Статьи

Источник бесперебойного питания — не защита от помех

Источники бесперебойного питания — не защита от помех!

  

Типичной ошибкой подавляющего большинства пользователей является установка ИБП в качестве универсального помехозащитного устройства.

У маломощных ИБП единственным средством защиты от импульсных перенапряжений служит в большинстве случаев маленький фильтр, защищающий телевидение и связь от помех, возникающих при работе самого ИБП, и варистор.

 В ИБП большой мощности за­щита от сетевых перенапряжений и помех обычно вообще не предусмотрена, иногда поставляется отдельно и стоит очень дорого. Зачастую в качестве защиты от помех поставщики ИБП предлагают THD и RFI фильтры, разделительные трансформаторы.

Что такое THD и RFI фильтры, разделительные трансформаторы?

  • THD фильтр (фильтр гармоник) защищает сеть электропитания от так называемых гармоник низшего порядка, искажающих сетевое напряжение при работе самого ИБП. Применяется в слабых электросетях, где включение мощного ИБП может буквально изрезать синусоиду сетевого напряжения.
  • RFI фильтр (фильтр радиопомех) защищает сеть электропитания от радиопомех, генерируемых высокочастотным инвертором самого ИБП. Применяется на объектах, критичных к уровню радиопомех (телецентр и т.п.).
  •  Разделительный трансформатор служит преимущественно для обеспечения электробезопасности при работе бестрансформаторных ИБП. Любой обычный трансформатор по своему устройству является разделительным трансформатором (первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга). Если разряд молнии попал на вход трансформатора подстанции, то защитит ли трансформатор электронное оборудование от поражения? Ответ всем пострадавшим от молнии известен — нет! Обычный разделительный трансформатор не может быть устройством защиты от перенапряжений.

 

Мощные ИБП по схеме online имеют байпасные (обходные) контуры, которые при перенапряжениях в сети электропитания и в иных, опасных для «жизни» ИБП ситуациях, спа­сая его, соединяют защищаемое оборудова­ние непосредственно с сетью электропитания, в обход ИБП. При этом вся «грязь» из сети электропитания попадает на нагрузку. 

  

Отметим несколько типичных случаев поведения ИБП под воз­дейст­вием помех из сети электропитания.

  

Примеры из практики:

 

  • В центре Москвы у мощных ИБП фирмы АРС самопроизвольного менялся уровень выходного напряжения и происходил переход на аккумуляторную батарею при номи­наль­ном входном напряжении. Причина — самопроизвольное перепрограммирование схемы управления ИБП под воздействием импульсных помех, возникающих при работе схем включения натриевых ламп для освещения улиц.
  • ИБП фирмы SOLA работал от сети электропитания с тиристорным электроприводом и переходил на аккумуляторную батарею при номинальном напряжении сети электропи­тания. Причина: периодические импульсные помехи, возникавшие вследствие работы в сети тири­сторного преобразователя, приводили к срабатыванию датчика снижения на­пряжения ИБП (при этом КНС в сети электропитания не превышал допустимые для ИБП 5%). Необходимо отметить, что подобная ситуация возникала у наших заказчиков неоднократно, с ИБП от разных производителей. Чем «умнее» контроллер ИБП, тем в большей степени он оказывается чувствителен к искажениям на­пряжения сети электро­питания.
  • Локальная вычислительная сеть (ЛВС), получавшая электропитание по полнопроточной схеме от мощного ИБП, в дневное время работала удовлетворительно, а в ночное время неодно­кратно давала отказы в работе, в том числе сопровождавшиеся выходом из строя оборудо­вания. Причина: сброс нагрузки в энергосистеме в ночное время сопровождался увеличе­нием напряжения на 10...15%, при этом ИБП, защищая свою силовую схему, пе­реходил на байпасный контур и оставлял ЛВС без защиты от помех и превышения на­пряжении пита­ния. В крупных промышленных центрах при использовании мощных ИБП следует счи­таться с возможностью длительной (до 30...60 мин./сутки) работы на­грузки ИБП через бай­пас, то есть без надлежащей защиты СВТИ ЛВС от помех по сети электропитания.
  • Разряд молнии в землю на удалении 200 метров от вычислительного центра в Иваново вывел из строя несколько десятков персональных компьютеров, мониторов и принтеров, защищенных ИБП. Характер повреждения — многочисленные пробои и повреж­дение компонентов, в блоках питания взорвались проводники печатных плат. При этом ком­пьютеры бухгалтерии, защищенные трансфильтрами ЗАО «ЭМСОТЕХ», сохранили ра­ботоспособ­ность.
  • Пожар в магазине «Детский мир» и одновременное с ним самовозгорание защищенных с по­мощью ИБП компьютеров в Политехническом музее Москвы из-за перенапряжения в сети электропитания являются общеизвестными фактами.
  •  На одном из крупных предприятий Санкт-Петербурга мощный ИБП воздействием перенапряжений был выведен из строя в первые недели эксплуатации, оставив без ре­зерв­ного электроснабжения большой ВЦ.
  • В здании РАО ЕЭС России произошла авария с ИБП «Силкон» мощностью 30 кВА. Экспертиза по­вреждений, возникших в результате аварии, показала следующее: Перена­пряжение (наибо­лее вероятно — разряд молнии) привело к пробою каркаса дросселя по цепи «обмотка — магнитопровод» (каркас пластмассовый с электрической прочностью не менее 6 кВ). Искровым раз­рядом была повреждена изоляция проводников обмотки, что привело к возникновению межвиткового замыкания с последующим перегревом и разрушением дросселя и выходом из строя ИБП. Процесс повреждения изоляции перенапряжением и межвитковое замыкание были существенно разнесены во времени. Изоляция была по­вреждена в грозовой период, а межвитковое замыкание возникнуть позднее, в период интенсивной работы ИБП от аккуму­ляторной батареи.
  • На одном из крупных нефтеперерабатывающих заводов коммутационное импульсное перенапряжение возникло из-за однофазного короткого замыкания и привело к несанкционированному включению байпаса мощного резервированного ИБП, сбою в его работе, возрастанию до опасных пределов напряжения на конденсаторах инвертора и аварийной остановке ИБП на 10-15 секунд. Так как ИБП обеспечивал электроэнергией нагрузку по I особой категории, то ущерб от аварии был многомиллионным.

