О влиянии работы электронного оборудования на силовые электрические сети

Материальной основой современного информационного общества, безусловно, является компьютер. За последние 10 лет он не только изменил образ жизни и работы миллиардов людей, но и, в свою очередь, сформировал новые требования к технической инфраструктуре, обеспечивающей его собственное функционирование.

ентр электромагнитной безопасности в последние три года в ходе выполнения ряда работ исследовал состояние систем электроснабжения 0,4 кВ в крупнейших зданиях Москвы, содержащих компьютерные сети численностью от 20 до более тысячи компьютеров. Анализ данных собственных измерений, подкрепленных затем анализом зарубежных научно-технических публикаций, общение с коллегами из IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers), привели нас к выводу, что Россия столкнулась с новой серьезнейшей проблемой. Суть ее состоит в том, что сети электроснабжения 0,4 кВ в зданиях, оснащенных компьютерной техникой, «заражены» высшими по отношению к промышленной частоте (50 Гц) гармониками.

Сразу хотим отметить, что проблема в данном случае не является исключительно российской — на определенном этапе концентрации компьютерной техники с ней столкнулись все страны и были вынуждены принимать решительные меры, включая кардинальное изменение технических регламентов эксплуатации, норм проектирования и разработки соответствующей базы стандартов. С учетом того, что наша страна рассчитывает, в том числе благодаря реализации Федеральной программы «Электронная Россия», на увеличение компьютерного парка в разы, считаем, что актуальность проблемы со временем будет нарастать.

Техническая подоплека вопроса заключается в следующем. В недалеком прошлом большая часть электрической энергии потреблялась линейными нагрузками — лампами накаливания, нагревательными элементами (ТЭН), двигательной нагрузкой и другими подобными электропотребителями. С конца 90-х годов резко возросла доля нелинейных электропотребителей, таких как персональные компьютеры и файл-серверы, компьютерная периферия, мониторы, лазерные принтеры, блоки бесперебойного питания (UPS), а также другое обязательное офисное оборудование — копировальные аппараты и факсы; газоразрядные лампы и другие нелинейные электропотребители. Дело в том, что для электропитания вышеперечисленного электронного оборудования используются встроенные импульсные источники питания, представляющие собой нелинейные нагрузки, сопротивление которых изменяется с течением времени.

Ток, потребляемый этими источниками, имеет ярко выраженный импульсный характер. Это объясняется схемными особенностями импульсных источников питания, а именно наличием сетевого выпрямителя (диодного моста) и сглаживающего емкостного фильтра. Другими словами, ток, потребляемый такими электропотребителями, в отличие от синусоидального тока линейных нагрузок, представляет собой периодический несинусоидальный сигнал.

Чем же плох ток от компьютера?

случаях когда мощность нелинейных электропотребителей не превышает 10-15% общего потребления мощности, каких-либо особенностей в эксплуатации системы электроснабжения, как правило, не возникает. При превышении указанного предела следует ожидать появления различных проблем в эксплуатации и последствий, причины которых не являются очевидными. В зданиях, где доля нелинейной нагрузки превышает 25%, отдельные проблемы могут проявиться сразу же.

Наличие высших гармонических составляющих в токах нелинейных электропотребителей приводит к следующим негативным, а в ряде случаев и к катастрофическим последствиям:

При линейной, даже самой мощной, нагрузке ток в нулевом рабочем проводнике будет меньше, чем максимальный ток в фазных проводниках. Совсем иная ситуация складывается при наличии нелинейных нагрузок — в этом случае ток в нулевом рабочем проводнике может превышать ток в фазе более чем в 1,5 раза.

Рассмотрим последствия воздействия «плоской» синусоиды на импульсный источник питания:

снижение уровня выпрямленного напряжения;
увеличение тепловыделения в элементах импульсного источника питания;
снижение устойчивости к кратковременным провалам напряжения.

Протекание по обмоткам трансформатора несинусоидальных токов, в силу поверхностного эффекта и эффекта близости, приводит к увеличению активного сопротивления обмоток трансформатора и, как следствие, к дополнительному нагреву и к уменьшению срока его службы.

Превышение температуры на 10° сокращает срок службы трансформатора примерно в два раза.

Пути решения проблемы

учетом того, что большинство офисов располагается в зданиях постройки 20-30-летней давности, спроектированных и смонтированных для эксплуатации линейных электропотребителей, а также того, что в последнее время наблюдается значительный рост нелинейных нагрузок, необходим особый и сугубо профессиональный подход к эксплуатации систем электроснабжения таких зданий.

Безусловно, исходя из менталитета большинства руководителей эксплуатирующих служб в нашей стране необходимо подождать изменений в действующей нормативной базе, прежде всего в ПУЭ. И конечно, можно ждать, пока «грянет гром», особенно если оборудование, здание, прямые и косвенные потери, включая упущенную выгоду за время простоя, застрахованы от «необъяснимых» аварий в системе электроснабжения здания.

Тем не менее мы разработали определенный алгоритм действий и предложений, предназначенных для реализации на по-настоящему серьезных объектах, где тратят деньги на предупреждение проблем, а не на ликвидацию их последствий. Приводим их ниже.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