摘要：文章通過(guò)對影響電源質(zhì)量，諸如電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、瞬變浪涌等主要因素的分析，提出一些消除電源污染的方法，以保證在智能建筑中計算機和精密電子設備的正常運行。

　　關(guān)鍵詞：智能建筑；瞬變浪涌；電滋干擾；瞬變脈沖

　　隨著(zhù)國際信息潮流沖擊和微電子科技的沸騰，加上通訊、計算機及自動(dòng)控制技術(shù)日新月異，使得建筑開(kāi)始走向高品質(zhì)、高功能領(lǐng)域，形成一種新的建筑形式――智能建筑（Inetlligent Buildings）。由于在智能建筑中運用了許多計算機和微電子設備，對其供電電源的質(zhì)量提供了新的要求。因為電源品質(zhì)的好壞，將直接影響智能建筑中設備的運行穩定性和可靠性，甚至導致重大人身、設備事故和造成巨大的經(jīng)濟損失。這種影響不僅來(lái)自供電電源的電壓、頻率及電流等基本要素是否滿(mǎn)足用電設備的要求，而且也來(lái)自所提供的供電電源的電網(wǎng)質(zhì)量。

　　由于電子計算機、微處理器以及其他電子儀器設備普遍存在著(zhù)絕緣強度低、對供電電源的質(zhì)量要求高、過(guò)電壓耐受能力差的弱點(diǎn)，使得這些高靈敏的電子系統在運行時(shí)，經(jīng)常出現程序運行錯誤、數據錯誤、時(shí)間錯誤、死機、無(wú)故重新啟動(dòng)甚至造成用電設備的永久性損壞，給人們日常生活造成巨大損失。為此，在智能建筑中，研究其供電電源質(zhì)量，實(shí)施有效的防護措施，已是必然的趨勢，而且受到世界各國普遍關(guān)注。

　　1、電源質(zhì)量的技術(shù)指標

　　衡量電源質(zhì)量的技術(shù)指標主要包括：電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、諧波和三相不平衡等。眾所周知，供電電源質(zhì)量會(huì )受到多種因素的影響，如負荷的變化、大量非線(xiàn)性負載的使用、高次諧波的影響、功率因數補償電容的投入和切斷、雷電和人為故障、公共設施（如電動(dòng)機、電梯等）等都會(huì )影響電源的品質(zhì)，從而降低供電電源的質(zhì)量。

　　1.1 電壓波動(dòng)（Undulating voltage）

　　理想電源電壓正弦波的波形是連續、光滑、沒(méi)有畸變的，其幅值和頻率是穩定的。當負荷發(fā)生變化時(shí)，負荷出現較大的增加時(shí)，特別是附近有大型設備處于啟動(dòng)時(shí)，使得供電電源正弦波的幅值受到影響，產(chǎn)生低電壓。當供電電源電壓波動(dòng)超過(guò)允許范圍時(shí)，就會(huì )使計算機和精密的電子設備運算出現錯誤，甚至會(huì )使計算機的停電檢測電路誤認為停電，而發(fā)生停電處理信號，影響計算機的正常工作。一般計算機允許電壓波動(dòng)范圍為：AC 380V、220V±5％。計算機在電壓降低至額定電壓的70％時(shí)，計算機就視為中斷。為此，《電子計算機機房設計規范》GB 50174－93（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規范》）對電壓波動(dòng)明確規定，將電壓波動(dòng)分為A、B、C三級。

　　1.2 頻率波動(dòng)（Undulating frequency）

　　供電電源頻率波動(dòng)主要由于電網(wǎng)超負荷運行而引起發(fā)電機轉速的變化所致。而計算機的外部設備大多采用同步電動(dòng)機，一般計算機頻率允許波動(dòng)范圍為50Hz±1%.當供電電源頻率波動(dòng)超過(guò)允許范圍時(shí)，會(huì )使計算機信息存儲的頻率發(fā)生變化而產(chǎn)生錯誤，甚至會(huì )產(chǎn)生信息丟失等。

　　1.3 波動(dòng)失真（Waveforn distortion）

　　產(chǎn)生電源電壓波形失真的主要原因是由于電網(wǎng)中非線(xiàn)性負載，特別是一些大功率的可控整流裝置的存在會(huì )對供電電源的電壓波形產(chǎn)生烴，還會(huì )使計算機的相對控制部分產(chǎn)生不利的影響；這種波形畸變，還會(huì )使計算機直流電源回路中的濾波電容上的電流明顯增大，電容器發(fā)熱；還由于鋸狀波形的出現，會(huì )使計算機的停電檢測電路誤認為停電，而發(fā)出停電處理信號，影響計算機的正常工作。衡量波形失真的技術(shù)指標是波形失真率（Waveform distortion rate），即用電設備輸入端交流電壓所有高次諧波之和與基波有效值之比的百分數。

