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硬件开发者之路之——供电系统知识

上一篇 / 下一篇  2017-07-21 08:39:16 / 个人分类:硬件开发之电源设计

作为硬件开发者来讲,可能很多工程师并不会涉及到配电系统相关的知识。但是在很多设计里,尤其是户外电子设备的设计,配电系统的状况也会极大影响电子设备的性能,譬如接地问题与EMC性能密切相关,不同的保护设计又牵扯到不同的配电方式设计,因此,还是有必要做一下系统的梳理和学习。

一、三相电

目前在各种电力系统中采用最多的是三相电,三相电机的原理如图:

之所以采用三相电而不是多相电是因为三相电在效率和传输等性能参数上最优,这里就不深究了。三相四线制配电系统中公共参考点为N线,单相电为220V,双相之间为380V,民用设备基本都是单相电220V。但是到用户设备上并不只是两根线,这个涉及到配电系统的配电类型:IT系统、TT系统、TN系统。

注:第一个字母为电源端与地的关系:I为不接地,T为一点接地

 第二个字母为设备端与地的关系:T为独立接地,N为与电源端地直接接地。

二、低压配电系统类型

1、IT系统

电源端不接地,设备端接地。

特点:可靠性强,如果发生接地故障,漏电流只能由相线经设备到大地的电容漏电。因此漏电流极小,设备可以带故障工作,检测到问题即及时整改,多用于要求持续性供电场合。

2、TT系统

电源端有中性线接地,设备端有PE线接地。即接零保护和接地保护。

特点:

(1)   相线有单独零线回路到电源,设备外壳单独接地防止外壳带电。

(2)   适用于接地分散的地方。

(3)   漏电流小时保险丝不动作,有安全隐患。

(4)   耗用接地钢材多。

3、TN系统

电源端中性线接地,设备接中性线。

同时根据接地保护和接零保护而又分为TN-C TN-S TN-C-S

1、TN-C系统

 

特点;

(1)   节省一根线

(2)   PEN断线时,设备外壳对地220V,危险。

(3)   金属外壳由于PEN产生了对地压降,特殊场合易引起点火爆炸。

(4)   PEN带电产生杂散电流,容易腐蚀设备,要求高度绝缘。

(5)   设备各点对地电位差会影响设备性能。

因此,目前极少使用。

2、TN-S系统

        N线和PE线单独拉线,即火、零、地三线


特点:在TN-C的基础上加一根PE线进行保护接地。

(1)   安全可靠,PE线不过漏电保护器,PE上无电流。

(2)   保护地线不通过任何漏电保护系统。

(3)   重复接地必须在保护零线PE上,不能接在N线上,不然漏电保护系统不能正常工作。

(4)   目前采用最多的配电系统设计。

3、TN-C-S系统

变压器之前为TN-C系统,变压器到设备采用TN-S系统

特点:

(1)   不能装漏电总保护器,在末端设备装漏电保护器。

(2)   在变压器之前传输省了一根线。

(3)   TN-C-SNPE在变压器低压处分开,TN-SNPE则在电源处分开,因此,TN-C-S系统中对地电位即共模干扰会优于TN-S系统。

四、配电系统的漏电保护设计

漏电保护器的基本原理是利用通过线圈的来回电流差产生感应电压差来控制线路通断。


我们用的单相电一般多采用二级或单级二线制漏电保护器,但是对于不同的配电系统,漏电保护器的安装有很大不同,错误的安装会导致漏电保护器误动作或者没有保护作用。

常见的漏电保护器使用问题:

1、在设备端地线和零线短接了。

       这样通过N线返回的电流就会不平衡,保护器误动作。

2、漏电保护器必须安装在设备前面

3、关于重复接地。

N线直接接地的系统中,漏电保护器后面的N线不允许再通过低阻抗与大地相连。但是PE线最好重复接地来尽量使得系统地电位平衡。

五、小结

总而言之,作为硬件工程师,了解一些强电知识在一些工程应用中还是很有必要的,对我们处理设备的现场应用问题有很大帮助。而在现场的复杂工况中如何理清配电系统的架构从而判断问题才是最重要的,毕竟,不少现场错乱无序的电力线并不是纸上的简图那么明了,搞清楚现状,再明确问题,最后一步步验证才是解决问题的最快方式。


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