電氣干擾
電氣干擾更正式地稱為電磁干擾 (EMI) 或射頻干擾 (RFI)。EMI 是更通用的術(shù)語(yǔ)，RFI 僅適用于無(wú)線電傳輸所用頻段上的干擾。但是，在本文中，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)可以互換，稱為 EMI。
EMI 通常比瞬變危害小得多。它的影響通常會(huì)使設(shè)備暫時(shí)出現(xiàn)故障，而不是造成性損壞。即便如此，設(shè)備故障通常代價(jià)高昂且具有破壞性，因此 EMI 并非小事。
EMI 可能來(lái)自多種來(lái)源，包括雷達(dá)、電視、收音機(jī)、手機(jī)和微波發(fā)射器，也可能來(lái)自不太明顯的外部來(lái)源，如遠(yuǎn)處雷暴產(chǎn)生的無(wú)線電信號(hào)。
外部 EMI 可以通過(guò)電磁感應(yīng)、靜電耦合或傳導(dǎo)進(jìn)入電氣裝置。EMI 也可能由設(shè)施內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生，但現(xiàn)代電器和設(shè)備應(yīng)按照電磁兼容性 (EMC) 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行人工制造，以限度地降低 EMI 產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。
EMI 表現(xiàn)為音頻設(shè)備上的噪音或嘶嘶聲。
其他不太明顯的常見(jiàn)影響包括數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能的下降，甚至這些網(wǎng)絡(luò)的功能停止。這可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤率增加，并可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。重要的是要注意 EMI 可以通過(guò)靠近在一起的電纜之間的串?dāng)_傳輸。因此，應(yīng)始終注意隔離電源和數(shù)據(jù)電纜，并在適當(dāng)?shù)那闆r下使用屏蔽電纜。
有多種產(chǎn)品可用于阻止 EMI 并防止其進(jìn)入設(shè)備。其中包括 EMI 抑制濾波器和交流線路濾波器，以及鐵氧體磁芯和微波吸收器。此類設(shè)備僅對(duì)傳導(dǎo) EMI 有效。高效屏蔽——將敏感設(shè)備封閉在接地外殼中是防止輻射和感應(yīng) EMI 的預(yù)防措施，因此對(duì)于完整的解決方案，屏蔽和過(guò)濾的組合是必要的。
如果您懷疑自己遇到了 EMI 問(wèn)題，是時(shí)候購(gòu)買電源質(zhì)量分析儀并設(shè)置它來(lái)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)了。EMI 將明顯疊加在輸入電壓波形上。它本質(zhì)上可能是間歇性的，因此只有通過(guò)記錄電力線數(shù)天或數(shù)周才能發(fā)現(xiàn)。
電壓不平衡
電壓不平衡是一個(gè)電能質(zhì)量問(wèn)題，大多數(shù)時(shí)候很少或根本沒(méi)有受到關(guān)注。這是不幸的，因?yàn)椴黄胶獾墓?yīng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。如果您的企業(yè)只有單相負(fù)載，那么不平衡對(duì)您來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題。但是，如果您有任何三相負(fù)載，建議您閱讀本文的其余部分。
在平衡的三相交流電力系統(tǒng)中，三相電壓大小相等，相距120度。在不平衡系統(tǒng)中，相電壓不相等，和/或相距不是 120 度。電壓不平衡比相移更常見(jiàn)，通常由大單相負(fù)載引起，例如感應(yīng)爐。
這些單相負(fù)載可以連接在其中一相和電源中性線之間，它們僅從三相中的一相汲取電力，或者它們可以連接在兩相之間，從三相中的兩相汲取電力。結(jié)果，三相負(fù)載不均，負(fù)載重的一相或多相上的電壓將下降。這種電壓降低將被連接到同一供電系統(tǒng)的所有其他設(shè)備視為電壓不平衡。
