高压直流供电几个值得注意的问题
中国电信集团公司电源维护技术支撑中心 孙文波 侯福平
摘要：本文针对目前行业内的高压直流供电的热点，结合行业标准《通信用240V 直流供电系统技术要求》，分析了采用高压直流供电系统应注意的几个问题。
关键词：240V 高压直流 服务器 供电方式
1 引言
近年来，社会各行业信息化建设得到了迅猛的发展。有资料显示，在未来的数年，数据业务还将处于一个高速的发展过程。目前数据设备的供电普遍采用交流UPS 系统，而交流UPS 供电一直是通信电源维护的难点，如何提高通信网络中IT 数据设备供电可靠一直是业界努力的方向。
针对交流供电的缺点，业界提出了直流供电的探讨。从最初直流供电的可行性研究，到高压直流供电的提出，再到直流电压（240V）的确定，最终到通信行业《通信用240V 直流供电系统技术要求》（以下简称《技术要求》）标准的制定，笔者有幸参与其中。对于高压直流供电的必要性、可行性，我们已经有非常多的专家、管理和技术人员进行了论述，大家也对此有了很深的认识，本文就不再进行说明。这里主要就高压直流供电系统设计和使用时应注意的几个问题和大家一起探讨，以便240V 直流供电系统更好的在通信网络中推广及应用。
2 接地问题
在传统的－48v直流供电系统中，采用的是正极接地系统。资料表明，采用这种接地方式有其历史原因及需要：最早的通讯网是电话网，话机是由电信局供电的，早期需要通过大地作为回流，因此采取了一极接地的方式，为避免接地后接地极金属被腐蚀，采用了正极接地的方式。因为端局到用户距离也比较长，采取一极接地，还可以减少电路间的耦合，降低干扰的影响，保证通话质量等。
在－48v系统电池维护时，因为电压比较低，维护人员触摸蓄电池或负极时，电压很难击穿人体电阻形成电流，因此并不会发生触电事故，所以接地的好处很多。但是对于现在高压直流，如果将一极接地，由于电压比较高，人触及到未接地的一极时，触电电流通过大地形成回路，将发生电击事故。尤其是电池维护，
维护人员是很容易触摸到电池端子的，如图1，系统正极接地，当人体触摸到某个电池端后，就可能存在高压，击穿人体电阻，通过大地回路形成电流，发生触
电事故。
图1 系统接地后，人触电示意图
如果系统不接地，两根导线对地悬浮，人体触摸其中一个导线或者电池某个端子时，虽然可能会存在一定的容性电流，但该电流很小，不足以对人体造成伤害，更重要的是，电流不能通过大地形成回路，可以避免在人体产生持续电流进而触电。因此，未来的通信用高压直流供电系统应采用对地悬浮即不接地系统，同时，也要求整流模块的输入与输出应进行隔离。
3 绝缘监察装置
240V 直流供电系统是对地悬浮系统，当某相供电线路出现绝缘降低或接地故障后，接地电流会非常小甚至没有，如图2。由于没有短路电流流过，断路器不会断开，系统仍能继续运行。虽然发生一极接地并不引起严重危害，但由于系统不能及时发现该故障，如果在此种情况下长期运行，就有可能造成大的事故。因为此时若再发生另一极接地，就将造成直流短路。更严重的是，如果在一极发生绝缘度降低或接地后，有人在维护的时候触摸了另一极或者电池端子，那将造成电击事故，有可能造成人身伤亡，该情况与图1
类似。
图2 系统一极发生绝缘度降低或接地后正常运行
因此，为了及时发现这种接地故障，有必要对系统安装绝缘监察装置。其作用是监视直流系统对地绝缘状况。目前市面上广泛使用的绝缘监察装置既能在系统的绝缘电阻低于规定值时自动地发出灯光和音响信号，并且可以利用它分辨出是哪一极的绝缘电阻降低，还可通过换算确定出正、负极的绝缘电阻值。所以，系统安装了该绝缘监察装置后，便于运行维护人员对供电回路的绝缘故障进行判断、查找和处理。
4 系统容量
现在的UPS 系统设计，容量有越来越大的趋势，目前单机容量400kVA，采用2+1并机的系统也屡见不鲜了。但是，对于240V 高压直流系统，由于制造技术及供电体制还处在摸索阶段，无论是模块制造技术还是系统结构，或者是维护方式，都没有经验可循，因此现阶段设计不宜将系统做得太大。在-48V系统中，一般常见的大系统容量是3000A，这对于240V 的系统来说，容量相当于600A，因此，设计时可以参照此容量进行设计。这样还有一个好处就是避免初级配电开关过大。同时，由于不需考虑无功分量，按每台服务器0.5A 算，可以给约1000台服务器供电，基本上也能达到一定的规模。当该供电体制成熟推广以后，再考虑逐步扩大系统容量。
