【導(dǎo)讀】設(shè)備故障的原因有很多，最經(jīng)典的就是電力系統(tǒng)中，由于電源設(shè)計(jì)的不合理所造成的設(shè)備故障。由此可見，供電電路的可靠性和穩(wěn)定性是多么重要。本文就詳細(xì)解析了三相電供電過程中所發(fā)生的故障以及改善方案。
傳統(tǒng)的供電電路多采用工頻變壓器加后級(jí)降壓電路來實(shí)現(xiàn)。由于近年來三相電供電故障頻發(fā)，為了很好的解決三相電供電出現(xiàn)故障后，供電系統(tǒng)仍能穩(wěn)定可靠的為電力檢測(cè)設(shè)備供電。許多電源廠家推出電力專用的的高頻開關(guān)電源，這種電源具有許多優(yōu)點(diǎn)：安全、可靠、體積小、重量輕、綜合效率高以及噪音低等優(yōu)點(diǎn)，非常適應(yīng)電網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用，目前很多大型設(shè)備廠家已開始批量使用。
一、三相電供電常見故障分析
我國(guó)供電大多都采用三相四線供電方式。下圖為三相四線制示意圖，從圖中可以看出此種供電方式可以提供兩種不同的電壓——線電壓(380V)和相電壓(220V)，可以適應(yīng)用戶不同的需要。三相四線制供電較為理想的狀態(tài)是三相負(fù)載平衡，此時(shí)中線電流為零，從理論分析此時(shí)中線可有可無，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。但現(xiàn)實(shí)情況三相平衡只是相對(duì)的，不平衡則是絕對(duì)的，所以現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的中線是必須有的，這樣才能保證各相電壓的穩(wěn)定輸出。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電器大幅度增加，單相短路幾率必然升高，單相短路和瞬間短路引起零飄過電壓?jiǎn)栴}及為普遍。下面我們針對(duì)此一些常見故障問題進(jìn)行分析，為我們?cè)O(shè)計(jì)電力設(shè)備供電系統(tǒng)時(shí)提供方向，從而使供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
圖1 三相電壓示意圖
1、單相短路故障現(xiàn)在很多場(chǎng)合為了取電方便，直接采用三相電的相電壓供電。包括目前很多農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)計(jì)都是將三相電中的三相平均分給三組用戶使用，從而省掉了三相變壓器。這種供電方式雖然節(jié)省了一些設(shè)備的投入，但是對(duì)用戶的用電設(shè)備帶來很大隱患。在實(shí)際應(yīng)用中,單相短路接地故障發(fā)生的概率最高可達(dá)65%，兩相短路約占10%，兩相短路接地約占20%，三相短路約占5%。下面簡(jiǎn)單分析一下單相短路的威脅。
圖2 三相電單相短路示意圖
如上圖所示，一旦出現(xiàn)單相短路現(xiàn)象，會(huì)抬高中線電位，對(duì)用電人員的安全有較大威脅（有零線接外殼保護(hù)的設(shè)備）。同時(shí)在短路瞬間，負(fù)載2與負(fù)載3需要承受瞬間大電壓沖擊，嚴(yán)重時(shí)電壓值直接上升到線電壓（380VAC）。致使用電設(shè)備出現(xiàn)過電壓損壞現(xiàn)象。2、輸電線中線開路
在實(shí)際用電環(huán)境環(huán)境中，往往會(huì)由于線路安裝不當(dāng)，或熔斷器及開關(guān)安裝位置不當(dāng)，導(dǎo)致中線斷開。如果中線斷了，三相負(fù)荷中性點(diǎn)電位就要發(fā)生位移。中性點(diǎn)電位位移直接導(dǎo)致各相的輸出電壓不平衡，而相電壓太高會(huì)使設(shè)備過電壓而直接燒毀，而相電壓偏低的相，可能會(huì)由于電壓降低，電流增大而損壞設(shè)備。由于三相電電壓計(jì)算非常復(fù)雜，由于負(fù)載矢量的引入，最終詳細(xì)計(jì)算公式也異常難懂。下面以一種簡(jiǎn)單的方式解釋一下中線短路對(duì)線電壓的影響。
圖3 三相電中線開路示意圖
