Што е намалување на напонот?

Намалувањето на напонот е привремено намалување на електричниот напон помеѓу 10% и 90% од номиналниот напон во траење од половина циклус до една минута. Ова нарушување на квалитетот на напојувањето се јавува кога ненадејните високи барања за струја-од стартување на моторот, кратки споеви или дефекти на системот-предизвикуваат накратко опаѓање на напонот пред да се врати на нормално ниво.

Разбирањето на намалувањето на напонот е важно бидејќи овој феномен влијае на индустриските операции ширум светот. Современата производствена опрема, од програмабилни логички контролери до погони со променлива брзина, станува сè почувствителна на овие кратки падови на напон. Едноставен настан кој трае само неколку циклуси може да затвори цела производна линија, да ги оштети системите за податоци или да ја оштети чувствителната електроника.

Вообичаени причини за намалување на напонот

Намалувањата на напонот потекнуваат и од внатрешните извори на објектот и од надворешните нарушувања на мрежата. Трите водечки причини се дефекти на линијата, палење на индукциониот мотор и напојување на трансформаторот.

Причини за надворешна мрежа

Дефектите во електроенергетскиот систем претставуваат најтешкиот извор на намалување на напонот. Кога една линија-до-заземјување ќе се појави некаде на комуналната мрежа, таа може да влијае на корисниците во радиус од 100-милји. Удари од гром, паднати гранки од дрвја, сообраќајни несреќи во кои се вклучени столбовите за комунални услуги и оштетување од ветер на далноводи, сето тоа создава услови за дефект што се шират низ дистрибутивната мрежа. Овие настани од услужната страна го претставуваат најголемиот дел од подлабоките падови на напонот, каде што напонот паѓа под 50% од номиналниот.

Настаните поврзани со времето- создаваат особено проблематични падови. Молњата не треба директно да удира во далновод за да предизвика проблеми-ударите во близина црпат значителна енергија од локалното снабдување, оптоварувајќи ја мрежата и создавајќи услови за попуштање за околните корисници. Одржливите силни ветрови за време на бури може да ги срушат линиите или да предизвикаат контакт со дрвјата, предизвикувајќи заштитна опрема што создава намалување на напонот на паралелните доводници дури и кога тие кола остануваат под напон.

Внатрешен објект Причини

Многу настани на намалување на напонот потекнуваат од опремата во зградата или постројката, а не од претпријатието. Струите за стартување на моторот создаваат најчести внатрешни попуштања во индустриските поставки. Големите асинхрони мотори можат да повлечат 5-7 пати поголема од нивната номинална струја за време на стартувањето, создавајќи значителен пад на напонот на импедансата на системот што влијае на другата опрема на истото коло.

Лачните печки во постројките за обработка на метал генерираат особено тешки и чести падови поради нивните високи, променливи потреби за моќност. Овие оптоварувања создаваат неурамнотежени услови кои создаваат асиметрични напонски падови кои различно влијаат на поединечните фази. Напојувањето на трансформаторот, исто така, предизвикува попуштање, особено кога јадрото на трансформаторот не е целосно демагнетизирано пред повторно-подпојување, што доведува до налетни струи кои привремено го намалуваат напонот на системот.

Во станбени простории, напонските опаѓања се случуваат кога се вклучени фрижидери, климатизери или вентилатори на печката. Иако се помалку сериозни од индустриските падови, овие настани сепак можат да влијаат на чувствителната домашна електроника и да предизвикаат видливо затемнување на светлата.

Како намалувањето на напонот влијае на различната опрема

Влијанието на намалувањето на напонот драматично варира во зависност од типот на опремата, дизајнот и големината и времетраењето на попуштањето. Повеќето падови на напонот траат помеѓу 2 и 10 циклуси (33-167 милисекунди во систем од 60 Hz), но дури и кратки настани може да предизвикаат каскадни дефекти.

