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王厚余：电磁干扰与电源的系统接地

发布于：2016-10-18 14:27:18 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

信息时代后我国花费大量投资在各地建设了许多智能建筑，但全国普查结果发现这些智能建筑的功能并不理想。一些“智能”并未真正发挥作用，白白浪费了投资。重要原因之一是在建筑电气的设计安装中抗电磁干扰措施不到位，信息技术系统不能正常工作，与发达国家相比差距甚大。

电磁干扰（electromagnetic interference）是个十分复杂的技术问题，不能仅将它局限于电压扰动（voltage disturbance）。在笔者拙作《建筑物电气装置600问》的有关章节中曾有过简略介绍，限于水平，所陈有失浅陋。近阅西门子公司的原文手册资料《Power distribution planning manual Volume 1: Planning principles》，其中提及配电系统内电源侧的系统接地（system earthing）（前苏联称作工作接地）设置不当引起的电磁干扰及其防范措施，所论甚为深入，学习后不无启发。不敢藏拙，愿将点滴体会陈述于下，供同行参考。

1 杂散电流产生杂散电磁场导致电磁干扰

一导体通过电流时其近旁将产生电磁场对敏感的信息技术设备（information technology equipment）引发电磁干扰。为此智能建筑内同一配电回路的诸导体应贴近敷设并处于同一金属外护物内，使其电磁场互相抵消，并将外护物两端接地以实现电磁屏蔽。需加注意的是一个包含多个电源以及多个建筑物的大配电系统内，只允许其某一电源的星形结点（star point）或N点作一点接地。要知一回路的N线电流只能经该N线这唯一通路返回电源，不能另辟它径。如果N线多点接地形成N线并联通路，该回路内N线电流将减少，回路的电流和不等于零，将产生杂散电磁场。其他与该N线并联的通路中不期望的N线电流的分流（被称作杂散电流，stray current）也将产生杂散电磁场。这些杂散电磁场势将对敏感的信息技术设备引起电磁干扰。

我国建筑电气行业如不重视诸如这类杂散电流和杂散电磁场的电磁干扰危害，也不采取有效的防范措施，长此以往，我国智能建筑有名无实的窘境恐是难以摆脱的。

2 共处一地的变电所、发电机站应共用一个系统接地

如图1所示，为精简管理人员常将变电所和发电机站共处一地并共用一组低压配电柜。这时作为电源设备的变压器和发电机可并联运行。所供一般负荷和重要的应急负荷既可由变压器供电也可由发电机供电。为避免上述杂散电流的产生，变压器和发电机的系统接地都不允许分散在电源设备处就地直接接地，而是在低压配电柜内（如图1所示）作一点接地。国际电工委员会IEC / TC 64秘书长Reinhard Petla先生曾一再强调图1的一点接地的系统接地方式是最为经济有效和最为简便的系统接地方式，它对防电磁干扰尤为有利。

需要说明，图1中电源设备第四个套管出线是全配电系统正常的和故障的接地电流返回电源设备的必经之途，它也起PE线的作用。所以该套管的出线并非是N线而是PEN线，因此，它不得串入开关触头，即电源设备总开关和母联开关必须采用三极开关。又因PEN线通过负载电流产生电压降而对地带不同电位，PEN线必须和L线、N线一样包以绝缘。

为防重要智能建筑内N线多点接地产生杂散电流引发重要信息技术系统内的电磁干扰，低压配电柜的出线回路应采用N线对地绝缘的TN - S系统（多用于户内电气装置）或TT系统（多用于户外电气装置）。国际电工委员会和发达国家标准对应急负荷颇多采用不配出N线的IT系统（例如超高层建筑的消防用电负荷），以避免发生一个故障即中断消防供电或发生两个故障时仍不跳闸。因IT系统不配出N线，自然不存在N线多点接地而导致电磁干扰的问题。出线采用IT系统的接线要求见文献《建筑物电气装置600问》内第19章，为节约篇幅，本文内不赘述。低压配电柜出线回路可采用三极开关或四极开关，视具体情况而定，不多述。

与德国的做法相比，我国有些电气设计安装中，不了解也不重视杂散电流的危害，一些做法还违反了电气安全的基本要求。例如，在变电所和发电机站共处一地时误将系统接地多点接地，电源总开关和母联开关错误地选用四极开关等。凡此种种错误，使我国的一些智能建筑难以发挥应有的智能作用，一些电气事故也因之频仍发生，良堪嗟叹。

图1中高低压设备的金属外壳都需与低压配电柜内PE母排连通而实现保护接地（protective earthing）。为简化图面，图中未表示。

3 互相远离的变电所、发电机站应有各自的系统接地

为将变电所和发电机站作成互不影响的两个独立的电源以提高供电不间断性，往往将两者互相远离设置，如图2所示。这时变电所的系统接地仍按图1所示在低压配电柜内作一点接地。当电网发生故障变电所无法供电时由发电机站供电给重要的应急负荷。但由于两者相距甚远，两者间的联络线阻抗甚大，如发电机需绕道经变电所内的一点接地而实现其系统接地，则过大的故障回路阻抗对短路电流的限制将降低发电机站过电流防护动作的灵敏度，这是我们不期望的。为此发电机第四个套管除引出N线外，还需引出发电机作系统接地的就地直接接地的接地线。所以在发电机站内N线和接地线一开始就是分开的，因此，发电机站是以TN - S系统运行的。

这时全配电系统内变电所和发电机站都出现了系统接地，即全系统出现了两个系统接地，无疑将引发杂散电流和电磁干扰。为此发电机站的总开关和它与变电所间联络线的出线开关必须为四极开关，两开关之间必须加以联锁，以保证两开关之一的断开，从而避免了变压器和发电机之间以及两个系统接地之间的并联运行，消除了杂散电流的发生。从图2可知，变电所是可以给应急负荷供电的，而发电机站却不能向一般负荷供电，有些美中不足。但为了满足智能建筑的信息技术设备免受电磁干扰这一基本要求，也只能作些牺牲了。

4 结语

从上文可见西门子手册《Power distribution planning manual Volume 1: Planning principles》内千方百计不遗余力地杜绝智能建筑低压配电系统内杂散电流的发生，而在我国建筑电气的设计安装中对此往往不予重视。这可能是我国智能建筑不能充分发挥功能的重要原因之一。衷心希望我电气同行注意及之。