吴仲铉
鉴衡巍德谊（广东）检测认证有限公司 广东中山 528445
摘要：电器产品在一定的电压和频率下进行测试，产品测试数据的准确性与电源特性密切相关。然而，随着电子技术的广泛应用，大量非线性阻抗的电气及电子设备会对电网造成污染，因此，为了保证检测结果的可靠性及真实性，实验室应定期核查电源。基于此，本文重点论述了电气检测实验室电源特性核查方法。
关键词：电气检测；实验室；电源特性；核查方法
在对电气产品进行试验时，其试验结果与供电电源特性有关，如温度、电源频率、谐波畸变等因素对电热部件的影响。为了保证实验室测试结果的可靠性及一致性，国际电工委员会(IECEE)专门制定了《实验室电源特性测量程序》(IECE OD-5010:2015)，规定了电气试验实验室电源特性验证的基本要求及核查程序。电源核查仅限于实验室试验对象的专供电源，不包括实验室的通用配电，如设备、空调、照明等供电电源。
一、电气检测概述
根据相关标准与技术规范，电气检测用于检测高低压配电系统、电力配电系统、照明配电系统、防雷接地系统、有线电视系统、设备监控系统、安防系统、火灾自动报警系统，消防联动系统、综合布线系统等，以此保证用电安全及电气的安全运行。
二、实验室试验电源系统对实验结果的影响因素
当前，我国电能质量指标包括电压波动/电压偏差、频率偏差、谐波畸变和三相不平衡等；一般电源存在以下情况：电压波动、电压偏差、电压跌落、谐波畸变等。一般来说，交流电源频率波动可忽略不计。
电压波动是指电源在近似恒定负载条件下的电压波动，也是公共连接点电压在短期内的突变，而且与额定电压值存在显著偏差。电压波动也称为快速电压波动或动态电压波动。对于实验室，根据GB/T9093《测量用稳压电源装置》规定，可采用开关电源解决电压波动问题，并将电压波动控制在规定范围内±1%。电压偏差对实验室测试设备、结果、样品的使用寿命和性能有很大影响。按GB/T12325《供电质量电压偏差》中的规定，电压偏差为：20kV及以下三相供电电压偏差为额定电压的±7％；220V单项供电电压偏差为额定电压的±7%和-10%。
电压跌落是电源施加负载后的电压降，引起空载(轻载)输出电压高于重载输出电压，这主要是由于电源内阻和线阻抗造成的。这种输出特性对恒载试验影响不大，操作人员可通过提高输出电压来补偿，但对连续可变负载试验影响明显。为了降低或减小电压跌落影响，必须降低线路损耗，并保证电源容量，降低电源内阻，并安装动态电压恢复器、静止补偿器和超导储能系统等抗电压跌落装置。
谐波畸变是周期电气量的正弦波分量，其频率是基频频率的整数倍，它也被称为高次谐波。电力系统的主要谐波源是各种非线性负荷用户。谐波影响为：电机谐波过电压容易产生，因每一次谐波都会产生不同方向、不同速度的旋转磁动势，影响电机的输出特性，损坏电机，引起变压器局部或附件发热，增加噪音；因输出电缆分布电容会放大谐波，增加谐波电压，容易增加电缆的局部放电、介质损耗及温升，致使电缆出现故障；谐波使某些断路器的磁吹线圈不能正常工作，不能阻断波形畸变超过一定限值的故障电流；同时，谐波易损坏电容器等电气设备。根据GB/T14549标准，通常电网谐波畸变率应小于5%。抑制谐波畸变方法有增大电源容量、采用无源或有源滤波器、采用带有源滤波器开关电源等，从而减少对实验结果的影响。
三、电源核查方法
1、试验地点。配电系统在电气实验室试验时，采用以下方法：中央变频电源+支路通过调压变压器的可调电压输出与各试验工位相连；试验工位设有变频电源，直接向样品供电；电源校准位置应为离变频中央电源最远、布线最长的试验工位。
2、核查仪器。
根据IEC OD-5010:2015要求，在实验室中，通过核查仪对试验工位电源在空载和负载条件下的电压范围、最大和最小电压频率、总谐波失真(THD)进行监测，并记录其参数。实验室通过WT210数字测功机与计算机相连，数据分析软件WTViewer实时记录三个参数的读数，并在一定时间内获得最大、最小值。测试工位应使用电阻负载以达到额定输出电流，实验室的具体工作方法是：采用专用电阻负载柜；其他负载也可用作替代，但负载功率因数应达到或接近1.0。
