Vitenskapelig gjenkjenne nullspenningsproblemet med UPS strømforsyning i datamaskinrommet

- Apr 26, 2018-

introduksjon


I lang tid, i prosessen med å designe, bygge og bruke strøm i datasenteret til det innenlandske datarommet, har "nullspenning" blitt overveldet og ble til og med den viktigste indikatoren for kvaliteten på strømforsyningen til datarommet . Denne trenden har intensivert de siste årene. Det er utrolig at denne anti-vitenskapelige "nullspenningen" faktisk har blitt skrevet inn i visse nasjonale standarder. For eksempel krever en GB-klasses romspesifikasjon "null for UPS-system". Den effektive verdien av jordspenningen styres innenfor området mindre enn 2V, etc., etc. Mange produsenter og brukere er vant til å tildele forskjellige problemer som oppstår i datasystemet til nullspenning. For tiden kan innflytelsen fra den innenlandske industrien på den for høye "null dataspenningen" og "statistiske data" på IT-utstyr som mainframes, minicomputers, servere, disklagringsenheter, nettverksrutere og kommunikasjonsutstyr oppsummeres som følger:


1. Det kan føre til dødelig skade på mikroprosessorbrikken i mikroprosessoren i IT-utstyr.


2. Sannsynligheten for krasjer i IT-utstyr kan øke;


3, kan øke bitfeilraten for nettverksoverføring og senke nettverkshastigheten;


4, kan forårsake skade på lagringsenheten, datafeil og så videre.


5, noen kjente IT-leverandører fastsetter null spenning er større enn 1V ikke å starte opp og så videre.


Men når vi ser på de internasjonale IEC- og UL-strømforsyningsstandardene, er det ikke noe slikt term som null-spenning, og ingen artikkel om virkningen av nullspenning på IT-belastning er hentet fra IEEE-artikkelen. Det er interessant at forfatteren en gang fulgte europeiske og amerikanske makteksperter for å besøke noen datarombrukere i Kina. Noen brukere reiste spørsmålet om nullspenning. Dårlige eksperter som engasjert seg i tiår med strømforsyning og deltok i utarbeidelsen av UL-strømstandarder i USA, forsto det bare ikke. Etter gjentatte forklaringer forstod han i utgangspunktet betydningen av den såkalte "nullspenningen", men han var overrasket over å spørre ham: "I Kina er det noen avgjørende bevis på effekten av denne spenningen på IT-belastning?"


Selv om det ikke er et solidt vitenskapelig grunnlag for innflytelse av null-spenning på IT-belastninger (for det meste forvirrende jordpotensial med null jordspenning), må mange innenlandske brukere løse dette forferdelige og mystiske "null-spenning" -problemet. Men han nølte ikke med å investere mye penger. For eksempel kjøper et telekommunikasjons datalok dusinvis av transformatorskap på inngangen til hver etasje for å redusere jordspenningen. Dette resulterer ikke bare i mye sløsing med ressurser, men øker også driftskostnadene til utstyrsrommet betydelig, noe som gjør det mindre lønnsomt. IDC-virksomheten er enda verre, men reduserer også påliteligheten til strømforsyningssystemet.


Av denne grunn mener forfatteren at systemet systematisk diskuterer generasjonsmekanismen for nullspenning i utstyrsrommet, spesielt påvirkningen av IT-belastning, slik at design, konstruksjon og brukere av datasenterets strømforsyning i Datarommet har et vitenskapelig "nullspennings" -problem. Erkjennelsen er meget nødvendig.


For det andre, null spenningsgenereringsmekanisme


I 380 V vekselstrømsforsyningssystemet, på grunn av behovet for linjebeskyttelse, er midtpunktet til trefaset fire-ledersystem vanligvis direkte jordet gjennom jordingsenheten. Figur 1 viser et typisk arkitekturdiagram over det nåværende dataromens kraftfordelingssystem. Systemet er vanligvis utstyrt med en eller flere 10KV / 380V △ / Yo transformatorer. Midtpunktet på siden av Yo er direkte jordet gjennom jordingsnettet, som vist i figur 1. punkt.


