رضا رئیسی

1- ناپایداریهای زودگذر (Transients):

ناپایداریهای زودگذر مهمترین عامل در بوجود آمدن اختلالات برق بوده و دو مورد را شامل می­ گردد:

1-1- فاقد پیش زمینه (Impulsive): ناپایداریهای زودگذر بدون پیش زمینه، هر رویدادی که موجب افزایش ناگهانی ولتاژ و جریان با مقدار مثبت یا منفی را شامل می­ گردد. این رویدادها به سه دسته سریع، سرعت متوسط و آهسته تقسیم ­بندی می­ شوند. از جمله عوامل آن میتوان به تخلیه بار الکترواستاتیک ESD، رعد و برق و میدان الکترومغناطیسی بوجود آمده از آن، اتصال زمین ضعیف، سوئیچنگ تجهیزات با بار القایی و اثرات ناشی از برطرف شدن Fault 1 تجهیزات اشاره کرد و خسارت بوجود آمده می تواند حداقل از دست رفتن اطلاعات و حداکثر آسیب تجهیزات را در برگیرد:

جهت اجتناب از این مشکلات دو روش مورد استفاده قرار می­گیرد:

پیشگیری از ESD: وجود رطوبت در مراکز داده میتواند در تخلیه ESD مؤثر باشد، بهمین علت توصیه می­گردد تا میزان رطوبت در مرکزداده بمیزان 40 تا 55 درصد حفظ گردد. از سوی دیگر با استفاده از تجهیزات اتصال بدن به زمین (نظیر مچ بند، کفشهای آنتی استاتیک و ..) میتوان از آسیب رسیدن به تراشه­های الکتریکی اجتناب کرد.

استفاده از SPD: تجهیزات محافظت­ شوک الکتریکی شامل TVSS یا SPD2، در برابر ولتاژهای بالا نقش مقاومت خوبی داشته و در تجهیزاتی IT بصورت مجزا و یا در ترکیب با اتصال دهنده­ها و یا در داخل سیستم UPS مورد استفاده قرار می­گیرد. بهترین حالت استفاده از آنها در ورودی منبع برق یا UPS است، البته باید به این مورد توجه داشت که این تجهیزات بعد از یکبار عملکرد غیر قابل استفاده بوده و میبایست تعویض گردند.

1-2- نوسانی (Oscillatory): ناپایداری زودگذر از نوع نوسانی، تغیر ناگهانی در وضعیت پایدار سیگنال یعنی ولتاژ یا جریان و یا هر دو آنها می­ باشد. این نوسانها باعث برآمدگی و تورفتگی متناوب در شکل سیگنال شده و عمدتاً پس از طی زمانی معادل یک سیکل حذف می ­شوند. انجام سوئیچینگ در بارهای القایی و خازنی موجود در موتورها، ژنراتورها یا بانکهای خازنی می­تواند باعث بوجود آمدن این ناپایداریها شده و به تجهیزات آسیبهای جدی برساند.

جهت خنثی کردن این مشکل میتوان ازReactor 3 ، Chokes4 و یا Zero Crossing Switch4 استفاده کرد. در ضمن استفاده از تجهیزات UPS و یا SPD نیز جهت کم کردن آثار اختلال میتواند بسیار مفید باشد.

2- وقفه (interruption):

از دست رفتن کامل منبع برق شامل ولتاژ و جریان را وقفه می­ گویند. وقفه در منبع برق مطابق با جدول زیر به چهار نوع تقسیم می­ گردد:

دلایل وقفه متفاوت بوده ولی عموماً ناشی از بوجود آمدن خرابی در شبکه توزیع برق و در نتیجه صاعقه، حیوانات، درختان، تصادفات، طوفان و برف، اشکال در تجهیزات و یا مشکل در فیوزها و اتصال­ دهندگان مدار برق یا Circuit breaker6 می­ باشد. از جمله تجهیزاتی که عموماً باعث بوجود آمدن وقفه می­ شوند تجهیزات حفاظتی7 از جمله Automatic Circuit Recloser8 اشاره کرد.

