原创 使用万用表和电流钳进行基本故障排查之三

 

下面是解决一些典型谐波问题的建议方法。在进行这样的测量之前，您应该请一名电力质量专家对问题进行分析，然后制定出一个适合您的特定情况的计划。

 

在过载中线中

 

在三相四线制系统中，可通过对每相中的负载进行平衡而将中线电流的 60 Hz 部分降到最低。三次谐波序列中线电流可通过在负载处添加谐波滤波器而被降低。如果这些方法都不实用，则可以拉入额外的中线，最好是每相一条中线，或者可以安装一条超规格的中线而让三条相线共用。

在新的结构中，地毯下的接线以及模块化办公隔板接线应规定单独的中线，可能还需要使用一个与安全接地端分开的隔离接地端。

 

将变压器降额

 

防止变压器受谐波影响的一个方法是对它的负载量加以限制。这称为变压器的“降额”。ANSI/IEEE 标准 C57.110- 1986 中规定了非常严格的降额方法。该方法有些不太实际，因为它需要变压器厂商提供大量损耗数据，以及负载电流的完整谐波情况。

 

美国计算机和商用设备制造协会建议了第二种方法，它涉及可以使用常用是测试设备完成的几个直接测量。看上去它可以针对 208/120 V 插座变压器给出合理结果，而这些变压器可提供通常由运行于单相分支电路的计算机和办公设备所产生的低频奇次谐波（3 次、5 次、7 次）。

 

电力系统中存在的高电压和高电流可能会通过电击而引起严重人身伤害。因此，只有拥有一般电气系统以及被测试设备方面的知识并经过培训的有经验的电工人员，才可以对电气系统执行测试和改动。

 

福禄克公司无法预先周全想到您在执行这里所介绍的测量时所必须采取的所有可能预防措施。但是，您至少应该：
? 使用适宜的人身安全防护用品，如安全眼镜、绝缘手套、绝缘垫等
? 确保已关闭所有电源并上锁，并在所有与电路部件直接接触的位置挂牌。确信除您之外，其他任何人都无法接通电源。
? 在使用本应用说明中的信息之前，阅读并理解所有适用手册的内容。特别注意操作手册中的所有安全预防措施和警告说明。

本文是对谐波加以理解的一般指南。它不是为了代替专业电气系统顾问的服务。在进行任何测量以诊断或解决潜在谐波问题之前，应由一名专业电气工程师对您的操作进行彻底分析。

 

实际情况

 

一座主要用于进行计算机软件开发的现代化办公大楼含有大量个人计算机和其它电子办公设备。这些电子负载通过一台配置为三角连接初级和星形连接次级的 120/208 V 变压器供电。除了一个放置了几台机器的大房间外，PC 机遍及整座大楼。该房间内的 PC 机专门用于进行测试，它们由几个分支电路供电。变压器和主开关柜位于一层的一间电气室内。对此房间的检查立即揭示出高谐波电流的两个征兆：
? 变压器正在产生大量热量。
? 主配电盘发出可听见的嗡嗡声。该声音不是通常与有故障的断路器有关的震颤声，而是较低沉的谐振嗡嗡声，表面配电盘本身的机械部件正在振动。
直接在变压器上方安装、用于排出部分多余热量的管道系统保持房间温度在合理范围内。

 

确定问题

 

变压器 - 使用一个真有效值万用表和个平均响应仪表对变压器的中线和每一相进行电流测量（参见表 1）。在每个仪表上连接了一个 600 A 夹持式电流互感器附件，以便获得高电流读数。图 4 和 5 中显示了电流波形。

通过比较相电流和中线电流测量值，很容易看到谐波的存在。如表 1 所示，中线电流大大高于 任何一相的电流，虽然相电流相对平衡良好。平均响应仪表在所有相上所获取的读数一致性地低大约 20%。其中线电流读数仅低 2%。

 

波形解释了这一差异。相电流由于大量三次谐波的存在而发生严重失真，而中线电流在三次谐波频率下接近一个纯正弦波。表 1 中列出的相电流读数清楚地说明了为什么使用真有效值测量方法才能够精确确定谐波电流值。

 

下一步是计算“谐波降额系数”或 HDF（参见第 6 页上的“将变压器降额”）。

 

结果表明，在存在谐波时，应该将变压器的降额到其铭牌额定值的 72.3 % 以防止过热。在此情况下，应该将变压器降额到其 225 kVA 额定值的 72.3 %，或 162.7 kVA。

 

经过计算，实际负载为 151.3 kVA。虽然该数字远远小于铭牌额定值，但变压器却在接近其降额能力下运行。子配电盘 - 下一步，对一个为 120 V 插座分支电路供电的子配电盘进行检查。每条中线中的电流被测量并记录下来（参见表 2）。

 

当识别出一条处于临界状态或已经过载的导线时，还对插座处的相关相电流和中线对地电压进行测量。当对中线 #6 的检查揭示出额定值为 16 A 的导体的电流为 15 A 时，也对共用该中线的线路（#25、#27 和 #29）的相电流进行测量。请注意，这三个分支电路的每个相电流都大大小于 15 A，并且，相同的相线具有明显的中线对地电压降。

在具有高中线电流的分支电路中，中线电流和相电流之间的关系与变压器次级的情况类似。中线电流比任何相关相电流都要高。这里存在的危险是，中线导体可能会过载，而不提供断路器已脱扣的警告。

 

建议

 

1. 不要向插座变压器上添加额外负载，除非采取降低谐波的措施。
2. 向负荷很高的分支电路中拉入额外中线。
3. 使用真有效值测量仪器来定期监视负载电流。