4 февраля 2019 1510
Наличие в качестве нагрузки большого количества потребителей с импульсными источниками питания (компьютеры, мониторы, серверы, копировальные аппараты и т.д.) приводит к появлению нелинейного, импульсного тока нагрузки и как следствие возникает ряд проблем связанных с электроснабжением данного объекта.
При проектировании электроустановки с долей нагрузок такого рода более 25 – 30 % следует вводить определенные поправки в расчеты кабельных сетей, номиналов автоматов защиты и выбору мощности трансформаторов на подстанции.
Истоки проблемы.
Рисунок 1 – Кривая тока потребления импульсным источником питания.
В результате мы имеем периодическую несинусоидальную функцию потребления тока. Если представить эту функцию в виде бесконечного ряда синусоидальных функций с частотой кратной 50 Гц, то выяснится, что третья гармоника составляет до 70% от величины основной гармоники. Теперь проанализируем последствия этой ситуации для электроустановки.
Перегрузка проводника нейтрали.
При равной и линейной загрузке по трем фазам ток в нейтрали практически равен нулю. В любом случае он физически не может превышать ток в любой из фаз. В случае несинусоидального тока потребления действующее значение тока не только не равно нулю, но и может превышать фазный в пределе до 1,7 раза!
Рисунок 2 – Кривая тока нейтрали при нелинейной нагрузке в трехфазной сети.
Следует напомнить, что установка автоматов защиты или предохранителей в линии нейтрали не предусмотрена, а если еще при реконструкции используются кабеля с жилой нейтрали равной одной третьей от сечения фазного проводника, то пожар практически гарантирован.
Искажение синусоидальности напряжения.
За счет сопротивления проводников линии питания на зажимах нелинейной нагрузки образуется так называемая «плоская синусоида».
Рисунок 3 – Кривая напряжения на зажимах импульсного источника питания.
Проблема заключается в том, что более половины схем измерения и защиты по напряжению (реле контроля фаз, измерительные цепи стабилизаторов напряжения, схемы измерения в UPS и т.д.) измеряют напряжение по амплитуде. Погрешность измерения при такой форме синусоиды уже составит от 5 до 15%. Например, если на входе сети питания группы вычислительной техники установлено реле контроля напряжения с настроенным порогом отключения 245 В (действующее значение напряжения), то при такой форме синусоиды защитное отключение произойдет только при 270 В.
Перегрузка и потери в трансформаторах.
Присутствие гармоник отличных от основной (50 Гц) за счет присутствия нелинейной нагрузки увеличивает долю вихревых токов трансформатора подстанции и активное сопротивление обмоток трансформатора. Как следствие увеличивается нагрев. Для электроустановок с долей нелинейной нагрузки более 20% полная загрузка трансформатора может наступить уже на 80% от номинальной мощности.
Заключение.
При проектировании электроустановки, где применяется значительное количество компьютеров и прочей оргтехники следует внимательно отнестись к расчетам сечения кабельных линий, выбору мощности трансформатора и номиналов автоматов защиты. Это особенно актуально при организации питания локальных, выделенных вычислительных сетей (ЛВС).
При проектировании электроустановки с долей нагрузок такого рода более 25 – 30 % следует вводить определенные поправки в расчеты кабельных сетей, номиналов автоматов защиты и выбору мощности трансформаторов на подстанции.
Истоки проблемы.
Рисунок 1 – Кривая тока потребления импульсным источником питания.
В результате мы имеем периодическую несинусоидальную функцию потребления тока. Если представить эту функцию в виде бесконечного ряда синусоидальных функций с частотой кратной 50 Гц, то выяснится, что третья гармоника составляет до 70% от величины основной гармоники. Теперь проанализируем последствия этой ситуации для электроустановки.
Перегрузка проводника нейтрали.
При равной и линейной загрузке по трем фазам ток в нейтрали практически равен нулю. В любом случае он физически не может превышать ток в любой из фаз. В случае несинусоидального тока потребления действующее значение тока не только не равно нулю, но и может превышать фазный в пределе до 1,7 раза!
Рисунок 2 – Кривая тока нейтрали при нелинейной нагрузке в трехфазной сети.
Следует напомнить, что установка автоматов защиты или предохранителей в линии нейтрали не предусмотрена, а если еще при реконструкции используются кабеля с жилой нейтрали равной одной третьей от сечения фазного проводника, то пожар практически гарантирован.
Искажение синусоидальности напряжения.
За счет сопротивления проводников линии питания на зажимах нелинейной нагрузки образуется так называемая «плоская синусоида».
Рисунок 3 – Кривая напряжения на зажимах импульсного источника питания.
Проблема заключается в том, что более половины схем измерения и защиты по напряжению (реле контроля фаз, измерительные цепи стабилизаторов напряжения, схемы измерения в UPS и т.д.) измеряют напряжение по амплитуде. Погрешность измерения при такой форме синусоиды уже составит от 5 до 15%. Например, если на входе сети питания группы вычислительной техники установлено реле контроля напряжения с настроенным порогом отключения 245 В (действующее значение напряжения), то при такой форме синусоиды защитное отключение произойдет только при 270 В.
Перегрузка и потери в трансформаторах.
Присутствие гармоник отличных от основной (50 Гц) за счет присутствия нелинейной нагрузки увеличивает долю вихревых токов трансформатора подстанции и активное сопротивление обмоток трансформатора. Как следствие увеличивается нагрев. Для электроустановок с долей нелинейной нагрузки более 20% полная загрузка трансформатора может наступить уже на 80% от номинальной мощности.
Заключение.
При проектировании электроустановки, где применяется значительное количество компьютеров и прочей оргтехники следует внимательно отнестись к расчетам сечения кабельных линий, выбору мощности трансформатора и номиналов автоматов защиты. Это особенно актуально при организации питания локальных, выделенных вычислительных сетей (ЛВС).
Оцените статью:
