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電子裝置及網(wǎng)絡(luò)硬件安全可靠性初探

文檔作者：ㄤ大千文檔來(lái)源：天津市建筑設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月03日
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電子裝置及網(wǎng)絡(luò)硬件安全可靠性初探
ㄤ大千(天津市建筑設(shè)計(jì)院300074)
摘要指出造成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件損壞和運(yùn)行不正常的主要因素,為雷擊、諧波干擾、地電
位擾動(dòng),以及強(qiáng)弱電線路并行導(dǎo)體之間分布電容耦合干擾等四個(gè)方面。雷擊接閃時(shí)接地裝置和鋼
筋電位驟升,引起參考地上高電位通過(guò)電子設(shè)備線路板,對(duì)低壓電源線和電源接地中性點(diǎn)反擊擊
穿,此現(xiàn)象常見(jiàn)而容易被忽視。對(duì)諧波的分析不僅要考慮三相對(duì)稱的情況,還應(yīng)考慮三相不對(duì)稱
的情況,修正以往對(duì)正序、負(fù)序、零序分量的片面認(rèn)識(shí)提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用防雷擊、防干擾容
性變壓器隔離的T系統(tǒng)供電方式,綜合解決防雷擊、防諧波干擾、防地電位擾動(dòng)問(wèn)題,確保計(jì)
算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及重要電子裝置的安全可靠性。
關(guān)鍵詞電磁兼容地電位反擊容性變壓器準(zhǔn)等電位聯(lián)結(jié)參考地電磁騷擾電磁
干擾抗擾度
1概述
人運(yùn)行,就會(huì)出現(xiàn)種種問(wèn)題。
一段時(shí)期以來(lái),黑客和病毒的襲擊給全球計(jì)算
電磁兼容性是一門(mén)新興的學(xué)科,內(nèi)容十分廣
機(jī)網(wǎng)絡(luò)造成了很大的危害,引起了人們的普遍關(guān)泛,國(guó)際電工委員會(huì)(EC)和我國(guó)的全國(guó)無(wú)線電干
注,這些都屬于軟件范明的問(wèn)題。然而,某一局部擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì),已經(jīng)出版和正在編制或修編
系統(tǒng)、設(shè)備常常發(fā)生的運(yùn)行不正常和硬件遭損壞的的有關(guān)電磁兼容的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上百部。本文限于篇
現(xiàn)象,尚未引起足夠的重視。例如:①不明原因的幅,不可能作詳細(xì)介紹,僅重點(diǎn)探討在工程應(yīng)用中
數(shù)據(jù)丟失或出錯(cuò),無(wú)故障停機(jī)事故(死機(jī)):②已按如何保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和各種微電子設(shè)備(裝置、系
規(guī)范規(guī)定采取了防直擊雷、感應(yīng)雷和雷擊電磁脈沖統(tǒng))的運(yùn)行可靠性及其硬件不受損壞對(duì)文中涉及
措施,雷閃時(shí)仍發(fā)生系統(tǒng)硬件故障;③買了價(jià)格昂的有關(guān)電磁兼容的一些重要術(shù)語(yǔ)的定義和基本概
貴、經(jīng)過(guò)國(guó)際認(rèn)證的進(jìn)口名牌設(shè)備,以為可以放心念,讀者可參閱有關(guān)國(guó)標(biāo)和參考文獻(xiàn)。
使用了,結(jié)果仍發(fā)生原因不明、程度不同的損壞,2在工程應(yīng)用中影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及微電子設(shè)備運(yùn)
甚至無(wú)法投入運(yùn)行
行可靠性和硬件安全的主要因素和后果
究其原因,主要在防雷措施和電磁兼容性設(shè)2.1諧波騷擾
計(jì)不當(dāng)表現(xiàn)為對(duì)雷電騷擾及電磁騷擾侵入系統(tǒng)的
電網(wǎng)中有許多電氣,電子設(shè)備,如氣體放電
界面和耦合機(jī)理缺乏全面認(rèn)識(shí)同時(shí)也缺乏對(duì)整個(gè)燈、電焊機(jī)、電梯、整流裝置、固態(tài)開(kāi)關(guān)等等,在
