電能質(zhì)量基本概念課件

電能質(zhì)量基本概念

能源管理業(yè)務(wù)部PBCChina1概況一點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容整體概述概況三點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容概況二點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2內(nèi)容電能質(zhì)量概念及現(xiàn)象電能質(zhì)量常見問題及解決方案電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Q&A3電能質(zhì)量概念及現(xiàn)象4何謂電能質(zhì)量電力公司常將電能質(zhì)量定義為供電可靠性(Reliability)并用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來表示。顯然，這個(gè)定義僅僅考慮了電力公司對(duì)用戶保持持續(xù)供電的能力，而忽略了系統(tǒng)運(yùn)行條件對(duì)用戶設(shè)備性能的影響。電力用戶作為受電能質(zhì)量問題影響最大的群體，在定義電能質(zhì)量時(shí)理應(yīng)充分考慮他們的觀點(diǎn)。從用戶的角度出發(fā)，電能質(zhì)量問題定義為：導(dǎo)致用戶設(shè)備失效(Failure)或誤動(dòng)作(Misoperation)，并表現(xiàn)為電壓、電流或頻率偏移的任何電能問題。

電力設(shè)備生產(chǎn)廠家則將電能質(zhì)量定義為能使設(shè)備正常運(yùn)行的供電特征，因此不同的設(shè)備制造商往往存在不同的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)計(jì)算機(jī)制造商會(huì)提出了CBEMA曲線，描述計(jì)算機(jī)能耐受一定幅度及持續(xù)時(shí)間的電壓驟降的能力；國(guó)際半導(dǎo)體生產(chǎn)商組織制定了SEMIF47標(biāo)準(zhǔn)。Zzzzz5電能質(zhì)量的重要性“電”是一種商品－質(zhì)量要求？非線性負(fù)荷增多（諧波）用戶設(shè)備日益敏感例如：一個(gè)計(jì)算機(jī)中心失電2s就可能破壞幾十個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，導(dǎo)致幾十萬美元的產(chǎn)值損失。用電效率包括功率因數(shù)校正據(jù)統(tǒng)計(jì)美國(guó)因電能質(zhì)量問題造成的損失每年高達(dá)260億美元。6電能質(zhì)量相關(guān)現(xiàn)象電能質(zhì)量（PQ）通常指電壓的幅值，頻率，諧波，波形和可靠性。電壓驟降諧波/間諧波電壓中斷電壓驟升瞬變閃變7基本概念與術(shù)語瞬態(tài)：半個(gè)周波（10ms)以內(nèi)暫態(tài)：從10ms

