連接一個電能質(zhì)量記錄儀并采集幾天時間的數(shù)據(jù)，您就可以掌握電能質(zhì)量的詳細情況。在本文中，我們將討論與電能記錄器和記錄儀有關(guān)的各種記錄技術(shù)，對您所使用的工具和技術(shù)進行全面了解，將是您工作成敗的關(guān)鍵。您應(yīng)該尋找什么？何時記錄才有意義？
記錄技術(shù)
要想真實地了解您身邊的電能狀況，您需要對每個電源周期進行檢查，以發(fā)現(xiàn)甚至是非常微小的變化。但是，由于電源在一天之內(nèi)要經(jīng)歷 400 多萬個周期，因此要想觀察到很微小的變化是不切實際的，經(jīng)常也沒有必要。我們很少發(fā)現(xiàn)負載會經(jīng)歷一個或兩個周期的偶爾電壓突降。
進行記錄的時間長短在某種程度上取決于您所在建筑的用電情況。如果您在一個典型的商業(yè)或輕工業(yè)樓宇建筑中工作，則一周的記錄時間就足夠了，因為在這樣的時間內(nèi)，樓宇建筑可經(jīng)歷正常的用電循環(huán)。如果您在只是定期運轉(zhuǎn)特殊設(shè)備的工廠中工作（比如，每個月只運轉(zhuǎn)一次燃燒爐），您就需要十分注意這些用電負載的時間。
目前已開發(fā)出不同的記錄技術(shù)，它們可用于在相對較長時間內(nèi)來記錄較小的變化。許多儀器將幾種技術(shù)組合在一起，以增加其測量范圍。我們將對常見技術(shù)以及它們的優(yōu)缺點進行介紹。
通過了解不同技術(shù)，您可以更好地針對身邊的工作選擇適宜工具。
趨勢跟蹤技術(shù)
您可以在幾小時或幾天時間內(nèi)，對電能質(zhì)量參數(shù)的趨勢進行跟蹤。電能記錄儀可以測量電壓、電流或功率等參數(shù)，并將隨著時間將它們記錄下來。趨勢記錄對于跟蹤正常電源狀況、微小變化和異常狀況十分有用，但捕獲快速事件的能力有限。
 在電力進線處連接一臺電能記錄儀，以進行為期 30 天的負載研究。 |
燃儀器廠商提供了一些創(chuàng)建性方法，它們可以在幾個星期甚至幾個月時間內(nèi)進行記錄，同時顯示快速發(fā)生的事件。
固定事件間隔記錄
這是最簡單的數(shù)字記錄形式。設(shè)置時，您需要選擇兩次讀數(shù)之間的時間間隔，通常以秒或分鐘為單位。儀器對每個時間間隔內(nèi)的 rms 值計算出一個平均值，并將它保存在存儲器中。這種技術(shù)對于跟蹤時間長于記錄間隔的變化十分有用。不幸的是，雖然非常短的測量時間間隔將會捕獲到快速事件，但也將迅速占用存儲空間。因此，即使固定事件間隔記錄很容易設(shè)置，它也無法用于在幾小時或幾天之內(nèi)捕獲快速事件。
最小值/最大值/平均值記錄
這種技術(shù)與固定時間間隔記錄類似，因為它使用一個預(yù)設(shè)時間間隔。但儀器不是在每個時間間隔僅獲取一個讀數(shù)，而是在每個時間間隔獲取多個高速測量值。儀器內(nèi)的處理器對測量值進行處理，并針對每個時間間隔記錄三個數(shù)值：最小值、最大值和平均值。最小值和最大值指示出最差情況下的短時事件，在某些儀器中，事件的時間可短至一個電源周期。平均值跟蹤的是總趨勢。這些儀器通常在相同的圖中繪制出最小值、平均值和最大值。
事件記錄
電壓突降、驟升、中斷和瞬變都屬于電壓事件。電能質(zhì)量事件由發(fā)生的時間和日期、嚴(yán)重性以及持續(xù)時間來表征。用戶定義閾值或觸發(fā)值決定了什么情況可以稱為一個事件。事件記錄對于確保您的電壓保持在誤差范圍內(nèi)（比如 ±10 %）來說非常有用。數(shù)據(jù)通常以列表的形式表示，因此便于看到電源系統(tǒng)中的所有異常情況。