Fra transformatoren til IT-belastningen, for å sikre sikker drift og vedlikeholdsstyring, er linjen i denne avstanden vanligvis delt inn i tre nivåer av distribusjonsbuss, det vil si UPS-inngangsdistribusjonsbussen eller strøminngangsbussen L1 (inkludert diesel generatorinngang etter bytte), UPS-utgangsforbindelse L2, gulvfordelingsbuss L3, gulvfordeling og deretter splittet til kolonnehodekabinettet (har også gulvkraftfordeling og kolonnehodekabinett i en), og deretter enfaset tilgang Rack PDU-strøm IT laster.


På denne måten er det en lang overføringsavstand fra det sekundære jordingspunktet G til transformatoren til det nøytrale inngangspunktet N for IT-belastningen. Etter at belastningen er satt i drift på grunn av asymmetrien av trefasespenningen og fasen til kraftnettet, vil alle nivåer asymmetrien av belastningen av hver fase av distribusjonsbussen og de ikke-lineære egenskapene til hver enkeltfase belastning, vil det være et stort antall trefas ubalansert strøm og 3N subharmonisk strøm som strømmer tilbake til transformatoren gjennom den nøytrale linjen. Ved punkt G, på grunn av eksistensen av linjepedans, genererer strømmen som strømmer gjennom den nøytrale linjen en spenningsforskjell med hensyn til referansepunktet G ved hvert punkt på nulllinjen, som er den såkalte "null jordspenning" . Null-jordspenningen er egentlig ikke noe annet med andre spenninger, bare spenningsfallet på nulllinjen.


Siden linjepedansene til kraftfordelingsbussene til transformatorjordingspunktet G er forskjellige på hvert nivå, er nulllinjestrømmen som strømmer i hvert trinn i nulllinjen også forskjellig, noe som danner forskjellige null-jordspenningspunkter, som vist i FIG. 1 . Datamaskinbrukere bryr seg imidlertid vanligvis om følgende nullspenningspunkter:


1, UPS inngang null spenning-U N1-G


2, UPS utgang null bakspenning -U N2-G


3, gulv distribusjon skap utgang null bakspenning-U N3-G


Imidlertid er null-jordspenningen-U NG ved kabinettenden av en IT-belastning som er den mest "dødelige" for IT-belastning, ofte overset.



For det tredje er null-spenningen ved inngangspunktet til IT-lastskapet den "verste" null-jordspenningen


Datarombrukere er vanligvis veldig opptatt av nullspentningsnivået på UPS-utgangsterminalen, og er også veldig opptatt av null-spenningsnivået på gulvnivå-strømfordelingsskapene, men de bryr seg aldri om null-grunnen spenningsnivå ved inngangen til IT-lastutstyret inne i skapet. Hvis null-spenning virkelig påvirker IT-belastningen, uansett hvilke tiltak du tar for å redusere jordspenningen ved utgangen av UPS eller gulvutgang distribusjonsskapet, så lenge null-spenningen UN-G2 ved inngangen til IT-lastenheten er ikke mindre enn 1 V, den "alvorlige skaden" eksisterer fortsatt. Nullbanespenningen ved inngangsendelen til IT-lastskapet er superposisjonen til alle UPS-inngangs nullledningspenningsfall, UPS-utgangsspenning for nullspenning, og gulvspenningsfallet i gulvspenningsfordelingen. Det kan sies at null-jordspenningen er den mest utpost "hardest hit-området".


