穩壓器在智能電網中的應用
2012-07-14
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如今在智能建筑中運用了許多計算機和電子設備。計算機及其他自動化設備普遍存在著絕緣強度低、對供電電源的質量要求高、過電壓耐受能力差的弱點,使得這些高靈敏的電子系統在運行時經常會由于電源的影響出現程序運行錯誤、數據錯誤、時間錯誤、死機、無故重新啟動等故障甚至使用電設備形成*性損壞造成巨大損失。為此在智能建筑中,研究其供電電源質量實施有效的防護措施是十分必要的。
電源質量的技術指標
衡量電源質量的技術指標主要包括電壓波動、頻率波動、諧波和三相不平衡等。供電電源質量會受到多種因素的影響。如負荷的變化、大量非線性負載的使用、高次諧波的影響、功率因數補償電容的投入和切斷、雷電和人為故障、公共設施。如電動機、電梯等的運行等都會影響電源的品質從而降低供電電源的質量。
電壓波動
理想電源電壓正弦波的波形是連續、光滑、沒有畸變的,其幅值和頻率是穩定的。當負荷出現較大的增加時特別是臨近系統內有大型設備啟動時常使供電電源正弦波的幅值受到影響
產生低電壓。當供電電源電壓波動超過允許范圍時就會使計算機和精密的電子設備運算出現錯誤甚至會使計算機的停電檢測電路誤認為停電而發出停電處理信號?? 影響計算機的正常工作。一般計算機允許電壓波動范圍為AC380V、220V±5%,在電壓降低至額定電壓的70%時。計算機就視為中斷。為此《電子計算機機房設計規范》GB50174-93《以下簡稱《規范》對電壓波動明確規定將電壓波動分為A、B、C三級。見表1。
供電電源頻率波動主要由于電網超負荷運行而引起發電機轉速的變化所致。而計算機的外部設備大多采用同步電動機一般計算機頻率允許波動范圍為50HZ士1%。當供電電源頻率波動超過允許范圍時會使計算機信息存儲的頻率發生變化而產生錯誤甚至會導致信息丟失等。《規范》對頻率波動有明確規定,將頻率波動分為A、B、C 三級 見表2。
產生電源電壓波形失真的主要原因是由于電網中非線性負載特別是一些大功率的可控整流裝置的存在會對供電電源的電壓波形產生影響。這種波形畸變,會使計算機直流電源回路中的濾波電容上的電流明顯增大電容器發熱，還會由于鋸狀波形的出現使計算機的停電檢測電路誤認為停電而發出停電處理信號,影響計算機的正常工作。衡量波形失真的技術指標是波形失真率, 即用電設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數。《規范》對波形失真率規定分為A 、B、C 三級（見表3） 。
4 瞬變脈沖
瞬變脈沖, 又稱尖峰或者電壓閃變.是指在小于電網半個周期的時間內電網理想正弦波上疊加的窄脈沖。峰值電壓高達20000V 持續時間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓, 它不僅會造成電子設備產生誤操作,或者造成電子設備受到干擾.數據丟失,或暫時癱瘓.嚴重時還可引起元器件擊穿及電路板燒毀.使整個系統陷于癱瘓。引起瞬變脈沖的原因很多, 一般主要有內部過電壓和雷電過電壓。
5 三相不平衡
由于三相負荷分配不均等,使三相負荷電流不對稱.由此產生三相負序分量。不平衡度是衡量三相負荷狀態的指標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影響計算機的穩定、可靠運行,目前尚無完整資料。只有參考廠商關于三相不平衡具體要求以保證計算機及其設備正常、穩定運行一般要求三相負荷不平衡度小于20 % 。
6 瞬間停電
如果發生電網瞬間停電.將直接影響計算機的正常運行。當電源中斷1.5ms以內時可由計算機主機的大電容器放電來維持計算機的繼續運行對系統無影響。在電源中斷1.5ms以上時由于存儲器一般采用CMOS電路, 一旦停電時間長, 計算機就會失去記憶使大量運算過程的數據丟失致使計算機運算錯誤乃至停機。一般維持計算機的正常運行要求電源中斷的時間在1O ms之內。對于瞬間停電持續時間.《規范》中對供電質量規定分為A、B、C三級。A 級: O m s 一4 m s ;B級:4ms 一200ms;C級:200ms一1500ms以上是衡量電源質量的主要技術指標, 這些技術指標的好壞反映了電源質量的情況。將直接影響計算機系統的運行。為此應視電源污染的程度以及計算機系統對電源品質的要求,采取相應的防護措施,防止電網中其他設備的干擾,提高供電質量,使計算機系統能夠穩定、可靠運行。
2 改善電源質量的方法
影響電源質量的因素是復雜的當受到污染后的電源為計算機和精密電子設備供電時對其運行是極為有害的。當供電電網的電源質量不能滿足要求時, 要根據需要.采用合理的供電系統以及必要的技術措施.有針對性地消除污染電源對計算機和精密電子設備的影響。這些措施包括:采用隔離變壓器、濾波器、穩壓器、不間斷電源等設備。以便濾除高頻噪聲，穩定電壓與城市電網隔離、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。常用的幾種計算機供配電系統主要有直接供電系統.隔離變壓器、穩壓器和濾波器組合系統及不間斷供電系統等。
2.1 直接供電系統
直接供電系統就是將市電（通常為AC38OV,50HZ） 直接接至配電柜.然后再分送給計算機設備。直接供電系統只適用于電網質量的技術指標能滿足計算機的要求, 且附近沒有較大負荷的啟動和制動以及電磁干擾很小的地方。直接供電系統優點是:供電系統簡單、設備少、投資低、運行費用少、維修方便等。它的缺點是對電網質量要求高, 對電源污染沒有任何防護, 易受電網負荷的變化影響等。
2.2 隔離變壓器、穩壓器和濾波器組合系統
隔離變壓器‘穩壓器和濾波器組合系統是計算機房多采用的一種配電系統。該系統可消除電網中的瞬變干擾、較大負荷的啟動和制動、電壓波動及電磁干擾等。該系統優點是價廉、運行可靠、維修方便、運行費用低等。它的缺點是在電網有較大頻率波動和突然停電時沒有防護。
2.3 不間斷供電電源
不間斷供電電源它是電力變流器、儲能裝置（蓄電池） 和開關組合成的一種電源設備。不間斷供電電源具有穩壓、穩頻、抗干擾、防止浪涌等功能。而且, 當發生突然停電時『不間斷供電電源可以對用電設備繼續供電一段時間,使人們能及時處理計算機等設備中內存的信息, 或者立即啟動備用電源.使計算機等設備繼續工作。
2.4 瞬變浪涌保護器
暫態過電壓是配電系統中zui常見的干擾形式雷電僅是一種主開關操作、無功補償電容器及電梯等重負荷設備的投入和切除, 都會產生暫態過電壓。大部分過電壓的產生帶有隨機性和重復性,往往伴隨電網中其它干擾的發生而產生。上面的幾種供電系統.包括穩壓電源和不間斷電源均不能消除過電壓因為穩壓電源和不間斷電源對快速脈沖過電壓不能及時反應.甚至會將穩壓電源和不間斷電源損壞。因此.必須采用瞬變浪涌保護器來保障電子設備免受暫態過電壓的干擾和侵害。綜上所述隨著智能建設的不斷發展人們對電源質量要求也愈加嚴格。然而, 如何提高電源質量消除電氣中的隱患.保證計算機及精密電子設備正常運行,將是工程設計人員一直要關注的問題。
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