摘要：文章通過(guò)對(duì)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(jì)算機(jī)和精密電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　關(guān)鍵詞：智能建筑；瞬變浪涌；電滋干擾；瞬變脈沖

　　隨著國(guó)際信息潮流沖擊和微電子科技的沸騰，加上通訊、計(jì)算機(jī)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(yùn)用了許多計(jì)算機(jī)和微電子設(shè)備，對(duì)其供電電源的質(zhì)量提供了新的要求。因?yàn)殡娫雌焚|(zhì)的好壞，將直接影響智能建筑中設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，甚至導(dǎo)致重大人身、設(shè)備事故和造成巨大的經(jīng)濟(jì)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足用電設(shè)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(jì)算機(jī)、微處理器以及其他電子儀器設(shè)備普遍存在著絕緣強(qiáng)度低、對(duì)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(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)程序運(yùn)行錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、時(shí)間錯(cuò)誤、死機(jī)、無(wú)故重新啟動(dòng)甚至造成用電設(shè)備的永久性損壞，給人們?nèi)粘Ｉ�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(hù)措施，已是必然的趨勢(shì)，而且受到世界各國(guó)普遍關(guān)注。

　　1、電源質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)

　　衡量電源質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)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(fù)荷的變化、大量非線性負(fù)載的使用、高次諧波的影響、功率因數(shù)補(bǔ)償電容的投入和切斷、雷電和人為故障、公共設(shè)施（如電動(dòng)機(jī)、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(xù)、光滑、沒(méi)有畸變的，其幅值和頻率是穩(wěn)定的。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，負(fù)荷出現(xiàn)較大的增加時(shí)，特別是附近有大型設(shè)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(dāng)供電電源電壓波動(dòng)超過(guò)允許范圍時(shí)，就會(huì)使計(jì)算機(jī)和精密的電子設(shè)備運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，甚至?xí)�使�?jì)算機(jī)的停電檢測(cè)電路誤認(rèn)為停電，而發(fā)生停電處理信號(hào)，影響計(jì)算機(jī)的正常工作。一般計(jì)算機(jī)允許電壓波動(dòng)范圍為：AC 380V、220V±5％。計(jì)算機(jī)在電壓降低至額定電壓的70％時(shí)，計(jì)算機(jī)就視為中斷。為此，《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50174－93（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）對(duì)電壓波動(dòng)明確規(guī)定，將電壓波動(dòng)分為A、B、C三級(jí)。

　　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(fù)荷運(yùn)行而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化所致。而計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備大多采用同步電動(dòng)機(jī)，一般計(jì)算機(jī)頻率允許波動(dòng)范圍為50Hz±1%.當(dāng)供電電源頻率波動(dòng)超過(guò)允許范圍時(shí)，會(huì)使計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)的頻率發(fā)生變化而產(chǎn)生錯(cuò)誤，甚至?xí)�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)中非線性負(fù)載，特別是一些大功率的可控整流裝置的存在會(huì)對(duì)供電電源的電壓波形產(chǎn)生烴，還會(huì)使計(jì)算機(jī)的相對(duì)控制部分產(chǎn)生不利的影響；這種波形畸變，還會(huì)使計(jì)算機(jī)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(xiàn)，會(huì)使計(jì)算機(jī)的停電檢測(cè)電路誤認(rèn)為停電，而發(fā)出停電處理信號(hào)，影響計(jì)算機(jī)的正常工作。衡量波形失真的技術(shù)指標(biāo)是波形失真率（Waveform distortion rate），即用電設(shè)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?jǐn)?shù)。

　　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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)電壓幅值快速增加或減小會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成干擾，導(dǎo)致其運(yùn)算錯(cuò)誤或者破壞存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和程序。目前，國(guó)內(nèi)未對(duì)瞬變大瞬變率：（半周或更長(zhǎng)）≤20％；恢復(fù)過(guò)程中降至15％以?xún)?nèi)，為50ms；然后降至6％以?xún)?nèi)，為0.5s.允許最大瞬變下跌率：（半周或更長(zhǎng)）≤30％；恢復(fù)到－20％以?xún)?nèi)，為50ms；恢復(fù)到－13.3％以?xún)?nèi)，為0.5s。

　　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(nèi)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(nèi)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(nèi)部過(guò)電壓（Internal overvolttage）

