•  

Напреженията и отказите на захранването не са единствените заплахи за вашата телекомуникационна мрежа. Хармониците също могат да създадат проблеми. Ето как да ги проследите.

смущения

Напреженията и отказите на тока не са единствените заплахи за вашата телекомуникационна мрежа. Хармониците също могат да създадат проблеми. Ето как да ги проследите.

Дик Троберг, Fluke Corp.

Току-що завършихте инсталирането на кабелна система за нова високотехнологична офис сграда. По време на фазите на изграждане и тестване работата вървеше гладко. Но сега, само след една седмица работа, управителят на сградата се оплаква от смущения в няколко от входящите двойки кабели. След това соченето с пръст започва и вие се съгласявате да погледнете. Какво може да причини проблема? Очевидно не беше там, когато завършихте теста за приемане.

Съвременните търговски и индустриални сгради обикновено съдържат редица различни електрически системи. Тези системи могат да включват разпределение на захранването, телефон, контроли за управление на енергията, аудио, синхронизация на часовника и компютърни мрежи. В идеалния случай тези системи работят независимо една от друга, без непланирано взаимодействие, но законите на електромагнетизма, комбинирани със закона на Мърфи, могат да диктуват друго.

Оптичните влакна по същество са имунизирани срещу електромагнитни смущения, но кабелните системи, изградени с медни проводници, са склонни към смущения от два основни източника: разсеяни магнитни полета и земни контури. И двата източника са свързани със системата за разпределение на електроенергия и свързаното с нея оборудване. За специалистите по монтажа на кабели, доброто разбиране на системите за разпределение на енергия ще спести значително време при отстраняване на проблеми с смущения в медни проводници.

Системата за разпределение на енергия, каквато я познаваме днес, се е развила през последните 100 години, ръководена от Националния електрически кодекс (NEC). NEC се занимава основно с предотвратяване на пожар и безопасност от токов удар; той се отнася само косвено до удобството на потребителя и ефективността на системата.

Хармоници на енергийната система

През последните няколко години работата на енергийната система претърпя драматична промяна, задвижвана от два фактора: нарастващата нужда от енергоспестяване и появата на евтини полупроводници с мощност. Комбинацията от тези сили доведе до свързване на голям брой нелинейни товари към енергийната система. Тези натоварвания генерират изкривени токове, които съдържат честоти, по-високи от нормалните, наречени хармоници. Тези хармонични токове от своя страна генерират разсеяни магнитни полета и земни контури - това, което не искаме близо до нашата кабелна система.

Ако успешно ще отстранявате смущения от хармоници на захранващата система, ще трябва да разберете някои основи, включително как се генерират хармоници и как те се движат около енергийната система. След това ще ви е необходим систематичен подход за намиране на източника на смущения. И накрая, някои идеи за потенциални решения ще бъдат полезни.

Хармоничните токове се образуват чрез действие вътре в нелинеен товар. Типичен нелинеен товар ще има полупроводници, които превключват или изключват тока внезапно в рамките на всеки цикъл на линейното напрежение. Обичайната цел на превключващото действие е преобразуването на мощност на променлив ток (AC) в променливи количества мощност на постоянен ток (DC), необходима на товара. Примерите включват постояннотоково захранване на персонален компютър или вход към моторно задвижване с регулируема скорост. Други примери включват димер за осветление с нажежаема жичка или полупроводниково управление на нагревателя. В тези случаи превключването се използва за регулиране на количеството променливотоково захранване, достигащо товара.

И в двата случая превключването генерира по-високи честоти в рамките на променливотоковия линеен ток. Това, което искате да знаете по-нататък е, кои честоти? Правилата на математиката и физиката повеляват, че хармониците на честотата на електропровода ще бъдат кратни на цялото число на основната честота - 60 херца в САЩ и Канада. Правилата също така посочват, че хармониците на тока на електропровода ще бъдат само нечетни кратни на 60 Hz, ако се приеме, че натоварването функционира нормално.