工程強(qiáng)弱電系統(tǒng)防雷和電磁兼容的總體設(shè)計(jì)。如在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)持續(xù)產(chǎn)生諧波騷擾,使某些諧波敏感
許多地方工程設(shè)計(jì)中,強(qiáng)電設(shè)計(jì)往往由設(shè)計(jì)總包方度較高的設(shè)備(裝置和系統(tǒng))受到干擾,造成運(yùn)行失
承擔(dān),而把各個(gè)智能化系統(tǒng)分包給不同的專業(yè)公司常或設(shè)備燒毀。這種騷擾可能來(lái)自公用電網(wǎng)的電源
去做這些專業(yè)公司往往不考慮或忽略了其智能化線,但更多更經(jīng)常發(fā)生的是來(lái)自用戶內(nèi)部低壓配
系統(tǒng)的電磁兼容性同低壓配電系統(tǒng)、接地方式防電網(wǎng)中設(shè)備之間通過(guò)傳輸線路的互相騷擾,例如
雷措施,以及由同一低壓電源供電的各種強(qiáng)弱電設(shè)有的國(guó)際知名品牌不間斷電源裝置(S)由于受諧
備和系統(tǒng)所構(gòu)成的總體電磁環(huán)境之間的密切關(guān)系波干擾而燒毀或無(wú)法工作:有的交流調(diào)速電梯,一
竣工以后的調(diào)試驗(yàn)收也往往是各做各的,不是在總兩臺(tái)用起來(lái)沒(méi)問(wèn)題,而多臺(tái)同時(shí)使用時(shí),其進(jìn)口的
體環(huán)境條件下按照最嚴(yán)酷的條件進(jìn)行。于是一旦投變頻裝置就燒毀了:天津市曾先后發(fā)生過(guò)兩起
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建筑電氣2003年第5期
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110kV變電站二次饋線三相短路時(shí)主變壓器差動(dòng)保荷較多時(shí),其產(chǎn)生的各次零序諧波分量均會(huì)通過(guò)中
護(hù)誤動(dòng)的事故,其原因也是由于Y,d聯(lián)結(jié)組的變壓性線和電子裝置的參考地連接線,給電子裝置和
器原副邊繞組中短路電流的三次諧波分量不平衡;線路的安全造成危害。
還有不少這樣的例子,電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置一投入,(
()
就越級(jí)使變電所的智能化斷路器跳閘了,等等。這
些都反映了電氣裝置的抗擾度水平不足。需要特別
提出的是,目前有人對(duì)波的認(rèn)識(shí)還存在一些誤
區(qū),導(dǎo)致請(qǐng)波抑制措施的不當(dāng)。茲簡(jiǎn)要分析如下。
在穩(wěn)態(tài)條件下,諧波騷擾波中只含有奇次諧波)()
并具有以下特性:
圖1380V單相電焊機(jī)圖2非對(duì)稱三相
a.三相線路中同相位的諧波電勢(shì)和電流稱為線路中的基波電流(電勢(shì))和基波電流和五次譜波
零序諧波電勢(shì)和電流。
三次諧波電流(電勢(shì))相量圖
電流相量圖
b.三相對(duì)稱的電氣、電子設(shè)備產(chǎn)生的3n次
國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)展三次諧波對(duì)電力、電子系統(tǒng)的
(n為正整數(shù))諧波電勢(shì)和電流,在三相線路的各相危害及其防治措施的研究。筆者認(rèn)為:不應(yīng)該僅僅
線中是同相位的,屬于零序的3n次諧波電勢(shì)和電局限于三次波,而應(yīng)重點(diǎn)研究零序諧波的危害及
流。三相不對(duì)稱的負(fù)荷(例如接在線電壓上的單相其防治對(duì)策。
電焊機(jī))產(chǎn)生的3n次諧波電勢(shì)和電流便不一定屬
上述結(jié)論正是在多次工程事故實(shí)例檢測(cè)和試驗(yàn)
于零序諧波電勢(shì)和電流。當(dāng)三相基波電勢(shì)對(duì)稱而三中發(fā)現(xiàn),并經(jīng)過(guò)理論分析后得出的。弄清楚這些概
相基波電流的功率因數(shù)角不同時(shí),各相線中的3n念對(duì)于采取正確、有效的抗諧波干擾措施具有重要
次波電流便不是同相位的,除可能含有(也可能意義
不含有)零序的3n次諧波電流外,還可能含有正2.2雷電騷擾
序和負(fù)序的3n次諧波電流。這時(shí)中性線中或電子
雷閃也是造成建筑物內(nèi)電子設(shè)備、智能化系統(tǒng)
裝置的參考地連接線中將會(huì)有3倍的零序基波和零和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行故障和硬件損壞的重要因素之
序3n次諧波電流通過(guò),而不會(huì)有正序和負(fù)序的基一。其主要騷擾形式表現(xiàn)為雷擊電磁脈沖通過(guò)電源
