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强弱电一体化中的防强电干扰技术分析-王鹏元


摘要:当前智能建筑设计逐步成为建筑设计的主流,为提升建筑设计的智能化水平,应该实现强弱电一体化,不仅能够有效提升产品的技术,还可以减少成本和方便制作与施工管理。但是在强弱电一体化过程中,强电将对弱电带来一定的干扰与影响,若是不能及时解决这个问题,将最终带来各种不良后果,对此要充分应用到防强电干扰技术,为弱电系统的稳定运行提供可靠保障。本文首先对强弱电一体化进行概述,然后分析了强电对弱电的干扰与影响,最后介绍了强弱电一体化中的防强电干扰技术。

关键词:强弱电一体化;防强电干扰技术;分析

现代建筑要想实现稳定性与安全性的目标,需要不断提升建筑电气工程设计和施工质量水平。但是在当前强电设计和施工中还是出现了很多问题,如符合标准与需要系数不明、配电箱漏电、接地保护系统不完善等,对电器系统和人身安全带来了不利影响。在自动化系统与智能建筑的推广应用过程中,开始实行强弱电一体化,能够有效优化各功能单位的功能与布局,既减少了电气施工成本,还便于电气设备的制作与管理。对此,我们为了充分发挥出强弱电一体化的作用,需要重视对防强电干扰技术的应用,保证弱电系统的稳定、正常运行。

1 强弱电一体化的概述

强弱电一体化主要应用了配电技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术、软件编程技术等群体技术。按照系统功能目标与优化组织目标,对各功能单元作出科学配置与合理布局,能够具备更高的质量和更多的功能,并可以保持稳定和减少能源,让特定功能价值得以实现,让强电、弱电整个系统最优化。在现代建筑强电设计中由高压配电系统、低压配电系统、动力照明干线系统、导线电缆、配电箱系统等构成,并满足安全、灵活、可靠等要求,其中可靠主要是按照用电负荷等级作出设计,以保证供电连续性为基础让供电更加可靠 [1]。安全应确保设计符合安全性要求,灵活则是指主干线要简单,减少多余的电气设备,防止受到较多的电磁干扰,对供电质量带来不利影响,实现经济性的提升。

2 强电对弱电的干扰与影响

在电网运行过程中如果出现单相接地故障,那么接地点会形成较大的接地电流,并在电磁耦合、静电耦合、地中电流传导等形式下,该电流将为通讯系统带来干扰,具体干扰程度主要取决于实际电流的大小,其表现形式主要包括以下几点:音频干扰、工频干扰、接触干扰及纵向电势等。当电网出现单相接地故障以后,如果电力线和通讯线保持平行走向后,电磁耦合形成的感应电压将为平行走向的通讯系统带来干扰。若是电力线导线一相、两相断线后并通讯线上搭上,会在导线接触下为通讯系统带来干扰,此外电网运行期间若是出现中性点位移引起较大位移电压后,在电容耦合下会为通讯系统带来干扰 [2]。在强弱电一体化中,强电为弱电带来的干扰与影响如下:如果干扰程度较小,则会对质量带来影响,电话回路内产生杂音,并引起信息失真和误码率增加等情况。如果干扰程度较大,还会为通讯设备、人身安全等造成巨大威胁,包括通讯设备绝缘击穿,造成机房火灾,引起人员伤亡,导航指挥信号也会发生错乱与误动的情况,将引起各种各样的事故。由此可见,在强弱电一体化中做好防强电干扰措施具有重要的意义。

3 强弱电一体化中的防强电干扰技术

3.1运用隔离方法

通过信号线入侵是强弱电一体化中强电干扰的主要形式之一,以隔离放大器 iso130 为例,其为模拟输入,模拟输出器件,类似于普通运放,能够保持 140db 的共模隔离,放大器频响为 85Hz,非线性为 0.25%,漂移为 1.8mV,购买成本也很低。iso130 内部实现了对模拟输入的 A/D 变换,并作出 LED 驱动、光电检测、D/A 变换和放大滤波等处理,本质为光电隔离器。如图 1 所示,能够于模拟数据采集系统中比照该模式在外部作出 A/D 变换,把模拟信号变换成数字信号,并通过光电器件进行隔离,整形完毕则输入数字数据。若是在隔离放大器隔离以后作出 A/D 变换,本质上是先对模拟信号作出 A/D、D/A 再 A/D 处理,这样将促使变换的非线性提升。在控制线干扰隔离过程中,也常用到光电器件和继电器。

