Грязное электричество определяется как высокочастотные помехи напряжения в сети питания 50 или 60 Гц, которые в значительной степени создаются работой импульсных источников питания вместе с другими нагрузками, вызывающими высокочастотные прерывания. Эта ситуация связана с существенным коммерческим аспектом, основанным на продаже оборудования, претендующего на терапевтические свойства, хотя достоверных доказательств в поддержку этих утверждений нет. Важно рассматривать эти два вопроса отдельно, чтобы дать адекватное понимание рассматриваемой темы.
Грязное электричество можно объяснить в самом простом виде как наличие высокочастотных шумов напряжения и тока в диапазоне около 2 кГц до почти 150 кГц широкополосного шума в основной системе электросети, в основном обусловленного работой импульсных источников питания, драйверов светодиодов, приводов с регулируемой скоростью, высокочастотных диммеров, солнечных инверторов и высокочастотных дуговых контактов. Грязное электричество измеряется в милливольтах высокочастотного содержания или оценивается в виде проводимых излучений, в отличие от гармонических искажений. Документированные эффекты грязного электричества относятся к его возможному влиянию на электронные устройства, таким как усиленный нагрев трансформаторов или двигателей, ложные срабатывания УЗО и помехи в линиях электропередачи. Местные органы власти не подтверждают заявления о влиянии грязного электричества на здоровье. Рекомендуется контролировать грязное электричество у его источника, применяя фильтрацию и правильные методы заземления.
Ниже приведены детали, которые объясняют техническое значение грязного электричества, а также его источник. Также могут быть рассмотрены различные воздействия грязного электричества на различное оборудование и устройства.
С точки зрения инженеров по эксплуатации зданий существует определение грязного электричества, которое не включает домовладельца с измерителем грязного электричества, подключаемым в розетку.
Практическое определение грязного электричества
Три явления, которые можно классифицировать как грязное электричество, имеют разные источники и решения.
Гармоническая задержка включает установившееся изменение формы волн напряжения и тока от чистой синусоидальной формы (электрической волны, которая полностью гладкая) на N-кратной частоте питающей сети, входящей в систему. Все электрические системы должны соблюдать предел гармонических искажений в 5% в точке общего соединения. Нелинейные нагрузки, такие как выпрямители и частотные преобразователи, вызывают генерацию гармонических искажений.
Высокочастотный шум это то, что большинство людей считает грязным электричеством. Высокочастотный шум возникает на частотах выше гармонических искажений, конкретно от 2 килогерц (кГц) до 150 кГц, и является результатом циклов переключения внутренней работы цепей источников питания, которые работают на частотах от десятков кГц до сотен кГц. Гармонические анализаторы не могут обнаружить высокочастотный шум, и никто, кто составляет отчёт о качестве электроэнергии, не будет публиковать информацию об этом явлении, поскольку гармонические анализаторы работают только до 50-й гармонической частоты.
Импульсы представляют собой прерывистые всплески напряжения, которые могут быть вызваны включением/выключением цепей питания, молнией или дуговыми разрядами в распределительной сети. Транзиенты можно контролировать с помощью устройств защиты от перенапряжений, без использования фильтрации. Рекомендуется понимать различия между автоматическими выключателями и устройствами защиты от перенапряжений перед покупкой для условий транзиентов, поскольку эти устройства выполняют разные функции и ни одно из них не фильтрует высокочастотные шумы через свою систему.
Описание инженера чётко определено и связано с инженерами следующим образом: все случаи загрязнения питания, превышающие уровни случайных стандартов и присущих гармоник, которые не могут быть подтверждены обычными измерениями качества электроэнергии. Это представляет собой объективную классификацию, но менее известную по сравнению с нашим предыдущим определением.
Здесь это вступает в силу
Одна из причин роли импульсных источников питания (SPS) в современных зданиях заключается в том, что они являются одной из основных причин электромагнитных помех.
