Что понимают под провалом напряжения

Провалы напряжения

Провалы напряжения могут привести к серьезным проблемам, например, к сбою в производственных процессах и к снижению качества. Подобные провалы возникают гораздо чаще, чем прерывания. Экономические последствия провалов напряжения часто сильно недооцениваются. Но что собой представляет провал напряжения на самом деле? Как возникает провал напряжения? Можно ли предотвратить провал напряжения или нужно попытаться ограничить возможный ущерб путем своевременного распознавания? В этой статье подробно освещаются эти вопросы.

Провалы напряжения

Провалы напряжения могут привести к серьезным проблемам, например, к сбою в производственных процессах и к снижению качества. Подобные провалы возникают гораздо чаще, чем прерывания. Экономические последствия провалов напряжения часто сильно недооцениваются. Но что собой представляет провал напряжения на самом деле? Как возникает провал напряжения? Можно ли предотвратить провал напряжения или нужно попытаться ограничить возможный ущерб путем своевременного распознавания? В этой статье подробно освещаются эти вопросы.

Что собой представляет провал напряжения?

В соответствии с европейским стандартом EN 50160 провалом напряжения считается внезапное понижение эффективных значений напряжения до значения от 90 % до 1 % от заданного, после чего следует непосредственное восстановление напряжения. Длительность провала напряжения составляет от половины периода (10 мс) до минуты.

Рис. 1 Пример провала напряжения

Если эффективное значение напряжения не опускается ниже 90 % от заданного значения, это рассматривается как нормальное рабочее состояние. Если напряжение падает ниже 1 % от заданного значения, это считается прерыванием.

Таким образом, провал напряжения не следует путать с прерыванием. Прерывание возникает, например, после срабатывания предохранителя (тип. 300 мс). Пропадание напряжения в сети распространяется в форме провала напряжения по остальной распределительной электросети.

На рисунке (рис. 2) уточняется разница между провалом, коротким прерыванием и пониженным напряжением.

Рис. 2: Разница между провалом, прерыванием и пониженным напряжением

Как возникает провал напряжения?

1.Токи включения

Одна из известных причин небольшого провала напряжения — это токи включения конденсаторов, двигателей или других устройств. На следующем рисунке можно увидеть, что при запуске двигателя сила тока на короткое время увеличивается. Падение напряжения на полных сопротивлениях Z и Z1 приводит к незначительному провалу напряжения на распределителе низкого напряжения (зона провала 1) и немного большему провалу напряжения за полным сопротивлением Z1 (зона провала 2).

Рис. 3 «Запуск» двигателей может привести к провалу напряжения

Решение проблем, вызванных подобными провалами, заключается в оптимизации установки. Включение устройств не должно приводить к возникновению критических провалов напряжения.

2. Короткие замыкания в сети низкого напряжения

При замыкании в сети низкого напряжения протекает ток короткого замыкания. Вклад тока короткого замыкания зависит от величины полных сопротивлений Z и Z3. На практике полное сопротивление Z3 больше. Размер полного сопротивления Z3 определяется, в частности, типом и длиной кабеля. Чем больше длина кабеля, тем меньше будет ток короткого замыкания.

Ток короткого замыкания вызывает падение напряжения по полному сопротивлению Z, при этом наблюдается кратковременный провал напряжения на главном распределителе низкого напряжения (зона провала 1).

При коротком замыкании должен сработать предохранитель группы 3. Если до срабатывания предохранителя проходит 100 мс, то на всей установке наблюдается сильный провал напряжения на 100 мс.

Рис. 4 Типичный пример рабочего состояния, при котором провал напряжения возникает в результате короткого замыкания в сети низкого напряжения

Хотя короткие замыкания в сети низкого напряжения встречаются, на практике им часто не уделяют внимания. Короткие замыкания в сетях среднего напряжения более критичны.

3. Короткие замыкания в сети среднего напряжения

Чаще всего провалы напряжения наблюдаются в сетях среднего напряжения. Они могут быть, в частности, вызваны следующими факторами:

На следующем рисунке (рис. 5) приведена типичная структура сети среднего напряжения. Известные трансформаторные будки / местные распределительные подстанции (зеленые точки) соединены друг с другом по кольцу и подключены к распределительной станции (синие точки). В кольце всегда имеется разрыв (см. кольцо из зеленых точек справа снизу). При возникновении короткого замыкания по цепи протекает ток короткого замыкания (красная линия). Он протекает до тех пор, пока предохранитель на распределительной станции не отключит кольцо. Это показано на левом рисунке (в кольце слева вверху).

