一、引言
在數據中心的供配電系統中，零地電壓是一個不容忽視的重要參數。它不僅關系到設備的穩定運行，還直接影響到數據中心的可靠性和安全性。
二、零地電壓的定義與形成原因
零地電壓，簡單來說，就是零線與地線（N線與PE線）之間的電位差。其形成的主要原因包括：
1、三相負載不平衡
在數據中心供配電系統中，由于各類設備的用電需求不同，更多的是由于數據中心中單相設備較多，三相負載分配不均，當三相電流不對稱時，零（N）線上會有電流通過，從而產生電壓降，形成零地電壓。
例如：
1) 某一相連接的設備數量較多或功率較大，而其他相連接的設備較少或功率較小。
2) 新增或移除設備時未合理規劃其接入的相序，造成三相負載的動態變化不均衡。
2、諧波的影響
數據中心機房中的大量非線性負載，會產生諧波電流。這些諧波電流在零線上疊加，導致零（N）線電流增大，進而產生零地電壓。
例如：
1) UPS（不間斷電源）、變頻空調、開關電源等非線性負載會產生諧波電流。這些諧波電流在零線上疊加，導致零線電流增大，從而產生零地電壓。
2)高頻開關電源產生的高次諧波會使零線上的電流變得復雜且數值增大。
3、接地系統問題
如果接地電阻過大、接地線接觸不良或者接地系統設計不合理，都會導致地線電位不穩定，從而產生零地電壓。
例如：
1)接地電阻過大，使得地線不能有效地將電流導入大地，導致地線電位升高，產生零地電壓。
2)接地線連接不牢固、接觸不良或存在銹蝕等情況，增加了接地回路的阻抗。
4、零線阻抗過大
在數據中心的配電系統中，設備的零線（N）和地線（PE）截面積設計不合理，會產生或增大零地電壓。
例如：
1) 零線的線徑選擇過小，導致其電阻較大，在有電流通過時產生較大的電壓降，形成零地電壓。
2)零線過長或布線不合理，增加了線路的阻抗。
5、電磁干擾
數據中心內的電磁干擾可能會導致電路中的電流和電壓發生波動。在零線上，如果電磁干擾引起了額外的電流波動，就可能會導致零線上出現電壓降，從而產生零地電壓。
例如：
強電線路與弱電線路之間的電磁耦合可能會引發這種情況。在布線時，如果強電的電力電纜與弱電的通信線纜沒有進行有效的隔離和屏蔽，強電線路產生的電磁場可能會耦合到弱電線路中。弱電線路中的感應電流通過零線回流時，就可能導致零地電壓的出現。這種情況下，為了減少電磁耦合的影響，通常會采取諸如增加線路間距、使用屏蔽線纜、合理布線等措施。
6、變壓器中性點漂移
在三相電路中，變壓器中性點漂移是指中性點的電位發生變化，不再保持為零。變壓器的中性點接地不良或發生漂移，會導致零地電壓的出現。
例如：
在TN-S系統中，前端N線出現接觸不良或斷線情況，當三相負載不平衡時，中性點電位會發生漂移，導致各相電壓不平衡。在極端情況下，如果只有一相有負載，斷點后的中性點電壓可能會升高到相電壓，從而使其他相電壓降低。這種情況，不僅會引起較高的零地電壓，還會導致設備損壞和觸電事故。
三、零地電壓對數據中心的影響
零地電壓對數據中心的影響十分顯著，主要體現在以下幾個關鍵方面：
1、設備故障
零地電壓過高可能導致服務器、存儲設備等關鍵設備主板上的芯片、電容等電子元件損壞，影響設備的正常運行，增加設備的故障率。
例如，某數據中心由于零地電壓過高，造成了一批服務器主板的燒毀，導致業務中斷。
2、數據錯誤
影響數據的準確性和完整性，造成數據丟失或錯誤。
例如，在大規模數據備份或遷移過程中，零地電壓波動可能導致部分數據無法完整傳輸。
3.、系統穩定性下降
過高的零地電壓可能導致服務器、網絡設備等頻繁死機或自動重啟，嚴重影響業務的連續性。
過高的零地電壓可能使設備運行效率降低，處理數據的速度變慢，影響整個數據中心的服務質量。
4、降低電源效率
增加了供配電系統的能量損耗，降低了電源的使用效率，增加了數據中心的運營成本。
以UPS系統為例，零地電壓過高會使其工作效率下降，增加能耗。
5、安全風險
過高的零地電壓可能導致設備外殼帶電，增加運維人員發生電擊事故的風險。
過高的零地電壓可能引發電氣短路，增加火災發生的可能性，對數據中心的物理設施和數據資產造成巨大威脅。
四、數據中心對零地電壓的要求
在數據中心行業內，很多專家、學者、電源和服務器供應商、現場運維人員等關于數據中心對零地電壓的要求（看法）眾說紛紜，是數據中心機房內一個頗有爭議的問題。
一方面，有觀點認為零地電壓對機房設備的正常運行影響重大，需要將其控制在2V甚至1V以下。這種觀點通常基于案例分析，認為當零地電壓較高時，服務器容易死機、通訊設備運行緩慢，而降低零地電壓后，這些現象會得到改善。另一方面，也有電源設備供應商和專家認為零地電壓對機房設備沒有直接影響，只要保證零地電壓在10V以下即可。他們通過電路邏輯推理，認為零地電壓對負載不存在影響路徑。但普遍的共識是應當將其控制在較低的水平。
在數據中心設計規范（GB 50174-2008）中，要求機房的零地電壓應控制在2V以內。但在GB 50174-2017規范中，刪除了零地電壓應小于2V的技術要求，并沒有對零地電壓數值參數進行設限，只是在條文說明里提出了意見。
【8·1·10 中性線與PE線之間的電位差稱為“零地電壓”，當“零地電壓”高于電子信息設備的允許值時，將引起硬件故障、燒毀設備；引發控制信號的誤動作；影響通信質量，延誤或阻止通信的正常進行。因此，當"零地電壓”不滿足負載的使用要求時(一般“零地電壓”應小于2V)，應采取措施，降低“零地電壓”。對于TN系統，在UPS的輸出端配備隔離變壓器是降低“零地電壓”的有效方法選擇隔離變壓器的保護開關時，應考慮隔離變壓器投人時的勵磁涌流。】
GB 50174-2008
【8.1.10 中性線與PE線之間的電位差稱為“零地電壓”，當"“零地電壓”不滿足某些電子信息設備使用要求時，應采取措施，降低“零地電壓”。對于TN-S系統，在UPS的輸出端配備隔離變壓器是降低“零地電壓”的有效方法。選擇隔離變壓器的保護開關時，應考慮隔離變壓器投入時的勵磁涌流。】
GB 50174-2017
曾經IBM公司的服務器設備要求機房的零地電壓應小于2V，后經澄清，該措施用于檢查N線是否接好。
后來中國電信和華為一起聯合做了《零地電壓對數據通信設備影響的分析》試驗。在試驗中，模擬產生可調的零地電壓差，分別對機架式服務器、刀片服務器、DTU等設備進行測試。
通過試驗，在機架式服務器和刀片服務器的測試中，零地電壓在22V以下時，對兩種服務器無影響。在DTU的測試中，10V以下的零地電壓差對DTU數據通信設備無影響，但在通信系統分散的情況下，零地電壓差會對數據通信產生影響（其原因是零地電位差會在數據通信線路的設備端口之間造成地電位差）。最后，報告的結論是：建議數據通信設備的零地電位差應在10V以下。