5 断路器的使用
5.1 应采用直流型断路器
一般认为，直流和交流电路相比，直流电流不存在过零点，其在熄弧时必须强制直流燃弧电流等于零，或使电流接近于零（﹤10A），才能使电弧熄灭，因此在直流电路上使用的断路器的性能要求要比在交流上使用高。所以对于240V 的高压直流系统，配电设计及使用时不能直接将交流型断路器用在直流电路上，而是要选用专门针对直流设计的直流型断路器。在-48V系统中，经常存在使用交流型开关的情况，由于48V 电压比较低，灭弧相对容易，所以使用普通的交流型开关没有太大问题。但是对于240V 的直流，其电压比较高，灭弧会困难很多，因此决不能使用普通的交流型开关。
5.2 应采用双极开关
在-48V系统中，因为正极是接地的，始终保持地电位，同时由于电压比较低，因此，只在负极安装熔丝或断路器来进行保护。但是，对于现在的240V 直流系统，由于输出正负极均未接地，因此两极都应安装开关。并且，还有一个更重要的原因，由于直流电压较高，单极的断路器往往达不到这个电压等级的要求，必须采用串联多极来分担分断电弧电压。表1、2是两个常见品牌的部分产品性能指标。P指串联的开关极，2P即串联两极。
表1 某品牌1直流型断路器性能 型号
C32H-DC(1～40A)
compact NS100～630DC 1P 127V 250V 2P 250V 500V
从表1、表2可以看到，如果要达到保护240V 的直流电压要求，必须使用2P 串联。
表2 某品牌2直流型断路器性能
断路器在直流电路串联使用的方式有多种，可以在同一极（比如正极）进行串联，如图3，也可以在正负极分别使用一极，如图4，其产生的效果是一样的。
在我们的240V 直流系统中，采用图4
的联接方式可满足要求。
图4 正负极分别使用一极 图
3 在同一极进行串联
6 通信设备电源接线标准
240V 直流系统将要供电的设备主要是额定电压为交流220V 的IT 服务器类设备，因此，在设计机架配电时应考虑直流正负极与设备电源线L、N线之间的对应关系。目前IT 服务器类设备的电源普遍采用全波整流方式，如图5是普通计算机电源的电路示意图，其整流方式采用的是桥式整流，因此，从理论上说，直流系统的正负极和设备的输入L、N极无需严格的采用某种对应关系。但是，从管理的规范、运行的安全及维护的方便考虑，应尽量采用统一的对应关系。
C
图5 普通计算机电源的电路示意图
《技术要求》在制订的时，参考了ETSI （欧洲电信标准协会）的标准ETSI EN 300 132-3的相关内容后，对正负极的对应关系做了如下建议：
直流输出“正”极，对应于设备输入电源线的“N”端，直流输出“负”极对应于设备输入电源线的“L”端，设备输入电源线的“地”端与系统保护地可靠连接，如图6所示。
图6 设备机架内插座接线示意图
从目前试用的情况看，上述的接线方式可以使大部分服务器设备正常工作。但是，对于一些比较老的服务器设备，其电源有可能采用半波整流方式，如果这样，上述接线方法可能使服务器电源无法正常工作。针对这种情况，可以将直流输出“正”极，对应于设备输入电源线的“L”端，直流输出“负”极对应于设备输入电源线的“N”端,服务器电源一般即可正常工作。
因此，在实施240V 直流系统时，为确保设备在采用直流供电后能正常工作，在设备上架前，应先对设备进行检测，待检测设备能正常工作后再上架运行。 7 结束语
这几年高压直流供电的研究是业界的热点，大家对高压直流供电的可行性、优越性进行了非常充分的探讨，对于这些问题，大家已经达成了共识。但是对于如何建设及维护这套供电系统，使这套供电体制快速成熟的应用起来，从而切实提高IT 服务器类设备的供电可靠性，还需要我们众多的电源工作者付出更多的努力。
参考文献
1． ABB S.p.A. ABB SACE Division.低压配电电气设计安装手册.机械工业出版社.2008
2． 施耐德电气公司.梅兰日兰低压配电综合产品目录.2005
