基本電能質量測量方法和常見問題原因

雖然我們享受著固態技術的發展所帶來的巨大好處，但在實際上，處于這一技術核心地位的微電子技術卻依賴著清潔電能。更快的速度和更低的電壓，意味著對電能質量有著更高的要求。電能質量(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。不良電能質量的癥狀包括設備間歇鎖定和復位、數據受到破壞、設備提前出現故障以及沒有任何表面原因的部件過熱等。最終的結果是生產中斷、生產效率下降以及人員受到危害。

從問題現場開始檢查
排查電能質量問題的一個方法是，從盡可能靠近受影響負載的位置開始檢查。受影響的負載是功能發生異常的靈敏負載，通常為電子負載。在懷疑存在電能質量問題時，需要進行的一部分工作就是要將電能質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使您大有收獲。這需要敏銳的眼光和進行一些基本測量。

另外一種方法是使用一個三相監視儀從電力進線處開始檢查，逐步查找到受影響的負載。如果問題起源于公用電站，則這種方法是非常有用的。然而，反復進行的調查已得出結論，絕大多數電能質量問題是出在設施中。實際上，作為一般規則，電能質量在電力進線處（與公用電力相連的位置）是最好的，并隨著在配電系統中向下游移動而發生惡化。這是因為設施本身的負載引發了問題。另外一個明顯的事實是，75%的電能質量問題與接線和接地問題有關！

因此，許多電能質量管理機構建議，一個合理的故障排查流程是，首先診斷建筑內的電氣基礎設施，然后在必要時進行監視。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
制作一個路線圖
如果不了解被調查位置的情況，就很難診斷出電能質量問題。開始時，您可以先確定位置，或重新構建現場的一個單線圖。通過該單線圖，可識別出交流電源以及它們所供電的負載。帶有紅線的實際結構單線圖就是您所要的單線圖。

如果您在現場工作，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，則將會對每個人（包括您自己）帶來巨大幫助。如果您是第一次來到工作現場，則得到一個最新的單線圖就意味著可以識別出新的負載或系統中的最新變化。為何要做出這種努力？因為系統是動態的，它們會隨時間而發生改變，而這些變化經常沒有經過計劃，是任意發生的。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的相互影響。您的記錄歸檔越完整，得到的結果就越佳。

圖1 商業和工業設施中典型的簡化配電系統。

但在實際上，最需要幫助的位置往往是那些最不可能對系統中所發生的事件進行良好記錄的位置。許多顧問人員都會通過用現場實際存在的情況將遞交給他們的文檔進行更新而發揮他們的作用。最簡單的規則是，在調查中的這個時刻要盡可能做好記錄歸檔，但不要指望它可以使用。

在工作地點周圍巡視一下
有時，目視檢查會提供直接線索,可以發現以下問題：

● 變壓器發生過熱

● 電纜或接頭因發熱而褪色

● 電源插板相互插接在一起

● 信號電纜和電源電纜布置在同一個電纜橋架中

● 子配電盤中存在額外的中線接地連接

● 接地導線與截止于半空中的金屬管連接

至少，你會知道設施是如何布線的以及典型負載是什么。

與受影響的人員會面并保持事件的一個記錄
與操作受影響設備的人員會面。你會得到對問題的描述，經常會發現沒有預料到的線索。對問題發生的時間以及問題的癥狀進行記錄也是一個很好的做法。這對于間歇發生的問題極為重要。目標是找到有助于將受影響負載中所發生的問題與別處同時發生的某個事件關聯起來的某種形式。當然，進行這種故障記錄是離受影響的設備距離最近的操作人員的責任。

電能質量問題的主要原因
造成電能質量出現問題的原因多種多樣，有自然因素，也有人為錯誤，下面列出了一些導致電能質量出現問題的主要原因。

雷電
如果沒有安裝適宜的避雷裝置，雷電就會帶來極大的破壞作用。如果公用電站的輸電線路很長，雷電還會引起線路上發生電壓突降和欠電壓。如果距離很近，則它會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范疇。

公用電站自動斷路器重合閘
引起短時電壓突降/中斷，但情況要好于較長時間的電壓中斷。

電力電容器分斷
引起高能量電壓干擾（就像是波形上所存在的一個振蕩瞬變）。如果電容器組在設施附近，則這種瞬變可能會在整個建筑內部傳播。

沒有足夠配電變壓器的商業樓宇
嘗試在錯誤的位置走捷徑；將208V的饋線一直布置到高達20層的高度不會帶來好的電能質量。

發電機組的規格與諧波負載的規格不相配
過高的電壓失真會影響電子控制電路。如果存在SCR轉換器負載，則諧波可能會影響頻率控制電路。沒有考慮諧波作用而使用功率因數校正電容器諧波和電容器是不相容的。電容器在諧波負載下不堪重負。

來自高轉矩直接加壓起動電機負載的沖擊電流
如果負載過大或電源阻抗過高，就會引起電壓突降。交錯電機起動會有所幫助。

配電盤上的中線規格不足
在充斥著3次諧波的環境中，中線很容易攜帶與相電流相當或比相電流還要高很多的電流。中線的規格不足，會產生過熱的接線頭、潛在火災危險以及很高的中線對地電壓。

將電源線和信號線布置在一起
可以將信號線看作單線變壓器的次級，而將電源線看作變壓器的初級。它們之間時刻存在發生耦合的機會。

導線管接頭松動和缺乏綠色接地導線
引起接地回路斷開或存在高阻抗。這對于電能質量或安全性都是不利的。

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

數據電纜的每端與不同的接地參考相連
這可不得了！表明設備外殼與數據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是安裝一個信號參考格柵(SRG)。

隔離接地棒
它們是一個安全危險，因為地是一個高阻抗回路，將會阻止足夠電流流動以使斷路器脫扣。它們還會產生接地回路；畢竟，每個電子都必須返回它們所來的地方。出于電能質量方面的考慮，一些廠商會堅持這樣的觀點：除非安裝一個隔離接地棒，否則他們提供的設備保修是無效的。

非法中線對地連接

圖2 隔離接地棒可產生接地回路，CNC機床裝置中的常見問題

將返回電流加到接地線上。這不僅是一個電能質量問題，它還是一個管道問題。循環的接地電流會使水管腐蝕。

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引起負載相互作用和中線過載；與靈敏負載共享分支電路的激光打印機和復印機會存在周期性電壓突降和開關瞬變等。