供電系統

供電系統就是由電源系統和輸配電系統組成的產生電能並供應和輸送給用電設備的系統。電力供電系統大致可分為TN，IT，TT 三種，其中TN系統又分為TN-C，TN-S，TN-C-S三種表現形式。

基本介紹

• 中文名：供電系統
• 外文名：power supply system
• 定義：供應和輸送給用電設備的系統
• 組成：電源系統和輸配電系統
• 表現形式：TN-C，TN-S，TN-C-S
• 種類：TN，IT，TT
• 優點：供電可靠，操作方便

原則

確定供電系統的一般原則是：供電可靠，操作方便、運行安全靈活，經濟合理，具有發展的可能性。

（1）供電可靠性

供電可靠性是指供電系統不間斷供電的可靠程度。應根據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

供電系統的接線應保證在正常運行和發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式。

（3）經濟合理

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，並應提高供電安全性。

（4）具有發展的可能性

接線方式應保證便於將來發展，同時能適應分期建設的需要。

接線方式

（1）供電系統按系統接線布置方式可分為放射式、幹線式、環式及兩端電源供電式等接線系統；

（2）按運行方式可分為開式和閉式接線系統；

（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。在有備用接線系統中，其中一回線路發生故障時，其餘線路能保證全部供電的成為完全備用系統；如果只能保證對重要用戶的供電，則成為不完全備用系統。備用系統的投入方式可分為手動投入、自動投入和經常投入等幾種。

供電系統分類

礦山供電系統
礦井供電線路和變電、配電設備組成的系統。礦井對供電系統的主要要求是安全可靠。　地面供電系統包括地面變電所和高、低壓配電網。
城市供電系統
由供電電源、各級電壓的電力網路組成的系統，是為現代城市提供能源的基礎設施之一。城市供電系統規劃是城市總體規劃的組成部分。
電力牽引供電系統
電氣化鐵路向電力機車供給牽引用電能的系統。主要由牽引變電所和接觸網組成。牽引變電所將電力系統通過高壓輸電線送來的電能加以降壓和變流後輸送給接觸網，以供給沿線路行駛的電力機車。
供電系統阻抗
定義從公共連線點看進去的供電系統的阻抗稱為供電系統阻抗。
供電系統諧波
概述供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大於電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。
星形連線
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，並再從每相的始端引出端線的連線方式（見圖）。
間諧波
簡介把含有供電系統設計運行頻率（我國是50HZ）非整數倍頻率的電壓或電流定義為間諧波。
飛機電氣系統
飛機的供電系統和各種用電設備的總稱。供電系統包括飛機電源系統和飛機配電系統，前者用於產生和調節電能；後者用以分配和管理電能。

TN 系統

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

TN系統，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，迴路電阻小，電流大，能使熔絲迅速熔斷或保護裝置動作切斷電源。TN系統的電力系統有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護導體與該點連線。

國產軍用地毯式太陽能供電系統

TN系統通常是一個中性點接地的三相電網系統。其特點是電氣設備的外露可導電部分直接與系統接地點相連，當發生碰殼短路時，短路電流即經金屬導線構成閉合迴路。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重複接地，碰殼短路時，一部分電流就可能分流於重複接地點，會使保護裝置不能可靠動作或拒動，使故障擴大化。

在TN系統中，也就是三相五線制中，因N線與PE線是分開敷設，並且是相互絕緣的，同時與用電設備外殼相連線的是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系統中重複接地不是對N線的重複接地。如果將PE線和N線共同接地，由於PE線與N線在重複接地處相接，重複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線的區別，原由N線承擔的中性線電流變為由N線和PE線共同承擔，並有部分電流通過重複接地點分流。由於這樣可以認為重複接地點前側已不存在PE線，只有由原PE線及N線並聯共同組成的PEN線，原TN-S系統所具有的優點將喪失，所以不能將PE線和N線共同接地。

由於上述原因在有關規程中明確提出，中性線(即N線)除電源中性點外，不應重複接地。

TN－S 系統

該系統中保護線和中性線分開，系統造價略貴。除具有TN-C系統的優點外，由於正常時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，所以適用於數據處理和精密電子儀器設備的供電，也可用於爆炸危險環境中。在民用建築內部、家用電器等都有單獨接地觸點的插頭。採用 TN-S供電既方便又安全。