Въпреки че в таблицата на страница 88 са изброени хармоници на енергийната система до 13-та, в действителност в енергийната система могат да присъстват хармоници до 50-та (3 килогерца). Малко вероятно е обаче честотите над 3 kHz да присъстват в тока на енергийната система.

Таблицата също така предоставя информация, която ще помогне за отстраняване на неизправности. Първо, той посочва кои честоти е вероятно да присъстват, ако източникът на смущения е хармониците на мощността. Второ, дава последователността, която съответства на всяка хармонична честота. Поредиците се предлагат в три категории: положителни, отрицателни и нулеви. В трифазната енергийна система последователността определя кой проводник ще носи кой набор от хармоници.

За отстраняване на неизправности винаги е полезно да знаете кои нелинейни електрически товари произвеждат кой набор от хармоници. За да разберете това, можете да разделите общите товари на две групи според начина, по който те са свързани към електропровода. Първата група е свързана еднофазно и включва съдове и осветителни товари. Втората група се състои от трифазни натоварвания като тези на големи мейнфрейм компютри или моторни задвижвания с регулируема скорост.

Имайте предвид, че нелинейните еднофазни натоварвания генерират предимно 3-те хармоници, а нелинейните трифазни натоварвания генерират предимно 5-та и 7-ма хармоници.

Анализът на опростена схема на типична търговска сграда, показан на страница 86, помага да се идентифицира очаквания път на отделните хармоници. Правилата за хармоничния поток са както следва:

- Фазовите проводници носят всички хармоници, генерирани от товара.

- В балансирана трифазна, 4-жична система, хармониците с положителна и отрицателна последователност ще се отменят в неутралния проводник. Хармониците с нулева последователност обаче ще добавят алгебрично в неутралната.

- Хармониците с нулева последователност ще бъдат уловени в първата свързана с делта намотка на трансформатора, обикновено в първичната част на натоварванията на захранващия съд на трансформатора.

С тази информация можете да очертаете процес за отстраняване на неизправности за локализиране на смущения от хармоници на захранващата система.

- Първо, използвайте преносим осцилоскоп за измерване на честотата на смущенията.

- След това направете пешеходна обиколка на съоръжението, за да определите местоположението на възможните източници на смущения и местоположението на кабелни проходи, които могат да бъдат близо до самия източник или близо до проводниците и трансформаторите, захранващи източника.

- Ако честотата на смущения съответства на хармоник с нулева последователност, погледнете внимателно кабелните проходи в близост до неутрални проводници; например въздушни телефонни двойки на електрически стълбове.

- Ако установите, че интерференцията вероятно е причинена от заземен контур, потърсете внимателно незаконни връзки неутрален към земята в подпанелите.

Не забравяйте, че Националният електрически кодекс изисква нулевите и заземяващите проводници да бъдат свързани заедно само на служебния вход или на вторичната част на изолиращия трансформатор. (Това технически се нарича отделно получена система.) Q

Дик Троберг е старши продуктов специалист в отдела за сервизни инструменти на Fluke Corp. в Еверет, Вашингтон.

Щракнете тук, за да увеличите изображението

Типичната форма на вълната на тока и хармоничният спектър за еднофазно натоварване са показани на този изход на Fluke 41 Power Harmonic Analyzer. Резултатът е подобен на пръстови отпечатъци и може да се използва за идентифициране на потенциални източници на хармонични смущения. Например, нелинейните еднофазни натоварвания генерират предимно 3-те хармоници.

Щракнете тук, за да увеличите изображението

Типичната форма на вълната на тока и спектърът за трифазно натоварване, показан като изход на хармоничния анализатор Fluke 41, се състои предимно от 5-та и 7-ма хармоника.

Щракнете тук, за да увеличите изображението

Тази опростена схема на електроразпределителна система показва потока на хармоничните токове от нелинейни товари. Обърнете внимание на двата символа на земята в схемата. Ако неутралата и земята са свързани заедно на друго място, част от неутралния ток ще тече в земния проводник, причинявайки нежелан контур на заземяването.