德国GMC电能质量分析仪的电能质量技术提示.docx

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德国GMC电能质量分析仪的电能质量技术提示

电能质量技术提示

1.PU代表每单位。

它是电力工程师经常使用的一个术语，并被并入IEEE1159。

PU是实际电压除以标称电压所得的百分比。

例如，480V电路上0.8pu的电压暂降为366V，120V电路上0.1pu的电压中断为12V。

“每单位”的概念是表示一个电压，而不考虑标称电压，因为通过电力系统中的各种变压器，百分比变化将相似（变压器中的损耗较小）。

如果138kv输电线下垂到0.7pu，那么13kv配电线路也会出现类似的下垂，终端用户电压也会出现类似的下垂。

（当然，如果中间有三角形Y形或Y形三角形变压器，这将更改值，但概念保持不变。

）

2.电力工程领域的大多数人都遇到过这样一个问题：

电力谐波的流向是从电源到负载，还是从负载到电源。

虽然这对一些人来说仍然是一个有争议的话题，但是确定这一点最普遍接受的做法是查看谐波瓦特相位角，或者特定谐波的电压和电流之间的关系。

适用于电压和电流的纯正弦波（只有基频分量）的相同规则也适用于这里。

纯阻性负载的电压和电流之间的相位关系为零度，或功率因数为1。

如果负载是一个纯电感，那么电流滞后电压90度，通常显示为+90度。

如果负载是纯电容器，电流将电压引入90度，因此相位角称为-90度。

这使得电感和电阻负载的功率因数为0到1之间的正数，而电容和电阻负载的功率因数为负数。

如果电压和电流之间的相位角相差超过90度，这通常意味着与功率/谐波表或分析仪一起使用的电流探头放置在与假定功率流相反的方向。

大多数电流探头都有一个箭头，箭头应该指向从电源到负载的方向，这是功率流的正常方向。

当正确安装的CT上谐波电压和电流的相位角在90度到270度（270也被称为-90度）之间时，则假定该谐波功率流与基本功率流的方向相反，或从负载到电源。

在一些Dranetz产品中，这是由每个谐波瓦特打印输出旁边的单词SOURCE或LOAD表示的。

在其他产品中，你必须看谐波瓦特的相位角来确定它落在哪里。

必须提醒用户，在许多测量中，谐波电流和电压水平很低，谐波瓦特数很小，可能没有意义，潮流信息的方向也是如此。

例如，如果在120v/30a电路中，存在0.05v的5次谐波电压和0.2a、0.01w的谐波电流，则该方向的精度非常低。

3.电源的“刚度”是一种工程术语，指即使在大电流负载条件下，电源也能提供几乎恒定的电压水平。

从技术上讲，它与等效源阻抗有关。

欧姆定律和基尔霍夫定律是这里的关键。

例如，如果电源的阻抗为1欧姆，并提供100伏的电压，那么如果负载电压为1安培，那么负载电压将为99伏，在电源阻抗上下降1伏。

如果负载电压为10A，那么负载电压将仅为90V，在源阻抗上下降10V。

然而，如果源阻抗为0.1欧姆，10安培的负载仍然会给负载99伏的电压，因为只有1伏的电压会通过源阻抗下降。

因此，源阻抗为0.1欧姆的源比1欧姆的源要硬得多。

谐波源阻抗也是如此。

通常情况下，电源越硬，用户出现电能质量问题的可能性就越小，无论是谐波、均方根变化（如凹陷）等。

尽管与任何规则一样，也有例外。

4.谐波通常显示为谐波频谱，即电压和电流的列表或条形图，显示每个谐波的大小。

震级作为谐波的来源是一个很好的线索。

如果电流谐波具有显著的第三次谐波，第五次谐波稍小，甚至第七次谐波稍小等等，这通常是由单相整流输入、开关电源（如计算机、打印机和办公环境中的其他信息技术设备）引起的。

如果主导谐波是第5和第7次，然后是第11和第13次，然后是第17和第19次，那么电源通常是一个6脉冲或极变换器，也称为三相全波整流器，它存在于可调速驱动器和其他较大的“电子”负载中。