图 1 iso130 内部结构框图

3.2 运用屏蔽方法

在静电屏蔽过程中,需要将具有良好接地的金属板插入两个相互干扰的导电体之间,为保证磁屏蔽效果,屏蔽材料的导磁率要高。以铁镍合金为例,μ 在 5000~10000 之间,为铜或铝的几千倍 [3]。将一块金属板置于电磁场内,在吸收、反射和内部反射作用下,可以发挥出电磁屏蔽的作用,其中以吸收和反射作用为主。屏蔽网一般选择镍铜合金丝制作为金属网,具备对约 10MHz 的电磁干扰形成至少 90dB 的衰减,为让屏蔽效果超过 100dB,那么需要选择双层金属屏蔽网。强弱电一体化电气柜中需要使用金属屏蔽网将弱电系统内的小机柜进行封闭,并对接缝、信号线出入口等问题进行处理,这样能够实现电磁屏蔽效果的提升。

3.3 运用多层屏蔽变压器

现阶段一般选择带静电屏蔽的电源变压器,对隔离交流共模干扰进行隔离,电源变压器静电隔离原理说明电路如图2 所示。在(1)图内输入共模干扰 1NV ,则次级绕组形成的干扰电压计算公式如下:

在①式中 2EC 为二次侧的对地电容,则(2)图为:

在②式中 EZ 是屏蔽绕组的接地阻抗,因为 EZ 较小,所以 2NV 也随之减小,当频率增加以后, 10C 阻抗减小, 2NV将变大。可见使用这种屏蔽变压器的时候,将对低频共模干扰产生抑制作用,而不能用于高频共模干扰中。当存在高频干扰的时候,可以选择多层屏蔽变压器,并和浮地保护技术进行结合,能够获得良好的效果。

3.4运用双层屏蔽浮地技术

将双层屏蔽浮地技术应用到强弱电一体化电气柜中后,弱电系统电源变压器为双层屏蔽。第一层屏蔽层与机柜相接,若是与交流滤波模块相接,在接地点上要和接机柜保持相同点,该模块接地点如图 3 所示。第二屏蔽层与弱电系统机壳相接,机壳和机柜均为绝缘体,同时使用具备电磁屏蔽性能的材料封闭制成,电源变压器次级测地和弱电回路公共线都不接地,并保持浮地状态 [4]。让外部共模干扰信号经第二屏蔽层和机柜形成回路,这样共模噪声电流就较小,有效减轻了为弱电部件带来的影响。双层屏蔽具备对电源引入共模干扰的抑制作用,由理论分析可知,采用这样的方法能够让交流共模抑制处于 120~140dB 的水平。

图 2 变压器的静电屏蔽原理

图 3 交流电源滤波模块

4 结语

总之,在自动化系统中实现强弱电一体化,需要在防强电系统干扰弱电系统上不断提升技术水平。由于强弱电系统在一个电气柜中安装,强电回路与弱电回路相关距离很短,经常出现信号连线相互交错的情况,从而进一步增加了强电系统为弱电系统造成的电磁干扰。基于此通过采用本文提出的方法,在实践中未出现强电为弱电带来干扰的情况,各项设备器件均能正常运转,可见这些措施都是有效的,能够在实践中大力推广使用。

参考文献

[1]徐蓉辉.强弱电一体化中的防强电干扰实践教学分析 [J].农家参谋,2017,(24):154.

[2] 李津元.现代建筑设计过程中的强电和弱电一体化设计研究[J].中国新技术新产品,2017,(19):105-106.

[3] 夏传栋,石恒硕,马廷超.强弱电一体化中的防强电干扰技术研究 [J].科技展望,2016,(06):125.

[4] 杨毅.建筑强弱电一体化监控系统软件平台设计 [J].建筑电气,2014,(02):61-64.

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