計(jì)算機(jī)對(duì)供電電源質(zhì)量的要求與干擾試驗(yàn)分析

用電電能質(zhì)量與可靠性是所有用電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的首要條件。為保證電網(wǎng)電能質(zhì)量，國(guó)家已經(jīng)制定了電網(wǎng)電能質(zhì)量的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電網(wǎng)供電的可靠性，電壓偏差、瞬變與波動(dòng)，諧波以及電網(wǎng)頻率偏差等都作了規(guī)定。但用戶更關(guān)心的是用電設(shè)備處的電能質(zhì)量。它不僅會(huì)影響用電設(shè)備正常運(yùn)行,有時(shí)還可能造成用電設(shè)備的損壞。發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用電能質(zhì)量檢測(cè)儀在用戶內(nèi)部有關(guān)部位對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)、記錄和分析，以確定改善用電電能質(zhì)量的具體措施。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理的信息量越來(lái)越大，工作速度越來(lái)越快，對(duì)用電電能質(zhì)量也就有著一些特殊要求。例如：毫秒級(jí)斷電對(duì)照明等普通用電設(shè)備不會(huì)造成多大影響，但對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有時(shí)就會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，甚至死機(jī)的嚴(yán)重后果。
過(guò)電壓是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電能質(zhì)量應(yīng)著重考慮的問(wèn)題，外部過(guò)電壓主要來(lái)自大氣過(guò)電壓，內(nèi)部過(guò)電壓主要來(lái)自操作過(guò)電壓及故障過(guò)電壓等。當(dāng)大功率設(shè)備拉閘時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓。三相四線制供電系統(tǒng)，中性線斷裂后，如果三相負(fù)荷不平衡，負(fù)荷小的一相或兩相的電壓就會(huì)升高，會(huì)造成計(jì)算機(jī)等用電設(shè)備的損壞。從建筑物的電源進(jìn)線開(kāi)始，逐級(jí)安裝電涌防護(hù)器可以將過(guò)電壓限制到一定幅值，以保護(hù)計(jì)算機(jī)等對(duì)過(guò)電壓敏感的設(shè)備。將計(jì)算機(jī)與大功率用電設(shè)備分開(kāi)，用不同回路供電也是一種有效的措施。有些電源插座帶有過(guò)電壓防護(hù)功能，這是一種非常好的辦法，但其質(zhì)量必須可靠。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的外部數(shù)據(jù)接口及通信電纜也應(yīng)當(dāng)有過(guò)電壓防護(hù)措施，不論過(guò)電壓是從電源線還是外部數(shù)據(jù)電纜或通信電纜進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，都會(huì)破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，甚至使通信電纜受到損壞。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)與制造時(shí)，也采取安裝壓敏電阻或選用帶過(guò)電壓保護(hù)的芯片等措施來(lái)進(jìn)行過(guò)電壓防護(hù)。
電壓偏差(或偏移)、電壓暫降、電壓波動(dòng)以及沖擊過(guò)電壓等是各種不同的電壓擾動(dòng)，他們對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的影響與干擾不完全相同。電壓偏差(或偏移)是指較長(zhǎng)時(shí)間的電壓偏離額定值，計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)模式電源一般可以保證在180V時(shí)計(jì)算機(jī)仍可正常工作，但供電電壓過(guò)低或過(guò)高都會(huì)使計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)模式電源溫升過(guò)高而影響其使用壽命。
為了解決電壓偏差問(wèn)題，不少單位采用交流穩(wěn)壓器。其功率：?jiǎn)蜗?到300kVA，三相 10到1500kVA。輸入電壓：?jiǎn)蜗?176到264V，三相 304到450V。穩(wěn)壓精度1%～5%可調(diào)，調(diào)整速率小于30V/S。從整體上考慮，采用交流穩(wěn)壓器是一種不經(jīng)濟(jì)的辦法，而電力系統(tǒng)集中采用無(wú)功補(bǔ)償或調(diào)節(jié)變壓器分接頭才是比較經(jīng)濟(jì)合理的。而根本解決辦法是增加電力系統(tǒng)發(fā)配電容量，對(duì)電網(wǎng)變壓器及線路進(jìn)行改造。近年來(lái)我國(guó)通過(guò)對(duì)電力網(wǎng)的擴(kuò)建與改造，供電電壓質(zhì)量已有了很大的提高。
電壓暫降是指較長(zhǎng)時(shí)間(從一秒到數(shù)秒)的電壓降低。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)電壓暫降，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，在較大容量用電設(shè)備起動(dòng)時(shí)，也會(huì)引起用電電壓暫降，當(dāng)電壓暫降超過(guò)一定值時(shí)，也會(huì)影響到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
由于計(jì)算機(jī)本身電源都為開(kāi)關(guān)模式電源。開(kāi)關(guān)模式電源與普通電源的區(qū)別在于先將交流電變換成直流，然后通過(guò)振蕩電路變?yōu)楦哳l交流，再經(jīng)過(guò)高頻降壓變壓器與整流濾波及穩(wěn)壓電路變?yōu)橹绷?plusmn;5V與±12V電源。兩級(jí)變流都有大容量的濾波電容，在一定程度上可以起到抗電壓暫降的作用。
供電電源中性線（N線）與保護(hù)地線（PE線）之間的電位變化與干擾，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也會(huì)帶來(lái)影響。美國(guó)電力研究所(EPRI)電力電子應(yīng)用中心(PEAC)，對(duì)計(jì)算機(jī)的用電電源進(jìn)行了各種模式的N線與PE線之間電位變化與干擾試驗(yàn)，取得了令人滿意的試驗(yàn)結(jié)果。
第一種試驗(yàn)是模擬電源中性線(N線)與保護(hù)地線(PE線)電位差對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行引起的干擾。試驗(yàn)接線圖見(jiàn)圖1。計(jì)算機(jī)通過(guò)隔離變壓器供電，但二次側(cè)在電源中性線(N線)與保護(hù)地線(PE線)之間未短接，而出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)50V電壓，這一電位差沒(méi)有影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。