5.通常是谐波电流引起关注，因为它们会导致“谐波污染”扩散到其他设备上。

就像电流*阻抗=基频电压一样，欧姆定律也适用于谐波电流、阻抗和电压。

以非线性方式吸取电流的负载将导致富谐波电流与谐波阻抗发生反应，并产生其他负载将看到的谐波电压。

谐波阻抗可以随着频率或谐波数的变化而变化，通常随着高次谐波的增加而显著增加。

这意味着产生显著谐波电压所需的谐波电流较少。

6.一个常用的统计数字叫做THD，即总谐波失真。

这是一个数学过程，其中：

电压或电流谐波的大小为平方；求和；求和的平方根；结果除以基本均方根或总均方根值；最后乘以100%。

根据除数，这个数字可能有很大的不同。

（典型地，基本型在北美使用，而Total在欧洲使用）

对电流使用THD可能会产生误导，通常应避免。

谐波电流的实际大小更有意义。

如果谐波电流的大小很小，比如在Y形电路的中性点，那么THD可能会非常大，这仍然不是问题。

例如，30A电路中性点的0.5A电流可以由0.25A基波和0.25A三次谐波构成。

这将产生一个100%的THD，听起来很糟糕，但在30a电路上是微不足道的。

7.谐波通常被定义为“基频的整数倍频率”。

对于60hz电力系统，这意味着二次谐波为120hz，三次谐波为180hz，四次谐波为240hz，…，第n次谐波为n*60。

发现实际上介于这些谐波频率之间的频率称为间谐波（例如185赫兹），但通常比谐波频率本身要少得多。

低于基频的频率称为次谐波（如9hz），通常导致光闪烁现象。

8.RMS值的变化通常用于触发PQ数据的捕获。

最常见的均方根变化类型是凹陷（或欧洲术语中的下倾）。

一些研究表明，超过60%的电能质量扰动是凹陷，即当均方根值低于标称值的90%时。

在典型的办公室或住宅插座上，这将从120Vrms降至108Vrms。

如果电压降到额定值的10%以下，我们称之为中断。

相反，如果它增加到名义值的110%以上，那就是膨胀。

9.引起电能质量相关问题的最常见的电磁现象是电压的基本波形——正弦波的变化。

用一个数字表示这个复杂形状的一个数学数字是RMS-均方根。

它在波形的一个周期中获取每个采样点（通常为128个），将该值乘以它本身（将其平方），将它们相加并取平均值（平均值），然后取该数字的平方根。

这与峰值不同，峰值是一个周期中最大的采样值。

对于不同的波形，峰值和均方根之间有不同的关系。

对于正弦波，峰值比均方根值大1.414倍，或均方根值比峰值小0.707倍。

这种关系不适用于失真的波形，例如出现谐波时，这就是为什么应该使用“真有效值”仪表，而不是将峰值乘以0.707来确定有效值的仪表。

10.如果您出于任何原因将配电盘取下，现在是使用最重要的电能质量工具之一螺丝刀的好时机。

请务必佩戴正确的安全设备并遵循所有必要的安全预防措施。

在大多数设施中，电流只在一天的一部分时间内流动。

今天，这种电流通常包含产生热量的谐波电流。

加热/冷却/加热/冷却循环以及由此产生的电线膨胀和收缩会导致连接随着时间的推移而松动。

这种松动会增加连接的阻抗，从而进一步增加加热效果。

用螺丝刀拧紧松动的连接有助于降低电压降并将火灾可能性降至最低。

11.谐波通常按其谐波数（奇数或偶数）分组。

奇数是3，5，7，9等等，偶数是2，4，6，8等等。

还有另一个使用的分组，称为三倍频，即3、6、9、12等。

三倍频之所以如此分组，是因为三倍频谐波电流将加入三相四线Y形电路的中性点，而不是取消。

这就需要使中性导体的载流能力等于或高达相导体载流能力的1.73倍。

即使是谐波也被组合在一起，因为它们通常不存在于具有正常运行设备的系统中，除非有半波整流器作为负载存在。

如果半个输入整流器在全波整流器中不能正常工作，那么负载就会像半波整流器一样吸取电流，并且电流波形将富含均匀谐波。

这是一个线索，可能有什么东西坏了。

即使是谐波也可以在波形中识别，因为它们在波形的一半内造成对称性损失。

12.功率因数是另一个受电能质量现象，特别是畸变和不平衡影响的参数。

这就给“真正的功率因数”一词带来了更大的困惑。

