EMC环境友好的西门子低压配电系统

　　正常工况下，电源提供设备的负荷电流il由pen线返回电源，通过pen线返回电源的电流包含50hz的三相基波不平衡电流，三相叠加的150hz电流，以及其他的高次谐波电流，并在pen线上产生电压降。该电压降作为干扰源（电场），以pen线为公共阻抗，形成电位耦合的干扰方式，导致在通信线屏蔽层上产生寄生电流ist。该寄生电流又可通过电耦合或磁的耦合途径在一些敏感的设备上感应干扰电压和电流。

　　该干扰源也会通过设备的接地点在建筑物中产生杂散电流，产生强磁场，在建筑物的金属结构中产生火花，腐蚀金属管路。因此该系统emi或emc性能差的根源是由n线上的一部分电流流向大地（和屏蔽层）造成的。

　　图6b tn-s系统

　　图6b是tns系统，n线与pe线是分开的。正常工况下，尽管n线有三相不平衡电流，也有谐波电流，但pe线上没有电流，不存在驱动杂散电流或寄生电流的电场， pe线和大地是干净的，消除了由金属结构物产生的电磁干扰和辐射干扰，因而emc性能友好。此时配电线路的干扰源仅是配电线路本身，与大地无关。只有故障时，pe线才出现故障电流，并导致emc性能短时劣化。但线路保护电器会在规定的时间内切断故障，因而，不友好的emc环境是短暂的。

6 多电源系统的tn-s接地制式

　　多电源系统由正常供电电源和备用（安全）供电电源组成。通常，正常供电电源由两台或两台以上电源变压器并联或母线分段的方式组成（简称gps）；安全电源一般采用发电机组（简称sps），gps通过atse（双电源自动切换装置）与sps联络；对于数据中心或计算中心，通信等系统和设备，有的还需ups作为不停电电源，以避免电源故障造成巨大的经济损失。前面分析的是单台电源变压器的tns系统，具有友好的emc性能，因为在正常工况下消除了大地中的杂散电流。设计多台电源设备的配电系统时，只有从系统上消除或避免n线上的负荷电流向大地（pe线）分流的问题，才能实现具有emc友好的环境。

　　图7是国内常采用的布置方式，两台变压器分别就近接地，即一组电源两点（或多点）接地。两台变压器通过母联开关联络，采用tns系统。如变压器主保护开关和联络开关的均选择3极断路器的话，整个配电系统就会出现不友好的emc环境。

　　（1）正常工况下n线有三相不平衡电流和谐波电流，返回变压器t1的负荷电流除了n线的正常路径外，还有一条通过n线母排，t2变压器中性点入pe母排的路径，由此在pe线上产生干扰电场，引发很大的杂散电流，以及由此引发的电磁干扰和辐射干扰。接在该系统的电子设备就会出现工频50hz和高次谐波的干扰，干扰来自多种耦合途径，很难排除。假如t1变压器容量为2000kva，配出总电流可达3000a，如3次谐波电流分量为5%，则在n线上的3次谐波电流为3×3000×5%=450a。如果其中有10%的电流分流，即有45a频率为150hz的电流，通过n线母排经pe线返回t1电源。如3相负荷不平衡时，还有50hz不平衡零序电流经pe线返回t1电源。这是一个强大的电磁干扰源，通过各种耦合途径及电磁辐射干扰配电系统中的自动化子系统和敏感的电子设备。10a的电流可在2m以外的空间产生0.7a/m的磁场强度，足以使显示终端图像乱动。

　　（2）如t1负载m出现绝缘故障或单相接地故障时，故障电流经m设备外壳入pe线后返回变压器t1，返回电流不再通过剩余电流保护器1（简称rcd1）的电流互感器。该故障电流称剩余电流，有两条通路返回电源变压器t1：一路为正常路径从pe线直接返回t1；另一路是从pe线向右走，通过t2中性点后从n线母排返回t1，该路径的剩余电流通过了rcd2和rcd1，其后果是在无故障的线路rcd2的电流互感器感应信号，可能引起rcd2的误动作，该路径的剩余电流同时又通过有故障线路的rcd1，使电流互感器的感应信号减少，可能引起rcd1的不动作。

　　（3）为保证低压配电系统具有良好的emc性能，不应采用这样的系统。采用这样系统必须条件是的选用4极开关，断开联络的n线，不与pe线之间形成环路，保证正常工况下pe线上无电流，以及故障时不出现环流形式的剩余电流。需注意的是tn系统要谨慎使用4极开关。

