Глоссарий проблем качества электроэнергии

Существует множество типов проблем с качеством электроэнергии и проблем с питанием, каждая из которых может иметь различные причины. Еще больше усугубляет ситуацию то, что слишком часто различные проблемы с качеством электроэнергии могут возникать одновременно, взаимозаменяемо или случайным образом. Ниже приведен краткий обзор типичных проблем с питанием.

Воспользуйтесь ссылками ниже, чтобы перейти к интересующей теме

Блэкаут

Когда напряжение падает ниже 10% от его номинального значения, это называется прерыванием или отключением электроэнергии. Прерывания делятся на три категории: мгновенные (длительностью от 30 циклов до 3 секунд), временные (длительностью от 3 секунд до 1 минуты) и продолжительные (длительностью более 1 минуты).

Хотя перебои являются наиболее серьезной формой проблемы с электропитанием, вероятность их возникновения также минимальна. Провалы напряжения часто ошибочно принимают за прерывание, потому что оборудование выключается или выключается освещение, поскольку напряжение упало ниже уровня, при котором эти устройства могут работать.

Там, где просадки и пониженное напряжение обычно составляют более 92 % случаев проблем с питанием, перебои составляют менее 4 % таких проблем.

Снижение напряжения (пониженное напряжение)

Пониженное напряжение – это снижение напряжения ниже 90% от его номинального значения в течение более одной минуты. Пониженное напряжение иногда называют «отключением», хотя официально этот термин не определен. Отключение питания часто используется, когда коммунальное предприятие намеренно снижает напряжение в системе, чтобы удовлетворить высокий спрос или другие проблемы.

Симптомы пониженного напряжения могут варьироваться от отсутствия до ежедневной неисправности оборудования или преждевременного отказа оборудования. Пониженное напряжение может остаться незамеченным до тех пор, пока не будет установлено новое оборудование или электрическая система не будет изменена иным образом, а новая комбинированная нагрузка не понизит (см. Провалы) напряжение до точки, при которой симптомы станут очевидными. Помимо очевидной неисправности оборудования, хроническое пониженное напряжение может вызвать чрезмерный износ некоторых устройств, таких как двигатели, поскольку они будут перегреваться при низком напряжении.

Пониженное напряжение, как правило, является хронической проблемой, усугубляемой рядом факторов, не зависящих от конечного пользователя. Электроэнергетические компании стараются поддерживать уровень напряжения, подаваемого потребителям, на уровне ±5%. Однако такие факторы, как погода, высокий спрос и другие, могут привести к падению сетевого напряжения в диапазоне ±10%. Даже в идеальных условиях большинство клиентов заметят падение уровня сетевого напряжения в течение дня, поскольку потребление начинает расти около 8 часов утра и достигает пика около 15 или 16 часов.

Характеристики системы распределения также могут способствовать возникновению ситуаций с хронически низким напряжением. Например, потребители в конце длинной линии могут подвергаться постоянному падению напряжения из-за потерь в линии помимо колебаний сетевого напряжения.

Шум электрической линии

Шумы в электрических линиях определяются как радиочастотные помехи (RFI) и электромагнитные помехи (EMI) и вызывают нежелательные эффекты в цепях компьютерных систем. Источниками проблем являются двигатели, реле, устройства управления двигателем, широковещательные передачи, микроволновое излучение и отдаленные электрические бури. RFI, EMI и другие проблемы с частотой могут привести к блокировке оборудования, а также к ошибкам или потере данных.

Изменение частоты

Изменение частоты включает в себя изменение частоты от обычно стабильной частоты сети 50 или 60 Гц, в зависимости от вашего географического положения.

Это может быть вызвано неустойчивой работой аварийных генераторов или нестабильной частотой источников питания CVCF и VVVF. Для чувствительного оборудования результатом может быть потеря данных, сбой программы, блокировка оборудования или полное отключение.

Частота

Китайская электрическая сеть работает с частотой 50 Гц или 50 циклов в секунду. Из-за буквально «массы» электрической системы США очень маловероятно возникновение проблем с частотой. Практически все электрические устройства способны нормально работать при колебаниях частоты, значительно превышающих те, которые можно было наблюдать в Китае.

Концепция очень стабильной частоты не применяется к закрытым системам, в которых электроэнергия вырабатывается на месте. Даже у больших дизель-генераторных установок могут быть проблемы с частотой.

