EMC環(huán)境友好的西門子低壓配電系統(tǒng)

　　正常工況下，電源提供設(shè)備的負(fù)荷電流il由pen線返回電源，通過pen線返回電源的電流包含50hz的三相基波不平衡電流，三相疊加的150hz電流，以及其他的高次諧波電流，并在pen線上產(chǎn)生電壓降。該電壓降作為干擾源（電場），以pen線為公共阻抗，形成電位耦合的干擾方式，導(dǎo)致在通信線屏蔽層上產(chǎn)生寄生電流ist。該寄生電流又可通過電耦合或磁的耦合途徑在一些敏感的設(shè)備上感應(yīng)干擾電壓和電流。

　　該干擾源也會(huì)通過設(shè)備的接地點(diǎn)在建筑物中產(chǎn)生雜散電流，產(chǎn)生強(qiáng)磁場，在建筑物的金屬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生火花，腐蝕金屬管路。因此該系統(tǒng)emi或emc性能差的根源是由n線上的一部分電流流向大地（和屏蔽層）造成的。

　　圖6b tn-s系統(tǒng)

　　圖6b是tns系統(tǒng)，n線與pe線是分開的。正常工況下，盡管n線有三相不平衡電流，也有諧波電流，但pe線上沒有電流，不存在驅(qū)動(dòng)雜散電流或寄生電流的電場， pe線和大地是干凈的，消除了由金屬結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的電磁干擾和輻射干擾，因而emc性能友好。此時(shí)配電線路的干擾源僅是配電線路本身，與大地?zé)o關(guān)。只有故障時(shí)，pe線才出現(xiàn)故障電流，并導(dǎo)致emc性能短時(shí)劣化。但線路保護(hù)電器會(huì)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)切斷故障，因而，不友好的emc環(huán)境是短暫的。

6 多電源系統(tǒng)的tn-s接地制式

　　多電源系統(tǒng)由正常供電電源和備用（安全）供電電源組成。通常，正常供電電源由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上電源變壓器并聯(lián)或母線分段的方式組成（簡稱gps）；安全電源一般采用發(fā)電機(jī)組（簡稱sps），gps通過atse（雙電源自動(dòng)切換裝置）與sps聯(lián)絡(luò)；對(duì)于數(shù)據(jù)中心或計(jì)算中心，通信等系統(tǒng)和設(shè)備，有的還需ups作為不停電電源，以避免電源故障造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。前面分析的是單臺(tái)電源變壓器的tns系統(tǒng)，具有友好的emc性能，因?yàn)樵谡９r下消除了大地中的雜散電流。設(shè)計(jì)多臺(tái)電源設(shè)備的配電系統(tǒng)時(shí)，只有從系統(tǒng)上消除或避免n線上的負(fù)荷電流向大地（pe線）分流的問題，才能實(shí)現(xiàn)具有emc友好的環(huán)境。

　　圖7是國內(nèi)常采用的布置方式，兩臺(tái)變壓器分別就近接地，即一組電源兩點(diǎn)（或多點(diǎn)）接地。兩臺(tái)變壓器通過母聯(lián)開關(guān)聯(lián)絡(luò)，采用tns系統(tǒng)。如變壓器主保護(hù)開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的均選擇3極斷路器的話，整個(gè)配電系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)不友好的emc環(huán)境。

　　（1）正常工況下n線有三相不平衡電流和諧波電流，返回變壓器t1的負(fù)荷電流除了n線的正常路徑外，還有一條通過n線母排，t2變壓器中性點(diǎn)入pe母排的路徑，由此在pe線上產(chǎn)生干擾電場，引發(fā)很大的雜散電流，以及由此引發(fā)的電磁干擾和輻射干擾。接在該系統(tǒng)的電子設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)工頻50hz和高次諧波的干擾，干擾來自多種耦合途徑，很難排除。假如t1變壓器容量為2000kva，配出總電流可達(dá)3000a，如3次諧波電流分量為5%，則在n線上的3次諧波電流為3×3000×5%=450a。如果其中有10%的電流分流，即有45a頻率為150hz的電流，通過n線母排經(jīng)pe線返回t1電源。如3相負(fù)荷不平衡時(shí)，還有50hz不平衡零序電流經(jīng)pe線返回t1電源。這是一個(gè)強(qiáng)大的電磁干擾源，通過各種耦合途徑及電磁輻射干擾配電系統(tǒng)中的自動(dòng)化子系統(tǒng)和敏感的電子設(shè)備。10a的電流可在2m以外的空間產(chǎn)生0.7a/m的磁場強(qiáng)度，足以使顯示終端圖像亂動(dòng)。

