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电能质量背景知识 美国理想深圳总代理浚海仪器 什么是电能质量 定义 描述电力系统或供电系统性能的测量方法的总称 由于电压 电流或频率偏差引起的 用户设备工作异常或损坏的任何电力问题 都属于电能质量问题 电能质量主要参数 指标 电压偏差 频率偏差 功率因数低三相电压不平衡度 谐波 波形畸变 电压波动与闪变 暂时过电压与瞬态过电压 电能质量问题的危害 设备过热 烧毁 中性线 电机 变频器 变压器 电容器击穿计算机复位 保护装置误动作或设备工作异常功率因数下降 无功功率增加 付出更多的电费 基本概念与术语 瞬态 半个周波 10ms 以内暂态 从10ms到1min稳态 1min以上 瞬变 瞬态概念骤升 骤降 暂态概念过电压 低电压 电压中断 稳态概念 电压波动闪变谐波 电压的短暂变化 电压的短期变化 电压的长期变化 计算机商用设备制造协会CBEMA曲线 商用设备所能承受的交流电压波动范围 瞬变 130 骤升 106 130 骤降 0 90 过压 106 欠压 90 中断 60 电压波动造成的危害 IT设备当电压波动超过40 持续时间超过12个周波 0 24s 时 导致数据丢失 PLC 可编程控制器 早期的产品 电压低于10 时 可工作15个周波 0 3s 电压低于 50 60 时 停止工作 数控设备 为保证产品质量和安全 工作电压波动范围一般为10 当电压低于此值 持续时间超过2 3个周波 0 04 0 06s 时 保护性停机 变频调速当低于额定电压70 持续时间超过6个周波 0 12s 时停机 精细加工业中的电机 电压波动10 持续时间超过3个周波时 停机 电机当电压波动超过 50 30 持续时间超过1个周波 控制开关就会跳闸 谐波 非线性负载产生谐波 频率是50Hz的整数倍 除绝对的正弦 余弦波外 任何其他波形均含谐波 典型谐波产生源 电子开关型 各种交直流换流装置 变频装置铁磁饱和型 各种铁芯设备 如变压器 电抗器等 其铁磁饱和特性呈现非线性电弧型 各种炼钢电弧炉 交流电弧焊机 非正弦 余弦 波形的分析 非正弦波信号通过傅立叶分析 可分解为多个不同频率的正弦波叠加 3次谐波叠加 29次谐波叠加 非正弦波信号通过傅立叶分析 可分解为多个不同频率的正弦波叠加 非正弦 余弦 波形的分析 谐波种类 偶次谐波 2nd 4th 6th 8th 奇次谐波 3rd 5th 7th 11th 正序谐波 3n 1 4th 7th 10th 负序谐波 3n 1 2nd 5th 8th 零序谐波 3n 3rd 6th 9th 电压谐波总畸变率 失真率 V THD 谐波的危害 设备过热 中性线电流大 断路器动作 功率因数下降 电费增加 供电波形产生畸变 精密设备工作异常 测试计量器具显示不准 干扰通信系统 功率因数 相移功率因数 DPF 不考虑谐波的影响 电流与电压相位差的余弦值 cos 功率因数 PF 有功功率与视在功率的比值 与相移和谐波相关 功率因数低 意味着付出更多电费 谐波造成PF降低的数学原理 三角函数的正交特性两个不同三角函数乘积 在周期内的积分等于0 两个相同三角函数乘积 在周期内的积分不等于0 结论 只有同频 同相 的电压 电流相乘 才产生有功功率 谐波降低PF实例 负载电流中含有3次 5次等谐波成分 负载的输入电压为标准正弦波 根据三角函数的正交特性 当计算负载上的功率时 即 高次谐波的有功功率为0 谐波含量越高 功率因数越低 谐波造成波形畸变 基波与2次谐波无相差叠加 基波与2次谐波有相差叠加 基波与3次谐波无相差叠加 基波与3次谐波有相差叠加 GB T15945 95电能质量电力系统频率允许偏差 GB12325 