Чувствителност на индустриска опрема

Погоните со прилагодливи брзини и погоните со променлива фреквенција покажуваат висока чувствителност на падови на напонот. Овие уреди се потпираат на кондензатори на DC магистрали за да одржуваат стабилна работа. За време на попуштање, кондензаторите се испуштаат за да го компензираат намалениот влезен напон. Ако попуштањето е доволно длабоко или трае доволно долго за да ги исцеди овие кондензатори под минималниот работен праг на погонот, погонот се исклучува офлајн. Студиите за производство покажуваат дека непланираното застој од настаните на намалување на напонот ги чини индустриските капацитети во просек 260.000 долари на час.

Програмабилните логички контролери (PLC) и системите за контрола на процесот, исто така, покажуваат слаба толеранција на попуштање. Овие уреди базирани на микропроцесор- бараат стабилен DC напон за одржување на меморијата и извршување на контролните алгоритми. Намалувањето на напонот може да ги оштети податоците, да го ресетира процесорот или да предизвика PLC да влезе во состојба на дефект што бара рачна интервенција за рестартирање на производните процеси.

Контакторите и релеите за стартер на моторот паѓаат при намалување на напонот кога напонот на серпентина паѓа под прагот на испуштање, обично околу 70-80% од номиналниот напон. Ова предизвикува поврзаните мотори да се исклучат, иако напојувањето останува достапно, создавајќи непотребни исклучувања и одложувања за рестартирање.

Компјутерски и податочни системи

Напојувањата во компјутерите и серверите користат складирана енергија во кондензаторите за да ги изедначат варијациите на влезот. Кога ќе се појават падови на напонот, овие напојувања црпат зголемена струја за да го одржат излезниот напон, со што побрзо се троши енергијата на кондензаторот. Ако попуштањето се протега надвор од времето на задржување- на напојувањето (обично 8-20 милисекунди за опрема за потрошувачите), системот губи напојување, паѓа и ги губи сите незачувани податоци.

Центрите за податоци се соочуваат со особен ризик бидејќи паѓањата на серверот можат да влијаат на илјадници корисници истовремено. Едно опаѓање на напонот може да предизвика оштетување на базата на податоци, неуспеси во трансакциите и прекини на услугите кои бараат часови за да се решат дури и откако напонот ќе се врати во нормала.

Скриениот трошок за намалување на напонот во литиумските батерии од 48V eBike

Електричните велосипеди се соочуваат со специфичен тип на предизвик за намалување на напонот што се разликува од проблемите базирани на мрежа-. Во 48V eBike системи кои користат литиум-јонски батерии, намалувањето на напонот се јавува кога голема струја од моторот предизвикува привремени падови на напон поради внатрешниот отпор на батеријата.

Типичен пакет батерии од 48V eBike се состои од 13 ќелии во серија (конфигурација 13S), со целосно наполнет напон околу 54,6V и низок{4}}напонски прекин околу 39-42V. Кога возачот силно забрзува, се искачува по ридови или работи на максимално ниво на помош, моторот може да повлече 20-30 ампери од батеријата. Оваа висока струја предизвикува намалување на напонот за 3-6 волти поради внатрешниот отпор, привремено паѓајќи го напонот на батеријата на нивоа што ја активираат заштитата од недоволно напон на системот за управување со батерии (BMS).

Практичниот удар значи дека возачите доживуваат неочекувани прекини на струја дури и кога батеријата покажува умерено полнење. Ако напонот во мирување седи околу 43-46 V (приближно 20-40% состојба на полнење), ненадеен влез на гас може да го намали напонот под граничниот праг на контролорот од 40-42 V, исклучувајќи го моторот. Потоа, возачите мора да ја намалат побарувачката на енергија и да чекаат за обновување на напонот пред да продолжат, што може да биде фрустрирачко за време на искачувањата или во сообраќајот.

Староста на батеријата го влошува овој проблем. Како што литиумските ќелии се разградуваат преку нормални циклуси на употреба, внатрешниот отпор се зголемува, што предизвикува поизразено намалување на напонот при идентични оптоварувања. Батеријата што функционира добро кога е нова може да почне да покажува проблематично попуштање по 300-500 циклуси на полнење, иако мерењата на капацитетот покажуваат прифатливо здравје.

Техничка дефиниција и стандарди

Професионалните стандарди прецизно ги дефинираат параметрите за намалување на напонот за да овозможат постојано мерење и споредба меѓу електроенергетските системи.