Таким образом, во время короткого замыкания кратковременно протекает сильный ток. Из-за полных сопротивлений сети это приводит к кратковременному понижению напряжения во всей сети. Это кратковременное понижение напряжения выражается в форме «провала напряжения».

Рис. 5 Большинство провалов напряжения вызывается короткими замыканиями в сети среднего напряжения

Около 75 % провалов напряжения возникает в сети среднего напряжения. Часто они неизбежны для потребителя.

Короткие замыкания в сети высокого напряжения

Замыкания в сети высокого напряжения часто вызываются грозами или (ошибочными) включениями. Последние обычно наблюдаются на концах линий высокого напряжения.

Проблемы, связанные с провалами напряжения

Провалы напряжения могут привести к отказу компьютерных систем, ПЛК-установок, реле и преобразователей частоты. В критических процессах всего один провал напряжения может вызвать высокие затраты, особенно критичны в этом отношении непрерывные процессы.

Примером этому служат литье под давлением, экструзионные процессы, печать или обработка таких пищевых продуктов, как молоко, пиво или прохладительные напитки.

Связанные с провалом напряжения затраты складываются из:

Средняя стоимость провала напряжения сильно зависит от отрасли:

Часто процессы протекают без присутствия людей, поэтому провалы напряжения обнаруживаются не сразу. В этом случае, например, возможен незамеченный останов машины для литья под давлением. Когда останов обнаружится, уже будет нанесен ощутимый ущерб.

Клиенты получат продукцию слишком поздно, а пластмасса в машине затвердеет. В типографиях или в бумажной промышленности возможен разрыв бумаги, что может привести даже к пожару. Другой известный пример, это ущерб, нанесенный производителю шин Vredestein в результате провалов напряжения. www.rtvoost.nl

Уязвимость ИТ-установок для провалов и прерывания напряжения

Именно ИТ-установки особенно подвержены влиянию провалов и прерывания напряжения. Это означает, что все процессы, управляемые микропроцессорами, уязвимы в отношении этих сбоев, например,

На построенной Information Technology Industry Council кривой ITI-CBEMA видно, когда провал напряжения приводит к отказу ИТ-устройств, а когда пик напряжения вызывает повреждение ИТ-устройств. Хотя модель была разработана для сетей 120 В- 60 Гц, она также используется для устройств, подключенных к сетям 230 В- 50 Гц. Модель может использоваться производителями в качестве руководства при проектировании.

Рис. 6 Кривая ITI (CBEMA) показывает, когда провал напряжения приводит к отказу ИТ- оборудования

Как можно противостоять провалам напряжения? Провалы напряжения в результате токов включения можно в определенной мере ограничить за счет усовершенствования конструкции установки. Провалы напряжения в результате коротких замыканий в сети низкого напряжения возникают, как правило, крайне редко. Большинство провалов напряжения вызывается замыканиями в сети среднего напряжения. Повлиять на причины возникновения подобных провалов невозможно.

Сами провалы можно устранить с помощью следующих устройств:

Исходя из этого видно, что устранение провалов напряжения обходится недешево. Поэтому своевременное определение провалов напряжения может оказаться очень полезным. С помощью хорошего инструмента создания отчета можно определить причины и принять целенаправленные (и поэтому более экономичные) меры.

Сигналы о провале напряжения

Компания Janitza предлагает широкий ассортимент анализаторов, способных распознавать короткие прерывания и провалы напряжения. Сетевой анализатор UMG 604 непрерывно контролирует более 800 электрических характеристик. Все каналы проверяются 20 000 раз в секунду, при этом регистрируются короткие прерывания и провалы напряжения и выдаются соответствующие предупреждения. На основании этих событий может быть отправлено сообщение электронной почты или SMS. Входящий в объем поставки пакет ПО GridVis-Basic позволяет генерировать подробные отчеты.

Рис. 7 Для оповещения о провалах напряжения предусмотрен компактный сетевой анализатор UMG 604

Анализатор UMG 604, установленный на панели ввода питания, представляет собой масштабное и экономичное решение для распознавания, регистрации, сигнализации и оповещения о провалах напряжения. Измерительное устройство оснащено веб-сервером, благодаря этому без больших затрат и без использования сложного ПО можно напрямую вызывать важнейшие параметры из измерительных устройств. С помощью встроенного браузера событий провалы и прерывания напряжения можно анализировать и документировать в форме отчетов.

