路产生大量谐波，导致输入电源的零地电压增加。

2.6  电磁场干扰

电磁场的存在，在零线上产生高频电流，由于零电阻的存在，在零线的两端产生电势差，形成零地电压。

2.7  使用开关电源、UPS等电子供电设备

开关电源整流模块交流输入电路第一部分即为EMI电路， 该电路结构形式如图1所示。该电路起到两方面的作用：避免电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰;减少开关电源整流电路对外界电网的电磁干扰。其中共模干扰的抑制是通过相线、零线与地（ 机壳） 之间并联电容实现。由此可知，过高的相线、零线对地电压和零线高次谐波对电容影响较大， 达到一定程度后即可造成电容击穿、烧毁的严重后果。

UPS是由整流电路， 开关电源等组成， 为了抑制差模和共模干扰， 对零线和相线都作了电器隔离。由于电子电路的特征和电感、电容的存在，会造成输出零线与输入零线之间存在电压差， 因而造成了输出零线与地线之间的电压差。

UPS是开关电源， 其输入和输出端都加装了EMI抑制电路， 由于电感和电容的存在， 会造成输出零线与输入零线之间存在电压差， 因而造成了输出零线与地线之间的电压差。

3  零地电压的检测方法

3.1  三相配电柜零地电压的检测方法

关闭并断开配电柜的所有负载，包括与配电柜有联系的每个插座。在确保负载没有电源滤波器，或零线与地线之间没有短路或阻抗连接的情况下，配电柜负载的零线和地线可以不用拆除;

将试验负载接入如图2所示，选配电柜其中一相电源L1的零线和相线，将电子负载接入L1分闸下端的相线 （L）和零线端子（N）上。通电并调节电子负载，使其电流等于配电柜额定电流值的50%。

多用数表检测零线与地线电压，检测结果为有效值，记录检测结果。

3.2  单相固定插座零地电压的检测方法

关闭并断开插座所有的负载，包括与被检测插座联系的每个插座。在确保插座负载没有电源滤波器，或零线与地线之间没有短路或阻抗连接的情况下，插座负载的零线和地线可以不用拆除;

将电子负载接入图5所示插座的零线和相线上，将电子负载接入插座的相线插孔（L）和零线插孔（N）上。

通电并调节电子负载，使电子负载电流等于插座额定电流值的95%。

多用数表检测零线与地线电压，多用数表的接入方式如图3，检测结果为有效值，记录检测结果。

結束语

供电系统的零地电压已经成为用电安全、系统可靠的技术要求，本文分析了零地电压产生的原因，提出了使用试验负载、钳形电流表、数字示波表检测仪器对零地电压进行检测，通过检测零地电压对供电质量进行监控，建议实验室和机房的零地电压小于5V为宜。

参考文献：

[1] 徐颖娟， 胡东波， 张 威 等. 关于供电线路中零地电压的研究

[2] 张安理，李耀凯，杨 波，发射场零电压产生原因分析及对策

[3] 岳春波，付喜春等，UPS产生零地电压的原因及解决方法