电气设计安装中电能质量的改善(一)--王厚余

电气设计安装中电能质量的改善（一）演讲者：王厚余中国航空工业设计院影响电能质量的因素能使电气装置内的电气设备（包括敏感的信息技术设备ITE）正常工作并保证其正常寿命的电能质量为优质的电能质量。影响电能质量的因素有：1.地区电力网和信息网以及装置内部产生的电压扰动和噪音2.空间的电磁辐射3.雷电4.接地故障5.“地”电位的不均等6.其他影响电能质量的因素影响电能质量的诸因素示例地区电网邻近设备敏感设备信息线“地”电位不均等电磁辐射雷电接地故障影响电能质量的因素电压扰动示例持续断电暂时断电持续欠电压电压暂降影响电能质量的因素电压扰动示例电压畸变（谐波）瞬态涌压持续过电压电压暂升影响电能质量的因素电气装置的正确设计和安装可减少电能质量问题的发生，装用必要的净化设备可进一步提高电能质量。接地和等电位联结1.接地和等电位联结设置不当许多ITE的干扰问题源于接地和等电位联结设置不当，使各ITE地电位不均等或噪音过大，因此寻找干扰原因时往往首先检查接地和等电位联结。接地和等电位联结•等电位联结（equipotentialbonding）的作用是使被联结的导体的电位相等或接近。•接地（earthing）可以是接大地，也可以是接代替大地的导体，例如以建筑物的等电位联结系统或飞机的金属机身来代替大地。因此接大地是以大地的零电位为参考电位的等电位联结，只是其联结阻抗（接地极和接地线的电阻和电抗）较大，等电位效果较差而已。•为实现等电位，除个别情况外，一建筑物电气装置应采用共用接地，以减少电位差，避免人身电击和其他电气事故。接地和等电位联结•在工频系统中，只要求接地和等电位联结的电阻分量R小，但在高频的ITE抗干扰和防雷系统中，则要求联结的高频阻抗小，即Z=R+jX小。•在高频条件下（几十以至千MHz），电抗X可达数百以至若干千欧，例如一10m长的接地线，其电感L=10H/m，f=10MHz，则电抗X为2fL=826，远大于电阻R。因此现时只规定接地电阻R不大于1而不考虑电抗值X的影响是没有意义的。接地和等电位联结•作等电位联结后，已不以大地电位为参考电位，所以IEC标准对ITE不要求接地电阻如何小。•对高频信号系统要求等电位联结系统联结线的截面积和表面积足够大，且走线短直，并形成多个并联通路，以最大限度地减少高频等电位联结系统的电阻R和电抗X。接地和等电位联结高频等电位联结示例VITEITE信号线铜网格（低阻抗）总配电箱分配电箱PEPEPEPEPEPE接地母排信号接地线保护接地线（紧靠相线）联结线长度ITE0.5m与金属结构管道和其他楼层的网格连通接地和等电位联结有ITE的建筑物等电位联结简例接地和等电位联结设有等电位联结的电气装置一般不必另打人工的接地极，但对防雷和防静电而言，必须提供一适当的对地泻放雷电流和静电荷的通路，减少对地电位。供电间断和电压暂降2.供电间断（interruptionofsupply）和电压暂降（voltagesag）电源的短暂间断能使ITE丢失数据，导致不应有的经济损失。当供电电压暂降达到一定幅值时，也可招致同样后果。例如架空线路因雷击或触及树枝而短暂跳闸又重合闸造成供电短暂间断，或同一电源线路内的大容量电容器的投入或大功率电动机的起动引起的电压暂降。供电间断和电压暂降对于供电间断和电压暂降可装用UPS，电动机—发电机组（可辅以飞轮）等电源设备来消除影响。在线路设计中应注意：•将ITE与大型设备分开线路或变压器供电，以避免阻抗耦合，引起电压暂降；•线路的开关保护电器在不影响保护水平的前提下，带少许延时；•大功率电动机采用软起动。过大电压偏差3.过大电压偏差（voltagedeviation）电压偏差过大直接影响电气设备的功能和寿命，其起因部分在公用电网，部分在电气装置内部。它是因负载变化，导致网络电压降变化而产生。过大电压偏差因电网压降，所以在设计安装中应注意：•正确选择供电电压，并限制电路的电阻R和电抗X；•合理补偿无功功率，即提高电气装置的功率因数，以减少无功Q。在电压管理上应注意正确选择变压器的无激磁分接头，按电压水平投切电容器，必要时装用合适的电压调整设备。