實驗室供電系統(tǒng)設計一般原則是:供電可靠, 操作方便、安全靈活, 經(jīng)濟合理、規(guī)模適當、后期可擴展。供電系統(tǒng)的接線方式在滿足運行要求和保證供電質(zhì)量的前提下應力求簡單, 根據(jù)負荷等級來保證其不同的可靠性, 減少供電層次和操作程序, 保證在正常運行時操作方便, 發(fā)生事故時檢修方便, 同時能適應分期建設的需要, 將來發(fā)展擴展方便。
供電系統(tǒng)是由電源和輸配電系統(tǒng)組成的輸送給用電設備的動力系統(tǒng), 大致可分為TN, IT, TT三種, 其中TN系統(tǒng)又分為TN-C, TN-S, TN-C-S三種表現(xiàn)形式。在此僅對TN系統(tǒng)做簡要介紹, IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)不太適合實驗室供電系統(tǒng)需求, 本文不作贅述。
該系統(tǒng)稱作保護接零, 也就是三相五線制。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均接到保護線上, 并直接與系統(tǒng)接地點相連, 當電氣設備金屬外殼帶電時, 形成相線和地線金屬性單相短路, 短路電流即經(jīng)金屬導線構(gòu)成閉合回路?；芈冯娮栊? 電流大, 能使熔絲迅速熔斷或保護裝置瞬間啟動切斷電源。
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, 電流激增可使電流保護裝置切斷電源。但該系統(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, 對敏感性電子設備不利, 在危險的環(huán)境中還可能引起爆炸。
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, 平時PE線不通過負荷電流, 可適用于精密電子儀器設備的供電, 也可用于爆炸危險環(huán)境中。
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線對地絕緣。PE線不再與N線合并。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。該系統(tǒng)是一個廣泛采用的配電系統(tǒng), 結(jié)構(gòu)簡單, 又具一定安全性。
實驗室供電系統(tǒng)一般分為照明用電、分析儀器用電、電熱設備用電、防雷及火災自動報警系統(tǒng)用電等部分, 具有供電點多、供電精度要求高、局部耗電量大等特點。為保證實驗室供電穩(wěn)定可靠, 應設計使用獨立的終端降壓變電。各個用電分系統(tǒng)設計為具有總控和分控的獨立回路系統(tǒng)。分析儀器用電則經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出到各個分析室, 經(jīng)繼電保護按鈕開關送到室內(nèi)各用電點。電熱設備用電采用獨立系統(tǒng)。為減少和消除漏電電流對檢測信號的干擾, 各個系統(tǒng)建立獨立的良好接地。接地設點要正確, 避免儀器各單元形成電位差, 產(chǎn)生噪音。接地線采用銅芯線深埋, 下端連接鑄鐵底座, 充填減阻劑。
配備一定功率的備用發(fā)電機對于實驗室正常開展日常檢測也相當必要, 主要目的是在市電停電時為應急照明、關鍵設備和區(qū)域提供可靠、充足的電力供應, 保證如質(zhì)譜儀、培養(yǎng)箱、冰箱等需要持續(xù)或一定時間電力維持的重要設備正常運轉(zhuǎn)。
實驗室供電系統(tǒng)是一門綜合性技術(shù), 在實驗室建設或裝修過程中, 往往忽略如地線、電源的不穩(wěn)定等因素, 導致儀器設備在運行過程中出現(xiàn)不明原因的停機、漏電、測量異常、電子元件損壞等現(xiàn)象, 甚至造成人員安全問題。
實驗室的總體布線應在裝修過程中就有所考慮。為避免不同負載之間的互相干擾, 檢驗用電照明、辦公用電和儀器用電一定要分開布線。在設計線路時還要考慮到微電子設備與大功率用電器不能接在同一線路上, 大功率設備的啟動會產(chǎn)生脈沖電壓, 而這些脈沖電壓很容易引起其他設備讀數(shù)波動、數(shù)據(jù)丟失或損壞元件等故障。鋪設線路時最好預留余量, 電線比實際要求粗些, 避免因電線太細引起的發(fā)熱加速線路老化進而引發(fā)火災的風險。
隨著科技的進步, 各種實驗設備的集成化程度越來越高, 大規(guī)模集成電路被廣泛運用于各種電子實驗儀器設備, 但因供電方式和保護措施不當, 其損壞率逐年上升, 造成較大的經(jīng)濟損失。在三相電力系統(tǒng)中電源中性點的工作狀態(tài)有直接接地和非直接接地兩種。一般在高壓電力系統(tǒng)采用中性點直接接地系統(tǒng), 實驗室所需的電壓一般較低, 從供電的可靠性、安全性和大部分設備本身對供電的要求方面考慮, 實驗室最好將供電系統(tǒng)建設成中性點非直接接地的供電系統(tǒng), 并配有相應的接地保護裝置。
大多數(shù)實驗室的終端供電系統(tǒng)是單相供電, 即:一根火線, 一根零線。到底哪根是火線, 哪根是零線無法用肉眼直接判斷。一旦設備兩個插頭方向插反, 就會使機殼帶電, 而設備放置在與地面絕緣的實驗臺上, 兩臺設備機殼之間的電位差近于電源電壓, 當實驗人員身體部位同時接觸兩臺設備時就會觸電, 若不采用相應的防觸電保護措施, 后果嚴重。故應將設備的火線、零線和地線區(qū)分開, 將設備的單相兩極電源插頭改換成單相三極插頭, 并將設備的地線與實驗室整體地線牢固連接, 這樣實驗設備的火線、零線、地線不存在錯位問題。
實驗室用電安全不但關系到儀器設備安全, 還直接關系到實驗過程檢驗人員的人身安全, 必須采取相應的保護措施。如接入接地保護裝置或裝漏電保護器。采用保護接地, 可以避免或減輕觸電危害, 實驗室的各種電子儀器儀表、傳動裝置、控制臺等均應實行保護接地。在實驗室安裝漏電保護裝置比設備外殼直接接地更能有效防止觸電, 但跳閘次數(shù)的增多降低了供電的可靠性, 對于一些高精密儀器設備不利。而且安裝漏電保護器和不安裝漏電保護器的設備不得共用一組接地裝置。
靜電對精密電子儀器的影響最大, 它像隱形殺手。有資料報導人在地毯上行走會產(chǎn)生1200V靜電, 在塑料地板上行走會產(chǎn)生4000V靜電, 當人體感到靜電作用時, 電壓可以達到2500V, 這足以使電子設備發(fā)生故障。在許多儀器的電子元件中, 集成電路的芯片會被10V的小靜電干擾, 即使加上防靜電裝置, 也很難抵抗500V以上的靜電作用。靜電干擾不僅能破壞儀器內(nèi)存, 引起儀器誤操作, 嚴重時還會燒毀電路芯片甚至整個電路板。要確保所有儀器接地良好, 三端插頭中接地端不能開路, 特別進口儀器, 有些源插頭只有兩插, 與國內(nèi)插座不配套, 應設法更換電源插頭。
儀器能否正常運轉(zhuǎn), 人員是否安全, 與實驗室供電系統(tǒng)有著密切的關系, 因此, 在實驗室建設裝修過程中, 對用電功率的大小、位置、布局、電線的容量和防漏電、防靜電的措施等因素都要進行總體考慮。建設一套功能完備、安全可靠的供電系統(tǒng)是保證檢驗檢測機構(gòu)正常運行的重要保障。
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