电工之家_电工基础知识学习网站
当前位置:电工之家 > 维修电工 > 正文

配电盘电力质量问题检查方法

时间:2018-02-20 16:16 来源:电工之家 手机版

配电电力质量问题检查方法
电气配电盘作为分支电路分配的一个公共点,配电盘也是一个用于掌握电气系统状况的便利位置。很多问题都可在配电盘中发现。对于发生在系统中另外地方的问题,在配电盘处进行的测量可告诉您下一步到哪里去检查。一些问题可以通过快速目视检查而被发现,而另外一些问题则需要进行测量。
查找问题原因
本文概括介绍了按步查找和修复潜在故障点的过程。
1. 电压高低(稳定状态)和电压稳定性(突 降)
2. 电流平衡和负载状况
3. 谐波
4. 接地
5. 高温点:松动的接头/端子
6. 不良或临界状态分支断路器
根据电压和测量要求,您可以使用可进行电力质量故障排查的各种各样的工具,数字式万用表一直到可自动执行计算的手持式单相和三相电力质量分析仪。
 电压高低和稳定性
检查的第一步是要查看电压高低和稳定性是否是问题的原因。在分支断路器的负载侧来测量分支电路相线对中线的电压高低。
注意:出于安全原因,在进行电压测量时,总要使您和馈线的故障电流之间保持有断路器。
如果断路器处的电压较低,则在电源插 座处的电压会更低。这种情况可能是由变压器上的分接头设置引起的。其它可能问题原因包括接头松动、电缆过长以及变压器过载,这些情况会产生极高的源阻抗(从负载到源的阻抗)。源阻抗和电压降是同一问题的两个方面。
如果怀疑有间歇电压突降,则从配电盘开始将突降原因分离出来:电压突降是相同分支电路上的负载造成的吗?或者,它们是由配电系统中别处的负载造成的吗(包括电力设施产生的突降)? 开始时,我们可以使用一块多通道记录仪表来隔离出电压突降源,例如,使用福禄克公司的电力质量分析仪,该分析仪可以同时跟踪电压和电流。
将仪表的电压探头和电流钳连接到断 路器的负载侧,如(图1)所示。使用单相分析仪的电压突降和骤升模式,可以在屏幕的上半部分记录电压事件的趋势,在屏幕的下半部分记录电流事件的趋势(图2)。趋势图中的每个点(满屏趋势图共有240个点)代表着采样期间的三个值:最低单周期(最小值或突降)、最高单周期(最大值 或骤升)以及采样期间内所有周期的平均值。
配电盘电力质量问题检查方法
图1-隔离干扰源
配电盘电力质量问题检查方法
图2-上面为电压表,下面为电流,顶部为实时时间戳记。
采样期间是一个点到下一个点之间的时间。您可以使用分析仪来选择所需采样时间,最小期间为1秒(这代表着4分钟的记录时间)。可以将光标移动到趋势图上的所需点最小值/最大值和平均值以及事件的时间戳记将在屏幕上显示。
在三相电力质量分析仪上,电压突降和骤升功能可用于同时对三相进行测量(图 3)。
配电盘电力质量问题检查方法
图3-三相上的电压突降
上游、下游
您想从趋势图上获得什么信息?