3、核查步骤和记录。根据IEC 6003规定的标准电压，将电源电压设置为常用测试电压，如120V、230V。在相应的设定电压下，测试空载和负载条件下1h的电压、频率、总谐波失真。负荷试验时，若负荷两端电压下降是线路压降引起的，可在试验工位手动调整调压变压器，以使负荷两端电压恢复到设定电压。在空载和负载试验期间，应实时监测电源特性参数。此外，电源核查记录表参见IEEE OD-5010:2015附录A。
四、核查结果
IECEE OD-5010:2015对实验室电源特性要求为：电压稳定度在±3%以内，频率稳定度在±2%以内，总谐波畸变小于或等于5%，试验标准另有规定的除外。
将各设定电压对应的试验结果与上述要求进行比较，若所有测试结果都符合规定要求，说明实验室供电系统就可正常工作。否则，应降低负载电流或检查变频电源，之后重新进行试验，直到试验结果达到要求为止。
经核查可知，实验室采用经校准合格的变频电源供电，通常均能满足上述要求。IECEE OD-5010:2015还规定，当用调压器手动调整线路电压降引起的供电电压时，调压范围也应在电压设定值的±3%范围内，否则试验工位应注明只能测试连续工作负荷。因大电流负载会产生大的电压降，调整后的电压范围一般会大于±3%，所以测试工位的“中心变频电源+分支接线”结构只能测试连续负载。对于非连续性大功率负载(如一些短时工作厨房机械)，可在测试过程中使用桌式变频电源直接供电，以避免线路电阻引起的输入电压过大下降，从而影响测试结果。
五、核查注意事项
首先，实验室完成电源核查后，应保存核查记录与实验室配电图，并在每个测试工位的电源输出端口上标记适用的最大输出电压/电流及测试样品的工作状态类型，如：240V/15A，仅用于连续负载。其次，在核查电源时，所用测量设备的精度应符合IECE OD-5014:2019要求，并经验证合格。再次，在过负荷试验中，因线路承载的电流量很大，所以必须保证线路的布线、电压调节器及连接器(插座或排插)具有足够的电流容量，以避免火灾和其他安全隐患。最后，在实验室接受各种认证过程中，电源核查也一直是评审方关注的焦点。在重新安装、调试或修理电源后，必须重新测试电源稳定性。为确保电源特性持续满足要求，有必要定期检查电源情况，可每年检查一次。
六、实验室电源系统的控制方法
实验室一旦确定了自己的电源要求，实验室内所有可能的供电端口输出特性应按既定要求进行控制。先根据实验室电源电路图，对关键控制电源输出端口进行分析，然后对每个关键输出端口进行测试和记录。若有端口不符合要求，要立即整改并重新测试，直到所有输出端口符合要求。
电压波动与总谐波畸变主要取决于电源的输出特性，与输出线路无关，连续带负荷运行一段时间后，通过电压传感器及数据记录设备记录数据，以此判断电源输出电压的稳定性。总谐波分量测量应在电源正常使用时进行，引入各种仪器干扰，谐波分析仪用于测量电源电压总谐波畸变与各谐波分量。提高电源容量及采用高性能开关电源是降低电压波动与谐波畸变的主要途径，电压补偿系统及有源滤波器也很有帮助。电压跌落不但关系到电源的输出特性，而且对输电线路的质量有很大影响。测试方法主要用于测量每个电源输出端口的空载、负载电压，负载大小由输出端口容量的上限或可用于测试的最大负载决定。当电压跌落超过标准值时，主要改进方法是增大线路直径、优化线路拓扑、增加线路调压器容量等。
参考文献：
[1]朱凌.电气检测实验室电源系统的控制与要求[J].电子质量，2015(07).
[2]唐中奎.关于实验室试验电源系统的技术控制与管理要求[J].现代测量与实验室管理，2015(03).
[3]王杰.电气检测实验室电源特性核查方法[J].安全与电磁兼容,2019(05).