Стандарди IEEE и IEC

Стандардот IEEE 1159 го дефинира намалувањето на напонот како намалување на напонот RMS помеѓу 10% и 90% од номиналниот, во траење од 0,5 циклуси до 1 минута. Настаните пократки од 0,5 циклуси се класифицирани како минливи, додека намалувањата на напонот кои траат подолго од 1 минута се сметаат за постојан недоволно напон или исклучување. Оваа разлика е важна затоа што различните пристапи за ублажување функционираат за падови наспроти одржливите услови на низок напон.

Стандардот IEC 61000-4-30 обезбедува слични дефиниции, но вклучува дополнителни упатства за методите на мерење и праговите. IEC дефинира попуштање како што се случува кога напонот паѓа под 90% од декларираниот напон за времетраење помеѓу еден полуциклус и една минута, со враќање на над 90% потоа.

Двата стандарди нагласуваат дека намалувањето на напонот се карактеризира со два клучни параметри: големина (или длабочина) и времетраење. Попуштањето до 70% од номиналниот напон во траење од 6 циклуси претставува умерен настан, додека намалувањето до 30% кое трае 2 циклуси претставува тежок настан што ќе ја исклучи најчувствителната опрема.

Мерење на напон

Анализаторите за квалитет на моќност ги снимаат настаните на попуштање со постојано следење на напонот на RMS при стапки на земање примероци од 5 kHz или повисоки. Овие инструменти снимаат минимален напон, времетраење, време на настанување и фазни агли за време на три-фазни настани. Податоците откриваат дали попуштањата се избалансирани (подеднакво влијае на сите три фази) или неурамнотежени (различно влијае на поединечните фази).

Големината на намалувањето на напонот обично се изразува како процент од номиналните или во{0}}единечни вредности. Попуштањето до 0,7 по единица значи дека напонот паднал на 70% од номиналниот. Времетраењето се мери во циклуси (на 60 Hz, еден циклус е еднаков на 16,67 милисекунди) или во милисекунди за поголема прецизност.

Еднолиниски-до-заземјувачките дефекти, кои претставуваат над 80% од дефектите на дистрибутивниот систем, создаваат карактеристични неурамнотежени обрасци на спуштање. Овие шеми им помагаат на аналитичарите за квалитет на енергијата да ја одредат локацијата и типот на дефектот врз основа на релативната големина на напонот на секоја фаза и поместувањата на фазниот агол што се случуваат за време на настанот.

Попуштање на напонот наспроти поврзани феномени

Разликата на намалувањето на напонот од слични настани за квалитетот на електричната енергија помага во изборот на соодветни стратегии за заштита.

Попуштање на напонот наспроти испуштање

Намалувањето на напонот и избувнувањето вклучуваат намален напон, но фундаментално се разликуваат по времетраење. Исклучувањата се намерни или ненамерни одржливи намалувања на напонот кои траат неколку минути или часови, честопати имплементирани од страна на комуналните претпријатија за време на периодите на најголема побарувачка за да се спречи целосен колапс на системот. Намалувањата на напонот се кратки, ненамерни настани кои траат неколку секунди или помалку што се резултат на дефекти или ненадејни промени на оптоварувањето.

Пристапите за ублажување значително се разликуваат. За да се решат, неуспесите може да бараат координација на комуналните услуги, намалување на оптоварувањето или зголемување на генерациите. Намалувањата на напонот имаат потреба од-опрема за климатизација со брзо дејство што може да вбризгува компензирачки напон во рок од милисекунди.

Попуштање на напонот наспроти прекин

Прекинот претставува целосно губење на напонот (под 10% од номиналниот), додека попуштањето одржува одреден напон во текот на целиот настан. Оваа разлика е важна бидејќи однесувањето на опремата драматично се разликува. За време на прекин, напојувањето целосно се испушта и системите целосно губат напојување. За време на падовите, некоја опрема може да продолжи да работи ако преостанатиот напон остане над минималниот праг.

Прекините произлегуваат од работата на заштитниот уред-прекинувачите или повторно затворачите што се отвораат за да се отстранат дефектите. Попуштањата се јавуваат додека се присутни дефекти, но пред да работат заштитните уреди или кога високите струи на допир создаваат падови на напон без да активираат заштита.

