前言
零地电压是数据机房中一个颇有争议的问题。 机房设备技术人员称零地电压高时服务器容易死机、通讯设备运行缓慢、通讯速度下降。而电源设备商认为，只要零地电压在10V以下即可，该观点基于电路逻辑上推理，零地电压对负载不存在影响路径。
下文以个人观点分析零地电压的产生过程以及对机房设备的危害，并提出个人观点。便于大家互相讨论学习，正确地看待零地电压问题，走出零地电压的技术误区。
一、 数据中心零地电压产生原理
零线电流：当负载投入运行后，一定有大量的零线电流沿零线流回到各级母线，并在母线的零排处叠加，叠加后未被抵消的部分将流回到接地点。
零线中工作电流的大小则取决于下列运行条件：
1. 电网三相电压幅值或相位的对称度，产生三相不平衡电流。
2. 三相负载电流的大小或阻抗性质不对称，产生三相不平衡电流。
3. 三相负载中是否有3n次谐波的存在等。
零线阻抗：线阻的大小取决于零线的线路长度与线径。
零地电压：由于零线阻抗的存在，在各级母线的零排之间就形成了电压降。这样以地电位为参考点，零线上的各个点就形成了对地的电压降，这就是所谓的“零地电压”。
二、零地电压是否会对IT设备造成伤害
IT设备内开关电源是通过DC/DC变换向IT设备供电的，DC/DC变换电路中配置有高频隔离变压器，此变压器将交流输入电路与为IT设备供电的低压直流电路完全隔离开来。从传播途径看，根本不会影响到IT内部的CPU、RAM、EPROM、硬盘等元器件，所以零地电压根本不可能对数据IT系统造成任何影响。
三、IT设备厂商对供电系统零地电压的要求
IBM公司IT设备调试前，测量零地电压大于1V，拒绝上电开机。
机房的技术人员误以为零地电压高时会影响IT设备正常运行。
为什么IT设备厂商要对供电系统零地电压提出要求。
三相供电系统对单相负载供电时，三相系统的零线是绝对不允许断开的。当零线漏接、虚接或四线转换开关转换的瞬间，出现火线接通而零线断开的状态时，都会瞬间影响甚至损坏IT设备。此过程如下图。
每个IT设备的输入都是22 0V，而两相输入之间的电压差是380V。
如果由零线瞬间断开，结果如下：
负载1和负载2相等，分别加载电压380V/2=190V；
负载1和负载2不相等，380V按阻抗比分配电压；
负载1和2极端不平衡，380V几乎加在一路负载上，开关电源整流滤波后的直流母线电压由310V升高至接近540V，此路会严重过压。
为避免此种事故的发生，IT设备厂家就在装机程序上做出明确的规定。检查零线是否接好的办法是：用电表测量电源的零线与地线之间的电压。
小结：
IT设备厂家对零地电压的测量是在IT设备开机之前，此时负载是断开的，负载电流为零(绝对不存在产生零地电压的负载不平衡和负载3n次谐波电流问题)；
零地电压≤1V是衡量零线是否接好的标志，而非是是否影响IT负载正常运行的限值；
负载开机运行后，由于单相设备输入电流(包括基波电流和谐波电流)全部在零线中流动，在IT负载的输入端，零地电压普遍都大于1V。零地电压的大小取决于负载量的大小、传输线线径和传输线长度；
在系统正常运行状态下的实际测量值是5～20V不等。
四、引起IT设备不正工作的因数分析
行业中所谓的“零地电压”过高对IT设备（如主机、小型机、服务器、磁盘存储设备、网络路由器、通信设备等）造成的影响分类，如下：
可能导致IT设备中的微处理器CPU芯片出现“莫名其妙”地损坏；
可能导致IT设备出现死机事故的概率增大；
可能导致网络传输误码率的增大，网速减慢；
可能导致存储设备损坏、数据出错等。
这些“可能”现象在IT设备运行中是经常出现的，但是，笼统地归结为是零地电压高造成的，不仅缺少证据，而且理论上也是说不通的。
上述问题共有特征是偶然性和随机性，而发生故障的相关设备一般又检查不出硬件问题。这些类型的故障和它们所具备的特征说明，如果是供电系统造成的，那么引发故障的最大可能性是地线问题。具体的说，是系统中各接地点的等电位问题。
各种地线(电源地、保护地、逻辑地、屏蔽地等)和不同的接地点在常态下应该是等电位的，这是计算机接地系统最基本的要求。
造成接地点电位差的主要原因分析
1. 地线中有周期性的零线电流
