音响、录像的电源质量与接地问题（二）

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减缓问题 　　
★选择Ac电源：电器产品要使用恰当的AC电源，这不仅仅是指把插头插进离电器最近的墙壁插座即可，还包括避免犯工业中的常规错误，即试图为设备取得特别的或专用的AC电源。因此获得恰当的AC电源的任务就从AC电源本身开始。 　　
★逆流而上：听众最好的建议，那就是一AC电源为起点，或逆流而上，接近建筑的电器服务(SEQ)较为实际。这是指专用的SEQ进给装置连接到房间中的电器设备上，而在这房间里，它是通过独立转换器(IT)或另一个合适的电源设备藕合到一个或者多个面板上。 　　
这种设计原理极为简单。不论在建筑内的什么地方使用AC电源，不论什么影响了SEQ，都会同样影响建筑内各级电平的电源分配。例如：即使SEQ上出现了瞬间低压（倾斜）现象，都能在建筑内的各个电器插头上发现。
然而，如果有人在分配系统中一个很远的插头上逆向获得了电源，那么任何影响进给装置或所选插头与SEQ之间的面板的东西都会影响选用的辅助插头的电源质量。经过严密的数字计算得知：电源质量在SEQ时表现最好，但经过分配系统时变得越来越糟，而且建筑本身的载荷也会出现问题。 　　
★取用低阻抗电源：所有电源均有内部阻抗，例如：它会限制短路电流穿过电河或转换器的终端。因此内部阻抗既是不可避免的，却又具有实用性，除非是因为没有考虑到而会陷入麻烦之中。 　　
常用的电器载荷设备电源包括整流器输入。这些输入要求每个半圆上都有非正弦的高峰电流，以使电压穿过电源内部电阻时能大幅度下降，并引起电源中有效电压波形的谐调失真，这样产生的谐调失真的电压波形会给普通电器载荷设备的操作引出无数麻烦。 　　
电源电路上的谐波很强，通常能够进入电话及电器设备的信号电平电路中，并引出许多故障。例如：AC电源系统上的简单电压波形谐波很严重，因为它们也会引起相关的AC电源连线去引发宽带音频频率去干扰附近的周制或信号缆线。又如：对简单的AC—DC电源的干扰会覆盖60HZ到2KHZ。在电压波形上较高频到痕出现的地方。有效谐波能向上扩展至几十甚至几百千赫处，可以另外影响视频或数字转换过程。 　　
谐波电压被降到一个合理的水平上后能保证：所选AC电源内部应有一定的低阻抗。对于常见的服务转换器(ST)来说，这一校正己不成问题，但它却变成了建筑内电器的干型转换器或其它型号的电源调节器，并从中获得电源。
这里推荐一种方法、即建立比载荷所要求的KVA能力更大的AC电源，其内部电阻在2.5％～5％范围就能避免许多类问题。注意：多数电压调节器和UPS的各种电源虽不能达到上述内电阻的要求，但有时还是很实用。
这就要求确定：所选的调节器或UPS必须有内输出电压反馈电路，它能看到输出电压波形，并将错误校正信号反馈进控制电路中，该信号会使输出波形失真和有效值电压电平保持在相同控制之下。这种情况下可以用有源方法来补偿内部高阻抗。 　　
如果电源调节器设备没有良好的输出电压波形控制，那么对于输出电压波形的失真来说，情况要比建筑内电源系统直接供电严重得多。有时这种问题会很严重，以致于当电子载荷设备与电源调节单元相连时不能正常运行，但与建筑电源相连时却可能正常运行。在商业贸易中，这被认为是昂贵的教训。 　　
电子荷载的NEc接线方式 　　
从历史角度来说，在与给电子载荷电器供电的AC电源分支电路相连时，NEC不要求太灵活，一般只有两种方法：固定接地(SG)和隔离或绝缘接地(IG)。经常给设备供电的AC系统只能用固定接地法。(这意味著把电源转换器的中性电极黏接到设备接地绝缘系统上，把最近的NEC接地地极接到2，150伏交流电的AC系统的转换器上。参见250—5和250。25部分)。
尽管从设备性能角度来说，这是个好方法，如在常用的电器设备安装中可以降低嗡呜等噪音问题，但它却禁止用在分支电路上。产品安全检测和列表服务(如UL)都非常清楚，即检测的各种电器设备及其安全标准都必须符合NEC03(1996版)的要求。 　　
Ac系统和分枝电路接地 　　
