Zakłócenia zasilania

Jakość energii elektrycznej

Parametry jakościowe energii elektrycznej zależą zarówno od prawidłowego zaprojektowania, jak i wykonania instalacji elektrycznej oraz od poprawnego funkcjonowania wszelkich urządzeń odbiorczych. Podstawowymi parametrami określającymi jakość energii elektrycznej są:

- wartość skuteczna napięcia,

- częstotliwość,

- kształt krzywej napięcia.

Parametry, jakim powinna odpowiadać dostarczana do odbiorców energia elektryczna, są określane przez polską normę PN-IEC 60038 i rozporządzenie Ministra Gospodarki z 25.09.2000 r. „w sprawie szczegółowych warunków przyłączenia podmiotów do sieci elektroenergetycznych oraz standardów jakościowych obsługi odbiorców” (DzU nr 85 poz. 957). Zgodnie z tymi aktami prawnymi napięcie znamionowe w sieci niskiego napięcia od 1 stycznia 2004 r. powinno wynosić 230/400 V (wcześniej 220/380 V), przy czym dopuszczalne odchylenia napięcia w sieciach niskich napięć powinny mieścić się w przedziale ±5%. Dla napięcia znamionowego 230 V wartość ta nie powinna być niższa od 207 V ani wyższa niż 253 V.

Wymagania odnośnie jakości napięcia są określone w zaleceniu IEEE446 z 1987 r.

Zakłócenia w sieci elektroenergetycznej

W sieci elektroenergetycznej występują różnorakie zakłócenia związane zarówno z pracującymi w niej urządzeniami, jak i przyczynami zewnętrznymi, takimi jak wyładowania atmosferyczne. Zdecydowana większość zakłóceń ma charakter krótkotrwały (nie dłuższy niż 5 s), lecz mogący spowodować poważną awarię lub długotrwały przestój systemu. Niekorzystne zmiany parametrów napięcia mogą być efektem zjawisk powstających w elektroenergetycznej sieci przesyłowej i instalacji odbiorczej.

Zakłócenia zasilania powstające w elektroenergetycznej sieci przesyłającej

Awarie i zakłócenia występujące w sieci przesyłowej wpływają na zasilanie wielu odbiorców energii elektrycznej. Zakłócenia powstające w sieci elektroenergetycznej mogą mieć charakter zarówno krótkotrwały (przepięcia, przetężenia, wahania i zapady napięcia), jak i długotrwały (zaniki napięcia, odchylenia napięcia).

Zakłócenia zasilania generowane przez odbiorniki elektryczne

Najczęstszym śródłem zakłóceń są inne, pracujące w sieci elektrycznej, odbiorniki. Przykładowo, włączenie silnika elektrycznego o dużej mocy (będącego np. napędem windy) może spowodować obniżenie napięcia i nieprawidłową pracę urządzeń wymagających odpowiednich parametrów zasilania. Innym śródłem powstawania zakłóceń mogą być energoelektroniczne urządzenia zasilające, m.in… Falowniki sterujące pracą wentylatorów w układach klimatyzacji, które wnoszą do sieci zakłócenia w postaci wyższych harmonicznych zniekształcających sinusoidę napięcia, w związku z czym należy pamiętać o konieczności stosowania na ich wejściu odpowiednich filtrów.

Odchylenia i wahania napięcia

Zmienność wartości napięcia w czasie nazywa się odchyleniem (dla zmian występujących długotrwale) bądś wahaniami napięcia (dla zmian napięcia zachodzących z większą częstotliwością). Długotrwałe zmiany napięcia są najczęściej spowodowane spadkami napięcia na elementach sieci (zmieniającego się z kwadratem wartości płynącego prądu) bądź złym ustawieniem regulatora napięć (przełącznika zaczepów przekładni transformatora w stacji elektroenergetycznej). Na wahania napięcia szczególny wpływ mają odbiorniki dużej mocy, np. napędy elektryczne (układów wentylacji, klimatyzacji czy wind). Wahania napięcia nakładają się niekiedy na trwałe odchylenia napięcia, powiększając tym samym stan zakłócenia.

Zniekształcenia napięcia zasilającego

Parametrem określającym poziom zniekształceń sinusoidy napięcia jest współczynnik THD (Total Harmonic Distortion), wyznaczany zgodnie z następującą zależnością:

Uk - wartość k-tej harmonicznej napięcia

Deformacja kształtu napięcia jest wynikiem nieliniowego charakteru poboru prądu przez odbiorniki, takie jak urządzenia energoelektroniczne (np… zasilacze UPS, falowniki do sterowania silników elektrycznych) czy urządzenia wyposażone w zasilacze impulsowe (sprzęt informatyczny). Wartość współczynnika THD nie powinna przekraczać 5%, w przeciwnym razie należy stosować specjalne filtry w celu uniknięcia niepoprawnej pracy urządzeń teleinformatycznych. Parametrem, pozwalającym określić stopień zniekształcenia kształtu prądu pobieranego przez zasilacze impulsowe, jest współczynnik szczytu.