　　即在電力系統(tǒng)的內(nèi)部，由于重負(fù)荷、感性負(fù)荷、補(bǔ)償電容的投入和切除，開(kāi)關(guān)和保險(xiǎn)裝置的操作以及短路故障的發(fā)生，都會(huì)使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電力系統(tǒng)的內(nèi)部電磁能量的轉(zhuǎn)化和傳遞，在系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)電壓。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在整個(gè)瞬變脈沖事故中因內(nèi)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(nèi)都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)過(guò)電壓，損壞電路上的設(shè)備。當(dāng)雷擊輸電線或雷閃電發(fā)生在線路附近時(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)波形式沿線路傳播，危及設(shè)備安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jì)算機(jī)和精密儀器設(shè)備的信號(hào)電壓很低，一般只有10V左右，所以對(duì)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(shè)備允許的閃電脈沖電壓為6000V，而計(jì)算機(jī)和精密儀器設(shè)備估計(jì)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(fù)荷分配不均等，使三相負(fù)荷電流不對(duì)稱(chēng)，由此產(chǎn)生三相負(fù)序分量。不平衡度是衡量三相負(fù)荷狀態(tài)的指標(biāo)，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(jì)算機(jī)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，目前尚無(wú)完整資料。只有參考廠商關(guān)于三相不平衡具體要求，以保證計(jì)算機(jī)及其設(shè)備正常、穩(wěn)定運(yùn)行。一般計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。當(dāng)電源中斷1.5ms以?xún)?nèi)是，可由計(jì)算機(jī)主機(jī)的大電容器放電來(lái)維持計(jì)算機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響。而當(dāng)在電源中斷1.5ms以上時(shí)，由于存儲(chǔ)器一般采用MOS電路，一旦停電時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)就會(huì)失去記憶，使大量運(yùn)算過(guò)程的數(shù)據(jù)丟失，致使計(jì)算機(jī)運(yùn)算錯(cuò)誤乃至停機(jī)。一般計(jì)算機(jī)要求電源中斷在10ms之內(nèi)。對(duì)于瞬間停電允許持續(xù)時(shí)間，《規(guī)范》中對(duì)供電質(zhì)量規(guī)定分為A、B、C三級(jí)。

　　A級(jí)：Oms～4ms；B級(jí)：4ms～200ms；C級(jí)：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(tǒng)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(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯脈沖前沿很陡峭（納秒級(jí)），對(duì)30Hz-100Hz的電磁干擾十分敏感，會(huì)使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯出現(xiàn)錯(cuò)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(qiáng)度高、覆蓋面大、持續(xù)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(biāo)，這些技術(shù)指標(biāo)的好壞，反映了電源質(zhì)量的情況，將直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，為此，應(yīng)視電源污染的程度以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)電源品質(zhì)的要求，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，防止電網(wǎng)中其它設(shè)備的干擾，提高供電質(zhì)量，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

　　2、改善電源質(zhì)量的方法

　　影響電源質(zhì)量的因素是復(fù)雜的，然而，當(dāng)受到污染后的電源為計(jì)算機(jī)和精密電子設(shè)備供電時(shí)，對(duì)其運(yùn)行是極為有害的。當(dāng)城市電網(wǎng)的電源質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，要根據(jù)需要，采用合理的供電系統(tǒng)以及必要的技術(shù)措施，有針對(duì)性地消除污染電源對(duì)計(jì)算機(jī)和精密電子設(shè)備的影響。這些措施包括：采用隔離變壓器、濾波器、穩(wěn)壓設(shè)備、不間斷電源以及瞬變信號(hào)、濾除高頻噪聲、穩(wěn)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(jì)算機(jī)供配電系統(tǒng)主要有直接供電系統(tǒng)，隔離變壓器、穩(wěn)壓器和濾波器組合系統(tǒng)；不間斷供電系統(tǒng)等。

　　2.1 直接供電系統(tǒng)直接供電系統(tǒng)就是將市電（通常為AC380V，50Hz）直接接至配電柜，然后再分送給計(jì)算機(jī)設(shè)備。直接供電系統(tǒng)只適用于電網(wǎng)質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)能滿足計(jì)算機(jī)的要求，且附近沒(méi)有較大負(fù)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(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是：供電系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備少、投資低、運(yùn)行費(fèi)用少、維修方便等。它的缺點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求高，對(duì)電源污染沒(méi)有任何防護(hù)，易受電網(wǎng)負(fù)荷的變化影響等。

