Основная масса электрического и электронного оборудования предусматривает работу от источника питания с определенными характеристиками, которые определяют минимальные и максимальные границы для среднеквадратического напряжения и частоты.
Пользователь в свою очередь надеется, что питание будет всегда непрерывным и в пределах погрешности. Поставщик этого не гарантирует, а при демократичной цене этого достичь практически невозможно.
Качество электропитания невозможно оценить заранее, т.к. оно проходит через несколько трансформаторов, много километров линий электропередач и смешивается с выходными параметрами других генераторов.
Понятие «хорошее качество электроэнергии» может быть использовано для описания постоянно поступающего электропитания в пределах допустимого отклонения напряжения и частоты и чистой синусоидальной волны.
«Плохое качество электроэнергии» описывает питание, которое отклоняется от норм, играет ли отклонение важную роль, зависит от цели установки, конструкции оборудования и установки.
Самые важные причины плохого качества электроэнергии подразделяются на две категории, описанные ниже.
Четких границ между этими двумя категориями нет, т.к. помехи, вызванные с оборудованием на одной площадке, могут стать причиной поломки или повреждения оборудования на другой площадке. Например, сильная нагрузка от дуговых печей на производстве или в небольшом хозяйстве может вызвать при включении провал напряжения у нескольких соседних пользователей.
Результатом может быть полное отключение компьютерной сети, вызывающее более масштабный сбой, чем ожидает пользователь.
1. Проблемы качества энергосистемы
Обрыв электропитания
Полное отключение электропитания длительностью более минуты, вызванное выработкой или распределением электроэнергии, поломкой на подстанции, обрывом линии электропередач или распределением нагрузки в процессе перегрузки системы. Последствием является полное отключение подстанции.
Примеры обрывов электропитания
Временное прерывание
Отключение электропитания длительностью менее минуты, обычно вызванное устройством автоматического повторного включения, возобновляющим электропитание после временных прерываний. Компьютеры и оборудование связи отключаются, а при этом происходит потеря данных. Перезапуск может занять несколько минут, а восстановление данных может занять больше времени.
Переходные процессы
Резкие скачкообразные всплески напряжения, наложенные на напряжение электропитания. Могут быть вызваны несколькими факторами, включая остаточные явления от ударов молнии, от включения конденсаторов для компенсации реактивной мощности, а также включения индуктивной нагрузки.
Осциллограмма импульса напряжения
Недостаточное напряжение или перенапряжение
Долговременное резкое превышение расчетных параметров, вызванное поломкой переключателей ответвлений. При преднамеренном снижении напряжения для уменьшения нагрузки может стать причиной нестабильной работы оборудования, в том числе перезагрузки компьютеров, выхода из строя электромагнитных клапанов и перегревов двигателей с беличьей клеткой. Перенапряжение может стать причиной постоянного повреждения различного электрического и электронного оборудования.
Провалы или скачки напряжения
Кратковременные колебания напряжения, выходящие за рамки норм и вызванные включением или выключением мощных нагрузок, например больших моторов. В экстремальных условиях провалы напряжения могут стать причиной отключения оборудования, а скачки напряжения причиной поломок.
Асимметрия напряжения
Асимметрия фазного напряжения трехфазного электропитания по причине дифференциальной нагрузки фаз, что влет за собой появление циркулирующего ток (и перегрев) трансформаторов, а также пониженную эффективность работы трехфазных моторов.
Мерцания
Периодические колебания электропитания, вызванные изменениями циклической нагрузки, например, от работы системы приводов с переключающимися циклами. Результатом становится мерцание освещения
Гармонические колебания
Изменение напряжения, вызванное нелинейными нагрузками. Результатом становится перегрев из-за повышенного завихрения и гистерезисной потери в трансформаторах, перегрев и уменьшенный крутящий момент в моторах, а также перегрев в нулевых проводах и конденсаторах для компенсации реактивной мощности.
Искаженный сигнал, изображенный в виде ряда Фурье
Некоторые из дефектов, такие как прерывания и мерцания, пользователь замечает сразу, в то время как другие проявляются своим воздействием на оборудование и подстанции. Устойчивость оборудования к сбоям можно повысить несколькими способами.
Хотя данные проблемы и классифицируются как проблемы электропитания, причиной могут служить проблемы на площадке пользователя.
2. Установка и проблемы, связанные с нагрузкой
Существуют три основные проблемы с установками:
- Гармонические токи
- Токи утечки на землю
- Провалы и скачки напряжения
Гармонические токи
Гармонические токи возникают из-за растущего преобладания используемых нелинейных нагрузок и вызывают проблемы в проводке, трансформаторах и моторах. Использование гармонических токов из сети электропитания налагает искажение на форму кривой напряжения, что при отсутствии проверки может стать причиной проблем для других пользователей электросети. Таким образом, устанавливаются рамки для дозволенной амплитуды основных гармоник.
Токи утечки на землю
Токи утечки на землю возникают из-за самого современного электронного оборудования.
Для отдельных единиц ток достаточно мал, часто менее 3.5мА, но что касается, например компьютеров, ток может быть достаточно большим. В дополнение ко всему существует значительный высокочастотный компонент в токе утечки, появляющийся в результате фильтрации переходных процессов в энергоблоках.
Основные системы заземления были созданы для функционирования в качестве защитного заземления (т.е. для обеспечения низко-импедансного тракта для тока короткого замыкания, для обеспечения защиты от перегрузки по току), а не для того чтобы справляться с постоянными токами утечки, особенно при высокой частоте. Высокая чувствительность к шумам от современных компьютеров и оборудования систем связи наложила дополнительные требования на систему заземления.
Провалы и скачки напряжения
Основные дефекты от отклонений напряжения приписываются к проблемам с электропитанием, но это не всегда является причиной.
Переключение тяжелых нагрузок, таких как большие моторы и дуговые печи, становятся причиной провалов напряжения и если нагрузка является индуктивной, то и переходных электрических перенапряжений. Провалы могут длиться несколько секунд, пока оборудование набирает скорость, становясь источником проблем для чувствительного к напряжению оборудования. Такие переходные перенапряжения могут вызывать поломку электронного оборудования, а посредством индуктивной связи с линией передачи данных и ошибки в обработке данных на компьютерах и системах связи.
В обстоятельствах, когда используются конденсаторы компенсации реактивной мощности, может возникнуть резонанс с индуктивным сопротивлением электропитания, что приводит к поломке конденсаторов.
Практические решения включают в себя отделение одной энергосистемы от другой и использование проводов с хорошей площадью поперечного сечений.
Определенные решения могут оказаться полезными когда источник проблемы не находится под контролем клиента.
В любом случае, использование превентивных мер на практике является наилучшим выбором.