SPS обеспечивает мост, соединяющий переменный ток через функцию преобразователя на высокой частоте и преобразующий ток в постоянный. Функция преобразователя создаёт резкие фронты напряжения, вызывая небольшие импульсы напряжения за счёт использования функций включения/выключения в процессе преобразования. Хотя один блок питания ноутбука не вызывает помех, при объединении сотен драйверов светодиодов, блоков питания ноутбуков и зарядных устройств, приводов с переменной скоростью и т.д. на одной электрической панели возникает искажение напряжения высокой частоты.
Электронные балласты, программируемые драйверы светодиодов, приводы с переменной скоростью, источники бесперебойного питания и солнечные инверторы — пять основных источников электромагнитного шума в каждой электрической системе питания. Кроме того, дуговые соединения также могут создавать электромагнитный шум, что является серьёзной проблемой в вопросах качества электроэнергии.
Правильное проектирование проводки так же важно для контроля шума, как и правильное электроснабжение. Это включает использование удлинённых парных проводников, наличие общих нейтральных соединений, отсутствие заземления и даже передачу сигнала напрямую к нагрузке.
Таблица ниже суммирует источники проблем, их влияние и меры, которые можно принять против них.
| Источник проблемы | Начальная частота – конечная частота | Влияние | Стандартные действия |
|---|---|---|---|
| Импульсные источники питания и светодиодные драйверы | 20 кГц – 1 МГц | Непрерывный низкий уровень шума, возможные проблемы с коммуникациями | Фильтрация у источника, изоляция платы. |
| Приводы с регулируемой скоростью | 2 кГц – 150 кГц | Нагрев двигателя и ложное срабатывание УЗО | Использование последовательного реактивного сопротивления или экранированных моторных кабелей |
| Электрическая дуга на соединении | Шум, проявляющийся в виде всплесков | Горение, опасность пожара и нестабильная работа | Переподключение, обеспечение правильного момента затяжки и установка AFDD |
| Импульсы, вызванные молнией и коммутационными операциями | Импульсы длительностью менее 1 мс | Повреждение оборудования, чрезмерное напряжение изоляции | Использование систем защиты от перенапряжений, фильтрация на этой частоте не применяется. |
| Гармонические искажения | 100 Гц до 2,5 кГц | Перегрев нейтрали и трансформатора | Использование методов балансировки нагрузки и гармонических фильтров. |
Важность диапазона частот от 2 кГц до 150 кГц
Существуют стандарты по энергетическим выбросам на разных частотах для одних и тех же устройств в двух диапазонах частот. Большинство энергетических выбросов в диапазоне от 2 до 150 кГц обычно считаются загрязняющими.
Для начала, выбросы на частотах ниже 2 кГц регулируются пределами гармонических искажений, установленными стандартом IEEE 519 в Северной Америке. Выбросы на частотах выше 150 кГц контролируются международными стандартами CISPR 11 и CISPR 32. До недавнего времени не существовало регулирования для диапазона частот от 2 до 150 кГц, который включает использование импульсных источников питания и частотные диапазоны, вызывающие накопление шума.
Такой пробел в регулировании ответственен за описанную ситуацию. Если продукт соответствует всем правилам электромагнитной совместимости (EMC), все равно возможно, что он загрязняет окружающую среду в диапазоне частот от 2 до 150 кГц. CISPR 16-1-2 предоставляет метод измерения выбросов в этом диапазоне, но применение стандартов оставляет много продуктов, излучающих шум в этом диапазоне.
Следовательно, это значительно влияет на инженеров по энергетике зданий, поскольку измерительный прибор, используемый обычно, называется анализатором качества электрической энергии согласно IEC 61000-4-30, который способен измерять гармоники 50-го или 63-го порядка (2,5 кГц до 3,15 кГц при 50 Гц), а не требует использования высокочастотного токового зонда и спектрального анализатора для измерений на более высоких частотах.
Влияние электрического шума на оборудование
Существуют три типа эффектов: тепловые эффекты, функциональные эффекты и эффекты на коммуникации, которые будут объяснены далее, чтобы не путать последние два с тепловыми эффектами в отношении их фактических затрат для пользователя.
