Với nhu cầu sử dụng năng lượng điện ngày càng gia tăng như hiện nay, việc xây dựng và đầu tư cho hệ thống lưới điện yêu cầu phải chi ra rât nhiều kinh phí từ đó gây ra tình trạng thiếu hụt năng lượng điện một cách trầm trọng do vậy thường chịu cảnh quá tải, sụt áp hoặc cúp điện diễn ra thường xuyên. Việc này gây ra hậu quả ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử nhạy cảm, các thiết bị dùng điện khác như hệ thống điều khiển công nghiệp, hệ thống thông tin,…
I. Một số loại sự cố liên quan tới nguồn điện cung cấp cho hệ thống thông tin, điều khiển và biện pháp khắc phục
1. Sự cố quá áp
– Là hiện tượng điện áp tăng quá định mức 110% mà nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ việc ngắt các thiết bị điện công suất lớn. Tình trạng này xảy ra thường xuyên sẽ khiến hệ thống máy tính dễ lỗi bộ nhớ, mất mát dữ liệu hoặc vô hiệu quá toàn bộ hệ thống.
sự cố quá áp
2. Tốc độ tăng áp
– Xảy ra khi điện áp tăng nhanh đột ngột tới 6000V trong khoảng nửa chu kỳ, thường thì các xung áp này xảy ra sóng sét cảm ứng trong các đường dây hoặc do một số sự cố khác gây ra. Điều này có thể khiến cho các thiết bị điện nhạy cảm cháy hỏng bo mạch hoặc mất dữ liệu đột ngột.
3. Tăng áp do chuyển mạch (Switching Transient)
– Là hiện tượng xảy ra trong trường hợp điện áp tăng nhanh đến 20,000V trong khoảng 10ms – 100ms. Hiện tượng này thường xảy ra do nguyên nhân phóng tĩnh điện, xung áp, xung sét trực tiếp trên đường dây không lọc. Tình trạng này có thể xảy ra thường xuyên trong lưới điện nhiều lần trong một ngày dẫn tới mất bộ nhớ, hỏng dữ liệu và các bộ phận máy móc khác.
4. Giảm áp (Power Sag)
– Hiện tượng này xảy ra khi điện áp giảm 80 – 85% định mức trong thời gian ngắn mà nguyên nhân chủ yếu do thiết bị lớn khởi động và chuyển mạch của nguồn điện (bên trong và ngoài lưới điện). Giảm áp gây ra hậu quả giống như hiện tượng quá áp như mất bộ nhớ, hỏng dữ liệu, đèn nhấp nháy và tắt thiết bị.
hiện tượng giảm áp
5. Nhiễu công nghiệp (Electrical Line Noise):
– Được xác định do nhiễu điện từ (EMI) hoặc nhiễu sóng radio (RFI) gây ra tác hại nghiêm trọng trong các mạch hệ thống thông tin, máy tính, điều khiển. EMI, RFI và các sự cố tần số khác có thể gây ra mất, hỏng dữ liệu, mất lưu trữ, treo bàn phím và ngừng hệ thống.
nhiễu công nghiệp
6. Trượt tần (Frequency Variation):
– Là tầng số thay đổi khác với định mức (50Hz), trượt tầng thường xảy ra do sự hoạt động không ổn định của máy phát điện hoặc nguồn phát có tần số không ổn định có thể gây ra hậu quả mất dữ liệu, hỏng ổ cứng, treo bàn phím và hỏng chương trình đối với các thiết bị điện tử nhạy cảm.
trượt tần số
7. Yếu nguồn (Brownout):
– Là trạng thái điện áp yếu khi yêu cầu phụ tải tăng cao, hiện tượng này thường xảy ra vào những dịp mùa hè, tổn thất trên đường dây tăng dẫn tới giảm điện áp cho phụ tải điện. Yếu nguồn dẫn tới hỏng máy tính, hỏng phần cứng, mất hoặc sai dữ liệu.
