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EMC友好的西门子低压配电系统

作者:habao 来源: 日期:2020-6-23 13:36:54 人气: 标签:西门子低压

  通常为中的子系统,负责这类子系统的工程技术人员非常关心emc(电磁兼容性)或emi(电磁干扰),因为不

  在安装和调试自动化系统或系统时,通常从三方面着手:即找出干扰源,即干扰来自系统本身或外部其他原因;采取措施,隔离或切断干扰的途径(也称耦合机理);提高系统和设备自身抗电磁干扰的能力。见图1。

  在寻找干扰源时,常用示波器观测干扰信号的波形。当发现信号线或控制线的直流电平上叠加谐波,50hz或150hz的交流干扰电平时,这些干扰信号多半来自于配电系统本身。如不从配电系统本身考虑,采用如图1中的推荐的(如接地,屏蔽,滤波等)措施很难消除这些干扰信号。在分析配电系统如何消除这类电磁干扰信号前,有必要先对电磁干扰的途径或耦合机理作简要的说明。

  两个或两个以上线通过一个公共连接在一起时,就会产生电位耦合机理。该公共可以是电源内阻,电源接头,零电位导线,地线(pe线),或与接地系统相关的设施。分析图2中的电位耦合原理图,强电线a与信号线b有一个公共zk,两个线的电流ia和ib在公共zk上产生电压降uxab。该电压降是线a和线b的干扰源。一个线(或多个)多点接地后会形成环,电压降是形成环电流的根源。

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  具不同电位的两根导线间可能会产生电容耦合。分析图2中电容耦合原理图,两根导线间电位差就是电场,导线间存在的分布电容就是,所以线会流通电流,并在线。耦合电容值取决于导线敷设的条件。实际施工时,应避免两线平行敷设,信号线贴近地走。静电放电等属电容耦合机理。

  两个或两个以上的线在周围产生的磁通相互交联时,就会产生耦合。分析图2中电感耦合原理图,一个磁的磁通变化会在另一线的导线环中(相当于一线圈绕组)干扰电压。这也说明为什么一个很简单的线也会受到干扰。该瞬态可能是由如,操作过电压或静电放电等现象引起;另外一个线中的电流变化也会在另一个线中电压。该电压主要取决于电流的变化率和互感系数mk。而mk取决于强度以及的导磁率。

  两根或两根个以上的长线之间同时存在电和磁干扰时,则会发生电磁线干扰现象。所谓长线是指干扰脉冲的上升沿时间远小于该脉冲通过该线的时间。

  一个线的电可产生的电磁波,以光速作用于另一个线的现象称辐射耦合。当离干扰源距离很近时,我们主要处理的是来自电位耦合,耦合或电容耦合的干扰;当离干扰源距离很远时,我们主要处理的来自辐射耦合的干扰。

  低压配电线本身是一个大电场,电源设备的容量越大,电能越足,可向固定负载,移动负载和电动机等用电设备提供的电流也越大。低压电场(电压)通过电容耦合(分布电容)会在临近的其他线中产生干扰的电压和电流;配电线中电流在它的周围产生,交变可在环型线中电势;配电线中的电流也会产生电磁波,产生辐射干扰,以光速干扰距离较远的线。配电线在周围产生的其磁通密度达1tesla时,可使14/15英寸的lcd屏幕图像闪烁;而0.5tesla的磁通密度足以使17/21英寸lcd屏幕(或crt器屏幕)的图像闪烁。曾把配电线作为干扰源,lcd显示屏幕作为电磁干扰的者,研究两者之间的相互关系,即配电线的工况与敷线方式对显示屏幕的干扰距离之间的关系。图3是通过试验得出的结果。其中纵坐标为线在空间产生的磁通密度,横坐标为线对屏幕的干扰距离。分析该试验例子可说明:

  中性线配出的三相电源称三相四线制系统,满足了额定电压为220v大量的单相负荷的电能需求。对三相四线制系统来说,如三相负荷平衡又无谐波电流的活,则流过中性线的电流的向量和为零。目前,在公共建筑物,高层住宅和办公大楼中均配有大量的计算机,电子信息设备;电子娱乐设备,变频空调,调光器,以及电子节能灯等器件已深入到每家每户。这类设备通过整流器,从正弦电压波形的电网中吸取非正弦波形的电流,非正弦电流在线上的电压降又造成正弦电压波形的失真。非正弦波电流含有大量的高次谐波分量,其中主要的是3次谐波分量。由于三相电源中接入大量的单相负载,事实上很难做到三相负荷电流平衡。三相负荷不平衡指的是接入三相电源的各相的功率不平衡,各相负载的功率因素不平衡以及各相负载产生的谐波电流不平衡。此时,中性线流过的电流为三相不平衡负荷(基波50hz)电流的向量和,三次谐波(三倍频次)电流的算术和,以及其他高次谐波电流的向量和,详见图4。正是由于上述原因,n线上会出现过电流(或过载)现象。因此设计低压配电系统时,很多场合不再减少n线截面,把n线的截面等同于相线截面。也正是由于n线上的不平衡电流和谐波电流,造成系统严重的电磁干扰(emi)现象。

  低压配电系统中的带电(流通电流的)导线),n线(中性线);pe线(地线)仅在电气系统(或其中的设备)故障时,才流通故障电流,实质上也是带电导线。低压配电系统有三种接地制式,详见图5。配电系统不同的接地制式可用两个字母表示并加以区分:

  低压配电系统的接地制式(系统)决定了系统本身的线技术和措施,也决定了系统本身的电磁兼容性。依据实际经验,低压tn-s系统具有最好的性价比,因为正常工况下,pe线上无剩余电流,大地中无杂散电流。当发生三相(或单相)短故障时,短电流通过线缆(而不是大地)返回电源,优化了电磁兼容性,由于故障电流大,可用简单的线电器(如熔断器或断器)切断故障。

  20-30年前,挂接在tnc配电系统上的电子设备很少,谐波问题不严重,emc的问题不太突出。三相负载平衡的情况下,n线上基本上无电流。然而,目前的低压配电系统的负载性质与以往有很大的不同。大功率的单相负载多了,带整流电源的电子设备多了,很多负载具有很高的3次谐波分量和高次谐波分量。因此三相负荷很难平衡,如前面已分析的那样:n线上除了不平衡负载电流外,还有叠加的3次(以及三倍频)谐波电流和其他高次谐波电流分量,n线上的电流很大,并在n线.a为tn-c接地制式,其特征是pe线与n线合二为一成pen线。为了防止人身接触电击事故的发生,接在配电系统中的电气设备的外壳都是接地的。而电子设备除金属外壳接地外,电子设备之间用带屏蔽的通信线连接,其屏蔽层也是接地的,因而出现了多点接地的现象。

  

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