　　2.2 隔離變壓器、穩(wěn)壓器和濾波器組合系統(tǒng)隔離變壓器、穩(wěn)壓器和濾波器組合系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)房多采用的一種配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)消除電網(wǎng)中的瞬變干擾、較大負(fù)荷的啟動(dòng)和制動(dòng)、電壓波動(dòng)及電磁干擾等。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉、運(yùn)行可靠、維修方便、運(yùn)行費(fèi)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(hù)。

　　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(chǔ)能裝置（蓄電池）和開(kāi)關(guān)組合成的一種電源設(shè)備。不間斷供電電源具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抗干擾、防止浪涌等功能。而且，當(dāng)發(fā)生突然停電時(shí)，不間斷供電電源可以對(duì)用電設(shè)備繼續(xù)供電一段時(shí)間，使人們能及時(shí)處理計(jì)算機(jī)等設(shè)備中內(nèi)存的信息，或者立即啟動(dòng)備用電源，使計(jì)算機(jī)等設(shè)備繼續(xù)工作。

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

　　電壓是配電系統(tǒng)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(bǔ)償電容器及電梯等重負(fù)荷設(shè)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(jī)性和重復(fù)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(tǒng)，包括穩(wěn)壓電源和不間斷電源均不能消除過(guò)電壓，因?yàn)榉�(wěn)壓電源和不間斷電源對(duì)快速脈沖過(guò)電壓不能及時(shí)反應(yīng)，甚至?xí)�將穩(wěn)壓電源和不間斷電源損壞。因此，必須采用瞬變浪涌保護(hù)器，來(lái)保障電子設(shè)備免受暫態(tài)過(guò)電壓的干擾和侵害。

　　2.4.1 高頻信號(hào)保護(hù)器高頻信號(hào)保護(hù)器主要防止天線的雷擊和感應(yīng)雷擊，因?yàn)樘炀�受雷擊或雷電感應(yīng)時(shí)，天線對(duì)偶極子上都將形成對(duì)地的暫態(tài)過(guò)電壓，天饋線上兩極導(dǎo)線上的暫態(tài)過(guò)電壓是對(duì)共同地的，即形成共模暫態(tài)電壓。高頻信號(hào)保護(hù)器其內(nèi)部采用特制的電感線圈，線圈兩頭并接于饋線上，中心抽頭接地。在正常工作時(shí)，由于信號(hào)頻率高，并接在信號(hào)線兩端電感線圈呈高阻抗，不影響正常工作。當(dāng)出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓時(shí)，形成的暫態(tài)過(guò)電流經(jīng)電感線圈兩端到電感中心入地，線圈兩半處于并聯(lián)工作狀態(tài)。由于暫態(tài)過(guò)電流流過(guò)兩半線圈時(shí)，在兩半線圈中產(chǎn)生的磁通量相互抵消，暫態(tài)過(guò)電流對(duì)地呈低阻抗，從而有效地限制信號(hào)線對(duì)地的共模暫態(tài)電壓幅值。高頻信號(hào)保護(hù)器主要用于防護(hù)雷擊或雷電感應(yīng)引起的天饋線對(duì)地的共模暫態(tài)電壓幅值，從而保護(hù)通信設(shè)備免受暫態(tài)過(guò)電壓侵害。

　　2.4.2 電源過(guò)電壓保護(hù)器雷電及其它瞬變浪涌沖擊現(xiàn)象，對(duì)精密電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備（包括UPS電源），造成很大的危害。電源過(guò)電壓保護(hù)器是利用快速響應(yīng)模塊，通過(guò)其優(yōu)良的非線性伏安特，來(lái)實(shí)現(xiàn)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(dāng)出現(xiàn)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(wěn)定。

　　2.4.3 采用等電位聯(lián)結(jié)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(jié)。等電位聯(lián)結(jié)是指為達(dá)到等電位目的而實(shí)施的導(dǎo)體聯(lián)結(jié)，電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要通過(guò)過(guò)壓保護(hù)器進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。這些導(dǎo)體的聯(lián)結(jié)，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(jié)，又可分為總等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。關(guān)于等電位原理和工程作法這里不再贅敘。

　　綜上所述，隨著智能建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電源質(zhì)量要求也愈加嚴(yán)格，然而，如何提高電源質(zhì)量，消除電氣中的隱患，保證計(jì)算機(jī)及精密電子設(shè)備正常運(yùn)行，將是工程設(shè)計(jì)人員一直要關(guān)注的問(wèn)題。