基本電能質(zhì)量測(cè)量方法和常見問題原因

雖然我們享受著固態(tài)技術(shù)的發(fā)展所帶來的巨大好處，但在實(shí)際上，處于這一技術(shù)核心地位的微電子技術(shù)卻依賴著清潔電能。更快的速度和更低的電壓，意味著對(duì)電能質(zhì)量有著更高的要求。電能質(zhì)量(PQ)涉及面較廣，從像電壓突降、驟升、中斷以及瞬變這樣的電壓干擾，一直到電流諧波以及高性能布線和接地。不良電能質(zhì)量的癥狀包括設(shè)備間歇鎖定和復(fù)位、數(shù)據(jù)受到破壞、設(shè)備提前出現(xiàn)故障以及沒有任何表面原因的部件過熱等。最終的結(jié)果是生產(chǎn)中斷、生產(chǎn)效率下降以及人員受到危害。

從問題現(xiàn)場(chǎng)開始檢查
排查電能質(zhì)量問題的一個(gè)方法是，從盡可能靠近受影響負(fù)載的位置開始檢查。受影響的負(fù)載是功能發(fā)生異常的靈敏負(fù)載，通常為電子負(fù)載。在懷疑存在電能質(zhì)量問題時(shí)，需要進(jìn)行的一部分工作就是要將電能質(zhì)量問題這一原因與其他可能原因（硬件、軟件）隔離開。這種自下而上的方法會(huì)使您大有收獲。這需要敏銳的眼光和進(jìn)行一些基本測(cè)量。

另外一種方法是使用一個(gè)三相監(jiān)視儀從電力進(jìn)線處開始檢查，逐步查找到受影響的負(fù)載。如果問題起源于公用電站，則這種方法是非常有用的。然而，反復(fù)進(jìn)行的調(diào)查已得出結(jié)論，絕大多數(shù)電能質(zhì)量問題是出在設(shè)施中。實(shí)際上，作為一般規(guī)則，電能質(zhì)量在電力進(jìn)線處（與公用電力相連的位置）是最好的，并隨著在配電系統(tǒng)中向下游移動(dòng)而發(fā)生惡化。這是因?yàn)樵O(shè)施本身的負(fù)載引發(fā)了問題。另外一個(gè)明顯的事實(shí)是，75%的電能質(zhì)量問題與接線和接地問題有關(guān)！

因此，許多電能質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)建議，一個(gè)合理的故障排查流程是，首先診斷建筑內(nèi)的電氣基礎(chǔ)設(shè)施，然后在必要時(shí)進(jìn)行監(jiān)視。我們的自下而上的故障排查步驟可幫助您完成這一探查工作。

開始步驟
制作一個(gè)路線圖
如果不了解被調(diào)查位置的情況，就很難診斷出電能質(zhì)量問題。開始時(shí)，您可以先確定位置，或重新構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)單線圖。通過該單線圖，可識(shí)別出交流電源以及它們所供電的負(fù)載。帶有紅線的實(shí)際結(jié)構(gòu)單線圖就是您所要的單線圖。

如果您在現(xiàn)場(chǎng)工作，則該線路圖可能已存在于您的腦海中，但如果您把它繪制在紙上，則將會(huì)對(duì)每個(gè)人（包括您自己）帶來巨大幫助。如果您是第一次來到工作現(xiàn)場(chǎng)，則得到一個(gè)最新的單線圖就意味著可以識(shí)別出新的負(fù)載或系統(tǒng)中的最新變化。為何要做出這種努力？因?yàn)橄到y(tǒng)是動(dòng)態(tài)的，它們會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生改變，而這些變化經(jīng)常沒有經(jīng)過計(jì)劃，是任意發(fā)生的。而且，雖然一些問題在起因和效果上都是局部的，但也有許多問題來源于系統(tǒng)中一部分與另外一部分之間的相互作用。您的工作就是要了解這些系統(tǒng)的相互影響。您的記錄歸檔越完整，得到的結(jié)果就越佳。

圖1 商業(yè)和工業(yè)設(shè)施中典型的簡(jiǎn)化配電系統(tǒng)。

但在實(shí)際上，最需要幫助的位置往往是那些最不可能對(duì)系統(tǒng)中所發(fā)生的事件進(jìn)行良好記錄的位置。許多顧問人員都會(huì)通過用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在的情況將遞交給他們的文檔進(jìn)行更新而發(fā)揮他們的作用。最簡(jiǎn)單的規(guī)則是，在調(diào)查中的這個(gè)時(shí)刻要盡可能做好記錄歸檔，但不要指望它可以使用。

