1   TN-S中线系统

TN-S又称五线系统,中线和保护导体分为N+PE,仅电力系统一点接地,用电设备的外露金属部分接到PE线上,如图1所示。其优点是PE线在正常工作时无电流,设备外露金属部分不呈现对地电压,在事故时易切断电源。此外,由于PE线上无电流,有较强的电磁适应性,适用于数据处理、精密检测装置等供电系统。电子信息系统机房的供电系统必须采用TN-S系统。

                                                 图1  TN-S中线系统

TN-S 供电系统的特点如下:

(1)系统正常运行时,专用保护线上没有电流,只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压,所以电气设备金属外壳的接零保护是接在专用的保护线PE上,安全可靠。

(2)专用保护线PE不许断线,也不许接入漏电开关。

(3)干线上使用漏电保护器,工作零线不得有重复接地,而PE线有重复接地,但是不经过漏电保护器,所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。

(4)TN-S方式供电系统安全可靠,适用于工业与民用建筑等低压供电系统。

2   UPS的中线拓扑结构

根据中线形式的不同，UPS可分为三类。

(1)工频UPS,即带有逆变器输出隔离变压器的UPS。其中线系统如图2所示。UPS的整流器输入为三相电源,无需中线,旁路输入为“三相电源+中线”。由图可知,标准配置的工频UPS虽然带有逆变器输出隔离变压器,但由于逆变器输出隔离变压器的中线、旁路输入的中线与UPS的输出中线连接在一起,所以并不能形成隔离的电源系统。

                                     图2  工频UPS的中线系统

(2)高频UPS,即没有逆变器输出隔离变压器的UPS。其中线系统如图3所示。UPS的整流器输入和旁路输入均为“三相电源+中线”。两路输入电源的中线上安装有切换装置,随两路电源的相线一起工作。但无论哪一路电源工作,其中线均最终与UPS的输出中线连接在一起。因此,标准配置的高频UPS也不能形成隔离的电源系统。

                                          图3  高频UPS的中线系统

(3)双原边输出变压器UPS的中线系统。这是一种特别设计的工频UPS,其中线系统如图4所示。UPS的整流器输入和旁路输入均为三相电源,无需中线。双原边输出隔离变压器将两路输入电源与UPS的输出电源完全隔离。变压器的副边产生一个与输入完全隔离的中线系统。因此,双原边输出变压器UPS构成的是一个隔离的电源系统。

                                           图4  双原边UPS的中线系统

3   TN-S中线系统中UPS的接地

TN-S系统中有关中线接地的规定是:系统的中线除在电力系统一点接地外,不得重复接地。但隔离的电源系统除外。

如图5、图6所示,标准配置的工频或高频UPS其输入中线与输出中线连接在一起,均不能形成隔离电源系统,故依据TN-S系统的相关规定,UPS的输出中线不应接地。

                                  图5  标准配置的工频UPS中线系统连接方式

                                   图6  标准配置的高频UPS中线系统连接方式

而图7所示的配置是双原边输出变压器的UPS,电力系统的中线与UPS输出中线完全隔离。UPS的输出中线必须接地(PE),以形成独立的TN-S供电系统。

                             图7  双原边输出变压器UPS的中线系统连接方式

图8是增加了旁路隔离变压器的工频UPS,UPS和旁路隔离变压器共同构建了新的中线系统,与原电力系统的中线完全隔离。中线在旁路隔离变压器接地。对于UPS来说,旁路隔离变压器为TN-S电源,故UPS输出端中线不应再次接地。

                                        图8  工频UPS+旁路隔离变压器

这种隔离方式的优点在于,旁路隔离变压器在UPS正常运行时不工作,因此不会增加UPS系统的损耗。

图9为增加输出隔离变压器的工频UPS。UPS本身没有构成隔离系统，故UPS输出端中线不应接地。通过输出隔离变压器的中线接地，形成新的独立电源系统。这种隔离系统的优点是，输出隔离变压器的安装地点可以尽可能接近负载，对零地电压的降低有很好的作用。其缺点是输出隔离变压器始终处于工作状态，给UPS系统带来一定的损耗。

                                       图9  工频UPS+输出隔离变压器

图10为增加输出隔离变压器的高频UPS,原理与图9相同。UPS输出中线不应接地(G),输出隔离变压器的中线必须接地。

                                   图10  高频UPS+输出隔离变压器

图11为增加输入隔离变压器的高频UPS。输入隔离变压器的中线接地后形成了与电力系统隔离的、新的TN-S系统。UPS作为输入隔离变压器的用电设备,且没有构成隔离系统,因此,UPS输出端中线不应接地。

                                         图11  高频UPS+输入隔离变压器

4   结束语

通过以上分析可以得出以下结论:

(1)如果UPS本身可以构成隔离电源系统，如配置有双原边输出隔离变压器的UPS，则UPS输出端中线必须接地。

(2)如果UPS系统经过隔离变压器构成的隔离电源系统,则应将隔离变压器的中线接地,UPS输出端的中线不应接地。■