các vấn đề về nguồn điện

Thống nhất về các thuật ngữ phổ biến là một bước đầu tiên để giải quyết vấn đề rối loạn điện Việc sử dụng rộng rãi thiết bị điện tử trong tất cả mọi thứ từ đồ dung điện tử gia dụng đến t

Phần I

Có những bí ẩn từ thiết bị hư hỏng, ngừng hoạt động, phần mềm và dữ liệu bị sai, là do nguyên nhân từ nguồn cấp Đây là những nguyên nhân chủ yếu về nguồn điện trong các tiêu chuẩn Bài viết này sẽ miêu tả những loại rối loạn điện chủ yếu dựa trêng tiêu chuẩn IEEE để miêu tả những vấn đề của nguồn điện, nguyên nhân của chúng, chúng có thể làm gì thiết bị của bạn, và làm thế nào để bạn bảo vệ thiết bị của mình

Giới thiệu

Nền công nghệ của Chúng ta ngày càng phụ thuộc sâu sắc vào tính lien tục của nguồn điện Ở hầu hết các quốc gia, nguồn điện thương mại được cung cấp qua hệ thống dây truyền tải Quốc gia, kết nối nhiều khu vực vào đường dây tải Hệ thống dây dẫn phải cung cấp nguồn điện đáp ứng cho cư dân, thắp sang, đốt nóng, làm lạnh, điều hòa, và hệ thống vận tải cũng như cho hoạt động của chính phủ, các khu công nghiệp, tài chính, các khu thương mại, bệnh viện, và hệ thống truyền thong Nguồn điện thương mại cho phép thế giới hiện đại ngày nay hoạt động với nhịp độ cao Công nghệ tinh vi đã đi vào đời sống gia đình, nghề nghiệp của chúng ta, và với sự ra đời của thương mại điện tử đã lien tục thay đổi cách chúng ta tương tác với phần còn lại của thế giới.Công nghệ thong minh đòi hỏi nguồn điện phải không bị gián đoạn cũng như rối loạn Những hậu quả của những sự cố điện quy mô lớn đã được thống kê trong các tài liệu Trong một cuộc nghiên cứu gần đây ở Mỹ đã chỉ ra rằng, các nghành công nghiệp và kỹ thuật số bị mất 45,7 tỷ USD mỗi năm do sự cố mất điện.[ 1] Còn ở tất cả các lĩnh vực kinh doanh, ước tính khoảng 104 đến 164 tỷ USD thiệt hại do gián đoạn của nguồn điện và khoảng 15 đến 24 tỷ USD thiệt hại do các vấn đề khác của chất lượng nguồn điện gây ra Sự cố điện trong nghành công nghiệp tự động hóa có thể làm toàn bộ dây chuyền sản xuất có thể vượt ra ngoài tầm kiểm soát, tạo ra tình huống nguy hiểm cho nhân viên tại chỗ và gây mất mát vật liệu, máy móc sản xuất đắt tiền Quá trình sản xuất bị đình trệ trong một công ty tài chính lớn có thể gây thiệt hại hang nghàn đô la cho mối phút của thời gian chết và phải mất nhiều thời gian phục hồi sản xuất Chương trình và dữ liệu bị sai lệch do sự gián đoạn của nguồn điện có thể phải mất nhiều tuần để phục hồi lại hoạt động bình thường của phần mềm

Nhiều vấn đề của nguồn điện bắt nguồn từ mạng lưới điện với hang ngàn dặm đường dây truyền tải do các vấn đề thời tiết như bão, sấm sét, tuyết, mưa, lũ lụt, và còn do các thiết bị bị hỏng, tai nạn giao thông, các hoạt động chuyển mạch lớn Ngoài ra, vấn đề nguồn điện ảnh hưởng đến các thiết bị công nghệ hiện nay thường được tạo ra trong mạng nội bộ ở bất kỳ tình huống nào, ví dụ như việc xây dựng, quá tải trên đường dây, các thành phần phân phối điện bị lỗi, và thậm chí là tiếng ồn do điện gây ra

Thống nhất về các thuật ngữ phổ biến là một bước đầu tiên để giải quyết vấn đề rối loạn điện

Việc sử dụng rộng rãi thiết bị điện tử trong tất cả mọi thứ từ đồ dung điện tử gia dụng đến thiết

bị điều khiển tốn kém trong sản suất công nghiệp đã nâng cao nhận thức về chất lượng nguồn

điện Chất lượng nguồn điện, hay cụ thể hơn là chất lượng của dao động điện thường được định nghĩa là bất kỳ sự thay đổi trong nguồn điện (điện áp, dòng, hoặc tần số) gây trở ngại cho hoạt động bình thường của thiết bị điện.

Nghiên cứu chất lượng nguồn điện , và cách kiểm soát nó, là mối quan tâm của các công ty điện lực, các công ty công nghiệp lớn, các doanh nghiệp, và cả người dung gia đình Các nghien cứu

đã cho thấy sự gia tăng các thiết bị ngày càng nhạy cảm với những thay đổi nhỏ của điện áp, dòng, và tần số của nguồn điện Thật không may, những thuật ngữ khác nhau đã được sử dụng để miêu tả những rối loạn điện hiện tại, điều này đã tạo ra sự nhầm lẫn và gây ra nhiều khó khăn cho hiệu quả trong việc thảo luận, nghiên cứu, và thực hiện các thay đổi cho vấn đề chất lượng [

nguồn điện ngày nay Viện Điện tử và kỹ sư điện tử (IEEE – Institute of Electrical and

Electronics Engineers) đã nỗ lực giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển một bộ tiêu chuẩn bao gồm các định nghĩa về rối loạn điện Các tiêu chuẩn (tiêu chuẩn IEEE 1159-1995, “IEEE giới thiệu thực hành theo dõi chất lượng chất lượng nguồn điện) miêu tả những vấn đề chất lượng nguồn điện, và bài viết này sẽ thảo luận những vấn đề phổ biến nhất

Chúng ta quan sát nguồn điện như thế nào?

Điện năng cắm trên tường là một hiện tượng điện từ Điện thương mại được cung cấp là dòng xoay chiều (AC), không tiếng động, nguồn năng lượng dường như vô hạn có thể được tạo ra tại nhà máy điện, được gia tăng điện thế bởi máy biến áp, và phân phối qua hang trăm cây số đến bất nơi nào trong mạng lưới dây truyền tải điện Hiểu được cái mà năng lượng thực hiện trong một thời gian cực ngắn sẽ cung cấp một sự hiểu biết đơn giản quan trọng như thế nào: sự ổn định của nguồn AC là hoạt động đáng tin cậy của một hệ thống tinh vi, cái mà chúng ta phụ thuộc vào Một máy hiện song cho phép chúng ta nhìn thấy năng lượng trông như thế nào Trong một thế giới hoàn hảo, nguồn điện thương mại AC được cung cấp ổn định (smooth) và được thể hiện như một làn sóng sine đối xứng, biến đổi theo 50 hay 60 chu kỳ mỗi giây (Hert – Hz) tùy thuộc vào nơi bạn đang sống Hình 1 cho thấy sóng sine của một nguồn AC xuất hiện trên một máy hiện sóng

Dạng sóng hình sine được hiển thị ở trên đại diện cho một điện áp thay đổi từ một giá trị dương tới một giá trị âm, 60 lần mỗi giây Khi làn sóng này thay đổi hình dạng, kích thước, tính đối xứng, tần số, hoặc phát triển bậc, xung, vòng (ringing), hoặc giảm xuống không (tuy nhiên trong một thời gian ngắn), thì đó là một sự nhiễu loạn điện Bản vẽ đơn giản đại diện cho sự thay đổi hình dạng của sóng sine lý tưởng sẽ được hiển thị trong suốt bài báo này cho bảy loại rối loạn điện sẽ được thảo luận dưới đây