Тепловые эффекты. Эффект скин-эффекта, присущий передаче высокочастотных сигналов, вызывает неравномерное протекание тока через проводник, поскольку ток сильнее разряжается на поверхности, и в результате тепловой энергии, генерируемой во время проводимости, это может привести к чрезмерному перегреву проводников, которые постоянно передают высокочастотные сигналы. Влияние высокочастотных токов на конденсаторные устройства также должно быть понято, поскольку это является основной причиной отказа из-за чрезмерных уровней мощности.
При реализации электрических проектов инженерам необходимо учитывать влияние высокочастотных токов на конденсаторные устройства, поскольку произойдет чрезмерный нагрев, что приведет к преждевременному выходу из строя.
В системах связи по силовым линиям, будь то интеллектуальные сети или системы электрической передачи, целостность сигнала должна оставаться неизменной. Наличие высокочастотных помех будет мешать работе и эффективности системы, поскольку сигнал искажается помехами, что является исключительно проблемой связи.
Наличие помех также довольно распространено в других электронных приборах, поскольку они могут возникать различными способами. В случае возникновения таких помех невозможно отнести их к одному физическому источнику, так как это всегда случайное явление.
Может проводиться исследование и анализ электрических дуг, присутствующих в самой системе, поскольку это позволит определить как причину, так и
В случае, если анализатор импеданса обнаруживает события прерывания, при которых не возникает слышимого тона, это указывает на проблему с плотностью электрического соединения, а не на проблему, связанную с нагрузкой. устройство обнаружения дугового замыкания идентифицирует сигнатуру последовательной дуги и отключается до возникновения возгорания, поэтому это отличается от функции фильтрации.
Доказательства, касающиеся заявлений о здоровье
Здесь предмет выходит за рамки электротехники и становится более доступным для объяснения неспециалистам.
Существует множество информации о том, что загрязнённая электроэнергия вызывает усталость, головные боли и нарушение сна у людей. Всемирная организация здравоохранения через свои отчёты и другие национальные органы по радиационной защите подтвердила, что нет эмпирических доказательств связи уровня загрязнённой электроэнергии в зданиях с проблемами здоровья.
Интересное явление в этой области известно как эффект ноцебо: пациенты, страдающие этим состоянием, выражают свои симптомы независимо от типа воздействия. Такое знание не означает, что у них нет заболевания, а служит инструментом для обеспечения правильного обращения с их жалобами, поскольку не каждое средство эффективно.
Один технический аспект, усложняющий вопрос здоровья, заключается в том, что электромагнитная энергия высокой частоты действительно вызывает нагрев оборудования и приводит к ложным срабатываниям и помехам в связи. Обоснование решения проблемы помех справедливо именно на этом основании.
Правильные рекомендации по измерениям
Если при измерениях происходит потеря денег, то это в основном связано с тем, что наиболее надёжные измерительные приборы выдают результаты в произвольных единицах, которые невозможно сравнивать в разных местах или до и после внесения изменений.
Первый этап измерений включает в себя правильное обследование качества электроэнергии с помощью утилиты. Утилита использует оборудование класса A для сбора данных о напряжении, измерении тока, гармониках (до 50-й гармоники), мерцании и переходных процессах в течение как минимум одной недели. Это помогает определить, является ли проблема переходной, гармонической или высокой частоты, и служит основой для сравнения как для утилит, так и для консультантов, поскольку данные могут считаться достоверными.
Второй метод измерений включает измерения высокой частоты. Если обследование качества электроэнергии выявило проблему с качеством энергии, то источник будет отображать спектр в кГц с помощью спектроанализатора, а токовый зонд также необходим для захвата данных в диапазоне 2-150 кГц.
Третий метод измерений включает корреляцию с нагрузкой. Поскольку измерения будут проводиться в момент включения и выключения щитов один за другим, будет легко выявить осложнения в течение часа.
Использование счетчиков, показывающих показания в условных единицах, не может помочь, так как они описывают как ток, так и напряжение не в абсолютных величинах, а в условных данных.
Решение: контроль источника, фильтрация и заземление
Следует подчеркнуть необходимость упорядочивания выводов. Отфильтрованный шум не может прекратиться, если шум создается источником, что приводит к постоянным затратам.