如上圖，假設(shè)負(fù)載3開路，同時(shí)中線出現(xiàn)中斷。此時(shí)負(fù)載1與負(fù)載2串聯(lián)后接在線電壓UUV （380VAC）上，兩個(gè)負(fù)載上的電壓主要取決于Z 1與Z2的大小。若Z1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Z2時(shí)，則負(fù)載1的的電壓會(huì)接近與380VAC的線電壓，此時(shí)負(fù)載1就很可能由于過電壓而損壞，而負(fù)載2可能會(huì)由于電壓過低而停止工作。在正常情況下，相電壓之間影響較小，可正常使用。[page]
3、設(shè)備供電中線開路
電力設(shè)備除了輸電線容易出現(xiàn)故障外，設(shè)備電源輸入及插座等出現(xiàn)故障也有可能使設(shè)備出現(xiàn)損毀。由于大多數(shù)場(chǎng)合均采用三相四線制電源，同時(shí)三相四線制電源還有一個(gè)比較特殊的應(yīng)用，及采用三相四線制全波整流時(shí)，只要任何一相有電設(shè)備均能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖4 供電設(shè)備中線開路示意圖
如上圖所示，三相四線制全波整流，此電路好處在在三相電任意兩相出現(xiàn)問題時(shí)，此供電電路任然可以繼續(xù)工作。但是一旦整流電路中的中線中斷或則未連接，此電路就變?yōu)槿嗳€制整流電路，此時(shí)電壓有原來310VDC升高到538VDC，若后級(jí)設(shè)備無法承受538VDC高壓，將后損壞后級(jí)設(shè)備。二、三相電供電改善措施
由于在實(shí)際應(yīng)用中有較多限制，不可能避免很多電力故障的發(fā)生，但我們能可以通過一些手段減少設(shè)備損壞概率，從而提升產(chǎn)品的可靠性。具體改善措施如下：
1、單相短路故障改善措施
此故障可適當(dāng)提高電源輸入端的抗沖擊能力，一般需要抗335VAC沖擊。這樣可以在瞬時(shí)短路時(shí)，保護(hù)到后級(jí)電路不會(huì)因過電壓而損壞。為了減小因零飄而照成的電壓升高，可適當(dāng)加大零線截面積，降低零點(diǎn)飄移，來縮小另外兩相電壓抬高幅度。
2、輸電線中線開路改善措施
從故障分析我們可以看出，中線開路主要是影響到相電壓的電流回路，使電流未能回到中性點(diǎn)。只能通過兩根相線形成回路，從而增加了設(shè)備過電壓的風(fēng)險(xiǎn)。為了給相電壓提供可靠的電流回路，在布線中可采取三相三零六線供電方式，三相三零獨(dú)立工作。此布線缺點(diǎn)是增加零線投資和線損，但這樣能有效抑制零飄，減小了每相電壓的相互影響。
3、設(shè)備供電中線開路改善措施
一般設(shè)備采取三相四線全波整流電路，主要是考慮其供電的冗余設(shè)計(jì)，只要三相電任意一相電設(shè)備就能正常工作。但是一旦在中線未連接上設(shè)備，整流電路電壓就會(huì)急劇升高。解決此問題，需要在電壓升高時(shí)切斷后級(jí)電路，從而保護(hù)后級(jí)電路不受損壞。但在設(shè)計(jì)時(shí)需保證檢測(cè)控制電路穩(wěn)定供電。
三、從根源解決電力系統(tǒng)供電故障
隨著社會(huì)的發(fā)展，用電設(shè)備的功率逐漸增加，同時(shí)各種設(shè)備質(zhì)量也參差不齊。這些設(shè)備不但對(duì)電網(wǎng)形成了較大干擾，而且還存在較大的短路風(fēng)險(xiǎn)。電力故障誘因很多，不可能做到完全避免其發(fā)生。但是一旦故障發(fā)生后，我們需要及時(shí)反饋并處理。此時(shí)就需要有電力檢測(cè)設(shè)備對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，并在故障發(fā)生時(shí)采取必要措施，避免造成更大損失。
在電網(wǎng)在出現(xiàn)異常時(shí)，電力檢測(cè)設(shè)備仍需要保證正常工作。此時(shí)電力系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。供電系統(tǒng)需要保證在大多數(shù)電力故障發(fā)生時(shí)，其仍能為電力檢測(cè)設(shè)備提供穩(wěn)定的電能。電力故障一般表現(xiàn)為：缺項(xiàng)運(yùn)行、單相電壓飄高、電路過負(fù)載電壓拉低、中線開路、雷擊事故等。故此供電電源需要較寬的電壓輸入范圍及較強(qiáng)的抗擾度。
單相電路應(yīng)用特點(diǎn)：?jiǎn)蜗嚯娐泛?jiǎn)單，可適應(yīng)市電大幅的電壓波動(dòng)。
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