Попуштање на напонот наспроти оток

Набавките на напонот се спротивен феномен-моментарните зголемувања на напонот над 110% од номиналниот. Набраздите се јавуваат поретко од спуштањата и вообичаено се резултат на единечни-до-исправки на заземјување на незаземјените системи, каде што фазите без дефекти доживуваат пораст на напонот или кога големите оптоварувања ненадејно се исклучуваат и реактивната моќност претходно апсорбирана од тоа оптоварување предизвикува скок на напонот.

Додека падовите предизвикуваат прекинување на опремата или неисправност, отоци може да предизвикаат трајно оштетување на компонентите со надминување на рејтингот на изолација и стрес на полупроводничките спојки. Кумулативниот ефект на повторените отоци постепено ја деградира опремата дури и ако поединечните настани не предизвикаат моментален дефект.

Стратегии за превенција и ублажување

Адресирањето на намалувањето на напонот бара повеќеслоен пристап кој комбинира помошни-странични подобрувања, заштита на нивото- и стврднување на ниво на опрема-.

Подобрувања во дизајнот на електроенергетскиот систем

Зголемувањето на капацитетот на краток спој на местото на поврзување ја намалува големината на намалувањето на напонот. Ова може да се постигне со користење на поголеми димензии на проводниците за намалување на импедансата, поврзување со повисоки напонски нивоа каде струјата на дефектот е поголема или инсталирање на дополнителен капацитет на трансформаторот. Иако се ефективни, овие решенија вклучуваат значителни капитални инвестиции и можеби не се остварливи за постоечките капацитети.

Опремата за меки-поаѓање за големи мотори ја ограничува налетната струја, намалувајќи ги само-напонските падови во објектите. Меките стартери постепено го зголемуваат напонот на моторите во текот на неколку секунди, намалувајќи ја максималната стартна струја од 600% на номиналната вредност на 200-300%. Ова исплатливо решение се однесува на еден од најчестите внатрешни извори на попуштање.

Обнова на динамички напон

Динамички обновувачи на напон (DVR) претставуваат напредна технологија за ублажување. DVR-и постојано го следат дојдовниот напон и вбризгуваат компензирачки напон во серија со напојувањето кога ќе се појават падови. Со користење на складирање енергија (обично кондензатори) и брза-преклопна електроника за напојување, DVR може да го коригира напонот во рок од 1-2 милисекунди, пред чувствителната опрема да го открие нарушувањето.

Системите за DVR работат со 96-99% ефикасност во нормален бајпас режим, додавајќи минимални загуби. За време на корекција на спуштање, тие можат да го задржат излезен напон 0,5-5 секунди во зависност од капацитетот за складирање енергија и длабочината на падот. Ова покрива над 90% од типичните настани на намалување на напонот. DVR-ите се одлични во заштитата на цели производствени линии или критична процесна опрема каде што други решенија би биле непрактични.

Непрекинато напојување

Системите на UPS обезбедуваат заштита и од намалување на напонот и од целосни прекини со користење на складирање на енергија од батерии и технологија на инвертер. За време на падовите, UPS-от или продолжува да снабдува оптоварување од изворот на наизменична струја додека го уредува напонот (во онлајн дизајните со двојна-конверзија) или се префрла на енергија од батеријата во рок од 4-8 милисекунди (во линиски интерактивни дизајни).

Само за заштита од намалување на напонот, UPS системите често се преголеми и скапи. Велосипедизмот на батеријата за време на настаните на попуштање го намалува животниот век на батеријата, зголемувајќи ги трошоците за одржување. Решенијата на UPS-от најдобро функционираат кога е потребна и заштита од прекини или за помали оптоварувања каде што има смисла економичноста на UPS-от.

Објекти-Решенија на ниво

Инсталирањето уреди за корекција на намалувањето на напонот на стратешките точки-влезот на сервисот, дистрибутивните панели или индивидуалните контролери на машината-обезбедува насочена заштита. Оптималната локација зависи од изворот на попуштање, чувствителноста на оптоварување и економичноста.