میزان وقفه از هر نوع کوتاه مدت یا بلندمدت، موجب قطعی، آسیب و از دست رفتن سرویس در طول آن مدت می­ شود، اولین گام در جلوگیری از بوجود آمدن وقفه، انجام طراحی مناسب و داشتن رویه­ نگهداری صحیح برای تجهیزات مرتبط می­ باشد. در قدمهای بعدی استفاده از منابع برق بدون وقفه یا UPS استفاده از ژنراتور، ایجاد افزونگی در منابع برق و در نهایت استفاده از ذخیره­ کنندگان انرژی یا باطری میتواند مؤثر باشد.

3-  افت ولتاژ (Sag /Under Voltage):

3-1- افت لحظه ­ای (SAG): در افت لحظه ­ای، ولتاژ AC برای مدت زمان 0.5 سیکل تا 1 دقیقه بعلت نقص تجهیزات برق و همچنین در نتیجه سوئیچ شدن منبع برق به بارهایی با جریان اولیه بالا بوجود می­ آید. بعنوان مثال موتورهای الکتریکی عظیم به جریانی در حدود 6 برابر جریان زمان عادی خود در هنگام روشن شدن احتیاج دارند.

از جمله روشهای حل این مشکل استفاده از موتورهایی است که با استفاده از شروع­ کنندهای با ولتاژ تخفیف یافته  Reduced-Voltage Starters موجب افت لحظه­ ای ولتاژ در لحظه شروع نمی­ شوند، راه حل دیگر مجزا نمودن مدار الکتریکی تجهیزات بوجود آورنده افت لحظه­ای ولتاژ از تجهیزات حساس می­ باشد. استفاده از درایوهایی که امکان تنظیم سرعت آنها بسته به میزان لود وجود دارد یا ASD میتواند راهکار دیگری باشد، در نهایت با ترکیب منابع برق بدون وقفه، باطری، ژنراتور و انجام یک طراحی دقیق میتوان از اثرات ناشی از افت لحظه­ای ولتاژ کاست.

3-2- افت ولتاژ (Under Voltage): افت ولتاژ از مشکلاتی بوجود می­ آید که موجب می­ شود افت ولتاژ از حالت لحظه­ ای خارج شده و برای مدت زمان بالایی استمرار پیدار کند، افت ولتاژ موجب ایجاد حرارت بالا در موتورهای الکتریکی و همچنین خرابی منابع برق تجهیزات IT می­ گردد.

استفاده از منابع برق بدون وقفه یا UPS بهمراه Inverter داخلی یکی از راه ­حلهای برطرف نمودن این مشکل است. در صورت عدم رفع مشکل افت ولتاژ میبایست بدنبال یک دستگاه با منبع برق مشکل­ ساز، اشتباه در تنظیمات تجهیزات برقی و یا بروز مشکل در این تجهیزات باشیم

4- ازدیاد ولتاژ (Swell /Overvoltage)

4-1- ازدیاد لحظه­ ای ولتاژ (Swell): در ازدیاد لحظه­ ای، ولتاژ AC برای مدت زمان 0.5 سیکل تا 1 دقیقه بعلت اتصالات نول با امپدانس بالا، کاهش لحظه­ ای میزان بار و یا ایجاد مشکل یکی از فازها در سیستم سه فاز اتفاق می ­افتد. ازدیاد لحظه ­ای ولتاژ می­ تواند موجب خرابی اطلاعات، تغییر در نوردهی سیستم روشنایی، افت کیفیت اتصالات الکتریکی و آسیب به مدارهای الکتریکی نیم ­رسانا گردد.

با استفاده از Power line conditioners9، منابع برق UPS با قابلیت مانیتورینگ و یا مبدلهای Ferroresonant Control10  میتوان از اثرات ازدیاد لحظه­ ای ولتاژ کاست.

4-2- ازدیاد ولتاژ (Overvoltage): ازدیاد ولتاژ در نتیجه تداوم عامل ایجاد ازدیاد لحظه ­ای ولتاژ بوجود می­ آید. این مشکل در صورت تنظیمات نادرست مبدلها و معمولاً بعلت تغییرات فصلی و کاهش در مصرف توان برق بدون اصلاح در وضعیت مبدل ایجاد می ­شود. از مشکلات بوجود آمده میتوان بتولید حرارت پیش ­بینی نشده بخصوص در سروهای پرظرفیت نظیر  بلید و یا خرابی تجهیزات در مرکزداده اشاره کرد.