•如果电压突降与电流浪涌同时发生, 则突降是由分支电路上的某个负载引起的(图2)。换言之,突降的原因位于测量点的下游,因此,可被认为是一个与负载有关的干扰。
•另一方面,如果发生电压突降时电流变化很小,贝U这种突降可能由位于测量点上游的一些原因引起,可被认为是与源有关的干扰。典型的与源有关的干扰为具有很大负载的直接加压起动电机,或者是源于电力设施馈线端的突降。如果突降很大并接近于断电, 则原因更可能在于电力设施。事件可能会反映出一个故障和断路脱扣,以及随后的自动断路器合闸。
电流平衡和负载状况
要检查电流平衡和负载状况,需要测量每个分支电路上的每个馈线相。进行这些测量时,使用一个真有效值钳形表或带有电流钳附件的真有效值数值式万用表(DMM)是十分重要的。平均响应型钳形表不会提供精确的测量值,因为基频合谐波电流的组合会使波形失真。 一块成本较低的平均响应仪表的读数一般会偏低,会使您认为电路的负载不那么高,但实际却不是这样。下面是进行这种测量时应该寻找的问题:
•三相负载应尽可能平衡。不平衡电流会返回到中线,而正像我们将看到的那样,中线中已经有了很高的电流。
•馈线或分支电路的负载不能增加到最大允许限值。应该有一定程度降额以允许谐波的存在。
那么,您您如何才能测量CF呢?您需要使用一块真有效值数字式万用表或电流钳,另外,仪表要能够测量电流波形的峰值。使用谐波分析仪或 ScopeMeter®测试工具也可进行这种测量。
一个三相电力质量分析仪可以自动计算出波峰因数和负载平衡状况(图 4)。
配电盘电力质量问题检查方法
图4-波峰因数。
这是一个相当直接的方法。波峰因数(CF0)是峰值与有效值的比值。对于正弦波来说,波峰因数为1.4。因此对于一个按定义没有谐波成分和失真的正弦波,HDF = 1,这意味着没有必要 进行降额。这是HDF的最大值。如果 CF = 2 (办公环境中的分支电路有能 就是这样的值),则HDF = 1.4 / 2 = 0.70。因此,对于一个额定值为20 A的导体,只能将其负载加到额定值的 70。/。,即最大14 A。
配电盘电力质量问题检查方法
谐波
要是否存在谐波及其大小,需要在馈线中线上测量电流。由于三次谐波电流将在中线中相加,因此,该电流通常在馈线电流的80%到130%范围内。图5a 显示了在一间办公室中负载较小的配电盘处获得的读数。这些波形使使用一台单相电力质量分析仪获得的。请注意,中线电流(图5b)远远超过了仅由不平 衡电流所能产生的电流。
配电盘电力质量问题检查方法
图5a-上面的屏幕显示了馈线相电流的波形和有效值幅度,下面的屏幕显示了三次谐波的幅度。
配电盘电力质量问题检查方法
图5b-中线电流。
虽然我们中的多数人都日益认识到由非线性单相负载产生的三次谐波电流(也称为三次谐波序列或零序)会在中线上加在一起这个事实,我们还是常常会想知道其原因。图6尝试通过一个理想化图形对此现象加以解释。基本上看,基频电流的三相之间存在120度的相位差,而所有三条馈线中的三次谐波是相互同相的。这就是说,它们在大约相同的时刻到达其峰值和零交叉点(实际上 存在一点相位差,但它与较高次谐波的相位差相比非常小,因此不会发生明显 抵消)。这首先意味着,三次谐波序列除了中线之外无处可去;其次,所有峰值和所有谷值在中线上会相加在一起。
配电盘电力质量问题检查方法
图6-三次谐波在中线上相加的原因。每条馈线中的三次谐波是同相的。不存在像基频电流中那样的矢量抵消
(在基频中存在着 120 度的相位差)。
馈线中线导体的规格大小是一个需要考虑的问题。中线必须不仅能返回不平衡基频电流,而且还有返回三次谐波电流的总和。2002 NEC 310. 15(8) (4) (c)陈 述说:在负载的大部分由非线性负载组成的三相四线制星形连接电路中,中线上存在谐波电流;因此,应该对中线加 以考虑。在实施中,这就要求中线的规 格至少等于相线的规格。但这可能还远 远不够:例如,1990年对全国范围146 个地点的调查发现,在其中22.6 %的地点,中线电流超过相电流的100%!