Рис. 8 Сетевой анализатор на панели ввода питания распознает отклонения в напряжении

Компания Janitza предлагает следующие измерительные устройства для распознавания кратковременных прерываний:

Анализ с помощью GridVis

Базовый пакет программы GridVis (GridVis-Basic) бесплатно поставляется вместе с измерительными устройствами Janitza. С помощью этого пакета, в частности, можно:

Рис. 9 С помощью GridVis можно выполнять даже масштабный анализ.

С использованием встроенного генератора отчетов можно объединять даже периодически возникающие провалы напряжения, короткие прерывания и пики напряжений с помощью кривой ITI-(CBEMA) в наглядные отчеты.

На расположенном ниже рисунке (рис. 10) видно, что возникло три провала напряжения, приведших к остановке установки.

Pис. 10 Отчет о провалах и пиках напряжения на основании кривой ITI

Провалы напряжения возникают относительно часто, они не всегда распознаются. Экономический ущерб от провалов напряжения больше, чем от прерываний. Путем дооснащения электрической инфраструктуры можно предотвратить целый ряд провалов напряжения. Использование бесперебойных источников питания или дроссельных катушек может снизить вред, нанесенный провалами напряжения. В некоторых случаях эти меры представляются слишком дорогостоящими. Первым шагом, тем не менее, всегда является распознавание и документирования провалов напряжения. Компания Janitza предлагает готовые решения, которые устойчиво и надежно осуществляют непрерывный контроль и анализ всех производственных процессов.

За счет использования современных измерительных устройств можно своевременно обнаружить и устранить проблемы, связанные с качеством напряжения. Повышение надежности подачи электроэнергии гарантировано, затраты на техобслуживание снижаются, а срок службы производственной установки увеличивается.

Источник: «ТК Профэнерджи»

Источник

Что такое провалы напряжения в сети и как с ним бороться?

Обеспечение качества электроэнергии, отвечающего нормам ГОСТ 13109-97, является основной задачей при электроснабжении потребителей. Отклонения от номинальных значений, в частности, провалы напряжения, отрицательно отражаются на работе электрооборудования и могут стать причиной серьезного материального ущерба. В данной статье мы ответим на ключевые вопросы, связанные с кратковременным понижением напряжения, рассмотрим природу этого явления и причины его проявления.

Что такое провал напряжения?

В соответствии с определением, приведенным в ГОСТ 13109-97, под данным явлением подразумевается внезапное понижение амплитуды напряжения с последующим динамическим восстановлением питания в пределах номинального значения. Пример осцилограммы падения напряжения представлен ниже.

Осцилограмма провала напряжения

Характеризующие показатели

Для описания понижения амплитуды напряжения используются следующие показатели:

∆t – длительность, данная величина определяется как разность между моментом восстановления напряжения к номинальному значению t_к и временным параметром фиксации начальной стадии отклонения t_н. Формула расчета длительности будет иметь следующий вид: ∆t = t_к — t_н

F_п – частотность повторений (частота возникновения провалов), приведем формулу, используемую для расчета этого параметра: F_п= 100% * m * (δU_п* ∆t_п) / M, где числитель дроби описывает количество отклонений, определенной глубины и длительности, произошедших в течение измеряемого периода. Знаменатель – общее количество отклонений, обнаруженных в ходе измерений.

Приведенные выше показатели используются для определения качества электроэнергии в той или иной системе электроснабжения.

Причины появления провалов

Несмотря на то, что проявления отклонения напряжения имеют случайный характер, вероятность этого события зависит от вполне определенных причин. К таковым относятся:

Рассмотрим подробно каждый из перечисленных факторов.

Токи включения

Образование токов включения, например, при старте мощных электродвигателей или другого устройства — самая распространенная причина подобных провалов. На рисунке ниже представлен пример, когда мощный двигатель подключен к единому вводу питания с другими потребителями.

Образование провала напряжения при запуске электродвигателя

Обозначения:

С включением двигателя М образуется пусковой ток I_пуск, величина которого превышает номинальный по значению (I_пуск > I_ном). Это приводит к образованию зоны провала c существенным понижением напряжения в цепи RZ1 и незначительным отклонениям на главном распределителе остальных цепей потребителей.

Короткие замыкания

Возникновение в электросети токов коротких замыканий также вызывают отклонения напряжения от нормы. Рассмотрим, как протекает и определяется процесс в сетях с различным классом напряжения.