Như đã nêu, đã có những mơ hồ trong nghành công nghiệp điện và cộng đồng doanh nghiệp trong việc sử dụng thuật ngữ để miêu tả rối loạn điện khác nhau Ví dụ, thuật ngữ “tăng – surge” trong một lĩnh vực công nghiệp có nghĩa là một sự gia tăng tạm thời của điện áp được gây ga bởi một tải lớn bị tắt Theo một cách hiểu khác, thì “tăng” cũng có thể xem là một điện áp có giá trị đỉnh rất cao thoáng qua kéo dài từ một phần triệu giây (ký hiệu μs) đến chỉ vài phần nghìn giây

Và sau này, nó được gắn với hiện tượng sét đánh, chuyển mạch tạo ra tia lửa hay phóng điện hồ quang giữa các điểm kết nối

Tiêu chuẩn IEEE 1100- 1999 đã giải quyết vấn đề không rõ rang trong thuật ngữ, và đã khuyến cáo rằng nhiều điều khoản trong việc sử dụng thong thường không được sử dụng trong các báo cáo chuyên nghiệp và các tài liệu tham khảo vì không có khả năng miêu tả chính xác bản chất của vấn đề Tiêu chuẩn IEEE 1159-1995 cũng giải quyết vấn đề này với mục tiêu cung cấp các thuật ngữ phù hợp cho các báo cáo chất lượng nguồn điện từ cộng đồng các kỹ sư Một số những điều khoản mơ hồ như sau:

Mất điện – Blackout, hạ áp – Brownout, Bump, Power surge, Clean power, Surge, Outage, Blink, Dirty power, Frequency shift, Glitch, Spike, Raw power, Raw utility power, Wink

Để có thể thảo luận một cách có hiệu quả về năng lượng, chẳng hạn như sự khác biệt giữa một sự

“gián đoạn” và một “dao động thoáng qua”, có thể thay đổi rất lớn quyết định mua thiết bị hiệu chỉnh điện Một sai lầm trong thong tin lien lạc có thể gây hậu quả rất tốn kém như thời gian chết, mất lương bổng, và thậm chí là hư hỏng thiết bị khi bạn mua sai thiết bị điện theo nhu cầu của bạn, IEEE định nghĩa rối loạn điện năng được thể hiện trong bài viết này đã được phân làm bảy loại dựa vào hình sóng:

• Transients – xung nhiễu

• Interruption – sự gián đoạn

• Sag / Undervotlage: tụt (thấp) áp

• Swell / Overvoltage: quá áp

• Waveform distortion: dạng song biến dạng

• Voltage fluctuations: dao động biến áp

• Frequency variations: dao động tần số

Bài viết này sẽ tuân theo các loại này và bao gồm hình ảnh, và sẽ làm rõ sự khác biệt giữa các loại rối loạn điện riêng biêt

BAY VAN DE VE NGUON DIEN (Phan II)

Một ví dụ về xung thoáng qua theo hướng cực dương được gây ra bởi hiện tượng phóng điện (ESD – electrostatic discharge) được minh họa trong hình 2

Hình 2: Hiện tượng xung thoáng qua theo hường cực dương (Positive impulsive transient)

Xung thoáng qua là điều mà hầu hết mọi người đều đề cập tới khi nói về một sự đột biến Nhiều

thuật ngữ khác nhau, chẳng hạn như bump, lith, power surge, pike đã được sử dụng để mô tả

xung thoáng qua

Nguyên nhân gây ra xung thoáng qua bao gồm sét, tiếp đất kém, và sự chuyển mạch của tải, hiện tuợng phóng điện (ESD) Và kết quả có thể làm mất dữ liệu, gây thiệt hại vật lý cho thiết bị Trong số những nguyên nhân này thì sét gây tổn hại nhiều nhất

Chúng ta có thể dẽ dàng nhận ra nguyên do sét sau khi chứng kiến một cơn dông bão Lượng năng lượng mà nó cần để thắp sang bầu trời đêm có thể tức thời các thiết bị nhạy cảm (với điện áp) Hơn nữa, sét không chỉ phá hủy trực tiếp Điện trường do tia sét tạo ra, như hình 3, là

nguyên nhân phá hủy tiềm tang chủ yếu bằng cách gây ra dòng điện lên cấu trúc dây dẫn gần đó

Hình 3: điện trường tạo bởi tia sét

Hai trong số các phương pháp bảo vệ hữu hiệu nhất khi đề cập tới giải quyết xung nhiễu thoáng qua bằng cách loại bỏ hiện tượng phóng điện (ESD), là sử dụng các thiết bị hãm tăng (phổ biến

là thiết bị triệt xung đột biến điện – TVSS: transient voltage surge suppressors, hay thiết bị chống xung – SPD: surge protective dive) Khi có một hiện tượng phóng điện (ESD) bất ngờ

xảy ra, ngón tay của bạn sẽ co lại theo phản ứng tự nhiên và bạn sẽ không bị nguy hại gì, nhưng

nó lại quá đủ để gây ra một cái chết tức thời (ngừng hoạt động hoàn toàn) của bo mạch chủ máy tính Trong những trung tâm dữ liệu, các vi mạch là nơi sản xuất hoặc tại bất cứ môi trường nào tương thì PCBs (các vi mạch – printed circuit board) không hề bị che đậy trước bàn tay con người điều này là rất quan trọng để hạn chế tiềm năng của hiện tượng phóng điện (ESD) Ví dụ, hầu hết trong bất kỳ môi trường trung tâm dữ liệu nào cũng đều có bộ phận làm mát Bộ phận này không chỉ làm mát không khí để loại bỏ nhiệt từ các thiết bị trung tâm, mà còn điều chỉnh hơi ẩm trong không khí Giữ độ ẩm trong không khí từ 40 - 55% sẽ hạn chế hiện tượng ESD xảy

ra Bạn có lẽ đã biết sự ảnh hưởng của độ ẩm đến khả năng phóng điện như thế nào nếu bạn đã từng trải qua một mùa đông (với không khí rất khô hanh) khi bạn chà xát đôi vớ (tất) tay trên tấm thảm theo một mình tròn lớn thì nó sẽ bất ngờ nhảy từ tay của bạn lại phía tay nắm cửa bằng kim lại Một điều khác bạn sẽ thấy trong môi trường PCB, chẳng hạn bạn sẽ thấy trong các doanh nghiệp sửa máy tính nhỏ, cơ thể người luôn có thiết bị nối đất Thiết bị này bao gồm dây đeo cổ tay, thảm chống tĩnh điện và máy tính để bàn, giày dép chống tĩnh điện Hều hết các thiết bị này được kết nối bằng một dây dẫn kết nối với hệ thống đất, điều này sẽ bảo vệ con người an toàn khỏi bị điện giật và cũng hạn chế khả năng phóng điện (ESD) xuống đất

SPDs (Surge Protection Devices) đã được sử dụng trong nhiều năm qua Và các thiết bị này vẫn được sử dụng trong các hệ thống, trong cá nhà máy lớn, các trung tâm dữ liệu, hay trong các doanh nghiệp kinh doanh nhỏ; hoạt động của chúng (SPDs) được cải thiện lien tục với những tiến bộ trong công nghệ chế tạo MOV (Metal Oxide Varistor) MOVs cho phép ngăn chặn các xung thoáng qua, và các trường hợp điện áp cao khác; và nó còn có thể kết hợp với các thiết bị ngắt bằng nhiệt như bộ phận ngắn mạch, điện trở nhiệt, cũng như các thành phần khác như ống khí gas và Thyristor Trong một số trường hợp, mạch SPD được tích hợp trong các thiết bị điện

tử, như nguồn cấp của máy tính được tích hợp SPD với khả năng ngăn chặn xung Thong dụng hơn, chúng được sử dụng trong các thiết bị triệt xung độc lập, hay trong các UPSs.