传统的两种AC系统及分支电路的接地法(SG设计)和(IG设计)所示，其中分支电路是在噪音及嗡鸣状况下用来支持常用的电器载荷安装设备的。1996年NEC的新版之前，只有这两种设计方式。两种接地方式都有双重性。首先：在常用的120伏有效值分支电路中，热线应在最高电压为170伏的电位中接地。
其次：由于接地导体系体中存在普通噪声电流不等的共模(CM)噪声电流会出现在分支电路的中性或热性导体上。这个不等的电流随后会在接向载荷(热性或中性导体)的AC电源线上转化成简正电流。 　　
第一种情况表示：电子场位置很高，距离热性导体最近，与任何接地物均有关，如安装在电源线附近的音频缆线的屏蔽。该高电子场最大限度地藕合AC电源线和接地屏蔽，这样会把嗡鸣及噪音带入到音频缆线中。这一点对于高阻抗电路来说尤为重要，因为他们是由电压驱动的。
注意：如果AC接线上有效的接地电压下降的话，从电子场进入附近的信号电平导体的藕合干扰量也会下降。因为电子场属于近场现象，它与电压成正比，又会随著相关导体间距离的扩大而快速下降。 　　
第二种情况表示：从数学角度来说，转换成共模(CM)噪音的简正噪音在电路上对于所期望的电源电流来说是附加的，用电路阻抗相互作用之后，又会变成简正噪音电压，并加到AC电压波形上。
这样，载荷设备必有一个AC输入电源免受噪音电压穿过整个音频频率段及以上，不仅仅在60HZ和120HZ。这暗示著要认真考虑整流程序之后的过滤系统的特殊设计，例如使用极低的系列电阻泄漏值的电解电容器和低泄漏的电感器。例如：线性电源会横穿过这个噪音电压进入到直流电源输出上，并会影响调节器电路运行的性能。
它其至能穿过或环绕调节电路，并进入到直接与电子电路相连的终端直流电的母线结构中，当这些是模拟性能，且带有音频带通的低电平混频器或功放时，就会成为相当头疼的问题。注意：使用一般的SMPS时，这就不会是个大难题，因为舞台之间的转换变压器能为舞台提供足够量的衰减，并把噪音排除到电路之外，比如调节电路。 　　
新方法 　　AC电源系统接线与接地的最新方法是用一个120伏交流中心抽头的AC系统提供单相AC电源，并建立分支电路系统，即将所有的绝缘体对称地接在地上。接地的额定AC电压必须是原来的一半，例如，原来为120V有效值时，现在只有60V有效值。
这种AC系统及其接线、接地要求会在NEC第530条中引出影、视摄像棚及类似场所，G部分；60伏接地的各个分支系统。使用固定接地法(SG)中新的AC系统接地法的常用接线设计所示；绝缘分离接地法(IG）的设计所示。
NEC内部用于60伏交流电接电系统的操作部分为530—70，一般描述为：使用分支电流为120伏的、单相的、3线的、并带有各为60伏的两个非接地绝缘体和一个接地绝缘体的系统应月达到为A—V产品或其它感性电器设备减少有害噪音的目的，并且其使用只限制在电器设备中，都符合530—71到530—73部分的全部要求。相关的NEG各部分的全部文字都己在“NEC经销商密码”中给出了。新要求需要在用于新的AC系统接地的插座或分支电路开关闸上附加接地故障中断(GFl)装置。 　　
当使用新的120／60伏交流电系统时会出现三大重要变化。 　　
第一：如果是一个标准的电路形式时，热绝缘导体上的接地电压是原来的一半，电子磁场会成比例地下降至接地电平。 　　
第二，接地系统全都是对称的，这在接地系统中限制了共模噪音电流转换成简正电流的能力，因此也限制了电路上的简正噪音电压。这一类降低了噪音穿过设备电源到达后续电路的能力。 　　
第三，NEC要求为120／60伏交流电系统只提供支持装配有特殊连接设定的电器设备。这可以防止电器设备大量干扰共用同一个AC系统和分支电路连线的其它设备。
记住：当使用建筑内的与普通AC系统完全隔离的AC系统时，从无电源角度考虑还是很可靠的，因为装有压缩机的电器设备现在用在了专用的120／60伏交流电系统上，但灯光、马达等载荷与此不一样，它们在启动和故障情况下会引起支电路或进给装置开关闸干扰断路，不是简单地连接在辅助转换器、进给装置和分支电路系统上。 　　
如何做? 　　