КЗ в сетях с низким напряжением.

Пример такой ситуации проиллюстрирован на рисунке ниже. В данном случае на величину тока КЗ влияют полные сопротивления RZ и RZ2.

Образование провала вследствие КЗ в цепи потребителя 2

Исходя из этого, можно сказать, что чем больше будет величина полного сопротивления в сети низкого напряжения, тем меньшим будет значение тока КЗ.

На практике, в случае КЗ в цепи потребителя 2 должно произойти срабатывание защиты этой группы. Например, если отключение цепи произойдет через 50 мс, то на главном распределителе образуется зона провала длительностью 50 мс. То есть, данный параметр зависит от скорости срабатывания защиты. При этом глубина провала будет уменьшаться по мере удаления от поврежденного участка, соответственно, чем ближе нагрузка, тем большее отклонение. Эти правила работают как в сетях с низким, среднем и высоким напряжением.

КЗ в сетях с напряжением среднего класса.

Больше всего проблем возникает, когда КЗ происходит в трехфазных сетях среднего класса напряжения. Несмотря на случайный характер этого явления, вероятность возникновения аварийной ситуации довольно велика, поскольку нельзя исключать влияние сторонних факторов. К таковым можно отнести:

При образовании тока КЗ он будет протекать, пока устройства автоматического защитного отключения на распределительной подстанции не изолирует аварийный участок. Пока этого не произойдет, в сети распределительной подстанции будет наблюдаться значительное снижение линейных напряжений.

КЗ в высоковольтных линиях.

В большинстве случаев замыкания в ВЛ происходят вследствие воздействия природных факторов (грозовые разряды, ураган и т.д.) или по причине ошибочных коммутаций и ложных срабатываний автоматической защиты.

Большие нагрузки

При подключении к электросети большой нагрузки, может привести к образованию пусковых токов, превышающих номинальные в несколько раз. В тех случаях, когда электроцепь рассчитана под номинальный ток, превышение этого параметра станет причиной снижения амплитуды источника питания. Масштабность данного проявления напрямую зависит от запаса мощности электрической сети и величины полного сопротивления.

Провалы сетевого происхождения

Учитывая сложность распределительных цепей, следует принять во внимание, что при повреждении одного из участков цепи будет оказываться влияние на остальные части. При этом на глубину и продолжительность провалов будет оказывать влияние следующие факторы:

Для более детального представления, рассмотрим пример, представленный на рисунке ниже.

Провалы сетевого происхождения

Допустим, произошло фазное замыкание в точке Р2, это приведет к тому, что у потребителя 1 отклонения напряжения наблюдаться не будут, у потребителя 2 глубина провала составит 63%, а у потребителя 3 – 97%.

Если однофазное замыкание возникнет в точке Р1, то глубина провала будет 50% от номинала у всех потребителей, за исключением потребителя 1. То есть, как мы видим, чем выше уровень топологии, где произошло повреждение, тем большее число потребителей попадает в зону провала напряжения. Соответственно, у потребителей, подключенных к уровню 3 риск появления провала значительно выше, чем у потребителей, запитанных от первого и второго уровня.

Допустимые провалы напряжения по ГОСТ

Согласно ГОСТ 32144 2013 для определения показателей качества электроэнергии провалы следует классифицировать по двум критериям:

Поскольку появление провалов носит случайный характер, для представленных выше критериев не установлены численные значения. Тем не менее, измерения амплитуды и длительности должны проводиться с целью создания статистического массива, позволяющего установить вероятность случайного события для определенной электросети, с целью характеризовать КЭ.

Что касается «допустимых по ГОСТу провалов», то данное словосочетание не имеет смысла, поскольку под провалом подразумевается отклонение от установленной ГОСТом нормы (0,9U_ном). Если быть точным, то можно назвать нормированием допустимую длительность провала (30 с), при превышении которого отклонение считается пониженным напряжением.

Влияние провалов на работу электрооборудования

Данное явление считается менее опасным отклонения частоты и импульсов напряжения, но, тем не менее, провалы могут привести к следующим последствиям:

Глубина провала более 10% от допустимого отклонения с большой вероятностью вызовет отключение газоразрядных источников освещения. При низком напряжении, более 15% от допустимой нормы, произойдет размыкание пускателей, что вызовет отключение электрооборудования и, как следствие, приведет к нарушению техпроцесса.