Phương pháp hiệu quả nhất để bảo vệ các thiết bị điện tử (các thiết bị nhạy cảm với điện áp) khỏi rối loạn điện là sử dụng SPDs theo nhiều cấp và UPSs Theo kỹ thuật này, một SPD được đặt ở đường nguồn vào (Main Distribution) và có khả năng triệt tiêu năng lượng từ bất kỳ nguồn xung nào đi tới Thiết bị SPD tiếp theo được đặt phía sau bảng điện (sub-panel) hay ngay phía trước thiết bị nhạy cảm với khả năng kẹp điện áp đến giá trị không gây thiệt hại hay làm rối loạn hoạt động của các thiết bị Cần quan tâm đặc biệt tới các thong số của SPD như điện áp cho qua, dòng

rò, mức tiêu hao năng lượng,… và phương cách kết hợp cho hiệu quả hoạt động tốt nhất Bên cạnh đó, cần phải lưu ý để đảm bảo hiệu quả của thiết bị triệt xung trong trường hợp MOV đạt đến điểm (giới hạn) của sự thất bại Trong thiết bị triệt xung, MOV đóng vai trò kẹp điện áp và hoạt động lien tục, nhưng tuổi thọ của nó sẽ giảm theo thời gian, hay nó có thể bị hỏng khi giới hạn khả năng kẹp điện áp của nó bị vượt qua Điều quan trọng là nếu MOV đạt tới điểm giới hạn

và không còn hữu dụng, khi đó SPD sẽ phá vỡ các mạch (gây ngắn mạch) để ngăn chặn bất kỳ nguồn gây tổn hại bất thường nào cho các thiết bị được bảo vệ Để biết thêm chủ đề này, xem bài

về “Data Line Transient Protection”

Oscillatory – Dao động

Một dao động thoáng qua (Oscillatory transient) là một sự thay đổi đọt ngột trong trạng thái ổn định của một điện áp tín hiệu, dòng, hay cả hai, tại cả hai cực âm và dương của giới hạn tín hiệu Trong thuật ngữ đơn giản, xung làm cho tín hiệu của nguồn lien tiếp phồng lên và gãy xuống rất nhanh Các dao động thoáng qua này thường bị tiêu tan về giá trị 0 trong một chu kỳ (một dao động phân rã)

Những xung xảy ra khi bạn tắt một tải cảm ứng hoặc một tụ điện, ví dụ như tắt một động cơ Một dao động thoáng qua là kết quả của tải chống lại sự thay đổi Điều này tương tự như những

gì xảy ra khi bạn đột ngột tắt vòi nước và bạn sẽ nghe thấy tiếng như búa nện trong đường ống Dòng nước đang chảy chống lại sự thay đổi đột ngột, và một lượng chất lỏng tương đương với một dao động thoáng qua xảy ra

Ví dụ, trong lúc tắt một động cơ đang quay tròn, hoạt động trong một thời gian ngắn của nó như một máy phát điện tạo ra nguồn giảm dần, qua đó tạo ra điện và chuyển nó thông qua việc phân phối điện Một hệ thống phân phối điện lớn có thể hoạt động như một dao động khi nguồn điện được bật hoặc tắt, bởi vì tất cả các dây dẫn đều có độ tự cảm và điện dung vốn có, và điều này làm dao động bị phân rã trong một thời gian ngắn

Khi các dao động thoáng qua xuất hiện trên một mạch điện, thường là do hoạt động chuyển mạch (đặc biệt là khi các tụ điện tự động chuyển vào hệ thống), chúng có thể gây gián đoạn cho thiết bị điện tử Hình 4 cho thấy một điển hình dao động thoáng qua ở tần số thấp do các tụ điện được nạp năng lượng

Hình 4 Oscillatory transient

Vấn đề dễ nhận ra nhất mối liên quan giữa chuyển mạch tụ điện và xung thoáng qua là việc hoán đổi lien tiếp của những truyền động tốc độ có thể điều chỉnh (ASDs) Xung thoáng qua có lien quan tới sự gia tăng điện áp trong dc link (điện áp điều khiển kích hoạt ASDs), điều này gây ra truyền động ngoại tuyến với một dấu hiệu quá áp

Một giải pháp phổ biến cho tụ điện hoán đổi lien tục (capacitor tripping) là lắp đặt lò phản ứng dây chuyền hoặc cuộn cảm làm giảm xung thoáng qua đến một mức độ có thể quản lý được Những lò phản ứng này có thể được cài đặt trước trục truyền động hoặc dc link và được thiết lập sẵn như là một tính năng tiêu chuẩn hoặc như một tùy chọn trên hầu hết ASDs (Lưu ý: các thiết

bị ASD sẽ được thảo luận them trong phần “gián đoạn” dưới đây.)

Một giải pháp bổ sung trong vấn đề xung do chuyển mạch tụ điện là việc chuyển mạch giao thoa tại 0 (the zero crossing) Khi một làn song sin của vòng cung đi xuống và đạt đến mức bằng 0 (trước khi nó xuống cực âm), điều này được biết như là sự giao thoa tại 0 như thể hiện trong hình

5 Một xung gây ra bởi chuyển mạch tụ điện sẽ có biên độ lớn hơn khi chuyển mạch xảy ra các

xa thời điểm giao thoa tại điểm 0 của song sin Một chuyển mạch tại điểm giao thoa tại 0 giải quyết vấn đề này bằng cách giám sát song sin để đảm bảo hoạt động chuyển mạch tụ điện xảy ra càng gần thời điểm giao thoa tai 0 của song sin càng tốt

Hình 5: Điểm giao thoa 0 (Zero crossing)

Tất nhiên hệ thống UPS và SPD cũng rất hiệu quả trong việc giảm tác hại của các xung thoáng qua, đặc biệt là giữa các thiết bị xử lý dữ liệu thong dụng như máy tính trong hệ thống mạng Tuy nhiên, SPD và UPS đôi khi có thể không ngăn chặn được những sự cố lien hệ thống của xung thoáng qua, điều mà việc chuyển mạch tại điểm giao thoa 0 hay thiết bị cuộn cảm có thể ngăn chặn trên cách thiết bị chuyên dụng, chẳng hạn như máy móc sản xuất nhiều tần và hệ thống kiểm soát của chúng

BẢY VẤN ĐỀ VỀ NGUỒN ĐIỆN (PHAN III)

2 INTERRUPTION

Một sự gián đoạn (Hình 6) được định nghĩa là sự mất hoàn toàn nguồn cấp của điện áp và dòng Tùy thuộc vào thời gian của nó, một sự gián đoạn được phân loại thành tức thời, tạm thời, hoặc kéo dài Phạm vi giới hạn thời gian cho các loại gián đoạn như sau:

Một ví dụ phổ biến về nguyên nhân có thể gây ra một sự gián đoạn trong hệ thống điện là các thiết bị bảo vệ, chẳng hạn như máy cắt tự động đóng lại (reclosers) Máy cắt tự động đóng lại xác định độ dài thời gian của hầu hết các gián đoạn, và điều này tùy thuộc vào bản chất của hư hỏng xảy ra Nó được sử dụng để cảm nhận sự gia tăng cường độ dòng điện của một hiện tượng ngắn mạch,và ngắt nguồn cung cấp khi điều đó xảy ra Máy cắt tự động sẽ đóng lại để cung cấp nguồn điện trở lại trong thời gian đã được thiết lập sau khi đốt cháy các vật liệu tạo ra ngắn mạch (vật liệu này thường là cành cây, hoặc động vật nhỏ mắc kẹt giữa đường dây và mặt đất)

