供電系統(tǒng)

礦山供電系統(tǒng)

礦井供電線路和變電、配電設備組成的系統(tǒng)。礦井對供電系統(tǒng)的主要要求是安全可靠。 地面供電系統(tǒng)包括地面變電所和高、低壓配電網(wǎng)。

城市供電系統(tǒng)

由供電電源、各級電壓的電力網(wǎng)絡組成的系統(tǒng)，是為現(xiàn)代城市提供能源的基礎設施之一。城市供電系統(tǒng)規(guī)劃是城市總體規(guī)劃的組成部分。

電力牽引供電系統(tǒng)

電氣化鐵路向電力機車供給牽引用電能的系統(tǒng)。主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)組成。牽引變電所將電力系統(tǒng)通過高壓輸電線送來的電能加以降壓和變流后輸送給接觸網(wǎng)，以供給沿線路行駛的電力機車。

供電系統(tǒng)阻抗

定義從公共連接點看進去的供電系統(tǒng)的阻抗稱為供電系統(tǒng)阻抗。

供電系統(tǒng)諧波

概述供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。

星形連接

將三相電源或負載中每相的末端接在一起形成一個中性點，并再從每相的始端引出端線的連接方式(見圖)。

間諧波

簡介把含有供電系統(tǒng)設計運行頻率(我國是50HZ)非整數(shù)倍頻率的電壓或電流定義為間諧波。

飛機電氣系統(tǒng)

飛機的供電系統(tǒng)和各種用電設備的總稱。供電系統(tǒng)包括飛機電源系統(tǒng)和飛機配電系統(tǒng)，前者用于產生和調節(jié)電能;后者用以分配和管理電能。

在TN系統(tǒng)中，所有電氣設備的外露可導電部分均接到保護線上，并與電源的接地點相連，這個接地點通常是配電系統(tǒng)的中性點。

TN系統(tǒng)，稱作保護接零。當故障使電氣設備金屬外殼帶電時，形成相線和地線短路，回路電阻小，電流大，能使熔絲迅速熔斷或保護裝置動作切斷電源。 TN系統(tǒng)的電力系統(tǒng)有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護導體與該點連接。

TN系統(tǒng)通常是一個中性點接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。其特點是電氣設備的外露可導電部分直接與系統(tǒng)接地點相連，當發(fā)生碰殼短路時，短路電流即經(jīng)金屬導線構成閉合回路。形成金屬性單相短路，從而產生足夠大的短路電流，使保護裝置能可靠動作，將故障切除。

如果將工作零線N重復接地，碰殼短路時，一部分電流就可能分流于重復接地點，會使保護裝置不能可靠動作或拒動，使故障擴大化。

在TN系統(tǒng)中，也就是三相五線制中，因N線與PE線是分開敷設，并且是相互絕緣的，同時與用電設備外殼相連接的是PE線而不是N線。因此我們所關心的最主要的是PE線的電位，而不是N線的電位，所以在TN-S系統(tǒng)中重復接地不是對N線的重復接地。如果將PE線和N線共同接地，由于PE線與N線在重復接地處相接，重復接地點與配電變壓器工作接地點之間的接線已無PE線和N線的區(qū)別，原由N線承擔的中性線電流變?yōu)橛蒒線和PE線共同承擔，并有部分電流通過重復接地點分流。由于這樣可以認為重復接地點前側已不存在PE線，只有由原PE線及N線并聯(lián)共同組成的PEN線，原TN-S系統(tǒng)所具有的優(yōu)點將喪失，所以不能將PE線和N線共同接地。

由于上述原因在有關規(guī)程中明確提出，中性線(即N線)除電源中性點外，不應重復接地。

該系統(tǒng)中保護線和中性線分開，系統(tǒng)造價略貴。除具有TN-C系統(tǒng)的優(yōu)點外，由于正常時PE線不通過負荷電流，故與PE線相連的電氣設備金屬外殼在正常運行時不帶電，所以適用于數(shù)據(jù)處理和精密電子儀器設備的供電，也可用于爆炸危險環(huán)境中。在民用建筑內部、家用電器等都有單獨接地觸點的插頭。采用 TN-S供電既方便又安全。

該系統(tǒng)中保護線與中性線合并為PEN線，具有簡單、經(jīng)濟的優(yōu)點。當發(fā)生接地短路故障時，故障電流大，可使電流保護裝置動作，切斷電源。

