Сбои электропитания

В электрической сети бывают разного рода сбои. В России получили известность данные исследований, проведенных в США фирмами Bell Labs и IBM. Согласно последнему, каждый персональный компьютер подвергается воздействию 120 нештатных ситуаций с электропитанием в месяц. По данным Bell Labs в США наблюдаются следующие наиболее часто встречающиеся сбои питания.

 

1. Провалы напряжения - кратковременные понижения напряжения, связанные с резким увеличением нагрузки в сети в связи с включением мощных потребителей, таких, как промышленное оборудование, лифты и т.д. Является наиболее частой неполадкой в электрической сети, встречается в 87 % случаев.

Эту картину видимо можно считать типичной для большинства развитых стран. (Заметим в скобках, что и источники бесперебойного питания, производимые в этих странах, в большинстве случаев ориентированы именно на такую электрическую сеть).

 

К сожалению и эта картина не всегда соответствует нашей действительности. Фирмой "А и Т Системы" по заказам разных клиентов проводились обследования электрической сети на предприятиях в разных местах России и за рубежом. Кроме того, к нам также поступала косвенная информация о состоянии электрической сети в разных местах бывшего СССР. Таких обследований было не так много, чтобы можно было делать профессиональные статистические выводы, но все же кое-что просто бросается в глаза.

Нижняя кривая на рис. 3 получена в сети с пониженным напряжением. Стабильное ночью напряжение около 215 В снижается с началом дня и вновь возрастает вечером, когда большинство потребителей отключаются. Средняя кривая на рис. 3 получена в электрической сети с повышенным напряжением. Здесь наблюдается более характерная зависимость напряжения от времени суток. Стабильное ночью напряжение понижается утром, достигая минимума в середине рабочего дня, и плавно нарастает к его концу. Оба описанные графика получены в рабочие дни недели. Верхний график на рис. 3 получен в праздничный день в том же месте, что и средний график. В этом случае напряжение остается стабильно повышенным в течение суток.

 

Если включить в рассмотрение и напряжение в выходные дни, то мы получим следующий по длительности цикл изменения напряжения в электрической сети - недельный. Видимо существуют циклы изменения напряжения большей длительности (например, годовой цикл) но они нами никогда не отслеживались.

В России, и особенно в других странах СНГ, наблюдается вид сбоя питания совершенно неизвестный на Западе. Это нестабильная частота. Самым характерным примером являлась Грузия в 1992-1994 годах. Энергосистема Грузии в целом видимо была очень сильно перегружена. Поэтому частота в сети могла опускаться до 42 Гц. Само по себе изменение частоты не представляет существенной опасности для оборудования, оснащенного импульсным блоком питания, но очень низкая частота обычно сопровождается сильными гармоническими искажениями, которые могут отрицательно повлиять на работу не только компьютера, но и большинства источников бесперебойного питания (ИБП). Кроме того, многие ИБП среднего класса воспринимают сильное понижение частоты как аварийный случай и начинают расходовать заряд батареи. Батарея разряжается через несколько минут и вся работа на этом заканчивается.

В России пониженная частота встречается довольно редко. Тем не менее, даже в Москве сотрудниками фирмы Merlin Gerin была, по их словам, однажды зарегистрирована частота ниже 45 Гц. В наших измерениях частота ниже 49.5 Гц не встречалась.