在三相系統(tǒng)中即使很小的單相負(fù)載分布不均，如果有足夠多的負(fù)載，也會(huì)導(dǎo)致電壓不平衡。當(dāng)額外的設(shè)備或分支電路被添加到最初在其構(gòu)建過(guò)程中平衡的系統(tǒng)時(shí)，這種情況通常會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)展。
一組中功率因數(shù)校正電容器的不均勻退化，甚至一個(gè)或多個(gè)電容器的故障是不平衡的另一個(gè)來(lái)源，并且臨時(shí)不平衡可能是由設(shè)施內(nèi)的一個(gè)相上的故障或進(jìn)一步備份供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。
具有平衡的相電壓可以說(shuō)是工業(yè)裝置最重要的要求之一，特別是如果它使用三相電機(jī)，并且至關(guān)重要的是如果它們以或接近滿載能力運(yùn)行。對(duì)于滿載電機(jī)，電機(jī)端子上的不平衡電壓可能導(dǎo)致相電流不平衡高達(dá) 10 倍于電壓不平衡百分比。這意味著在不平衡電源上運(yùn)行的電機(jī)必須顯著降額，即使電壓不平衡看起來(lái)相對(duì)較小。由于 I2R 損耗增加，不平衡還可能導(dǎo)致需要降低電力電纜的額定值。
根據(jù)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)電壓不平衡定義為負(fù)序電壓與正序電壓之比。簡(jiǎn)而言之，三相電壓可以在數(shù)學(xué)上表示為正序、負(fù)序和零序分量的總和。正序電壓在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生沿電機(jī)預(yù)期旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的磁通量，而負(fù)序電壓產(chǎn)生沿相反方向旋轉(zhuǎn)的磁通量。由于正序電壓始終遠(yuǎn)大于負(fù)序電壓(前提是電機(jī)已正確連接)，因此不會(huì)影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
由負(fù)序電壓引起的反向旋轉(zhuǎn)磁通會(huì)在電機(jī)繞組中產(chǎn)生額外的熱量，最終可能導(dǎo)致絕緣擊穿和電機(jī)過(guò)早失效。在高于推薦工作溫度10 ° C (18 ° F) 的情況下連續(xù)運(yùn)行會(huì)使旋轉(zhuǎn)機(jī)器的壽命縮短兩倍，而且電機(jī)運(yùn)行壽命的縮短幾乎總是具有破壞性且成本高昂。
此外，固態(tài)電機(jī)控制器和逆變器包括對(duì)電壓不平衡敏感的組件。根據(jù)產(chǎn)品的不同，如果檢測(cè)到明顯的電壓不平衡，其中一些將通過(guò)關(guān)閉來(lái)保護(hù)自己和電機(jī)，但是，雖然這可以保護(hù)設(shè)備，但由此產(chǎn)生的中斷仍然可能代價(jià)高昂。在不自動(dòng)關(guān)閉的不太復(fù)雜的產(chǎn)品中，電壓不平衡是壽命縮短的常見(jiàn)原因。
當(dāng)出現(xiàn)不平衡的電源電壓時(shí)，不間斷電源 (UPS) 和逆變器電源的運(yùn)行效率也會(huì)降低，這通常會(huì)增加直流輸出的紋波，并且在許多情況下，會(huì)增加供電系統(tǒng)中的諧波電流。
電壓不平衡會(huì)產(chǎn)生如此多的有害影響，國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都涵蓋了這一點(diǎn)。例如，IEEE 112 和 IEC 60034-1 對(duì)供電機(jī)器施加了 1% 的負(fù)相序電壓限制。
