穩(wěn)壓器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用
2012-07-14
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如今在智能建筑中運(yùn)用了許多計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)及其他自動(dòng)化設(shè)備普遍存在著絕緣強(qiáng)度低、對(duì)供電電源的質(zhì)量要求高、過電壓耐受能力差的弱點(diǎn),使得這些高靈敏的電子系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)由于電源的影響出現(xiàn)程序運(yùn)行錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、時(shí)間錯(cuò)誤、死機(jī)、無故重新啟動(dòng)等故障甚至使用電設(shè)備形成*性損壞造成巨大損失。為此在智能建筑中,研究其供電電源質(zhì)量實(shí)施有效的防護(hù)措施是十分必要的。
電源質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)
衡量電源質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)主要包括電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、諧波和三相不平衡等。供電電源質(zhì)量會(huì)受到多種因素的影響。如負(fù)荷的變化、大量非線性負(fù)載的使用、高次諧波的影響、功率因數(shù)補(bǔ)償電容的投入和切斷、雷電和人為故障、公共設(shè)施。如電動(dòng)機(jī)、電梯等的運(yùn)行等都會(huì)影響電源的品質(zhì)從而降低供電電源的質(zhì)量。
電壓波動(dòng)
理想電源電壓正弦波的波形是連續(xù)、光滑、沒有畸變的,其幅值和頻率是穩(wěn)定的。當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)較大的增加時(shí)特別是臨近系統(tǒng)內(nèi)有大型設(shè)備啟動(dòng)時(shí)常使供電電源正弦波的幅值受到影響
產(chǎn)生低電壓。當(dāng)供電電源電壓波動(dòng)超過允許范圍時(shí)就會(huì)使計(jì)算機(jī)和精密的電子設(shè)備運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤甚至?xí)褂?jì)算機(jī)的停電檢測電路誤認(rèn)為停電而發(fā)出停電處理信號(hào)?? 影響計(jì)算機(jī)的正常工作。一般計(jì)算機(jī)允許電壓波動(dòng)范圍為AC380V、220V±5%,在電壓降低至額定電壓的70%時(shí)。計(jì)算機(jī)就視為中斷。為此《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-93《以下簡稱《規(guī)范》對(duì)電壓波動(dòng)明確規(guī)定將電壓波動(dòng)分為A、B、C三級(jí)。見表1。
供電電源頻率波動(dòng)主要由于電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化所致。而計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備大多采用同步電動(dòng)機(jī)一般計(jì)算機(jī)頻率允許波動(dòng)范圍為50HZ士1%。當(dāng)供電電源頻率波動(dòng)超過允許范圍時(shí)會(huì)使計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)的頻率發(fā)生變化而產(chǎn)生錯(cuò)誤甚至?xí)䦟?dǎo)致信息丟失等！兑(guī)范》對(duì)頻率波動(dòng)有明確規(guī)定,將頻率波動(dòng)分為A、B、C 三級(jí) 見表2。
產(chǎn)生電源電壓波形失真的主要原因是由于電網(wǎng)中非線性負(fù)載特別是一些大功率的可控整流裝置的存在會(huì)對(duì)供電電源的電壓波形產(chǎn)生影響。這種波形畸變,會(huì)使計(jì)算機(jī)直流電源回路中的濾波電容上的電流明顯增大電容器發(fā)熱，還會(huì)由于鋸狀波形的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)的停電檢測電路誤認(rèn)為停電而發(fā)出停電處理信號(hào),影響計(jì)算機(jī)的正常工作。衡量波形失真的技術(shù)指標(biāo)是波形失真率, 即用電設(shè)備輸入端交流電壓所有高次諧波之和與基波有效值之比的百分?jǐn)?shù)。《規(guī)范》對(duì)波形失真率規(guī)定分為A 、B、C 三級(jí)（見表3） 。
4 瞬變脈沖
瞬變脈沖, 又稱尖峰或者電壓閃變.是指在小于電網(wǎng)半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)理想正弦波上疊加的窄脈沖。峰值電壓高達(dá)20000V 持續(xù)時(shí)間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓, 它不僅會(huì)造成電子設(shè)備產(chǎn)生誤操作,或者造成電子設(shè)備受到干擾.數(shù)據(jù)丟失,或暫時(shí)癱瘓.嚴(yán)重時(shí)還可引起元器件擊穿及電路板燒毀.使整個(gè)系統(tǒng)陷于癱瘓。引起瞬變脈沖的原因很多, 一般主要有內(nèi)部過電壓和雷電過電壓。
5 三相不平衡
由于三相負(fù)荷分配不均等,使三相負(fù)荷電流不對(duì)稱.由此產(chǎn)生三相負(fù)序分量。不平衡度是衡量三相負(fù)荷狀態(tài)的指標(biāo)主要包括電壓不平衡、電流不平衡、相角不平衡。三相不平衡到什么程度才會(huì)影響計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行,目前尚無完整資料。只有參考廠商關(guān)于三相不平衡具體要求以保證計(jì)算機(jī)及其設(shè)備正常、穩(wěn)定運(yùn)行一般要求三相負(fù)荷不平衡度小于20 % 。
6 瞬間停電
