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1、混凝土搅拌站控制系统的干扰控制、接地和防雷系统的设计第七节 混凝土搅拌站控制系统的干扰控制、接地和防雷系统的设计一、三相四线制和三相五线制的概念（一）、三线四线制（Three phase four wire system）在三相电源中性点和三相负载中性点之间用导线连接所形成的方式。1.1 三相四线制概述三相四线制在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路别代表A,B,C三相，另一条是中性线N（如果该回路电源侧的中性点接地，则中性线也称为零线；如果不接地，则从严格意义上来说，中性线不能称为零线）。在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情
2、况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V线间电压中获得220V相间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。不论N线还是PE线，在用户侧都要采用重复接地，以提高可靠性。重复接地就是在中性点直接接地的系统中，在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。在低压三相四线制中性点直接接地线路中，施工单位在安装时，应将配电线路的零干线和分支线的终端接地，零干线上每隔1千米做一次接地。对于距接地点超过50米的配电线路，接入用户处的零线仍应重复接地，重复接地电阻应不大
3、于10欧。应用中最好使用标准、规范的导线颜色：A相用黄色，B相用绿色，C相用红色，N线用蓝色或者黑色，PE线用黄绿双色。（二）、三相五线制三相五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳等保证用电安全之用的。中性线(N线)就是零线。三相负载对称时，三相线路流入中性线的电流矢量和为零，但对于单独的一相来讲，电流不为零。三相负载不对称时，中性线的电流矢量和不为零，会产生对地电压。PE线在供电变压器侧和N线接到一起，但进入用户侧后绝不能当作零线使用，否则，发生混乱后就与三相四线制无异了。由于这种混乱容易让人丧失警惕，可能在实际中更加容易发生触电事故
4、。现在民用住宅供电已经规定要使用三相五线。为了安全，要求使用三相五线制！三相五线制2.1 三相五线制电路接地方式三相五线制分为TT接地方式和TN接地方式，其中TN又具体分为TN-S，TN-C，TN-C-S三种方式。1、TT接地方式第一个字母T表示电源中性点接地，第二个T是设备金属外壳接地，这种方法高压系统普遍采用，低压系统中有大容量用电器时不宜采用。2、TN接地方式（1）、TN-S接地方式字母S代表N与PE分开，设备金属外壳与PE相连，设备中性点与N相连。其优点是PE中没有电流，故设备金属外壳对地电位为零。主要用于数据处理，精密检测，高层建筑的供电系统。（2）、TN-C接地方式字母C表示N与P
5、E合并成为PEN，实际上是四线制供电方式。设备中性点和金属外壳都和N相连。由于N正常时流通三相不平衡电流和谐波电流，故设备金属外壳正常对地有一定电压，通常用于一般供电场所。（3）、TN-C-S接地方式一部分N与PE分开，是四线半制供电方式。应用于环境较差的场所。当N和PE分开后不允许再合并。中国规定，民用供电线路相线之间的电压（即线电压）为380V，相线和地线或中性线之间的电压（即相电压）均为220V。进户线一般采用单相二线制，即三个相线中的任意一相和中性线（作零线）。如遇大功率用电器，需自行设置接地线。3、接地原理众所周知，在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大
6、时,零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化、导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一 定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的。如采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的零线（中性线） N 和保护地线（安全线） PE 是分别敷设的，零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压，使用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。2.2 三相五线制电路架设要求1) 在用绝缘导线布线时，保护地线应用黄
7、绿双色线，零线一般用黑色线。沿墙垂直布线时，保护地线设在最下端，水平布线时，保护地线在靠墙端。2) 在电力变压器处，零线从变压器中性瓷套管上引出，保护地线从接地体的引出线引出。3) 重复接地按要求一律接在保护地线上，禁止在工作零线上重复接地。4) 采用低压电缆供电时应选用五芯低压电力电缆。5) 在终端用电处(如闸板、插座、墙上配电盘等)零线和保护地线一定分别与零干线相连接。6) 对老企业的改造应逐步实行保护地线和零线分开的办法。例如，在车间入户时零干线做重复接地，重复接地以后零线单独敷设，保护地线由此重复接地体引出；使用四极漏电保护断路器的，在断路器前是三相四线制，在断路器后改为三相五线制；在
8、架空线路供电又实行动力电和照明电分开架设的(两棚线)，可以用随照明线横担架设的零线为工零线（中性线），随动力线横担架设的零线做保护地线（安全线）。2.3 三相五线制电路的应用凡是采用保护接零的低压供电系统，均是三相五线制供电的应用范围。国家有关部门规定：凡是新建、扩建、企事业、商业、居民住宅、智能建筑、基建施工现场及临时线路，一律实行三相五线制供电方式，做到保护地线和零线单独敷设。对现有企业应逐步将三相四线制改为三相五线制供电，具体办法应按三相五线制敷设要求的规定实施。二、混凝土搅拌站控制系统中的干扰控制与接地搅拌站作为砼生产的重要设备，其自动化控制系统在生产质量、生产安全和稳定运行中起着非常
9、重要的作用。然而砼搅拌站的实际工作环境往往比较恶劣和复杂，近年来由于雷电或其它干扰对自动化控制系统造成损害的事例屡见不鲜，严重影响了控制系统的正常运行。实践证明，影响砼搅拌站自动化控制系统正常运行的原因有很多，其中主要原因是接地和防雷措施不够完善。因此，无论从安全第一的原则，还是从经济利益的角度，我们必须采用全方位、多层次的综合接地与防雷措施，以确保控制系统安全可靠、长期稳定运行。（一）、干扰的来源干扰一般是窜入或叠加在系统电源、信号线上的与信号无关的电信号。干扰的出现，轻者会造成称量系统的误差、通讯中断、严重的干扰（如雷击、大的串模干扰）则可能造成称重传感器、称量仪表、工控机等设备的损坏。搅
10、拌站控制系统常碰到的几种干扰：1）、信号线引入干扰当几种信号在一起传输时，这些信号线之间均有分布电容存在，不同的信号会通过这些分布电容耦合到别的信号线上，造成信号之间的干扰，即由其它信号线引入的干扰。2）、带电体漏电引入的干扰一些执行电器（如电机、电动滚筒等），由于内部绝缘性能不好，也会引入很大的干扰。3）、执行机构产生交变磁场引入干扰控制系统附近大型用电设备的启停、开关的闭合、断开等产生的火花会在周围产生很大交变磁场，这些交变磁场可以通过在信号线上耦合产生干扰。如果这些干扰超过允许范围，会影响系统的工作。4）、供电电源线路上引入的干扰一般电力系统的供电电源经常含有多次谐波，这些谐波通过不同的
11、方法和途径，有可能串入控制系统的信号线中。5）、雷电引入的干扰和破坏由于建筑工程搅拌站经常应用于不同的地域，特别是在公路工程建设时常用于野外雷电多发区，易遭受直接雷击或感应雷击，再加上搅拌站内的控制系统使用了较多的对雷电及浪涌极为敏感的电子设备，所以搅拌站易遭受雷击。一般按雷产生的来源分为直击雷、感应雷和类电波侵入等三大部分。备注1：浪涌（Electrical surge）1、浪涌的简介浪涌，就是瞬间出现超出稳定值得峰值，包括浪涌电压和浪涌电流。浪涌电压是指的超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有：重型设备、短路、电源切
12、换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。浪涌电流是指电源接通瞬间或是在电路出现异常情况下产生的远大于稳态电流的峰值电流或过载电流。在电子设计中，浪涌主要指的是电源（只是主要指电源）刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲，由于电路本身的非线性有可能高于电源本身的脉冲；或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰叫做浪涌。它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏，如PN结电容击穿，电阻烧断等等。浪涌保护就是利用非线性元器件对高频（浪涌）的敏感设计的保护电路，简单而常用的是并联大小电容和串联电感.2、浪涌的产生供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部
13、（电气设备启停和故障等）。2.1、外部原因：雷击对地闪电可能以两种途径作用 在低压供电系统上：直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达100kA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5kA到10kA。在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严
14、重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。2.2、内部原因：内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。比如核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的
15、吸收和抑制。3、保护器浪涌保护器浪涌保护器，也叫防雷器，是一种为电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。（二）、接地的分类搅拌站工程技术人员在实践过程中总结出了很多干扰抑制的方法，如隔离、屏蔽、使用双绞线等（例如传感器的屏蔽线），在这些抑制的方法中，“接地与防雷”是最重要也是必不可少的措施。我们应辩证的、全面的观点看待防雷接地，否则就会闹出盲人摸象的笑话。整个搅拌站自动控制系统除了工控机、PLC的供电线路外，还有很多各种类型的信号线直接与它们相连
16、。这些信号有：PLC的输入、输出开关量信号（而且负载能力也有很大差别）；称重仪表以及含水率探头输出的模拟量信号（小信号0-20mV，大信号1-5V）；工控机与仪表及其它控制器通讯的微电信号；直接通过互感器而接到工控机的交流信号等等。下面将介绍系统中的各种接地措施。2.1供电系统接地在低压220/380V的配电系统中（三相五线制），我们采用TN-S接地方式，字母S代表N与PE分开，设备金属外壳与PE相连，设备中性点与N相连。其优点是PE中没有电流，故设备金属外壳对地电位为零。主要用于数据处理，精密检测，高层建筑的供电系统。一般来说配电系统的地线不太干净（含有多次谐波、无规律尖峰脉冲等），这些谐波、无规律尖峰脉冲等有可能串入搅拌站控制系统引起干扰。所以，我们设置了
