電源質(zhì)量問題的危害因素分析

1.電壓的變化范圍過大
    電網(wǎng)供電不足,供電部門采取降壓供電,或地處偏遠(yuǎn)地帶,損耗過多,導(dǎo)致電壓偏低。電網(wǎng)用電太少,導(dǎo)致電壓偏高電壓低負(fù)載不能正常工作,電壓太高,負(fù)載使用壽命縮短,或?qū)⒇?fù)載燒毀。
    2.波形失真(或稱諧波Waveform DistorTIon)
    普遍的波形失真指標(biāo)準(zhǔn)電源波形的多種諧波。電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因是整流器、UPS電源、電子調(diào)速裝備、熒光燈系統(tǒng)、計算機(jī)、微波爐、節(jié)能燈、調(diào)光器等電力電子設(shè)備和電器設(shè)備中開關(guān)電源的使用或二次電源本身自身產(chǎn)生。諧波對公用電網(wǎng)的危害主要包括:
    1)使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗,降低了發(fā)電、輸變電設(shè)備的效率,大量的3次諧波流過中性線時,會引起線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi);
    2)影響各種電氣設(shè)備的正常工作,除了引起附加損耗外,還可使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和過電壓,使變壓器局部嚴(yán)重過熱,使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以致?lián)p壞;
    3)會引起公用電網(wǎng)中局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,從而使諧波放大,使前述的危害大大增加,甚至引起嚴(yán)重事故;
    4)會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置誤動作,并使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確;
    5)會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕者產(chǎn)生噪聲,降低通信質(zhì)量,重者導(dǎo)致信息丟失,使通信系統(tǒng)無法正常工作。
    3.突波(或稱電涌Power Surges)
    指在瞬間內(nèi)(數(shù)毫秒間)輸出電壓有效值高于額定值110%,持續(xù)時間達(dá)一個或數(shù)個周期。是破壞精密電子設(shè)備的主要元兇。除受到雷擊產(chǎn)生外另外主要是由于在電網(wǎng)上連接的大型電氣設(shè)備關(guān)機(jī)開機(jī)時,電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓。 
電涌的危害:計算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今,多層、超規(guī)模的集層芯片,電路密集,趨向是集成度更高、元器件間隙更小、導(dǎo)線更細(xì)。幾年前,一平方厘米的計算機(jī)芯片有 2,000個晶體管而現(xiàn)在的奔騰機(jī)則超過10,000,000個。從而增加了計算機(jī)受電涌損壞的概率。 由于計算機(jī)的設(shè)計和結(jié)構(gòu)決定了它應(yīng)在特定的電壓范圍內(nèi)工作。當(dāng)電涌超出計算機(jī)能承受的水平時,計算機(jī)將出現(xiàn)數(shù)據(jù)亂碼,芯片被損壞,部件提前老化,這些癥狀包括:出乎預(yù)料的數(shù)據(jù)錯誤,接收/輸送數(shù)據(jù)的失敗,丟失文檔,工作失常,經(jīng)常需要維修,原因不明的故障和硬件問題等等。 雷電電涌遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了計算機(jī)和其它電氣設(shè)備所能承受的水平,絕大多數(shù)情況下,造成計算機(jī)和其它電器設(shè)備的當(dāng)即毀壞,或數(shù)據(jù)的永遠(yuǎn)丟失。即使是一個20馬力的小型感應(yīng)式發(fā)動機(jī)的啟動或關(guān)閉也會產(chǎn)生3,000-5,000伏的電涌,使和它共用同一配電箱的計算機(jī)在每一次電涌中都會受到損壞或干擾,這種電涌的次數(shù)非常頻繁。
    電涌對敏感電子電器設(shè)備的影響有以下類型:
    破壞
    電壓擊穿半導(dǎo)體器件
    破壞元器件金屬化表層
    破壞印刷電路板印刷線路或接觸點
    破壞三端雙可控硅元件/晶閘管……
    干擾
    鎖死、晶閘管或三端雙向可控硅元件失控
    數(shù)據(jù)文件部分破壞
    數(shù)據(jù)處理程序出錯
    接收、傳輸數(shù)據(jù)的錯誤和失敗
    原因不明的故障……
    過早老化
    零部件提前老化、電器壽命大大縮短
    輸出音質(zhì)、畫面質(zhì)量下降
    電涌會毀壞哪些電氣設(shè)備?
