Влияние на сеть и требования к сети компьютерной техники

1. Влияние на сеть и требования к сети компьютерной техники

Подготовил: Петров А.С
Группа: ЭЛ-08-17
Проверила: Рашевская М.А.

2. Введение

Материальной основой современного информационного общества,
безусловно, является компьютер. За минувшее десятилетие он не только
изменил образ жизни и работы миллиардов людей, но и сформировал
новые требования к технической инфраструктуре, обеспечивающей его
собственное функционирование. Центр электромагнитной безопасности в
последние три года исследовал состояние систем электроснабжения
напряжением 0,4 КВ в крупнейших зданиях Москвы, содержащих
компьютерные сети численностью от двадцати до более чем тысячи
компьютеров. Анализ результатов измерений, подкрепленный анализом
зарубежных научно-технических публикаций, а также общение с
коллегами из IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
привел к выводу, что сети электроснабжения 0,4 КВ в зданиях,
оснащенных компьютерной техникой, «заражены» высшими по отношению
к промышленной частоте (50 Гц) гармониками.

3.

С конца 1990-х годов резко
возросла доля нелинейных
электропотребителей. В первую
очередь это персональные
компьютеры и файл-серверы,
мониторы, лазерные принтеры,
блоки бесперебойного питания
(UPS) и прочее офисное
оборудование.
Дело в том, что для
электропитания
вышеперечисленной техники
используются встроенные
импульсные источники питания,
представляющие собой нелинейные
нагрузки, сопротивление которых
изменяется с течением времени.

4.

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. При
приближении кривой питающего
напряжения к максимальному значению
электронные вентили диодного моста
скачкообразно меняют свое сопротивление
от бесконечности до определенного малого
значения. Такой характер изменения
сопротивления вентиля равносилен
включению или отключению им нагрузки.
Таким образом, периодическое включение
и отключение приводит к появлению
коротких импульсов потребляемого тока.
Хорошо видно, что третья гармоника
составляет 80% от величины основной
гармоники частотой 50 Гц

5. Негативные последствия.

Если мощность нелинейных электропотребителей не превышает 10-15%,
проблем при эксплуатации системы электроснабжения, как правило, не
возникает. При превышении указанного предела следует ожидать различных
проблем в эксплуатации.
Наличие высших гармонических составляющих в токах нелинейных
электропотребителей приводит к следующим негативным:
1.
Возможен и весьма вероятен перегрев и разрушение нулевых рабочих
проводников кабельных линий вследствие их перегрузки токами третьей
гармоники.
2.
Искажение синусоидальности напряжения.
3.
Необоснованное срабатывание предохранителей и автоматических
выключателей имеет место вследствие дополнительного нагрева внутренних
элементов защитных устройств, обусловленного протеканием
несинусоидальных токов

6. Применение ККМ(PFC) в БП.

PFC(Power Factor Correction) бывает двух
разновидностей – пассивный и активный.
При работе импульсный блок питания без
каких-либо дополнительных PFC потребляет
мощность от сети питания короткими
импульсами, приблизительно совпадающими с
пиками синусоиды сетевого напряжения.
Наиболее простым и потому наиболее
распространенным является так называемый
пассивный PFC, представляющий собой
обычный дроссель сравнительно большой
индуктивности, включенный в сеть
последовательно с блоком питания.
Пассивный PFC несколько сглаживает
импульсы тока, растягивая их во времени –
однако для серьезного влияния на
коэффициент мощности необходим дроссель
большой индуктивности, габариты которого не
позволяют установить его внутри
компьютерного блока питания. Типичный
коэффициент мощности БП с пассивным PFC
cоставляет всего лишь около 0,75.
Коэффициент мощности есть отношение
полезной и полученной мощностей, и чем он
ближе к единице – тем лучше.

7. Активный корректор коэффициента мощности(АККМ/APFC).

Активный PFC представляет собой еще один импульсный источник
питания, причем повышающий напряжение.
Форма тока, потребляемого блоком питания с активным PFC, очень мало
отличается от потребления обычной резистивной нагрузки –
результирующий коэффициент мощности такого блока может достигать
0,95...0,98 при работе с полной нагрузкой.
Правда, по мере снижения нагрузки коэффициент мощности уменьшается,
в минимуме опускаясь примерно до 0,7...0,75 – то есть до уровня блоков с
пассивным PFC. Впрочем, надо заметить, что пиковые значения тока
потребления у блоков с активным PFC все равно даже на малой мощности
оказываются заметно меньше, чем у всех прочих блоков.

8.