Еще одной отличительной особенностью России являются причины (и, соответственно, количество) полных отключений напряжения. Аварии и стихийные бедствия, являющиеся причинами полного отключения напряжения в развитых странах, случаются у нас примерно с такой же частотой, что и там. Но в России эти случайности не являются единственными, и даже главными, причинами полного исчезновения напряжения. Свое уверенное слово говорит человеческий фактор. Дело в недостатке знаний. Электрики, обслуживающие офисное здание с множеством компьютеров, обычно не имеют никакого представления о том, какие последствия имеет отключение напряжения для компьютеров и данных. Поэтому они ведут себя совершенно так же, как и 20 лет назад. При возникновении какой-либо проблемы с электропитанием на этаже (например, отключился автоматический выключатель - предохранитель), электрик начинает искать автоматический выключатель, отвечающий за зону, в которой возникла проблема. Ищет он разумеется не по схеме (это долго, да и схемы у него возможно, или скорее всего, нет). Он просто последовательно отключает и тут же включает все автоматы на щитке и смотрит на результат. В момент, когда в нужном помещении появляется свет, он считает свою миссию законченной. Если нужный автомат окажется последним, то в течение минуты каждая электролампа и каждый компьютер на этаже подвергнутся кратковременному (менее секунды) отключению напряжения. Для освещения ничего страшного не происходит, люди обычно даже не успевают испугаться, оказавшись на мгновение в темноте. Но секундного отключения вполне достаточно для потери данных на компьютерах. Особенно часто такие случаи бывают весной и осенью, когда заканчивается или начинается отопительный сезон. Если отопление уже отключили или еще не включили, и вдруг похолодало, то люди реагируют стандартно: они включают электрические подогреватели. Если электрическая сеть сильно нагружена, то подключение дополнительных (и мощных) потребителей может привести к срабатыванию автоматического предохранителя. Такой цикл включений и отключений может в некоторых организациях повторяться по несколько раз в день. В остальном электрическая сеть в России ведет себя примерно так же, как и в США.

Отметим еще один вид искажений электропитания, не рассмотренный Bell Labs. Речь идет об искажениях формы синусоиды, связанных с работой компьютеров и других нелинейных нагрузок. При работе импульсных блоков питания в сильно перегруженной сети могут возникать искажения формы синусоидального напряжения. Это может выражаться в срезании вершины синусоиды и появлении гармоник - колебаний кратных частот. Эти искажения могут приводить к неполадкам в работе другого чувствительного оборудования, например измерительных приборов или видеоаппаратуры. Искажения формы кривой напряжения усугубляются специфическими свойствами трехфазной электрической сети, изначально предназначенной для работы только с синусоидальными напряжениями и токами. Работа компьютеров в трехфазной электрической сети рассмотрена в разделе "Особенности трехфазных источников бесперебойного питания" главы 8.

Для любителей эмоционального осмысления неприятностей с электричеством, а также тем, кто склонен часто жаловаться на качество электрической энергии, можно рекомендовать один из лучших технологических романов Артура Хейли: "Перегрузка". Читая его, вы в течении нескольких часов сможете посмотреть на ситуацию со стороны производителя электроэнергии.

Вид сбоя электропитания	Причина возникновения	Возможные следствия
Пониженное напряжение, провалы напряжения	Перегруженная сеть, неустойчивая работа системы регулировнаия напряжения сети, подключение потребителей, мощность которых сравнима с мощностью участка электрической сети	Перегрузки блоков питания электронных приборов и уменьшение их ресурса. Отключение оборудования при недостаточном для его работы напряжении. Выход из строя электродвигателей. Потери данных в компьютерах.
Повышенное напряжение	Недогруженная сеть, недостаточно эффективная работы системы регулирования, отключение мощных потребителей	Выход из строя оборудования. Аварийное отключение оборудования с потерей данных в компьютерах.
Высоковольтные импульсы	Атмосферное электричество, включение и отключение мощных потребителей, запуск в эксплуатацию части энергосистемы после аварии.	Выход из строя чувствительного оборудования.
Электрический шум	Включение и отключение мощных потребителей. Взаимное влияние работающих неподалеку электроприборов.	Сбои при выполнении программ и передаче данных. Нестабильное изображение на экранах мониторов и в видеосистемах.
Полное отключение напряжения	Срабатывание предохранителей при перегрузках, непрофессиональные действия пересонала, аварии на линиях электропередач.	Потери данных. На очень старых компьютерах - выход из строя жестких дисков.
Гармонические искажения напряжения	Значитальную долю нагрузки сети составляют нелинейные потребители, оснащенные импульсными блоками питания (компьютеры, коммуникационное оборудование). Неправильно спроектирована электрическая сеть, работающая с нелинейными нагрузками, перегружен нейтральный провод.	Помехи при работе чувствительного оборудования (радио и телевизионные системы, измерительные комплексы и т.д.)
Нестабильная частота	Сильная перегрузка энергосистемы в целом. Потеря управления системой.	Перегрев трансформаторов. Для компьютеров само по себе изменение частоты не страшно. Нестабильная частота является лучшим индикатором неправильной работы энергосистемы или ее существенной части.

 

 

Источники бесперебойного питания