جهت حل این مشکل همانند ازدیاد لحظه ­ای میتوان از UPS استفاده کرد و در صورت تداوم مشکل نسبت به اصلاح منبع برق اصلی اقدام نمود.

5- اعواج(Waveform Distortion):

5 نوع اعواج بر روی امواج الکتریکی شامل موارد زیر می­باشد:

5-1- آفست جریان (DC Offset): در صورت خرابی رکتی­ فایرها11 (در تبدیل جریان AC به DC)، مقداری جریان DC به جریان AC موجود بصورت آفست اضافه شده و به تجهیزات IT تحمیل می­ گردد، در اینصورت مبدلها دچار ازدیاد حرارت و یا اشباع شده و قادر نیستند توان مورد نیاز تجهیزات را تأمین نمایند.تنها راه حل موجود تعویض و یا تعمیر قطعه معیوب می­ باشد که در صورت ماجولار بودن تجهیزات این کار براحتی قابل انجام است.

 5-2 هارمونیکها (Harmonics):

جهت حل مشکلات مربوط به جریان هارمونیک از یکی از این راه حلها استفاده می­ شود:

عدم استفاده از تجهیزات تولیدکننده هارمونیک: با استفاده از مانیتورهای LCD و کامپیوترهای لپ­تاپ جریان هارمونیک کمتری تولید می­ شود.

اصلاح هارمونیک: با اتصال تجهیزات تولید کننده هارمونیک به UPS های اصلاح کننده، در برخی موارد میتوان از انتقال جریان هامونیک به تجهزات بالادست جلوگیری کرد، بعنوان مثال برای تجهیزات خنک­کننده و روشنایی از UPS مجزا استفاده کرد.

بزرگتر گرفتن سایز کابل Neutral: جهت محافظت از کابل­ کشی ساختمان در مقابل جریانهای هارمونیک، میتوان در مراکز Call Center که دارای جریان هارمونیک هستند سایز کابل Neutral را تا 50 درصد کابل Phase افزایش داد.

استفاده از مبدلهای K-Rated12: این مبدلها توان تحمل جریانهای هامونیک را دارند، در این حالت فاکتور K  میبایست حداقل برای مقدار 9 طراحی شده باشد. بنابراین در مراکز داده جهت ایجاد انشعاب برق برای تجهیزات ایجاد کننده هارمونیک و مجزا نمودن آن از تجهیزات حساس از این نوع از مبلدها استفاده می­ شود.

در ضمن استاندارد EMC Directive  کارخانه­ ها را مجبور به تولید محصولات برقی با جریان هارمونیک  محدود شده بشرح جدول زیر  می­ نماید:

3-5- اینترهارمونیکها (Interharmonics): اینترهارمونیک نوعی خرابی در شکل موج سیگنال است که از طریق مبدلهای استاتیک فرکانس(Static Frequency Converter)، موتورهای القایی و یا تجهیزات جوشکاری به منبع ولتاژ اعمال و موجب افزایش یا کاهش فرکانس آن می­ گردد. از نتایج این مشکل میتوان به تغییر در کیفیت تصاویر مانیتورها و سیستم روشنایی، تولید گرما در تجهیزات IT و تداخل در ارتباطات اشاره کرد:

جهت رفع این مشکل میتوان از فیلترها13، منبع برق UPS یا Power Line Conditioners استفاده کرد.

5-4- فرورفتگی امواج (Notching): فرورفتگی به اشکالات متناوب در شکل موج ولتاژ می­ گویند، که بوسیله تجهیزات جوشکاری، درایوهای با سرعت متغیر و همچنین کلیدهای تنظیم کننده روشنایی بوجود می­ آیند. از نتایج این مشکل میتوان به خرابی در اطلاعات، از کار افتادن سیستمها و همچنین خرابی در انتقال اطلاعات اشاره کرد.