Помимо того, что активный PFC
обеспечивает близкий к
идеальному коэффициент
мощности, так еще, в отличие от
пассивного, он улучшает работу
блока питания - он дополнительно
стабилизирует входное напряжение
основного стабилизатора блока –
блок становится заметно менее
чувствительным к пониженному
сетевому напряжению, также при
использовании активного PFC
достаточно легко разрабатываются
блоки с универсальным питанием
110...230В, не требующие ручного
переключения напряжения сети.

9. Требования к сети для БП.

БП без ККМ(корректор
коэффициента мощности):
1.
Отклонение в напряжении ±5%
2.
Отклонение частоты ±2%
1.
БП с пассивным ККМ:
Отклонение в напряжении ±5%

10.

БП с активным ККМ:
1.
Отклонение в напряжении ±5%;
2.
Проблемы с резервным
питанием;

11. Применение ИБП(UPS - Uninterruptible Power Supply).

ИБП-источник электропитания,
обеспечивающий при
кратковременном отключении
основного источника мощности
питания, а также защиту от помех
в сети основного источника. ИБП
является вторичным источником
электропитания.

12.

1.
Требования к сети:
Отклонение в напряжении ±5%
Схема подключения:

13. Схемы ИБП:

1.
Резервная схема
2.
Интерактивная схема
3.
Схема двойного преобразования

14. Резервная схема

Так называемые резервные ИБП являются
самыми простыми и доступными. Принцип
работы ИБП данного типа крайне прост:
электропитание нагрузки осуществляется
через сеть, если там имеется напряжение,
в противном случае происходит
переключение питания от АКБ. Зарядка
АКБ осуществляется вовремя работы ИБП.
Согласно статистике, эффективность таких
ИБП при сбоях питания составляет 55-60%.
ИБП резервного типа не обеспечивает
синусоидальную форму напряжения.
Время переключения офлайн с сети на АКБ
колеблется от 2 до 15 миллисекунд. Схема
работы ИБП включает в себя инвертор,
который превращает постоянный ток АКБ в
переменный. Следует заметить, что такие
ИБП, как правило, являются
маломощными.

15. Интерактивная схема

Устройство и работа источников
бесперебойного питания интерактивного
типа практически идентичен резервным
ИБП. Исключением является способность
стабилизации напряжения, которое
осуществляется с помощью
коммутирующего устройства.
Преимущество стабилизации заключается в
отсутствии необходимости на
переключение питания при существенных
отклонениях напряжения. Отклонения
входного напряжения может достигать
порядка 20% от нормального значения.
Выходное напряжение ИБП при этом
практически не колеблется.
Эффективность защиты линейноинтерактивных ИБП составляет 85%.
В сравнении с резервными ИБП они
обеспечивают более высокий уровень
защиты.

16. Схема двойного преобразования

Самые надёжные и высокотехнологичные
ИБП относятся к типу онлайн. В них
реализована технология двойного
преобразования – самая прогрессивная из
всех существующих. Степень защиты
обеспечиваемый такими устройствами
стремится к 100% независимо от того какие
режимы работы ИБП активны: от сети или
АКБ.
Ток на входе преобразуется на
выпрямителе в постоянный, после чего
инвертор преобразует его снова в
переменный. Переменный ток на выходе
обладает идеальными параметрами как по
форме напряжения, так и по его значению.
ИБП содержит в себе резервную линию байпас, по которой осуществляется
питание в случае неисправности какоголибо из узлов источника бесперебойного
питания.

17. Достоинства онлайн ИБП:

отсутствие времени переключения на питание от батарей;
синусоидальная форма выходного напряжения, то есть возможность
питать любую нагрузку, в том числе отопительные системы (в которых
есть асинхронные двигатели).
возможность корректировать и напряжение, и частоту (более того, такой
прибор одновременно является и самым лучшим из возможных
стабилизаторов напряжения).

18. Недостатки

Однако, двойное преобразование имеет и свои недостатки. Устройство
ИБП является довольно сложным, что влияет на его стоимость не лучшим
образом. Наличие двойного преобразования понижает КПД, но на
современных ИБП он довольно высокий. Реализованы специальные
технологии энергосбережения, позволяющие довести коэффициент
полезного действия до максимальных значений. Кроме того, процесс
двойного преобразования сопровождается тепловыделением и шумами.
Стоит признать, что удельный вес всех этих минусов является несравнимо
малым в сравнении со всеми достоинствами, а в главную очередь с
уровнем защиты.

19. Список источников:

https://eaton-enkom.ru
https://lh.ru
https://vacadem.ru
https://ru.wikipedia.org