EMC環(huán)境友好的西門子低壓配電系統(tǒng)

　　正常工況下，電源提供設備的負荷電流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備上感應干擾電壓和電流。

　　該干擾源也會通過設備的接地點在建筑物中產(chǎn)生雜散電流，產(chǎn)生強磁場，在建筑物的金屬結構中產(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，不存在驅動雜散電流或寄生電流的電場， pe線和大地是干凈的，消除了由金屬結構物產(chǎn)生的電磁干擾和輻射干擾，因而emc性能友好。此時配電線路的干擾源僅是配電線路本身，與大地無關。只有故障時，pe線才出現(xiàn)故障電流，并導致emc性能短時劣化。但線路保護電器會在規(guī)定的時間內(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或兩臺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)電機組（簡稱sps），gps通過atse（雙電源自動切換裝置）與sps聯(lián)絡；對于數(shù)據(jù)中心或計算中心，通信等系統(tǒng)和設備，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)濟損失。前面分析的是單臺電源變壓器的tns系統(tǒng)，具有友好的emc性能，因為在正常工況下消除了大地中的雜散電流。設計多臺電源設備的配電系統(tǒng)時，只有從系統(tǒng)上消除或避免n線上的負荷電流向大地（pe線）分流的問題，才能實現(xiàn)具有emc友好的環(huán)境。

　　圖7是國內(nèi)常采用的布置方式，兩臺變壓器分別就近接地，即一組電源兩點（或多點）接地。兩臺變壓器通過母聯(lián)開關聯(lián)絡，采用tns系統(tǒng)。如變壓器主保護開關和聯(lián)絡開關的均選擇3極斷路器的話，整個配電系統(tǒng)就會出現(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)的電子設備就會出現(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相負荷不平衡時，還有50hz不平衡零序電流經(jīng)pe線返回t1電源。這是一個強大的電磁干擾源，通過各種耦合途徑及電磁輻射干擾配電系統(tǒng)中的自動化子系統(tǒng)和敏感的電子設備。10a的電流可在2m以外的空間產(chǎn)生0.7a/m的磁場強度，足以使顯示終端圖像亂動。

　?。?）如t1負載m出現(xiàn)絕緣故障或單相接地故障時，故障電流經(jīng)m設備外殼入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的電流互感器感應信號，可能引起rcd2的誤動作，該路徑的剩余電流同時又通過有故障線路的rcd1，使電流互感器的感應信號減少，可能引起rcd1的不動作。

　?。?）為保證低壓配電系統(tǒng)具有良好的emc性能，不應采用這樣的系統(tǒng)。采用這樣系統(tǒng)必須條件是的選用4極開關，斷開聯(lián)絡的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)要謹慎使用4極開關。

7 emc環(huán)境友好的多電源配電系統(tǒng)

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

　　電源設備集中布置方式：發(fā)電機組臨近變電所。

　　電源設備分散布置方式：發(fā)電機組遠離變電所

　　7.1 電源集中布置方案

　　多電源設備的低壓配電系統(tǒng)的布置應周密考慮系統(tǒng)的接地制式，原則上是不允許pe線上出現(xiàn)正常工況時的負荷電流，必須消除對地可引發(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典型的應用方案，該方案能保證gps（a）系統(tǒng)和sps（b）系統(tǒng)并聯(lián)工作時，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 的結構和技術性能保證了該應用方案的實施。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應注意如下幾點：

　　（1）正常供電電源：兩臺變壓器分列運行，通過母聯(lián)聯(lián)絡開關聯(lián)絡，變壓器相線與中性點分別與主配電柜（gps）的l1、l2、l3和pen線相連。即變壓器至gps柜實質為tnc系統(tǒng)。

　　（2）安全（備用）供電電源：發(fā)電機就在變電所傍邊，發(fā)電機相線與中性點分別與主配電柜（sps）的l1、l2、l3、和pen線。相連，發(fā)電機至sps柜實質為tnc系統(tǒng)。

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

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

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

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

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

　　7.2 一組電源設備分散布置方案

　　如果變電所與發(fā)電機房有一段距離a1，且遠大于發(fā)電機至應急電源柜的距離a2。由于發(fā)電機離變壓器房離較遠，不可能實施一點接地的方案。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)做一個主等電位聯(lián)結實施一點接地，同時又在sps系統(tǒng)的發(fā)電機傍邊再做一個主等電位聯(lián)結實施一點接地。這就是說，一組電源存在兩個接地點。研究該配電方案的布置時應注意：

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

　?。?）pen線與pe線貫通gps柜， pen線與pe線（兩個母排）在柜內(nèi)連接與主等電位體聯(lián)結體一點接地。

　　（3）安全（備用）供電電源（sps）：發(fā)電機相線與中性點分別與主配電柜（sps）的l1、l2、l3和pen線相連，即發(fā)電機至sps柜為tnc系統(tǒng)。發(fā)電機主配電開關為4極開關。

　?。?）sps柜中pe線連接發(fā)電機旁主等電位聯(lián)結，實現(xiàn)一點接地。

　?。?）gps系統(tǒng) 與sps系統(tǒng)各有一個接地點。由于有兩個接地點，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)絡開關必須采用4極開關，即斷開pen線，切斷pen線上的正常工作電流對地形成的環(huán)流。

　?。?）gps系統(tǒng)與sps系統(tǒng)不允許并聯(lián)運行。gps和sps用atse（雙電源自動轉換裝置）相互切換時，會出現(xiàn)一段短暫并聯(lián)運行的時間，此時emc環(huán)境不友好。

　　（7）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，以保證一點接地的措施的落實。

8 結束語

　　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)的中性線負荷電流引起的電壓降，在電源設備多點接地的情況下，容易出現(xiàn)環(huán)流，為了消除環(huán)流，常采用4極開關斷開（聯(lián)絡用）中性線。4極開關在國內(nèi)的實際應用中出現(xiàn)了很多的問題。

　　一點接地等電位聯(lián)結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，適用于多電源設備的配電系統(tǒng)，值得國內(nèi)同行研究。