　?。?）如t1負(fù)載m出現(xiàn)絕緣故障或單相接地故障時(shí)，故障電流經(jīng)m設(shè)備外殼入pe線后返回變壓器t1，返回電流不再通過剩余電流保護(hù)器1（簡稱rcd1）的電流互感器。該故障電流稱剩余電流，有兩條通路返回電源變壓器t1：一路為正常路徑從pe線直接返回t1；另一路是從pe線向右走，通過t2中性點(diǎn)后從n線母排返回t1，該路徑的剩余電流通過了rcd2和rcd1，其后果是在無故障的線路rcd2的電流互感器感應(yīng)信號(hào)，可能引起rcd2的誤動(dòng)作，該路徑的剩余電流同時(shí)又通過有故障線路的rcd1，使電流互感器的感應(yīng)信號(hào)減少，可能引起rcd1的不動(dòng)作。

　　（3）為保證低壓配電系統(tǒng)具有良好的emc性能，不應(yīng)采用這樣的系統(tǒng)。采用這樣系統(tǒng)必須條件是的選用4極開關(guān)，斷開聯(lián)絡(luò)的n線，不與pe線之間形成環(huán)路，保證正常工況下pe線上無電流，以及故障時(shí)不出現(xiàn)環(huán)流形式的剩余電流。需注意的是tn系統(tǒng)要謹(jǐn)慎使用4極開關(guān)。

7 emc環(huán)境友好的多電源配電系統(tǒng)

　　一個(gè)配電系統(tǒng)通常有多臺(tái)電源設(shè)備，變壓器緊靠變電所布置，而發(fā)電機(jī)組可臨近變電所或遠(yuǎn)離變電所布置。如把多臺(tái)電源稱為一組電源，此時(shí)電源設(shè)備的布置可分成兩種方式：

　　電源設(shè)備集中布置方式：發(fā)電機(jī)組臨近變電所。

　　電源設(shè)備分散布置方式：發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)離變電所

　　7.1 電源集中布置方案

　　多電源設(shè)備的低壓配電系統(tǒng)的布置應(yīng)周密考慮系統(tǒng)的接地制式，原則上是不允許pe線上出現(xiàn)正常工況時(shí)的負(fù)荷電流，必須消除對(duì)地可引發(fā)寄生電流和雜散電流的電場。

　　圖8是西門子公司推薦的一個(gè)典型的應(yīng)用方案，該方案能保證gps（a）系統(tǒng)和sps（b）系統(tǒng)并聯(lián)工作時(shí)，也能提供友好的emc性能。該方案的特征是一組電源采用一點(diǎn)接地的方式，pe線與n線之間不可能出現(xiàn)環(huán)路，因而消除了引發(fā)寄生電流和雜散電流的電場，西門子低壓配電柜sivacan-8pt 的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能保證了該應(yīng)用方案的實(shí)施。圖中，pen線為黃色，pe線為綠黃式。在研究該配電方案的布置時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

　　（1）正常供電電源：兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，通過母聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)絡(luò)，變壓器相線與中性點(diǎn)分別與主配電柜（gps）的l1、l2、l3和pen線相連。即變壓器至gps柜實(shí)質(zhì)為tnc系統(tǒng)。

　?。?）安全（備用）供電電源：發(fā)電機(jī)就在變電所傍邊，發(fā)電機(jī)相線與中性點(diǎn)分別與主配電柜（sps）的l1、l2、l3、和pen線。相連，發(fā)電機(jī)至sps柜實(shí)質(zhì)為tnc系統(tǒng)。

　　（3）pen線與pe線（兩個(gè)母排）貫通gps柜與sps柜，在gps柜內(nèi)pen線與pe線一點(diǎn)聯(lián)結(jié)，并在那里與主接地極一點(diǎn)接地，形成系統(tǒng)的主等電位體聯(lián)結(jié)。