1, UPS utgang null bakspenning -U N2-G


UPS-utgangen null-jordspenning er UPS-inngangs null-jordspenning pluss nulllinjespenningsøkningen generert av UPS, dvs. U N2-G = UNI-G + UN-UPS


For forskjellige UPSer, enten det er en moderne høyfrekvente maskin eller en gammeldags kraftfrekvensmaskin UPS som skal elimineres, er den indre nulllinjen og jordlinjen rett gjennom; så lenge utgangsfilteret er riktig utformet, genererer UPS sin egen utgang. UVS N av den nøytrale spenningsforsterkningen kan godt undertrykkes. På den annen side, hvis designen ikke er bra, vil begge UPS'ene ha en høyere null-jordspenningsforsterkning. Hvis Eaton IGBT utbedret 9395 UPS, er null-spenningsforsterkningen enda bedre enn den samme frekvensfrekvensfrekvensmaskinen.


2, UPS gulvutgang nullspenning på fordelingsskapet - U N3-G


Nullspenningen i gulvfordelingsutgangen er lik nullspenningen til UPS-utgangen pluss nulllinjespenningsforsterkningen mellom UPS-utgangen og gulvfordelingsskapet, dvs. U N3-G = UN2-G + UN3-N2 = UNI-G + FN-UPS + UN3-N2


Nivået på null-jordspenningsutgang fra gulvfordelingsskapet er ofte nullspenningen til bakken som brukeren av datamotorrommet bryr seg om. Når overføringsavstanden mellom UPS og gulvfordelingsskapet er lang, har null-spenningen ved UPS-utgangen vært mindre enn 1V, men null-spenningen på gulvforsyningsfordelingsutgang er fortsatt så høy som 3 ~ 5V. For å eliminere dette problemet, bruker mange overtroiske nullspenningsbrukere en △ / Yo-isolasjonstransformator i gulvfordelingsskapet og omformet midtpunktet til transformatorutgangen, d.v.s. danner et nytt bakkepunkt G2 og en ny nær 0V. Jordspenning.


3, IT belastning inngang null bakspenning


For så vidt angår dagens datasenter utstyrsrom, brukes enfaset strømfordeling vanligvis mellom gulvutgangseffektfordelingsskapene og lastkabinettene, slik at nøytralstrømmen i denne fordelingsdelen er lik rackbelastningsstrømmen I4. Den nøytrale spenningsgevinst som genereres mellom strøm og IT-belastning er UN-N3 = I4 * ZN-N3. Siden I4 er stor, og strømforsyningskretsen er fin, kan denne spenningen fortsatt være større enn 1V. For eksempel på et kabinett med en belastning på 3500 W, hvis strømfordelingen til kabinettet til gulvfordelingsskapet er 2,5 mm2 og kabellengden er 20 m (antas å være lengre kabinett), er nulllinjemotstanden 0,15 Ω, fullstrøms nøytral strøm på 16A, det resulterende nøytrale trykkfallet på 2,4V.


For systemet hvor isolasjonstransformatoren er installert i gulvfordelingsskapet, se figur 2. På dette tidspunktet er null-spenningen ved inngangen til IT-belastningen lik spenningsforskjellen mellom N-punktet på inngangsterminalen av IT-utstyret og det nye grunnpunktet G2, som også er lik nulllinjen. Det nøytrale trykkfallet er 2,4V.


Det kan sees at selv om transformatoren er konfigurert på gulvet og null-jordspenningen ved gulvets strømfordelingsutgang er lik 0V, når null-spenningen på den faktiske IT-belastningsinngangen fortsatt 2,4V, noe som er mye større enn 1V.



For et system uten isolasjonstransformator installert i gulvfordelingsskapet, er null-spenningen ved IT-belastningsinngangen lik den potensielle forskjellen mellom N-punktet for IT-utstyrets inngang og det originale jordingspunktet G. Ifølge figur 1 , beregnes den tilsvarende null-jordspenningen. følgende:


UN-G = UNI-G + UN-UPS + UN3-N2 + UN-N3 = UNI-G + UN-UPS + UN3-N2 + 2,4V


Nullspenningen ved den faktiske IT-belastningsinngangen på denne tiden er åpenbart mye høyere enn 2,4V.