数据中心建设标准规定要用TN-S系统，零地线只在系统接地极处接在一起，零地同电位，然后零线和地线分别传输，这样可保证地线中绝对没有系统工作电流。只有当系统中出现电噪声和瞬时电压波动时，才会有通过滤波器产生的瞬态电流在地线中流动。所以在常态情况下，系统的各个接线点的地电位是相等的。
但是，在一个复杂的系统中，某些供电设备在安装时可能将设备零、地线与系统零、地线混接，造成零线在该点再次接到地线上，这就是所谓的二次接地。
有些用户发现零地电压高时，在没有配置隔离变压器的情况下，就简单地在IT设备配电机架中做零线二次接地。
零线二次接地会造成地线电位浮动，如下图所示。
从上图可以看出，零线二次接地后，就变成零线和地线在接地极与二次接地点之间并联，零线中的工作电流(包括单相基波电流、三相不平衡基波电流和谐波电流)按两者的阻抗比分流到地线中，接地点的地电位(特别是IT设备需要的逻辑地)不再是由接地极决定的地电位，而是按零线电流波形周期性的浮动，也就是说地电位变得“很脏”。
2、互联设备系统地线中存在地线噪声
现实中计算机常常连接有网络电缆、打印机数据线和调制解调器电话线等设备。交流电源不能排除从这些数据线上引入的干扰。这些干扰造成的问题就是系统间地线噪声，而一般的交流电源系统滤波装置解决不了地线噪声。
通过数据线互联的设备，安全接地会有一些麻烦。为了使数据线有公共参考电压，任何一个互联的部件都有两条线：一是连接设备的数据线，二是设备的安全接地线。这种情形称作“地线环”，下面将说明“地线环”将使互联设备的公共参考电压产生压差，会对硬件造成损坏。这些地线电压差异被称为“系统间地线噪声”。
系统间地线噪声产生的原因有以下几个方面：
1. 地线注入噪声
所有IT设备的开关电源滤波器都把滤掉的共模噪声泄入到地线中。电压叠加到地线上，积少成多。
1、地线故障
设备漏电，漏电电流流入安全接地线，地线中就会产生瞬时地线电压。瞬间电压最低几伏，最大可能达到额定电压(交流220V)50%以上，视地线质量而定。
2、地线电流
如果CPU 和工作站由某个或某几个不同建筑的不同配电盘供电的话，那么很多因素都会导致互联设备的地线电压不一致。有的配电盘可能和别的物体构成了地线回路(如建筑的金属构件)，而该回路与数据地线回路各自独立。在这种情况下，可能会使配电盘之间产生危险的地线压降，如闪电会使外部地线回路产生电流，进而使系统内部地线回路也产生电流。其它情况还包括建筑接地不良、非互联设备的断路器跳闸电流，以及附近的电气修理操作等。
3、闪电引起的电压
这是引起破坏性地线噪声常见的形式。这种情况下地线环相当于一个天线，它会接收到附近闪电引起的巨大电磁脉冲，从而在地线环中产生巨大的循环电流。
地线电位差会使互联设备工作不稳定
二次接地造成的地线中存在零线电流，互联设备系统间存在的地线噪声，都是使各互联设备的参考电压不一致。距离越远，电压差越大，在某些情况下数据的传输会受到影响。当该差值超过数据信号安全电压值时，就可能导致损坏计算机输入/输出口(I/O)和CPU主板。如果此差值超过数据线安全电压，还会使数据电缆线发热。
上图是互联系统之间产生系统间地线电位差的示意图。该电位差可能是因二次接地使地线中有周期性的零线电流引起的，也可能是地线噪声引起的(图中标示出变化的地线噪声电压)，地电位差必然引起两个互联设备数据线中的地线电流。
总结：
1. 在三相五线制的供电系统(系统为TN-S)中，特别是大部分是单相供电负载的情况下，由于零线中存在工作电流，所以产生零线与地线之间的电压差是正常的。
2. 零地电压差不会直接影响IT设备正常运行。
3. 在三相电源为单相负载供电时，三相系统的零线是绝对不能断开的。
4. 在空载的情况下，可以用测量零地电压差的方法判定三相系统的零线是否接好，当零地电压≤1V时，可以认为零线正常，IT负载可以开机运行。
5. 地线系统存在电位差才是影响IT设备正常运行的真正原因。
数据中心机房在投运后，随着负荷的增加零地电压也会随之产生。关于预防措施及提高供电质量、PUE能效比等相关问题，欢迎大家一起讨论学习，共同进步。
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