За објекти со повеќе чувствителни оптоварувања, сервисната заштита на влезот го штити целиот објект од помошни-странични попуштања, но не ги решава внатрешните падови од големите стартувања на моторот. Заштитата на ниво на опрема- чини помалку по заштитено оптоварување, но бара повеќе уреди и не ги спречува попуштањата да влијаат на друга незаштитена опрема.

Следењето на квалитетот на електричната енергија помага да се идентификуваат фреквенцијата, големината и изворите на намалувањето пред да се инвестира во ублажување. Податоците кои покажуваат дека 80% од падовите потекнуваат од дефекти во комуналните услуги наспроти внатрешните извори, водат до многу различни стратегии за заштита. Мониторингот, исто така, ги утврдува основните услови и мерките за подобрување по спроведувањето на мерките за ублажување.

Попуштање на напонот во специјални апликации

Одредени индустрии се соочуваат со уникатни предизвици за намалување на напонот кои бараат специјализирани решенија.

Производство на полупроводници

Изработката на чипови бара извонредно чиста, стабилна моќност. Едно намалување на напонот може да уништи цела серија наполитанки вредни милиони долари. Фабриките за полупроводници обично инсталираат непотребни енергетски системи со прекинувачи за брз пренос, DVR заштита на критичната опрема и UPS-системи за системи за контрола и податоци.

Индустриските стандарди како SEMI F47 специфицираат намалување на напонот-преку барањата за опремата за производство на полупроводници. Алатките мора да работат без прекин преку намалување на напонот до 50% до 200 милисекунди, со повеќе дарежливи криви на толеранција за настани со пократко времетраење.

Центри за податоци и Cloud Computing

Современите центри за податоци работат со целите за достапност од 99,999%, што значи дека годишниот прекин мора да биде под 5,26 минути. Намалувањето на напонот претставува значителна закана за оваа цел. Операторите на големите центри за податоци обично распоредуваат повеќе слоеви на заштита: полезно-кондиционирање на електрична енергија, UPS-системи и опрема- на ниво на напојување со продолжено време на задржување-.

Поместувањето кон дистрибуција на DC со повисок напон во центрите за податоци (380V DC наспроти традиционалните 208V AC) обезбедува вродена толеранција на намалување на напонот бидејќи напојувањата со еднонасочна струја можат поефикасно да се движат низ AC-страничните падови отколку AC-во{4}DC конверторите што се соочуваат со спуштање на струјата.

Здравствени установи

Болниците бараат непрекинато напојување за живот-системи за безбедност. Додека генераторите за итни случаи ги решаваат целосните прекини, тие не се активираат доволно брзо за да спречат влијанија на намалување на напонот. На критичната опрема во операционите сали, апартманите за сликање и одделенијата за интензивна нега и е потребна корекција на попуштање или заштита на UPS-от за да се одржи континуираното работење.

Современите медицински уреди содржат контроли базирани на микропроцесорски{0}}многу чувствителни на напонски нарушувања. Намалувањето на напонот за време на операцијата може да ги замрзне дисплеите на опремата, да ги оштети дијагностичките податоци или да предизвика ресетирање на уредот што бара неколку минути за да се врати целосната функција.

Заштитата од намалување на напонот во објекти кои користат системи со литиумски батерии од 48V-без разлика дали се работи за електронски велосипеди, резервна копија од телеком или складирање на обновлива енергија-потребно е внимание и на електричните карактеристики на литиумските-јонски ќелии и на специфичните профили на оптоварување. Батериите со поголем капацитет (мерено во ампер-часови) природно покажуваат помало намалување на напонот при извлекување на еквивалентна струја бидејќи оптоварувањето се дистрибуира низ повеќе паралелни групи на ќелии, намалувајќи ја струјата по ќелија и затоа го намалува вкупниот внатрешен отпор.

Како што енергетските системи стануваат покомплексни со дистрибуираното производство, зголемувањето на пенетрацијата на обновливите извори и зголемената автоматизација, намалувањето на напонот ќе остане критично прашање за квалитетот на енергијата. Предизвикот расте бидејќи опремата истовремено станува почувствителна на пречки и покритична за операциите.