Fjerde, null jording spenning på IT belastning


Fra den forrige analysen kan det ses at for den faktiske inngangen til IT-belastningen i datarommet, er null-spenningen svært vanskelig å eliminere som null som "spøkelse", med mindre en isolasjonstransformator legges til hver IT skap, som åpenbart er veldig absurde tiltak. Så er null bakspenning virkelig påvirket IT-belastningen?


For å forstå om null-jordspenningen påvirker IT-belastningen, er nøkkelspørsmålet om null-jordspenningen faktisk kan overføres til kjernekomponentene til IT, som CPU og minnebrikken. Faktisk er ved å analysere den interne strukturen til IT-belastningen ikke vanskelig å få, spenningsutgangen av UPS er bare for å gi strøm til strømmodulen inne i IT-belastningen, og utgangen fra denne strømmodulen gir strøm til kjernen komponenter i IT. På denne måten forenkler innvirkningen av null-spenningen på IT-belastningen problemet at spenningen ved null jord påvirker utgangen fra denne strømforsyningsmodulen.


Inngangseffektmodulen inne i dagens IT-belastning vedtar i utgangspunktet to systemer, nemlig ATX-standard og SSI-standard. Hovedkredsløpet av disse to typer strøm er vist som i figur 3.


Analysen av arbeidsprinsippet for denne strømforsyningen kan ses, enten det er ATX eller SSI-strømforsyning, UPS-utgang 220V AC i IT-belastningen inne, må være fire nivåer av transformasjon, og til slutt omformet til en stabil 12V, 5V, 3,3 V DC spenning, Leveres til IT-lasten intern CPU, minne, lagringsenheter, nettverks kommunikasjon chips og annen "true load" bruk. Denne fire-nivå transformasjonen er vist i figuren under. De er:


Det første nivået: broens likeretter, 220V AC til omtrent 200 ~ 300V DC;


Andre fase: høyfrekvente omformeren, konvertere likestrøm til tiere til hundrevis av KHZ stabiliserte høyfrekvente vekselstrøm;


Tredje nivå: høyfrekvent isolasjonstransformator, som går ned og isolerer høyfrekvent vekselstrøm;


Nivå 4: Høyfrekvente likeretter, som konverterer stabil høyfrekvent vekselstrøm til en stabil DC 12V (eller 5V, 3,3V) utgang.




1, null bakspenning i IT-kraftoverføringsruten


Fra ovenstående figur kan vi se at med 220V vekselstrøm med en spenning på null volt og bakken, etter at du har kommet inn i strømforsyningen til IT-belastningen, fra første til andre fase, kan vi kanskje også "spore" eksistensen av dette spenningsspor, men etter tredje fase senere, på grunn av isolasjonen av transformatoren, er denne common-mode spenningen helt eliminert på sekundærsiden av transformatoren. Etter at kretsen har ingen nulllinje, er det bare de positive og negative polene i DC, så det er ikke lenger en såkalt null bakspenning og generert forstyrrelse. I tillegg har både ATX- og SSI-strømforsyningene konjugerte reaktorer og Y kondensatorer ved inngangen. Denne komponenten kan i utgangspunktet blokkere common-mode null-jordspenning utover det første nivået av IT-effekt.


Det kan sees at når null-jordspenningen går inn i IT-belastningen, undertrykker kommunikatoren kommutasjonsreaktoren og slutter på forsiden av den interne transformatoren. Dette kommer ikke til den virkelige IT-interne CPU, RAM, EPROM, harddisk, etc. Derfor, uansett hvor høy null-spenningen er, vil det ikke ha noen effekt på datasystemet i det hele tatt.


Det er nødvendig å påpeke at 12V DC-spenningsutgangen ved IT-belastningsforsyningen er oppnådd ved høyfrekvent transformasjon av den tredje trinns høyfrekvente omformeren, og konverteringsfrekvensen er vanligvis så høy som 50KHz ~ 150KHz, som er mye høyere enn frekvensen av høyfrekvente UPS. , så høyfrekvent konvertering er den grunnleggende IT-kraften i seg, er IT-belastning ikke redd for "høy frekvens".