    含有微處理器的電氣設(shè)備極易受到電涌的毀壞,這包括計算機(jī)及輔助設(shè)備、程序控制器、PLC、傳真機(jī)、電話機(jī)、留言機(jī)等;程控交換機(jī)、廣播電視發(fā)送機(jī)、影視設(shè)備、微波中繼設(shè)備;家電行業(yè)的產(chǎn)品包括電視機(jī)、音響、微波爐、錄象機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)、電冰箱等。調(diào)查數(shù)據(jù)表明:在保修期出現(xiàn)問題的電氣設(shè)備中,有63%是由于電涌造成的。
    4.尖波(或高壓尖脈沖Spikes) 
指峰值達(dá)6000V,持續(xù)時間從萬分之一秒至二分之一周期(10ms)的電壓。這主要是由于雷擊、電弧入電、靜態(tài)放電或大型電氣設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。
    危害:
    在煉鋼廠、 軋鋼廠或者大量使用晶閘管設(shè)備、電火花設(shè)備、電力機(jī)車等地方,這種尖峰干擾為害尤厲。其幅度大的可達(dá)數(shù)百伏甚至上千伏,而脈寬一般為μS數(shù)量級。雷電也常以尖峰脈沖方式入侵。尖峰脈沖幅度很大時,會破壞工控機(jī)開關(guān)電源輸入濾波器、整流器甚至主振管。再加之其頻譜很寬,也會竄
    入計算機(jī)造成干擾。
    5.瞬態(tài)過電壓(transient overvoltage)和暫態(tài)過電壓(temporary overvoltage)
    指峰值電壓高達(dá)20000V,但持續(xù)時間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓。其主要原因及可能造成的破壞類似于高壓尖脈沖,主要由雷電所致。
    危害:
    以大規(guī)模集成電路為核心組件的測量、監(jiān)控、保護(hù)、通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)電子設(shè)備廣泛運用于電力、航空、國防、通信、廣電、金融、交通、石化、醫(yī)療以及其它現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域,以大型CMOS集成元件組成的這些電子設(shè)備普遍存在著對暫態(tài)過電壓、過電流耐受能力較弱的缺點,暫態(tài)過電壓不僅會造成電子設(shè)備產(chǎn)生誤操作,或者造成電子設(shè)備受到干擾,數(shù)據(jù)丟失,或暫時癱瘓;嚴(yán)重時可引起元器件擊穿及電路板燒毀,使整個系統(tǒng)陷于癱瘓。
    6.電壓下陷/下降(Sags & Brownouts)
    指市電電壓有效值界于額定值的80-85%之間的低壓狀態(tài),并且持續(xù)時間達(dá)一個到數(shù)個周期,甚至更長。其產(chǎn)生原因包括:大型設(shè)備啟動和應(yīng)用、大型電動機(jī)啟動、或大型電力變壓器接入、主電力線切換、線路過載等。
    危害:
    電壓下陷是最常見的電力問題,它占了電力問題的87%。電源可能因某種原因而造成短時間的電壓下降。它對計算機(jī)的影響輕則使keyboard等接口設(shè)備暫停作業(yè),重則使數(shù)據(jù)流失、檔案毀壞。
    電壓的下陷同時也會使計算機(jī)內(nèi)的組件毀壞,以致于壽命減短。
    7.三相電壓不平衡
    指各相之間電壓不相等或相角不相等,由于各相負(fù)載不平衡造成。
    三相不平衡的危害和影響: 