　　1.4 瞬變浪涌和瞬變下跌

　　瞬變浪涌（Transient voltage surge）是指正弦波在工頻一周或幾周范圍內，電源電壓正弦波幅值快速增加。瞬變浪涌一般用最大瞬變率表示。瞬變下跌（Tran－sition voltage fall），又稱(chēng)凹口，它是指正弦波在工頻一周或幾周范圍內，電源電壓正弦波幅值快速下降。瞬變下跌一般用最大瞬變下跌率表示。瞬變浪涌和瞬變下跌，瞬間內電壓幅值快速增加或減小會(huì )對計算機系統形成干擾，導致其運算錯誤或者破壞存儲的數據和程序。目前，國內未對瞬變大瞬變率：（半周或更長(cháng)）≤20％；恢復過(guò)程中降至15％以?xún)�，�?0ms；然后降至6％以?xún)�，�?.5s.允許最大瞬變下跌率：（半周或更長(cháng)）≤30％；恢復到－20％以?xún)�，�?0ms；恢復到－13.3％以?xún)�，�?.5s。

　　1.5 瞬變脈沖（Transient voltage pulse）

　　瞬變脈沖，又稱(chēng)尖峰或者電壓閃變，是指在小于電網(wǎng)半個(gè)周期的時(shí)間內電網(wǎng)理想正弦波上疊加的窄脈沖。引起瞬變脈沖的原因很多，一般主要由以下幾方面：

　　瞬變脈沖，又稱(chēng)尖峰或者電壓閃變，是指在小于電網(wǎng)半個(gè)周期的時(shí)間內電網(wǎng)理想正弦波上疊加的窄脈沖。引起瞬變脈沖的原因很多，一般主要由以下幾方面：

　　1.5.1 內部過(guò)電壓（Internal overvolttage）

　　即在電力系統的內部，由于重負荷、感性負荷、補償電容的投入和切除，開(kāi)關(guān)和保險裝置的操作以及短路故障的發(fā)生，都會(huì )使系統參數發(fā)生變化，引起電力系統的內部電磁能量的轉化和傳遞，在系統中出現過(guò)電壓。據統計，在整個(gè)瞬變脈沖事故中因內部過(guò)電壓造成的占有80％。

　　1.5.2 雷電（Lightning）

　　在雷電中心1.5km～2km范圍內都可能產(chǎn)生危險過(guò)電壓，損壞電路上的設備。當雷擊輸電線(xiàn)或雷閃電發(fā)生在線(xiàn)路附近時(shí)，通過(guò)直接或間接耦合方式雷閃放電形成暫態(tài)過(guò)電壓將以流動(dòng)波形式沿線(xiàn)路傳播，危及設備安全。據統計，在整個(gè)瞬變脈沖事故中因雷擊產(chǎn)生過(guò)電壓造成的約占18％左右。

　　計算機和精密儀器設備的信號電壓很低，一般只有10V左右，所以對閃電脈沖過(guò)電壓極為敏感，極易受閃電脈沖過(guò)電壓的干擾和損壞。一般電氣設備允許的閃電脈沖電壓為6000V，而計算機和精密儀器設備估計在幾十伏到幾百伏就會(huì )受到損壞。

　　1.6 三相不平衡（Unbalance three phase circuit）

　　由于三相負荷分配不均等，使三相負荷電流不對稱(chēng)，由此產(chǎn)生三相負序分量。不平衡度是衡量三相負荷狀態(tài)的指標，主要包括電壓不平衡、電流不平衡、相角不平衡。三相不平衡窨到什么程度才會(huì )影響計算機的穩定、可靠運行，目前尚無(wú)完整資料。只有參考廠(chǎng)商關(guān)于三相不平衡具體要求，以保證計算機及其設備正常、穩定運行。一般計算機允許相電壓不平衡≤120±3。