Характерно, что на дуговую электросварку провалы не оказывают серьезного влияния ввиду большой термической инерционности процесса, в то время как качество точечной сварки существенно снижается.

Финансовая сторона вопроса

Говоря о влиянии провалов на электрооборудование, мы упустили из виду финансовые потери, которые складываются из следующих составляющих:

Как бороться с провалами напряжения?

Как мы выяснили, провалы являются случайным явлением, длительность которого зависит от срабатывания защитных систем, а глубина – удаленностью от проблемного участка. Поскольку изменить вероятность проявления не представляется возможным, то остается только влияние на масштаб провала и устранение последствий.

Сделать это можно путем оптимизации сети, чтобы производилась компенсация провалов при резких изменениях нагрузки, а также установки специальных приборов для контроля фазных напряжений на соответствие номинальному уровню и исключению несимметрии. Не менее эффективно действует стабилизирующее оборудование, установленное у потребителя электроэнергии. Более серьезные приборы могут выступать в роли регулятора напряжения и преобразователя основной частоты.

Если проблема вызывается замыканиями, то установка системы АПВ, а при критических провалах и АВР, может сократить предельно допустимую длительность отклонения до короткого прерывания. То есть, автоматическая система произведет повторное включение и если это не даст результата, произойдет ввод резерва.

Советуем ознакомиться и прочитать:

Источник

Провалы напряжения: введение

НП «Национальный центр меди»

Д. Чэпмэн, Ассоциация развития меди (Великобритания) и Европейский институт меди

При этом падение напряжения – относительно длительное по времени снижение напряжения, обычно осознанное мероприятие со стороны поставщика энергии с целью снижения нагрузки в период пика потребления или из-за необычного снижения возможного наличия энергии в сравнении со спросом на нее.

Электродвигатели, включая изделия с регулируемым приводом, особенно уязвимы перед провалами напряжения, поскольку нагрузка все еще требует энергии, которой, за исключением инерции движущихся частей, уже недостаточно. В системах с несколькими электроприводами управляющие элементы определив снижение напряжения могут подать сигнал на отключение двигателя при разных фактических значениях уменьшенного напряжения и применить различные величины замедления по сравнению друг с другом, что приведет к полной потере контроля за таким скоротечным процессом.

Оборудование для обработки цифровых данных также крайне чувствительно к провалам напряжения, поскольку это событие может привести и к потере данных, и снижает общую эффективность системы обработки цифровых данных. Цена последствий может быть весьма существенна и подробно рассматривается в Разделе 2.

Существуют две основных причины провалов напряжения: подключение значительных нагрузок потребителем или неисправности на смежных электрически связанных участках цепи.

Провалы, вызванные большими нагрузками

При включении больших нагрузок, как например, мощных электродвигателей, пусковые токи могут в разы превышать номинальные. А если цепи и кабельное хозяйство рассчитаны только на номинальные значения тока, пусковые токи вызовут снижение напряжения как в питающей сети, так и на стороне нагрузки. Масштаб явления связан с общим запасом сети по мощности, полным сопротивлением в точке общего подключения (PCC) и полным сопротивлением кабелей. Провалам, вызванным пусковыми токами электродвигателей, свойственны не слишком высокие значения уменьшения напряжения, но бо’льшая длительность, чем у тех, которые вызваны проблемами распределительной сети и длятся от одной до нескольких десятков секунд.

Проблемы у потребителя, вызванные сопротивлением кабелей, решаются относительно легко. Большие нагрузки можно напрямую подсоединить к источнику через точки общего присоединения (PCC) или вторичной обмотке питающего силового трансформатора. Если проблема вызвана полным сопротивлением в точки общего присоединения, т. е. недостаточной мощностью на стороне питания, то требуется принятие мер. Одним из решений может быть применение устройств «мягкого пуска», которые позволяют снизить абсолютные величины провалов напряжения, распределив дополнительную нагрузку во времени. Другим решением может быть устройство по согласованию с компанией-поставщиком питающих цепей с меньшим полным сопротивлением, хотя такое решение может оказаться весьма затратным. Если причину провалов напряжения устранить не удается, то необходимо оборудование, позволяющее компенсировать это явление. К числу таких устройств относятся традиционные механические стабилизаторы с сервоуправлением, электронные регуляторы напряжения и системы динамического восстановления напряжения (DVR).

Эти виды оборудования подробнее рассматриваются в Разделе 5.3.