該系統(tǒng)對于單相負荷及三相不平衡負荷的線路，PEN線總有電流流過，其產生的壓降，將會呈現(xiàn)在電氣設備的金屬外殼上，對敏感性電子設備不利。此外，PEN線上微弱的電流在危險的環(huán)境中可能引起爆炸，所以有爆炸危險環(huán)境不能使用TN-C系統(tǒng)。

該系統(tǒng)PEN線自A點起分開為保護線(PE)和中性線(N)。分開以后N線應對地絕緣。為防止PE線與N線混淆，應分別給PE線和PEN線涂上黃綠相間的色標，N線涂以淺藍色色標。此外，自分開后，PE線不能再與N線再合并。

TN-C-S系統(tǒng)是一個廣泛采用的配電系統(tǒng)，無論在工礦企業(yè)還是在民用建筑中，其線路結構簡單，又能保證一定安全水平。

(1)供電系統(tǒng)按系統(tǒng)接線布置方式可分為放射式、干線式、環(huán)式及兩端電源供電式等接線系統(tǒng);

(2)按運行方式可分為開式和閉式接線系統(tǒng);

(3) 按對負荷供電可靠性的要求可分為無備用和有備用接線系統(tǒng)。在有備用接線系統(tǒng)中，其中一回線路發(fā)生故障時，其余線路能保證全部供電的成為完全備用系統(tǒng);如果只能保證對重要用戶的供電，則成為不完全備用系統(tǒng)。備用系統(tǒng)的投入方式可分為手動投入、自動投入和經(jīng)常投入等幾種。

確定供電系統(tǒng)的一般原則是:供電可靠，操作方便、運行安全靈活，經(jīng)濟合理，具有發(fā)展的可能性。

(1)供電可靠性

供電可靠性是指供電系統(tǒng)不間斷供電的可靠程度。應根據(jù)負荷等級來保證其不同的可靠性。在設計時，不考慮雙重事故。

(2)操作方便，運行安全靈活

供電系統(tǒng)的接線應保證在正常運行和發(fā)生事故時操作和檢修方便、運行維護安全可靠。為此，應簡化接線，減少供電層次和操作程序。

(3)經(jīng)濟合理

接線方式在滿足生產要求和保證供電質量的前提下應力求簡單，以減少投資和運行費用，并應提高供電安全性。

(4)具有發(fā)展的可能性

接線方式應保證便于將來發(fā)展，同時能適應分期建設的需要。

IT系統(tǒng)是指在電源中性點不接地系統(tǒng)中，將所有設備的外露可導電部分均經(jīng)各自的保護線PE分別直接接地，稱之為IT供電系統(tǒng)。IT系統(tǒng)一般為三相三線制。

IT 方式供電系統(tǒng) I 表示電源側沒有工作接地。第二個字母 T 表示負載側電氣設備進行接地保護。

IT 方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴格地連續(xù)供電的地方，例如電爐煉鋼、大醫(yī)院的手術室、地下礦井等處。地下礦井內供電條件比較差，電纜易受潮。運用 IT 方式供電系統(tǒng)，即使電源中性點不接地，一旦設備漏電，單相對地漏電流仍小，不會破壞電源電壓的平衡，所以比電源中性點接地的系統(tǒng)還安全。

IT系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，接地故障電壓不會超過50V，不會引起相間電擊的危險。

但是，如果用在供電距離很長時，供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。在負載發(fā)生短路故障或漏電使設備外殼帶電時，漏電電流經(jīng)大地形成回路，保護設備不一定動作(電流小于保護設備的額定值)，這是有危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。這種供電方式在工地不用。

根據(jù)住建部、國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《住宅設計規(guī)范》(GB50096-2011)對住宅供電系統(tǒng)的設計作出相關規(guī)定，摘錄如下:

8.7.2 住宅供電系統(tǒng)的設計, 應符合下列基本要求:

1. 應采用TT、TN-C-S或TN-S接地方式, 并進行總等電位聯(lián)結;

2. 電氣線路應采用符合安全和防火要求的敷設方式配線, 住宅套內的電氣管線應采用穿管暗敷設方式配線。導線應采用銅芯絕緣線，每套住宅進戶線截面不應小于10m㎡，分支回路截面不應小于2.5m㎡;

