电能质量监测新途径

2011-12-29 09:09:46来源: 互联网
一、为什么要关心供电质量?

在办公室和家里的“单相”供电环境里,总希望有持续不断的220V电源为电路中的设备供电。事实上,电压是持续变化的。为更好地理解电能质量,可以用路上行驶的汽车做比喻:道路质量影响着汽车的寿命,有些影响会立即被看到(如轮胎磨损),但有些影响需要一定时间后才会显露。同理,电源质量不好会增加设备的耗电;增加质保成本、增加停机时间、减少设备寿命。当电源指标超限时,电压/谐波监测仪(例如美国理想工业公司的电压/谐波监测仪61-830简称VPM)将及时告知给您具体信息。

二、为何电压会出现异常?

在很多情况下,接入建筑内的“电路”是相对平坦的,由于设备之间相互影响,“路面”会变得崎岖不平。下图中能看到电压(所谓“电路”)的变化情况。


例如,当您开启家用空调时,灯会变暗,就是由于电路中负荷短暂增加,影响了维持电灯亮度的电压。如上图所示,电路中电压与电流的关系,负载电流增加,使电压在相应时段内降低。类似这类事件可能导致计算机死机、敏感加工程序中断、数据传输错误以及其他很多问题。

电能质量不好可能造成很多不易诊断的、时有时无的问题。电能质量的影响因设备敏感度及其对电压的适应能力而异。通常设备都被设计为对供电有一定的适应范围。只有当电压超出设备设计范围时,问题才会被注意到,就如同某些汽车只适于在平坦路面行驶,而某些车能越野一样。电压/谐波监测仪能捕捉导致出现问题的事件,利用它您就能确定设备问题是否与电源性能相关,并可验证现有电路能否支持添加敏感设备。

目前电能故障定位工具不是太简单就是太复杂。简单的数据记录设备通常是对电压进行周期性采样,只能提供有限信息。事件捕获有可能影响您的设备,而重要的事件可能被错过。复杂的电能分析仪需要进行设置并对记录数据进行解读,而且不是为墙壁插座而设计的。由于电器直接接入墙壁插座,所以这里是测量电压最重要的地方。

三、何谓电能质量 

除非离变电站距离太远而受到过多因素的影响,电源接入建筑物时通常是洁净的。影响电源质量的情况往往发生在插座处。如果用示波器给交流电拍照的话,您就会发现,其波形是正弦波,这与交流电的发电原理有关。平滑或完好的正弦波形代表着您所用交流电源的质量好。负载、导线及外在因素可能干扰平滑的正弦波形,使电源入口附近和下游设备的供电质量下降。电压事件和谐波都会造成电能质量下降。

还用行驶中的汽车比喻,对运行在有电压事件的电路中设备而言,就如同在“颠簸的道路”上行驶的汽车。为了更好地理解电压事件的不同形式,首先要对它们有个明确的定义。电压事件是根据其规模和持续时间来描述的。所谓规模,即:事件有多么严重;持续时间,即:事件存在了多久。

电压骤降 (SAGS)

电压瞬间降低称为骤降。其降低值可能很小(比如,降10%)或持续很短的时间。电压下降持续超过1分钟,则称为“欠压”;完全停电,则称为“中断”。电压骤降可能因重负载启动造成,例如:电机、重型机械甚至吸尘器启动。电力系统的容量以及电路阻抗都会影响电压骤降的规模。

电压骤升 (SWELLS)

电压骤升与电压骤降正好相反。电压短暂升高,并持续0.5秒至1分钟。这种能量的释放是由于电机或重型机械突然关断引起的。电压骤升较电压骤降不常见但危害更大。持续超过1分钟的电压骤升,被称为“过压”。有时,在负载开启时会出现电压骤降,由于系统过补偿作用,紧跟着会出现电压骤升。

脉冲(IMPULSES)

短时的非常高的电压骤升或尖峰被称为脉冲,其规模可能从正常电压的2倍到几千伏,持续时间从不足微秒到几百微秒甚至几秒。脉冲的特征是在正常电压波形上叠加了极高的电压尖峰。脉冲是由于在电力系统中,蓄积在电感或电容里的能量短时间释放造成的。

