李建寧 / 王亞慧

(北京建筑大學，北京 100044)

淺談劇院音響系統(tǒng)供電回路中隔離變壓器的接地

李建寧 / 王亞慧

(北京建筑大學，北京 100044)

對隔離變壓器、TN-S系統(tǒng)、IT系統(tǒng)進行了簡要描述，通過對兩種系統(tǒng)的比較，最終判定音響系統(tǒng)供電回路隔離變壓器采用TN-S系統(tǒng)較為可靠。

隔離變壓器 接地 TN-S系統(tǒng) IT系統(tǒng)

1 隔離變壓器

隔離變壓器又稱為“安全變壓器”，因自隔離變壓器次級引出的導線不與地相連，次級任一根導線與地之間都沒有電位差，使用安全。負載設備外露可導電部分需要接地。通常情況下，這是隔離變壓器用于安全電源的接地方式。

通常電子工業(yè)、工礦企業(yè)、機床及機械設備中的一般電路控制、安全照明及指示燈電源均屬于安全電源，用于進行機器維修和保養(yǎng)，而隔離變壓器在其間則起保護、防雷及濾波作用[1]。

2 劇院音響系統(tǒng)配電回路設計

JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》22.3.2.7條“音響系統(tǒng)供電專線上宜設置隔離變壓器，有條件時宜設有源濾波裝置”。劇院項目通常在音響系統(tǒng)供電回路上設置隔離變壓器，用于抑制電網(wǎng)中的高次諧波，起到濾波作用[2]。

以某劇院的音響系統(tǒng)為例，主供電回路設有1∶1隔離變壓器，其配電箱系統(tǒng)設計圖如圖1所示。

圖1 某劇院音響配電箱系統(tǒng)設計圖

JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》22.3.2.1條規(guī)定，諧波源較多的供配電系統(tǒng)，變壓器的接線組別應選用D，yn11。劇院存在大量諧波，為降低這些諧波對音響系統(tǒng)供電線路的影響，可采用D,yn11接線組別的隔離變壓器。音響設備均為單相設備，存在三相負載不平衡的可能，D,yn11接線組別的變壓器中性線電流允許達到相電流的75%以上，可以充分利用變壓器容量。

該劇場各音響系統(tǒng)機房、功放室、聲控室、音響室均設有預留接地點，通過銅帶直接與基礎底板接地極連接，并要求“凡正常不帶電，而當絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設備金屬外殼均應可靠接地”。設計圖紙中，經(jīng)過隔離變壓器供電的接地系統(tǒng)為引出中性線的IT系統(tǒng)(如圖2所示)，這也是延續(xù)隔離變壓器二次側(cè)不接地的一種慣性思考模式。

圖2 大劇院音響電源IT系統(tǒng)示意圖

3 IT接地系統(tǒng)出現(xiàn)“零地”電壓

圖1中的V1回路為備用回路，用于各演出團體自帶音響設備用電。在對備用回路進行復測檢驗的過程中，發(fā)現(xiàn)V1回路N線對地(PE)存在2V電壓。根據(jù)劇院運營經(jīng)驗，部分國外演出團體會在舞臺技術(shù)要求中明確該電壓不得超過1V，否則將無法安排演出。

根據(jù)IT系統(tǒng)特點，其二次側(cè)相線及中性線與地無連接。為解決此問題，先行按照“零地”電壓處理方式進行了研究處理。GB 50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》規(guī)定，“零地”電壓不滿足設備要求時，宜設置隔離變壓器。但本項目設置隔離變壓器后其二次側(cè)中性線不接地，該電壓不應屬于“零地”電壓。

“零地”電壓產(chǎn)生原因主要有3個：1)三相負載不平衡，由于音響系統(tǒng)設備均為單相設備，存在三相負載不平衡的可能，中性線中會有電流；2)負載側(cè)設備產(chǎn)生的三次(零序)諧波； 3)接地不滿足要求。

根據(jù)以上原因分析，分別采取如下解決方式。

首先對線路進行查驗，發(fā)現(xiàn)電纜未按設計要求敷設。設計要求采用4芯電纜(即A、B、C、N)，而施工單位敷設5芯電纜，增加了一根PE線，并接在變壓器一次側(cè)前端配電箱接地端子排上，電纜截面積滿足設計要求，且音響系統(tǒng)其他設備外殼接地均接到該PE線上。對此情況進行改正，并嚴格按照圖紙施工，將PE線在配電箱處斷開，音響系統(tǒng)機房專用預留接地點與已敷設的PE線跨接。調(diào)整后已與圖紙要求一致，經(jīng)測量，2V電壓仍然存在。

經(jīng)過對線路、設備的檢查遙測，未發(fā)現(xiàn)短路接地情況，絕緣電阻及接地電阻滿足要求。切斷音響的全部負載回路(即隔離變壓器二次側(cè)無負載)，僅保留V1預留回路，如圖3所示，但測量時2V電壓仍未消除。

圖3 無負載情況下中性線對地電壓

排除前兩種可能出現(xiàn)的問題后，將檢查重點轉(zhuǎn)移到接地問題上。通常為保證相線、中性線對地無電位差，防止人員觸電發(fā)生事故，隔離變壓器二次側(cè)嚴禁與一次側(cè)共同接地，但劇院音響系統(tǒng)實際上并不需要具備這種供電方式，因此轉(zhuǎn)而考慮是否可以對接地方式進行調(diào)整。

