基本电能质量测量方法和常见问题原因

分享到:

 

 虽然我们享受着固态技术的发展所带来的巨大好处,但在实际上,处于这一技术核心地位的微电子技术却依赖着清洁电能。更快的速度和更低的电压,意味着对电能质量有着更高的要求。电能质量(PQ)涉及面较广,从像电压突降、骤升、中断以及瞬变这样的电压干扰,一直到电流谐波以及高性能布线和接地。不良电能质量的症状包括设备间歇锁定和复位、数据受到破坏、设备提前出现故障以及没有任何表面原因的部件过热等。最终的结果是生产中断、生产效率下降以及人员受到危害。

  从问题现场开始检查

  排查电能质量问题的一个方法是,从尽可能靠近受影响负载的位置开始检查。受影响的负载是功能发生异常的灵敏负载,通常为电子负载。在怀疑存在电能质量问题时,需要进行的一部分工作就是要将电能质量问题这一原因与其他可能原因(硬件、软件)隔离开。这种自下而上的方法会使您大有收获。这需要敏锐的眼光和进行一些基本测量。

  另外一种方法是使用一个三相监视仪从电力进线处开始检查,逐步查找到受影响的负载。如果问题起源于公用电站,则这种方法是非常有用的。然而,反复进行的调查已得出结论,绝大多数电能质量问题是出在设施中。实际上,作为一般规则,电能质量在电力进线处(与公用电力相连的位置)是最好的,并随着在配电系统中向下游移动而发生恶化。这是因为设施本身的负载引发了问题。另外一个明显的事实是,75%的电能质量问题与接线和接地问题有关!

  因此,许多电能质量管理机构建议,一个合理的故障排查流程是,首先诊断建筑内的电气基础设施,然后在必要时进行监视。我们的自下而上的故障排查步骤可帮助您完成这一探查工作。

  开始步骤

  制作一个路线图

  如果不了解被调查位置的情况,就很难诊断出电能质量问题。开始时,您可以先确定位置,或重新构建现场的一个单线图。通过该单线图,可识别出交流电源以及它们所供电的负载。带有红线的实际结构单线图就是您所要的单线图。

  如果您在现场工作,则该线路图可能已存在于您的脑海中,但如果您把它绘制在纸上,则将会对每个人(包括您自己)带来巨大帮助。如果您是第一次来到工作现场,则得到一个最新的单线图就意味着可以识别出新的负载或系统中的最新变化。为何要做出这种努力?因为系统是动态的,它们会随时间而发生改变,而这些变化经常没有经过计划,是任意发生的。而且,虽然一些问题在起因和效果上都是局部的,但也有许多问题来源于系统中一部分与另外一部分之间的相互作用。您的工作就是要了解这些系统的相互影响。您的记录归档越完整,得到的结果就越佳。

图1 商业和工业设施中典型的简化配电系统。

  但在实际上,最需要帮助的位置往往是那些最不可能对系统中所发生的事件进行良好记录的位置。许多顾问人员都会通过用现场实际存在的情况将递交给他们的文档进行更新而发挥他们的作用。最简单的规则是,在调查中的这个时刻要尽可能做好记录归档,但不要指望它可以使用。

  在工作地点周围巡视一下

  有时,目视检查会提供直接线索,可以发现以下问题:

  ● 变压器发生过热

  ● 电缆或接头因发热而褪色

  ● 电源插板相互插接在一起

  ● 信号电缆和电源电缆布置在同一个电缆桥架中

  ● 子配电盘中存在额外的中线接地连接

  ● 接地导线与截止于半空中的金属管连接

  至少,你会知道设施是如何布线的以及典型负载是什么。

  与受影响的人员会面并保持事件的一个记录

  与操作受影响设备的人员会面。你会得到对问题的描述,经常会发现没有预料到的线索。对问题发生的时间以及问题的症状进行记录也是一个很好的做法。这对于间歇发生的问题极为重要。目标是找到有助于将受影响负载中所发生的问题与别处同时发生的某个事件关联起来的某种形式。当然,进行这种故障记录是离受影响的设备距离最近的操作人员的责任。

  电能质量问题的主要原因

  造成电能质量出现问题的原因多种多样,有自然因素,也有人为错误,下面列出了一些导致电能质量出现问题的主要原因。

  雷电

  如果没有安装适宜的避雷装置,雷电就会带来极大的破坏作用。如果公用电站的输电线路很长,雷电还会引起线路上发生电压突降和欠电压。如果距离很近,则它会引起电压骤升和过电压。总之,雷电是一种自然作用,它的破坏作用与人类带给自身的破坏不属于同一个范畴。

  公用电站自动断路器重合闸

  引起短时电压突降/中断,但情况要好于较长时间的电压中断。

  电力电容器分断

  引起高能量电压干扰(就像是波形上所存在的一个振荡瞬变)。如果电容器组在设施附近,则这种瞬变可能会在整个建筑内部传播。

  没有足够配电变压器的商业楼宇

  尝试在错误的位置走捷径;将208V的馈线一直布置到高达20层的高度不会带来好的电能质量。

  发电机组的规格与谐波负载的规格不相配

  过高的电压失真会影响电子控制电路。如果存在SCR转换器负载,则谐波可能会影响频率控制电路。没有考虑谐波作用而使用功率因数校正电容器谐波和电容器是不相容的。电容器在谐波负载下不堪重负。

  来自高转矩直接加压起动电机负载的冲击电流

  如果负载过大或电源阻抗过高,就会引起电压突降。交错电机起动会有所帮助。

  配电盘上的中线规格不足

  在充斥着3次谐波的环境中,中线很容易携带与相电流相当或比相电流还要高很多的电流。中线的规格不足,会产生过热的接线头、潜在火灾危险以及很高的中线对地电压。

  将电源线和信号线布置在一起

  可以将信号线看作单线变压器的次级,而将电源线看作变压器的初级。它们之间时刻存在发生耦合的机会。

  导线管接头松动和缺乏绿色接地导线

  引起接地回路断开或存在高阻抗。这对于电能质量或安全性都是不利的。

  插座接线错误(中线和地线调换)

  很难相信,但这种情况却很多。将返回电流加到地线上,并产生接地噪声电流。

  数据电缆的每端与不同的接地参考相连

  这可不得了!表明设备外壳与数据电缆连接器之间存在电压。

  高频噪声

  最有效的高频接地技术是安装一个信号参考格栅(SRG)。

  隔离接地棒

  它们是一个安全危险,因为地是一个高阻抗回路,将会阻止足够电流流动以使断路器脱扣。它们还会产生接地回路;毕竟,每个电子都必须返回它们所来的地方。出于电能质量方面的考虑,一些厂商会坚持这样的观点:除非安装一个隔离接地棒,否则他们提供的设备保修是无效的。

  非法中线对地连接

图2 隔离接地棒可产生接地回路,CNC机床装置中的常见问题

  将返回电流加到接地线上。这不仅是一个电能质量问题,它还是一个管道问题。循环的接地电流会使水管腐蚀。

  除了上面列出的这些,还有很多其他原因,比如,分支电路上存在共用中线会引起负载相互作用和中线过载;与灵敏负载共享分支电路的激光打印机和复印机会存在周期性电压突降和开关瞬变等。