Bạn có thể đã trải qua những hiện tượng gián đoạn nếu bạn đã từng nhìn thấy tất cả thiết bị (tất

cả đèn và thiết bị điện tử) không hoạt động do bị cúp điện, và tất cả mọi thứ lại trở lại bình thường sau vài phút trong khi bạn đang thắp nến Tất nhiên, nếu nhà của bạn bị cúp điện , ngay

cả suốt đêm cũng chỉ là một sự bất tiện, nhưng trong kinh doanh thì lại gây ra chi phí rất lớn.Một sự gián đoạn cho dù là tức thời, nhất thời, tạm thời hay kéo dài đều có thể gây ra thiệt hại,

sự ngắt quãng, thời gian chết cho hộ gia đình cũng như người sử dụng công nghiệp Một ngôi

nhà, hay một người đang sử dụng máy tính, có thể bị mất dữ liệu có giá trị khi thông tin bị gián đoạn do hiện tượng gián đoạn xảy ra Người sử dụng công nghiệp có lẽ là có thiệt hại nhiều hơn người sử dụng gia đình Nhiều quá trình công nghiệp dựa trên chuyển động liên tục của một số thành phần máy móc Khi các thành phần này ngừng hoạt động đột ngột do hiện tượng gián đoạn, điều này có thể gây hư hỏng thiết bị, sự sụp đổ của sản xuất, cũng như các chi phí liên quan tới thời gian chết, dọn dẹp, và khởi động lại hoạt động sản xuất Ví dụ, khi một nhà sản xuất vải sợi công nghiệp bị một sự gián đoạn do nguồn điện gây ra, nó có thể làm cho quá trình đùn sợi bị phá vỡ, và kết quả là lãng phí quá mức và thời gian chết Vải sợi phải được đẩy ra ở một tốc độ nhất định và nhất quán cho đến cuối quá trình sản xuất mới đảm bảo được chất lượng

và loại vải như mong đợi Sợi off-spec phải được làm sạch khi ra khỏi máy quay và các dòng sợi được đan thành chuỗi Như bạn có thể hình dung điều này cần sự nỗ lực tuyệt vời, và tạo ra thời gian chết rất lớn Ngoài ra, còn lãng phí do một số sợi nhất định bị hư

Giải pháp để ngăn chặn sự gián đoạn, bao gồm cả tính hiệu quả và chi phí Đầu tiên, có thể là nỗ lực nhằm loại bỏ hoặc giảm khả năng xảy ra của nguyên nhân tiềm tang Tất nhiên, bảo trì và thiết kế hệ thống tốt là điều cần thiết Điều này cũng áp dụng đối với các hệ thống của khách hang công nghiệp, những hệ thống thường lớn và dễ bị hư hỏng

Một khả năng để giảm ảnh hưởng của vấn đề này là bổ sung thiết bị hoặc phương pháp thiết kế, điều này là cần thiết để cho phép thiết bị của người sử dụng hay quá trình hoạt động được liên tục (duy trì hoạt động liên tục trong suốt quá trình rối loạn điện), hoặc khởi động lại sau (và trong thời gian) hiện tượng gián đoạn không thể tránh khỏi Hầu hết thiết bị thêm vào để giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng gián đoạn là nguồn cung cấp điện liên tục (UPS), máy phát điện,

và việc sử dụng kỹ thuật thiết kế hệ thống nhằm tận dụng lợi thế của hệ thống dự phòng và lưu trữ năng lượng Khi bị cúp điện, nguồn năng lượng thay thế sẽ được sử dụng Bất kỳ ai sử dụng máy tính xách tay đều thấy ví dụ cho điều này Khi máy tính xách tay được cắm vào ổ điện trên tường và sẽ có một dòng năng lượng được dung để sạc cho pin của nó Khi laptop được ngắt khỏi ổ cắm, ngay lập tức pin sẽ tiếp tục cung cấp nguồn điện cho hoạt động của laptop Những tiến bộ trong công nghệ chuyển mạch đã cho phép các hệ thống lưu trữ năng lượng ở chế độ chờ được sử dụng ngay tức thời (trong ít hơn một nửa chu kỳ)

Thuật ngữ “gián đoạn liên tục”, miêu tả tình huống trong hệ thống khi thiết bị bảo vệ tự động ngắt điện và không thể cung cấp nguồn điện lại trên đường dây do bản chất của nguyên nhân (mà máy cắt tự động đóng lại không giải quyết được), khi đó buộc phải có sự can thiệp thủ công (bằng tay) Thuật ngữ này miêu tả chính xác hơn tình hình, chứ không phải là thường dùng thuật ngữ “mất điện” Thuật ngữ “mất điện” thực sự được đề cập đến trạng thái một thành phần trong

hệ thống đã không hoạt động như mong đợi (IEEE Std 100-1992)

BẢY VẤN ĐỀ VỀ NGUỒN ĐIỆN (PHẦN IV)

3 Sag / undervoltage

Một sự chùng xuống (hình 7) là một giảm điện áp AC tại một tần số nhất định trong thời gian từ 0,5 chu kỳ đến 1 phút Sự chùng xuống thường gây ra lỗi hệ thống, và thường là kết quả của chuyển mạch với dòng tải khởi động lớn

Hình 7 Sag/undervoltage

Nguyên nhân phổ biến của sự chùng xuống bao gồm việc khởi động với dòng tải lớn (ví

dụ như khởi động máy điều hòa), và sự bù trừ lỗi từ xa được thực hiện bởi thiết bị tiện ích Tương tự, sự khởi động của các động cơ lớn bên trong một nhà máy có thể dẫn đến giảm điện áp đáng kể Trong lúc khởi động, một động cơ có thể rút dòng (gia tăng cường

độ dòng tải) gấp 6 lần hoặc lớn hơn so với lúc hoạt động bình thường Việc tạo ra một dòng tải lớn và đột ngột sẽ gây ra một điện áp rơi đáng kể lên phần còn lại của mạch Hãy tưởng tượng là có ai đó lấy hết nước trong nhà của bạn khi bạn đang tắm nước nóng dưới vòi hoa sen Khi đó, nước từ vòi hoa sen chảy ra sẽ yếu hơn và lạnh hơn Tất nhiên, để giải quyết vấn đề này, bạn có thể cần một máy nước nóng thứ hai được dành riêng để tắm Điều này cũng đúng cho các mạch với dòng tải lơn khi khởi động sẽ tạo ra một dòng rút vào lớn

Thêm một mạch chuyên dụng cho các tải khởi động lớn có thể là một giải pháp hiệu quả nhất nhưng không phải khi nào cũng thực tế hoặc kinh tế, đặc biệt nếu một cơ sở có vô số các tải khởi động lớn Các giải pháp khác cho tải khởi động lớn bao gồm nguồn năng lượng thay thế lúc khởi động đó là dòng không tải các thiết bị điện trong hệ thống khi động cơ khởi động, như thiết bị giảm điện áp khởi động (reduced-voltage starters), hoặc dùng autotransformers hay cấu hình star-delta Chất bán dẫn trong bộ khởi động mềm (soft starter) cũng có hiệu quả trong việc giảm độ chùng điện áp của động cơ khi khởi động Gần đây nhất, thiết bị điều chỉnh tốc độ (ASDs) giúp thay đổi tốc độ của động cơ phù hợp với dòng tải (và với mục đích sử dụng khác) đã được sử dụng để kiểm soát quá trình sản xuất hiệu quả và kinh tế hơn, và là một lợi ích bổ sung giúp giải quyết vấn đề do động cơ lớn khởi động gây ra

Như đã đề cập trong phần về “gián đoạn”, việc sử dụng những tiện ích có sẵn trong cơ sở

hạ tầng để loại bỏ các lỗi có thể ảnh hưởng tới người sử dụng cuối cùng, và khi vấn đề này được làm sang tỏ hơn, nó được xem như một sự gián đoạn Tuy nhiên, nó cũng biểu hiện như một sự chùng xuống của điện áp cho các vấn đề và nó bị loại bỏ nhanh chóng hay trong chốc lát của một chu kỳ Một số công nghệ tương tự được dùng để giải quyết

sự gián đoạn có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề điện áp chùng như: thiết bị UPS, máy phát điện, và thiết kế hệ thống kỹ thuật Tuy nhiên, đôi khi thiệt hại được gây ra bởi điện áp chùng không rõ ràng trong thời gian đầu cho đến khi nhìn thấy qua thời gian (thiết bị bị hư hỏng, mất dữ liệu, sai sót trong quá trình sản xuất)

Trong khi việc giải quyết điện áp chùng còn trong giai đoạn sơ khai, một vài đơn vị cung cấp bảng phân tích điện áp võng cho quá trình sản xuất công nghiệp như một dịch vụ giá trị gia tăng tới khách hàng của họ Hoạt động phân tích điện áp chùng có thể xác địch chính xác mức độ (levels) của điện áp chùng mà tại đó thiết bị có thể hay không thể hoạt

động được Khi nghiên cứu được thực hiện, những điểm yếu sẽ được xác định, thong tin được thu thập, phân tích, và báo cáo tới nhà sản xuất thiết bị để họ có thể cải thiện khả năng cho điện áp thấp đi qua (ride-through) thiết bị của họ.