最佳效果就是把完全分离的转换器、辅助过强电流利打开装置、进给装置及分支电路全都安装到新的120／60伏AC电平上，作为己安装设备，这符合NEC使用系统的要求。这是独立于建筑内其它各系统的唯一AC系统，它需要通过地极导体(GEC)把AC系统接到普通建筑地极使用的NEC地极接地上。 　　
请注意：在整个12D／60伏交流电系统的使用操作过程中会存在一个小故障，包括那些不需严格训练就能进入的位置。根据NEC的规定，当120／60伏交流电系统用在普通区域时，需要进行单独设置和确认。 　　
关于单独设置的问题有2个要求：第一，要拥有特别的插座和插头，经销商处未必会有存货；第二，必须通过切断缆线上现有120VAC插头，并换一个新的来改善所列产品的安全问题。而第二个要求又带来了新问题：由于110—2部分、认可及110—3、测试、确认、安装、使用设备；(b)段落、安装和使用等因素的组合影响而必须再操作另一个NEC。
例如：已列出或标明的设备但却没有给出有效期限的不能改善。这样使设备不再属于所列出或标明的状态下，并使己确认的的两个部分都可能出现问题。唯一的解决办法是获得电子安全检测权，允许改善设备的安全与操作的测定问题。 　　
如果在这程序还没有完成之前，又发生了火灾或电击事件，展览会场将有律师现场签署以证明所有电平改良过程都是可章的oNEC在这部分需要略做变化以证明已列出或标明的设备可以用于改良过的标准NEMA—5—15或。20型插座，且又不会失去NEC的列表、标签或其它优点。 　　
控制嗡鸣及噪音的接地 　　
当电器设备全部安装在一间房子里时，如音、影编辑室里的设备，一般都会有好几个安装支架，还有若干信号电平缆线。这种安装方式总会涉及到嗡鸣及噪音的问题，且都是以共模(CM)开始的。 　　
当脉冲干扰计时或相关的逻辑元件的设置与重覆设置的操作时，设备接地系统中的共模电流和电压会引起一些数码电器设备的操作问题。一旦被电路阻抗的不稳定性转化成简正电流或电压时，它会自动模拟所需要的信号，并直接影响控制操作和音、视频信号。 　　
划分为噪音的共模电流和电压是问题的主要症结所在，一般指通过设备接地法来破坏NEC或采用黏合接地法所制造的电器安全问题。案例之一是使用单点接地法，此方法用于模拟电器时，难以预言其作用；在数字设备中又一无用处，是真正的用于所属设备的防电击接地设计，当以分类形式做补充时会破坏NEC设备和AC电源接地系统。 　　
然而，处理这些问题也确实存在真正的有效措施，并能保证AC电源系统及设备接地的安全。该措施称为信号参数网(SRG)，包括缆线终端屏蔽所用的AC电源和信号电平脉动保护器。 　　

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下面从SRG开始来逐一介绍。 　　
信号参数网 　　
一般认为。如果电器设备的接地都能埋在地平面以下。那么就解决了穿过最宽频率波段的接地问题。困难在于地平面一般都很难再附加物体，而且实际连接的成本又很高。可是，如果用网格代替地平面，不仅会降低高效操作频率限制，还能把地平面的优点尽可能的全部发挥出来。
记住：从地质学角度来说。网格其实就是有孔的地平面。但在网格的实际安装中，地平面上的小孔不会成为麻烦。因为推介的SRG的实用设计方案从DC到25MHz。30MHz之间都十分有效。这是很成功的宽带接地法，在穿过各种类型的模拟和数码逻辑商业影音器材所需要的全部波段频率时最为有效。 　　
普通的SRG包括一系列的光铜片导体，其间相距一至两英尺，组合起来就覆盖了电器设备安装的整个地面。SRG一般安装在地板上，所有设备都通过连地垫圈带跨接在一起。所有电器导管、设备接地及室内使用的独立转换器（IT）都连接在SR9上，使之成为所有电器共有的接地参数。
这里说所有电器，是因为单独连接法问题很多，包括电器安全问题，早已废弃不用了。(辅助元件的中性终端，金属外壳或箱体及绿色连线都在转换器内连在一起。这些元件的连接点又从地下跳接到SRG上，独立的转换器一般都直接放在SRG上部，而不是进行远距离安装)。 　　