2, "nullspenning" og "jordspenning"


"Null jordspenning" har vært allment kjent, og begrepet "jordspenning" virker litt morsomt. Men hvis vi bare kan analysere ruten for forplantning av fase og nøytrale linjer innenfor IT-belastningen, kommer vi til et svært overraskende resultat. Siden transformasjonsstrukturen til ATX og SSI er nesten det samme, bruker vi SSI standard strømforsyning som et eksempel.


UPS med null jordspenningsutganger AC 220V spenning i IT-belastningspenningen. Etter den positive halvdelen av inngangseffekten, er faselinjen L koblet til den positive bussen av den tredje trinns høyfrekvente omformer etter den andre trinns utbedring. Den nøytrale linjen N er koblet til den negative bussen, som vist i figur 4 (a). I den negative halv-syklusen av inngangsspenningen er motsatt sant. Den nøytrale linjen N er koblet til den positive bussen og faselinjen L er koblet til den negative bussen. Se figur 4 (b).


Det kan sees at etter den andre fasen av IT-belastningen har faselinjen og nulllinjen nøyaktig de samme funksjonene og strømningslinjene. Således, hvis "nullspenningen" er høy, noe som vil påvirke den normale driften av IT-belastningen, er det utvilsomt høy "jordspenning" vil også ha en dødelig effekt på IT-belastningen. Nullbanespenningen kan gjøres mindre enn 1 V eller til og med lik 0V ved hjelp av tekniske midler. Men hvis vi la fase-til-jord spenningen bli styrt til å være mindre enn 1V, vil inngangen til IT-belastningen være død og datarommet vil bli direkte skadet. . Derfor kan det også ses fra denne moteksempel at det er et latterlig konsept å understreke at nullspenningen er mindre enn 1V!


Analysere AC-inngangsdelen av denne kretsen gir også et mer interessant resultat. På grunn av den komplette symmetrien til inngangskretsen, hvis vi la "nullspenningen" være lik AC 220V og "fasespenningen" tilsvarer 0V, vil denne utgangen av en IT-strømforsyning virke normalt uten påvirkning. Derfor skal den trykte nullspenningen i IT-belastningen teoretisk sett være AC 220V. Problemet er at hvis fasespenningen også er lik 220V, er fasens nullspenning av den inngåtte IT-belastningen lik 0V eller 440V, og IT-belastningen vises. En strømbrudd eller høyspenningsulykke! Hvis vi kan designe en "spesiell UPS" med null jordspenning, fasespenning og "fase null spenning" lik 220V for å levere strøm til IT-belastningen, vil IT-belastningen ikke bli påvirket.



3, null jording spenning på serveren og andre IT utstyr og kommunikasjonsutstyr test


Tekniske eksperter fra China Telecoms elektromagnetiske beskyttelsesstøttesenter og Huawei Technologies Co., Ltd. gjennomførte null-jord spenning scrambling tester på IT-utstyr som servere og DTU datakommunikasjonsutstyr, og gjennomført 121 grid utstyr på mer enn 120 datamaskiner av China Telecom. Sampling undersøkelse og forskning, konklusjonene er som følger: (se Referanser 1)


(1) Fra scrambling test resultater for rack servere og blad servere, nullspenningen under 22V har ingen effekt på disse to serverne.