7 emc环境友好的多电源配电系统

　　一个配电系统通常有多台电源设备，变压器紧靠变电所布置，而发电机组可临近变电所或远离变电所布置。如把多台电源称为一组电源，此时电源设备的布置可分成两种方式：

　　电源设备集中布置方式：发电机组临近变电所。

　　电源设备分散布置方式：发电机组远离变电所

　　7.1 电源集中布置方案

　　多电源设备的低压配电系统的布置应周密考虑系统的接地制式，原则上是不允许pe线上出现正常工况时的负荷电流，必须消除对地可引发寄生电流和杂散电流的电场。

　　图8是西门子公司推荐的一个典型的应用方案，该方案能保证gps（a）系统和sps（b）系统并联工作时，也能提供友好的emc性能。该方案的特征是一组电源采用一点接地的方式，pe线与n线之间不可能出现环路，因而消除了引发寄生电流和杂散电流的电场，西门子低压配电柜sivacan-8pt 的结构和技术性能保证了该应用方案的实施。图中，pen线为黄色，pe线为绿黄式。在研究该配电方案的布置时应注意如下几点：

　　（1）正常供电电源：两台变压器分列运行，通过母联联络开关联络，变压器相线与中性点分别与主配电柜（gps）的l1、l2、l3和pen线相连。即变压器至gps柜实质为tnc系统。

　　（2）安全（备用）供电电源：发电机就在变电所傍边，发电机相线与中性点分别与主配电柜（sps）的l1、l2、l3、和pen线。相连，发电机至sps柜实质为tnc系统。

　　（3）pen线与pe线（两个母排）贯通gps柜与sps柜，在gps柜内pen线与pe线一点联结，并在那里与主接地极一点接地，形成系统的主等电位体联结。

　　（4）电源设备 （变压器和发电机） 的等电位联结分别与柜内的pe线相连，接地。

　　（5）全部选用3wl框架断路器，是3极开关，而不是4极开关，因此安全可靠性非常高。正常工作工况时，pe线无电流， 大地无杂散电流。

　　该系统由于一点接地， 剩余（接地故障）电流由pe线经一点接地点回到n线，返回自己的电源。正常工作时，电源设备之间的联络采用3极开关。

　　由于pen线和pe线在gps柜内一点联结，一点接地，pen线和pe线（大地）之间不会出现环路。pen线上即使有不平衡电流和谐波电流，但不会流向pe线，pe线上无电流，不产生对地引发杂散电流的电场，因而具有很好的emc性能。

　　7.2 一组电源设备分散布置方案

　　如果变电所与发电机房有一段距离a1，且远大于发电机至应急电源柜的距离a2。由于发电机离变压器房离较远，不可能实施一点接地的方案。西门子公司推荐如图9配电系统方案。该方案的特征是需要在gps系统做一个主等电位联结实施一点接地，同时又在sps系统的发电机傍边再做一个主等电位联结实施一点接地。这就是说，一组电源存在两个接地点。研究该配电方案的布置时应注意：

　　（1）正常供电电源（gps）：变压器相线与中性点分别与主配电柜（gps）的l1、l2、3和pen线相连，即变压器至gps柜为tnc系统，两台变压器主配电开关和母联开关均采用3极断路器。

　　（2）pen线与pe线贯通gps柜， pen线与pe线（两个母排）在柜内连接与主等电位体联结体一点接地。

　　（3）安全（备用）供电电源（sps）：发电机相线与中性点分别与主配电柜（sps）的l1、l2、l3和pen线相连，即发电机至sps柜为tnc系统。发电机主配电开关为4极开关。

　　（4）sps柜中pe线连接发电机旁主等电位联结，实现一点接地。

　　（5）gps系统 与sps系统各有一个接地点。由于有两个接地点，pen线与pe线间形成环路。为此gps系统与sps系统的母线联络开关必须采用4极开关，即断开pen线，切断pen线上的正常工作电流对地形成的环流。

　　（6）gps系统与sps系统不允许并联运行。gps和sps用atse（双电源自动转换装置）相互切换时，会出现一段短暂并联运行的时间，此时emc环境不友好。

　　（7）不容许n线与pe线之间连接跨接桥，并要用仪器测量监测，以保证一点接地的措施的落实。

8 结束语

　　国内低压配电系统，绝大部分都采用tn接地制式。三相四线制配电系统的中性线负荷电流引起的电压降，在电源设备多点接地的情况下，容易出现环流，为了消除环流，常采用4极开关断开（联络用）中性线。4极开关在国内的实际应用中出现了很多的问题。

　　一点接地等电位联结布置方式消除中性线与pe线（大地）之间产生的环流，从根上改善了配电系统的emc环境。本文介绍的西门子两种典型的配电方案，适用于多电源设备的配电系统，值得国内同行研究。