到1min穩(wěn)態(tài)：1min以上瞬變瞬態(tài)概念驟升，驟降暫態(tài)概念過電壓，低電壓，電壓中斷穩(wěn)態(tài)概念8電壓的驟降和驟升–概念?驟降:供電電壓有效值突然降至額定電壓的90%-10%(0.9p.u.-0.1p.u.)，然后又恢復(fù)至正常電壓，這一過程的持續(xù)時(shí)間為10ms至60s。驟升:電壓升高是指工頻電壓有效值上升到額定電壓的110%-180%(1.1-1.8p.u.)，持續(xù)時(shí)間在10ms到60s之間的電壓質(zhì)量問題。電壓驟降是最常見的電能質(zhì)量問題。Sags9電壓的驟降和驟升–如何產(chǎn)生?驟降:通常由大的負(fù)載設(shè)備所產(chǎn)生的啟動(dòng)電流引起。也可能由斷路器合閘和遠(yuǎn)方故障造成。驟升:通常是由于切斷負(fù)荷引起的。由于在電壓驟降時(shí)負(fù)荷經(jīng)常會(huì)斷開，所以在電壓驟降后經(jīng)常伴隨著電壓驟升。10電壓的驟降和驟升–影響?電壓驟降至低于設(shè)備的工作電壓容許值會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)。在配電網(wǎng)等級(jí)上，發(fā)生電壓驟降的頻率大概為電壓驟升的20倍。電壓驟降會(huì)引起敏感控制器不必要的動(dòng)作（引起跳閘），造成包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)失靈、自動(dòng)化控制裝置停頓或誤動(dòng)、變頻調(diào)速器停頓等；引起接觸器停頓或低壓保護(hù)啟動(dòng)，造成電動(dòng)機(jī)、電梯等停頓；引起高溫光源（碘鎢燈）熄滅，造成公共活動(dòng)場(chǎng)所失去照明。造紙廠和半導(dǎo)體廠家對(duì)任何電力中斷都非常敏感。單次的電壓降落可能造成數(shù)百萬的損失。半導(dǎo)體廠家表示：“如果發(fā)生大于2分鐘的停電，我們的股票價(jià)格就會(huì)受到影響?！毕鄬?duì)于電壓驟降，電壓驟升造成的損害則是永久性的。該損害通常比較隱蔽，如減少電機(jī)，變壓器和其他設(shè)備的使用壽命。11電壓驟降的報(bào)告12瞬變–概念?在很短時(shí)間內(nèi)的事件(通常小于10ms,)，為脈沖或振蕩。脈沖(a.k.a.單方向的)是一種沖擊振蕩(a.k.a.振蕩的)是一種高頻衰減在諸如IEC61000-4-4和61000-4-5的規(guī)程中定義了一些瞬變波形.IEEE1159定義了振蕩和脈沖瞬變的區(qū)別；以及納秒，微秒和毫秒瞬變的區(qū)別。13瞬變–如何產(chǎn)生?通常情況低頻瞬變(<500Hz)由電容器組的投切造成的。中頻瞬變(500Hz–2kHz)為遠(yuǎn)方閃電或電容器投切造成的行波。高頻瞬變(>2kHz)由線路投切，閃電感應(yīng)產(chǎn)生的振蕩或空載變壓器(鐵磁共振)引起。非常高的頻率或脈沖瞬變(>5kHz)，由閃電引起。14最常見的瞬變–電容器切換注意電容器充電時(shí)產(chǎn)生的振蕩波形。振蕩應(yīng)該至少持續(xù)1/2-3個(gè)周期。15脈沖瞬變16瞬變–影響?高壓瞬變將引起電弧(電壓流動(dòng)到不應(yīng)該存在的地方)，會(huì)導(dǎo)致突發(fā)故障，火災(zāi)和其他危險(xiǎn)。高頻瞬變類似于無線電波，會(huì)干擾計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。足夠大的瞬變將影響信號(hào)的有效值并引起保護(hù)設(shè)備如繼電器動(dòng)作。瞬變還影響到所有的電子設(shè)備、電腦系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、配電設(shè)備，使它們蕩機(jī)、損壞、壽命縮短17瞬變–電損?.系統(tǒng)效率下降。瞬變將使一個(gè)用電系統(tǒng)的用電效率嚴(yán)重下降。瞬變對(duì)所有的開關(guān)裝置、接觸元件、線包繞組、半導(dǎo)體元件等，都有沖擊作用，使電機(jī)、燈光及系統(tǒng)中所有的用電裝置的用電效率下降。研究發(fā)現(xiàn)，由于經(jīng)年累月的沖擊，瞬變會(huì)在開關(guān)裝置及其它接觸性器件上造成氧化性碳膜層。在電機(jī)接觸器上，每1歐姆阻抗的氧化性碳膜層的生成和存在，可使電機(jī)的效率損失13％。瞬變導(dǎo)致系統(tǒng)用電效率下降的另一個(gè)例子來自這樣一個(gè)研究結(jié)果。在一條120V的電路中，電流為15A/小時(shí)，瞬變發(fā)生的頻次為40000個(gè)/小時(shí)，瞬變持續(xù)的時(shí)間為100微秒。研究人員發(fā)現(xiàn)，在這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的電路中，瞬變導(dǎo)致了8.05%的線路電耗增加。18瞬變–電損?電機(jī)溫度升高。電機(jī)的溫升還由于瞬變使電感性負(fù)載電流損失增加和銅損提高而造成。實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)800周的振蕩型瞬變會(huì)使鐵芯材料的能耗由0.04W/lb提高到3W/lb，能耗增加的幅度為67％。常識(shí)也告訴我們，由于瞬變高壓的沖擊，多余的電能轉(zhuǎn)換成熱能，因而使電機(jī)的運(yùn)行溫度上升。電機(jī)溫度每上升一度，大約增加4%的電耗。電表轉(zhuǎn)速加快。驅(qū)動(dòng)電度表表盤的同時(shí)性力矩的大小，取決于電路中同時(shí)性的線電壓與線電流的大小。由于瞬變是突發(fā)式的過壓，它會(huì)導(dǎo)致作用于電度盤上的同時(shí)性力矩突然發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電表轉(zhuǎn)速加快。美國(guó)工程學(xué)會(huì)會(huì)刊的一份研究報(bào)告，證明瞬變會(huì)嚴(yán)重地影響感性電度表表盤的作用力矩和轉(zhuǎn)速，使表盤發(fā)生階躍式地轉(zhuǎn)快。其結(jié)果，它會(huì)導(dǎo)致電度表對(duì)一個(gè)系統(tǒng)總的用電量的過度計(jì)量，此種過度計(jì)量，最高幅度可達(dá)30%。19閃變