Wartość szczytowa prądu wsp. Szczytu (Crest Factor) = aaaaaaaa wartość RMS prądu

Wartość tego współczynnika dla prądu w kształcie idealnej sinusoidy wynosi sqrt\2 , a w przypadku prądu pobieranego przez przetwornice impulsowe jego wartość przekracza 3. Obciążenie typu komputerowego (impulsowego) może spowodować niekorzystne zjawisko płynięcia prądu w przewodzie neutralnym sieci trójfazowej.

Energia elektryczna jest przesyłana z elektrowni do odbiorców w systemie trójfazowym, dopiero w instalacji odbiorczej budynku dokonuje się rozdziału na obwody jednofazowe, które są zasilane z poszczególnych faz. Podziału obciążeń na poszczególne fazy dokonuje się równomiernie, aby skompensować wartość obciążenia w poszczególnych fazach, co zapobiega płynięciu prądu przez przewód neutralny (w sieci trójfazowej). W przypadku zasilania dużych centrów przetwarzania danych, w których większość odbiorników pobiera prąd impulsowo, występuje zjawisko przepływu prądu o znacznej wartości w przewodzie neutralnym sieci trójfazowej, mimo równomiernego podziału obciążenia faz. W celu zlikwidowania tego zjawiska stosuje się specjalne filtry aktywne bądś zasilacze UPS, które są wyposażone w odpowiednie układy korygujące.

Przepięcia

Najbardziej niebezpiecznymi zakłóceniami dla odbiorników elektrycznych są przepięcia, które mogą być spowodowane czynnikami zewnętrznymi, takimi jak wyładowania atmosferyczne, lub wewnętrznymi, powstającymi w wyniku wyłączenia odbiorników o dużej indukcyjności (np… Silniki elektryczne, inne urządzenia elektromagnetyczne). Urządzeniami chroniącymi przed tymi niebezpiecznymi zjawiskami są ochronniki. W pewnych sytuacjach jednak czas zadziałania i stopień ograniczenia wartości napięcia mogą być niewystarczające do zapewnienia skutecznej ochrony szczególnie wrażliwych odbiorów funkcjonujących. Wysokoenergetyczne przepięcia o dużej stromości zbocza narastania mogą spowodować poważne uszkodzenia sprzętu teleinformatycznego i, co za tym idzie, duże straty ekonomiczne.

Zaniki zasilania

Należy przyjąć, iż średnio kilkanaście razy w roku systemy informatyczne, jak też pozostałe grupy odbiorników, są narażone na przerwy w zasilaniu. Zdecydowana większość trwa krócej niż 5 min (90% zaników zasilania), a prawie wszystkie krócej niż 1 godz. (99%). Suma wszystkich przerw daje rocznie średnio ok… 100 min bez zasilania, czyli dostępność zasilania kształtuje się na poziomie 99,98%. Powyższe dane to oczywiście wartości średnie i różnią się one w zależności od lokalizacji i stanu instalacji elektrycznej budynku itp…

Przestój systemu teleinformatycznego oznacza duże straty

Prawidłowe zasilanie jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na dostępność systemów informatycznych. Brak funkcjonującej infrastruktury sieciowej ma wpływ zarówno na pojedynczego użytkownika, jak i całe przedsiębiorstwo i przynosi duże straty finansowe.

Na koszty przestoju systemu informatycznego składają się:

* stracony przychód i zysk, * bezproduktywny czas pracowników.

Pod pojęciem „czas przestoju systemu teleinformatycznego” należy rozumieć okres jego niedostępności, uwzględniający czas trwania zaniku zasilania i podniesienia systemu. Istotna jest bowiem możliwość korzystania z systemu, a nie przyczyna jego niedostępności. Warto sobie uświadomić, że chociaż zanik zasilania może trwać tylko kilka sekund, to czas przestoju ze względu na konieczność podniesienia systemu operacyjnego i odzyskania lub weryfikacji danych jest zdecydowanie dłuższy. Dla wielooddziałowych korporacji oszacowanie kosztów przestoju jest stosunkowo złożone, gdyż awaria zasilania może dotyczyć tylko określonego wycinka usług. W przypadku stosowania wielu usług należy określić koszt niedostępności każdej z nich oraz wzajemne między nimi relacje.

Szacowanie kosztów przestoju

Straty spowodowane przerwami w dostawach energii są mierzalne, co pozwala wykazać opłacalność inwestycji w system zabezpieczający zasilanie. Zsumowanie wartości poszczególnych pozycji może uzmysłowić, jak kosztowny dla przedsiębiorstwa jest okres przestoju systemu teleinformatycznego. Oprócz bezpośrednich kosztów obejmujących przestój należy uwzględnić inne czynniki, które są niezwykle ważne dla prowadzonej działalności biznesowej każdego przedsiębiorstwa, takie jak:

• zawiedzone oczekiwania klientów;
• wpływ na postrzeganie firmy na tle konkurencji;
• wymagania prawne;
• zobowiązania uwarunkowane umowami i kontraktami.