Pełny tekst artykułu znajduje się w ponizszym pliku PDF

mgr inż. Piotr Strzelecki
NAJCZĘSTSZE PROBLEMY ZASILANIA
Zaniki chwilowe i długotrwałe
Przez zanik napięcia rozumie się obniżenie amplitudy przebiegu napięciowego w sieci energetycznej
do wartości mniejszej niż 1% wartości nominalnej (rys. 1). Zanik może mieć charakter chwilowy lub
długotrwały.
Chwilowy zanik to taki, którego czas trwania wynosi kilka do kilkunastu okresów sieci (dla
krajowego systemu energetycznego 50 Hz jeden okres to 20 ms). Stopień wpływu na pracę urządzeń
zasilanych jest zależny od ich konstrukcji i przeznaczenia. Urządzenia informatyczne skonstruowane
według wymagań unijnej dyrektywy kompatybilności elektromagnetycznej powinny cechować się
półokresową (10 ms) odpornością na zaniki, mogą przy tym występować pewne przejściowe
degradacje funkcjonalne w ich pracy. Typowy zasilacz komputerowy skonstruowany w oparciu o
standard ATX (kompatybilny z ATX) teoretycznie powinien bez jakiejkolwiek zmiany w pracy
przetrwać zanik o czasie trwania do kilkunastu milisekund. Praktyka pokazuje jednak, że nie zawsze
tak jest. Pomijając fakt o występowaniu na rynku jawnie niezgodnych urządzeń (takich, które w
momencie wprowadzenia na rynek były już niezgodne) istnieje jeszcze wpływ warunków użytkowania
oraz trwałości czasowej komponentów użytych do ich konstrukcji. Możemy sobie wyobrazić wyrób,
który w momencie opuszczenia fabryki jest kompatybilny i spełnia kryterium odporności na chwilowe
zaniki, a po roku czy dwóch użytkowania już nie. Związane jest to z degradacją czasową parametrów
elementów odpowiedzialnych za gromadzenie energii (indukcyjności, pojemności), które to nie są w
stanie zapewnić kompatybilności wyrobu.
Rys. 1. Przykładowy zanik napięcia, czas trwania ok. 40 ms
Długotrwałe zaniki związane są zazwyczaj z awariami systemu energetycznego lub lokalnych instalacji
elektrycznych.
W celu przeciwdziałania skutkom obu należy stosować układy zasilania buforowego.
Zapady i wzrosty napięcia (chwilowe oraz długotrwałe)
Zapad lub wzrost napięcia związany jest z chwilowym (kilka okresów) lub długotrwałym (minuty,
godziny) zwiększeniem lub zmniejszeniem wartości napięcia w systemie elektroenergetycznym.
Przyjmuje się, że zakres tolerancji napięcia w sieci energetycznej powinien bezwzględnie mieścić się
w przedziale –20% ÷ +15% (czyli 184 – 264 V AC rms) i tak też najczęściej bywa. Przypadek, kiedy
napięcie przekracza na pewien czas dolną granicę tego pola tolerancji, nazywa się zapadem,
natomiast przy przekroczeniu górnej granicy nazywa się wzrostem.
Krótkotrwałe zapady związane są najczęściej z przeciążeniem systemu energetycznego (lub
lokalnej instalacji elektrycznej), a wzrosty - z chwilowym oddawaniem energii do systemu
energetycznego (spadek obciążenia na obciążeniach generacyjnych, hamowanie aktywne, itp.).
Długookresowe zapady i wzrosty napięcia to zazwyczaj awarie układów automatyki
w systemie energetycznym.
Przeciwdziałanie skutkom zdarzeń tego typu to stosowanie układów automatycznej regulacji
napięcia (AVR) lub zasilaczy buforowych typu VI lub VFI.
a)
b)
Rys. 2. Przykłady zapadów napięcia (a) oraz wzrostów napięcia (b)
Przepięcia i udary
Można je zdefiniować jako impulsowe zakłócenia przebiegu sieci energetycznej. Występują w
różnych fazach z różnym znakiem oraz w różnym natężeniu (gęstość wystąpień). Czas trwania
pojedynczego impulsu zawiera się zazwyczaj w przedziale od pojedynczych nanosekund do
kilkudziesięciu lub kilkuset mikrosekund, amplituda wynosi od kilkuset do kliku tysięcy woltów. Niosą
energię od mikrodżuli do kilku, a nawet kilkudziesięciu dżuli. W zależności od poziomu napięcia i
energii można określić stopień ich destrukcyjnego wpływu na zasilane urządzenia. Klikuset woltowe
przepięcia o niskich energiach (kilkadziesiąt milidżuli) są skutecznie
eliminowane przez wszelkiego rodzaju elementy ochrony
antyprzepięciowej, (warystory, transile itp). Przepięcia o wyższych
potencjałach i energiach najkorzystniej jest tłumić i rozpraszać
poprzez
zespoły
filtrów
analogowych
wspomaganych
zabezpieczeniami typu warystor.
Pochodzenie tego typu zaburzeń jest zazwyczaj
uwarunkowane emisją z wszelkiego rodzaju układów przemysłowych
(komutacje, sterowniki fazowe itp.) oraz zjawiskami atmosferycznymi.
W celu eliminacji lokalnej najlepiej zastosować listwy
filtrujące. Rozwiązanie globalne (zakres budynku) powinien
przewidywać zespół zabezpieczeń na poszczególnych poziomach
instalacji elektrycznej.
Fot. 1. Listwa antyprzepięciowa
PREMIUM Pro
Rys. 3. Przykład przepięcia
Zniekształcenia harmoniczne
Powszechność różnego rodzaju odbiorników nieliniowych powoduje, że standardowy przebieg
napięcia w systemie energetycznym zazwyczaj odbiega od rzeczywistej (matematycznej) sinusoidy.
Miarą odkształcenia jest współczynnik zniekształceń harmonicznych (THD). Zazwyczaj waha się on
między 3-5% (popularne środowisko biurowe lub domowe), czasami dochodzi nawet do 8% i więcej
(środowisko przemysłowe). Wpływ przebiegów odkształconych (rys. 4) na zasilanie urządzeń zależny
jest od ich konstrukcji. Na popularne przetwornice impulsowe wpływa w ograniczonym stopniu, ale
na odbiorniki posiadające w wejściowym torze zasilania transformatory już znacznie.
W celu eliminacji narażeń należy stosować podtrzymanie buforowe z ciągłym przetwarzaniem (VFI).
Rys. 4. Przykład przebiegu odkształconego przez odbiornik nieliniowy
Wahania częstotliwości
Mają miejsce, gdy dochodzi do chwilowej lub długotrwałej zmiany częstotliwości przebiegu w sieci
energetycznej. Jest to zdecydowanie najrzadsze z najpopularniejszych obecnie niedomagań systemu
energetycznego.
Zjawisko warte jest natomiast dostrzeżenia w przypadku zasilania obiektów za
pośrednictwem generatorów prądotwórczych. W zależności od typu generatora i zastosowanego
w nim regulatora może dochodzić do zmian częstotliwości przy nagłych skokach obciążenia
(raptowne zwiększenie mocy pobieranej lub jej zmniejszenie).
W celu eliminacji narażeń należy stosować podtrzymanie buforowe z ciągłym przetwarzaniem
(VFI).
Rys. 5. Przykład chwilowej zmiany częstotliwości