波和3n次諧波電流。圖1給出了380V單相電焊機(jī)傳輸線路和信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸線路引人設(shè)備(裝置和系
線路中的基波電流和三次諧波電流相量圖,從中可統(tǒng))的電壓浪涌和電流浪涌。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷
以看出,三次諧波電流中根本不含有零序分量,而設(shè)計(jì)規(guī)范(B50057-94)局部修訂條文第六章“防雷
只含有正序和負(fù)序分量(電勢(shì)亦如此,讀者可以運(yùn)擊電磁脈沖”,以及國(guó)家電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)《抗擾度試驗(yàn)
用對(duì)稱分量法自行分析)。因此,有人通常習(xí)慣于總論》(GB/T176261-1998)(18.4節(jié)所列)已對(duì)此作
將三次諧波電勢(shì)和電流看成零序的,這種認(rèn)識(shí)是片了詳細(xì)規(guī)定。
面的。非零序的三次諧波電勢(shì)和電流可以不受抑制
對(duì)以高壓電纜經(jīng)變壓器和低壓電纜供電的電子
地通過(guò)D,yn或Y,yn聯(lián)結(jié)組的變壓器
裝置來(lái)說(shuō),雷擊電磁脈沖從高壓電網(wǎng)侵入的可能性
c.三相對(duì)稱的3n+2次(n為正整數(shù))波電很小。主要是雷電流經(jīng)鋼筋引下時(shí),在金屬立管
勢(shì)和電流稱為負(fù)序諧波電勢(shì)和電流。
(線槽)中分流,或直接在非屏蔽低壓配電線中產(chǎn)生
d.三相對(duì)稱的3n+4次(n為正整數(shù))諧波電電磁感應(yīng)過(guò)電壓。
勢(shì)和電流稱為正序諧波電勢(shì)和電流。
雷擊電磁脈沖在電源傳輸線路的各芯線中產(chǎn)生
e.三相非對(duì)稱的3n+2和3n+4次諧波電勢(shì)的浪涌電壓和浪涌電流是同相位的,且只含有直流
和電流中將均有可能含有正序、負(fù)序、零序諧波電和偶次諧波分量。
勢(shì)和電流。圖2給出了非對(duì)稱三相基波電流和五次2.3地電位擾動(dòng)和驟升
諧波電流相量圖。從中可以看出,五次諧波電流中
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電子設(shè)備通常為取得一個(gè)基準(zhǔn)電
除含有負(fù)序分量外,還有正序和零序分量。同理,位(或稱參考電位)而進(jìn)行接地,該接地點(diǎn)稱為接地
對(duì)七次諧波電流也一樣。所以,當(dāng)電網(wǎng)中非對(duì)稱負(fù)基準(zhǔn)點(diǎn)(或稱參考地)如果在一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)中用
電子裝置及網(wǎng)絡(luò)硬件安全可靠性初探ㄤ大千
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金屬數(shù)據(jù)總線連接著幾個(gè)智能化系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)都該建筑物頂部的靜電感應(yīng)電荷迅速沿著防雷引下線
分別取一個(gè)參考地的話,那么在這些參考地之間以流入地中,在引下線中仍能產(chǎn)生電壓降,盡管引下
及這些參考地與電源變壓器中性點(diǎn)的工作地之間,線并聯(lián)支數(shù)較多,電壓降幅值比起直擊雷電流下行
就可能由于單相接地短路電流或電磁感應(yīng)所引起時(shí)要小得多,但對(duì)弱電系統(tǒng)來(lái)說(shuō),此時(shí)所產(chǎn)生的電
的,在接地連接線及其與鋼筋之間所形成的接地環(huán)磁感應(yīng)以及各層樓板鋼筋之間所產(chǎn)生的電位差,仍
路中產(chǎn)生感應(yīng)電流而出現(xiàn)電位差,導(dǎo)致運(yùn)行混亂、然可能危及弱電系統(tǒng)中電子設(shè)備的安全及系統(tǒng)的運(yùn)
出錯(cuò)、死機(jī),甚至毀機(jī)事故。
行可靠性。如果該建筑物某部位直接遭受雷擊,由
此外,建筑物的防雷裝置一旦接閃,雷電流流于避雷帶和引下線的電感的作用,大部分雷擊電流
經(jīng)防雷引下線、接地裝置時(shí)產(chǎn)生的電壓降是十分驚將沿最近的引下線直接入地,其它并聯(lián)引下線的分
人的。如果按雷電流為100kA、接地電阻為10計(jì)流系數(shù)僅為0.44~0.66(《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》)。