一個事件是否會引起問題取決于它的嚴(yán)重性和持續(xù)時間。例如，持續(xù) 5 秒的一個 20% 電壓突降與持續(xù) 1 個電源周期的 20% 電壓突降相比，更可能會引起問題。因此，有時要將事件數(shù)據(jù)與提供了嚴(yán)重性和持續(xù)時間限值的標(biāo)準(zhǔn)容差曲線（如 CBEMA 曲線）進行比較。指定多個限值可能會使事件記錄難于設(shè)置。如果您設(shè)置的容差過于緊密，您就會捕獲到大量事件；如果您設(shè)置的容差過于寬松，則可能看不到任何事件。
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 圖 2. 此事件表列出了彼此在數(shù)秒鐘內(nèi)所捕捉到的多重小電壓降。 |
瞬變波形捕獲
這種技術(shù)可記錄電壓或電流的實際正弦波形，可使您看到短于一個電源周期的任何事件。捕獲由一個觸發(fā)來起始，它使用了一個高速數(shù)字轉(zhuǎn)換器。各種觸發(fā)都可以啟動捕獲，但多數(shù)儀器使用了一種"包絡(luò)觸發(fā)器"。包絡(luò)觸發(fā)器可找到與一個純正弦波的偏差。它基于一個用戶定義的容差范圍，在正弦電壓波形周圍構(gòu)建一個包絡(luò)。如果波形落在包絡(luò)的外面，則儀器就會捕獲和存儲數(shù)據(jù)。一些儀器（如 Fluke 430 系列）還可基于有效值事件或電流上升等其他標(biāo)準(zhǔn)來獲取波形。
 圖 3 包絡(luò)觸發(fā)示例 |
全面揭示記錄
通過這種技術(shù)，可同時進行將最小值/最大值/平均值記錄以及瞬變和事件捕獲。這樣，您不必決定是尋找電壓突降還是瞬變 - 您可同時捕獲這兩種事件。這些儀器可自動確定事件閾值，并隨時對閾值進行調(diào)節(jié)。這樣就消除了設(shè)置事件閾值時的困難。在幾天、幾個星期或幾個月時間內(nèi)進行全面調(diào)查時，全面揭示記錄技術(shù)非常有用。
 記錄中的檢查數(shù)據(jù) |
記錄應(yīng)用
在幾種一般情況下，需要對電能質(zhì)量進行記錄。本節(jié)介紹了最常見應(yīng)用。
通過長期分析進行故障排查
對間歇性故障進行排查非常具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)一臺設(shè)備出現(xiàn)故障或莫名其妙地發(fā)生復(fù)位時，人們常常只是將設(shè)備更換或?qū)嗦菲鲝?fù)位，以期獲得最佳結(jié)果。對于停產(chǎn)會帶來很高成本的設(shè)備，重復(fù)發(fā)生故障的風(fēng)險極大，無法依賴于快速修復(fù)來解決問題。在設(shè)備重新運轉(zhuǎn)之后對電源進行監(jiān)視，可減少重復(fù)故障的發(fā)生，并在再次發(fā)生故障時，排除電源問題。
您要做的第一個決定將時在哪里連接監(jiān)視儀或分析儀。一般來說，您應(yīng)該首先將記錄儀布置在"受影響的負載"（出現(xiàn)問題的設(shè)備）附近的位置。這樣，監(jiān)視儀就可以觀察到負載所經(jīng)歷的情況。如果您具備多個工具，就可以使用它們在電力系統(tǒng)的不同點上進行記錄。
記錄之前，先進行一些定點測量，以便回答一些基本問題。電壓大小正確嗎？電壓波形是清潔正弦波，還是帶有噪聲或存在失真？如果受影響的設(shè)備是一個三相負載，那么各相之間平衡嗎？正在由負載吸收的電流是否過高？
下一個問題是：我應(yīng)該記錄什么？除非您很幸運地擁有一臺功能全面的電能分析儀，否則您或許不得不決定是先跟蹤趨勢還是先捕獲瞬變。趨勢跟蹤可發(fā)現(xiàn)更多問題，因此首先要嘗試進行趨勢跟蹤（使用固定時間間隔記錄或最小值/最大值/平均值記錄）。在所有相關(guān)的相上記錄有效值電壓是最基本的方法。通過這種記錄，可以確定電源是否存在電壓突降或中斷，這兩種情況可能會引起負載運行中斷或發(fā)生復(fù)位。