09DX009《電子信息系統(tǒng)機房工程設計及安裝》中，當“零地”電壓不滿足電子信息設備要求時，可以增加隔離變壓器，N線與PE線短接組成新的TN-S系統(tǒng)，以降低“零地”電壓。

參考相關圖集，應將劇院音響系統(tǒng)的隔離變壓器視作一個新的電源點。通過參建各方協(xié)商，在隔離變壓器二次側(cè)將N線與PE線短接，形成新的TN-S系統(tǒng)[3]，如圖4所示。

圖4 TN-S供電系統(tǒng)示意圖

經(jīng)測量，“零地”電壓為零，且經(jīng)過對音頻系統(tǒng)的測試表明，電源質(zhì)量滿足要求。

4 隔離變壓器二次側(cè)接地系統(tǒng)比較

盡管問題已解決，各參建方對隔離變壓器采用TN-S系統(tǒng)還是IT系統(tǒng)存在不同意見，下面就2個系統(tǒng)在本項目的應用進行比較。

1)IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)是指電源中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地，優(yōu)點是當發(fā)生一相接地故障時，故障電流非常小，不足以使人體發(fā)生觸電事故，可以繼續(xù)供電。此系統(tǒng)通常用在不間斷供電要求高或?qū)﹄姎獍踩刑厥庖蟮膱鏊?/p>

JGJ 16-2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》以及IEC 364-4-473國際電工標準中，都建議IT系統(tǒng)不宜配出中性線，因為如果配出中性線，當中性線絕緣損壞接地時，IT系統(tǒng)變成TN系統(tǒng)且不容易被察覺[4]。當一相接地時，線路上的保護開關動作將導致斷電，從而失去了IT系統(tǒng)不間斷供電的優(yōu)點。如果采用不引出中性線的IT系統(tǒng)，則需要另外配置380/220V變壓器用于音響等單相設備供電，這樣雖然可以解決上述問題，但在建設成本、安裝空間以及運營維護方面都存在弊端。

2)TN-S系統(tǒng)

TN系統(tǒng)是指電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護線與該接地點相連接，TN-S系統(tǒng)則是指從電源的接地點分別引出中性線N與保護線PE，中性線與保護線分開后不再相連。

GB/T 16895.9-2000 idt IEC 60364-7-707:1984《建筑物電氣裝置第7部分：特殊裝置或場所的要求第707節(jié)：數(shù)據(jù)處理設備用電氣裝置的接地要求》中也提及，用于數(shù)據(jù)處理設備的抑制射頻干擾的濾波器可能產(chǎn)生很大的對地泄漏電流，因此，保護接地連接的失效會形成危險的接觸電壓，對通過雙繞組變壓器供電或通過其他輸入與輸出回路相互隔開的機組(如電動發(fā)動機)供電時，其二次回路建議采用TN系統(tǒng)。

由于前端設有濾波器，音響系統(tǒng)中的音頻數(shù)據(jù)處理設備在一定程度上存在對地漏電的風險，但PE線的存在可以防止觸電事故發(fā)生。在TN-S系統(tǒng)中，當有三相不對稱負載和非線性負載時，中性線中有電流流過，但PE線在正常時沒有電流流過，因此PE線上沒有電壓，對設備外殼PE線的負載設備不會產(chǎn)生電磁干擾。但如果出現(xiàn)PE線斷開且相線接地的情況，則會出現(xiàn)PE線及所有連接PE線的設備金屬外殼都帶電，人一旦接觸會發(fā)生觸電事故，但這種故障發(fā)生概率較低。

因此，TN-S系統(tǒng)是理想的電子信息數(shù)據(jù)接地系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

經(jīng)過調(diào)研，隔離變壓器在國內(nèi)很多劇院都有應用，但其接地方式卻不統(tǒng)一，例如國家大劇院音響供電回路經(jīng)隔離變壓器后采用TN-S系統(tǒng)[2]，其他部分劇院音響供電線路經(jīng)過隔離變壓器后形成IT系統(tǒng)。經(jīng)咨詢采用IT系統(tǒng)劇院的相關管理方，其通常認為中性線對地電壓<50V為正?，F(xiàn)象，且運行多年并未對音響系統(tǒng)造成影響。經(jīng)過本項目實踐證明，音響供電專線上的隔離變壓器應作為一個新的電源考慮，采用TN-S系統(tǒng)是可靠的。

[1] 袁行超. 針對隔離變壓器的應用探究[J]. 山東工業(yè)技術(shù),2015(23)：262-262.

[2] 張野. 國家大劇院電氣系統(tǒng)設計概述[J]. 智能建筑電氣技術(shù),2010,4(5):22-27.

[3] 王厚余. 隔離變壓器和雙繞組變壓器在建筑電氣中的應用[J]. 低壓電器,2004(9):13-16.

[4] 王厚余. 論IT系統(tǒng)的應用[J]. 建筑電氣,2008,27(11):3-7.

Discussion on Grounding of Isolation Transformer in Power Supply Circuit of Theater Sound System

Li Jianning / Wang Yahui

The isolation, TN-S system and IT system are introduced, through the comparison of the two systems, the conclusion that it is reliable for the isolation transformer in the power supply circuit of the sound system using the TN-S system is put forward.

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