算,接地裝置上的電壓降便為100kV,而防雷引下此時(shí)很難說(shuō)整個(gè)建筑物的金屬框架會(huì)形成一個(gè)法拉
線上電壓降可達(dá)15kV/m以上。假設(shè)某局域網(wǎng)的主第籠,使得建筑物內(nèi)各電氣裝置和金屬物體處于等
機(jī)房設(shè)在建筑物的第5層,各層層高為3.3m,雷電位狀態(tài)中。
擊接閃時(shí)第5層樓板鋼筋同基礎(chǔ)鋼筋接地極之間的2.4強(qiáng)、弱電并行敷設(shè)線路之間分布電容耦合騷
電位差可達(dá)200kV以上。如果主機(jī)參考地通過(guò)絕緣擾
接地線同變壓器的工作地都接在同一基礎(chǔ)鋼筋上,
經(jīng)常見(jiàn)到有些設(shè)計(jì)將強(qiáng),弱電終端線路都采用
當(dāng)雷擊接閃時(shí),該參考地引下線同第5層樓板鋼筋非屏蔽導(dǎo)線穿塑料管并行敷設(shè),施工時(shí)又往往挨得
之間便存在200kV以上電位差(當(dāng)計(jì)及多根引下線近,通過(guò)強(qiáng)弱電導(dǎo)線之間存在的分布電容的耦合
的分流系數(shù)0.44或0.66時(shí),可能略低),使絕緣接途徑,使得弱電線路產(chǎn)生較高的靜電感應(yīng)電壓,導(dǎo)
地線可能因擊穿或電磁感應(yīng),而引起電子設(shè)備參考致弱電設(shè)備電子線路板被擊毀。這種事故在天津曾
地上的高電位通過(guò)主機(jī)線路板、低壓電源線路對(duì)變經(jīng)發(fā)生過(guò)
壓器接地中性點(diǎn)產(chǎn)生反擊,將主機(jī)燒毀。如果在主3電磁騷擾侵入系統(tǒng)所通過(guò)的界面及其耦合機(jī)理
機(jī)電源側(cè)裝設(shè)電涌保護(hù)器,將參考地上的高電位引
電磁騷擾侵入系統(tǒng)所通過(guò)的界面可能是:供電
至低壓電源線上來(lái)保護(hù)主機(jī),就必須選用其保護(hù)特線:信號(hào)、數(shù)據(jù)輸入線;信號(hào),數(shù)據(jù)輸出線;設(shè)備
性能同主機(jī)線路板耐雷水平相匹配的產(chǎn)品但目前外殼;接地基準(zhǔn)點(diǎn)(這一點(diǎn)筆者認(rèn)為在國(guó)家電磁兼
市場(chǎng)上尚未見(jiàn)過(guò)即使有,裝上了,而垂直敷設(shè)的容標(biāo)準(zhǔn)中被忽略了)電磁騷擾注入系統(tǒng)的耦合機(jī)
數(shù)據(jù)總線沒(méi)有采用正確的屏蔽結(jié)構(gòu),或屏蔽層的接理可分以下四種:公共阻抗(電阻性的,如接地電
地方式不正確,也可能由于鋼筋與數(shù)據(jù)總線之間的阻);電感耦合(如變壓器,并行導(dǎo)線之間、雷電流
危險(xiǎn)電位差而導(dǎo)致系統(tǒng)硬件被擊毀,如果主機(jī)參考通過(guò)防雷引下線在非屏蔽導(dǎo)線中或大電流通過(guò)金屬
地用絕緣引下線實(shí)行單獨(dú)接地,其接地裝置與防雷管線管(槽)在線管(槽)內(nèi)導(dǎo)線中感應(yīng)出互感電勢(shì)
接地裝置之間保持規(guī)范所規(guī)定的足夠距離,那么在等):電容耦合(如導(dǎo)線之間變壓器原副邊繞組之
絕緣接地引下線與5層樓板鋼筋之間,將會(huì)有超過(guò)間的分布電容);電磁輻射
300kV的電位差(對(duì)本例來(lái)說(shuō)),其危險(xiǎn)性就更大4工程應(yīng)用中為保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電子設(shè)備的安
了。不幸的是,迄今為止這種因地電位驟升所引起全可靠性應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則
的反擊事故還是屢屢發(fā)生而尚未引起足夠重視
弱電系統(tǒng)與電源配電系統(tǒng)應(yīng)密切配合,統(tǒng)一考
有人提出雷擊接閃時(shí),對(duì)于鋼或鋼筋混凝土框慮:強(qiáng)、弱電系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)應(yīng)同建筑物防直
架的建筑物來(lái)說(shuō),猶如一個(gè)法拉第籠,能使建筑物擊雷,感應(yīng)雷和雷擊電磁場(chǎng)脈沖侵?jǐn)_設(shè)計(jì)統(tǒng)一考
內(nèi)部各電氣裝置和金屬體處于一個(gè)等電位狀態(tài)中。慮,采取綜合措施;各種不同用途的接地、等電位
筆者認(rèn)為,這種假設(shè)并不全面。對(duì)于雷擊發(fā)生在該聯(lián)結(jié)應(yīng)作統(tǒng)一合理設(shè)計(jì);必須對(duì)強(qiáng)弱電系統(tǒng)的電
建筑物以外的物體上所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)效應(yīng)來(lái)說(shuō)這磁環(huán)境作全面評(píng)估,盡量降低每一電氣、電子設(shè)備
種說(shuō)法是成立的;而對(duì)于靜電感應(yīng)效應(yīng)來(lái)說(shuō)就不的電磁騷擾(尤其是諧波騷擾)水平,減少騷擾選加
然。當(dāng)雷閃發(fā)生,雷云所帶電荷消失時(shí),被束縛在量,提高系統(tǒng)的總體抗擾度水平;在采取提高電磁
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建筑電氣2003年第5期
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兼容水平的措施時(shí),應(yīng)考慮工程的重要性和經(jīng)濟(jì)性?；蚓哂蠪GB的UPS電源裝置以系統(tǒng)供電,如圖
5筆者建議的計(jì)算機(jī)低壓配電系統(tǒng)
3所示。這種變壓器二次側(cè)可以接成接線,以六
對(duì)一個(gè)由許多終端機(jī)相連的局域網(wǎng),或幾個(gè)系相供電。其相兩個(gè)頂點(diǎn)之間的電壓為230V,其
統(tǒng)的主機(jī)用信號(hào)、數(shù)據(jù)線相連接的以太網(wǎng)來(lái)說(shuō),其不相鄰的三個(gè)頂點(diǎn)中每?jī)蓚€(gè)頂點(diǎn)之間的電壓為
主機(jī)房設(shè)備和各層終端插座宜采用分室或分層)設(shè)400V,可以不需接出中性線實(shí)現(xiàn)380/220V三相或
置的防雷擊、防干擾隔離變壓器(以下簡(jiǎn)稱FGB),單相供電。
123456
9
s1400V
金屬線管
S2400
D1230V
 3SGB-FR
D2230V
N
D3230V
4由由
中中中中中
D4230
PE干線
 D5 230VI
6
12
6230v
10
參考地
防靜電地板
鋼筋混凝土樓(地)板
圖3防雷擊、防干擾電源柜系統(tǒng)
圖中:1—電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān);2——斷路器;3——防雷擊防波干擾隔離變壓器:4電涌抑制器:5熔斷器6接地指示燈
一零序電壓互感器;8—接地聲光報(bào)警器:9三極漏電開(kāi)關(guān);10雙極漏電開(kāi)關(guān);11—服務(wù)器;12ups
隔離變壓器二次側(cè)應(yīng)有絕緣檢測(cè)裝置和漏電保遭反擊擊毀(詳見(jiàn)以下第8節(jié)分析)
護(hù)裝置,以及時(shí)發(fā)現(xiàn)一相接地,并在一相接地轉(zhuǎn)變
目前,對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電的低壓配電系統(tǒng)
為二相接地短路時(shí)能保證保護(hù)裝置靈敏動(dòng)作。
多數(shù)采用TN-S系統(tǒng)。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多為單相
對(duì)于一般規(guī)模不大的機(jī)房,其絕緣檢測(cè)裝置僅220V,請(qǐng)波含量高,很容易造成中性線過(guò)載。例
需指示燈就行了。而對(duì)于有多個(gè)獨(dú)立IT系統(tǒng)的較如,天津某設(shè)計(jì)院向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)供電的TN-S專用
大網(wǎng)絡(luò)或醫(yī)院手術(shù)室等來(lái)說(shuō),每個(gè)系統(tǒng)還應(yīng)單獨(dú)裝線路在三相負(fù)荷基本平衡的情況下,其中性線電流
設(shè)接地檢測(cè)信號(hào)遠(yuǎn)傳裝置(如具有零序電壓檢測(cè)功常年為相線電流的兩倍,可見(jiàn)其零序諧波含量之
能的電壓互感器),將信號(hào)傳至值班室或控制室。高。因此,如果要采用TN-系統(tǒng)供電的話,其
這樣做的好處是:①能有效抑制從電源線引入的騷線路中性線的截面應(yīng)不得小于相線截面的兩倍(尚
擾諧波和雷擊電磁脈沖對(duì)本系統(tǒng)產(chǎn)生干擾;②能有應(yīng)考慮三相負(fù)荷不對(duì)稱的情況),線路首端保護(hù)裝
效抑制由本系統(tǒng)電子設(shè)備發(fā)出的騷擾諧波進(jìn)入低壓置必須采用中性極帶過(guò)載保護(hù)的四極開(kāi)關(guān)。此外,