功率因数是一种衡量负荷使用电能效率的指标，或者衡量负荷消耗了多少电能，而供电商必须提供多少电能。

它被定义为实际功率除以视在功率、瓦特/伏安或瓦/伏安。

在整流输入型负载（也称为开关电源或电子或非线性负载）冲击之前，大多数电气负载是电阻和/或电感负载，如加热器、白炽灯和电机。

虽然电压和电流可能并不完全同相，但两者的波形几乎都是正弦的，只存在基频分量。

因此，实际功率等于Vrms*Irms*cos（V&I之间的夹角称为θ），视在功率等于Vrms*Irms，降低到功率因数等于cos（夹角θ）。

然后，人们假设这是PF的“真实”公式，而收益表则将其用于计费目的。

随着整流输入负载开始成为常态，电流波形尤其失去了正弦波的形态，变得富含其他谐波频率成分。

可控硅门控负载只在部分电压波形期间传导电流。

即使基频分量同相，实际功率也不再是Vrms*Irms*cos（θ），因为每个谐波电压和电流的θ值可能不同。

毫不奇怪，瓦特值变低了，因为整流输入开关电源和可控硅选通负载的目的是降低实际功耗。

但是表面上的能量，Vrms*Irms，仍然是一样的。

所以，对一些人来说，这可能是令人惊讶的，功率因数变小了。

在一个例子中，一个公用事业人员用传统的W/VA法把一个旧的机电式电表换成了一个叫PF的新电表，现在客户欠了PF罚款（由于他们没有改变负荷，客户拒绝支付）。

13.偶数谐波的高百分比通常表示电路上存在明显较大的半波整流器，或者全波整流器损坏，并且起着半波整流器的作用。

在大多数电路中，奇次谐波通常占频谱的大部分。

即使是相当大比例的谐波通常也找不到，除非电流只在半个周期内被吸收。

半波整流信号的Fourier展开完全由偶次谐波组成，而典型的电子负载，如PCs、激光打印机或asd，其谐波谱以奇次谐波为主。

即使是谐波也常常可以通过波形缺乏四分之一波对称性来检测。

这意味着波形的第一个峰值之前的部分看起来不像波形的第二部分的镜像，因为它从峰值返回到零轴。

在波形的负半周中，第三部分和第四部分之间也会出现同样的不对称现象。

14.瞬变是非常短的持续时间干扰，小于1/4周期的电源频率，更经常，以微秒为单位测量。

它们过去被称为脉冲、浪涌、尖峰或小故障。

但是这些术语可能有模糊的含义，因此IEEE和其他标准团体采用了术语“瞬态”。

电压瞬变的常见原因是功率因数电容器组被打开或关闭、闪电击中导体或导体附近、相导体与某种接地电位（如树）接触产生电弧，以及由整流输入三相电源（例如在asd中）上的scr的换相周期产生的凹口。

瞬变的可能影响包括存储设备上的数据损坏、设备损坏、数据传输错误、设备间歇运行、设备寿命缩短和不可修复的问题。

瞬变常常是“鬼鬼祟祟”的，因为它们发生得非常迅速和随机，许多电能质量监测器无法捕捉到它们，特别是高频瞬变。

15.膨胀是电压的增加，通常高于标称电压的110%。

虽然涌浪的发生率必须低于跌落，但如果电压超过设备的安全输入水平太长时间，涌浪会导致设备发生灾难性故障。

当突然关闭大负载时（与下垂的原因相反），可能会导致膨胀。

电压将增加30-60个周期，直到自动分接开关能够将电压恢复到正常调节极限。

16.下垂通常是由电流突然大幅度增加引起的，这会导致线路中的电压按比例下降，从而使负载的剩余电压减少。

如果是配电系统的故障，如由雷电、动物、树枝或事故引起的对地短路，则凹陷的方向称为上游或电源侧，或朝向发电电源。

如果一个负载启动，例如一个大的高压电机，那么凹陷的方向被称为下游或负载侧。

如果弧垂期间的剩余电压过低，设备无法正常运行，则过程可能会中断或损坏。

虽然在这期间设备通常不会损坏，但生产的产品经常需要报废，而且可能需要很长的重新启动时间才能使操作再次平稳运行。

17.电压的一些变化或调制不足以考虑弧垂，似乎不会影响设备的运行。

然而，这些异常现象可能导致挤压和纺织过程中的质量变化，以及可能导致人类不适的闪烁灯光。

在闪烁的情况下，调制的频率对于人眼和大脑的特殊敏感性是否能被察觉至关重要。

例如，对于大多数人来说，在一个120v的系统中，在9hz时只需要0.3v的调制电压就可以注意到60w灯泡的闪烁。

然而，在1hz时，需要将近10倍的调制才能被注意到。