TN－C系統

該系統中保護線與中性線合併為PEN線，具有簡單、經濟的優點。當發生接地短路故障時，故障電流大，可使電流保護裝置動作，切斷電源。

該系統對於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境中可能引起爆炸，所以有爆炸危險環境不能使用TN-C系統。

TN-C-S系統

該系統PEN線自A點起分開為保護線（PE）和中性線（N）。分開以後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線塗上黃綠相間的色標，N線塗以淺藍色色標。此外，自分開後，PE線不能再與N線再合併。

TN－C-S系統是一個廣泛採用的配電系統，無論在工礦企業還是在民用建築中，其線路結構簡單，又能保證一定安全水平。

接線方式

TT系統

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

第一個符號 T 表示電力系統中性點直接接地，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接，而與系統如何接地無關。在 TT 系統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，由於有接地保護，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於安全電壓，屬於危險電壓。

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 系統難以推廣。

3 ）TT 系統接地裝置耗用鋼材多，而且難以回收、費工時、費料。

有的建築單位是採用 TT 系統，施工單位借用其電源作臨時用電時，套用一條專用保護線，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繫；

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 系統適用於接地保護占很分散的地方。

IT系統

IT系統是指在電源中性點不接地系統中，將所有設備的外露可導電部分均經各自的保護線PE分別直接接地，稱之為IT供電系統。IT系統一般為三相三線制。

IT 方式供電系統 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 方式供電系統在供電距離不是很長時，供電的可靠性高、安全性好。一般用於不允許停電的場所，或者是要求嚴格地連續供電的地方，例如電爐煉鋼、大醫院的手術室、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，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還安全。

IT系統發生接地故障時，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。在負載發生短路故障或漏電使設備外殼帶電時，漏電電流經大地形成迴路，保護設備不一定動作(電流小於保護設備的額定值)，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。

崗位介紹

調度室

調度室（地調)就是調度地區電網運行的單位。調度員首先要下變電站實習幾個月，熟悉變電站運行方式，然後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。對於調度員和編制電網運行方式的方式室工作人員都要對電網結構繼保工作事故處理有相當的掌握，因為難度在於在事故狀態下，他們是事故處理的指揮者。好處就是不累、不髒、平均上兩天休息四天，獎金高。

繼保班

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驗才能充分熟悉掌握本局的保護工作。

信息中心

信息中心這也是大量新生湧入的部門。因為供電局都有集控中心，都採用了能量管理系統(EMS)，變電站大都實現了少人值守和無人值守，數據的採集設備的監控微機保護的實現，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畢業。

檢修試驗所

這個所主要對一次設備進行檢修維護，定期進行試驗。設定有系統班(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套用，搞修試的對二次迴路知道得就越來越少了。

送電工區

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

變電所值班員

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。

計量所

設有內校班(校電能表，不出差)，現校班(出差到現場校表，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鬆，而且相對最安全，風險也極小。當然，相應地，工資比較少。

技術解析

基於TPS54350型DC/DC變換器的供電系統設計

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中的套用。給出供電系統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的問題進行了討論，供硬體設計者參考。

引言

TPS54350是德州儀器(TI)新推出的一款內置MOSFET的高效DC/DC變換器.採用小型16引腳HISSOP封裝.連續輸出電流為3 A時，輸入電壓範圍為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匯流排(而不依賴額外的低電壓匯流排)為數位訊號處理器(DSP)、現場可程式門陣列(FPGA)及微處理器供電。TPS554350 SWIFT(採用集成FET技術的開關)DC/DC變換器的效率高達90%以上，非常適用於低功耗工業與商用電源、帶液晶顯示屏(LCD)的監視器與電視、硬碟驅動、視頻圖像卡以及9 V或12V牆式適配器負載點穩壓裝置。

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：

連續輸出電流為3 A時.效率達90%以上;

輸入電壓範圍為4.5 V一20V：

輸出電壓可調低至0.891 V(精確度為l%);

可程式外部時鐘同步：

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

峰值電流限制與熱關斷保護：

可調節的欠壓關斷;

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，範圍為4.5V～20V，必須旁路連線一個低等效串聯電阻(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，表示輸出低於期望的輸出電壓值。PWRGD比較器的輸出端有一個內部的上升沿濾波器：

RT：頻率設定引腳。在RT引腳與地(AGND)之間接一隻電阻器.設定轉換頻率。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線時，亦可作為一個輸入連線埠來同步系統時鐘：