配電網(wǎng)絡(luò)對(duì)其它設(shè)備(裝置和系統(tǒng))產(chǎn)生干擾(詳見(jiàn)采用TNS系統(tǒng)供電時(shí),其防雷擊、防干擾和防地
以下第6節(jié)分析);③能從根本上防止由于地電位電位擾動(dòng)性能均較I系統(tǒng)差
擾動(dòng)所引起的死機(jī)、系統(tǒng)工作失常、數(shù)據(jù)丟失或出6防雷擊、防干擾容性隔離變壓器的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)原
錯(cuò);④能有效的防止建筑物防雷裝置接閃時(shí),因作理
為參考地的鋼筋電位急劇升高導(dǎo)致系統(tǒng)中硬件設(shè)備
該變壓器可制成單相或三相。以三相雙繞組結(jié)
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構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明其結(jié)構(gòu)特征及性能。
原副邊每個(gè)繞組分成兩個(gè)線圈,該兩個(gè)線圈是
用兩層互相絕緣的金屬箔并繞起來(lái)的。于是該兩線
圈之間就存在電容C。然后可根據(jù)需要采取以下兩
種接線方式的任意組合。
c
通常接在三相四線制系統(tǒng)一側(cè)的繞組宜接成Z
)
形接法,如圖4所示。當(dāng)接通電源后,在每個(gè)繞組
的兩個(gè)線圈之間,即電容C的兩個(gè)極板之間就存
在很高的電壓,其值等于系統(tǒng)相電壓。該側(cè)三相繞
 x, x9
組的總的電容量為Qc=30/Xc(X為該電網(wǎng)
頻率下的容抗)。不難看出,只要合理設(shè)計(jì)鐵芯尺
(a)接線圖
寸及線圈匝數(shù)、金屬箔的厚度和絕緣厚度,就可以
獲得足夠大的電容容量,使變壓器成為容性元件。
E
(b)相量圖
圖5六角形接線繞組接線圖及相量圖
L
(b)相圖
c這種兩層同心并繞的繞組結(jié)構(gòu),每一匝線
(a)排線圖
圈都存在電感和相間并聯(lián)電容,形成了分布LC級(jí)
圖4型接線繞組接線圖及相量圖
聯(lián)濾波電路,如圖6所示。由于每匝線圈的電感值
接在三相三線制系統(tǒng)一側(cè)的繞組宜接成六角形都相同,即L1=l2==L,每匝線圈的直徑
接法,如圖5所示。這種接法,在每個(gè)繞組的兩個(gè)略有不同而使電容值也有所不同,因而又形成了一
線圈之間,即電容的兩極板之間的電壓為系統(tǒng)線電個(gè)具有不同諧振頻率的級(jí)聯(lián)寬帶諧振電路
壓。眾所周知,電網(wǎng)線電壓為相電壓的3倍,而電
容容量是與其極板之間所加電壓的平方成正比。假
o
設(shè)六角形接法和乙形接法兩個(gè)繞組的電容相等的
話,當(dāng)電網(wǎng)線電壓相同時(shí),后者比前者的電容容量
要大3倍。
這兩種接線方式的繞組結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)
22
a.變壓器繞組自身具有并聯(lián)電容容量,約占
圖6分布式LC級(jí)聯(lián)濾波電路
變壓器容量的30%~50%,能夠補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功從圖中不難看出,對(duì)于電容C具有諧振頻率:
率。
b.當(dāng)同相位的零序基波電流或零序諧波電流
流過(guò)六角形或乙形接線繞組時(shí),在每一繞組的兩個(gè)
 fe"
線圈中的電流方向是相反的,使每個(gè)鐵心柱中零序?qū)τ陔娙軨2具有諧振頻率:
磁通為零。同時(shí),每相繞組兩個(gè)線圈的電勢(shì)相位差
為60°,三倍頻率時(shí)的相位差為180°,成反向而互
相抵消,能有效地消除零序奇次諧波電勢(shì)。從而抑
fc2=224C2
制住電網(wǎng)中最主要的騷擾諧波成分。
對(duì)于電容C具有諧振頻率:
8(200)
建筑電氣2003年第5期
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=
相連,以防大電流(諸如短路電流)通過(guò)鋼筋時(shí)金屬
 fcn 2nLC
板產(chǎn)生電位差。
如果忽略C1、…、Cn的差別,即令C1=C27.3對(duì)于一個(gè)建筑物內(nèi)有多個(gè)智能化系統(tǒng)用數(shù)據(jù)
=…=Cn=C,則:
總線(如結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng))連接起來(lái)的分布式局
域網(wǎng)或以太網(wǎng)來(lái)說(shuō),參考地可按以下方式設(shè)置:
=, =n x fc.