Гармонические искажения

Это новый тип отказа на линиях электропередач, который встречается все чаще. Они обусловлены все более широким использованием электрооборудования с нелинейным поглощением, такого как: выпрямители, преобразователи, приводы, импульсные источники питания. Эта неисправность может привести к сильным перегрузкам на линиях и трансформаторах, взрыву компенсационных конденсаторов, неправильным показаниям измерительного оборудования и, вообще говоря, к плохой работе любого электрооборудования.

Гармонический

Гармоники — это повторяющиеся искажения формы волны, которые могут быть вызваны различными устройствами, включая частотно-регулируемые приводы, нелинейные источники питания и электронные балласты. Определенные типы стабилизаторов напряжения, такие как феррорезонансные трансформаторы или трансформаторы постоянного напряжения (CVT), могут вносить значительные гармонические искажения в форму волны.

Искажение формы сигнала также может быть проблемой для источников бесперебойного питания (ИБП) и других преобразователей напряжения на базе инверторов. На самом деле ИБП не добавляет искажений, но поскольку ИБП синтезирует сигнал в цифровом виде, этот сигнал может быть прямоугольным или зубчатым, а не гладкой синусоидой.

Симптомы гармонических искажений включают перегрев и проблемы в работе оборудования.

Высокочастотные помехи

Они очень распространены и легко обнаруживаются любым, кто смотрит телевизор. Это причина эффекта «метели» и тех привередливых линий, которые иногда появляются на экране. Они вызываются искрами, образующимися в коллекторных двигателях переменного тока, «эффектом короны» на линиях высокого напряжения, запальниками световых вывесок и горелок, а также магнитными полями, излучаемыми радио- и телевизионными станциями. Нарушения в линии, также известные как высокочастотный шум, обычно не создают проблем для электромеханического оборудования, но часто вызывают повреждения электронного оборудования.

Всплески высокого напряжения

Всплески высокого напряжения возникают при внезапном скачке напряжения до 6000 вольт. Эти всплески обычно являются результатом ударов молнии поблизости, но могут быть и другие причины. Последствия для уязвимых электронных систем могут включать потерю данных и сгоревшие печатные платы.

Шум

Шум – это высокочастотное искажение формы сигнала напряжения. Шум, вызванный помехами в инженерной сети или таким оборудованием, как сварочные аппараты, распределительные устройства и передатчики, часто может остаться незамеченным.

Частые или высокие уровни шума могут привести к неисправности оборудования, перегреву и преждевременному износу.

Надрез

Засечка — это нарушение полярности, противоположной нормальной форме волны напряжения (которая вычитается из нормальной формы волны), длящееся менее половины периода. Зазубрины часто возникают из-за неисправности электронных переключателей или стабилизаторов напряжения.

Хотя обычно это не является серьезной проблемой, надрезы могут привести к неправильной работе оборудования, особенно электроники.

Падение мощности

Падение – это снижение напряжения переменного тока на заданной частоте в течение 0,5 цикла за 1 минуту. Провалы обычно вызываются системными неисправностями и часто являются результатом включения нагрузок с высокими потребляемыми пусковыми токами.

Скачок напряжения

Скачок напряжения происходит, когда напряжение превышает норму на 110% и более. Наиболее распространенной причиной является отключение тяжелого электрооборудования. В этих условиях компьютерные системы и другое высокотехнологичное оборудование могут испытывать мерцание индикаторов, отключение оборудования, ошибки или потерю памяти.

Возможные решения

1. Подавители перенапряжения

Подавление скачков напряжения при переходных процессах (TVSS) обеспечивает защиту от переходных скачков напряжения, которые могут происходить настолько быстро, что не регистрируются на обычном электрическом испытательном оборудовании.

Ограничители перенапряжений или устройства защиты от перенапряжений являются наиболее простой формой защиты электропитания. Ограничитель перенапряжения часто используется для защиты важного, но менее критического или чувствительного оборудования. Он также используется в качестве дополнения к более комплексным решениям по защите электропитания. Это пассивные электронные устройства, которые защищают от переходных напряжений высокого уровня.

Переходные процессы часто являются причиной «необъяснимых» проблем с оборудованием, зависаний компьютеров, потери данных и других «гремлинов» внутри объекта. Ограничители скачков напряжения могут быть встроены в регуляторы напряжения, стабилизаторы напряжения и ИБП для дополнительной защиты.