Современите технологии за ублажување продолжуваат да се подобруваат и во способноста и во{0}}ефективноста на трошоците. Напредокот во енергетската електроника овозможува поефикасна корекција на напонот со побрзо време на одговор. Подобрувањата во технологијата за складирање енергија, особено во системите со кондензатори и батерии, обезбедуваат подолго возење-со времетраење со пониска цена. Интеграцијата на опремата за квалитет на енергија со системи за паметна мрежа овозможува координирани одговори на повеќе уреди и подобро предвидување кога и каде ќе се појават падови.

За организациите кои го проценуваат ризикот од намалување на напонот, почетната точка треба да биде разбирањето на вистинскиот квалитет на моќноста во нивниот објект преку мониторинг. Генеричките индустриски податоци за фреквенцијата на попуштање обезбедуваат ограничена вредност бидејќи секоја локација доживува уникатни услови врз основа на нејзиното поврзување со услуги, внатрешните оптоварувања и чувствителноста на опремата. Мониторингот во траење од 30-90 дена ги опфаќа типичните услови и ги идентификува специфичните ранливости што треба да се решат со насочени пристапи за ублажување, а не со сеопфатна заштита.

Најчесто поставувани прашања

Која е разликата помеѓу намалувањето на напонот и падот на напонот?

Намалувањето на напонот е привремен настан кој трае од милисекунди до секунди кој сам по себе се коригира. Падот на напонот се однесува на стабилното-намалување на напонот што се јавува долж проводниците поради отпорот и протокот на струја. Падот на напонот е константен за време на работата на оптоварување и се решава со соодветна големина на проводникот при дизајнирање на системот. Намалувањето на напонот е динамичен настан за квалитетот на енергијата кој бара заштитна опрема за да се ублажи.

Дали намалувањето на напонот може трајно да ја оштети опремата?

Самото попуштање на напонот ретко предизвикува трајно оштетување бидејќи напонот останува во нормални граници. Сепак, одговорот на опремата на попуштања-ненадејни исклучувања, рестартирање на приливни струи, оштетени контролни секвенци- може индиректно да предизвика штета. Повторените настани на попуштање го забрзуваат абењето на контакторите, релеите и намотките на моторот. Поголемото економско влијание доаѓа од загубите во производството, корупцијата на податоците и одложувањата на рестартирањето, наместо трошоците за замена на опремата.

Како да знам дали мојот објект има проблем со намалување на напонот?

Симптомите вклучуваат необјаснети патувања на опремата, прекини на производната линија што се чистат сами по себе, паѓање на компјутерот, треперење на осветлувањето при стартување на моторот и зголемено одржување на контролните системи. Набљудувањето на квалитетот на напојувањето дава дефинитивни одговори со снимање и карактеризирање на настаните на попуштање со текот на времето. Ако чувствителната опрема се исклучува, но електричното тестирање не покажува дефекти, веројатно виновник е намалувањето на напонот.

Дали соларните панели и батериските системи помагаат или ги повредуваат проблемите со намалувањето на напонот?

Дистрибуираното генерирање како сончевата енергија може и да помогне и да наштети во зависност од имплементацијата. Ако инвертерите поврзани со мрежа-се програмирани да поминуваат низ падовите на напонот според стандардите IEEE 1547, тие можат да помогнат во поддршката на напонот за време на падови со вбризгување на реактивна струја. Сепак, постарите инвертери кои се исклучуваат за време на падови може да го влошат проблемот со отстранување на генерирањето веднаш кога е потребно. Системите за складирање на енергија од батерии со соодветни контроли можат активно да ги ублажат падовите со вбризгување на реална и реактивна моќност за време на настани, но само ако се специјално дизајнирани за оваа намена, а не за едноставна резервна моќност.

Зошто мојата батерија eBike од 48 V покажува полнење, но нема струја?

Овој заеднички проблем произлегува од намалувањето на напонот во48v ebike литиумска батеријапри извлекување на висока струја. Батеријата може да прикаже 45V напон на мирување (што покажува 30-40% полнење), но под оптоварување напонот опаѓа под точката на прекин на контролерот од 40-42V, што предизвикува исклучување. Намалувањето на нивоата на помош на педалите или дозволувањето на батеријата накратко да мирува, овозможува напонот да се опорави доволно за да продолжи да се вози.