Провалы сетевого происхождения

Распределительные сети очень сложны. Степень влияния повреждения на одном участке сети на другие ее части, именно величина провала напряжения и длительность, напрямую зависит от топологии сети, относительного значения полного сопротивления на проблемном участке, нагрузки и генератора в точке общего присоединения.

На рис. 1 представлен пример. Повреждение в точке F3 вызвало провал напряжения 0 % на нагрузке 3, провал 64 % на нагрузке 2 и провал 98 % на нагрузке 1.

Проиcхождение провалов напряжения

Проблема в точке F1 приведет к провалу напряжения у всех потребителей с величиной 0 % на нагрузке 1 и до 50 % на всех других. Обратите внимание, что повреждение на уровне 1 окажет большее влияние на большее число потребителей, чем повреждение на уровне 3. Нагрузки уровня 3, вероятно, будут подвержены большему числу провалов напряжения, чем нагрузки уровня 1, поскольку число участков с возможными проблемами больше – именно на уровнях 1 и 2.

Нагрузки на уровне 2 и 1 соответственно менее зависимы от проблем на уровне 3. Чем ближе нагрузка к источнику питания, тем меньше будут провалы напряжения.

Длительность провала напряжения зависит от времени реакции защиты на обнаружение и изолирование повреждения и составляет, обычно, несколько миллисекунд. Некоторые повреждения могут быть случайными, например, упавшее на воздушную линию дерево – такие проблемы устраняются быстро.

Если участок отключается на длительное время защитной автоматикой, то все потребители на нем обесточиваются до устранения проблемы, проверки и повторного подключения такого участка. Устройства автоматического повторного включения (АПВ) могут несколько облегчить ситуацию, но также могут привести и к учащению числа провалов напряжения. АПВ пытается восстановить питание в течение примерно одной секунды после срабатывания защитной автоматики. Если повреждение устранено, повторное включение завершится успешно, и питание аварийного участка будет восстановлено. Для такого участка в период между срабатыванием защиты и повторным включением величина провала напряжения составит 100 %, в то время как нагрузки на других участках испытают провал меньшей величины и длительности. В случае если повреждение к моменту повторного включения еще не устранено, то защитная автоматика сработает снова и это процесс будет продолжаться в соответствии с числом попыток, предусмотренных программой конкретного АПВ. Но при каждой попытке повторного включения на прочих участках вновь происходит провал напряжения, т. е. прочие потребители будут подвержены целой серии провалов. Оценка качества энергии от поставщика на нерегулируемых государством рынках частично, а в некоторых странах, как, например, в Великобритании, полностью осуществляется по среднему значению отсутствия питания у потребителя в минутах, причем в расчет обычно берутся перерывы только свыше одной минуты. Это послужило широкому распространению устройств АВП и, как следствие, увеличило вероятность провалов напряжения. Иначе говоря, снижение суммарного статистического времени перерыва подачи энергии осуществлено за счет ее качества.

Чувствительность оборудования

Компьютеры стали неотъемлемым элементом любого хозяйственного процесса независимо от их вида – рабочие станции, серверы или управляющие модули. Они незаменимы в обработке потоков данных, системах связи различного типа. Именно повсеместное внедрение компьютерной техники высветило проблему провалов напряжения (и заодно почти все проблемы КЭ), и на заре компьютерной эры установки требовали больших усилий по обеспечению их непрерывного функционирования из-за тогда необъяснимого множества случайных отказов. Методом проб и ошибок были созданы так называемые кривые CBEMA (Computer and Business Equipment Manufacturers Association) (рис. 2), ныне известные как кривые ITIC (Information Technology Industry Council) (рис. 3), а ее варианты включены в стандарты IEEE 446 ANSI (рис. 4).

Интервал длительности события в части отклонения значения напряжения от номинала двумя сходящимися кривыми образует сегмент, в пределах которого при соответствующих отклонениях от номинального напряжения в течение определенного интервала времени компьютерное оборудование должно функционировать непрерывно и без потери данных. Применительно к провалам напряжения интерес представляет нижняя кривая. Эта линия и является границей между допустимыми и недопустимыми провалами напряжения по величине и длительности с точки зрения компьютерного оборудования.

В идеальном мире скорее такие кривые должны были бы описывать фактические показатели сети, а производители компьютерной техники подстраиваться под такие фактические данные. Проблема в том, что, если оборудование большинства производителей действительно укладывается в требования упомянутого стандарта, подобное нельзя сказать о фактических показателях электросетей.