В зависимости от задействованных компонентов ограничители перенапряжения обеспечивают ограниченную защиту от скачков напряжения. В случае частых всплесков высокого напряжения хорошим выбором будет высококачественный ограничитель перенапряжения. Когда крупное оборудование, такое как двигатели переменного тока, включается и выключается, они создают большие и быстрые изменения напряжения (переходные процессы переключения). Однако низкочастотные выбросы (медленные изменения на частоте 400 Гц или меньше) могут быть слишком велики для ограничителя перенапряжения, пытающегося зафиксировать этот выброс.

2. Кондиционер питания

Что такое регулятор напряжения?

Многие предприятия требуют регулирования напряжения, а не резервного питания от батарей. В тех случаях, когда резервное питание не требуется, стабилизатор напряжения может обеспечить превосходную защиту с гораздо более высоким электрическим КПД, чем ИБП.

Регулятор напряжения также может обозначаться этикетками «стабилизатор напряжения», «сетевой кондиционер», «стабилизатор напряжения» и т. д. Независимо от используемого термина, все эти устройства по существу одинаковы в том, что они обеспечивают регулирование напряжения и одно или несколько дополнительные функции, связанные с качеством электроэнергии.

Регулятор напряжения может исправить и/или обеспечить защиту от проблем с питанием, таких как:
> Повышенное/пониженное напряжение
> Колебания напряжения
> Провалы и провалы
> Линейный шум и вздутия
> Дисбаланс фаз
> Короткое замыкание
> Отключения и скачки напряжения

Проблемы с качеством электроэнергии могут возникнуть где угодно и когда угодно. Доказательства этих проблем могут быть столь же очевидными, как электрические компоненты, которые повреждены или выходят из строя преждевременно, или столь же малозаметными, как оборудование, которое случайно выходит из строя. Но реальная проблема с плохой мощностью - это стоимость поврежденного оборудования, потери производительности, брака, срыва графиков и т. д.

Применение регулятора напряжения

Power Solutions предлагает регуляторы напряжения промышленного класса, разработанные для обеспечения максимальной надежности в самых сложных условиях, включая:
> Производство и обработка
> Промышленная автоматизация и добыча полезных ископаемых
> Фармацевтическая и нефтехимическая
> Пищевая промышленность и радиовещание
> Производство и передача электроэнергии
> Школы, офисы и лаборатории
> Печать, Целлюлозно-бумажная промышленность
> Медицинская визуализация и лечение онкологии

3. Источники бесперебойного питания

Существует три основных типа ИБП: резервный (или автономный), линейно-интерактивный и с двойным преобразованием (или онлайн).

Режим ожидания (офлайн)

Резервный ИБП состоит из базовой схемы преобразования батареи/мощности и переключателя, обнаруживающего перебои в электроснабжении. Защищаемое оборудование обычно напрямую подключается к основному источнику питания CVCF и VVVF, и защита по питанию доступна только тогда, когда напряжение в сети падает до точки, вызывающей отключение. Некоторые автономные ИБП включают схемы защиты от перенапряжения для повышения уровня защиты, которую они предлагают.

В случае скачков напряжения резервный ИБП передает скачок напряжения в защищаемую систему до тех пор, пока оно не достигнет заданного уровня, обычно около 115 % от входного напряжения. При достижении предельного значения перенапряжения устройство переходит на питание от батареи. Хотя они обеспечивают достаточно хорошую защиту от пиков и переходных процессов при переключении. Однако они не защищают от провисания, шума в линии, колебаний частоты или провалов напряжения, если только батарея не подает питание в защищаемую систему.

Если ИБП вынужден часто переключаться на батарею, он может разрядить батарею, что сделает его недоступным во время отключения электроэнергии. Поскольку резервные ИБП обеспечивают лишь частичную защиту от многих распространенных проблем с питанием, они чаще всего используются для защиты одного пользователя или менее важного или чувствительного оборудования.

Интерактивная линия

ИБП Line Interactive — это гибридные устройства, обеспечивающие более высокий уровень производительности за счет добавления улучшенных функций регулирования напряжения и фильтрации в конструкцию резервного ИБП.