高压直流供电几个值得注意的问题
中国电信集团公司电源维护技术支撑中心 孙文波 侯福平
摘要：本文针对目前行业内的高压直流供电的热点，结合行业标准《通信用240V 直流供电系统技术要求》，分析了采用高压直流供电系统应注意的几个问题。
关键词：240V 高压直流 服务器 供电方式
1 引言
近年来，社会各行业信息化建设得到了迅猛的发展。有资料显示，在未来的数年，数据业务还将处于一个高速的发展过程。目前数据设备的供电普遍采用交流UPS 系统，而交流UPS 供电一直是通信电源维护的难点，如何提高通信网络中IT 数据设备供电可靠一直是业界努力的方向。
针对交流供电的缺点，业界提出了直流供电的探讨。从最初直流供电的可行性研究，到高压直流供电的提出，再到直流电压（240V）的确定，最终到通信行业《通信用240V 直流供电系统技术要求》（以下简称《技术要求》）标准的制定，笔者有幸参与其中。对于高压直流供电的必要性、可行性，我们已经有非常多的专家、管理和技术人员进行了论述，大家也对此有了很深的认识，本文就不再进行说明。这里主要就高压直流供电系统设计和使用时应注意的几个问题和大家一起探讨，以便240V 直流供电系统更好的在通信网络中推广及应用。
2 接地问题
在传统的－48v直流供电系统中，采用的是正极接地系统。资料表明，采用这种接地方式有其历史原因及需要：最早的通讯网是电话网，话机是由电信局供电的，早期需要通过大地作为回流，因此采取了一极接地的方式，为避免接地后接地极金属被腐蚀，采用了正极接地的方式。因为端局到用户距离也比较长，采取一极接地，还可以减少电路间的耦合，降低干扰的影响，保证通话质量等。
在－48v系统电池维护时，因为电压比较低，维护人员触摸蓄电池或负极时，电压很难击穿人体电阻形成电流，因此并不会发生触电事故，所以接地的好处很多。但是对于现在高压直流，如果将一极接地，由于电压比较高，人触及到未接地的一极时，触电电流通过大地形成回路，将发生电击事故。尤其是电池维护，
维护人员是很容易触摸到电池端子的，如图1，系统正极接地，当人体触摸到某个电池端后，就可能存在高压，击穿人体电阻，通过大地回路形成电流，发生触
电事故。
图1 系统接地后，人触电示意图
如果系统不接地，两根导线对地悬浮，人体触摸其中一个导线或者电池某个端子时，虽然可能会存在一定的容性电流，但该电流很小，不足以对人体造成伤害，更重要的是，电流不能通过大地形成回路，可以避免在人体产生持续电流进而触电。因此，未来的通信用高压直流供电系统应采用对地悬浮即不接地系统，同时，也要求整流模块的输入与输出应进行隔离。
3 绝缘监察装置
240V 直流供电系统是对地悬浮系统，当某相供电线路出现绝缘降低或接地故障后，接地电流会非常小甚至没有，如图2。由于没有短路电流流过，断路器不会断开，系统仍能继续运行。虽然发生一极接地并不引起严重危害，但由于系统不能及时发现该故障，如果在此种情况下长期运行，就有可能造成大的事故。因为此时若再发生另一极接地，就将造成直流短路。更严重的是，如果在一极发生绝缘度降低或接地后，有人在维护的时候触摸了另一极或者电池端子，那将造成电击事故，有可能造成人身伤亡，该情况与图1
类似。
图2 系统一极发生绝缘度降低或接地后正常运行
因此，为了及时发现这种接地故障，有必要对系统安装绝缘监察装置。其作用是监视直流系统对地绝缘状况。目前市面上广泛使用的绝缘监察装置既能在系统的绝缘电阻低于规定值时自动地发出灯光和音响信号，并且可以利用它分辨出是哪一极的绝缘电阻降低，还可通过换算确定出正、负极的绝缘电阻值。所以，系统安装了该绝缘监察装置后，便于运行维护人员对供电回路的绝缘故障进行判断、查找和处理。
4 系统容量
现在的UPS 系统设计，容量有越来越大的趋势，目前单机容量400kVA，采用2+1并机的系统也屡见不鲜了。但是，对于240V 高压直流系统，由于制造技术及供电体制还处在摸索阶段，无论是模块制造技术还是系统结构，或者是维护方式，都没有经验可循，因此现阶段设计不宜将系统做得太大。在-48V系统中，一般常见的大系统容量是3000A，这对于240V 的系统来说，容量相当于600A，因此，设计时可以参照此容量进行设计。这样还有一个好处就是避免初级配电开关过大。同时，由于不需考虑无功分量，按每台服务器0.5A 算，可以给约1000台服务器供电，基本上也能达到一定的规模。当该供电体制成熟推广以后，再考虑逐步扩大系统容量。