 

ИБП — это защита от исчезновения напряжения и провалов напряжения, на долю которых приходится не более 5…10% всех сбоев в работе электронного оборудования, и которые обыкновенно не выводят электронику из строя. Основная доля сбоев в работе компьютеров и их повреждений (до 95%) приходится на не­заметные невооруженным взглядом импульсные помехи.

Переоценка помехозащитных свойств ИБП может стоить дорого. В Тюмени разряд мол­нии вблизи от вычислительного центра вывел из строя около 100 компьютеров и их перифе­рийное оборудование. Защита компьютеров обеспечивалась ИБП фирмы АРС. Все ИБП (около 50 штук) вышли из строя, часть из них воспламенилась, несколько штук бу­к­вально взорвались с разрушением металлического корпуса.

 

Для сведения проектантов и знатоков электротехники:

Промышленные ИБП (категория исполнения С3) западных производителей выдерживают по входу и выходу перенапряжения в соответствии с IEC 62040-2, табл.6. Согласно этому стандарту ИБП по входу и выходу переменного тока может выдерживать без повреждений (сбои в работе допускаются) радиопомехи до 10 В с частотой 0,15-80 МГц; наносекундные импульсные помехи до 2 кВ; микросекундные импульсные перенапряжения (1/50 мкс, 8/20 мкс) до 1 кВ в цепи «провод-провод» и до 2 кВ в цепи «провод-земля». Причем испытания на микросекундные импульсные перенапряжения проводятся в отношении ИБП с током более 63 А.

Параметры имитатора для испытаний ИБП описаны в IEC 60950-1, табл. 1. Согласно этим нормам емкость кон­ден­сатора имитато­ра составляет 1 мкФ, а импеданс имитатора равен 40 Ом. То есть ток в цепи «провод-провод» ограничен значением 25 А, а в цепи «провод-земля» значением 50 А. Для целей грозозащиты следует ориентироваться на значения тока 20000 А и более. После сравнения этих значений не требуется доказывать тезис о необходимости защиты ИБП от перенапряжений.

 

Насколько серьезной должна быть защита?

 Конденсатор имитатора для испытаний ИБП по IEC 60950-1 емкостью 1 мкФ, заряженный до 1 кВ (цепь «провод-провод») и до 2 кВ (цепь «провод-земля») имеет энергию соответственно 0,5 Дж и 2 Дж. Импульс тока от разряда молнии 20 кА (10/350 мкс) имеет энергию около 100000 Дж. То есть схема защиты от грозовых перенапряжений, установленная до ИБП, должна уменьшить энергию перенапряжения по цепи «провод-провод» в 200000 раз и по цепи «провод-земля» в 50000 раз.

Для того чтобы ИБП на протяжении всего срока эксплуатации исправно выполнял свою основную функцию — защищал нагрузку от чрезмерного снижения и исчезновения напряжения в сети электропитания, он должен быть надежно защищен по входу с помощью комплексных помехозащитных устройств.