3. 住宅套內的空調電源插座、一般電源插座與照明應分路設計，廚房插座應設置獨立回路，衛(wèi)生間插座宜設置獨立回路;

4. 除壁掛式分體空調電源插座外，電源插座回路應設置剩余電流保護裝置;

5. 設洗浴設備的衛(wèi)生間應作局部等電位聯(lián)結;

6. 每幢住宅的總電源進線應設剩余電流動作保護或剩余電流動作報警。

調度室(地調)就是調度地區(qū)電網(wǎng)運行的單位。調度員首先要下變電站實習幾個月，熟悉變電站運行方式，然后在調度室實習半年左右，期滿考試合格，可以任副職調度員。調度員的工作感覺比較乏味，整天都是電話，要倒班，上夜班是很正常的，而且調度命令絕對不可以有錯。對于調度員和編制電網(wǎng)運行方式的方式室工作人員都要對電網(wǎng)結構繼保工作事故處理有相當?shù)恼莆眨驗殡y度在于在事故狀態(tài)下，他們是事故處理的指揮者。好處就是不累、不臟、平均上兩天休息四天，獎金高。

繼保班一般有好幾個，分管35kV/110kV/220kV/500kV幾個電壓等級的變電站的保護工作，這個是新進大學生經(jīng)常去的而且很有學問的地方。一個搞繼電保護的人，一般最少要三四年的實際工作經(jīng)驗才能充分熟悉掌握本局的保護工作。

信息中心這也是大量新生涌入的部門。因為供電局都有集控中心，都采用了能量管理系統(tǒng)(EMS)，變電站大都實現(xiàn)了少人值守和無人值守，數(shù)據(jù)的采集設備的監(jiān)控微機保護的實現(xiàn)，都離不開通訊。這個所年輕人特別多，多為計算機和通信專業(yè)畢業(yè)。

這個所主要對一次設備進行檢修維護，定期進行試驗。設置有系統(tǒng)班(管主變互感器)，開關班(管斷路器)，高壓班和化驗班。修試所的人比較辛苦，工作環(huán)境充滿油污，很多時候非常需要體力，所以基本上沒有女生。以前，修試所的地位比較高，因為他們對一次設備了如指掌，修試所出來的人幾乎勝任其他所有位置。修試所的地位有所下降(雖然工資獎金還是高)，因為他們的工作尤其看重經(jīng)驗，而技術難度不高。此外，隨著微機保護的普及和計算機通訊的應用，搞修試的對二次回路知道得就越來越少了。

就是對35kV~220kV輸電線路進行維護的，野外工作，很艱苦。注重經(jīng)驗，沒很多技術。

主管35kV以上變電站的運行。工資不少，但工作相對來說比較乏味，而且承擔風險比較大，因為出事故的時候，基本上都可以從值班人員的身上找出一些責任來，所以被扣獎金的幾率是最高的。

設有內校班(校電能表，不出差)，現(xiàn)校班(出差到現(xiàn)場校表，大用戶的裝表工作)，儀表班(電壓表，電流表，溫度表，壓力表等各種儀表的維護校驗工作)。這個所的工作比較輕松，而且相對最安全，風險也極小。當然，相應地，工資比較少。

在電源中性點直接接地的三相四線系統(tǒng)中，所有設備的外露可導電部分均經(jīng)各自的保護線PE分別直接接地，稱之為TT供電系統(tǒng)。

第一個符號 T 表示電力系統(tǒng)中性點直接接地，第二個符號 T 表示負載設備外露不與帶電體相接的金屬導電部分與大地直接聯(lián)接，而與系統(tǒng)如何接地無關。在 TT 系統(tǒng)中負載的所有接地均稱為保護接地，如圖所示。這種供電系統(tǒng)的特點如下:

1 )當電氣設備的金屬外殼帶電(相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電)時，由于有接地保護，可以大大減少觸電的危險性。但是，低壓斷路器(自動開關)不一定能跳閘，造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓，屬于危險電壓。

2 )當漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護器作保護，因此 TT 系統(tǒng)難以推廣。

3 )TT 系統(tǒng)接地裝置耗用鋼材多，而且難以回收、費工時、費料。

有的建筑單位是采用 TT 系統(tǒng)，施工單位借用其電源作臨時用電時，應用一條專用保護線，以減少需接地裝置鋼材用量。

把新增加的專用保護線 PE 線和工作零線 N 分開，其特點是:

①共用接地線與工作零線沒有電的聯(lián)系;

②正常運行時，工作零線可以有電流，而專用保護線沒有電流;

③ TT 系統(tǒng)適用于接地保護占很分散的地方。

基于TPS54350型DC/DC變換器的供電系統(tǒng)設計

介紹德州儀器公司推出的內含MOSFET的TPS54350型高效DC-DC變換器的特性及引腳功能。描述TPS54350在某信號處理器供電系統(tǒng)中的應用。給出供電系統(tǒng)的詳細設計方案和參考電路.同時也對實際工作中可能出現(xiàn)的問題進行了討論，供硬件設計者參考。

TPS54350是德州儀器(TI)新推出的一款內置MOSFET的高效DC/DC變換器.采用小型16引腳HISSOP封裝.連續(xù)輸出電流為3 A時，輸入電壓范圍為4.5 V~20 V。該變換器極大地簡化了負載電源管理的設計，使得設計人員可直接通過中壓總線(而不依賴額外的低電壓總線)為數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及微處理器供電。TPS554350 SWIFT(采用集成FET技術的開關)DC/DC變換器的效率高達90%以上，非常適用于低功耗工業(yè)與商用電源、帶液晶顯示屏(LCD)的監(jiān)視器與電視、硬盤驅動、視頻圖像卡以及9 V或12V墻式適配器負載點穩(wěn)壓裝置。

TPS54350的特性和功能

2.1 TPS54350的特性

TPS54350型DC/DC變換器的主要特性如下:

連續(xù)輸出電流為3 A時.效率達90%以上;

輸入電壓范圍為4.5 V一20V:

輸出電壓可調低至0.891 V(精確度為l%);

可編程外部時鐘同步:

寬的脈寬調制(1)WM)頻率一固定為250 kHz、500 kHz或250 kHz~700 kHz的可調節(jié)范圍:

峰值電流限制與熱關斷保護:

可調節(jié)的欠壓關斷;

內部軟啟動:

電源安全輸出。

2.2 TPS54350引腳功能和電路功能

2.2.1 引腳功能

VIN:電壓輸入引腳，范圍為4.5V~20V，必須旁路連接一個低等效串聯(lián)電阻(ESR)的10μF陶瓷電容器:

UVL0:欠壓閉鎖輸出:

PWRGD:開漏輸出。該引腳為低電平時，表示輸出低于期望的輸出電壓值。PWRGD比較器的輸出端有一個內部的上升沿濾波器:

RT:頻率設置引腳。在RT引腳與地(AGND)之間接一只電阻器.設置轉換頻率。將RT引腳接地或懸空可以得到一個內部備選頻率;

SYNC:雙向I/O同步引腳。當RT引腳懸空或置低電平時，SYNC為輸出:當它與一個下降沿信號連接時，亦可作為一個輸入端口來同步系統(tǒng)時鐘:

ENA:使能引腳。低于0.5 V時。電路停止工作;懸空時被使能;

COMP:誤差放大器輸出:

VSENSE:誤差放大器轉換節(jié)點，基準電壓值:

AGND:模擬地，內部與感應模擬地電路連接。與PGND和PowerPAD連接:

PGND:電源地，與AGND和PowerPAD連接;

VBIAS:內部8.0 v偏置電壓。該引腳要接1只0.1 μF的陶瓷電容器:

PH:相位端，與外部LC濾波器連接;

BOOT:在BOOT引腳與PH引腳之間連接一只O.1μF的陶瓷電容器。

2.2.2 電路功能

TPS54530支持中等范圍的電流輸出.能夠將輸出電壓降至0.891 V.其精度可達l%。TPS54530集成了高端MOSFET和一個可選擇的低端外部MOS-FET柵極驅動器。此外，該器件還采用了高性能電壓誤差放大器，極大地改善了瞬時條件下的性能，從而可靈活選擇輸出濾波電感器與電容器。開關頻率固定在250 kHz或500 kHz，也可以將其升高到7OO kHz，以縮小無源組件的尺寸。

圖1示出TPS54350的實際應用電路，圖中給出的是其中一種情況，其輸出電壓是可變的，通過改變電阻器R2的阻值，可得到期望的輸出電壓值。圖l中的輸入電壓為12 V，輸出電壓為3.3 V，其中R2的計算公式為:

R2=R1x0.891/(Vo-0.891)