Sụt áp (undercoltages)

Sụt áp (hình 8) là kết quả của vấn đề tạo ra điện áp chùng trong một thời gian dài Thuật ngữ “brownout” đã thường được sử dụng để mô tả vấn đề này, và đã được thay thế bằng thuật ngữ “undervoltages” Thuật ngữ “brownout” mơ hồ ở chỗ nó cũng phản ánh chiến lược phân phối điện thương mại trong suốt thời kỳ đầu nhu cầu tăng cao Sụt áp có thể tạo ra nhiệt cao trong động cơ, và có thể dẫn đến hư hỏng của tải phi tuyến như bộ nguồn của máy tính Giải pháp cho điện áp chùng cũng áp dụng cho sụt áp Tuy nhiên, một UPS với khả năng điều chỉnh điện áp bằng một biến tầng trước khi sử dụng pin sẽ giảm thiểu nhu cầu thay pin của UPS một cách thường xuyên Quan trọng hơn, nếu một sụt áp vẫn không thay đổi, nó có thể là dấu hiệu cho một thiết bị bị hư hỏng nặng, vấn đề về cấu hình, hoặc nhu cầu cung cấp thiết bị tiện ích cần được giải quyết

BẢY VẤN ĐỀ VỀ NGUỒN ĐIỆN (PHẦN V)

4 Swell/ Overvoltage – quá áp

Sưng điện áp (Swell) (hình 9) là hình thức ngược lại của sự chùng xuống, với một sự gia tăng điện áp AC trong khoảng từ 0,5 chu kỳ tới 1 phút Trở kháng của dây trung tính cao,

sự sụt giảm dòng tải đột ngột (đặc biệt là trong dòng tải lớn), hay lỗi của một pha trong

hệ thống điện 3 pha là những nguồn gây ra những chuỗi sưng điện áp

Hình 9 Swell

Sưng điện áp có thể gây ra sai hỏng dữ liệu, đèn nhấp nháy, điểm tiếp xúc điện bị giảm tuổi thọ, chất bán dẫn trong thiết bị điện tử bị phá hủy, và khả năng của lớp cách điện, cách nhiệt bị xuống cấp Sử dụng dòng điện ổn định, hệ thống UPS, hay máy biến áp điều hòa (ferroresonant transformers) để kiểm soát điện áp là những giải pháp phổ biến cho vấn đề này

Giống như điện áp võng, hậu quả của điện áp sưng có thể không xuất hiện rõ rang cho đến khi nhìn thấy Có những loại UPS hay các thiết bị điều hòa năng lượng có thể theo

dõi, đánh giá để giúp đo lường khi nào, mức độ thường xuyên của những sự kiện này xảy ra.

Quá áp

Quá áp (hình 10) là kết quả của sưng điện áp trong một thời gian dài tạo ra sóng điện áp sưng Một quá áp có thể xem như một sưng điện áp mở rộng Quá áp phổ biến trong phạm vi máy biến áp được thiết lập không đúng và dóng tải đã bị giảm xuống Điều này phổ biến trong các vùng có nhu cầu sử dụng điện thay đổi theo mùa, và nguồn điện vẫn được cung cấp mặc dù nhu cầu nguồn điện nhỏ hơn nhiều Nó giống như việc bạn đút ngón tay vào vòi nước, và áp lực nước sẽ tăng lên vì lỗ mà nước đi qua đã nhỏ hơn trong khi lượng nước đi vào ống vẫn không đổi Quá áp xảy ra có thể tạo ra dòng cao và làm cho cầu chì phía sau ngắt điện một cách không cần thiết, cũng như tạo ra nhiệt cao và gây tổn hại cho thiết bị

Hình 10 Overvoltage

Trong khi một sự quá áp thật sự chỉ là một sưng điện áp lien tục, thì UPS hay thiết bị điều khiển giúp giải quyết sưng điện áp cũng áp dụng được cho quá áp này Tuy nhiên, nếu nguồn điện đi vào trong điều kiện quá áp liên tục thì nguồn điện được phân bổ đến các cơ

sở cần phải được điều chỉnh tốt Các triệu chứng của quá áp cũng giống như của sưng điện áp Quá áp có thể thường xuyên hơn, nhiệt độ cao có thể là một dấu hiệu bên ngoài của quá áp Thiết bị (trong điều kiện môi trường bình thường và cách sử dụng bình thường), thì thong thường sẽ tạo ra một số nhiệt nhất định, và hiện tượng tăng nhiệt đột ngột có thể là do quá áp gây ra Điều này có thể gây hại trong môi trường của hệ thống thông tin Nhiệt độ và ảnh hưởng của nó tới trung tâm dữ liệu ngày nay, với thiết bị ngày càng nhỏ gọn (máy tính bảng, laptop, …) là mối quan tâm rất lớn của cộng đồng IT

BẢY VẤN ĐỀ VỀ NGUỒN ĐIỆN (Phần VII)

6 Sự dao động bất thường của điện áp (biến động điện áp)

Về cơ bản, biến động điện áp là sự khác nhau giữa sóng điện áp bình thường với phần dị thường của dạng sóng Một biến động điện áp (hình 17) là một biến thể mang tính hệ thống của dạng sóng điện áp hoặc một chuỗi thay đổi điện áp ngẫu nhiên, với biên độ nhỏ, cụ thể là khoảng 95% đến 100% của định mức ở một tần số thấp, thường là dưới 25 Hz

Hình 17 Sự biến động biến áp

Bất kỳ dòng tải nào mang dòng biến đổi đủ lớn đều có thể tạo ra sự biến động điện áp Lò

hồ quang là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hiện tượng biến động điện áp trên đường truyền tải trong hệ thống phân phối điện Một trong những biểu hiện của vấn đề này sự nhấp nháy của bong đèn sợi đốt Loại bỏ các tải bị lỗi, di dời các thiết bị điện tử nhạy cảm, hoặc cài đặt thiết bị UPS hay đường dây điều hòa là các giải pháp để giải quyết vấn

Hình 18 Sự biến đổi tần số

Để khắc phục vấn đề này, tất cả nguồn điện gây ra sự biến đổi tần số phải được đánh giá, sau đó sửa chữa, hoặc thay thế

BẢY VẤN ĐỀ NGUỒN ĐIỆN - Kết thúc

Mất cân bằng điện áp – voltage imbalance

Sự mất cân bằng điện áp không phải là một dạng của biến dạng sóng Tuy nhiên, nó là

điều cần thiết để nhận thức được sự mất cân bằng của điện áp khi đánh gía các vấn đề về

chất lượng điện trong chuỗi bài viết này

Đơn giản, một sự mất cân bằng điện áp (như tên của nó) là khi điện áp nguồn không bằng

nhau Trong khi những vấn đề này có thể do nguồn cung cấp ngoài, một nguồn phổ biến

gây ra mất cân bằng điện áp là nguồn cấp và các tải bên trong Cụ thể hơn, điều này

thường xảy ra trong hệ thống phân phối điện 3 pha nơi một chân cung cấp điện cho thiết

bị một pha, trong khi hệ thống cũng cung cấp năng lượng cho tải 3 pha

Nói chung, biểu hiện của sự mất cân bằng này là nhiệt cao, đặc biệt là động cơ với khối

thể rắn (kim loại) Sự mất cân bằng lớn có thể làm các thành phần động cơ nóng quá mức

và gây ra sự gián đoạn liên tục của bộ điều khiển động cơ

Một cách nhanh chóng để nhận biết mức độ mất cân bằng điện áp là xem xét sự chênh

lệch giữa điện áp lớn nhất và điện áp thấp nhất của nguồn cấp điện 3 pha Con số này

không nên vượt quá 4% điện áp thấp nhất của nguồn cấp Dưới đây là một ví dụ để đánh

giá nhanh chóng mức độ mất cân bằng điện áp trong một hệ thống

Ví dụ:

Điện áp vào đầu tiên: 220 V

Điện áp vào thứ hai: 225 V

Điện áp vào thứ ba: 230 V

Điện áp thấp nhất: 220 V

4% của 220V = 8,8V

Chênh lệch giữa điện áp lơn nhất và điện áp thấp nhất là 10V

10V > 8V – mất cân bằng điện áp quá lớn!