–概念?閃變（Flick）即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，由波動(dòng)負(fù)荷引起的公共連接點(diǎn)電壓的快速變動(dòng)及由此可能人對(duì)燈閃明顯感覺。短時(shí)閃變值（Pst）為短時(shí)間閃變值，即衡量短時(shí)間（若干分鐘）內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值，Pst為1.0時(shí)，能被50%的人感覺到。Plt(長(zhǎng)時(shí)閃變值)為長(zhǎng)時(shí)間閃變值，它由Pst推算出，反映出長(zhǎng)時(shí)間（若干小時(shí)）內(nèi)閃變強(qiáng)弱的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量值。Plt為10分鐘Pst值折算成2小時(shí)的平均值。IEC61000-4-15詳細(xì)的定義了如何測(cè)量閃變。20閃變

–如何產(chǎn)生?電壓閃變通常是由快速變化的并需要大量無功功率的負(fù)荷引起的，是由波動(dòng)負(fù)荷，如電弧爐，軋機(jī)，電弧焊機(jī)，碎石機(jī)，鋸木機(jī)，碎木機(jī)，金屬粉碎機(jī)。大的發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁電流同樣也能引起閃變。21閃變–影響?白熾燈和計(jì)算機(jī)顯示器的閃爍。閃變會(huì)引起一些人的煩躁，惡心甚至癲癇發(fā)作。電機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，影響產(chǎn)品質(zhì)量主要的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力-員工生產(chǎn)效率的降低在你覺察不到閃變的時(shí)候也會(huì)受到其影響22諧波和間諧波-概念？諧波：頻率為系統(tǒng)頻率整數(shù)倍的電壓和電流。3次諧波頻率為3*50Hz=150Hz。間諧波：頻率在各次諧波之間的電壓和電流。例如：140Hz。通常用兩種方式來表示：柱狀圖來表示分次諧波含量。THD(總諧波畸變率)表示所有的分次諧波的和與基波值(或有效值)的百分比。IEEE61000-4-7詳細(xì)地定義了如何測(cè)量諧波和間諧波。IEEE519提供了更多諧波信息。23諧波和間諧波-如何產(chǎn)生？諧波：通常由非線性負(fù)載產(chǎn)生（如開關(guān)電源）間諧波：由非周期負(fù)載產(chǎn)生（如周波變換器，電弧焊）電子開關(guān)型：各種交直流換流裝置、變頻裝置鐵磁飽和型：各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器等，其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性電弧型：各種煉鋼電弧爐、交流電弧焊機(jī)

典型諧波產(chǎn)生源24諧波和間諧波-影響？3次倍數(shù)的諧波之和(3rd,9th,15th等)產(chǎn)生的中性線電流將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線過熱（引起火災(zāi)）諧波和間諧波電流會(huì)影響基波電流的容量。如果存在諧波電流，能承受1200A電流的變壓器只能通過較小的基波電流。諧波次數(shù)越高，諧波熱損耗(I2R)越高。10A的5次諧波電流所產(chǎn)生的熱量為10A的基波電流熱量的5倍。額外的過零點(diǎn)將導(dǎo)致時(shí)鐘誤差并影響頻率敏感的設(shè)備（過程控制設(shè)備）間諧波會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸由于壓力而發(fā)生斷裂。25不平衡對(duì)稱分量–概念?電壓不平衡：3相電壓系統(tǒng)與理想狀態(tài)（120度偏差，幅值相等）的差距。對(duì)稱分量：電壓的矢量和V正序=(V1+V2<+120+V3<-120)/3=V1(平衡時(shí))V負(fù)序