عدم اتصال تجهیزات مشکل­ساز، استفاده از فیلتر مناسب و تجهیزات UPS میتوان چاره حل این مشکل باشد.

5-5- نویز (Noise): هرگونه جریان یا ولتاژ ناخواسته که به جریان یا ولتاژ اصلی اضافه شده و در شکل موج آن تغییر بوجود می ­آورد را نویز می­ نامند. نویز ممکن است توسط منبع برق، مدارهای کنترل، تجهیزات جوشکاری، فرستنده­های رادیویی و منبع برق با قابلیت سوئیچینگ بوجود آید. سایتهایی که بدرستی زمین نشده­ اند، مستعد نویز هستند. نویز می­تواند منجر به از دست رفتن داده ­ها، عدم کارکرد صحیح تجهیزات، خرابی اجزاء مختلف در بلندمدت، اشکال در تصاویر و ایجاد مشکل برای حافظه­های از نوع دیسک گردد.

جهت کنترل نویز میتوان از مجموعه­ ای از راهکارهای زیر استفاده کرد:

        مجزا نمودن بار تولید کننده نویز از طریق تجهیزات UPS
        عدم اتصال تجهیزات تولید کننده نویز
        استفاده از فیلترهای نویز
        استفاده از کابلهای شیلددار
        استفاده از مبدلهای زمین شده و شیلددار

6-    نوسان در ولتاژ (Voltage fluctuations):

نوسان ولتاژ هر گونه تغییر باقاعده یا تصادفی در شکل موج به مقدار 95 تا 105 درصد مقدار نامی آن می­ باشد که در فرکانسی کمتر از 25 هرتز حادث می­ گردد. تجهیزات جوشکاری عمده دلیل بوجود آمدن نوسان ولتاژ در سیستمهای توزیع و انتقال توان برق هستند.

حذف تجهیزات آسیب­ زننده، جابجایی محل تأمین برق تجهیزات حساس و استفاده از Power Line Conditioners و UPS از جمله راهکارهای حل این مشکل می­ باشد.

7-    تغییرات فرکانس (Frequency Variations):

مراکزداده که دارای منابع برق پایدار بوده و به شبکه برق سراسری متصل هستند، بندرت دچار مشکلات ناشی از تغییر فرکانس می ­شوند. سایتهایی که دارای منبع برق جانشین از نوع ژنراتور یا زیرساخت برق ضعیفی هستند، زمانیکه بار ژنراتور در آنها اشباع شده باشد دچار تغییر فرکانس می­ شوند. تجهیزات IT در مقابل تغییرات کوچک فرکانس مقاوم هستند، با این وجود تغییر فرکانس ممکن است باعث تند یا کند شدن سرعت حرکت یک موتور و در نتیجه راندمان پایین یا استهلاک آن شود.

جهت رفع این مشکل میبایست عیب موجود در ژنراتور رفع و یا جابجایی و افزایش ظرفیت صورت پذیرد.
برای برق سه فاز نیز ممکن است مشکل عدم توازن در فازها یا Voltage Imbalance بوجود آید. ریشه این مشکل ممکن است از منبع برق خارجی باشد ولی عمدتاً این مشکل زمانی که بارهای متصل داخلی نامتوازن باشند به وجود می­ آید، بعبارتی یکی از سه فاز توان مورد نیاز تجهیزات تک فاز را تأمین کند، در حالیکه همزمان هر سه فاز در حال تأمین توان مورد نیاز برای تجهیزات سه­ فاز نیز باشند. این مشکل ممکن است باعث ازدیاد حرارت موتورها و از کار افتادن کنترلر آنها شود. جهت تشخیص این مورد اختلاف کمترین و بیشترین مقدار ولتاژ نباید بیشتر از 4 درصد کمترین مقدار ولتاژ باشد.
توضیحات:

1- Fault (power engineering): در سیستمهای برق هر گونه تغییر غیر طبیعی در میزان جریان را بعنوان اشکال در سیستم یا Fault می نامند، اتصال کوتاه یا مدار باز از جمله عوامل اصلی بوجود آمدن Fault هستند. Fault در سیستم سه فاز می تواند یک یا تمامی فازها را تحت تأثیر قرار دهد.