Việc giải quyết vấn đề mất cân bằng điện áp liên quan tới thiết lập lại các đường tải, hoặc

thay đổi một số tiện ích để cung cấp điện áp đầu vào cân bằng (nếu sự mất cân bằng

không phải do tải nội bộ gây ra)

Bảng 1 tóm tắt các rối loạn điện đã thảo luận và cung cấp giải pháp khả thi để giảm

thiểu ảnh hưởng có thể có đến hoạt động kinh doanh.

Sét, ESD, chuyển mạch đột ngột, thiết

hiện có, ngừng hoạt động

Chuyển mạch, lỗi thiết bị, ngắt mạch cầu chì, lỗi thành phần

UPS

sag Hệ thống ngưng

hoạt động, mất dữ liệu, tắt máy

Khởi động tải, lỗi Nguồn bổ sung,

UPS

hoạt động, mất dữ liệu, tắt máy

Thiết bị hỏng, thay đổi dòng

Nguồn bổ sung, UPS

bị hỏng/tuổi thọ giảm

Dòng thay đổi, lỗi thiết bị Nguồn bổ sung, UPS, máy biến áp

ngắn mạch Lỗi bộ chỉnh lưu, nguồn điện Khắc phục và thay thế thiết bị lỗi

biến áp, hệ thống ngưng hoạt động

Điện từ của tải (tải phi tuyến) Thiết lập lại hệ thống phân phối, cài

đặt máy biến áp factor, sử dụng nguồn cấp PFC

hồ quang, Cycloconverters

Nguồn bổ sung, bộ lọc, UPS

dữ liệu

Thay đổi tốc độ ổ đĩa, hàn hồ quang, bộ tăng giảm ánh sáng đèn

Thiết lập lại hệ thống phân phối, di chuyển tải nhạy cảm, cài đặt bộ lọc, UPS

dữ liệu Máy phát vô tuyến (radio), lỗi thiết bị, hệ

thống tiếp đất nghèo, gần nguồn EMI/RFI

Dịch chuyển máy phát vô tuyến, thiết lập lại hệ thống tiếp đất, tránh xa nguồn EMI/RFI, dùng bộ lọc, cô lập máy biến áp

Thiết lập lại hệ thống phân phối, di chuyển tải nhạy cảm, nguồn bổ

Hoạt động trục trặc của thiết bị

Thiết lập lại hệ thống phân phối, di chuyển tải nhạy cảm, nguồn bổ sung, UPS

Việc sử dụng rộng rãi thiết bị điện tử đã nâng cao nhận thức về chất lượng điện và ảnh

hưởng của nó tới các thiết bị điện quan trọng mà doanh nghiệp đang sử dụng Thế giới

của chúng ta đang được điều hành bởi các bộ vi xử lý nhỏ rất nhạy cảm với rối loạn điện

dù là rất nhỏ Những bộ vi xử lý nhỏ bé này có thể kiểm soát tốc độc lắp ráp cực nhanh

của rô bốt và hệ thống đóng gói dây chuyền mà không có thời gian chết Giải pháp kinh

tế là có sẵn để hạn chế, hay loại bỏ ảnh hưởng của rối loạn điện Tuy nhiên, trong nỗ lực

để nghành công nghiệp nắm bắt và thấu hiểu để ngăn chặn rối loạn điện, thì thống nhất

những thuật ngữ và định nghĩa phổ biến là rất cần thiết để miêu tả các hiện tượng khác

nhau Bài viết này cố gắng xác định và minh họa rối loạn chất lượng điện như đã nêu

trong tiêu chuẩn IEEE 1159-1995, IEEE khuyến cáo thực hành giám sát chất lượng điện

Giảm thời gian chết của thiết bị và chi phí sản xuất, sẽ làm tăng lợi nhuận, là mục tiêu

của bất kỳ doanh nghiệp nào Hoạt động với sự hiểu biết môi trường điện, và sự nhạy

cảm của các thiết bị đối với các rối loạn điện sẽ giúp khám phá ra phương pháp tốt hơn

để đạt được mục tiêu và giấc mơ kinh doanh

Đôi nét về tác giả:

Joseph Seymour là người đứng đầu ban “phân tích bồi thường” của Schneider Electric

tại West Kingston, RI Ông đánh giá và kiểm tra những thiệt hại gây ra bởi thảm xung

nhiễu, và phân xử (xử lý) khiếu nại của khách hàng theo chính sách bảo hành thiết bị của

APC

Phần I: Xung nhiễu trên đường tín hiệu và

cách bảo vệ

Xung nhiễn điện trên đường truyền tín hiệu có thể phá hủy thiết bị điện tử trong cả môi

trường kinh doanh và văn phòng Nhiều người sử dụng đánh giá cao rủi ro từ xung nhiễu

trên đường nguồn nhưng lại bỏ qua xung nhiễu trên đường tín hiệu Bài viết này giải

thích xung nhiễu được tạo ra như thế nào, làm thế nào chúng có khả năng tàn pha các

thiết bị điện tử, và làm thế nào thiết bị chống xung (SPD – surge suppression devices) có

thể giúp bảo vệ chống lại xung nhiễu

Rối loạn điện gây ra mối đe dọa lớn cho các thiết bị điện tử và dữ liệu Rối loạn điện có rất nhiều tên như gai, dâng, quá áp tạm thời, Bất kể với cái tên nào, tác động của rối loạn điện là: sự gián đoạn, sự xuống cấp và hư hại, mà chắc chắn là giảm tuổi thọ của thiết bị Với sự gia tăng và phổ biến của mạng máy tính, ảnh hưởng của xung nhiễu lên đường truyền tín hiệu là vấn đề rất quan trọng Đường truyền tín hiệu đi vào một tòa nhà,

có thể là bên trên hay dưới mặt đất đều có thể chuyển xung nhiễu vào Được tạo ra từ rất nhiều đoạn kết nối (truyền tải năng lượng điện từ hệ thống này đến hệ thống khác thông qua các từ trường), xung nhiễu là nguyên nhân gây phá hủy nghiêm trọng việc truyền thông trong một tòa nhà Có nhiều nguyên nhân tạo ra xung nhiễu, một lớp sóng đột biến

đi vào đường truyền có thể không phù hợp để che chắn hoàn toàn cho các đường truyền nội bộ và các thành phần điện tử khỏi xung nhiễu điện áp