ENA：使能引腳。低於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：誤差放大器轉換節點，基準電壓值：

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

PGND：電源地，與AGND和PowerPAD連線;

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

PH：相位端，與外部LC濾波器連線;

BOOT：在BOOT引腳與PH引腳之間連線一隻O.1μF的陶瓷電容器。

2.2.2 電路功能

TPS54530支持中等範圍的電流輸出.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，該器件還採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的實際套用電路，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。筆者設計的系統就是套用圖1所示的電路來實現。根據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，對於設計者來說，設計電路時要考慮到表2所列的幾個因素。本系統中的R。=l kΩ。

TPS54350在信號處理系統中套用

3.1 系統組成及供電電路

本信號處理系統採用的是ADl公司的TS201S型ADSP組成的多片某仿真雷達信號處理系統.系統主要由5個DSP、1個FPGA和7個TPS54350組成。在以往使用的MAXl951和。PEGlll7的經驗基礎上.經過多方面的設計考慮，採用了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。系統中的DSP採用240 MHz時鐘，每個指令周期約為4.17 ns。根據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的供電電流小於137 mA。TPS54350的額定輸出電壓為3 A.所以此系統的設計是合理的。

TigerShar DSP有3個電源，其中數字2.5 V(VDD_Io)為I/0供電;數字1.2 V(VDD)為DSP核心供電;模擬1.2 V(VDD_A)內部鎖相環和倍頻電路供電。系統將主機提供的5V,經過TPS54350得到2.5V和1.2 V的電壓。各片DSP的數字1.2V(VDD)電源各由1個TPS54350供給。5個。DSP內部模組1.2V(VDD)由同一個。DSP的VDD(+1.2V)經濾波網路後解決。5個。DSP的FO 2.5V電源直接由主機提供的5V經過TPS54350得到2.5V統一供給，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。本系統的供電電路框圖如圖2所示。圖3示出單個DSP的核心供電電路框圖及外圍電路配置。

3.2 問題及其解決方案

T37S54350採用小型16引腳HTSSOP封裝。根據以往的經驗，建議設計PC板時最好給TPS54350加上散熱片，電源線儘量粗一點。在TPS54350的前後均加上濾波網路，儘量保證得到比較合適的電壓。

系統中的EPlK30產生上電復位波形和時序控制。由於EPlK30需要一個配置電路，而且它和DSP存在一個上電先後的問題。即在上電後，如果FPGA完成配置檔案的讀入時.DSP仍未上電穩定.則應充分延長TStart_I0的低電平時間，以避免DSP上電未穩定而FPGA上電波形已結束的情況發生。因此。應保證DSP上電穩定先於FPGA配置檔案的讀入，此問題在系統設計時應予以充分重視.否則DSP將無法正常工作。TigerSharc TS201S要求數字2.5V和l-2V應同時上電。若無法嚴格同步，則應保證核心1.2V電源先上電.I/0的2.5 V電源後上電。本系統在數字2.5 V輸入端並聯了一個大容量電容器.在數字1.2 V輸入端並聯了一個小容量電容器.其目的就是為了保證2.5V充電時間大於1.2V充電時間.來解決電源供電先後的問題。

結束語

設計一個系統時.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、節省資源的電路是設計的關鍵。本文是在總結實踐經驗的基礎上進行論述的，該雷達信號處理系統經過實際工作測試.證明其性能是很穩定的.供其他硬體設計者借鑑。

設計要求

根據住建部、國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布的《住宅設計規範》（GB50096-2011）對住宅供電系統的設計作出相關規定，摘錄如下：

8.7.2 住宅供電系統的設計, 應符合下列基本要求：

1. 應採用TT、TN-C-S或TN-S接地方式, 並進行總等電位聯結；

2. 電氣線路應採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採用穿管暗敷設方式配線。導線應採用銅芯絕緣線，每套住宅進戶線截面不應小於10m㎡，分支迴路截面不應小於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，廚房插座應設定獨立迴路，衛生間插座宜設定獨立迴路；

4. 除壁掛式分體空調電源插座外，電源插座迴路應設定剩餘電流保護裝置；

5. 設洗浴設備的衛生間應作局部等電位聯結；

6. 每幢住宅的總電源進線應設剩餘電流動作保護或剩餘電流動作報警。