Контроль источника. Используйте регулируемые источники питания с низким уровнем излучений и применяйте регулируемые устройства в частотных диапазонах, указанных их производителями, от 2 кГц до 150 кГц. Кроме того, избегайте большого скопления недорогих устройств на одной общей панели. Если вы являетесь владельцем новых зданий, то это проблема спецификации, и на данный момент для вас это не связано с затратами.
Разделение цепей. Обеспечьте, чтобы цепи с большой нагрузкой не смешивались с цепями, обслуживающими чувствительные группы, включая цепи ILS. Держите кабели и питание раздельно, пересекайте их под углом не менее 90 градусов, по возможности избегайте длинных параллельных участков кабелей. Почти все проблемы электромагнитных помех в коммерческих зданиях легко решаются простым разделением цепей.
Финальная фильтрация. Емкостная фильтрация перед нагрузкой для снижения ЭМИ, распространяющегося на другие устройства на той же плате, до достижения ваших устройств ILS, но фильтр должен соответствовать требованиям по потере вставки – на техническом паспорте может не быть указанной точки ослабления, если у вас нет конкретной точки.
Изоляция. С точки зрения повышения вероятности успешного фильтрования нежелательных ЭМИ от лабораторных приборов и/или аудиостудий, экранированные изоляционные трансформаторы с электростатическим экраном являются хорошим решением при работе с чувствительным электрическим оборудованием.
Тип защитного устройства, который следует выбирать для распределительных щитов важно, так как это может помочь гарантировать, что устойчивость к высокочастотным помехам не приведет к ложным срабатываниям при существующей проблеме с шумом.
Ключевые элементы для спецификации при проектировании нового объекта
В любом здании с крупными требованиями к электронной нагрузке существует пять необходимых компонентов, которые должны быть включены в вашу электрическую спецификацию, все из которых дешевле на этапе проектирования, чем на этапе соответствия.
Установление пределов гармонических искажений (точка общего подключения) с использованием стандарта (обычно IEEE 519 или аналогичного) требует от консультанта демонстрации соответствия с помощью измерений, а не расчетов.
Использование отдельных панелей для нелинейных нагрузок, таких как установки приводов, инверторные устройства и крупные светодиоды, уменьшит влияние их работы на нагрузки приборов и ИТ-панелей, которые должны быть разделены друг от друга.
Размер нейтрального проводника должен учитывать как гармонические токи, так и их взаимное гашение третьей гармоникой, что влияет на ток в нейтрали. Таким образом, основой для нейтрального проводника будет размер основного тока, а также следует учитывать тепловые эффекты нагрузок, размещенных на объекте.
Доказательства испытаний заземления и уравнивания потенциалов, такие как результаты измерения импеданса петли и испытания уравнивания потенциалов, должны предоставляться в переходный период.
Результаты пусконаладочных испытаний в частотном диапазоне 2-150 кГц должны использоваться в качестве эталона для текущих проектов.
Наконец, существуют типы защитных и распределительных устройств которые присутствуют в этих панелях, на которых должны основываться спецификации и измерения.
Где находится HUYU
Мы производим автоматические выключатели, устройства защитного отключения и устройства обнаружения дуговых замыканий, а также соответствующие электрические компоненты, и существует два аспекта «грязной» электроэнергии, относящиеся к этому ассортименту продукции.
Первый аспект — устойчивость. Устройство защитного отключения, работающее на высокочастотных утечках, функционирует как ожидается в неправильной цепи, при этом различие между продуктами заключается в количестве шума, которое они могут выдержать до наступления этого. RCBO приборы, используемые в конечных цепях имеют конкретный рейтинг по высокочастотной производительности, и его следует запрашивать, а не предполагать.
Второй аспект — обеспечение защиты от причины, а не от следствия. Прибор обнаружения дуговых замыканий работает на основе дугового соединения, которое генерирует либо тепло, либо широкополосный шум. Безопасное использование эффективного автоматического выключателя может гарантировать, что перегрузки цепи никогда не возникнут из-за оборудования, производящего шум.