R1=1 KΩ

表1給出當Rl=l kΩ和R1=10 kΩ,時的幾種輸出電壓下的R2的值。筆者設計的系統(tǒng)就是應用圖1所示的電路來實現(xiàn)。根據(jù)不同的輸出電壓要求賦給R2不同的阻值，其阻值的取法可參照表l。另外，對于設計者來說，設計電路時要考慮到表2所列的幾個因素。本系統(tǒng)中的R。=l kΩ。

TPS54350在信號處理系統(tǒng)中應用

3.1 系統(tǒng)組成及供電電路

本信號處理系統(tǒng)采用的是ADl公司的TS201S型ADSP組成的多片某仿真雷達信號處理系統(tǒng).系統(tǒng)主要由5個DSP、1個FPGA和7個TPS54350組成。在以往使用的MAXl951和。PEGlll7的經(jīng)驗基礎上.經(jīng)過多方面的設計考慮，采用了TPS54350型DC/DC變換器.從表1可以看出.TPS54350可以輸出3.3 V、2.5 V和1.2V的電壓。系統(tǒng)中的DSP采用240 MHz時鐘，每個指令周期約為4.17 ns。根據(jù)TS201S型ADSP的工作條件可知，當溫度為25℃、時鐘CCLK(為250 MHz時，典型情況下的VDD(1.25V)供電電流典型值為1.2 A，VDD的供電電流小于137 mA。TPS54350的額定輸出電壓為3 A.所以此系統(tǒng)的設計是合理的。

TigerShar DSP有3個電源，其中數(shù)字2.5 V(VDD_Io)為I/0供電;數(shù)字1.2 V(VDD)為DSP內核供電;模擬1.2 V(VDD_A)內部鎖相環(huán)和倍頻電路供電。系統(tǒng)將主機提供的5V,經(jīng)過TPS54350得到2.5V和1.2 V的電壓。各片DSP的數(shù)字1.2V(VDD)電源各由1個TPS54350供給。5個。DSP內部模塊1.2V(VDD)由同一個。DSP的VDD(+1.2V)經(jīng)濾波網(wǎng)絡后解決。5個。DSP的FO 2.5V電源直接由主機提供的5V經(jīng)過TPS54350得到2.5V統(tǒng)一供給，同時提供FPGA(EPU1。K30)的VccM(+2.5 V)電壓。其中FPGA的Vcc_IO(+3.3V)利用TPS54350輸出的+3.3V電壓來供電。本系統(tǒng)的供電電路框圖如圖2所示。圖3示出單個DSP的內核供電電路框圖及外圍電路配置。

3.2 問題及其解決方案

T37S54350采用小型16引腳HTSSOP封裝。根據(jù)以往的經(jīng)驗，建議設計PC板時最好給TPS54350加上散熱片，電源線盡量粗一點。在TPS54350的前后均加上濾波網(wǎng)絡，盡量保證得到比較合適的電壓。

系統(tǒng)中的EPlK30產生上電復位波形和時序控制。由于EPlK30需要一個配置電路，而且它和DSP存在一個上電先后的問題。即在上電后，如果FPGA完成配置文件的讀入時.DSP仍未上電穩(wěn)定.則應充分延長TStart_I0的低電平時間，以避免DSP上電未穩(wěn)定而FPGA上電波形已結束的情況發(fā)生。因此。應保證DSP上電穩(wěn)定先于FPGA配置文件的讀入，此問題在系統(tǒng)設計時應予以充分重視.否則DSP將無法正常工作。TigerSharc TS201S要求數(shù)字2.5V和l-2V應同時上電。若無法嚴格同步，則應保證內核1.2V電源先上電.I/0的2.5 V電源后上電。本系統(tǒng)在數(shù)字2.5 V輸入端并聯(lián)了一個大容量電容器.在數(shù)字1.2 V輸入端并聯(lián)了一個小容量電容器.其目的就是為了保證2.5V充電時間大于1.2V充電時間.來解決電源供電先后的問題。

設計一個系統(tǒng)時.電源的設計起著重要的作用。電路的選擇更為重要，選擇一個性價比高、散熱性能好、節(jié)省資源的電路是設計的關鍵。本文是在總結實踐經(jīng)驗的基礎上進行論述的，該雷達信號處理系統(tǒng)經(jīng)過實際工作測試.證明其性能是很穩(wěn)定的.供其他硬件設計者借鑒。