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许多令人无法找到原因的设备故障、停机、软件中止和数据丢失现象都有可能是电源问题造成的。本文将电源质量借鉴IEEE 标准中关于电源质量问题的描述,介绍几种最常见的电源扰动类型、成因以及电源扰动对关键设备的影响和相应的防范措施。
在当今科技发达的时代,我们已经变得非常依赖于电力的持续供应。在大多数国家和地区,商业用电是拥有许多的发电厂组成的国家级电网提供的电力输出。电网不仅能够满足政府、工业、金融、商业、医疗和通讯行业的关键需求,同时也必须能够满足住宅、照明、采暖、制冷、空调和运输的基本国民需求。商业用电正支撑着当今快节奏的现代化世界的运行。高科技已经深深融入到了我们的家庭和事业,而电子商务的出现使得高科技正在不断地改变着我们与外界进行交流的方式,APC UPS发挥着越来越重要的作用。
智能科技要求电源不受电力中断或扰动现象的影响。大规模电力事故的后果已经记录在案。研究表明,工业企业和IT数据中心等每年因为电力中断损失达千亿美元 。因为其它电力质量问题造成的损失,也高达数百亿亿美元。在工业自动化加工中,所有生产线将失去控制,导致现场工作人员面临危险状况,并造成严重的物料浪费。在大型金融机构中,处理中断会造成每宕机一分钟高达数千美元无法挽回的损失,随之而来还有数小时的恢复时间。由于电力中断导致的程序中止和数据损坏可能使软件恢复操作出现问题,而这些问题可能需要花费几周时间才能解决。
许多电力问题的根源都在于商业用电网络,其蔓延数千公里的输电线路会受到各种天气状况的影响,比如飓风、雷雨、大雪、冰冻、洪水以及随之而来的设备故障、交通事故以及主要的转换操作。影响当今的高科技设备的电力问题还经常是某个楼宇内各种各样的状况,比如土建、重负荷启动、劣质的配电部件,甚至是常有的背景电噪音。
从家用电子产品到大规模控制设备中电子产品的大范围的应用以及高耗能的工业加工行业,已经提高了人们对电能质量的关注度。电能质量电源质量通常被定义为电力能的任何变化,如电压,电流和频率的变化,会干扰电子设备的正常工作。
电力公司、工业车间、企业甚至是家庭用户都在关注着控制电源质量的方法。更进一步的研究表明,设备已经变得甚至对电源电压、电流和频率中的瞬间变化都越来越敏感。但遗憾的是,在描述许多现有的电力扰动现象时使用了许多不同的术语,这些术语造成了概念混淆,并且使对当今电源质量问题的讨论、研究和改进变得更为困难。电气和电子工程师协会 (IEEE)通过制定了包含电力扰动定义在内的标准,已经尝试解决此问题。该标准描述了许多电源质量问题,本文将讨论其中最常见的一些问题。
电力如何传输?
电是由电磁感应产生。商业用电是以交流电 (AC) 的方式提供的一种无声的、似乎取之不尽的能量源,由发电厂发电,变压器升压,并传输数百公里直到用电设备。了解电能在一小段时间内发挥的作用,有助于我们理解简单平稳的交流电对于我们所依赖的精密系统的稳定运行有多么重要。通过示波器,我们可以看到电能的波形。在理想的环境中,商用交流电显示为一种平滑对称的正弦波(正弦波形表示从正值到负值的电压变化),根据您所处的地区,每秒变化50或60个周期(即50 或 60 赫兹Hz),APC UPS输出为稳定的60HZ正弦波(如下图)。
当此流动波形的大小、形状、对称性、频率发生变化或者出现缺口、脉冲、振荡或降到零(不过是暂时的)时,这些就是电力扰动。我们将通过上述理想正弦波的简单的图示变化来展开本文中讨论的七类电源质量扰动。
正如所述,在整个电力行业和企业界中,电力扰动术语的使用是含糊不清的。例如,在某个研究看来,“浪涌”意味着电压的瞬间升高,通常由于重负荷断开导致。另一方面,“浪涌”指的是持续时间从微秒级到毫秒级具有极高峰值的瞬变电压。后者通常与闪电击中以及触点开关产生的瞬间放电或电弧放电。我们常用下面这些模糊的术语来表达电力问题:变暗/变亮/功率浪涌/浪涌/中断/闪烁/电网污染/频率偏移/干扰/尖峰/瞬时闪烁
举例如果能够有效地理解电力,比如说知道中断和暂态振荡之间的不同,那么在购买电力校正设备是,决策可能完全不同。如果购买了的不当的电力校正设备,该错误可能会导致严重的后果,其中包括宕机、钱财损失,甚至会造成设备损坏。
所列举电源质量扰动,通常根据波形划分为类:
1. 瞬变现象(①瞬变脉冲;②暂态振荡)
2. 波形畸变(①噪音;②谐波;③谐间波;④直流偏置;⑤毛刺;)
3. 电压波动
4. 频率抖动
5. 电压暂降/欠电压
6. 电压暂升/过电压
7. 中断
下面我们具体分析下每种电力问题所造成的影响以及可能产生的原因
1.① 闪电、ESD、开关切换、市电故障排除可能出现瞬变现象瞬变脉冲,可能造成数据丢失/损坏、系统停机;
②切换感性负载或容性负载可能出现暂态振荡,可能造成数据丢失/损坏。
2.①整流器或电源故障可能出现直流偏置,造成变压器发热、接地故障电流、令人讨厌的跳闸;
②非线性负载电子负载可能出现谐波,造成变压器发热、系统停机,详情《电网谐波危害》;
③控制信号、故障设备、周波变换器、变频器、感应电机、电弧装置可能出现谐间波,造成电灯闪烁、发热、通信干扰;
④变速传动装置、弧焊机、调光器可能出现毛刺,造成系统停机、数据丢失;
⑤ 无线电发射机、故障设备、不可靠接地、靠近 EMI/RFI 源可能出现噪音,造成系统停机、数据丢失。
3. 不可靠接地、靠近 EMI/RFI 源、无线电发射机、故障设备可能出现电压波动,造成系统停机、数据丢失。
4. 负载设备运转断断续续可能造成频率抖动,造成系统停机、电灯闪烁。
5. ①启动负载、故障可能出现电压暂降,造成系统停机、数据丢失、宕机;
②市电故障、负载变化可能出现欠电压,造成系统停机、数据丢失、宕机
6. ①负载变化、市电故障可能出现电压暂升,造成令人讨厌的跳闸、设备损坏/寿命缩短;
②负载变化、市电故障可能出现过电压,造成设备损坏/寿命缩短。
7. 开关切换、市电故障、断路器跳闸、部件故障可能出现电力中断,造成宕机、数据丢失/损坏。
电子产品的广泛使用,已经唤起了人们对电源质量,及其对企业使用的关键电子设备所造成影响的关注。尤其是数据中心集成度越来越高,越来越依赖于小型微处理器,而这些微处理器对很小的电力波动都非常敏感。自动化机械设备通常也用微处理器来控制,以及不能宕机的包装生产线。最简单的方式是使用UPS电源来限制或消除电源质量扰动的影响。不管企业规模如何,其目标都是缩短设备停机时间和降低生产费用,提高利润。通过使用APC UPS保障设备电源质量,将有助于找到实现业务目标的更好方法。