a.當(dāng)數(shù)據(jù)總線采用光纜時(shí),各系統(tǒng)應(yīng)分別設(shè)
置參考地。
其諧振頻率寬度
b.當(dāng)數(shù)據(jù)總線采用屏蔽金屬導(dǎo)線時(shí),參考地
設(shè)在主要系統(tǒng)的主機(jī)房?jī)?nèi)。其它系統(tǒng)的參考地應(yīng)懸
W=f1-fcn=(n-1)fcn
浮連接。該金屬屏蔽層作為內(nèi)屏蔽,只能與主機(jī)房
如果n為100匝,則:
的參考地一點(diǎn)連接。作為外屏蔽的金屬管或金屬線
槽則應(yīng)盡量多點(diǎn)(至少首尾兩點(diǎn))與各層鋼筋實(shí)行等
W=(√100-1)fcn=9fc
電位聯(lián)結(jié)。這樣做法,即使外屏蔽層中流過(guò)大電流
如此寬的諧振頻率,顯然不可能對(duì)某一特定頻出現(xiàn)很大的電位差,由于內(nèi)屏蔽層及其內(nèi)部的數(shù)據(jù)
率的諧波發(fā)生諧振。
線只有一點(diǎn)接地,不構(gòu)成通流回路,始終能保證內(nèi)
只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)、配制各側(cè)繞組的電感L和屏蔽層及其內(nèi)部數(shù)據(jù)線處于同參考地等電位狀態(tài),
電容C的參數(shù)比值,就可以獲得理想的抑制各次達(dá)到良好的屏蔽和等電位連接效果,保證系統(tǒng)硬件
諧波的效果,又不會(huì)發(fā)生振及通常電容器所可能的安全和運(yùn)行可靠性。如果沒(méi)有內(nèi)屏蔽層,則外屏
出現(xiàn)的因過(guò)電壓、過(guò)電流而損壞的現(xiàn)象。
蔽層兩端出現(xiàn)很大電位差時(shí),便可能造成對(duì)其內(nèi)部
d.能完全隔離三相電源線路中同相位的雷擊數(shù)據(jù)線及其所連接的設(shè)備絕緣擊穿。有的地方采用
電磁脈沖。
鋁箔屏蔽線,施工時(shí)常發(fā)生鋁箔折斷現(xiàn)象,建議采
e.由于零序磁通和零序電抗為零,消除了變用銅箔或銅絲編織的屏蔽層,可避免類似現(xiàn)象
壓器的零序附加損耗,節(jié)能效果明顯。并提高了變8電源配電線路的敷設(shè)方式、防雷與等電位聯(lián)結(jié)
壓器二次單相短路保護(hù)的靈敏度
°
措施
防雷擊、防干擾容性變壓器已申報(bào)了國(guó)家發(fā)明
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)和終端低壓電源線路和三相
專利。利用同樣原理研制的“分布式級(jí)聯(lián)L一體垂直干線應(yīng)穿金屬管(槽)。在各層隔離變壓器的一
化濾波器”也已獲得了專利證書(shū)(專利號(hào)次側(cè)各相電源線、中性線(如果有的話)與PE線之
ZL01207724.0),并已應(yīng)用于新型防雷擊、防干擾間裝設(shè)電涌保護(hù)器。PE線應(yīng)盡量多點(diǎn)同各層樓板
UPS電源裝置中,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。有鋼筋實(shí)行等電位聯(lián)結(jié)。當(dāng)雷電流下行,樓板鋼筋電
關(guān)這些產(chǎn)品的更詳細(xì)的原理和特點(diǎn)將另文專述。
位升高時(shí),通過(guò)電涌保護(hù)器將高電位引到電源線
7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的參考地做法
上,達(dá)到隔離變壓器一,二次側(cè)準(zhǔn)等電位聯(lián)結(jié)的目
7.1一個(gè)局域網(wǎng)只應(yīng)有一個(gè)參考地,通常設(shè)在主的。
機(jī)房。各個(gè)終端采用懸浮地。如果存在兩點(diǎn)接地,9計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸線路的結(jié)構(gòu)、敷
則在兩個(gè)參考地之間出現(xiàn)微小的電位差,便可能發(fā)設(shè)方式、防雷和等電位聯(lián)結(jié)措施
生數(shù)據(jù)差錯(cuò)、丟失或死機(jī)等運(yùn)行故障。在整個(gè)局域
建筑物內(nèi)局城網(wǎng)的垂直數(shù)據(jù)總線或信號(hào)線應(yīng)采
網(wǎng)主機(jī)和終端均采用系統(tǒng)供電和只有主機(jī)參考用光纜或屏蔽金屬線。當(dāng)采用屏蔽金屬線時(shí)應(yīng)敷設(shè)
地一點(diǎn)懸浮地的情況下,地電位任何浮動(dòng)都不會(huì)危在金屬線槽(管)內(nèi),其屏蔽層只應(yīng)同主機(jī)房?jī)?nèi)參考
及系統(tǒng)硬件安全和運(yùn)行可靠性。
地一點(diǎn)連接。金屬線槽(管)則應(yīng)盡量多點(diǎn)同各層樓
7.2主機(jī)房的所有設(shè)備宜設(shè)置在一個(gè)等電位的金板鋼筋相連。連接各終端的水平數(shù)據(jù)支線可采用非
屬平板(通常采用防靜電地板)上。將各設(shè)備(包括屏蔽金屬絞線敷設(shè)在金屬線槽(管)內(nèi)。金屬線槽
外圍設(shè)備,如UPS等)的參考地用最短的導(dǎo)線連接(管)應(yīng)至少首尾兩端與本層樓板鋼筋實(shí)行等電位聯(lián)
到該金屬板上。金屬板只應(yīng)有一點(diǎn)同本層樓板鋼筋結(jié)。數(shù)據(jù)、信號(hào)線在各層配線架處裝設(shè)專用電涌保
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(201)·9
