如何分析電力品質?

電力品質管理得當可協助您節省費用。本指南將說明如何解讀功率因數、電壓 (RMS) 及總諧波失真 (THD)。

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Written by Thomas Chung
一週前已更新

電力品質是指輸電網路供應乾淨且穩定電源的能力,以及電子設備消耗能源的能力。良好的電力品質泛指具有平滑正弦波形,且電壓與頻率維持在固定容許範圍內的穩定電源。反之,不良的電力品質將對您的事業造成負面影響,進而導致:

  • 機械故障

  • 電子設備過熱

  • 維護費用過高

  • 停電

那麼,要如何分辨電力品質好壞呢?

綠銅科技的電力品質儀表板會測量並追蹤功率因數、電壓及總諧波失真 (THD),這些數值都是電力品質的主要指標。請接著閱讀,以了解這些指標的意義及本公司的分析結果如何在問題發生時提醒您。

總功率因數

圖 1
快速瀏覽您建築的總功率因數、最大電壓及最大總諧波失真可使您對建築的營運一目瞭然。本視圖位於綠銅科技電力品質儀錶板的最上方。

功率因數

功率因數 (PF) 為一負載所消耗的有效功率與其視在功率的比值,如圖 2 功率三角形圖所示。三角形圖中僅有實際功率(或有效功率)會實際作用,無功功率則無實際作用。換句話說,無功功率過高將對系統造成過多無用功率,導致功率因數降低。

功率三角形圖

圖 2
功率三角形圖說明視在功率 = 有效功率 + 無功功率。

功率因數低表示運作效率低,這會提高設備負載並提高耗電量。功率因數低也表示無功功率較高,而這一般也表示電壓較高。此時,設備性能會降低,且費用會升高。因此,高功率因數為一般所追求的,而功率因數 1.0(或 100%)為大部分案例中最理想的數值,亦即視在功率等於實功率。儘管如此,電機、變壓器及照明安定器等部分裝置會產生無功功率,功率因數預期就會較高。

電費雖然一般是只以實功率計費,但無功功率過高時,許多公營事業還是會在發票中增加附加費用來負擔相關費用,或是給予折扣作為提升功率因數的優惠。

公營事業會用許多不同方法來計算您的功率因數,但一般會是調整費用或利率、高於或低於門檻的總千瓦時數及計算的功率因數百分比($ * kWh * PF)等因素的組合。舉例來說,某家加州的公營事業要求最低功率因數為 85%,低於此數值每 kWh 將會加收一定的附加費用。使用綠銅科技後,您可知道何時總功率因數過低,並找出發生問題的設備以避免供電業者向您加收費用,幫助您節省電費。您甚至可以將每月省下的費用存起來!

功率因數儀表板

圖 3
功率因數儀表板會顯示各電路功率因數的排名及其對整體功率因數之貢獻度。本範例中,房產團隊應優先考量配電箱 H,因其功率因數範圍為 68% 至 80%。經過調查後,或許能發現未察覺的問題、改進整體功率因數,甚至換取功率因數的調整折扣。

您有許多方法可以改進功率因數,而且許多公營事業都會給予折扣優惠!

  • 調整電機規模

  • 增添變頻器

  • 安裝功率因數修正電容器

  • 調整升壓、降壓變壓器規模

  • 更換照明安定器

電壓

電力供應商的電壓對於電力品質影響甚深。理想狀態下,您會希望取得固定範圍內的穩定供電電壓。電壓高於標稱電壓時,可能降低設備性能並使其使用壽命縮短,而電壓低於標稱電壓時,則可能造成暫時低壓而降低生產力。

儀錶板上最大電壓應維持在標稱電壓的 ±5% 之間(北美為 120V 或 277V)。

下圖中電壓儀錶板顯示一天中每小時的電壓。不穩定的供電可能代表發生問題。電壓「波谷」或降至標稱電壓以下可能意味負載過重或變壓器規模過小。請確保您的變壓器輸出額不低於電路需求。電壓「波尖」「波峰」代表電壓驟升,這可能意味高電感性負載遭關閉。每日出現、經常出現或可預測出現的波谷可能意味著電源供應方面出現問題。

電壓儀表板

圖 4
電壓儀錶板會顯示每日及每小時電壓的差異。電壓正常情況下應為穩定,且不應出現波谷或波峰。

由於交流電壓為 0 上下的正弦波,其平均值趨近於 0。因此,我們改以電壓的方均根計算每相電壓的有效值。

RMS 電壓

圖 5
各曲線所代表的電壓均方根三相應維持平衡。各相均應為同模式,且最高及最低電壓的差不得大於最低相電壓的 4%。

總諧波失真

總諧波失真 (THD) 係指電波偏離其基本正弦形式的程度。電機、電晶體及變頻器等非線型負載可能產生不完全正弦之電流而產生干擾並使電壓波形失真。不必要的失真會導致電機過熱、核心損耗及耗電增加。對於製造及研究機構而言,電源發生干擾尤其具有破壞性,因為設備的校準對其性能準確性至關重要。這些機構必須獲得乾淨電力以提高設備效率。

諧波失真範例

圖 6
波形因非線性負載的諧波干擾而產生諧波失真。

理想上,失真的情況越少越好。儀錶板上方最大總諧波失真 (THD) 若大於 0.03,則至少一個層級中存在著問題。若您發現整棟建築受到影響,即可能意味電源供應商電力品質不佳。若問題出在配電箱層級,則可能意味負載不平衡、變壓器不良或甚至是設備故障。電源供應及需求的驟變可能造成諧波的失真,也常能追溯至變頻器或其他電機速度控制器等電子設備上。

使用綠銅科技系統後,您將可立即得知建築電力品質以採取預防措施避免設備損壞,並節省電費。

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