在工作地點(diǎn)周圍巡視一下
有時(shí)，目視檢查會(huì)提供直接線索,可以發(fā)現(xiàn)以下問題：

● 變壓器發(fā)生過熱

● 電纜或接頭因發(fā)熱而褪色

● 電源插板相互插接在一起

● 信號(hào)電纜和電源電纜布置在同一個(gè)電纜橋架中

● 子配電盤中存在額外的中線接地連接

● 接地導(dǎo)線與截止于半空中的金屬管連接

至少，你會(huì)知道設(shè)施是如何布線的以及典型負(fù)載是什么。

與受影響的人員會(huì)面并保持事件的一個(gè)記錄
與操作受影響設(shè)備的人員會(huì)面。你會(huì)得到對(duì)問題的描述，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)沒有預(yù)料到的線索。對(duì)問題發(fā)生的時(shí)間以及問題的癥狀進(jìn)行記錄也是一個(gè)很好的做法。這對(duì)于間歇發(fā)生的問題極為重要。目標(biāo)是找到有助于將受影響負(fù)載中所發(fā)生的問題與別處同時(shí)發(fā)生的某個(gè)事件關(guān)聯(lián)起來的某種形式。當(dāng)然，進(jìn)行這種故障記錄是離受影響的設(shè)備距離最近的操作人員的責(zé)任。

電能質(zhì)量問題的主要原因
造成電能質(zhì)量出現(xiàn)問題的原因多種多樣，有自然因素，也有人為錯(cuò)誤，下面列出了一些導(dǎo)致電能質(zhì)量出現(xiàn)問題的主要原因。

雷電
如果沒有安裝適宜的避雷裝置，雷電就會(huì)帶來極大的破壞作用。如果公用電站的輸電線路很長(zhǎng)，雷電還會(huì)引起線路上發(fā)生電壓突降和欠電壓。如果距離很近，則它會(huì)引起電壓驟升和過電壓。總之，雷電是一種自然作用，它的破壞作用與人類帶給自身的破壞不屬于同一個(gè)范疇。

公用電站自動(dòng)斷路器重合閘
引起短時(shí)電壓突降/中斷，但情況要好于較長(zhǎng)時(shí)間的電壓中斷。

電力電容器分?jǐn)?br>引起高能量電壓干擾（就像是波形上所存在的一個(gè)振蕩瞬變）。如果電容器組在設(shè)施附近，則這種瞬變可能會(huì)在整個(gè)建筑內(nèi)部傳播。

沒有足夠配電變壓器的商業(yè)樓宇
嘗試在錯(cuò)誤的位置走捷徑；將208V的饋線一直布置到高達(dá)20層的高度不會(huì)帶來好的電能質(zhì)量。

發(fā)電機(jī)組的規(guī)格與諧波負(fù)載的規(guī)格不相配
過高的電壓失真會(huì)影響電子控制電路。如果存在SCR轉(zhuǎn)換器負(fù)載，則諧波可能會(huì)影響頻率控制電路。沒有考慮諧波作用而使用功率因數(shù)校正電容器諧波和電容器是不相容的。電容器在諧波負(fù)載下不堪重負(fù)。

來自高轉(zhuǎn)矩直接加壓起動(dòng)電機(jī)負(fù)載的沖擊電流
如果負(fù)載過大或電源阻抗過高，就會(huì)引起電壓突降。交錯(cuò)電機(jī)起動(dòng)會(huì)有所幫助。

配電盤上的中線規(guī)格不足
在充斥著3次諧波的環(huán)境中，中線很容易攜帶與相電流相當(dāng)或比相電流還要高很多的電流。中線的規(guī)格不足，會(huì)產(chǎn)生過熱的接線頭、潛在火災(zāi)危險(xiǎn)以及很高的中線對(duì)地電壓。

將電源線和信號(hào)線布置在一起
可以將信號(hào)線看作單線變壓器的次級(jí)，而將電源線看作變壓器的初級(jí)。它們之間時(shí)刻存在發(fā)生耦合的機(jī)會(huì)。

導(dǎo)線管接頭松動(dòng)和缺乏綠色接地導(dǎo)線
引起接地回路斷開或存在高阻抗。這對(duì)于電能質(zhì)量或安全性都是不利的。

插座接線錯(cuò)誤（中線和地線調(diào)換）
很難相信，但這種情況卻很多。將返回電流加到地線上，并產(chǎn)生接地噪聲電流。

數(shù)據(jù)電纜的每端與不同的接地參考相連
這可不得了！表明設(shè)備外殼與數(shù)據(jù)電纜連接器之間存在電壓。

高頻噪聲
最有效的高頻接地技術(shù)是安裝一個(gè)信號(hào)參考格柵(SRG)。

隔離接地棒
它們是一個(gè)安全危險(xiǎn)，因?yàn)榈厥且粋€(gè)高阻抗回路，將會(huì)阻止足夠電流流動(dòng)以使斷路器脫扣。它們還會(huì)產(chǎn)生接地回路；畢竟，每個(gè)電子都必須返回它們所來的地方。出于電能質(zhì)量方面的考慮，一些廠商會(huì)堅(jiān)持這樣的觀點(diǎn)：除非安裝一個(gè)隔離接地棒，否則他們提供的設(shè)備保修是無效的。

非法中線對(duì)地連接

圖2 隔離接地棒可產(chǎn)生接地回路，CNC機(jī)床裝置中的常見問題

將返回電流加到接地線上。這不僅是一個(gè)電能質(zhì)量問題，它還是一個(gè)管道問題。循環(huán)的接地電流會(huì)使水管腐蝕。

除了上面列出的這些，還有很多其他原因，比如，分支電路上存在共用中線會(huì)引起負(fù)載相互作用和中線過載；與靈敏負(fù)載共享分支電路的激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)會(huì)存在周期性電壓突降和開關(guān)瞬變等。