5 断路器的使用
5.1 应采用直流型断路器
一般认为，直流和交流电路相比，直流电流不存在过零点，其在熄弧时必须强制直流燃弧电流等于零，或使电流接近于零（﹤10A），才能使电弧熄灭，因此在直流电路上使用的断路器的性能要求要比在交流上使用高。所以对于240V 的高压直流系统，配电设计及使用时不能直接将交流型断路器用在直流电路上，而是要选用专门针对直流设计的直流型断路器。在-48V系统中，经常存在使用交流型开关的情况，由于48V 电压比较低，灭弧相对容易，所以使用普通的交流型开关没有太大问题。但是对于240V 的直流，其电压比较高，灭弧会困难很多，因此决不能使用普通的交流型开关。
5.2 应采用双极开关
在-48V系统中，因为正极是接地的，始终保持地电位，同时由于电压比较低，因此，只在负极安装熔丝或断路器来进行保护。但是，对于现在的240V 直流系统，由于输出正负极均未接地，因此两极都应安装开关。并且，还有一个更重要的原因，由于直流电压较高，单极的断路器往往达不到这个电压等级的要求，必须采用串联多极来分担分断电弧电压。表1、2是两个常见品牌的部分产品性能指标。P指串联的开关极，2P即串联两极。
表1 某品牌1直流型断路器性能 型号
C32H-DC(1～40A)
compact NS100～630DC 1P 127V 250V 2P 250V 500V
从表1、表2可以看到，如果要达到保护240V 的直流电压要求，必须使用2P 串联。
表2 某品牌2直流型断路器性能
断路器在直流电路串联使用的方式有多种，可以在同一极（比如正极）进行串联，如图3，也可以在正负极分别使用一极，如图4，其产生的效果是一样的。
在我们的240V 直流系统中，采用图4
的联接方式可满足要求。
图4 正负极分别使用一极 图
3 在同一极进行串联
6 通信设备电源接线标准
240V 直流系统将要供电的设备主要是额定电压为交流220V 的IT 服务器类设备，因此，在设计机架配电时应考虑直流正负极与设备电源线L、N线之间的对应关系。目前IT 服务器类设备的电源普遍采用全波整流方式，如图5是普通计算机电源的电路示意图，其整流方式采用的是桥式整流，因此，从理论上说，直流系统的正负极和设备的输入L、N极无需严格的采用某种对应关系。但是，从管理的规范、运行的安全及维护的方便考虑，应尽量采用统一的对应关系。
C
图5 普通计算机电源的电路示意图
《技术要求》在制订的时，参考了ETSI （欧洲电信标准协会）的标准ETSI EN 300 132-3的相关内容后，对正负极的对应关系做了如下建议：
直流输出“正”极，对应于设备输入电源线的“N”端，直流输出“负”极对应于设备输入电源线的“L”端，设备输入电源线的“地”端与系统保护地可靠连接，如图6所示。
图6 设备机架内插座接线示意图
从目前试用的情况看，上述的接线方式可以使大部分服务器设备正常工作。但是，对于一些比较老的服务器设备，其电源有可能采用半波整流方式，如果这样，上述接线方法可能使服务器电源无法正常工作。针对这种情况，可以将直流输出“正”极，对应于设备输入电源线的“L”端，直流输出“负”极对应于设备输入电源线的“N”端,服务器电源一般即可正常工作。
因此，在实施240V 直流系统时，为确保设备在采用直流供电后能正常工作，在设备上架前，应先对设备进行检测，待检测设备能正常工作后再上架运行。 7 结束语
这几年高压直流供电的研究是业界的热点，大家对高压直流供电的可行性、优越性进行了非常充分的探讨，对于这些问题，大家已经达成了共识。但是对于如何建设及维护这套供电系统，使这套供电体制快速成熟的应用起来，从而切实提高IT 服务器类设备的供电可靠性，还需要我们众多的电源工作者付出更多的努力。
参考文献
1． ABB S.p.A. ABB SACE Division.低压配电电气设计安装手册.机械工业出版社.2008
2． 施耐德电气公司.梅兰日兰低压配电综合产品目录.2005