如果發(fā)生電網(wǎng)瞬間停電.將直接影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。當(dāng)電源中斷1.5ms以內(nèi)時(shí)可由計(jì)算機(jī)主機(jī)的大電容器放電來維持計(jì)算機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)無影響。在電源中斷1.5ms以上時(shí)由于存儲(chǔ)器一般采用CMOS電路, 一旦停電時(shí)間長, 計(jì)算機(jī)就會(huì)失去記憶使大量運(yùn)算過程的數(shù)據(jù)丟失致使計(jì)算機(jī)運(yùn)算錯(cuò)誤乃至停機(jī)。一般維持計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行要求電源中斷的時(shí)間在1O ms之內(nèi)。對(duì)于瞬間停電持續(xù)時(shí)間.《規(guī)范》中對(duì)供電質(zhì)量規(guī)定分為A、B、C三級(jí)。A 級(jí): O m s 一4 m s ;B級(jí):4ms 一200ms;C級(jí):200ms一1500ms以上是衡量電源質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo), 這些技術(shù)指標(biāo)的好壞反映了電源質(zhì)量的情況。將直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。為此應(yīng)視電源污染的程度以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)電源品質(zhì)的要求,采取相應(yīng)的防護(hù)措施,防止電網(wǎng)中其他設(shè)備的干擾,提高供電質(zhì)量,使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
2 改善電源質(zhì)量的方法
影響電源質(zhì)量的因素是復(fù)雜的當(dāng)受到污染后的電源為計(jì)算機(jī)和精密電子設(shè)備供電時(shí)對(duì)其運(yùn)行是極為有害的。當(dāng)供電電網(wǎng)的電源質(zhì)量不能滿足要求時(shí), 要根據(jù)需要.采用合理的供電系統(tǒng)以及必要的技術(shù)措施.有針對(duì)性地消除污染電源對(duì)計(jì)算機(jī)和精密電子設(shè)備的影響。這些措施包括:采用隔離變壓器、濾波器、穩(wěn)壓器、不間斷電源等設(shè)備。以便濾除高頻噪聲，穩(wěn)定電壓與城市電網(wǎng)隔離、消除電壓和頻率的偏差以及吸收浪涌等各種干擾從而獲得理想的電源。常用的幾種計(jì)算機(jī)供配電系統(tǒng)主要有直接供電系統(tǒng).隔離變壓器、穩(wěn)壓器和濾波器組合系統(tǒng)及不間斷供電系統(tǒng)等。
2.1 直接供電系統(tǒng)
直接供電系統(tǒng)就是將市電（通常為AC38OV,50HZ） 直接接至配電柜.然后再分送給計(jì)算機(jī)設(shè)備。直接供電系統(tǒng)只適用于電網(wǎng)質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)能滿足計(jì)算機(jī)的要求, 且附近沒有較大負(fù)荷的啟動(dòng)和制動(dòng)以及電磁干擾很小的地方。直接供電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是:供電系統(tǒng)簡單、設(shè)備少、投資低、運(yùn)行費(fèi)用少、維修方便等。它的缺點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求高, 對(duì)電源污染沒有任何防護(hù), 易受電網(wǎng)負(fù)荷的變化影響等。
2.2 隔離變壓器、穩(wěn)壓器和濾波器組合系統(tǒng)
隔離變壓器‘穩(wěn)壓器和濾波器組合系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)房多采用的一種配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)可消除電網(wǎng)中的瞬變干擾、較大負(fù)荷的啟動(dòng)和制動(dòng)、電壓波動(dòng)及電磁干擾等。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉、運(yùn)行可靠、維修方便、運(yùn)行費(fèi)用低等。它的缺點(diǎn)是在電網(wǎng)有較大頻率波動(dòng)和突然停電時(shí)沒有防護(hù)。
2.3 不間斷供電電源
不間斷供電電源它是電力變流器、儲(chǔ)能裝置（蓄電池） 和開關(guān)組合成的一種電源設(shè)備。不間斷供電電源具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抗干擾、防止浪涌等功能。而且, 當(dāng)發(fā)生突然停電時(shí)『不間斷供電電源可以對(duì)用電設(shè)備繼續(xù)供電一段時(shí)間,使人們能及時(shí)處理計(jì)算機(jī)等設(shè)備中內(nèi)存的信息, 或者立即啟動(dòng)備用電源.使計(jì)算機(jī)等設(shè)備繼續(xù)工作。
2.4 瞬變浪涌保護(hù)器
暫態(tài)過電壓是配電系統(tǒng)中zui常見的干擾形式雷電僅是一種主開關(guān)操作、無功補(bǔ)償電容器及電梯等重負(fù)荷設(shè)備的投入和切除, 都會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)過電壓。大部分過電壓的產(chǎn)生帶有隨機(jī)性和重復(fù)性,往往伴隨電網(wǎng)中其它干擾的發(fā)生而產(chǎn)生。上面的幾種供電系統(tǒng).包括穩(wěn)壓電源和不間斷電源均不能消除過電壓因?yàn)榉(wěn)壓電源和不間斷電源對(duì)快速脈沖過電壓不能及時(shí)反應(yīng).甚至?xí)䦟⒎(wěn)壓電源和不間斷電源損壞。因此.必須采用瞬變浪涌保護(hù)器來保障電子設(shè)備免受暫態(tài)過電壓的干擾和侵害。綜上所述隨著智能建設(shè)的不斷發(fā)展人們對(duì)電源質(zhì)量要求也愈加嚴(yán)格。然而, 如何提高電源質(zhì)量消除電氣中的隱患.保證計(jì)算機(jī)及精密電子設(shè)備正常運(yùn)行,將是工程設(shè)計(jì)人員一直要關(guān)注的問題。
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