=(V1+V2<-120+V3<+120)/3=0(平衡時(shí))V零序=(V1+V2+V3)/3=0(平衡時(shí))V負(fù)序/V正序

是電壓不平衡的另一定義。26不平衡對(duì)稱分量–如何產(chǎn)生?引起原因：3相輸配電線路的阻抗不相等。相間負(fù)載大的且/或不等單相負(fù)載分布不平衡的3相負(fù)載（錯(cuò)誤的運(yùn)行設(shè)備）27不平衡對(duì)稱分量–影響?V正序代表電機(jī)進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)動(dòng)V負(fù)序代表電機(jī)反轉(zhuǎn)，造成電機(jī)上產(chǎn)生的壓力。V零序代表電機(jī)內(nèi)部的損耗（發(fā)熱）絕緣材料每升高10℃壽命將減半。28電能質(zhì)量常見問題及解決方案29現(xiàn)象電容器組過熱原因:通常電容器使用壽命為5-7年，發(fā)熱將導(dǎo)致壽命顯著減短。在個(gè)別持續(xù)過熱的情況下，電容器甚至在幾個(gè)月內(nèi)就降容為0VAR。高沖擊電壓降會(huì)造成立即的損壞。確定根源:通過高精度的PQ裝置監(jiān)視諧波和無功情況，并設(shè)置越限告警信息，從根源處監(jiān)視沖擊電壓。解決:使用IONEnterprise實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓狀況。常見問題及解決方案30現(xiàn)象電力公司帳單高（功率因數(shù)罰款）原因:由于電機(jī)和其他感性負(fù)載及某些功率轉(zhuǎn)換設(shè)備（直流驅(qū)動(dòng)器，整流設(shè)備等）造成功率因數(shù)偏低。確定根源:通過電力監(jiān)控儀表來監(jiān)視具備此類負(fù)載回路的功率因數(shù)和諧波情況。解決方案:電容器組進(jìn)行補(bǔ)償（標(biāo)準(zhǔn)型，調(diào)諧型）常見問題及解決方案31電費(fèi)為2000萬人民幣,功率因數(shù)從0.83提高到0.96時(shí)，電費(fèi)的差值為：20000000*（0.75+3.5)%=850000元無功補(bǔ)償節(jié)能原因:峰值視在功率KVA超過設(shè)備的額定容量，同時(shí)由于高諧波含量導(dǎo)致設(shè)備的降容。確定根源:通過斷路器，繼電器及電力監(jiān)控儀表記錄設(shè)備的溫度和負(fù)載情況?？梢栽谠O(shè)備的負(fù)載升高，諧波增大或溫度偏高時(shí)進(jìn)行報(bào)警。解決方案:電容器（標(biāo)準(zhǔn)型，調(diào)諧型)來降低視在功率(KVA)和負(fù)載電流（注意諧波電流）有源濾波器常見問題及解決方案現(xiàn)象變壓器/配電設(shè)備發(fā)熱33原因:峰值負(fù)載超過保護(hù)設(shè)備的定值（諧波也可能導(dǎo)致）確定根源:通過斷路器，繼電器及電力監(jiān)控儀表的記錄來分析跳閘原因?？梢栽谪?fù)載升高，諧波增大時(shí)進(jìn)行報(bào)警。解決方案:電容器（標(biāo)準(zhǔn)型，調(diào)諧型)，注意諧波電流。必要時(shí)可卸掉部分負(fù)載。常見問題及解決方案現(xiàn)象斷路器跳閘/保險(xiǎn)熔斷34原因:周期性負(fù)載（復(fù)印機(jī),焊機(jī)，弧形爐，電動(dòng)機(jī)等）會(huì)導(dǎo)致電壓高頻率的波動(dòng)。也可能為附近用戶引起的確定根源:使用高端電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量閃變值解決方案:對(duì)焊接應(yīng)用，采用實(shí)時(shí)的無功補(bǔ)償有源濾波器(PF校正模式)電弧爐進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償

(SVC)使用獨(dú)立負(fù)載常見問題及解決方案現(xiàn)象燈閃變35原因:非線性負(fù)載導(dǎo)致在與電力公司連接點(diǎn)，電能質(zhì)量參數(shù)超過國(guó)際或國(guó)家規(guī)程的限定確定根源:使用高端電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行波形捕捉和諧波分析在諧波畸變和電壓波動(dòng)時(shí)報(bào)警解決方案:電容器（標(biāo)準(zhǔn)型，調(diào)諧型)，注意諧波電流。在功率因數(shù)較好時(shí)選用有源濾波器無源濾波方式可能更經(jīng)濟(jì)常見問題及解決方案現(xiàn)象不滿足電能質(zhì)量規(guī)程－諧波越限36原因:電力公司的電壓跌落和欠電壓造成電子生產(chǎn)廠家的設(shè)備跳閘和停機(jī)。確定根源:使用高端電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)電壓的驟降并生成報(bào)告。

解決方案:UPS和/或電子補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行全補(bǔ)償。ElectronicCompensationforentireofportionofthetool簽訂合約時(shí)要求供電滿足SEMIF47。SEMICurveWebPage常見問題及解決方案現(xiàn)象不滿足電能質(zhì)量規(guī)程－SEMIF4737原因:由于電壓驟降造成電壓過低電力投切的造成電壓瞬變。確定根源:使用ION監(jiān)測(cè)并記錄電壓的驟降，并分析方向來源。使用ION7650監(jiān)測(cè)瞬變