2- SPD/TVSS : این تجهیزات جهت محافظت از شوکهای الکتریکی با ولتاژ بالا و در ترکیب با سایر تجهیزات انتقال توان مورد استفاده قرار می گیرد و در واقع سوئیچ بسیار سریع و حساس است که بصورت موازی با بار عملیاتی قرار می گیرد، در حالت عادی میزان امپدانس TVSS بسیار بالا با زمین برقرار می کند و در صورت بوجود آمدن شوک و بالارفتن ولتاژ ورودی، مقدار امپدانس به مقدار بسیار کم تقلیل یافته و جریان به بوجود آمده به زمین منتقل خواهد شد.

3- Current Limiting Reactor : این تجهیزات در کلیدهای و جعبه توزیع برق مورد استفاده قرار می گیرد و با تغییر مقدار امپدانس بعنوان محدود کننده جریان ورودی تجهیزات برقی (بنحوی که مناسب کاربرد آنها باشد) عمل می نماید.

4- Chokes : این تجهیزات به عنوان یک واسط القایی و بصورت سیم پیچ پیاده سازی می شود و مانع از عبور جریان AC نامتعارف و با فرکانس بالا شده و تداخلات الکترومغناطیسی منابع برق را حذف می نماید.

5- Zero Crossing Switch : این تجهیزات موج سینوسی و نقاط دارای دامنه صفر را مانیتور کرده و تغییرات را حذف و محدود به نقاط با دامنه صفر می نماید.

6- Circuit Breaker: این تجهیزات یک سوئیچ الکتریکی کاملاً خودکار می باشد که جهت اجتناب از آسیب رسانی در مدار الکتریکی در مقابل جریان و لود بالا یا اتصال کوتاه مورد استفاده قرار می گیرد. برعکس فیوز که پس از مصرف میبایست تعویض گردد، امکان ریست شدن در این تجهیزات فراهم است.

7- Utility Protective Devices : تجهیزاتی هستند که جهت حفاظت از Fault بکار برده می شوند و با مجزا نمودن اجزاء مشکل دار از سایر تجهیزات موجود در شبکه برق دامنه خرابی را محدود می نماید، از جمله این تجهیزات میتوان به فیوزها، مبدلهای جریان و ولتاژ و باطری اشاره کرد.

8- Automatic Circuit Recloser: این تجهیزات در صورت مشاهده افزایش ناگهانی در میزان جریان ناشی از اتصال کوتاه را تشخیص داده و جهت جلوگیری از خرابی تجهیزات، اتصال آنها با منبع اصلی برق را قطع کرده و پس از گذشت زمان تعریف شده مجدد مدار را به حالت طبیعی باز می گرداند.

9- Power Line Conditioners: استفاده از این دستگاه کیفیت توان برق تحویل داده شده به تجهیزات برق اصلاح می گردد، از جمله پارمترهای قابل اندازه گیری اصلاح ولتاژ خروجی می باشد که میتوان سطوح مختلفی را جهت اعمال محدودیت برای آن تعریف نمود.

10- Ferroresonant Transformers: این تجهیزات از یک مدار القایی با هسته آهنی تشکیل شده و میزان حساسیت ولتاژ خروجی را نسبت به تغییرات در ولتاژ ورودی کاهش می دهد.

11- Rectifiers : این تجهیزات دارای انواع مختلفی بوده و جهت تبدیل جریان AC به DC مورد استفاده قرار می گیرد.

12- K-Rated Transformer : این مبدلها قادر به تحمل جریانهای هارمونیک بدون تولید گرما یا بوجود آمدن مشکل هستند، هر چه مقدار K بالاتر باشد، مبدل قادر به پشتیبانی از تجهیزات غیرخطی بیشتری خواهد بود.

13- Filters: فیلترها جهت پردازش سیگنال مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند بر روی سیگنالهای مختلف بر اساس فرکانس دریافتی محدودیت اعمال نماید.

منبع سایت مرجع تخصصی شبکه