90电能质量供电电压允许偏差 GB T14549 93电能质量公用电网谐波 GB12326 2000电能质量电压允许波动和闪变 GB T15543 95电能质量三相电压允许不平衡度 GB T18481 2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压 GB17625 1 1998低压电气及电子设备谐波电流限值 IEEE标准1159 1995EN50160 电能质量标准 电能质量国标摘要1 GB T15945 95电能质量电力系统频率允许偏差 一般不得超过 0 2Hz 最大可放宽至 0 5Hz GB12325 90电能质量供电电压允许偏差 10KV以下三相电压允许偏差为 7 220V单相电压允许偏差为 7 10 GB T14549 93电能质量公用电网谐波 380V系统电压总谐波畸变率小于5 0 奇次谐波电压含有率小于4 0 偶次谐波电压含有率小于2 0 GB T15543 95电能质量三相电压允许不平衡度 公共连接点正常电压不平衡度允许值为2 短时不超过4 接于公共接点的每个用户所引起的不平衡度允许值为1 3 电能质量国标摘要2 电能质量公用电网谐波 GB T14549 93 电能质量国标摘要3 电压变动和闪变的限值GB12326 2000 注 PSt测量周期为10min PLt测量周期为2h MV括号中值仅适用于pcc连接的所有用户为同电压等级的用户场合 电压变动限值 谁会在意电能质量 供电局制造业动力部门过程工业 冶金 石化 数据中心 运维部门军队工业 政府事业集成商电能治理公司 客户行业 电力客户名称 朔州供电局部门 生计科面临问题 生计科总体负责电能质量问题 承担着下属二十多所变电站电能质量的巡检任务 购买电能质量分析仪用于变电站PT 100V CT 5A 输出端的电能质量定期巡检 案例1 朔州供电局 客户行业 电力客户名称 包头供电局部门 营销用电监察科面临问题1 变电站PT 100V CT 5A 输出端电能质量需要定期巡检 2 由于电能质量问题 与部分大客户端产生纠纷 需判定责任 案例2 包头供电局 客户行业 制造业客户名称 和舰科技 苏州 有限公司部门 厂务部面临问题晶圆生产厂商 有两条电力进线 其中一条的功率因数0 93 工程师希望能查找出原因 由于经常有设备发生改变 工程师希望通过定时地进行监测谐波等参数的变化趋势 及时督促相关部门整改 原有的台式电能质量分析仪现场使用不便 也不直观 案例3 和舰科技 客户行业 制造业客户名称 北京巴可利亚德电子科技有限公司部门 售后工程部面临问题生产的全彩LED显示器 在工厂检测无缺陷 但在个别用户侧实际使用中频繁出现故障 用户投诉 影响到销售 设备安装前 用分析仪对电能质量进行监测分析 如有电能质量问题 先建议用户采取措施改善电能质量 杜绝了由于用户电能质量问题所产生的产品投诉 提高了该公司产品的认知度 为后续销售打下基础 案例4 北京巴可利亚德电子科技公司 客户行业 制造业子行业 电气设备 电源制造企业客户名称 中科院北京科诺伟业科技有限公司部门 质检部面临问题生产220VUPS 客户抱怨一些控制系统因UPS输出信号中的谐波及电压不稳导致设备损坏 还有客户反映产品的功率达不到要求 通过电能分析 及时得到产品的全面电能质量数据 消除客户对产品技术和质量的怀疑 案例5 中科院科诺伟业公司 客户行业 制造业子行业 烟草制造企业客户名称 上海烟草 集团 公司部门 设备科面临问题生产线大量使用变频调速设备和电机 造成对企业内部的谐波污染和电能质量危害 用户希望掌握全厂的动力系统的电能质量参数 从而为谐波治理及监控供电状况提供有力的数据支持 为企业节省大量的费用 避免生产安全隐患 案例6 上海烟草集团 客户行业 集成商客户名称 天津