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电源污染治理技术

我爱方案网| 电源,污染,治理| 2010-09-06
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 中心议题:

  • 电源污染的危害
  • 电源污染的种类
  • 电源污染的治理

解决方案:

  • 串联电抗器
  • 有源滤波补偿
  • 无源滤波补偿
  • 增加整流设备的相数
  • 安装各种突波吸收保护装置,如避雷器等


近年来,电力网中非线性负载的逐渐增加是全世界共同的趋势,如变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备、计算机、重要负载所用的不间断电源(UPS)、节能荧光灯系统等,这些非线性负载将导致电网污染,电力品质下降,引起供用电设备故障,甚至引发严重火灾事故等。

电力污染及电力品质恶化主要表现在以下方面:电压波动、浪涌冲击、谐波、三相不平衡等。

电源污染的危害

电源污染会对用电设备造成严重危害,主要有:

  •   干扰通讯设备、计算机系统等电子设备的正常工作,造成数据丢失或死机。
  •   影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能,造成噪声干扰和图像紊乱。
  •   引起电气自动装置误动作,甚至发生严重事故。
  •   使电气设备过热,振动和噪声加大,加速绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。
  •   造成灯光亮度的波动(闪变),影响工作效益。
  •   导致供电系统功率损耗增加。 

电源污染的种类

1电压波动及闪变

电压波动是指多个正弦波的峰值,在一段时间内超过(低于)标准电压值,大约从半周波到几百个周波,即从10MS到2
.5秒,包括过压波动和欠压波动。普通避雷器和过电压保护器,完全不能消除过压波动,因为它们是用来消除瞬态脉冲的。普通避雷器在限压动作时有相当大的电阻值,考虑到其额定热容量(焦尔),这些装置很容易被烧毁,而无法提供以后的保护功能。这种情况往往很容易忽视掉,这是导致计算机、控制系统和敏感设备故障或停机的主要原因。

另一个相反的情况是欠压波动,它是指多个正弦波的峰值,在一段时间内低于标准电压值,或如通常所说:晃动或降落。长时间的低电压情况可能是由供电公司造成或由于用户过负载造成,这种情况可能是事故现象或计划安排。更为严重的是失压,它大多是由于配电网内重负载的分合造成,例如大型电动机、中央空调系统、电弧炉等的启停以及开关电弧、保险丝烧断、断路器跳闸等,这些都是通常导致电压畸变的原因。

大型用电设备的频繁启动导致电压的周期性波动,如电焊机、冲压机、吊机、电梯等,这些设备需要短时冲击功率,主要是无功功率。电压波动导致设备功率不稳,产品质量下降;灯光的闪变引致眼睛疲劳,降低工作效率。

2浪涌冲击
  
浪涌冲击是指系统发生短时过(低)电压,即时间不超过1毫秒的电压瞬时脉冲,这种脉冲可以是正极性或负极性,可以具有连串或振荡性质。它们通常也被叫作:尖峰、缺口、干扰、毛刺或突变。

电网中的浪涌冲击既可由电网内部大型设备(电机、电容器等)的投切或大型晶闸管的开断引起,也可由外部雷电波的侵入造成。浪涌冲击容易引起电子设备部件损坏,引起电气设备绝缘击穿;同时也容易导致计算机等设备数据出错或死机。

 

 

3谐波

线性负载,例如纯电阻负载,其工作电流的波形与输入电压的正弦波形完全相同,非线性负载,例如斩波直流负载,其工作电流是非正弦波形。传统的线性负载的电流/电压只含有基波(50Hz),没有或只有极小的谐波成分,而非线性负载会在电力系统中产生可观的谐波。

谐波与电力系统中基波叠加,造成波形的畸变,畸变的程度取决于谐波电流的频率和幅值。非线性负载产生陡峭的脉冲型电流,而不是平滑的正弦波电流,这种脉冲中的谐波电流引起电网电压畸变,形成谐波分量,进而导致与电网相联的其它负载产生更多的谐波电流。

 

计算机是此类非线性负载之一,象绝大多数办公室电子设备一样,计算机装有一个二极管/电容型的供电电源,这类供电电源仅在交流正弦波电压的峰值处产生电流,因此产生大量的三次谐波电流(150Hz)。其它产生谐波电流的设备主要有:电动机变频调速器,固态加热器,和其他一些产生非正弦波变化电流的设备。

荧光灯照明系统也是一个重要的谐波源,在普通的电磁整流器灯光电路中,三次谐波的典型值约为基波(50Hz)值的13%-20%。而在电子整流器灯光电路中,谐波分量甚至高达80%。

非线性负载所产生的谐波电流会影响电力系统的多个工作环节,包括变压器,中性线,还有电动机,发电机和电容器等。谐波电流会导致变压器,电动机和备用发电机的运行温度(K参数)严重升高。中性线上的过电流(由谐波和不平衡引起)不仅会使导线温度升高,造成绝缘损坏,而且会在三相变压器线圈中产生环流,导致变压器过热。无功补偿电容器会因电网电压谐波畸变而产生过热,谐波将导致严重过流。

另外,电容器还会与电力系统中的电感性元件形成谐振电路,这将导致电容器两端的电压明显升高,引致严重故障。照明装置的启辉电容器对于由高频电流引起的过热也是十分敏感的,启辉电容器的频繁损坏显示了电网中存在谐波的影响。谐波还会引起配电线路的传输效率下降,损耗增大,并干扰电力载波通讯系统的工作,如电能管理系统(EMS)和时钟系统。而且,谐波还会使电力测量表计,有功需量表和电度表的计量误差增大。

4三相不平衡

三相不平衡会在中性线上产生过电流(由谐波和不平衡引起)不仅会使导线温度升高,造成绝缘损坏,而且会在三相变压器线圈中产生环流,导致变压器过热,甚至引发严重火灾事故等。

电源污染的治理

对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况,要进行仔细分析,通常解决的方法有两个:一是局部重组电网结构,分离或隔离产生电力污染的设备;二是使用电源净化滤波设备进行治理,通常电压谐波是由电流谐波产生的,有效地抑制电流谐波就会使电压畸变达到要求的范围。国内外很多单位已开始重视电源污染的治理,投资安装电源净化滤波装置,取得了提高电源品质和节能的双重效果。

 

电源污染的治理主要有以下几种方法:

  •   串联电抗器
  •   有源滤波补偿
  •   无源滤波补偿
  •   增加整流设备的相数
  •   安装各种突波吸收保护装置,如避雷器等

  
目前,无源滤波补偿是实际应用最多、效果较好、价格较低的解决方案,它包括三种基本形式:串联滤波、并联滤波和低通滤波(串并混合)。其中串联滤波主要适用于三次谐波的治理;低通滤波主要适用于高次谐波的治理;并联滤波是一种综合装置,它可滤除多次谐波,同时提供系统的无功功率,是应用最广泛的电源净化滤波装置。

 

近年来,随着电力电子技术的发展,有源滤波补偿技术日益成熟,并得到了广泛应用。较传统的无源滤波补偿系统,它具有功能多,适应性好及响应速度快等优点,随着价格的不断下降,应用将日益普遍。有源滤波补偿系统在很多重要场所应用效果非常好。

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