三相不平衡是指三相電源各相的電壓不對稱。是各相電源所加的負(fù)荷不均衡所致,屬于基波負(fù)荷配置問題。發(fā)生三相不平衡即與用戶負(fù)荷特性有關(guān),同時與電力系統(tǒng)的規(guī)劃、負(fù)荷分配也有關(guān)!峨娔苜|(zhì)量三相電壓允許不平衡度》(GB/T15543-1995)適用于交流額定頻率為50赫茲。在電力系統(tǒng)正常運行方式下,由于負(fù)序分量而引起的PCC點連接點的電壓不平衡。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:電力系統(tǒng)公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為2%,短時間不得超過4%。
    對變壓器的危害。在生產(chǎn)、生活用電中,三相負(fù)載不平衡時,使變壓器處于不對稱運行狀態(tài)。造成變壓器的損耗增大(包括空載損耗和負(fù)載損耗)。根據(jù)變壓器運行規(guī)程規(guī)定,在運行中的變壓器中性線電流不得超過變壓器低壓側(cè)額定電流的25%。此外,三相負(fù)載不平衡運行會造成變壓器零序電流過大,局部金屬件升溫增高,甚至?xí)䦟?dǎo)致變壓器燒毀。
    對用電設(shè)備的影響。三相電壓不平衡的發(fā)生將導(dǎo)致達(dá)到數(shù)倍電流不平衡的發(fā)生。誘導(dǎo)電動機(jī)中逆扭矩增加,從而使電動機(jī)的溫度上升,效率下降,能耗增加,發(fā)生震動,輸出虧耗等影響。各相之間的不平衡會導(dǎo)致用電設(shè)備使用壽命縮短,加速設(shè)備部件更換頻率,增加設(shè)備維護(hù)的成本。斷路器允許電流的余量減少,當(dāng)負(fù)載變更或交替時容易發(fā)生超載、短路現(xiàn)象。中性線中流入過大的不平衡電流,導(dǎo)致中性線增粗。
    對線損的影響。三相四線制結(jié)線方式,當(dāng)三相負(fù)荷平衡時線損最小;當(dāng)一相負(fù)荷重,兩相負(fù)荷輕的情況下線損增量較小;當(dāng)一相負(fù)荷重,一相負(fù)荷輕,而第三相的負(fù)荷為平均負(fù)荷的情況下線損增量較大;當(dāng)一相負(fù)荷輕,兩相負(fù)荷重的情況下線損增量最大。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時,無論何種負(fù)荷分配情況,電流不平衡度越大,線損增量也越大。
    8.雜訊干擾(或稱噪聲Noises)
    指射頻干擾(RFI)和電磁干擾(EFI)及其它和種高頻干擾。源于電磁波或高頻波感應(yīng),它是高頻率的變化,在正常電力50Hz頻率上介于15-100%電位擾動。馬達(dá)運行、斷電器動作、馬達(dá)控制器工作、廣播發(fā)射、微波輻射及電氣風(fēng)暴都會造成噪聲。
    危害:
    雜訊過大,可能讓電腦CPU產(chǎn)生誤判,嚴(yán)重者可能燒壞CPU和其他電腦配件,可造成無線電傳輸中斷。 感應(yīng)傳導(dǎo)到四周環(huán)境,導(dǎo)致其他電子設(shè)備. 無法正常工作。
    可使民航系統(tǒng)工作失效,通信不暢,計算機(jī)運行錯誤,自動設(shè)備誤動作。
    澳其斯交流參數(shù)電源綜合調(diào)節(jié)器,對提高配網(wǎng)的供電質(zhì)量有著重要的作用。 該裝置具有如下功能:
    (1)在原側(cè)電壓波動或2—3周波短時停電的條件下,維持負(fù)載側(cè)電壓恒定;
    (2)在原側(cè)電壓不平衡且諧波條件下,維持負(fù)載側(cè)三相電壓平衡;
    (3)可補(bǔ)償負(fù)載側(cè)電流諧波和無功,使網(wǎng)側(cè)只提供有功電流;
    (4)可補(bǔ)償負(fù)載側(cè)不平衡的電流諧波,使網(wǎng)側(cè)電流為三相平衡;
    (5)可排除各種微觀電源干擾污染。 

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 ^ 電源質(zhì)量問題的危害因素分析