典型构造 　　
一般而言，SRG的构造是指使用孔状地板(计算机房常用的地板)，并在其底部连接SRG、电器电源和信号接线。地下电位器常用于调节空气，即HVAC处理电源冷却室内空气。 　　
孔状地板安装方式可以把SRG直接安装在辅助地板的上部，或用SRG线式夹持器悬在地板支架上部的帽沿上。两种方式效果都不错，材料常选用AWG#36光铜丝或0.1英寸(2.54mm)厚、2.O英时(50.8mm)宽的铜带。分频器连接点在2x2英尺(61X61cm)处，但有时会做得稍大或稍小些，其差异不易被察觉。 　　
无论有无铺地毡，SRG结构都使用扁铜金簿片。该簿片约O.030英时(O.762mm)厚，2英尺(61x61cm)宽，可以把各个分频器一一焊接起来。这种SRG能直接用于地板表层或铺上抗静电地毡。(你的电器房间也使用了这种地毡，是吧?)切入地毡中的T形插槽可以命名接地铜带或跳接线穿过地毡，并焊接到地下的SRG金薄片上，之后再把地毡缘朝下折起。 　　
脉冲保护 　　
从物理学的破坏角度来说，电器设备最大的威胁来自闪电引起的电压忽变现象，通常称为脉冲。尽管脉冲与电器安装的地理位置有关，但它的确是全美国电器普遍存在的一大威胁。要想知道这威胁究竟有多大，请您参考ANSI／NFPA780，1992国际闪电保护法规。 　　
对于建筑内的电器来说，直接电击建筑或输入AC电源导体不足以产生破坏性脉冲电流或电压，而头顶或附近的云团相撞倒常常会具有破坏性。因为许多普通安装都包括遍布设备的各个连接线路，有足够的机会产生闪电电流来破坏与之藕合的近场系统。这既是不可避免的电子场现象(藕合电容)，也是磁场应感现象。但这些现象可以通过适当的接地、连接、屏蔽和脉冲保护技术等方法进行缓解。 　　
脉冲可以藕合到建筑接线系统和电子载荷设备的各种控制或信号处理缆线上。藕合的脉冲量是与连线封闭区脉冲量成比例的。封闭区面积越大，那么闪电释的脉冲电流和电压也会随之增大。 　　
从受害设备的角度来看，脉冲威胁主要来自AC电源输入及信号或控制缆线接口这两处。因此，从导体接口来的脉冲电流进入到受害设备中，又从另一端出来并又进到导体上。所以受害设备看上去是处在已与脉冲藕合的循环回路的中间。这就可以说明为什么只在一个接口处增加保护并不能保护设备免受闪电的破坏。 　　
别忘了，随著计算机应用的增加，控制或信号接口一般都使用计算机工业标准规定。注意：除非问题的出现是由于安装了某些特殊的接面插孔卡，这种卡采用的不是标准信号规定。 　　
恰当的脉冲保护既需要把脉冲保护设施装在电器设备上，也需要把它装在AC电源和控制或信号缆线接口上。这种方法常常在AC电源输入口上以金属氧化物变阻器为基础的保护形式。
信号电平接口可以用特别设计的保护电路把TrallZprbs煤气管道、系列电阻或阻抗以及普通的电抗线圈结合起来，并与AC电源接口的保护性能相配合。例如，RS-232数字信号接口就需要一个为RS—232特别设计的脉冲保护器，且与经过性能检测的AC电源接口脉冲保护器同时使用，不能用其它东西代替，否则会损坏信号接口。
最好的保护措施是把AC电源和信号保护器同时安装到或通过地线接到受保护的电器的金属外壳或逢体上。多数情况下，安装有机架的金属电器都能达到此要求，而且这种方法对于若干组合电器来说更为必要。 　　
脉冲保护器单元一般商用于工业标准的信号规定，但不适合专用的信号规定。所以特别应用需要特别设计。建筑内的AG电源系统必须采用脉冲保护，才以保证到达AG电源电路上的电子载荷设备的脉)中电平降到最低点上。电子载荷设备提供的保护不能对高能陈)中起到完全保护的作用。但能较好地保护低电平脉冲。利用现有的方式在相同的包装的受害设备电平中不能提供高刻痕性能和高能量电平控制性能。 　　
建议实例是从建筑内的SEQ开始的，在导体上安装一个叫做辅助闪电保护器(避雷器)的装置。SEQ的金属外框或箱体必须做为脉冲电流的参照点。一般情况下，建证实例是把保护器同AC电容器平行连接到每一条接地连线上去。这通常是指波前附加电容器有时做为总体保护器的一部分内置于电器中。大多数这样的保护器都适用于2600VAC系统，并使用单相或三相插头。 　　
