2023年建筑供配电中的电能质量提高方法.doc

建筑供配电中的电源质量提高方法 沈阳万宸建筑规划设计公司 王忠言 沈阳建筑大学材料学院 刘阳 摘 要 　文中介绍了电源质量问题的危害及解决方案，分析了造成电源质量危害的原因，阐述提高电源质量的方法。 关键词 电源质量 谐波抑制 电涌　 电源质量包括： 1．电压的变化范围过大。电网供电缺乏，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．谐波。普遍的波形失真指标准电源波形的多种谐波。电网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或二次电源本身自身产生。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，重者导致信息丧失，使通信系统无法正常工作。 3.电涌。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在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。电涌的危害：计算机技术开展至今，多层、超规模的集层芯片，电路密集，趋向是集成度更高、元器件间隙更小、导线更细。几年前，一平方厘米的计算机芯片有 2,000个晶体管而现在的奔腾机那么超过10,000,000个。从而增加了计算机受电涌损坏的概率。 由于计算机的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工作。当电涌超出计算机能承受的水平时，计算机将出现数据乱码，芯片被损坏，部件提前老化，这些病症包括：出乎预料的数据错误，接收/输送数据的失败，丧失文档，工作失常，经常需要维修，原因不明的故障和硬件问题等等。 雷电电涌远远超出了计算机和其它电气设备所能承受的水平，绝大多数情况下，造成计算机和其它电器设备的当即毁坏，或数据的永远丧失。即使是一个20马力的小型感应式发动机的启动或关闭也会产生3,000－5,000伏的电涌，使和它共用同一配电箱的计算机在每一次电涌中都会受到损坏或干扰，这种电涌的次数非常频繁。电涌对敏感电子电器设备的影响有以下类型：1)电压击穿半导体器件。2)破坏元器件金属化表层。3)破坏印刷电路板印刷线路或接触点。4)破坏三端双可控硅元件。5)晶闸管或三端双向可控硅元件失控。6)数据文件局部破坏.7)数据处理程序出错。8)接收、传输数据的错误和失败。9)原因不明的故障。10)过早老化。11)零部件提前老化、电器寿命大大缩短。12)输出音质、画面质量下降。 　　电涌对电气设备的危害：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、 机、 机、留言机等；程控交换机、播送电视发送机、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。调查数据说明：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.高压尖脉冲。指峰值达6000V，持续时间从万分之一秒至二分之一周期〔10ms〕的电压。这主要是由于雷击、电弧入电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。危害：在炼钢厂、 轧钢厂或者大量使用晶闸管设备、电火花设备、电力机车等地方，这种尖峰干扰为害尤厉。其幅度大的可达数百伏甚至上千伏，而脉宽一般为μS数量级。雷电也常以尖峰脉冲方式入侵。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．瞬间过电压和暂态过电压。指峰值电压高达20230V，但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压。其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。危害：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广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域，以大型CMOS集成元件组成的这些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，数据丧失，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。危害：电压下陷是最常见的电力问题，它占了电力问题的87％。电源可能因某种原因而造成短时间的电压下降。它对计算机的影响轻那么使keyboard等接口设备暂停作业，重那么使数据流失、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。 　　7.三相电压不平衡。指各相之间电压不相等或相角不相等，由于各相负载不平衡造成。三相不平衡的危害和影响：三相不平衡是指三相电源各相的电压不对称。是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。电能质量三相电压允许不平衡度(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为50赫兹。在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的PCC点连接点的电压不平衡。该标准规定：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。在生产、生活用电中，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到达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，输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的本钱。断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。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：三相四线制结线方式，当三相负荷平衡时线损最小；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．噪声。指射频干扰和电磁干扰及其它和种高频干扰。源于电磁波或高频波感应，它是高频率的变化，在正常电力50Hz频率上介于15-100%电位扰动。马达运行、断电器动作、马达控制器工作、播送发射、微波辐射及电气风暴都会造成噪声。危害：杂讯过大，可能让CPU产生误判，严重者可能烧坏CPU和其他配件，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。　 根据如上现象，在实际建筑电气设计中需要采取各种电气元件装置。以笔者2023年设计的葫芦岛市人民银行办公楼为例： 　　〔1〕防雷。第二类防雷建筑物防直击雷的措施，采用装设在建筑物上的避雷网(带)沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的网格。所有避雷针应采用避雷带相互连接。突出屋面的放散管、风管、烟囟等物体需要保护；.金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连；.在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面防雷装置相连。引下线不应少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于18m。每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。防直击雷接地和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置，并宜与埋地金属管道相连；共用接地装置与埋地金管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。利用建筑物的钢筋作为防雷装置时应符合以下规定：一、建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、根底内的钢筋作为引下线。二、当根底采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及根底的外外表无防腐层或有沥青质的防腐层时，宜利用根底内的钢筋作为接地装置。三、敷设在混凝土中作为防雷装置的钢筋或圆钢，当仅一根时，其直径不应小于10mm。被利用作为防雷装置的混凝土构件内有箍筋连接的钢筋，其截面积总和不应小于一根直径为10mm钢筋的截面积。四、利用根底内钢筋网作为接地体时，在周围地面以下距地面不小于0.5m，五、构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋，其箍筋与钢筋的连接，钢筋与钢筋的连接应采用土建施工的绑扎法连接或焊接。单根钢筋或圆钢或外引预埋连接板、线与上 钢筋的连接应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。 〔2〕防雷电波侵入。当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮、金属线槽接地；当架空线直接引入时，在入户处应加装避雷器，并将其与绝缘子铁脚、金具连在一起接到电气设备的接地装置上。靠近建筑物的两基电杆上的绝缘子铁脚应接地，其冲击接地电阻不应大于30Ω。架空和直接埋地的金属管道在进出建筑物处应就近与防雷的接地装置相连；当不相连时，架空管道接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。 〔3〕高度超过45m的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物，尚应采取以下防侧击和等电位的保护措施。一、钢构架和混凝土的钢筋应互相连接。二、应利用钢柱或柱子钢筋作为防雷装置引下线；三、庆将45m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接；四、竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。 〔4〕防雷击电磁脉冲。一个信息系统是否需要防雷击电磁脉冲，应在完成直接、间接损失评估和建设、维护投资预测后认真分析综和考虑，做到安全、适用、经济。在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下，当该建筑物没有防直击雷和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷的防雷措施。在要考虑屏蔽的情况下，防直击雷接闪器宜采用避雷网。在工程的设计阶段不知道信息系统的规模和具体位置的情况下，假设预计将来会有信息系统，应在设计时将建筑物的金属支持物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个共用接地系统，并应在一些适宜的地方预埋等电位连接板。为了分析估计在防雷装置和做了等电位连接的装置中的电流分布，应将雷电流看成一个电流发生器，它向防雷装置导体和与防雷装置做了等电位连接的装置注入可能包含假设干雷击的雷电流。按3级设置浪涌保护器。 〔5〕谐波抑制。在谐波源集中的计算中心和消控中心设计有源谐波抑制器，即抑制谐波又能无功补偿。 〔6〕监测仪表。在层防火分区动力柜及低压配电室动力柜设计智能联网监控仪表，适时监控记录用电参数，确保万无一失。 参考文献: 1．建筑物防雷设计标准〔GB 50057－94〕、中国方案出版社 2．民用建筑电气标准〔JGJ/T16-2023〕 中国方案出版社, 3．建筑电气设计手册 中国建筑工业出版社,1991 4