Мы не продаем фильтры и будем упоминать это каждый раз, когда выявляется шум вместо защиты. Чистое электроснабжение достигается системно через контроль источника, изоляцию и правильное заземление. Установка устройства на распределительном щите — это лишь одна часть решения.
Часто задаваемые вопросы
Как избавиться от грязной электроэнергии?
Очистка вашей электроэнергии подразумевает устранение частот в электрических токах, обычно связанных с определёнными устройствами, производящими напряжение или токи энергии, которые обычно не используются. Любое электрическое устройство обычно производит некоторые гармоники, которые могут влиять на качество питания других устройств, будь то ваш компьютер, холодильник или любое другое электрическое оборудование. В итоге, грязная электроэнергия относится к энергии, производимой устройствами, которые обычно не должны производить такие гармоники.
Как избавиться от грязной электроэнергии?
Полное удаление грязной электроэнергии невозможно достичь в повседневной жизни, но вы можете предпринять действия для устранения её возможных негативных эффектов. Если вас беспокоят вопросы здоровья, связанные с электромагнитными полями, вам определённо стоит подумать об использовании мобильных телефонов, наличии Wi-Fi соединения дома и выполнении многих других действий, влияющих на электроэнергию.
Что касается снижения уровней грязной электроэнергии, вы можете начать с модернизации вашей электрической системы, как указано выше, отключения всех ненужных устройств, перенастройки вашей трансформаторной системы, настройки вашего оборудования так, чтобы оно потребляло минимальное количество энергии, то есть убедиться, что у вас есть надлежащий заземляющий контур и использование фильтров. Наконец, если ни одно из вышеуказанных решений не даёт удовлетворительного результата, тогда остаётся только вызвать профессионала.
Источник доминирующего высокочастотного электрического шума в напряжении питания и сигналах тока выше гармоник в основном исходит от различных устройств, включая импульсные источники питания, драйверы светодиодов, двигатели с регулируемой скоростью и инверторы. Проблема возникает из-за того, что некоторые пользователи склонны путать гармонические искажения и переходные процессы с электрическим шумом. Один из лучших способов понять электрический шум — это осознать, как он связан с нормальным загрязнением, измерение которого невозможно выполнить с помощью стандартного прибора качества питания.
Существует ли миф, связанный с грязной электроэнергией?
Грязная электроэнергия действительно является проблемой для здоровья. Всемирная организация здравоохранения и правительства пока не предоставили никаких последовательных доказательств того, что накопленные уровни в зданиях ответственны за какие-либо заявленные состояния. Более того, не проводилось провокационных тестов, которые подтвердили бы, что даже высокочувствительные люди могут определить, подвергаются ли они воздействию грязной электроэнергии. Хотя существуют доказательства инженерных эффектов, отсутствуют судебные иски, связанные со здоровьем, что затрудняет распространение истинного инженерного утверждения.
Ссылки
- Behler-Young – Грязная электроэнергия: что она может сделать
- Schneider Electric – Грязная энергия: что это и почему её нужно очищать
- UL Solutions – Стандарты качества питания и защитных устройств
- NEMA – Оборудование низковольтного распределения и качество питания
- Hitachi Energy – Качество электроэнергии и стабильность сети
Заключение
Загрязнённая электроэнергия существует в инженерной сфере, но её коммерциализация привела к недопониманию того, насколько серьёзны на самом деле эффекты этого явления. Загрязнённая электроэнергия действительно создаёт шумовые помехи, однако предполагаемые её вредные воздействия на здоровье не имеют оснований. Любой, кто применяет вмешательство с точки зрения здоровья, просто будет тратить ресурсы на прибор с низкой ценностью.
Загрязненная электроэнергия должна рассматриваться скорее как качество питания, в котором должны быть выполнены три аспекта: правильные измерения, правильное разделение других источников и последующая фильтрация. В новых зданиях будет полезно обеспечить, чтобы проекты включали положения для измерения расстояний и размеров нейтрали, так как это обеспечит отсутствие ненужных расходов в будущем.