對電壓進行記錄還會發(fā)現(xiàn)可引起過熱的電壓驟升或三相不平衡。
電流趨勢記錄也可幫助進行故障排查。負載吸入過大電流會引起過熱。如果電壓穩(wěn)定、清潔而平衡，則高電流表明負載本身存在問題。通過對電壓和電流讀數(shù)進行比較，您可以判斷出電壓下降是由受影響負載吸入的過高電流所引起，還是由上游的其他負載所引起。
電壓失真也可能會引起過熱，可能時應(yīng)該對它進行記錄。跟蹤電壓失真的最基本方法是記錄總諧波失真 (THD)。一些分析儀還可以跟蹤各次諧波，從而幫助確定 THD 比較高的原因。
如果受影響的負載存在電弧放電或輸入電路燒斷的情況，則原因可能是瞬變，但也不能過快地下此結(jié)論。在進行了一些基本趨勢記錄之后，或者有跡象強烈表明發(fā)生了瞬變損壞，就需要進行瞬變捕獲，并查看波形。
服務(wù)質(zhì)量
在某些情況下，電力公司同意提供符合預(yù)定技術(shù)規(guī)格的電力。技術(shù)規(guī)格可以在合同中列明，或者采取遵守某項標(biāo)準(zhǔn)（如 EN50160）的形式。在這些協(xié)議中，可以規(guī)定記錄技術(shù)的細節(jié)、容差范圍和記錄持續(xù)時間。例如，標(biāo)準(zhǔn) EN50160 中規(guī)定了適用于 1 星期記錄的容差，而參考標(biāo)準(zhǔn) IEC 61000-4-30 規(guī)定了測量和記錄技術(shù)。如果您認為電力公司所提供的電能不符合達成協(xié)議的技術(shù)規(guī)格，就要對此進行測試。
負載研究、電能質(zhì)量研究和調(diào)試
這些類型記錄一般用于在安裝或運行設(shè)備之前，對電能質(zhì)量進行評估。負載研究用于在添加更多負載之前，確定系統(tǒng)中的現(xiàn)有負載。當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)機構(gòu)和當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)可能要求進行這種研究，或者，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了所需的測量、時間間隔或持續(xù)時間。
例如，美國國家電氣規(guī)范規(guī)定，電流或功率測量要在 30 天時間內(nèi)，以平均 15 分鐘的時間間隔進行。除了滿足有關(guān)機構(gòu)的規(guī)定外，在進行大的系統(tǒng)改動之前進行記錄還有助于以后進行的系統(tǒng)調(diào)試。電能質(zhì)量研究和調(diào)試研究嘗試回答以下問題："這個系統(tǒng)的狀況正常嗎？"。在這些應(yīng)用中所采取的策略是進行廣泛測量，并記錄下盡可能多的數(shù)據(jù)。理想情況下，我們需要對電壓、電流和功率趨勢以及瞬變等事件進行記錄。
在按下 RECORD 按鈕之前
- 不要匆忙開始記錄。先要通過對電壓高低、電壓波形/失真、電流、不平衡等進行定點測量，收集盡可能多的信息。這些信息可引導(dǎo)您發(fā)現(xiàn)問題，或者幫助您決定下一步所要做的事情。
- 請對連接進行檢查。如果儀器具有相量圖或濾波器顯示，則通過它來驗證連接是否正確。
- 借用一句老化：三思而后行。如果您正在記錄趨勢，則核查一下記錄時間間隔。如果您正在進行事件或瞬變捕獲，則核查一下限值。
- 在將監(jiān)視儀留在現(xiàn)場進行長期記錄以前，先進行一個小時左右的短時間記錄。這將幫助您發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)置中的問題，并可能有幸發(fā)現(xiàn)正在尋找的情況！