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護(hù)器。
參考文獻(xiàn)
10應(yīng)用實(shí)例
全國(guó)建筑電氣設(shè)計(jì)情報(bào)網(wǎng)資深理事專家委員會(huì),現(xiàn)代建筑電氣
實(shí)例1:天津某化工廠噴絲車間自動(dòng)生產(chǎn)線電技術(shù)資質(zhì)考試復(fù)習(xí)問(wèn)答,北京中國(guó)電力出版社2001:805-82
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久,UPS主板被燒毀。又重新更換一臺(tái),但始終發(fā) Reliability of Electronic Equipments
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 (Tianjin Institute of Architecture Design 300074 China)
換的操作中,因電源短時(shí)中斷,造成噴絲自動(dòng)生產(chǎn)
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線停機(jī)和堵塞噴絲頭事故,經(jīng)濟(jì)損失重。應(yīng)廠方 computer network hardwares and operate faultly are lightning
請(qǐng)求,筆者進(jìn)行了調(diào)研,分析判斷為諧波干擾所 stroking, harmonics
 arth potential fluctuating and dis-
致。經(jīng)委托專門(mén)機(jī)構(gòu)對(duì)110kV電網(wǎng)進(jìn)戶端、uP電 tributed capacitor couping between powerful current wires and mik
源側(cè)及邏輯地回路進(jìn)行了諧波檢測(cè),查明110kV電 eurrent wires paralled common
 on but overlooked easily
及邏輯地接地線中 is nush rising potential of earthing eonrluctor and steel stractur
 stroked by lightning
 ks through LV wires and power
含有大量各次諧波。證實(shí)系由于同一變壓器二次其 aing neutral
 d potential acting on
他用電設(shè)備中所產(chǎn)生的諧波騷擾量太大所致。于是 board of
為其研制配備了三相及單相容性變壓器各一臺(tái)(后 only three
者用于U旁路電源),裝在UPS電源側(cè)。經(jīng)諧波 sense comp
干擾試驗(yàn)檢測(cè)后,于1999年9月一次投運(yùn)成功, uence and
干擾諧波基本消除。
實(shí)例2:2001年秦皇島市某玻璃生產(chǎn)廠新建平
 ghtning.har-
 monies
板玻璃生產(chǎn)線自控裝置電源端,也采用了防雷擊防 lits of comp
諧波干擾容性隔離變壓器。2002年夏季在一次富 Key words Eleetr
暴中,未裝設(shè)容性隔離變壓器的原料加工自控裝置 rounter attack Capacitive
和變頻機(jī)紐均跳閘停運(yùn),惟有該平板玻璃自控裝置 ing Referenerd rarth El
未受影響,而且自投運(yùn)以來(lái)始終運(yùn)行穩(wěn)定,未發(fā)生
過(guò)死機(jī)或指令錯(cuò)誤等現(xiàn)象。
 sewwwywswwwwwwv
實(shí)例3:天津某醫(yī)院醫(yī)療管理電腦網(wǎng)絡(luò)原設(shè)計(jì)
歡迎訂閱本刊合訂本
采用本文所述方案,其主機(jī)房及各層終端均裝設(shè)防
《建筑電氣》雜志近年合訂本正在發(fā)行,歡
雷擊防諧波干擾容性隔離變壓器,以IT系統(tǒng)供電。
迎訂閱:因數(shù)量有限,以訂購(gòu)先后為序,售完
訂貨時(shí)改用普通變壓器,結(jié)果頻繁發(fā)生因三相負(fù)荷
為止:價(jià)格見(jiàn)下表
不對(duì)稱零序諧波過(guò)大導(dǎo)致漏電開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作現(xiàn)象。現(xiàn)年卷合訂本價(jià)(元/冊(cè)年卷合訂本價(jià)元
1995
16.00
19991820.00
正為其進(jìn)行調(diào)整改造中。
19961518.00
200019
由此可見(jiàn),只要按照以上的各項(xiàng)辦法去做,就
26.00
199716180020012026.00
能大大提高智能化系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的電磁兼容水平和抗
1998718.00
200216.00
雷擊水平,當(dāng)雷擊接閃時(shí)即使有大電流通過(guò)金屬線
注:1.上迷價(jià)格已含郵掛費(fèi)
2.書(shū)款通過(guò)郵局直匯我社,務(wù)清注明所購(gòu)期、
槽(管),各層鋼筋之間存在巨大電位差的情況下
份數(shù)、收件人,詳細(xì)地及郵編等
也能確保數(shù)據(jù)總線以及電子設(shè)備的安全和系統(tǒng)的工
(本啟)
作可靠性。
10·(202)
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