瞬間電壓降的危害、對策及特點

　　興旺寶五金網整理：隨著現代工業生產及科學技術的發展,越來越多的精密電器投入使用,但是,這些精密電器設備卻常常深受電網瞬間電壓降的危害。電網瞬變電壓降可由用電過載、短路故障或是類似雷擊等自然現象造成,這種現象總是或多或少的存在,并且對居民生活和企業生產造成越來越大的影響。隨著計算機和電力電子技術的普及，市電瞬間電壓降造成的經濟損失越來越大，人們才開始重視市電瞬間電壓降的問題，也曾做過許多努力來減少它所造成的影響，但經濟有效的方案并不多。
　　
　　1瞬間電壓降的統計資料
　　
　　1．1瞬間電壓降和無計劃停電
　　
　　市電瞬間電壓降是難以避免的電能質量問題，即使在發達國家也同樣存在，無計劃停電則隨著技術進步和電力工業的發展而逐步減少。每年兩者發生次數之比很難確定，通常前者遠多于后者（與用電級別、用戶電網有關）。
　　
　　1．2市電瞬間電壓降幅度和技術時間的概率分布
　　
　　根據日本福井縣某廠1991年1月13日到1998年1月21日共195次瞬間電壓降和突然停電的記錄，我們繪出了概率分布直方圖，如圖1所示。其中電壓下降度表示的是電壓下降了額定值的百分數。　　圖（1）表明：瞬間電壓降的發生概率遠遠大于無計劃停電，98％以上的瞬間電壓降幅度都在60％以上，持續時間在0．35秒以下。
　　
　　1．3瞬間電壓降按月分布情況
　　
　　瞬間電壓降按月分布情況如圖2所示，從瞬間電壓降產生的原因并結合圖2我們可以知道：瞬間電壓降產生的次數與有雷日的多少有關，當然也與電網的技術狀況有關。　　1．4江西滌輪廠瞬間電壓降的例證
　　
　　現將1990年11月16日到1991年10月10日總調度的運行日志上的有關瞬間電壓降引起的停機記錄摘抄列于表1（注：缺1991年7月原始數據）。　　2瞬間電壓降的危害
　　
　　2．1常用電氣設備對市電瞬間電壓降的承受能力
　　
　　常用電氣設備對市電瞬間電壓降的承受能力如圖3所示。　　2．1．1計算機———當電壓降幅度超過10％，持續時間超過約10ms時，將影響正常工作（見圖3）。對普通計算機而言，突然停電將可能丟失大量數據甚至損壞硬件。對某些單片機控制系統來說將意識著失去控制，處于待機狀態。瞬間電壓降會造成對計算機系統的干擾，嚴重時導致系統不能夠正常工作，如計算機的開關電源在電壓下降到一定值時，交換器停止振蕩，高頻變壓器不再傳輸能量，開關電源輸出電壓會迅速下降，導致機器“假停電”現象，即使持續時間很短，系統也會因為程序、標志和關鍵現場數據丟失而不能正常工作，有些計算機會重新啟動，有些甚至出現死機現象，對工業控制計算機系統則引起執行機構停留在不安全的位置或狀態。
　　
　　2．1．2電磁開關———當電壓降幅度超過50％，持續時間超過約10ms時，將自行脫鉤。
　　
　　瞬間電壓降發生之后，在重力和蓄能彈簧彈力的作用下使銜鐵返回至復原處，觸點恢復常態。
　　
　　2．1．3電氣調速系統———當電壓降幅度超過約15％，持續時間超過約10ms時，將損壞元件或自動停機。
　　
　　電氣調速系統通常采用復數個電力電子器件作為其功率變換裝置，工作時按需要對器件的導通和關斷狀態進行有規律的切換。對晶閘管等非自關斷器件來說，其關斷需要反向電壓，而市電正弦波在某些特定的條件下可參與構成反向電壓，瞬間電壓降會導致反向電壓不足，導通的晶閘管也就不能及時關斷，隨之而來的是與其在同一個橋臂的關斷著的晶閘管卻要導通，其后果是短路將器件損壞。
　　
　　對IGBT和晶閘管等可控器件來說，導通需觸發脈沖，由于其觸發脈沖有時是在市電正弦波和控制電壓的共同作用下形成的，并且需要與主回路（市電）保持嚴格的相位關系，市電瞬間電壓降會導致觸發脈沖丟失或導通角的改變，進而造成變流失敗。
　　