因此,电力质量部门发出强烈建议,中线的规格应该为相线规格的两倍。数一数黑色导线和白色导线,如果黑色导线数目大于白色导线数目,则十分有可能存在被共用的中线。在该点处,我们肯定要测量分支电流的中线电流。基本上看,在分支电路上可能会发生与在馈线处相同的事情,即谐波电流会相加在一起,并可能使共用的中线过载。这是一个明显的火灾危险因素。毕竟,中线上不存在用于对它进行保护的断路器。
一个中线对地电压测量也会显示出是否中线上负载过大,或者是否它的源阻抗过高。配电盘处的中线对地电压通常在0.25V左右,虽然实际值取决于与变压器的距离。
任何高于0.5 V的电压都应引起注意, 并应检查是否从该配电盘馈电的负载存在问题。如果在正常负载下中线对地电 压接近于零将如何呢?这会出现非法中线接地问题。
 接地
子配电盘中的中线接地违反了国家电气 规范(NEC)以及电力质量性能接线的规定,但这种情况也相当常见。中线接 地应在变压器处进行(虽然NEC允许在主配电盘处进行中线接地)。无论如何, 中线接地决不应该在主配电盘的下游进行,不管是在子配电盘上,还是在电源插座上。当在子配电盘或电源插座上进行中线接地时,接地通路成为一条正常 负载电流的平行返回通路,结果造成接地回路中产生可测量的电流。
什么是正常接地电流?什么又是不正常的呢? 一个合理的判断方法是测量中线电流,然后再测量绿色导线上的电流。 比如说,如果中线电流为70 A,而地线 电流为2 A,则地线电流很可能是正常泄漏(因此不可避免)。如果中线电流为40 A,而地线电流为20 A,则可能存在错误连接的中线接地。中线电流与电线电流的比值越小,就越有可能存在非法中线接地。中线接地也会存在于插座中甚至是负载设备中,因此可能必须使用这一相同技术来测量各个分支电路 的地线电流。
如果在某个位置的一个配电盘处发现了非法中线接地,就很有可能在别处也会发现这种情况。安装人员连接时可能认为,所有配电盘都可像在住宅主配电盘上那样进行连接,或者认为降低中线对地电压的最快速方法是安装一条跳线。 或者也许是他感觉接地越多越好。无论如何,都要拆除非法的中线接地, 决不能有例外。
此时也是检查电缆管接头的紧密程度的良好时机,特别是在电缆管专门用于接地导体的情况下。建议做法是, 安装一条绿色导线。
高温点
不良接头以及因此产生的热量损失是系统效率不高的最主要原因(根据1995年由当时的华盛顿州能源办公 室进行的一项研究)。从电力质量的角度看,松动的接头是源阻抗过高的重要原因。幸运的是,使用一个简单 的红外温度计就很容易找到松动的接头。
使用像Fluke 60系列这样的工具进行的红外(IR)测量,是对配电盘高温点进行非接触式检测的一个有效技 术。但是,如果进行这些测量,则必须要理解一些重要概念:
•我们要测量的区域是大还是小? 光学分辨率是离目标的距离与采样光点尺寸的比值。如果该比值为 4:1,则意味着如果您离被测量表面 的距离为4英寸,则您就可使用一个直径为1英寸的光点进行测量。
•像Fluke 80PK-IR这样的红外手持 式探头最适合进行比较温度测量,而不是绝对温度测量。例如,如果我们使用该探头扫描一系列断路器或接头,就可以很容易确定是否某个部件的温度明显高于其它部件。
•如果我们真的需要使用成本较低的红外仪器来测量绝对温度,过程会变得更加复杂。简单一点说,需要用电气胶带来覆盖任何高度抛光的金属表面。其中的问题就在于发射率。发射率表示体发射红外能量的能力。
发射率与光反射相对,较暗的未抛光表面具有较高的发射率。并且,多数低成本的红外仪器都将发射率值固定在0.95,被测量表面越接近于此发射率,测量结果越精确。这就是黑色电气胶带表面与抛光金属表面相比会产生更精确读数的原因。
断路器
很多人都知道断路器不具有永久寿命。实际上,触点和弹簧会发生磨损。对断路器的电压降进行测量有助于我们确定断路器的状况。在分支断路器的输入和负载侧两端进行测量。如果电压降超过100mV,则应该将断路器更换。应在35至100mV范围内对读数加以记录并进行趋势分析。
总之,配电盘是楼宇建筑的电气系统与有经验的电气故障排查人员可沿着正确通路查找并纠正问题的地点之间的交叉路口。