Как и резервные модели, линейно-интерактивные ИБП защищают от скачков напряжения, пропуская перенапряжение к оборудованию до тех пор, пока оно не достигнет заданного значения, после чего устройство переходит на питание от батареи. Они обеспечивают умеренную защиту от всплесков высокого напряжения и коммутационных переходных процессов, хотя, опять же, не с полной изоляцией.

В случае провалов напряжения линейно-интерактивный ИБП может использовать трансформатор с ответвлениями для обеспечения уровней напряжения, необходимых для поддержания выходного напряжения. По сути, устройство переключается на батарею, чтобы регулировать положение ответвлений с заданными интервалами, чтобы поддерживать выходное напряжение при падении входного напряжения. В конечном итоге он перейдет на полный рабочий день от батареи, как только входное напряжение достигнет предварительно выбранного уровня. Эта система обеспечивает достаточную защиту, если просадки мощности не меняются постоянно, что может сократить время работы от батареи. Если он часто заряжается от батареи, вы рискуете не полностью зарядить батареи для использования во время отключения электроэнергии.

При помехах в электрической сети и колебаниях частоты линейно-интерактивные ИБП работают только тогда, когда работает инвертор, а батарея является источником питания CVCF и VVVF, что может разрядить батарею в длительных нестабильных условиях, которые обычно возникают при работе генератора.

Феррорезонансный ИБП, еще одна гибридная технология, удерживает инвертор в режиме ожидания, подобно линейно-интерактивному и резервному ИБП. Защищаемая система, однако, питается от сети через феррорезонансный трансформатор. Трансформатор обеспечивает регулировку напряжения и согласование мощности для помех, таких как шум в электрической сети. Феррорезонансный трансформатор также поддерживает запас энергии, которого обычно достаточно для краткосрочного питания большинства небольших устройств или ПК, когда происходит полное отключение. Это обеспечивает питание оборудования в соответствии с большинством входных требований, пока инвертор не будет включен.

Однако феррорезонансные ИБП не очень эффективны против нестабильных колебаний частоты или внезапных изменений тока. В общем, феррорезонансные ИБП лучше всего работают с большинством некомпьютерных или критически важных технологий или с линейными нагрузками, такими как двигатели, нагреватели и освещение.

Двойное преобразование (онлайн)

ИБП с двойным преобразованием, часто называемые «Online», обеспечивают высочайший уровень защиты электропитания и являются идеальным выбором для защиты наиболее важных вычислительных и аппаратных установок вашей организации. В этой технологии используется комбинация силовой цепи с двойным преобразованием (переменный ток в постоянный/постоянный в переменный) и инвертор, который непрерывно питает нагрузку, обеспечивая как кондиционированную электрическую мощность, так и защиту от перебоев. Онлайн-ИБП обеспечивает полную защиту и изоляцию от всех типов проблем с электропитанием — скачков напряжения, скачков напряжения, переходных процессов при переключении, провалов мощности, помех в электрических сетях, колебаний частоты, отключений и отключений электроэнергии. Кроме того, они обеспечивают питание цифрового качества, которое невозможно в автономных системах. По этим причинам они обычно используются для критически важных приложений, требующих высокой производительности и доступности системы.

ИБП с двойным преобразованием может быть наиболее экономичным способом обеспечения комплексной защиты электропитания. Системы двойного преобразования обеспечивают те же преимущества, что и резервный ИБП в сочетании с сетевым кондиционером, но по цене ниже, чем при покупке двух компонентов по отдельности. Тем не менее, ИБП с двойным преобразованием также могут быть самым дорогим решением на начальном этапе, и они требуют регулярного обслуживания и контроля батарей. Аккумуляторы ИБП могут быть очень дорогими, а также чувствительны к температуре. Их нельзя размещать в суровых условиях.

Из-за дороговизны и чувствительности этих устройств они обычно используются только в том случае, если нет другой приемлемой альтернативы 100% непрерывной мощности.

Провисание (падение)

«Провисание» и британское «провал» - это названия для снижения напряжения до 10–90% от номинального напряжения в течение периода от полупериода до одной минуты.

Провалы являются причиной подавляющего большинства проблем с питанием, с которыми сталкиваются конечные пользователи. Они могут быть созданы как внутри, так и снаружи на объекте конечных пользователей.

Внешние причины провисания в первую очередь исходят от коммунальной сети передачи и распределения. Провалы, исходящие от коммунального предприятия, могут быть вызваны различными причинами, в том числе молнией, деятельностью животных и человека, а также нормальной и ненормальной работой коммунального оборудования. Провалы, возникающие в системе передачи или распределения, могут распространяться на сотни миль, тем самым затрагивая тысячи клиентов во время одного события.