8. Mất nguồn
– Là trạng thái điện áp bằng 0 kéo dài hơn 2 chu kỳ mà nguyên nhân xuất phát từ việc thiết bị đóng ngắt mạch không ổn định, lỗi bộ phân phối nguồn hoặc lỗi lưới điện. Hiện tượng này xảy ra gây mất dữ liệu, hỏng phần cứng và hỏng file. Tất cả các sự cố liên quan tới nguồn đều dẫn tới hậu quả với các thiết bị điện tử nhạy cảm như workstation, server, hub và một số thiết bị mạng,… gây rối loạn chương trình và hệ thống, hỏng bo mạch, hỏng đĩa cứng, mất mát dữ liệu,…
II. Một số biện pháp khắc phục hiệu quả thường được sử dụng
Để khắc phục các sự cố về nguồn điện, người ta thường sử dụng các thiết bị ổn áp tự động AVR, hoặc bộ lưu điện (UPS),…Ðối với các phụ tải nhạy cảm, việc sử dụng các bộ ổn áp không có hiệu quả bảo vệ vì quán tính cơ của chúng không đáp ứng kịp những biến động nhanh của lưới điện. Ví dụ những xung áp lớn tồn tại khoảng 1/2 chu kì dòng điện(1/100 giây) có tác động nguy hiểm cho phụ tải nhạy cảm, trong khi đó tác động điều chỉnh của ổn áp (như ổn áp LIOA hoặc tương tự) thường đạt được sau 1-3 giây do vậy sẽ không có tác dụng bảo vệ. Việc sử dụng UPS bảo vệ phụ tải nhạy cảm là điều cần thiết và cũng là xu thế áp dụng để bảo vệ trong các hệ thống trọng yếu. Tuy nhiên, khi lựa chọn UPS cần phải hiểu rõ khả năng bảo vệ của từng loại UPS cho những dạng phụ tải nào. Ðiều này thường thông qua phân tích của các kỹ sư về thiết bị điện hoặc thông qua tư vấn của chuyên gia của lĩnh vực này.
III. Công nghệ bộ lưu điện UPS
1. Công nghệ Off-line (Standby UPS)
– Khi có nguồn điện lưới UPS sẽ cho điện lưới thẳng tới phụ tải. Khi mất điện, tải sẽ được chuyển mạch cấp điện từ ắc quy qua bộ invector. Dạng điện áp ra của bộ invertor loại này thường là STEP WAVE (dạng xung chữ nhật, không SIN).
– Phạm vi áp dụng UPS loại này thường cho các thiết bị đơn giản, công suất nhỏ, ít nhạy cảm lưới điện, đòi hỏi độ tin cậy thấp. Dòng sản phẩm đại diện cho chủng loại UPS này là POWERWARE UPS 3115 với công suất từ 300VA – 650VA.
2. Công nghệ trực tuyến chuyển đổi một lần
– Hoạt động theo sự thay đổi của lưới điện, mỗi lần thay đổi lưới điện, UPS sẽ tăng hoặc giảm điện áp để điện áp cung cấp cho phụ tải hầu như không thay đổi (tác động tương tác hoạt động giống như bộ ổn áp tự động có sự tham gia của nguồn điện một chiều acquy). Khi mất điện, UPS sẽ cấp nguồn từ ắc quy (invertor) điều khiển bằng độ rộng xung (PWM), thời gian quá độ của invector rất nhỏ nên không ảnh hưởng đến thiết bị nhạy cảm. Dạng điện áp đầu ra của UPS dạng này hoàn toàn là SIN.
– Khi kết hợp với các bộ lọc, loại UPS này là nguồn cung cấp điện lý tưởng cho các thiết bị máy tính, truyền thông và điều khiển.
3. Công nghệ trực tuyến chuyển đổi kép
– Hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi kép: từ AC sang DC sau đó chuyển đổi DC sang AC. Do đó, nguồn điện cung cấp cho tải hoàn toàn do bộ lưu điện phát ra, đảm bảo ổn định cả về điện áp và tần số. Điều này làm cho thiết bị được cấp nguồn bởi UPS hầu như được cách điện hoàn toàn khỏi những thay đổi của lưới điện. Vì vậy, nguồn do UPS online tạo ra là nguồn điện sạch (lọc được hầu hết các sự cố trên lưới điện), chống nhiễu hoàn toàn. Điện áp đầu ra hoàn toàn là SIN.