(2) Nullspenningsforskjell under 10V har ingen effekt på DTU-datakommunikasjonsutstyr. I tilfelle av et desentralisert kommunikasjonssystem har imidlertid nullpotensialforskjellen en effekt på datakommunikasjon fordi nullpotensialforskjellen forårsaker en forskjell i jordpotensial mellom enhetens porter på datakommunikasjonslinjen. (Forfatterens notat: Ifølge forfatterens analyse av kretsdiagrammet gitt i hele testrapporten og rapportering, for å være presis, bør det være ved bruk av RS232 og koaksialkabelkommunikasjon på grunn av forskjellen i bakken potensialet fører til virkningen av datakommunikasjon Jordpotensialet her er praktisk talt uavhengig av nullspenning av inngangsspenningen, og de er to helt forskjellige konsepter. Med andre ord, hvis jordpotensialet til de to kommunikasjonsenhetene varierer sterkt, selv om inngangen til de to kommunikasjonsenhetene er null, en jordspenning lik 0 vil også ha en effekt på kommunikasjon. Videre, hvis fiberoptisk kommunikasjon brukes, vil det ikke ha noen effekt.)


(3) Ved undersøkelse av 122 on-net kommunikasjonsutstyrsrom, under forutsetning av at normal drift av utstyret er sikret, fordeles nullpotensialforskjellen på utstyret under 10V. Det anbefales at nullpunktsforskjellen for datakommunikasjonsutstyret er under 10V.


Sjette, konklusjonen


Fra typen UPS, uansett om det er en moderne høyfrekvente maskin eller en UPS-maskin med strømfrekvens, som helt vil bli eliminert, er nulllinjen og jordlinjen direkte koblet fra inngangsenden til utgangssiden i interiør, og mekanismen for dens generering og eliminering er nøyaktig det samme. Kan gjøre det mindre enn 1V, nøkkelen er om produsenten er villig til å investere i å gjøre det.


Hvis brukeren er bekymret for nullspenningsproblemet, bør det være bekymret for null-spenningsnivået for IT-belastningen. Det er grunnårsaken til det "5 fatale problemet" som er mest sannsynlig å oppstå i introduksjonen. Uansett hvilke tiltak som er truffet for å redusere null-jordspenningen ved UPS-utgangen eller ved gulvfordelingsutgangen, kan denne spenningen ikke fundamentalt reduseres til mindre enn 1 V. Enhver praksis som bare garanterer UPS-utgangen eller isolasjonstransformatoren ved gulvfordelingsenden for å oppnå null-jordspenning på mindre enn 1 V, er ikke noe annet enn selvbedrag.


Gjennom analysen av IT-belastningens fire kraftomformerstrinn, spesielt frekvensomformeren i høyfrekvensomformeren, kan det ses at null-spenningen ikke har noen effekt på utgangen av IT-strømforsyningen, og det kan ikke bli konstruert på datakomponentene i IT-belastningen. Den minste innvirkning. I tillegg er IT-belastningskraften selv en utmerket "høyfrekvent maskin" strømforsyning.


Ved å sammenligne teknologien med "nullspenning" og "jordspenning" kan det ses at null-spenningen er den samme som jordspenningen, og spenningen på 220V har ingen effekt på IT-belastningen. Men basert på China Telecom testdata er det svært konservativt å anta at null-jordspenningen under 20V ikke vil påvirke moderne IT-belastninger (men det er nødvendig å være oppmerksom på om fase-til-jord spenningen ved denne gangen er normal).


Derfor anbefaler den siste spissen av papiret at datarombrukerne vitenskapelig skal se null-jordspenningen og dens størrelse og gå utover den tekniske feilen med null-jordspenning for å unngå unødvendig avfall og stor skade på påliteligheten til hele rommet kraftsystem.


referanser:


1. "Analysen av påvirkning av nullspenning på datakommunikasjonsutstyr", Xie Qi Yu Pingfang Zheng Xiao


Vitenskapelig forstår nøytral-jordspenningen i datasenterets datasystem


Eaton Power Quality (Shanghai) Co Ltd Wang Wei


Sammendrag: Dette papiret analyserer formasjonsmekanismen for nullspenningen i datalokalets strømforsyningsrom, diskuterer uunngåelighet av nullspenningsgenerering og mulig innvirkning på IT-belastningen. Det anbefales at datarombrukeren korrekt ser nullspenningsproblemet og går ut av nullspenningen. Den tekniske misforståelsen unngår unødvendig sløsing med ressurser.