Негативные явления в электросети — их влияние на нагрузку и способы борьбы

В этой статье описаны общие принципы работы электросети, негативные процессы, происходящие на линиях электропередачи, и различные способы защиты оконечного оборудования.

Единая энергосистема

Почти все электростанции в России подключены к федеральной энергосистеме, которая является источником электроэнергии для большинства потребителей. Самым важным и необходимым компонентом любой электростанции является трехфазный турбогенератор переменного тока. Три силовые обмотки генератора индуцируют напряжение от линии к линии. Обмотки расположены симметрично вокруг генератора. Ротор генератора вращается со скоростью 3000 об/мин, а напряжение сети сдвинуто по фазе. Фазовый сдвиг постоянен и равен 120°. Выходная частота генератора зависит от скорости вращения ротора и рассчитана на 50 Гц.

Напряжение между сетевыми проводами в трехфазной системе переменного тока называется межфазным напряжением. Напряжение между нейтральным проводом и любым из проводов линии называется фазным напряжением. Это квадратный корень из трехкратного напряжения между линиями. Напряжение, подаваемое для бытового использования (фазное напряжение 220 В). Сетевое напряжение 380 В используется для питания мощного промышленного оборудования. Генераторы подают напряжение в несколько десятков киловольт. При передаче электроэнергии для снижения потерь напряжение повышается на подстанции и подается на линию электропередачи («ЛЭП»). Напряжение на линиях электропередачи варьируется от 35 кВ на коротких линиях электропередачи до 1200 кВ на линиях электропередачи протяженностью более 1000 км. Напряжение увеличивается для снижения потерь, напрямую связанных с силой тока. С другой стороны, напряжение в линиях электропередач ограничено изоляционной способностью воздуха, а в кабельных линиях — диэлектриком кабеля. Дойдя до крупных потребителей (заводов, городов), электроэнергия поступает на подстанции, где преобразуется в напряжение 6-10 кВ. Это уже подходит для передачи по подземным кабелям. В каждом многоквартирном или офисном доме есть подстанция, которая обеспечивает потребителей сетевым напряжением 380 В и фазным напряжением 220 В. Подстанции обычно снабжаются двумя или тремя высоковольтными кабелями, чтобы в случае аварии на участке высоковольтной линии можно было быстро восстановить электроснабжение. В зависимости от типа подстанции, это может быть автоматический, полуавтоматический (по команде диспетчера с центральной станции) и ручной режим (прибывает аварийный персонал и электрик меняет выключатель). Подстанции также выполняют функцию регуляторов напряжения, меняя обмотки трансформатора в зависимости от нагрузки. В России на подстанциях используется цепь с заземленной нейтралью. Это означает, что нейтраль (часто называемая нейтральным проводником) заземлена. По всему зданию проводка выполняется постепенно, чтобы параллельно распределить нагрузки и снизить стоимость оборудования (счетчики, выключатели). Подстанции в сельской местности и небольших домах обычно представляют собой трансформаторные будки или просто внешние трансформаторы. Это означает, что устранение неисправностей в этих местах может занять до одного дня. Эти подстанции не имеют автоматического регулирования напряжения и обычно обеспечивают номинальную мощность при отсутствии нагрузки и более низкое напряжение в другое время.

Стандарты качества для электросетей

Документом, определяющим качество электроэнергии в России, является ГОСТ 13109-97, выпущенный 1 января 1999 года. В частности, он устанавливает следующие «Стандарты качества электроэнергии в общих энергосистемах».

Поэтому крайне важно использовать устройства ИБП для компьютерного оборудования, чтобы защитить целостность данных и обеспечить целостность оборудования даже при нормально работающих электросетях. Когда речь заходит об источниках питания, все потребители делятся на три категории. Вторая категория актуальна для самой многочисленной категории читателей — тех, кто живет в домах с более чем восемью квартирами или работает в офисных зданиях с более чем 50 сотрудниками. Это подразумевает максимальное удаление в течение одного часа и надежность 0,9999. Третья категория характеризуется 24-часовым перерывом и надежностью 0,9973. Первая категория требует надежности 1 и времени отклика 0.

Виды неблагоприятного воздействия на электрическую сеть

Все неисправности сети можно разделить на поглотители и овердоны.

Импульсивные погружения обычно вызваны перегрузкой финишной линии. Включение мощных устройств, таких как кондиционеры, холодильники и сварочные двигатели, укорачивает напряжение питания на 10-20%. Короткое замыкание в соседних столах или квартирах может вызвать повышение артериального давления, если они подключены к одной фазе. Поглотители импульсов не компенсируются подстанциями и могут стать причиной появления компьютеров и других электронных и других высокоинтенсивных устройств.

Постоянное проседание, т. е. постоянное или круговое напряжение, обычно вызывается перегрузкой линий от подстанций до потребителей, альтернативными трансформаторами или плохим состоянием соединительных кабелей. Низкое напряжение влияет на такое оборудование, как кондиционеры, лазерные принтеры, ксероксы и микроволновые печи.

Пробой — это потеря напряжения в сети. Потопление до полугода (10 мс) в принципе должно выдерживать оборудование без нарушения его работы. На старых подстанциях перемещение стабилизатора напряжения или перевод его в режим ожидания может достигать нескольких секунд. Такое опускание проявляется как «мерцание». В такой ситуации все незащищенное компьютерное оборудование «перезагрузится» или «замрет».

Расширение является постоянным — подавляющим или круговым избыточным продуктом. Обычно это является результатом «недостаточного выравнивания фаз» — неравномерной нагрузки на различные фазы альтернативного трансформатора. В этом случае наблюдается стабильное погружение в фазу зарядки и постоянное высокое кровяное давление в двух других фазах. Удлинение значительно сокращает срок службы всех типов оборудования, начиная от ламп … Потенциал сложного оборудования во время активации значительно увеличивается. Самым неприятным постоянным гипертонусом является перегорание нулевого проводника нейтрали. В этом случае напряжение оборудования может достигать 380 В, что, по сути, гарантирует его выход из строя.

Временный перевес может быть импульсным или высокочастотным.

Перенапряжения Перенапряжения могут возникать при коротком замыкании фазных жил электрических кабелей друг с другом или с нейтралью, при обрыве нейтрали, при повреждении высоковольтной части трансформатора подстанции низковольтной частью (до 10 кВ), при ударе молнии в кабель, подстанцию или поблизости. Импульсные скачки напряжения наиболее опасны для электронного оборудования.

Высокочастотные перенапряжения характеризуются высокочастотными паразитными колебаниями в силовых кабелях. Они могут мешать работе чувствительного измерительного и записывающего оборудования.

Как справиться с побочными эффектами

В следующей таблице приведены все виды негативного воздействия на электросети и технические меры по их устранению.

Обратите внимание, что современные высококачественные ИБП включают в себя фильтры питания и ограничители напряжения. Время реакции батареи и время переключения достаточно короткое, чтобы обеспечить надежную и бесперебойную работу любого электронного оборудования. Поскольку цена стабилизатора мощностью 10 кВт примерно такая же, как цена ИБП мощностью 1 кВт, использование отдельных стабилизаторов может быть оправдано для большого количества устройств. Использование отдельного сетевого фильтра менее оправдано. ИБП не предназначены для систем, требующих непрерывной работы. Если мощность этого оборудования превышает 1 кВт, лучшим решением будет автономный дизельный генератор.