EMC环境友好的西门子低压配电系统

1 电磁干扰的一般处理方法

1.1 概述

　　自动化系统或监控系统通常为低压配电系统中的子系统，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），因为不友好的emc环境常使他们的系统或系统中电子设备出现故障，甚至损坏，如：自动化系统停机;

传动系统烧设备;

数据网络故障;

电脑和服务器损坏;

打印机失灵;

局域网络数据传输率降低甚至停顿;

报警系统误报警;

金属管路和接地线严重腐蚀。

在安装和调试自动化系统或监控系统时，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，隔离或切断传播干扰的途径（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传播途径或耦合机理作简要的说明。

（1） 电位耦合

两个或两个以上线路通过一个公共阻抗连接在一起时，就会产生电位耦合机理。该公共阻抗可以是电源内阻，电源接头，零电位导线，保护地线（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，强电线路a与信号线路b有一个公共阻抗zk，两个线路的电流ia和ib在公共阻抗zk上产生电压降uxab。该电压降是线路a和线路b的干扰源。一个线路（或多个）多点接地后会形成环路，电压降是形成环电流的根源。

（2）电容耦合

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阻抗，所以线路1与线路2会流通电流，并在线路2中产生干扰电压u2。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。

（3）感应耦合

两个或两个以上的线路在周围产生的磁通相互交联时，就会产生感应耦合。分析图2中电感耦合原理图，一个磁路的磁通变化会在另一线路的导线环路中（相当于一线圈绕组）感应干扰电压。这也说明为什么一个很简单的线路也会受到干扰。该瞬态磁场可能是由如雷电，操作过电压或静电放电等现象引起；另外一个线路中的电流变化也会在另一个线路中感应电压。该感应电压主要取决于电流的变化率和互感系数mk。而mk取决于磁场强度以及磁场的导磁率。

（4）电磁线耦合

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。

这些长线中的电流和电压相互有关联的，并非毫不相干。可用微分分析方法计算产生的干扰电磁场。

（5）辐射耦合

一个线路的电磁场可产生的电磁波，以光速传播作用于另一个线路的现象称辐射耦合。当离干扰源距离很近时，我们主要处理的是来自电位耦合，感应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。

2 低压配电线路对周围电子设备的干扰

　　低压配电线路本身是一个大电场，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）会在临近的其他线路中产生干扰的电压和电流；配电线路中电流在它的周围产生磁场，交变磁场可在环型线路中感应电势；配电线路中的电流也会产生电磁波，产生辐射干扰，以光速传播干扰距离较远的线路。配电线路在周围产生的磁场其磁通密度达1μtesla时，可使14/15英寸的lcd屏幕图像闪烁；而0.5μtesla的磁通密度足以使17/21英寸lcd屏幕（或crt监视器屏幕）的图像闪烁。德国曾把配电线路作为干扰源，lcd显示屏幕作为电磁干扰的受害者，研究两者之间的相互关系，即配电线路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。其中纵坐标为线路在空间产生的磁通密度，横坐标为线路对屏幕的干扰距离。分析该试验例子可说明：

　　（1） 三相电流不平衡时，干扰距离增大，干扰距离与三相电流的不平衡度有关。

（2） 三相电流平衡工况下，电流越大，干扰距离越远。

（3） 三相电流平衡工况下，三相导线按e方式布线，干扰距离最短。

该试验是基于低压三相三线制的供电方式，有其一定的局限性。

3 低压配电系统中性线的负荷工况

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