　　1.7 瞬間停電（Interrupt power－supply）

　　如果發(fā)生電網(wǎng)瞬間停電，將直接影響計算機的正常運行。當電源中斷1.5ms以?xún)仁�，可由計算機主機的大電容器放電來(lái)維持計算機的繼續運行，對系統無(wú)影響。而當在電源中斷1.5ms以上時(shí)，由于存儲器一般采用MOS電路，一旦停電時(shí)間長(cháng)，計算機就會(huì )失去記憶，使大量運算過(guò)程的數據丟失，致使計算機運算錯誤乃至停機。一般計算機要求電源中斷在10ms之內。對于瞬間停電允許持續時(shí)間，《規范》中對供電質(zhì)量規定分為A、B、C三級。

　　A級：Oms～4ms；B級：4ms～200ms；C級：200ms～1500ms

　　1.8 電磁干擾（Electromagnetic Interference 簡(jiǎn)稱(chēng)EMI）

　　電磁干擾，有也稱(chēng)電磁污染，它是電子系統輻射的寄生電能。電磁干擾主要來(lái)自以下兩方面：

　�、匐娎|、電線(xiàn)既是造成電磁干擾的主要發(fā)生器，也是主要的接收器。作為發(fā)生器，它向空間輻射電磁波，對計算機系統形成的干擾。作為接收器，它也能敏感地接收從其它相鄰干擾源所發(fā)射電磁波的干擾。由于計算機系統中的邏輯脈沖前沿很陡峭（納秒級），對30Hz-100Hz的電磁干擾十分敏感，會(huì )使計算機系統中的邏輯出現錯誤動(dòng)作。

　�、诤穗娒}沖（Nuclear Electromagnetic Pulse簡(jiǎn)稱(chēng)NEMP）核爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖強度高、覆蓋面大、持續時(shí)間短（1μs）、等值頻率可高過(guò)100MHz.電磁脈沖將在電網(wǎng)絡(luò )中耦合產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，危害極大。

　　以上是衡量電源質(zhì)量的主要技術(shù)指標，這些技術(shù)指標的好壞，反映了電源質(zhì)量的情況，將直接影響計算機系統的運行，為此，應視電源污染的程度以及計算機系統對電源品質(zhì)的要求，采取相應的防護措施，防止電網(wǎng)中其它設備的干擾，提高供電質(zhì)量，使計算機系統能夠穩定、可靠運行。

　　2、改善電源質(zhì)量的方法

　　影響電源質(zhì)量的因素是復雜的，然而，當受到污染后的電源為計算機和精密電子設備供電時(shí)，對其運行是極為有害的。當城市電網(wǎng)的電源質(zhì)量不能滿(mǎn)足要求時(shí)，要根據需要，采用合理的供電系統以及必要的技術(shù)措施，有針對性地消除污染電源對計算機和精密電子設備的影響。這些措施包括：采用隔離變壓器、濾波器、穩壓設備、不間斷電源以及瞬變信號、濾除高頻噪聲、穩定電壓與城市電網(wǎng)隔離，消除電壓和頻率的偏差以及吸收浪涌等各種干擾，從而獲得理想的電源。

　　常用的幾種計算機供配電系統主要有直接供電系統，隔離變壓器、穩壓器和濾波器組合系統；不間斷供電系統等。

　　2.1 直接供電系統直接供電系統就是將市電（通常為AC380V，50Hz）直接接至配電柜，然后再分送給計算機設備。直接供電系統只適用于電網(wǎng)質(zhì)量的技術(shù)指標能滿(mǎn)足計算機的要求，且附近沒(méi)有較大負荷的啟動(dòng)和制動(dòng)以及電磁干擾很小的地方。直接供電系統優(yōu)點(diǎn)是：供電系統簡(jiǎn)單、設備少、投資低、運行費用少、維修方便等。它的缺點(diǎn)是對電網(wǎng)質(zhì)量要求高，對電源污染沒(méi)有任何防護，易受電網(wǎng)負荷的變化影響等。

　　2.2 隔離變壓器、穩壓器和濾波器組合系統隔離變壓器、穩壓器和濾波器組合系統是計算機房多采用的一種配電系統。該系統消除電網(wǎng)中的瞬變干擾、較大負荷的啟動(dòng)和制動(dòng)、電壓波動(dòng)及電磁干擾等。該系統優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉、運行可靠、維修方便、運行費用低等。它的缺點(diǎn)是在電網(wǎng)的較大頻率波動(dòng)時(shí)和突然停電等電源污染沒(méi)有防護。

