中性线的转换对UPS电源性能的影响和对策

作者：时间：2012-10-30 来源：网络收藏

(2) 中性线瞬时中断

当UPS上游市电和发电机电源转换采用先断后合4极ATS时，UPS输入中性线会出现瞬时中断。中性线瞬时中断与“断零”不同，“中性线与相线转换极同时动作的4极ATS”，在转换过程中相线和中性线同时断开和同时接通，不存在使负载侧中性点偏移和三相电压不平衡的问题，但会使UPS的输入和输出中性线接地基准断开。同样，“中性线最后断开，最先闭合的4极ATS”也只存在UPS的输入和输出中性线接地基准断开的问题。UPS输出中性线不是断线，UPS的逆变器仍然可以产生中性线，只是中性线没有接地。

UPS的输入和输出中性线接地基准断开的危害与“断零”对UPS的危害相同，参见本节的(1)中分析。

(3) 中性线基准断开对负载设备的危害

有些重要负载设备在UPS输出中性线基准断开时受到的影响与UPS的情况类似。

4.3 对UPS 中性线的基本要求

IEC/EN62040-1-2和GB7260-4明确规定：在UPS输出中性线依赖于输入电源中性线的场合，应提供适当的安装设计说明，防止由于电源的隔离/转换引起的中性线基准的中断现象。

CEMEP European UPS Guide也明确规定：许多UPS系统采用输入电源的中性线作为UPS 输出中性线的基准，当对UPS上游电源采用多电源隔离或转换时，应特别注意要确保输入电源中性线基准在UPS运行期间不会断开。

对UPS中性线的具体要求和措施介绍如下。

(1)UPS上游和下游均采用TN-S系统

输入市电电源中性线固定接地，且仅在变压器(或低压进线柜处)一处接地，UPS输入和输出供电系统均为TN-S系统。

(2)UPS输入中性线和输出中性线连接

UPS输出的中性线与市电输入中性线连接，并通过市电中性线接地。

(3)UPS输入中性线不应长时间断开

UPS上游低压配电分路均应采用3极断路器，确保UPS上游的断路器在任何状态下，从市电中性点至UPS的中性线输入端的电路都不会断开。

(4)UPS输入中性线不应瞬时断开

在UPS上游电源转换的情况下，不允许UPS输入中性线瞬时断开。有些UPS可能在输出端采用输出隔离变压器，或借助于输出配电单元(PDU)中的隔离变压器获得新的与市电中性线隔离的、独立接地的中性线。因此，可保证UPS输出中性线接地基准(即负载设备的输入电源中性线接地基准)不会中断(图10)。但是，为了确保UPS自身的正常运行，仍不允许UPS输入中性线断开。

图10借助于输出隔离变压器产生独立电源(SDS)的UPS

(5)严禁在UPS 输出端将中性线与地线(PE)直接连接

应该指出，不允许在UPS 输出端将UPS 输出中性线直接连接到接地极或PE线，这样虽然可以保证UPS输出中性线基准的连续不断，但由于TN-S系统的中性线多点接地，将会引发供电系统更严重的故障。

5 上游电源中性线转换的UPS的解决方案

5.1 采用中性线重叠转换的4极ATS转换电路

随着配电系统对接地故障保护(GFP)要求越来越高，为保证GFP的正常运行，多电源的中性线必须隔离，采用4极ATS已成为必然趋势。其中中性线重叠转换4极ATS转换电路(图7)既解决了对GFP的影响问题，又不会引起中性线中断。而中性线先断后合的4极ATS (图6) 对UPS和负载设备运行尚有严重影响，已被现场故障所证实。因此，在UPS 应用中，中性线重叠转换的4极ATS转换电路是唯一最佳选择(图11)。

此外，在暂未采用接地保护GFP的配电系统或采用了GFP保护装置但系统中，只有一个ATS的场合，也可以采用图1的3极ATS的转换电路。

图11 上游采用中性线重叠转换ATS的UPS

5.2 采用中性线先断后合4极ATS 的解决方案

如果UPS 上游已采用了中性线先断后合4极ATS的转换电路(图6)，可考虑采用以下方案。

(1)增加旁路隔离变压器

如图12所示，UPS的主输入直接从副边为Y型接法，中性线接地的市电变压器电源引入;旁路输入由同一电源的另一分路经旁路隔离变压器引入。旁路隔离变压器的副边也是Y型接法，中性点接地。旁路隔离变压器的中性线连接接到UPS输出中性线。实际上，UPS 的输出中性线是通过旁路隔离变压器的中性线接地的。这种接地电路的特点是如下。

① UPS的输出中性线与旁路变压器的中性线连接。旁路变压器的中性线是通过旁路变压器副边产生并独立接地，这个中性线基准不会因上游中性线转换而断开，而且避免了与低压配电系统中其它负载公用中性线的情况。因而有利于UPS输出中性线对地电压(零地电压)的控制。

② UPS的输出中性线和市电输入电路的中性线通过旁路变压器隔离。

③ 如果UPS设备与旁路变压器的位置距负载比较近，可以有效抑制共模噪声，确保UPS 输出“零地电压”较小。