UPRQX影响电能质量的因素4.瞬态涌压（transientvoltagesurge）瞬态涌压包括雷电涌压和投切大功率设备的操作过电压。它幅度大时可损坏电气设备，幅度小时可干扰ITE的正常工作。除按规定装用电涌防护器（SPD）外，在设计中还应注意在电气设备和线路的布置中尽量防止涌压的产生，例如：•ITE和其电源线、信号线应离外墙上的防雷引下线至少2m；•ITE和其电源线、信号线的走线应勿形成大包绕环，但其贴近的间距不应小于50mm，且信号线应加屏蔽并接地。瞬态涌压ITE的电源线和信号线勿形成大包绕环工频过电压和欠电压5.工频过电压和欠电压（lowfrequencyovervoltageandundervoltage）（A）低压配电线路接地故障引起的过电压和欠电压TT系统低压配电线路一相发生接地故障时，其线电压和相电压幅值不变，但其故障相对地电压降低而两非故障相对地电压则升高，而线路过电流保护器不动作，当对地故障电压长期超过250V时，可能引起设备绝缘表面爬弧，为此需尽量降低变电所接地电阻，以减少此种过电压。工频过电压和欠电压一相接地引起过电压和欠电压工频过电压和欠电压相量分析L3L1L2RE168VO250V220V220V52V250V380V380V380VOBER0.3R工频过电压和欠电压B）变电所高压侧接地故障引起的暂态过电压10kV小电阻接地系统的变电所内高压侧发生接地故障时，接地故障电流可达千安，低压侧中性线对地暂态过电压可达千伏左右。如超过1200V，可能导致TT系统电气设备对地绝缘被击穿。为此在设计和施工变电所时，应尽量降低其接地电阻（例如不大于2），使其上的故障电压降不超过1200V。工频过电压和欠电压变电所高压侧故障引起低压侧设备绝缘损坏10kVRBPEId220/380V110(35kV)SfUU220VId(工频过电压)fdUIBR工频过电压和欠电压•当三相负载不平衡的配电回路的中性线中断时，负载侧中性点漂移，线电压保持不变，但相电压却不平衡，有的过电压，有的欠电压，导致单相电气设备大量烧坏。•即使将中性线重复接地，由于接地回路阻抗过大，不能代替中性线，仍不能矫正三相电压不平衡。•在设计安装中只能靠提高中性线的机械强度和加强机械保护，避免中性线的中断。（C）低压配电线路中性线中断引起的持续过电压和欠电压过大的共模电压6.过大的共模电压（commonmodevoltage）•N线因通过电流而产生电压降，导致与PE线间的电压差，即共模电压。•ITE的逻辑电压和信号电压不过几伏，若共模电压过大，ITE将受干扰。为此应限制N线的长度以减少其阻抗（例如当建筑物以低压供电时，应采用TN-C-S系统，以限制N线的长度）。必要时装用双绕组变压器另起一电源系统给ITE供电。过大的共模电压过大共模电压引起干扰过大的共模电压装用双绕组变压器减少共模电压PE线上过大的电流7.PE线上过大的电流（excessivePEconductorcurrents）•PE线上过大的电流可引起电气事故和对ITE的干扰。•它往往因线路所接负载设备过多、PE线和N线接反、中性线多点接地与PE线连接等原因引起。•为此在设计安装中应避免上述错误，必要时可装用双绕组变压器来隔离过大的PE线电流。PE线上过大的电流过大IPE引起各ITE间大幅值地电位差ITE1ITE2ITE31ITE1UU1U2ITE12UUU2U3ITE123UUUU3UPEI过大信号线信号线PE线上过大的电流N线被错误接地引起ITE地电位偏移和不均等信号线配电箱配电箱N线被错误地接地2U1ULNPEITE1ITE2IN21N2UI1PEZ2N2U=I2PEZIN2PE线上过大的电流装用双绕组变压器隔离过大的PE线电流NLPEL2L1ITE1ITE2PEIPEIC大电容结语以上所述只是在设计安装中为避免电能质量不良应注意的部分问题，在第二部分内还将继续介绍。但综上所述已可知许多电能质量问题是设计安装不当引起，在电气设计安装中只需稍加注意就可避免这些问题。如果留下隐患建成后再纠正，其花费将难以数计，建议在电气设计安装中注意及之。