幸運(yùn)的是，使用功率和能量記錄器可以輕松實(shí)現(xiàn)電壓和負(fù)載(電流)平衡的測(cè)量以及不平衡的識(shí)別。通過(guò)在輸入電源上連接 PEL，可以隨時(shí)間監(jiān)控整個(gè)裝置各相的負(fù)載，以了解它在正常運(yùn)行的一天或一周或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的變化情況。PEL功率和能量記錄器可以在裝置周圍快速移動(dòng)，非侵入式連接，用于測(cè)量單個(gè)設(shè)備或電路負(fù)載和電壓，以評(píng)估整個(gè)裝置的平衡狀況。然后可以將它們重新連接到輸入電源，以進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，不僅可以監(jiān)控電壓平衡，還可以監(jiān)控其他重要的電源參數(shù)，例如諧波和功率因數(shù)。
為了減少電壓不平衡及其影響，您應(yīng)該采取兩個(gè)關(guān)鍵步驟。種是對(duì)大型單相負(fù)載使用單獨(dú)的電路，并將它們連接到盡可能靠近電源的地方。這將確保單相負(fù)載不會(huì)在其他設(shè)備使用的任何接線上引起電壓降。第二步是確保所有單相負(fù)載，無(wú)論大小，都均勻分布在所有三相上。這兩個(gè)步驟可以省去很多麻煩和費(fèi)用。
功率因數(shù)
像電壓不平衡一樣，功率因數(shù)很少被認(rèn)為是電能質(zhì)量問(wèn)題，但應(yīng)該是因?yàn)楣β室驍?shù)差很常見(jiàn)，這意味著企業(yè)要為他們不使用和無(wú)法使用的能源支付大筆費(fèi)用，并且糾正起來(lái)相對(duì)容易且成本低廉。
功率因數(shù)差并不是一個(gè)新問(wèn)題；幾十年來(lái)，負(fù)責(zé)管理工業(yè)和商業(yè)設(shè)施的經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師已經(jīng)采取措施確保他們的設(shè)施具有良好的功率因數(shù)。但是今天，越來(lái)越少的站點(diǎn)有這樣的工程師來(lái)照顧他們，結(jié)果，功率因數(shù)被遺忘了，不可避免的結(jié)果是不必要地增加了能源費(fèi)用。
什么是功率因數(shù)，為什么它如此重要？
解釋的關(guān)鍵是，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中使用的某些類型的電氣設(shè)備除了它們完成預(yù)期工作所需的實(shí)際(或有功)功率之外，還消耗一定量的無(wú)功功率。這些通常是電感設(shè)備 - 即，將線圈作為其結(jié)構(gòu)的一部分的設(shè)備。例如電機(jī)、感應(yīng)加熱器、弧焊機(jī)、壓縮機(jī)和大多數(shù)類型的熒光燈。重要的是要了解無(wú)功功率對(duì)設(shè)備用戶而言沒(méi)有任何用處。
從技術(shù)上講，無(wú)功功率是設(shè)備使用的實(shí)際或有功功率與其消耗的總功率(稱為視在功率)之間的矢量差。簡(jiǎn)單地說(shuō)，功率因數(shù)是有功功率與視在功率之比。
功率因數(shù)低的設(shè)備會(huì)增加配電系統(tǒng)中的能量損失，因此能源供應(yīng)商會(huì)懲罰功率因數(shù)低的工業(yè)客戶。功率因數(shù)差的設(shè)備比做同等有用功但功率因數(shù)高(或好)的設(shè)備消耗更多的電流。更高的電流會(huì)增加配電系統(tǒng)中的能量損失，導(dǎo)致能源供應(yīng)商懲罰功率因數(shù)差的客戶，向他們收取更多的電費(fèi)，因?yàn)樗麄冃枰軌蛱峁╊~外的能量，而這些能量不會(huì)顯示在收入計(jì)。
從技術(shù)上講，這種情況可以通過(guò)將其比作一杯典型的啤酒來(lái)更容易理解。如果您訂購(gòu)一杯生啤酒，您支付的整杯啤酒相當(dāng)于視在功率。但仔細(xì)看看——那啤酒上有泡沫！啤酒才是你真正想要的部分，相當(dāng)于有功功率，而對(duì)提神沒(méi)有幫助的頭部相當(dāng)于無(wú)功功率。裝滿啤酒的杯子，沒(méi)有頭，代表功率因數(shù)為 1，沒(méi)有無(wú)功功率。實(shí)際上，這通常是不可能實(shí)現(xiàn)的，0.95(對(duì)應(yīng)于少于 5% 的泡沫)或更好的功率因數(shù)通常被認(rèn)為是可以接受的。
