Современный цивилизованный мир во всех сферах использует разработки в области электроники: компьютеры, ноутбуки, промышленная автоматика, системы «умного дома», центры обработки данных и т.д. – всё это, в отличие от старых асинхронных электродвигателей и лампочек накаливания требует повышенного качества потребляемой электроэнергии. В то же время известно, что электросеть далеко не всегда способна обеспечить качественное электропитание. В данной статье рассматриваются термины, описывающие те или иные отклонения в электропитании от нормы.
В стандарте IEEE 1159-1995 «IEEE Recommended Practice for Monitoring Electrical Power Quality» (Рекомендации по мониторингу качества электросети) института инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) выделено несколько видов искажений сети, наиболее распространенные из которых следующие:
1.Переходные процессы.
2.Перебои.
3.Провалы напряжения/ просадки напряжения.
4.Всплески напряжения/ перенапряжения.
5.Флуктуации напряжения.
6.Вариации частоты.
Переходные процессы
Импульсные переходные процессы (электростатический разряд)
Причины возникновения:
- Гроза: как случай прямого попадания, так и разряды в небе, влияющие на электросеть посредством электромагнитного поля
- Коммутация индуктивных нагрузок
- Срабатывание защитной автоматики
- Неисправность заземления
Ход процесса:
- Импульсный переходный процесс представляет собой резкий скачок напряжения в несколько киловольт (длительность скачка составляет наносекунды, общая длительность помехи – десятки наносекунд)
Опасность:
- Электростатический разряд не наносит вреда человеку (не считая неприятного треска и искры), но «убивает» любую микросхему
Меры предупреждения и подавления:
- Поддержание влажности в помещении в диапазоне 40-60%
- Антистатическое заземление (браслеты, коврики, обувь)
- Общее заземление
- Устройства подавления всплесков:
- на основе металооксидных варисторов, подавляющих всплески любой продолжительности)
- тепловая защита
- газовые разрядники
- тиристоры
Устройства подавления всплесков – неотъемлемая часть источников бесперебойного питания (ИБП), часто их можно встретить и в блоках питания компьютеров.
Колебательные переходные процессы
Причины возникновения:
- Отключение индуктивной или емкостной нагрузки (электродвигатель или конденсаторная батарея)
Ход процесса:
- Колебательный переходный процесс представляет собой наложение затухающего колебательного процесса на синусоиду переменного тока. При этом наблюдаются частые пики и спады напряжения. Длительность искажения составляет десятки миллисекунд.
Опасность:
- Колебательный переходный процесс оказывает значительное негативное влияние на работу электронного оборудования.
- Низкочастотный колебательный переходный процесс существенно искажает синусоиду и, как правило, повышает общий уровень напряжения, что может привести к срабатыванию защиты по перенапряжению.
Меры предупреждения и подавления:
- Установка дросселей, понижающий амплитуду колебания (ими оснащены, например, частотники электродвигателей)
- Подключение батарей конденсаторов через статические выключатели, которые отключают батарею в момент прохождения синусоиды через ноль. Возникающие искажения при этом на порядок меньше, т.к. их амплитуда зависит от текущего значения напряжения в сети)
Перебой электропитания
Причины возникновения:
- Повреждение (разрыв) электросети
- Отказ электрооборудования
- Срабатывание защиты
Ход процесса:
- Полное отсутствие напряжения в сети в течение некоторого времени (от миллисекунд до нескольких суток при крупной аварии)
Опасность:
- Даже кратковременный перебой электропитания приводит к перезагрузке компьютерного оборудования с потерей несохраненных данных, рестарту электродвигателя или компрессора. При этом не исключается их повреждение.
- Перебои особенно опасны в промышленности, медицине и в области ЦОД: в промышленности есть множество безостановочных процессов, в медицине перебои могут нарушить ход операции, а в случае ЦОД – это простой бизнеса компании.
Меры предупреждения и подавления:
- Наиболее надежный способ решения проблем с перебоем напряжения – применение ИБП, одной из составляющих которых являются аккумуляторные батареи. В случае перебоя питание нагрузки мгновенно производится именно от них (длительность переключения – менее полупериода, т.е. менее 10мс).
- Проблему продолжительных перебоев решить за счет аккумуляторных батарей практически невозможно из-за больших габаритов и дороговизны такого решения. Поэтому, для критически важных процессов применяются источники гарантированного электроснабжения. Наиболее распространенные из них – дизель-генераторные установки (ДГУ).
Пониженное напряжение (провал и просадка)
Причины возникновения:
- Включение в сеть мощного потребителя (электродвигателя, компрессора и т.д.)
- Временное явление при устранении других неполадок сети
Ход процесса:
- Временное падение амплитуды напряжения. Провал от просадки отличается длительностью неполадки: при провале счет идет на периоды синусоиды (десятые доли секунды), а при просадке пониженное напряжение наблюдается не менее нескольких секунд.
Опасность:
- При серьезном снижении напряжение возможно отключение электрооборудования, перезагрузка компьютера и др.
Меры предупреждения и подавления:
- По возможности – подключение нагрузок с высоким пусковым током по выделенной линии
- Понижение пусковых явлений, например, за счет переключения конфигураций звезда/треугольник
- Применение электронных устройств таких, как инверторы (частотники)
- В случае просадок поможет использование ИБП
Повышенное напряжение (всплеск, перенапряжение)
Причины возникновения:
- Схемы заземления с высоким импедансом
- Отключение мощного потребителя
- Пробой фаз в трехфазной сети
- Неравномерность потребления электроэнергии
Ход процесса:
- Временное повышение амплитуды напряжения. Всплеск от перенапряжения отличается длительностью: всплеск, аналогично провалу, является более короткой неполадкой (десятые доли секунды), а перенапряжение, аналогично просадке, длится не менее нескольких секунд.
Опасность:
- Ошибки в данных
- Мерцание освещения
- Износ электрических контактов и изоляции
- Повреждение полупроводниковых приборов
- Повышение силы тока и, как следствие, срабатывание автоматических выключателей
Меры предупреждения и подавления:
- Лучшей защитой является использование ИБП
Флуктуации напряжения
Причины возникновения:
- Наличие в сети нагрузки с нестабильным потреблением тока
Ход процесса:
- Систематическое либо периодическое небольшое отклонение напряжения от нормы (±5%)
Опасность:
- Мерцание ламп накаливания
- Снижение срока службы чувствительного электрооборудования
Меры предупреждения и подавления:
- Отключение нагрузки с нестабильным потреблением тока
- Использование ИБП
Вариации частоты
Причины возникновения:
- Как правило, в электросети не бывает вариаций частоты. Данное явление гораздо чаще возникает при питании от резервных автономных источников питания, например, ДГУ.
Ход процесса:
- Частота питания отклоняется от стандартных 50Гц в большую или меньшую сторону.
Опасность:
- Наибольшее влияние оказывается на электродвигатели: изменение частоты вращения ротора. ИТ-оборудование практически не страдает.
- Снижение срока службы чувствительного электрооборудования
Меры предупреждения и подавления:
- Диагностика соответствующих источников питания
- Использование ИБП
Автор: Хомутский Юрий