第二種試驗(yàn)接線如圖2所示。將照相復(fù)印機(jī)與計(jì)算機(jī)用同一電源供電。照相復(fù)印機(jī)內(nèi)部有一個(gè)較大功率的電加熱器。將供電電源線長(zhǎng)度分別取為100英尺、200英尺與300英尺，做了三種情況的試驗(yàn)。由于加熱器功率較大,中性線(N線)與地線(PE線)間出現(xiàn)了3V～9V的電壓。結(jié)果計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行沒(méi)有受到影響。
第三種試驗(yàn)是模擬雷電干擾，由電弧及繼電器振蕩引起的電涌干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)接線如圖3所示。試驗(yàn)過(guò)程中他們?cè)谟?jì)算機(jī)供電電源的中性線(N線)與地線(PE線)之間施加一陡度為0.5mS，100kHZ的振蕩波，在電源正弦波的正半波波峰施加2個(gè)電涌，其幅值分別施加到1kV、1.5 kV、2 kV、2.5 kV、3kV，試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行沒(méi)有受到影響。
他們還在電源線上施加0.5KV電氣快速暫態(tài)(EFT)過(guò)電壓，歷時(shí)1分鐘，同時(shí)還做了1kV、2kV以及4kV的EFT試驗(yàn)，均未干擾計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。

第四種試驗(yàn)是利用可控硅接通電容器，產(chǎn)生振蕩模擬干擾，試驗(yàn)接線如圖4。試驗(yàn)結(jié)果振蕩產(chǎn)生的干擾沒(méi)有影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。
通過(guò)以上四種試驗(yàn)可以看出供電電源中性線（N線）與保護(hù)地線（PE線）之間的電位變化與干擾沒(méi)有影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，但計(jì)算機(jī)外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí), 如果各設(shè)備的信號(hào)地通過(guò)PE線接地，信號(hào)地便與PE線相連接，N線和PE線間過(guò)大的電壓，將會(huì)引起各設(shè)備信號(hào)地間的電位差，從而破壞傳輸數(shù)據(jù)，影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。
電網(wǎng)中電子電力設(shè)備，例如：變頻調(diào)速、可控硅整流、氣體放電燈、開(kāi)關(guān)模式電源等非線性負(fù)荷日益增多，使電網(wǎng)中的諧波成分不斷加大。諧波成分過(guò)大會(huì)使配電變壓器發(fā)熱，造成功率因數(shù)降低。功率因數(shù)降低又使電流增大，從而影響了電力系統(tǒng)輸變電設(shè)備的出力，并增加了其電能損耗，有時(shí)還會(huì)引起系統(tǒng)諧振。所以諧波危害已經(jīng)引起電力部門(mén)的重視，要求采取消除與降低諧波的辦法與措施。因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)本身都有開(kāi)關(guān)模式電源，有些還采用UPS不間斷供電電源，一般只會(huì)影響到電源發(fā)熱，諧波引起的干擾很難通過(guò)UPS進(jìn)入計(jì)算機(jī)造成干擾。
任何原因引起的供電電源斷電都會(huì)影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，有時(shí)還會(huì)因數(shù)據(jù)丟失而造成重大損失。備用電源自投都有一定延時(shí)，滿足不了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)供電電源斷電的要求。因此微機(jī)一般都選用UPS不間斷電源。其工作時(shí)間從15分鐘到幾小時(shí)不等。工作時(shí)間越長(zhǎng)，要求蓄電池容量越大，價(jià)格也就越高。一般微機(jī)用的UPS有15分鐘繼續(xù)供電時(shí)間就可以滿足要求。斷電后UPS發(fā)出信號(hào)，工作人員有足夠的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并存盤(pán)保存后，再進(jìn)行正常關(guān)機(jī)。有些工業(yè)計(jì)算機(jī)已經(jīng)把UPS不間斷電源安裝于計(jì)算機(jī)內(nèi)部，這樣就更加可靠與方便。對(duì)于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般都選用大容量的UPS不間斷電源。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，一般微型機(jī)用后備式UPS不間斷電源就可以滿足要求。對(duì)于大型計(jì)算機(jī)應(yīng)采用在線式UPS不間斷電源。
電網(wǎng)頻率偏差也是用電電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。頻率變化對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的用電設(shè)備有較大影響。早期計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備有磁鼓與磁帶機(jī)等，現(xiàn)在微機(jī)硬盤(pán)的容量越來(lái)越大，并且由微機(jī)內(nèi)部直流電源供電，原有的外圍設(shè)備已淘汰。所以頻率偏差只要在國(guó)家電網(wǎng)電能質(zhì)量規(guī)定的范圍之內(nèi)，就不會(huì)影響計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。