到目前為止，一切都很好，但是如果電氣設(shè)備固有地消耗有功功率，那該怎么辦呢？幸運(yùn)的是，可以通過(guò)添加功率因數(shù)校正 (PFC) 系統(tǒng)來(lái)校正功率因數(shù)。這通常采用連接在主配電盤或其他位置的電容器的形式。
許多站點(diǎn)已經(jīng)具有某種形式的功率因數(shù)校正 (PFC)，但如前所述，它始終是一種安裝即忘的解決方案。如果站點(diǎn)上安裝了更多設(shè)備，或者站點(diǎn)上使用的設(shè)備類型發(fā)生了顯著變化，則 PFC 系統(tǒng)可能不再適用。此外，用于 PFC 的電容器會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化，最終需要更換。
事實(shí)上，工業(yè)裝置以高水平無(wú)功功率運(yùn)行，功率因數(shù)在 0.7 到 0.8 之間的情況并不少見(jiàn)。這是不必要且昂貴的，因?yàn)闇y(cè)量功率因數(shù)并不困難。它可以使用便攜式測(cè)試儀器輕松測(cè)量，或者可以通過(guò)持續(xù)顯示的值以及包括電壓、電流和能耗在內(nèi)的許多其他有用參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
雖然規(guī)范 PFC 系統(tǒng)以降低無(wú)功功率需要了解幾個(gè)因素，包括現(xiàn)場(chǎng)無(wú)功負(fù)載的電壓水平和典型使用情況、整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的使用情況以及現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載所需的電能質(zhì)量，所有其中很容易測(cè)量和/或計(jì)算。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的 PFC 系統(tǒng)將是它所帶來(lái)的節(jié)約成本的一小部分。
的 PFC 形式包括安裝電容器，但值得貨比三家并聽(tīng)取專家建議以找到能夠準(zhǔn)確滿足您特定要求的系統(tǒng)。如果單機(jī)功率因數(shù)不佳，可在其上并聯(lián)電容器，以便在機(jī)器開(kāi)機(jī)時(shí)補(bǔ)償功率因數(shù)不佳的情況?；蛘撸绻军c(diǎn)的功率因數(shù)一直很差，并且沒(méi)有任何設(shè)備單獨(dú)負(fù)責(zé)，則可以通過(guò)主電源將固定 PFC 連接到場(chǎng)所。
在更復(fù)雜的應(yīng)用中，許多機(jī)器在不同時(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉，功率因數(shù)可能會(huì)頻繁變化。在這種情況下，建議采用專家建議以獲得解決方案。
結(jié)論
希望本文能夠成功解釋電能質(zhì)量這個(gè)有時(shí)很復(fù)雜的主題，并闡明為什么它被認(rèn)為很重要。如果您是典型的企業(yè)主或經(jīng)理，毫無(wú)疑問(wèn)，您非常關(guān)注為企業(yè)購(gòu)買的產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量，對(duì)您消耗的電力和能源也應(yīng)該如此。畢竟，能源賬單可能是您支出的重要組成部分。
我們已經(jīng)證明電能質(zhì)量會(huì)以多種方式降低，而這種降低通常會(huì)帶來(lái)不便且代價(jià)高昂的后果。然而，同樣重要的是，我們已經(jīng)證明，使用正確的監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備很容易檢測(cè)到電能質(zhì)量問(wèn)題。在大多數(shù)情況下，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；提供方便且負(fù)擔(dān)得起的解決方案。
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