Khi thảo luận về những tác động cụ thể mà một sự đột biến điện có thể có trên đường truyền tín hiệu, trước tiên chúng ta phải hiểu thees nào là đường truyền dữ liệu và nó vận chuyển dữ liệu dưới hình thức điện năng như thế nào Một đường truyền tín hiệu là một cáp dẫn truyền thông mang điện áp thấp cho mục đích truyền thông (thông tin liên lạc) giữa các thiết bị kèm theo Một số cáp truyền dữ liệu phổ biến như: cáp đồng trục, cáp Ethernet CAT5, CAT6, CAT6 and PoE, và cáp điện thoại Dữ liệu được truyền từ một thiết bị (thành phần) tới thiết bị khác bằng cách gửi các cấp điện áp khác nhau từ thiết bị phát sóng dọc theo đường truyền dữ liệu đến thiết bị (thành phần) ở đầu bên kia cáp dữ liệu Các thiết bị nhận sẽ xử lý các cấp điện áp, phân tích và dịch chúng thành dữ liệu mà

nó hiểu

Mặc dù các đường truyền dữ liệu được thiết kế chỉ để mang cấp điện áp thấp, nhưng chúng đều được làm bằng vật liệu dẫn điện nên xung điện, đột biến điện đều sẽ xảy ra tương tự như trên các loại dây dẫn điện khác Nói chung, một đột biến điện là một sai lệch ngắn hạn (thoáng qua) từ mức điện áp thấp mong muốn (hay tín hiệu trong các thiết

bị điện tử, máy tính) Sự sai lệch không mong muốn này có thể gây ra hư hỏng hay trục trặc cho thiết bị điện tử Một số thiết bị được thiết kế sử dụng truyền thông qua đường truyền tín hiệu với ngưỡng điện áp hoạt động rất thấp, và có thể dễ dàng bị pha hủy nếu điện áp tăng quá mức mong muốn Hơn nữa, đột biến điện được tạo ra từ rất nhiều nguồn khác nhau nên không một cấu hình của thiết bị nào có thể miễn nhiễm được

Hình 1 minh họa kết quả nghiên cứu bởi Florida Power chia tách vấn đề chất lượng nguồn điện do các nhóm nguyên nhân gây ra Trong đó, sét gây ra 15%, các trạm chuyển đổi là 5%, và xung nhiễu được tạo ra chủ yếu bởi các thiết bị văn phòng chiếm 60%

Gãy, một dạng của đột biến điện, là một sự quá áp trong thời gian cực ngắn, và thường được đo bằng milli giây Sự vượt giới hạn không mong muốn của năng lượng điện có thể được tạo ra từ bất kỳ loại dây dẫn nào Năng lượng của xung nhiễu điện có thể phá hủy thiết bị, và là nguyên nhân gây trục trặc bằng việc cung cấp tín hiệu sai từ cấp độ điện áp không đúng Các thiết bị được chế tạo từ các bộ vi xử lý và tích hợp các vi mạch (IC- integrated ciruits) rất dễ bị tổn thương bởi những đột biến điện trên đường truyền dữ liệu.Xung điện cảm ứng được tạo ra trên đường truyền tín hiệu ít được biết đến như xung điện trực tiếp trên nguồn AC Bất kỳ một dòng điện nào chảy qua một vật dẫn sẽ tạo ra một từ trường Nếu một dây dẫn thứ hai đặt trong từ trường của dây dẫn đầu tiên, và cường độ từ trường là trạng thái tuôn ra của từ thông, sau đó từ trường sẽ tạo ra một dòng điện trên dây dẫn thứ hai Việc sử dụng một từ trường để tạo ra dòng và điện áp kích thích mà không cần một kết nối vật lý đến một dây dẫn điện khác là cơ sở cho hoạt động của máy biến áp Một máy biến áp sẽ tạo ra một từ trường kéo dài từ một cuộn dây sơ cấp, và gây

ra một điện áp trong cuộn dây thứ cấp Theo cùng một nguyên tắc, những sợi dây chạy liền kề trong một tòa nhà có thể bị ảnh hưởng từ tính lẫn nhau gây ra xung nhiễu như

trong hình 2 Từ trường được tạo ra bởi đường nguồn gây ra một điện áp lên dây truyền

dữ liệu, hay từ một dây truyền dữ liệu lên một dây khách (cái được xem như một điện áp xen vào)

Sét là nguyên nhân (có thể là nhiều nhất) điển hình tạo ra năng lượng cực mạnh lên một dây dẫn từ điện trường kết nối (magnetic coupling) khi nó không đánh trực tiếp lên dây

dẫn đó, và chỉ cần một lần – sét có thể phá hủy tức thời các thiết bị Hình 3 cho thấy hiện

tượng sét đánh xuống mặt đất Xung quanh mỗi tia sét được bao bọc bởi một điện trường cực mạnh Trong nhiều trường hợp, giống như điện trường từ một dây dẫn có thể gây ra những xung điện trên một dây dẫn liền kề, điện trường của một tia sét có thể gây ra một dòng điện trong một dây dẫn mà không hề đánh trực tiếp lên dây dẫn đó Điều quan trọng, nếu một tia sét xuất hiện đủ gần một tòa nhà, nó có thể gây ra xung nhiễu trên suốt chiều dài đường tín hiệu nội bộ Những xung nhiễu này có thể gây sai lệch dữ liệu

trong quá trình truyền tải trên dây dẫn, và nặng hơn là phá hủy thiết bị đi kèm Những

thuật ngữ để diễn tả điện từ cảm ứng là giao thoa điện (EMI – Electromagnetic

Interference) hay nhiễu.

Điện từ cảm ứng (EMI) gây xung nhiễu trên đường tín hiệu được tạo ra từ hai dây dẫn

liền kề và từ trường của sét là nguyên nhân chính, và hai dây dẫn liền kề chính là nguyên nhân chủ yếu gây phương hại đến cơ sở dữ liệu trong một tòa nhà Do đó, khi lập kế hoạch kiểm tra, bố trí vị trí đường truyền dữ liệu cần chú ý những trường hợp sau:

• Các đường truyền dữ liệu được treo ở các ống dẫn điện

• Chạy cáp dữ liệu gần đường dây thoát sét (đường thoát sét là những đường hoặc cấu trúc

trong một tòa nhà được thiết kế để truyền tải năng lượng dòng sét xuống đất)

• Chạy cáp dữ liệu gần thép xây dựng (đặc biệt là ở các vùng lân cận của đường thoát sét)

• Chạy dòng dữ liệu quá gần với ánh sáng huỳnh quang (nguồn phát ra EMI)

Đây là một số trong những nguồn chính của điện từ cảm ứng trong các dòng dữ liệu, nhưng có thể tồn tại nhiều nguồn trong bất kỳ cơ sở nào

Phần II Xung nhiễu đường tín hiệu và cách bảo vệ

Phần lớn các thiết bị điện tử ngày nay được xây dựng dựa trên công nghệ mạch tích hợp

và bộ vi xử lý Đặc điểm chung nhất của bộ vi xử lý và mạch tích hợp là đặc biệt nhạy cảm với xung điện áp Các thiết bị kiểm soát và bộ vi xử lý có thể tìm thấy trong hầu hết các thiết lập Một số thiết bị điện tử này bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi của nó, mạng dữ liệu (mạng LANs), thiết bị viễn thông, thiết bị chuẩn đoán trong y tế, máy móc chính xác CNC, thiết bị vô tuyến, truyền hình, vệ tinh, máy copy, máy fax, Phần lớn các thiết bị này thường kết nối với một vài đường truyền tín hiệu cho mục đích liên lạc (truyền thông)

Ba yếu tố góp phần vào sự nhạy cảm xung điện áp của IC (mạch tích hợp – bộ vi xử lý) là:

1 Khoảng cách giữa các vi mạch và các board mạch điện tử

2 Các hoạt động áp dụng giới hạn điện áp

3 Việc sử dụng một chu kỳ đồng hồ để đồng bộ hóa các hoạt động nhất định (chẳng hạn như trong máy tính).

1 Khoảng cách giữa các vi mạch và board mạch điện tử:

Yếu tố đầu tiên để góp phần vào sự nhạy cảm với điện áp của IC là khoảng cách giữa các thành phần của một mạch tích hợp và bảng mạch điện tử là cực kỳ nhỏ Trong nhiều trường hợp khoảng cách ít hơn nhiều hơn so với độ dày của một sợi tóc con người Năng

lượng đi qua một bảng mạch điện tử thông qua các đường dẫn cực nhỏ Những đường

dẫn, nội bộ và bên ngoài của một vi mạch và trên các bảng mạch có một ngưỡng nhất định cho việc mở rộng và co thắt điện áp Nhiệt tạo ra bởi dòng chảy của năng lượng thông qua các vi mạch điện tử được gây ra bởi một số mở rộng (quá áp), và nếu dòng chảy này bị thiếu (tụt áp) sẽ gây ra sự co thắt Nếu những quá áp này đi vào các vi mạch điện tử nó có thể làm cho chúng bị nóng, gây đứt gãy vi mạch trên board mạch, và

thường gây ra các đường dẫn vi mạch bị cô lập để Trong các vi mạch điện tử ngắn (nhỏ), điều này có thể làm cho các thiết bị không hoạt động Trong một số trường hợp sự đứt gãy vi mạch điện tử không gây ra bất cứ thiệt hại ngay lập tức, nhưng dần dần sẽ làm gia tăng kích thước sự giãn nở và co lại của các thành phần, hoặc tạo ra sự đứt gãy các đường dẫn vi mạch nhiều hơn, điều sẽ làm cho thiết bị theo thời gian từ từ không thể hoạt động được nữa

2 Các hoạt động áp dụng giới hạn điện áp

Yếu tố thứ hai để góp phần vào việc vi mạch (IC) nhạy cảm với điện áp là xu hướng giảm dần dần điện áp hoạt động trong các thiết bị vi mạch Như các thành phần máy tính đã giảm kích thước và hiệu quả hơn, và trong một nỗ lực để bảo tồn năng lượng, điện áp hoạt động cần thiết để chạy các các thành phần đã dần dần được giảm xuống Một điện áp hoạt động chung của cho một số thành phần của máy tính là 5VDC đã được giảm xuống 3.3VDC và có thể tiếp tục giảm Điều này có nghĩa là ngưỡng điện áp của một hệ thống dựa trên bộ xử lý vi mạch (IC) có thể xử lý cũng đã được giảm Nếu một xung điện áp tăng quá mức điện áp 5VDC trong một hệ thống có ngưỡng giới hạn 3.3VDC, nó có thể

dễ dàng gây ra thiệt hại cho hệ thống đó

3 Việc sử dụng một chu kỳ đồng hồ

Yếu tố thứ ba ảnh hưởng đến sự nhạy cảm trong các thiết bị dựa trên vi mạch (IC) là việc

sử dụng của một chu kỳ đồng hồ để đồng bộ hóa hoạt động thành phần nội bộ Hầu hết các máy tính hoạt động được đồng bộ hóa dựa trên chu kỳ đồng hồ, cái dựa trên một điện

áp đang hoạt động ở một tần số cụ thể EMI (điện từ cảm ứng) đôi khi có thể bắt chước

một chu kỳ đồng hồ máy tính ở tần số nhất định (chu kỳ giả mạo), mà sẽ làm cho máy

tính giải thích các chu kỳ đồng hồ giả mạo như các lệnh Những lệnh này sai có thể gây

ra nhiều lỗi hệ thống, biểu hiện có thể như khóa bàn phím, bị rơi chương trình, hoặc hệ thống bị treo Và trên máy tính, EMI có thể gây ra việc bỏ lỡ một số lệnh hợp lệ, mà cũng

có thể dẫn đến các vấn đề tương tự

Thiệt hại phổ biến được do xung nhiễu điện áp tạo ra

Những thất bại phổ biến nhất được tạo ra bởi xung quá áp trong thiết bị điện tử là gây gián đoạn, tiêu tán và phá hoại

Tác dụng gây gián đoạn - thường gặp khi hiện tượng xung quá áp tức thời đi qua thiết bịbởi hiện tượng điện từ cảm ứng do hai đường dây dẫn đặt quá gần nhay (hoặc về dây truyền dữ liệu hoặc các đường dây điện) Các thành phần điện tử sau đó cố gắng xử lý tạm thời như là một lệnh logic hợp lệ Kết quả là hệ thống bị khóa, trục trặc, kết quả đầu

ra bị sai, tập tin bị mất hoặc bị hỏng, và một loạt các hiệu ứng không mong muốn khác

Ảnh hưởng Tiêu tán - có liên quan tới những xung quá áp lặp đi lặp lại trên các thành

phần vi mạch (IC) Các vật liệu được sử dụng để chế tạo IC có thể chịu được một số lượng nhất định mức năng lượng của xung quá áp lặp đi lặp lại, nhưng không phải cho một thời gian dài Trong dài hạn cuối cùng sẽ làm cho các thành phần của vi mạch (IC) không thể hoạt động trở lại

Ảnh hưởng phá hủy - bao gồm tất cả các điều kiện quá độ với mức độ cao của xung điện

quá áp là nguyên nhân gây phá hủy tức thời cho thiết bị điện tử Thông thường, có thiệt hại vật chất rõ ràng, như bị cháy và / hoặc các thành phần trên board mạch máy tính bị nứt, tan chảy của, hoặc các dấu hiệu rõ ràng khác

Phần III: Xung nhiễu trên đường tín hiệu và cách bảo vệ

Một xung điện áp diễn ra trong thời gian cực ngắn nhưng lại có sự thay đổi giá trị lớn từ một điện áp mong muốn Những xung điện áp có biên độ càng lớn, thì khả năng gây gián đoạn hoặc phá hủy thiết bị điện tử càng cao Như đã đề cập ở Phần I, xung nhiễu có thể xảy ra trên bất kỳ dây dẫn làm từ vật liệu dẫn điện nào, do đó chúng không chỉ ảnh hưởng tới các thiết bị kết nối với các đường dây dẫn tiện ích mà còn ảnh hưởng tới các thiết bị kết nối với đường dây điện thoại, Ethernet, cáp đồng trục, cáp thông tin,

Thiết bị bảo vệ xung điện áp (SPD)

Một SPD (surge protection device) có tác dụng làm giảm độ lớn (biên độ) của các xung

điện áp để bảo vệ các thiết bị khỏi ảnh hưởng của chúng Tuy nhiên, một SPD không nhất thiết làm giảm các xung điện áp về biên độ 0 Một SPD chỉ đơn giản là làm giảm xung điện áp về mức độ an toàn và có thể đi qua các thiết bị Điều này là do ngưỡng điện áp hoạt động có thể khác nhau giữa các linh kiện trong một thiết bị và độ suy giảm điện áp bằng 0 sẽ không khả dụng cho hoạt động liên tục của thiết bị Thay vào đó, SPD sẽ làm giảm điện áp xuống cấp độ chấp nhận được cho các thiết bị đi kèm để bảo vệ chúng Một

số SPD còn cung cấp bộ lọc sóng hài nhằm giảm thiểu bất kỳ sự thiếu nhất quán nào trong năng lượng dạng sóng được gây ra bởi EMI để nó không đi qua các thiết bị đính kèm

Trong thuật ngữ đơn giản nhất, SPDs ngăn chặn sự phá hủy của các cấp độ xung điện áp lên các thiết bị mà chúng bảo vệ SPDs thực hiện nhiệm vụ này bằng cách hấp thụ điện áp

dư, chuyển hướng chúng, hoặc kết hợp cả hai hình thức Hình 4 cho thấy một mũi tên

được bắn vào một bảng mục tiêu Bảng mục tiêu đại diện cho SPD và mũi tên là xung điện áp Khi mũi tên được bắn tới bảng mục tiêu nó sẽ dính vào bảng mục tiêu Tuy nhiên, độ dày của bảng mục tiêu sẽ quyết định khả năng mũi tên có xuyên qua được hay không hay dừng lại trên bảng mục tiêu Nếu mũi tên xuyên qua được bảng mục tiêu và phá hủy nó, khi đó bảng mục tiêu sẽ không thể còn khả năng cản các mũi tên xuyên qua

nó nữa Bây giờ tưởng tượng có một là chắn bằng kim loại đặt phía trước bảng mục tiêu Khi mũi tên bắn vào bảng mục tiêu nó sẽ gặp phải lá chắn kim loại và chuyển hướng xa