　　2.3 不間斷供電電源不間斷供電電源（Uninterruptable Power Supply，簡(jiǎn)稱(chēng)UPS），它是電力變流器、儲能裝置（蓄電池）和開(kāi)關(guān)組合成的一種電源設備。不間斷供電電源具有穩壓、穩頻、抗干擾、防止浪涌等功能。而且，當發(fā)生突然停電時(shí)，不間斷供電電源可以對用電設備繼續供電一段時(shí)間，使人們能及時(shí)處理計算機等設備中內存的信息，或者立即啟動(dòng)備用電源，使計算機等設備繼續工作。

　　2.4 瞬變浪涌保護器（Transient voltage surge protector）

　　電壓是配電系統中最常見(jiàn)的干擾形式，雷電僅是一種；主開(kāi)關(guān)操作、無(wú)功補償電容器及電梯等重負荷設備的投入和切除，都會(huì )產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓。大部分過(guò)電壓的產(chǎn)生帶有隨機性和重復性，往往伴隨電網(wǎng)中其它干擾發(fā)生而產(chǎn)生。上面的幾種供電系統，包括穩壓電源和不間斷電源均不能消除過(guò)電壓，因為穩壓電源和不間斷電源對快速脈沖過(guò)電壓不能及時(shí)反應，甚至會(huì )將穩壓電源和不間斷電源損壞。因此，必須采用瞬變浪涌保護器，來(lái)保障電子設備免受暫態(tài)過(guò)電壓的干擾和侵害。

　　2.4.1 高頻信號保護器高頻信號保護器主要防止天線(xiàn)的雷擊和感應雷擊，因為天線(xiàn)受雷擊或雷電感應時(shí)，天線(xiàn)對偶極子上都將形成對地的暫態(tài)過(guò)電壓，天饋線(xiàn)上兩極導線(xiàn)上的暫態(tài)過(guò)電壓是對共同地的，即形成共模暫態(tài)電壓。高頻信號保護器其內部采用特制的電感線(xiàn)圈，線(xiàn)圈兩頭并接于饋線(xiàn)上，中心抽頭接地。在正常工作時(shí)，由于信號頻率高，并接在信號線(xiàn)兩端電感線(xiàn)圈呈高阻抗，不影響正常工作。當出現暫態(tài)過(guò)電壓時(shí)，形成的暫態(tài)過(guò)電流經(jīng)電感線(xiàn)圈兩端到電感中心入地，線(xiàn)圈兩半處于并聯(lián)工作狀態(tài)。由于暫態(tài)過(guò)電流流過(guò)兩半線(xiàn)圈時(shí)，在兩半線(xiàn)圈中產(chǎn)生的磁通量相互抵消，暫態(tài)過(guò)電流對地呈低阻抗，從而有效地限制信號線(xiàn)對地的共模暫態(tài)電壓幅值。高頻信號保護器主要用于防護雷擊或雷電感應引起的天饋線(xiàn)對地的共模暫態(tài)電壓幅值，從而保護通信設備免受暫態(tài)過(guò)電壓侵害。

　　2.4.2 電源過(guò)電壓保護器雷電及其它瞬變浪涌沖擊現象，對精密電子設備和計算機設備（包括UPS電源），造成很大的危害。電源過(guò)電壓保護器是利用快速響應模塊，通過(guò)其優(yōu)良的非線(xiàn)性伏安特，來(lái)實(shí)現抑制暫暫態(tài)過(guò)電壓的。在正常工作時(shí)，模塊呈高阻抗特性，泄漏電流很低，不影響正常工作。當出現暫態(tài)過(guò)電壓時(shí)，模塊呈低阻抗特性，使暫態(tài)過(guò)電流迅速泄放，從而抑制暫態(tài)過(guò)電壓，維持電壓穩定。

　　2.4.3 采用等電位聯(lián)結為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，就特別需要實(shí)行等電位聯(lián)結。等電位聯(lián)結是指為達到等電位目的而實(shí)施的導體聯(lián)結，電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、金屬管道等都要通過(guò)過(guò)壓保護器進(jìn)行等電位聯(lián)結。這些導體的聯(lián)結，正常工作時(shí)不通過(guò)電流，只傳遞電位，僅在故障時(shí)才通過(guò)故障電流。等電位聯(lián)結，又可分為總等電位聯(lián)結和局部等電位聯(lián)結。關(guān)于等電位原理和工程作法這里不再贅敘。

　　綜上所述，隨著(zhù)智能建設的不斷發(fā)展，人們對電源質(zhì)量要求也愈加嚴格，然而，如何提高電源質(zhì)量，消除電氣中的隱患，保證計算機及精密電子設備正常運行，將是工程設計人員一直要關(guān)注的問(wèn)題。