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常见的电能质量问题:暂态

 

在IEEE 1159标准中,暂态被定义为两个连续稳态之间一段较短的时间内发生变化的现象或变量。  一个暂态可以是任意极性的单向脉冲或衰减的振荡波,第一个波峰的极性是任意的。

 暂态是造成许多与电能质量相关的故障和失效的原因。  暂态会导致设备损坏,如保险丝、避雷器、自动转换开关、电缆开关装置、 CT和PT。  暂态电压会导致所有设备中绝缘性能的下降或失效。  高幅值和快速的上升时间会导致电气设备如开关设备、变压器和电机中的绝缘击穿。  较低幅度的重复出现的暂态会导致设备绝缘缓慢失效并最终导致绝缘故障,从而缩短设备在两次故障之间的平均运行时间。  暂态会导致备用的UPS系统过多的开启和关闭,从而缩短了UPS系统的使用寿命。

 通常有两种不同类型的暂态过电压:低频暂态过电压和高频暂态过电压。

 低频暂态过电压的频率分量位于数百赫兹的区域范围内,通常是由电容器切换引起的。  lvf1_c106df17ce42bcb1a9acb3eac578ae28f22fbf52.png高频暂态过电压的频率分量位于数百千赫兹的区域范围内,通常是由雷电和感性负载引起的。

还有一种现象被称为极快暂态,EFT。  这种极快的暂态的上升烟和下降沿时间在纳秒的范围内。  它们可能是由电弧故障引起的,如故障的电机刷。  由于这种暂态的上升和下降时间很短,它们只需通过几米的配电线就可以衰减完毕。  几乎所有的设备都带有标准的电源滤波器,可将EFT滤除。

 通过查看电容公式,就可以理解极快暂态的有限影响电容电抗:

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 Xc =电容电抗  f =频率  C =电容

 

如果我们在这个公式中求解电容,它可以写成如下等式:

 cap21_48c8cc20431b6c141d434e5dc3137bccca45a5a0.png

 

现在可以看到,随着频率值的增加,电容减小。  即频率越高,构成低电阻路通路所需的电容越小。

 暂态是造成许多与电能质量相关的故障和失效的原因。  暂态会导致设备损坏,如保险丝、避雷器、自动转换开关、电缆开关装置、 CT和PT。  暂态电压会导致所有设备中绝缘性能的下降或失效。  高幅值和快速的上升时间会导致电气设备如开关设备、变压器和电机中的绝缘击穿。  较低幅度的重复出现的暂态会导致设备绝缘缓慢失效并最终导致绝缘故障,从而缩短设备在两次故障之间的平均运行时间。  

 暂态会损坏绝缘,如电线中的绝缘,具有电容特性。cable_e4ad4f2056437bd9d37c0b2a3d20c176a34a1089.png

电容器和电线都有两个由绝缘体隔开的导体。

 如果一个暂态脉冲分量达到一定的频率,那么这个分量就会在电容的导体-绝缘结点之间形成一条通路。  如果暂态脉冲具有足够的能量,则可能会损坏那段绝缘。

 暂态会导致电机和变压器的绝缘被击穿。

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当暂态信号到达电动机或变压器的线圈时,其大部分能量都会在头几匝线圈中衰减完毕。越往后,每匝连续的线圈对暂态信号呈现越高的电阻和电容,从而使幅值降低,衰减时间变长。 由于大部分能量被头几匝线圈消耗,这个部位就成为通常出现绝缘损坏的地方。

 在电机中,快速变化PWM电压脉冲会与具有分布式电感和电容的电机引线发生相互作用,从而导致脉冲电压峰值在电机终端被放大。  

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这个峰值电压进一步增加了发动机定子绕组周围的绝缘应力,并降低了绝缘性能。  电动机终端的峰值电压幅值取决于电动引线的特性和电机的浪涌阻抗;  电机越小,引线越长,峰值越大电压。出于这个原因,建议避免使用较长的电机引线。

 暂态电压可能会导致计算机设备锁定,导致数据乱码甚至损坏电脑设备。  当一个暂态脉冲进入电脑时,它可能会在内部产生噪声尖峰,从而破坏数据。  如果暂态脉冲具有足够的能量,则会在电脑内部零件内引起电弧。

 fl1_52686a99775e81912cdee23fe6210058840bcaa5.png暂态也会影响荧光灯照明。  荧光灯能够发光是因为当电压施加在电极两端时,灯内部的气体被电离。  暂态电压的过高能量会使荧光灯内电极间的材料发生变化,最终减少荧光灯的发光量并降低灯的效率。  效率降低将会减少荧光灯的使用寿命。

导致暂态的一些常见原因包括闪电、负载切换、电容器切换以及接线松动。

 

 闪电是导致电力线路扰动和中断的主要原因。  如果电力系统中的防雷设备存在问题,雷电会

l_f71f0e32b2ed6f16cb65a6089fa97c28816beb22.png造成数额巨大的关键设备损坏损失和停机时间。  一道闪电的长度可能会达到5英里,温度超过2万摄氏度。  雷电的载流能力可超过90000A。  闪电会对配电设备造成影响,导致设备的烧坏、着火甚至爆炸。  直接被雷电击中或暴露在雷电产生的高电磁场中,会使电力线和信号线的产生暂态电压和暂态电流。  这些通常会被视为单向暂态,无论其极性是正向还是负向。

 

 

 当感性负载打开或关闭时,也会产生暂态信号。  变压器在励磁过程中也会产生大量暂态信号,原因是线圈中磁场强度的变化。

 电容器组在电路中接通和切断,以补偿感性负载的无功功率。  当电容器组被接入到电路中时,会形成初始浪涌电流。  增加的电容导致相移,从而形成一个具有响铃特性的低频暂态。 这些暂态类型被称为振荡暂态。  这些类型的暂态可以导致敏感设备跳闸并导致UPS备用系统多次开启和关闭。 这可能会缩短UPS系统的使用寿命。

 由于电容器组被用于补偿大电感负载产生的无功功率,因此它们需要被频繁地打开和关闭。  这使得振荡暂态成为一种非常普通的电能质量现象。

 暂态是设备误动作和发生故障的主要原因之一。  理解暂态形成的原因以及它们会如何影响各种设备有助于公司改善他们的设备的质量和可靠性。  使用电能质量记录仪监测输入的电能能够使用户在发生昂贵设备故障之前发现潜在的电力质量问题。

电能质量分析仪有很多种,比如Megger 公司的MPQ1000 ,这款产品支持用户自定义各种限值,并且能够以高分辨率进行测试,以捕获上述这些类型的暂态。

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