山特SANTAK：中性点直接接地的 UPS 双电源输入解决方案

山特 UPS 三相机都是支持同源或是不同源的双电源输入，依据经验，UPS 常见的低压配电系统的接地形式为中性点直接接地，如 TN 系统、TT 系统，所以本文章主要讨论中性点直接接地的 UPS 双电源输入解决方案。

一、什么是 TN 系统？

TN 系统电源重要判断条件：配电变压器的中性点直接接地，且电气设备外露可导电部分的保护接地是通过保护接地导体（PE 导体）连接到电源中性点（N 点），利用 N 点的系统接地装置而接地。TN 系统按照 N 导体和 PE 导体的分合配置，包括了三种类型：TN-S、TN-C、TN-C-S，如下图所示：

二、什么是 TT 系统？

TT 系统电源重要判断条件：配电变压器的中性点直接接地，但配电设备和用电设备外露可导电部分应单独做保护接地，同变压器的中性点的系统完全分开，并保持必要的距离，如下图所示：

三、UPS 双电源输入解决方案

以 TN 或 TT 系统为输入电源的 UPS 双电源输入解决方案可以分成 2 种。

（1）利用 ATS（自动转换开关）切换双路电源。

（2）UPS 直接接入同源或不同源的双电源。

两种方案从不同的角度看，各有利弊，应依据现场情况选择最有利解决方案。两种解决方案具体分析如下。

01、利用 ATS 切换双电源解决方案

● UPS 双电源输入的工作逻辑

首先，我们先来了解一下 UPS 双电源输入的工作逻辑：当主路电源 1 故障时，UPS 转电池工作。当电池组电力耗尽时，UPS 转到旁路电源 2 供电，这是 UPS 正常工作的逻辑。虽然 UPS 转到旁路电源 2 供电，但负载并没有受到 UPS 的保护，电网中的各种干扰如雷电浪涌、电压起伏、电气噪声等随时对负载造成威胁，违背了设置 UPS 的目的。

● 后备电源供电风险

在两路电源供电的情况下，一般电池后备时间都比较短，因为两路电同时出现问题的概率很小，所以当电池很快耗尽后，负载接受的是没有改善的电力，风险很大。

● ATS 切换双电源

为避免风险，我们一般在两路电源和 UPS 间增加一个 ATS（自动转换开关）来保障负载始终受到 UPS 的保护。其缺点：增加一个配电环节就增加一个故障点，ATS 故障将会造成双电源同时不可用或者需要一定维修时间，所以需要依据现场情况进行选择。比如：在工业的应用场景中，电源质量差，直接给负载供电就会受到干扰或影响，这种场景就适合应用这种方案，解决方案图示如下：

02、UPS 直接接入双电源解决方案

同源双电源：指的来自同一个变压器的电源。

不同源双电源：指的来自不同变压器的电源。

● 同源的双电源解决方案

因为主路和旁路输入来自同一变压器，所以主路旁路的零线可以短接或是只接其中一个都是可以的，解决方案图示如下：

● 不同源的双电源解决方案

因为主路和旁路电源来自不同变压器，所以建议只接旁路电源的零线（中性线）。

只接旁路零线的原因

主路（整流器）工作时，只需要参考零线（中性线）的零电位，当 UPS 转到旁路供电时，需要旁路电源的零线参与工作给负载供电，主旁零线在 UPS 内部是短接的，又因为采用的是 TN 系统，两路电源的零线都是直接接地的，其参考电位是一样的，所以只需要接旁路电源零线即可。

不过，在实际应用当中还可能会发生两个电源的零线间产生很大的电压差，影响 UPS 工作，这说明其中一个电网的运行模式不正常，需要查找原因并对电网进行改善，比如零线接地不良或虚接发，三相不平衡度太大等等。

应用场景及优缺点

不同源双电源解决方案适用于市电质量比较好，负载对电源质量要求不是很高的应用场景，比如城市电网质量较好，IT 类负载可以接受市电直接供电的数据中心等类似的场景，可以应用 UPS 直接接入双电源的解决方案。优点：减少一个配电环节提高可靠性，并节省投资成本。缺点：转旁路工作时，负载不受 UPS 保护，解决方案图示如下：

● 两路电源零线短接的影响以及可以短接的情况

A、假设两路电源同在一处，且共用一组低压配电盘，末端电源的转换开关应用四极开关。

如图所示，两电源的中性点只在低压电盘处一点接地，否则将会产生杂散电流而引起种种不良后果，所以此种情况零线是不能短接的。

B、假设两路电源不在一处，且不共用低压配电盘，全电气装置内中性线只在变电所低压配电盘内一点接地，发电机处中性线不接地。

当由任一电源供电时，中性线电流只由本回路的中性线返回电源，别无其他通路，或者当两个电源来自不处于同一建筑物内的两个变电站或配电箱、盘的。这样末端电源的转换开关采用三极开关也不会在备用电源中线产生杂散电流而引起不良影响，所以此种情况零线是可以短接的。

#参考资料

《机房与 UPS 选型技术手册》王其英编著

《建筑电气装置 600 问》王厚余编著

《低压配电设计解析》任元会编著