Характеристики чувствительности оборудования

Блоки питания электронных приборов, компьютеров, например, имеют накопительный конденсатор для сглаживания двухполупериодных выпрямленных сигналов, поэтому они по определению устойчивы к провалам напряжения малой длительности. Чем больше емкость конденсатора и разница напряжения конденсатора и минимально необходимого для нормальной работы преобразователя напряжения, тем выше такая устойчивость. Конструкторы, тем не менее, стремятся снизить емкость такого конденсатора, поскольку нацелены на снижение размеров и веса изделия, полагаясь на минимально необходимые значения емкости и напряжения исходя из возможной комбинации максимума по нагрузке и минимума по напряжению на питании. Однако для действительно полноценной защиты от провалов напряжения требуется конденсатор с как минимум двойным запасом по емкости, чтобы выдержать один цикл провала и как минимум 100-кратным запасом для провала длительностью в одну секунду. Другой стратегией могут быть схемотехнические решения, рассчитанные на как можно меньшие допустимые значения напряжения по питанию. Соответственно запас «прочности» у оборудования, рассчитанного на 230 В больше, чем у оборудования, рассчитанного на 110 В. По умолчанию этот принцип применяется для оборудования, рассчитанного на эксплуатацию при различных номиналах напряжения. В принципе, не существует технических преград для создания блоков питания, устойчивых к провалам напряжения, просто потребители не поставили соответствующий вопрос перед производителями, и, разумеется, у таких решений есть своя цена. Тем не менее, затраты на защиту от провалов напряжения в этом направлении несоизмеримо меньше, чем затраты на предотвращение провалов напряжения на питающей сети.

Регулируемый электропривод может быть поврежден провалами напряжения, и изделия обычно снабжены детекторами напряжения с порогами срабатывания при 15–30 % падении напряжения. Регулируемый электропривод с улучшенными эксплуатационными свойствами будет предметом обсуждения в следующих Разделах настоящего Пособия.

Индукционные двигатели обладают инерцией, что помогает при провалах напряжения малой длительности, по сути возвращая в этом момент энергию. Однако при повторном разгоне энергию придется возместить, и если скорость вращения упала до 95 % от номинальной или ниже, то для разгона потребуется ток, почти равный пусковому. А поскольку в процесс вовлечены все двигатели одновременно, ситуация может усугубиться.

Реле и контакторы чувствительны к провалам напряжения и могут стать слабым звеном в цепи. Установлено, что устройство может разомкнуть цепь даже в случае, когда напряжение еще не снизилось до пороговой величины. Здесь имеет значение не только величина падения напряжения и интервал длительности, но и участок синусоиды в момент провала – наименьшая устойчивость наблюдается на гребне.

Ртутные источники света также уязвимы перед провалами напряжения. Так, разогретой лампе требуется более высокое значение стартового разряда, чем холодной, поэтому после провала напряжения погасшая лампа может не включиться. Значение критического провала напряжения для новой лампы может быть 45 %, а для старой – даже 2 %.

Большинство приборов и систем включают в себя один и более из упомянутых устройств, т. е. имеют определенную уязвимость перед провалами напряжения. На рис. 5 иллюстрируется, что дешевле и надежнее улучшать устойчивость к провалам напряжения соответствующего уязвимого оборудования, чем поступать также применительно ко всему процессу, всей электроустановке завода или распределительной сети. Как здесь видно, цена решения стремительно растет по мере удаления от оконечного оборудования и приближения к инфраструктуре сети.

Характеристики провалов происхождения по питанию

Как уже указывалось, вероятность возникновения провалов напряжения, их величина и длительность зависит от топологии сети в районе объекта. Хотя некоторые исследования на эту тему велись во многих странах, сегодня будет верным утверждение, что достоверной статистики для конкретных участков не существует. Это затрудняет выбор места для важных и критически важных объектов. Остается рассчитывать на общие принципы: так, расположение объекта ближе к генерационным мощностям с соединением подземными силовыми линиями среднего напряжения будет лучшим решением, чем удаленное от генерации расположение с воздушной линией. Вопрос только о количественной мере такого преимущества. Несложно оценить качество транспортной составляющей, например, и на самом деле это фактор становится решающим. А вот качество инфраструктуры энергоснабжения оценить куда сложнее. Также сложно решить вопрос оценки в «чистом поле», поскольку отсутствуют объекты сравнения. При этом именно в «чистом поле» и можно сразу создать действительно качественную инфраструктуру энергоснабжения, с «чистого листа», если, конечно, поставщик энергии настроен на конструктивное сотрудничество за ваш счет!

