产生电能质量的原因及优化措施

产生电能质量的原因有电压骤降、谐波、电弧、供电电压偏差等。1.电压骤降的原因

（1）外部原因

1）雷击，造成对地短路故障使配电线路产生大电流，从而导致供电电压骤降。这种电压骤降影响区域大，持续时间一般超过100ms。

2）供电设备故障。

3）接地故障。

4）交通事故，车辆撞到电线杆上。

5）线路故障，动物、大雪、狂风和挖掘等引起压降。

6）重合闸，突加负载引起的较大电流导致压降。

（2）内部主要原因 大型电动机负载起动。

图16-1为电压骤降波形。

图16-1 电压骤降波形

（3）电压骤降的影响

1）对通用电器设备的影响。随着经济的发展，高科技设备获得了广泛的应用，这些设备对电压变化很敏感，短时的供电中断或电压有效值下降，往往会造成设备不正常运行，发生停机等事故。电压骤降就是针对这一问题提出的。与供电中断事故相比，电压骤降有发生频度高、事故原因不易觉察的特点，处理起来也比较困难。电压骤降会引起敏感控制器不必要的动作（引起跳闸），造成自动化控制装置停顿或误动、变频调速器停顿，引起低压保护启动，造成电动机、电梯等停顿，引起高温光源（碘钨灯）熄灭，造成公共活动场所失去照明等。不同的设备对同一电压骤降的感受度是不同的，如制冷电子控制器，当电压低于约80％时，控制器动作将制冷电动机切除；高端测试仪，当电压低于约85％时，测试仪停止工作；可编程序控制器（PLC），当电压低于约81％时，PLC停止工作；一些I／O设备，当电压低于约90％、持续时间仅几个周期时，就会被切除；精密机械工具，由机器人控制对金属部件进行钻、切割等精密加工，工作电压一般设为90％，当电压低于此值且持续时间超过2～3个周期时，就会跳闸；当电压低于约80％时，直流电动机跳闸；调速电动机（VSD），当电压低于约70％、持续时间超过6个周期时，VSD被切除。电压骤降导致线上材料报废、产量的降低、相应的人工成本增加。

2）对敏感电气设备的影响。计算机是敏感电气设备，现在办公室和个人计算机、商业和制造业微处理器控制设备激增，计算机运算速度的加快达到无线电波频率范围内，电路变得越来越纤小，电路板上相邻线路也越来越挤，过电压的击穿危险增大了，相邻信号通道的干扰也增加了，微处理芯片变得更小更密，它本身也产生电磁干扰，其电路更易受电磁波的干扰，这妨碍了热量的逸散。工作电压的不断下降也为它们的小型化创造了条件。数字量的“1”位已经被降低到3.5～5.0V，甚至更低，而“0”位则提高到0～1.5V。因此某些很小的瞬间过电压就可能导致运算错误。显而易见避免瞬态过电压和高频干扰对微电子线路是非常重要的。另外，随着计算机微型化的不断发展，开关模式电源应运而生。过去用直流操作的设备（包括所有电子电路）都有又大又重的电源，一般都用降压变压器降压，再将低压送到一个半波（单二极管）或全波（桥式）整流器上，这种电源既笨重且效率很低。“开关模式电源”是将全波桥式整流器直接接到120V交流电源上。在脉冲直流送到变压器前，将储存在电容器中的能量以短脉冲（这是准方波）的形式送出来，这样变压器在高频脉冲直流上运行，而以前是在50Hz交流上运行。这种运行方式使变压器可以做得比原来同样容量的用50Hz、120V电源的变压器更小更轻。因此，总电源效率大大提高了，由传统电源的约50％提高到开关模式电源的约80％。但是，这种电源输出的高频脉冲可产生谐波，这些谐波可以流回到配电系统，影响其他不间断电源、变频传动装置、充电器等设备甚至配电系统本身，这些设备既易产生电源质量问题又易受到不良电源质量的干扰。(www.xing528.com)

2.谐波的原因

谐波能造成数据丢失、敏感电子设备的误操作、断路器无故跳闸、设备过早失效、相线特别是中性线及电气设备过热等电气故障，谐波源于三相系统非线性负荷。

在三相平衡负荷回路（每相均为相同的线性负荷，作用在每相上的都是平滑的50Hz正弦波电压，中性线上通过的是各相电流的相量和，其值为零。但是如果一相或一相以上的导线上通过谐波频率高于50Hz基波）的电流，它们在中性线上不能由相量相加来消除，而是在中性线上叠加。一般的仪表可能测不到这些。如果谐波电流是正弦波，可用数学公式推算出，偶次谐波在中性线上是可以被抵消的。但是奇次谐波因相位相同，会叠加而出现在中性线上，使中性线过热，中性线上的电流比任一相线上的电流都大（已经有因谐波引发火灾的报道）。

如果基波或谐波是非正弦波，例如是由脉冲电源产生的方波，数学分析就变得非常困难。相线本身可通过正弦波形和非正弦波形成50Hz基波，以及形成非正弦波形的高频脉冲电流，它会使相线过热，根据欧姆定律，这些畸变电流会产生畸变电压，使设备发生故障，并会危及到同一建筑物内的其他设备。

3.电弧的原因

电弧是一种气体放电现象，是电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。起动中的大电动机、电子调光设备、灯具镇流器（特别是电子式）、带电刷的电动机、电焊机、气体放电灯（荧光灯和高强度气体放电灯）、弧焊机和其他产生电弧的设备、医疗设备（例如MRI和X光机），都可以成为很强的电磁干扰源，电弧对任何频率都具有很强的干扰能力，这些设备可将平滑的正弦波形变成阶梯形波形，改变输出的电压和频率，这种干扰可因某种不适当的屏蔽或接地方式而传导到敏感设备上。从傅里叶分析可知，任何形状的波形都可以由各种频率和振幅的正弦波组成。开关模式电源和变频器输出的方波或准方波也是由若干正弦波构成的。50Hz正弦波是基波，而方波则还包含更高频率的波，它们是50Hz基波的谐波，其尖刺部分会产生瞬态过电压。这些谐波还能使电路和中性线发热，并使数字逻辑运算产生错误。此外，方形波的前沿或电压尖刺则像高频正弦波（无线电波）那样导致上述的运算错误。

4.供电电压偏差的原因

1）供电距离超过合理的供电半径。

2）供电导线截面积选择不当，电压损失过大。

3）线路过负荷运行。

4）用电功率因数过低，无功电流大，加大了电压损失。

5）冲击性负荷、非对称性负荷的影响。

6）调压措施缺乏或使用不当，如变压器分接头摆放位置不当等。

7）用电单位装用的静电电容器补偿功率因数未采用自动补偿。