　　為了避免瞬間電壓降導致電力電子器件的損壞，廠家往往在裝置上設有保護電路，檢測到瞬間電壓降之后迅速停機，這樣電力電子調速裝置雖然可以免受其害，但被拖動的機械設備卻停了下來，這樣勢必使那些對連續生產有苛刻要求的設備造成重大損失。
　　
　　2．1．4氣體放電燈———當電壓降幅度超過20％，持續時間超過約100ms時，將自行熄滅。以高壓汞燈為例，一旦熄滅，重新點燃后達到額定的亮度還得要等數分鐘時間。
　　
　　2．1．5欠壓保護———在裝有欠壓保護的裝置或系統中，當市電瞬間電壓低于整定值時，將產生誤動作。
　　
　　2．2瞬間電壓降的危害
　　
　　a易受瞬間電壓降影響的設備和系統有：計算機、電梯、記憶顯示、電氣傳動、醫療機械、重要照明、摻雜爐和流水生產線等。
　　
　　b易受瞬間電壓影響的行業或部門有：高層建筑、化纖、半導體、鋼鐵、造紙、機場、醫院、銀行、郵電、機關和研究所等。
　　
　　c江西滌綸廠自1984年投產以來，就一直受到電網瞬間電壓降的影響。根據該廠調度室對常規紡絲車間記錄表明二線計量泵變頻器因瞬間電壓降造成的停車的次數為：1996年3—12月共16次，1997年1－8月共18次，以此推算每年約20次，每次停車約20－30S，停車一條線平均損失約1000元（其中包括紡絲報廢損失315元，正常產量損失140元，元器件損失140元，人工費200元，其它200元）。平均每年一條線造成的損失為2萬元，按該廠七條線計算，年損失達14萬元之多。
　　
　　3對策及特點
　　
　　3．1對策
　　
　　為了減少瞬間電壓降造成的危害，可采取的主要對策有：
　　
　　3．1．1電動———發電機組
　　
　　原理：電動機帶動發電機，再由發電機向負載供電，由于轉子的轉動慣量較大，在一定程度上可以克服瞬間電壓降的影響。
　　
　　3．1．2飛輪蓄能系統
　　
　　原理：電動機帶動飛輪和發電機，轉動慣量很大的飛輪置于真空中以減少能量損耗，可以在較大的范圍內克服電源諸多質量問題對負載的影響。
　　
　　問題：成本高，制作難度大，旋轉機械維修困難。
　　
　　3．1．3不停電電源（UPS）
　　
　　原理：將交流電整流后儲存在蓄電池中，再通過逆變器把直流變成交流向負載供電。其主要功能是防止突然停電。
　　
　　問題：成本高，體積大，蓄電池壽命短，維護困難且維護成本高。
　　
　　3．1．4新型的瞬間電壓降補償器
　　
　　原理：市電瞬間電壓降也可以說是瞬間的電能不足，注意到98％以上的瞬間電壓降幅度都在60％以上，持續時間在0．35秒以下，用僅在發生電壓降的瞬間補償部分電壓的辦法來維持負載電壓不變，也就是采用瞬間補償部分能量的辦法，因此用電解電容器取代蓄電池來進行儲能，從而降低了設備的成本，延長了使用壽命。
　　
　　問題：與UPS一樣，在線備用時間太長。
　　
　　3．1．5交流電子穩壓電源
　　
　　優點：響應速度較快，交流輸出波形較好。缺點：容量小。
　　
　　3．1．6其它
　　
　　方法：在市售設備上作些小改進
　　
　　問題：a市電瞬間電壓降說到底就是瞬間能源短缺，不提供穩定的能量只能治標，不能治本；
　　
　　b電子線路的集成度越來越高，各公司的設計也不相同，絕大多數廠家都不提供詳細的圖紙和程序。因此除了對電磁器件有一定效果外，可操作的范圍極為有限。
　　
　　3．2幾種對策的性能比較：
　　
　　電動———發電機組和飛輪蓄能系統成本高、制作難度大、且旋轉機械維修困難，交流電子穩壓電源容量太小；UPS的主要功能是預防因電網突然停電而造成負載斷電，雖然也能夠消除瞬間電壓降所造成的危害，但如果僅用于對付瞬間電壓降，則蓄電容量便大大有余（蓄電必須有一定的容量以保證足夠的電流輸出），從而導致成本高；而瞬間電壓補償器因僅僅在瞬間補償部分能量，與UPS相比價格便宜，壽命長且維護簡單。