　?。?）電源設(shè)備 （變壓器和發(fā)電機(jī)） 的等電位聯(lián)結(jié)分別與柜內(nèi)的pe線相連，接地。

　　（5）全部選用3wl框架斷路器，是3極開關(guān)，而不是4極開關(guān)，因此安全可靠性非常高。正常工作工況時(shí)，pe線無電流， 大地?zé)o雜散電流。

　　該系統(tǒng)由于一點(diǎn)接地， 剩余（接地故障）電流由pe線經(jīng)一點(diǎn)接地點(diǎn)回到n線，返回自己的電源。正常工作時(shí)，電源設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)采用3極開關(guān)。

　　由于pen線和pe線在gps柜內(nèi)一點(diǎn)聯(lián)結(jié)，一點(diǎn)接地，pen線和pe線（大地）之間不會(huì)出現(xiàn)環(huán)路。pen線上即使有不平衡電流和諧波電流，但不會(huì)流向pe線，pe線上無電流，不產(chǎn)生對(duì)地引發(fā)雜散電流的電場，因而具有很好的emc性能。

　　7.2 一組電源設(shè)備分散布置方案

　　如果變電所與發(fā)電機(jī)房有一段距離a1，且遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)至應(yīng)急電源柜的距離a2。由于發(fā)電機(jī)離變壓器房離較遠(yuǎn)，不可能實(shí)施一點(diǎn)接地的方案。西門子公司推薦如圖9配電系統(tǒng)方案。該方案的特征是需要在gps系統(tǒng)做一個(gè)主等電位聯(lián)結(jié)實(shí)施一點(diǎn)接地，同時(shí)又在sps系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)傍邊再做一個(gè)主等電位聯(lián)結(jié)實(shí)施一點(diǎn)接地。這就是說，一組電源存在兩個(gè)接地點(diǎn)。研究該配電方案的布置時(shí)應(yīng)注意：

　　（1）正常供電電源（gps）：變壓器相線與中性點(diǎn)分別與主配電柜（gps）的l1、l2、3和pen線相連，即變壓器至gps柜為tnc系統(tǒng)，兩臺(tái)變壓器主配電開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)均采用3極斷路器。

　　（2）pen線與pe線貫通gps柜， pen線與pe線（兩個(gè)母排）在柜內(nèi)連接與主等電位體聯(lián)結(jié)體一點(diǎn)接地。

　?。?）安全（備用）供電電源（sps）：發(fā)電機(jī)相線與中性點(diǎn)分別與主配電柜（sps）的l1、l2、l3和pen線相連，即發(fā)電機(jī)至sps柜為tnc系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)主配電開關(guān)為4極開關(guān)。

　?。?）sps柜中pe線連接發(fā)電機(jī)旁主等電位聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地。

　?。?）gps系統(tǒng) 與sps系統(tǒng)各有一個(gè)接地點(diǎn)。由于有兩個(gè)接地點(diǎn)，pen線與pe線間形成環(huán)路。為此gps系統(tǒng)與sps系統(tǒng)的母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)必須采用4極開關(guān)，即斷開pen線，切斷pen線上的正常工作電流對(duì)地形成的環(huán)流。

　　（6）gps系統(tǒng)與sps系統(tǒng)不允許并聯(lián)運(yùn)行。gps和sps用atse（雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置）相互切換時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一段短暫并聯(lián)運(yùn)行的時(shí)間，此時(shí)emc環(huán)境不友好。

　?。?）不容許n線與pe線之間連接跨接橋，并要用儀器測量監(jiān)測，以保證一點(diǎn)接地的措施的落實(shí)。

8 結(jié)束語

　　國內(nèi)低壓配電系統(tǒng)，絕大部分都采用tn接地制式。三相四線制配電系統(tǒng)的中性線負(fù)荷電流引起的電壓降，在電源設(shè)備多點(diǎn)接地的情況下，容易出現(xiàn)環(huán)流，為了消除環(huán)流，常采用4極開關(guān)斷開（聯(lián)絡(luò)用）中性線。4極開關(guān)在國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了很多的問題。

　　一點(diǎn)接地等電位聯(lián)結(jié)布置方式消除中性線與pe線（大地）之間產(chǎn)生的環(huán)流，從根上改善了配電系統(tǒng)的emc環(huán)境。本文介紹的西門子兩種典型的配電方案，適用于多電源設(shè)備的配電系統(tǒng)，值得國內(nèi)同行研究。