实验室供电系统设计原则
实验室供电系统设计一般原则是:供电可靠, 操作方便、安全灵活, 经济合理、规模适当、后期可扩展。供电系统的接线方式在满足运行要求和保证供电质量的前提下应力求简单, 根据负荷等级来保证其不同的可靠性, 减少供电层次和操作程序, 保证在正常运行时操作方便, 发生事故时检修方便, 同时能适应分期建设的需要, 将来发展扩展方便。
实验室电力供电系统选择
供电系统是由电源和输配电系统组成的输送给用电设备的动力系统, 大致可分为TN, IT, TT三种, 其中TN系统又分为TN-C, TN-S, TN-C-S三种表现形式。在此仅对TN系统做简要介绍, IT系统和TT系统不太适合实验室供电系统需求, 本文不作赘述。
1 TN系统
该系统称作保护接零, 也就是三相五线制。通常是一个中性点接地的三相电网系统。其特点是电气设备的外露可导电部分均接到保护线上, 并直接与系统接地点相连, 当电气设备金属外壳带电时, 形成相线和地线金属性单相短路, 短路电流即经金属导线构成闭合回路。回路电阻小, 电流大, 能使熔丝迅速熔断或保护装置瞬间启动切断电源。
2 TN-C系统
该系统中保护线与中性线合并为PEN线, 具有简单、经济的优点。当发生接地短路故障时, 电流激增可使电流保护装置切断电源。但该系统对于单相负荷及三相不平衡负荷的线路, PEN线总有电流流过, 对敏感性电子设备不利, 在危险的环境中还可能引起爆炸。
3 TN-S系统
该系统中保护线和中性线分开, 系统造价略贵。除具有TN-C系统的优点外, 平时PE线不通过负荷电流, 可适用于精密电子仪器设备的供电, 也可用于爆炸危险环境中。
4 TN-C-S系统
该系统PEN线自A点起分开为保护线 (PE) 和中性线 (N) 。分开以后N线对地绝缘。PE线不再与N线合并。为防止PE线与N线混淆, 应分别给PE线和PEN线涂上黄绿相间的色标, N线涂以浅蓝色色标。该系统是一个广泛采用的配电系统, 结构简单, 又具一定安全性。
供电系统布局架构
实验室供电系统一般分为照明用电、分析仪器用电、电热设备用电、防雷及火灾自动报警系统用电等部分, 具有供电点多、供电精度要求高、局部耗电量大等特点。为保证实验室供电稳定可靠, 应设计使用独立的终端降压变电。各个用电分系统设计为具有总控和分控的独立回路系统。分析仪器用电则经稳压器稳压后输出到各个分析室, 经继电保护按钮开关送到室内各用电点。电热设备用电采用独立系统。为减少和消除漏电电流对检测信号的干扰, 各个系统建立独立的良好接地。接地设点要正确, 避免仪器各单元形成电位差, 产生噪音。接地线采用铜芯线深埋, 下端连接铸铁底座, 充填减阻剂。
配备一定功率的备用发电机对于实验室正常开展日常检测也相当必要, 主要目的是在市电停电时为应急照明、关键设备和区域提供可靠、充足的电力供应, 保证如质谱仪、培养箱、冰箱等需要持续或一定时间电力维持的重要设备正常运转。
供电系统常见问题
实验室供电系统是一门综合性技术, 在实验室建设或装修过程中, 往往忽略如地线、电源的不稳定等因素, 导致仪器设备在运行过程中出现不明原因的停机、漏电、测量异常、电子元件损坏等现象, 甚至造成人员安全问题。
1 总体布线
实验室的总体布线应在装修过程中就有所考虑。为避免不同负载之间的互相干扰, 检验用电照明、办公用电和仪器用电一定要分开布线。在设计线路时还要考虑到微电子设备与大功率用电器不能接在同一线路上, 大功率设备的启动会产生脉冲电压, 而这些脉冲电压很容易引起其他设备读数波动、数据丢失或损坏元件等故障。铺设线路时最好预留余量, 电线比实际要求粗些, 避免因电线太细引起的发热加速线路老化进而引发火灾的风险。
4.2 供电方式
随着科技的进步, 各种实验设备的集成化程度越来越高, 大规模集成电路被广泛运用于各种电子实验仪器设备, 但因供电方式和保护措施不当, 其损坏率逐年上升, 造成较大的经济损失。在三相电力系统中电源中性点的工作状态有直接接地和非直接接地两种。一般在高压电力系统采用中性点直接接地系统, 实验室所需的电压一般较低, 从供电的可靠性、安全性和大部分设备本身对供电的要求方面考虑, 实验室最好将供电系统建设成中性点非直接接地的供电系统, 并配有相应的接地保护装置。
3 电源线
大多数实验室的终端供电系统是单相供电, 即:一根火线, 一根零线。到底哪根是火线, 哪根是零线无法用肉眼直接判断。一旦设备两个插头方向插反, 就会使机壳带电, 而设备放置在与地面绝缘的实验台上, 两台设备机壳之间的电位差近于电源电压, 当实验人员身体部位同时接触两台设备时就会触电, 若不采用相应的防触电保护措施, 后果严重。故应将设备的火线、零线和地线区分开, 将设备的单相两极电源插头改换成单相三极插头, 并将设备的地线与实验室整体地线牢固连接, 这样实验设备的火线、零线、地线不存在错位问题。
4 用电安全
实验室用电安全不但关系到仪器设备安全, 还直接关系到实验过程检验人员的人身安全, 必须采取相应的保护措施。如接入接地保护装置或装漏电保护器。采用保护接地, 可以避免或减轻触电危害, 实验室的各种电子仪器仪表、传动装置、控制台等均应实行保护接地。在实验室安装漏电保护装置比设备外壳直接接地更能有效防止触电, 但跳闸次数的增多降低了供电的可靠性, 对于一些高精密仪器设备不利。而且安装漏电保护器和不安装漏电保护器的设备不得共用一组接地装置。
5 静电
静电对精密电子仪器的影响最大, 它像隐形杀手。有资料报导人在地毯上行走会产生1200V静电, 在塑料地板上行走会产生4000V静电, 当人体感到静电作用时, 电压可以达到2500V, 这足以使电子设备发生故障。在许多仪器的电子元件中, 集成电路的芯片会被10V的小静电干扰, 即使加上防静电装置, 也很难抵抗500V以上的静电作用。静电干扰不仅能破坏仪器内存, 引起仪器误操作, 严重时还会烧毁电路芯片甚至整个电路板。要确保所有仪器接地良好, 三端插头中接地端不能开路, 特别进口仪器, 有些源插头只有两插, 与国内插座不配套, 应设法更换电源插头。
仪器能否正常运转, 人员是否安全, 与实验室供电系统有着密切的关系, 因此, 在实验室建设装修过程中, 对用电功率的大小、位置、布局、电线的容量和防漏电、防静电的措施等因素都要进行总体考虑。建设一套功能完备、安全可靠的供电系统是保证检验检测机构正常运行的重要保障。