解決方案:UPS和/或電子補(bǔ)償設(shè)備ElectronicCompensation浪涌保護(hù)器消除電壓瞬變

(電容投切時(shí)限值

<1,2)有源濾波器常見問題及解決方案現(xiàn)象電機(jī)停機(jī)&PLC/控制設(shè)備鎖定或停止工作38原因:由于閃電，開關(guān)重新閉合，電容器投切造成電壓瞬變諧波也可能對(duì)設(shè)備造成損害接地不良確定根源:ION7650監(jiān)測(cè)瞬變和諧波解決方案:高脈沖瞬變采用TVSS（TransientVoltageSurgeSuppressor）檢查接地狀況直擊電磁耦合高空電力線常見問題及解決方案現(xiàn)象敏感設(shè)備的損壞39原因:電壓變動(dòng)影響生產(chǎn)設(shè)備/焊機(jī)的功率傳電壓的變動(dòng)可能是周期性負(fù)載導(dǎo)致的或外部擾動(dòng)引起（電壓驟降）確定根源:監(jiān)測(cè)電壓和功率因數(shù)解決方案:實(shí)時(shí)的無功補(bǔ)償有源濾波器（功率因數(shù)校正模式）電壓驟降電子類保護(hù)設(shè)備DERIVED>A_VOLTS-VOLTS(11-16-94)(08:40:40)050100150200050100150200250300Time(mS)Voltage(V)050100150200-600-400-2000200400600Time(mS)Voltage(V)050100150200-600-400-2000200400600Time(mS)Voltage(V)050100150200-600-400-2000200400600Time(mS)Voltage(V)SAG1116>C_VOLTS-VOLTS(11-16-94)(08:40:40)SAG1116>B_VOLTS-VOLTS(11-16-94)(08:40:40)SAG1116>A_VOLTS-VOLTS(11-16-94)(08:40:40)常見問題及解決方案現(xiàn)象導(dǎo)致生產(chǎn)上的劣質(zhì)產(chǎn)品/焊接工藝40諧波治理節(jié)能諧波功率造成的額外損耗對(duì)輸電線路線路的能量損失造成變壓器溫升及噪音等間接損耗避免因諧波造成的設(shè)備壽命降低和停電的損失41電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)42GB/T15945—1995電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差；GB12325—1990電能質(zhì)量供電電壓允許偏差；GB/T14549—1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波；GB12326—2000電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變；GB/T15543—1995電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度；GB/T18481—2001電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓；GB17625.1—1998低壓電氣及電子設(shè)備諧波電流限值；IEEE1159—1995檢測(cè)電力質(zhì)量的推薦實(shí)施規(guī)范EN50160公共配電系統(tǒng)的電壓特性電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)43電能質(zhì)量國(guó)標(biāo)摘要1《GB/T15945—95電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》一般不得超過±0.2Hz，最大可放寬至±0.5Hz《GB12325—90電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》35千伏及以上電壓供電的，電壓允許偏差為±10%；10KV以下三相電壓允許偏差為±7%220V單相電壓允許偏差為＋7%，－10%《GB/T14549—93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》380V系統(tǒng)電壓總諧波畸變率小于5.0%，奇次諧波電壓含有率小于4.0%，偶次諧波電壓含有率小于2.0%《GB/T15543—95電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不超過4%，接于公共接點(diǎn)的每個(gè)用戶所引起的不平衡度允許值為1.3%44電能質(zhì)量國(guó)標(biāo)摘要2《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93電網(wǎng)標(biāo)稱電壓KV電壓總諧波畸變率%各次諧波電壓含有率：%奇次（3、5、7、9、11...)偶次(2、4、6、8、10...)0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8電能質(zhì)量國(guó)標(biāo)摘要3《電壓變動(dòng)和閃變的限值GB12326—2000》電壓等級(jí)LVMVHVPSt1.00.9(1.0)0.8PLt0.80.7(0.8)0.6注:PSt測(cè)量周期為10min，PLt測(cè)量周期為2h；MV括號(hào)中值僅適用于pcc連接的所有用戶為同電壓等級(jí)的用戶場(chǎng)合。電能質(zhì)量國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-11-voltagesagimmunity-16ampsorlessIEC61000-4-34-voltagesagimmunity-morethan16ampsIEC61000-4-30-Powerqualitymeasurementmethods

IECPowerqualitystandards-numberingsystem61000-1-X-Definitionsandmethodology61000-2-X-Environment(e.g.61000-2-4iscompatibilitylevelsinindustrialplant