谐波(HARMONICS) 

与道路的颠簸起伏不同,谐波产生的影响是一系列重复出现的小波动,就像在路肩上驾驶。电路中存在的谐波会造成额外的发热、干扰通信线路、造成电子设备误动作、降低功率因数

非线性负载,如:计算机、复印机、调速设备,会产生谐波。这些设备在电路中产生高于50Hz的频率。电压波形出现连续的“平顶”,意味着电源不能为负载提供其运行所需要的电压峰值。

使用电子设备越多,电压受干扰的可能性越大。谐波影响传统负载和导线,使其发热量增加、误触发、通信设备产生噪声。

谐波存在的数量以总谐波含量(Total Harmonic Distortion (THD))的百分数表示。THD 超过 5% 就应调查其原因。

电压性能和电能质量是等价的。了解电压骤降、骤升、脉冲及总谐波含量(%THD),可以为您节约时间和金钱。

三、电压超限会造成何种影响?

电压骤降Voltage Sags
   

上图所示:某电压在连续7天内的变化,在第1天出现了1次电压短暂跌落。您可能会问,如果电压随时都在变化,为何用电设备没有随即出现故障?其原因是,电子设备的电压适应范围是正常电压的±10%。而且,设备类型不同其承受电压变化的持续时间也不同。电压的首次变化不一定使设备损坏,但如果电压波动持续时间过长或电压事件频繁出现,超出了设备的耐受能力,设备就会损坏。

当电压不满足设备供电指标要求时,设备运行就会变得困难、过热或导致绝缘性能不能满足实际电压的变化。

例如某冰箱的电压适应范围是正常电压的±10%,如果出现上图所示的电压骤降,冰箱的输入电压降为108V (以北美120V电压制式为例),则电机就会发热、效率降低。长期的或反复的电压骤降会降低冰箱电机的使用寿命,导致电压下降的原因有多种,包括线径过细,线路过长、用电设备过多等。 

电压骤升(Voltage Swells)
   

电压骤升对电力系统的影响与电压骤降不同,但结果是类似的。上图所示:带有若干台计算机的线路,反复出现电压骤升的情形。这些反复出现的电压骤升可能导致硬件损坏、死机、异常,而一旦得知是由于电源问题导致的,这些故障都可以迅速排除。

谐波(Harmonics)
   

上图所示:开关电源干扰了交流电波形。电流的正弦波波峰处产生了下陷。根据欧姆定律,电压与电流成反比,一旦电流波形变成这样的非正弦波,电压波形也会收到影响。产生谐波的设备也会受到谐波的影响。如上所述,如果多台设备都在用电,电压波形的波峰处就会出现平顶,整流稳压电源就无法输出稳定的直流电。换言之,谐波会影响线路中的其他负载。

四、什么人需要使用电压/谐波监测仪

  • 设备安装与维护人员
    通过此仪器观察电压参数
  • 设备制造商
    用于成本管理
    检查所安装设备的供电是否满足运行要求
  • 物业管理
    对耗电费用与停电故障进行管理与维护;
    鉴别是否由于电能质量差造成设备故障;
    验证昂贵设备的供电环境是否存在隐患;
    验证UPS供电系统性能
  • 电工
    提高工作效率
    快速定位停电故障原因
  • 医疗卫生设备维护人员
    确认设备性能
    检查敏感设供电质量
  • 实验室设备/IT设备管理人员
    查看敏感设备供电质量
  • 普通用电户
    查看电能表之后设备的用电情况
  • UPS维护人员

协助用户获得用电需求情况

美国理想工业公司新近推出的电压/谐波监测仪61-830是一款功能强大的故障定位工具,它能探测到电压骤降、骤升、漂移、脉冲和谐波,无论是内在的还是外在的,它能有效地衡量导致设备故障的电能质量问题,并能验证电源是否符合设备运行要求。无需设置,也不需要计算机或特殊软件辅助,电压/谐波监测仪61-830即可及时报告电压事件出现的时间、持续的时间、严重程度。所有这些信息都可通过浏览菜单的方式读取。电压/谐波监测仪61-830是您开始电能质量分析的起点。

关键字:电能质量监测

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1229/article_4301.html
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