Иногда просадки извне могут быть вызваны другими клиентами, находящимися поблизости. Пуск больших электрических нагрузок или отключение батарей шунтирующих конденсаторов может привести к достаточно большому провалу, который может повлиять на локальную область. Если конечный пользователь уже подвержен хроническому пониженному напряжению, то даже относительно небольшой провал амплитуды может иметь пагубные последствия.

Провалы, вызванные внутри объекта конечного пользователя, обычно возникают при запуске больших электрических нагрузок, таких как двигатели или магниты. Большой бросок тока, необходимый для запуска этих типов нагрузок, снижает уровень напряжения, доступный для другого оборудования, которое использует ту же электрическую систему. Как и просадки, вызванные внешними причинами, просадки, вызванные внутренними причинами, будут усиливаться из-за хронического пониженного напряжения.

Короткое замыкание

Короткое замыкание (или «короткое замыкание») обычно считается не столько проблемой качества, сколько опасным сбоем в работе или неисправностью. Короткое замыкание относится к состоянию, когда две «горячие» линии соединены напрямую (или через небольшой импеданс) или одна «горячая» линия подключена непосредственно к земле.

Короткое замыкание вызывает очень высокие токи повреждения, протекающие через проводку и все устройства между точкой короткого замыкания и входной линией электропередачи. Оставленное без внимания короткое замыкание может очень быстро привести к катастрофическому перегреву, плавлению и возгоранию проводки и приборов.

Размыкание выключателя или срабатывание защитного предохранителя являются обычными средствами защиты от повреждений, вызванных короткими замыканиями. Крайне важно, чтобы защитные выключатели и предохранители были надлежащего размера и характеристик, чтобы избежать опасности короткого замыкания.

Набухание (перенапряжение)

Всплеск противоположен просадке - увеличение напряжения выше 110% от номинального в течение полупериода до одной минуты.

Хотя вздутия возникают нечасто по сравнению с провисаниями, они могут привести к сбоям в работе оборудования и преждевременному износу.

Вздутие может быть вызвано отключением нагрузки или включением конденсатора b) .

Переходные процессы (всплеск)

Переходные процессы — это очень короткие (подциклы) события различной амплитуды. Часто называемые «скачками», переходные процессы, вероятно, чаще всего визуализируются как десятки тысяч вольт от удара молнии, который разрушает любое электрическое устройство на своем пути.

Переходные процессы могут быть вызваны работой или неисправностью оборудования или погодными явлениями, такими как молния. Даже переходные процессы с относительно низким напряжением могут привести к повреждению электрических компонентов, если они происходят с любой частотой.

Ограничитель перенапряжения промышленного класса надлежащего размера обычно обеспечивает достаточную защиту от разрушительного воздействия переходных процессов высокого напряжения.

Всплески напряжения

Это очень короткие импульсные помехи, очень опасные для более чувствительного оборудования, поскольку значения напряжения могут достигать тысяч вольт. Они вызваны не только коммутацией высоковольтных линий, подключением компенсаторов реактивной мощности, освещением и отключением нагрузок с большой реактивной мощностью, но и нагрузками ограниченной мощности, такими как фотокопировальные аппараты и кондиционеры, подключенными к одной и той же линия, питающая чувствительное оборудование. Всплески невозможно обнаружить с помощью обычного вольтметра из-за их короткой продолжительности; однако они являются одной из основных причин отказов и неисправностей.

Колебания напряжения

Так как они подвержены постоянным изменениям нагрузки, распределительные линии не могут обеспечивать абсолютно одинаковые уровни напряжения. Вот почему электрическое оборудование сконструировано таким образом, чтобы принимать сдвиги не менее ±5% от номинального значения. На самом деле, в своих договорах электроуправления предусматривают колебания до ±10%. Кроме того, этот предел часто превышается из-за «медленных колебаний» (падения напряжения, вызванного недостаточными размерами линий и/или перегрузками), «перенапряжений» (значительное увеличение значения сети, возникающее, когда предприятия резко сокращают потребление энергии), « быстрые изменения» (падения, вызванные подключением оборудования, такого как: газоразрядные лампы, штамповочные машины, электродвигатели и т. д.).