电源质量问题的危害分析及解决方法 - 潘学礼工控博客工控论坛

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发表人：偶尔路过

发表时间：2009/7/15 19:31:00

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本栏论题：

电源质量问题的危害分析及解决方法 [7767]

    电源是信息系统及电子产品地心脏，交流电源的质量决定了信息系统及电子产品能否正常地工作。因此了解交流电源的质量问题，才能为其提供有效的解决方案。交流电源存在的质量问题有以下几种。

    一、电源质量问题



    1.电压的变化范围过大，电网供电不足，供电部门采取降压供电，或地处偏远地带，损耗过多，导致电压偏低；电网用电太少，导致电压偏高。电压太低，负载不能正常工作；电压太高，负载使用寿命缩短，或将负载烧毁。




    2.　波形失真（或称谐波）产生的原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉、节能灯、调光器等电力电子设备和电器设备中开关电源的使用。谐波对公用电网的危害主要包括：



    1）使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾；



    2）影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；



    3）会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；



    4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；



    5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。



    3. 突波（或称电涌、浪涌）指在瞬间内（数毫秒间）输出电压有效值高于额定值110%，持续时间达一个或数个周期，是破坏精密电子设备的主要元凶。除受到雷击产生外，另外主要是由于电网上连接的大型电气设备关机开机时，电网因突然卸载而产生的高压。



    1) 电涌对敏感电子电器设备的影响有以下类型。



    破坏：电压击穿半导体器件；破坏元器件金属化表层；破坏印刷电路板印刷线路或接触点；破坏三端双可控硅元件／晶闸管……。



    干扰：锁死、晶闸管或三端双向可控硅元件失控；数据文件部分破坏数据处理程序；出错：接收、传输数据的错误和失败；原因不明的故障……。



    过早老化：零部件提前老化、电器寿命大大缩短；输出音质、画面质量下降。



    2) 电涌会毁坏哪些电气设备含有微处理器的电气设备极易受到电涌的毁坏，这包括计算机及辅助设备、程序控制器、PLC、传真机、电话机、留言机等；程控交换机、广播电视发送机、影视设备、微波中继设备；家电行业的产品包括电视机、音响、微波炉、录象机、洗衣机、烘干机、电冰箱等。调查数据表明：在保修期出现问题的电气设备中，有63%是由于电涌造成的



    4. 尖波（或高压尖脉冲）指峰值达6000V，持续时间从10-4－10ms的电压。这主要由于雷击、电弧入电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。



    它的危害主要是：尖峰脉冲幅度很大时，会破坏工控机开关电源输入滤波器、整流器甚至主振管。再加之其频谱很宽，也会窜入计算机造成干扰。



    5.瞬态过电压和暂态过电压指峰值电压高达20000V，但持续时间10-6s－10-4s的脉冲电压。其产生的主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，主要由雷电所致。



    它的主要危害是：以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先进电子设备、以大型CMOS集成元件组成的等电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成电子设备产生误操作，或者造成电子设备受到干扰，数据丢失，或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。



    6. 电压下陷/下降指市电电压有效值界于额定值的80-85%之间的低压状态，并且持续时间达一个到数个周期，甚至更长。其产生的原因包括大型设备启动和应用、大型电动机启动、或大型电力变压器接入、主电力线切换、线路过载等。



    它的危害主要是：对计算机的影响轻则使keyboard等接口设备暂停作业，重则使数据流失、档案毁坏。电压的下陷同时也会使计算机内的组件毁坏，以致于寿命减短。电压下陷是最常见的电力问题，它占了电力问题的87％。



    7. 三相电压不平衡指各相之间相电压不相等或线电压不相等。是由于各相负载不平衡造成的，即与用户负荷特性有关，同时也与电力系统的规划、负荷分配也有关。有关标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。对变压器的危害：三相负载不平衡时，使变压器处于不对称运行状态，造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。对用电设备的影响：三相电压不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生，诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗；导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本；使中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。对线损的影响：加大线损损耗，其中负荷方式不同影响也不同。以三相四线制结线方式为例，当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大。当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。



    8. 杂讯干扰（或称噪声）指射频干扰（RFI）和电磁干扰（EFI）及其它各种高频干扰，源于电磁波或高频波感应。电机运行、断电器动作、马达控制器工作、广播发射、微波辐射及电气风暴都会造成噪声。它的危害主要是：让电脑CPU产生误判动作，严重者可能烧坏CPU和其他电脑配件，可造成无线电传输中断；感应传导到四周环境，导致其他电子设备. 无法正常工作；可使民航系统工作失效，通信不畅，计算机运行错误，自动设备误动作。