在分支电路上位于SEQ和受损电器载荷设备之间的挡板与开关板之间有一个脉冲保护器，建议实例鼓励使用与之相似的脉冲保护器。每一种情况下，保护器都用在线路和设备接地之间的分流器上，如开关板或挡板的金属外壳或箱体上。设备接口保护之前的脉冲保护电平用在分支电路的后部
。建议实例就是安装脉冲保护插座，或把保护器／避雷器先插入普通的插座中，然后再把受损电器载荷设备也插入其中。所有这些措施会连续分流并依次衰减从电源分配系统到达SEQ的脉)中电平，使之降到辅助保护器可以应用的程度。剩下的更低电平就就由特制设施和辅助保护器清除掉，这个辅助保护器用在AC电源通向电器载荷设备的出口处，同该设备的信号接口保护联合使用。 　　
缆线屏蔽终端 　　
在模拟电路和低频信号处理中，有一条金科玉律，那就是只在一端连接屏蔽。但由于电路高频特性的缘故，这不做为数字信号电路的建议实例。如果用屏蔽来衰减如闪电造成的内场藕合干扰的话，这也不是模拟电路的建议实例。 　　
在数字电路中，则要求将缆线屏蔽的两端都接地以获得内场保护，并保留缆线上高频信号的一致性。不必担心与缆线上数字信号相连的缆线屏蔽电流，因为在相关的电频上，两路电流分别运行在屏蔽的内、外表面上，几乎没有任何重选。
这既是电磁场的功能，也是趋肤效应的功能。实际上，大多数数字信号缆线，如同轴电缆，在沿路上都有多点接地屏蔽，且不会有副面影响，是经过改进的极好的闪电保护措施。 　　
电话公司在用户的中转站或室内都装有接地缆线屏蔽，这就是按NEC条规安装的闪电避雷装置。 　　
电源质量 　　
在电话缆线屏蔽内使用的是一对相互缠线的装置，每一个都得到与线、线或线、地或机架相连的脉冲保护装置(SPD)的保护。独立接地屏蔽的一端只需使用一个几微拉的电容器就可以处理掉不需要的、由共模电流引起的缆线屏蔽电流。 　　
这阻止了DC和大多数音频(包括AC电源系统谐波)，但却允许高频脉)中电流轻易通过。结果，屏蔽措施所起的作用就象衰减内场藕合的噪音和脉冲电流一样，但却不受来自电路两端接地电位上的、与DC和DC电流系统相关的共模电流的影响。 　　
屏蔽电流的各种问题还可以通过许多其它公认的技术来处理，如在屏蔽和接地之间使用Tranzorbs，在缆线终端使用opto-coUpLers，在缆线上使用共模电抗线圈或信号分离转换器。 　　
最后一点，如果只能在缆线的一端装接地屏蔽，那么就把缆线置于两端接地的金属管道之内，即可获得两端都接地的屏蔽效果(如内场保护器)。这一实例产生了两级屏蔽系统，其设计也大大提高了电子场的电路屏蔽功能。在这种方法中使用的电路或通道类型包括电子金属管(EMT)，中介金属管(IMC)和支架金属管(RMC)等依次朝上安装的顺序。 　　
注意：在衰减共模噪音电流方面，电镀金属管要比铅管更有市场。 　　
数字逻辑和以SMPS为基础的电器正在或已经代替了模拟电路电器。新式电器设计有很多优点，但是比较容易产生能到达AC电源输出接地系和用于连接元件与系统的附加信号电平缆线的电子噪音。新、旧电器的设计都容易损坏闪电产生的脉冲电流和电压的影响，这些电流与电压可以转移到电器的AC电源输入接线、信号缆线和所使用的接地系统上。 　　
如果明白AC电源问题是怎样影响电子载荷设备的，那么就能决定自己究竟需要哪一种电源调节设备。CBEMA曲线的开发大大有助于调节设备的发展，不仅是对于原来的模拟电器，还是新式的数字逻辑电器来说，都是如此。 　　
当使用新式数字电器时，必须淘汰旧式电器的接地连接、屏蔽的种种方法。这也就是说：严格遵守NEC规定；不使用独立的地面接地电极连接；取消单点接地系统，因为必须使用宽带信号参数网；避免一端信号缆线屏蔽接地，因为数字信号要求两端同时接地；特别注意：若当地常有闪电发生，则要给新式电器的AC电源和信号电路上提供恰当的脉冲保护设备。只要按本指南认真操作，可以保证电器的接地系统安然无羔。

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