При этом даже те малые исследования, которые проводились, дают основание заключить, что провалы напряжения по причинам на стороне питания, как правило, имеют большие интервалы длительности и выходят за пределы упомянутых кривых.

На рис. 6 показана вероятная длительность и величина провала типичной распределительной сети. На том же рисунке для сравнения нанесены кривые ITIC.

Из схемы явно видно, что современному компьютерному оборудованию следовало бы быть в 100 раз качественнее, чем предполагается кривыми ITIC. А до тех пор, наверное, было бы правильно полагать, что такого действительно устойчивого к провалам напряжения компьютерного оборудования пока не производится.

Типичная характеристика провала и кривая ITIC

Сужая разрыв

Очевидно, что в бизнесе потребитель вправе ожидать достаточной устойчивости оборудования к типичным и характерным проблемам, но применительно к типичному ассортименту товаров это не относится. Как видно из рис. 5, стоимость коррекции свойств оборудования гораздо ниже, если реализуется на этапе проектирования и разработки изделия. А такой подход требует понимания природы явления и вероятности повреждения. А таковые знания зачастую отсутствуют. Но, повторим, это самый экономичный и рациональный путь.

Справедливости ради следует заметить, что отдельные производители все-таки признают проблему, но жестокая конкуренция, в первую очередь ценовая, вынуждает их прислушиваться к сформулированным требованиям потребителя. До тех пор, пока потребитель не сформулирует для себя уровень соответствующих требования, маловероятно ожидать предложения таких решения со стороны производителей. Исключения составляют производители регулируемого электропривода с улучшенной стойкостью к провалам напряжения.

Традиционным подходом является предложение дополнительного оборудования для поддержания мощности во время провала напряжения – о таком оборудовании мы расскажем в последующих Разделах. В случае маломощных нагрузок распространения получили ИБП как средство защиты от провалов, так и перерывов в энергоснабжении. Резервным источником питания обычно является химический источник тока, аккумулятор, в силу чего длительного эффективного резервирования от ИБП ожидать не приходится.

Обычно ИБП обеспечивает необходимое для аварийного, но штатного сворачивания текущих процессов, защищая таким образом данные. Но для повторного включения все равно потребуется значительное время. Иногда ИБП обеспечивает переключение питания аварийного генератора.

Для незначительных по величине потерь напряжения провалов применяются автоматические регуляторы напряжения (АРН), в том числе электромеханические и электромагнитные. Поскольку в этих устройствах нет необходимости применения запасания энергии, они могут быть эффективны в течение длительных интервалов как при провалах, так и при перенапряжении. АРН рассматриваются в Разделе 5.3.1.

Для значительных нагрузок или больших величинах провалов напряжения хорошо зарекомендовали себя системы динамического восстановления напряжения (DVR). Такие устройства соединены с нагрузкой и восполняют недостающую часть питания: при падении напряжения до 70 % DVR обеспечивает недостающие 30 %. DVR обеспечивают компенсацию в течение непродолжительного интервала, для чего используется запасенная энергия от мощных батарей, суперконденсаторов и даже маховиков. Эти устройства не могут использоваться для длительных периодов провалов или перенапряжения.

Заключение

Улучшение качественных характеристик сети с целью устранения провалов напряжения крайне затратно и практически неосуществимо. В некоторых случаях, где цель оправдывает затраты, организуют дублирования энергоснабжения от достаточно удаленных друг от друга участков сети, чтобы условно считать их электрически не связанными.

В большинстве же случаев требуется специальное оборудование, выбор которого велик в зависимости от вида нагрузки.

Самым экономичным способом противостоять провалам напряжения является выбор оборудования, устойчивого к провалам в силу своей конструкции, но такой способ не активно поддержан производителем.

Перепечатано с сокращениями из издания Европейского института меди

«Прикладное руководство по качеству электроэнергии»

Перевод с английского Е. В. Мельниковой, Редактор перевода В. С. Ионов

1 ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» дает следующее определение провалу напряжения: «…Внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд».

Поделиться статьей в социальных сетях:

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №4’2005

Источник

• ← Что понимают под причинами органического характера при возникновения речевых расстройств
• Что понимают под прогнозированием технического состояния автомобиля →