Режим работы электрических сетей бесперебойного электроснабжения характеризуется преобладающим характером нелинейной нагрузки.
Îñíîâíóþ ÷àñòü ýëåêòðîïðèåìíèêîâ ÑÁÝ ñîñòàâëÿåò èíôîðìàöèîííî-âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà è ñðåäñòâà òåëåêîììóíèêàöèé ñ èìïóëüñíûìè áëîêàìè ïèòàíèÿ, ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé íåëèíåéíóþ íàãðóçêó, â êîòîðîé ïðîòåêàþò íåñèíóñîèäàëüíûå òîêè (ñì. ðèñ. 2.7). Ïðè ýòîì â íåéòðàëüíîì ïðîâîäíèêå (íóëåâîé ðàáî÷èé ïðîâîäíèê) äàæå ñèììåòðè÷íî çàãðóæåííîé òð¸õôàçíîé ñåòè ïðîòåêàåò òîê, ïðèáëèçèòåëüíî â 1,7 ðàçà ïðåâûøàþùèé òîê â ëèíåéíîì ïðîâîäíèêå (ðèñ. 3.35.). Òîê èìååò ÷àñòîòó 150 Ãö è ñîñòîèò ïðåèìóùåñòâåííî èç 3-é ãàðìîíèêè ïðîìûøëåííîé ÷àñòîòû.
Ðèñ. 3.35. Îñöèëëîãðàììà òîêà â íåéòðàëüíîì ïðîâîäíèêå (ìàñøòàá 2 ìñ/äåëåíèå)
Ïî îïðåäåëåíèþ, êâàäðàò äåéñòâóþùåãî çíà÷åíèÿ òîêà â ôàçíîì ïðîâîäíèêå 1ô âûðàæàåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
ãäå i — ìãíîâåííîå çíà÷åíèå òîêà.
Òîê â íåéòðàëüíîì ïðîâîäíèêå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóììó òîêîâ ôàçíûõ ïðîâîäíèêîâ. Òîãäà êâàäðàò òîêà â íåéòðàëüíîì ïðîâîäíèêå IÍ çà ïåðèîä ïðîìûøëåííîé ÷àñòîòû 20 ìñ, ó÷èòûâàÿ, ÷òî îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé 3-þ ãàðìîíèêó, ðàâåí
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî
Ïîëó÷åííîå ñîîòíîøåíèå îïðåäåëÿåò òîò ôàêò, ÷òî íåéòðàëüíûé ïðîâîäíèê äîëæåí áûòü ðàññ÷èòàí íà ïðîòåêàíèå èìåííî òàêîãî òîêà.  ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ ÈÁÏ, ïîñòðîåííîãî ïî ïðèíöèïó äâîéíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ â ðåæèìå ðàáîòû on-line, òîêè â íåéòðàëüíîì ïðîâîäíèêå áóäóò ïðîòåêàòü òîëüêî â ñåòè áåñïåðåáîéíîãî ýëåêòðîñíàáæåíèÿ íà ó÷àñòêå ïîñëå ÈÁÏ, íî â ñëó÷àå ðàáîòû ÈÁÏ â ðåæèìå «áàéïàñ» òàêèå òîêè ïðîòåêàþò òàêæå è â ëèíèÿõ, ïèòàþùèõ ÈÁÏ îò ñåòè îáùåãî íàçíà÷åíèÿ (ðèñ. 3.36). Ñëåäîâàòåëüíî, â ýòèõ ëèíèÿõ òîæå òðåáóåòñÿ óâåëè÷åíèå ñå÷åíèÿ íåéòðàëüíîãî ïðîâîäíèêà. Ýòî ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè íà ýòàïå ïðîåêòèðîâàíèÿ âûïîëíÿòü ïðîâåðêó ïðîâîäèìîñòè òåõ ñóùåñòâóþùèõ ïðîâîäîê çäàíèé, ïî êîòîðûì ìîãóò ïðîòåêàòü äàííûå òîêè.
Ðèñ. 3.36. Òîêè â íåéòðàëüíîì ïðîâîäíèêå: à) èíâåðòîð ðàáîòàåò, áàéïàñ ðàçîìêíóò; á) èíâåðòîð îñòàíîâëåí, áàéïàñ çàìêíóò
Íàïðèìåð, ïîäëåæèò îáÿçàòåëüíîé ïðîâåðêå ñå÷åíèå íóëåâîãî ðàáî÷åãî ïðîâîäíèêà îò òðàíñôîðìàòîðíîé ïîäñòàíöèè (ÒÏ) äî ââîäíî-ðàñïðåäåëèòåëüíîãî óñòðîéñòâà (ÂÐÓ), îò êîòîðîãî ïèòàåòñÿ ÑÁÝ. Êàê ïðàâèëî, çàìåíû ñóùåñòâóþùèõ ëèíèé íå òðåáóåòñÿ, òàê êàê ìîùíîñòü ÑÁÝ ìåíüøå òîé ìîùíîñòè, íà êîòîðóþ ðàññ÷èòàíû ÒÏ è ÂÐÓ, à íåéòðàëüíûé ïðîâîäíèê ïðè ñèììåòðè÷íîé íàãðóçêå îáû÷íûìè ïîòðåáèòåëÿìè (îñâåùåíèå, ýëåêòðîäâèãàòåëè è ò. ä.) ïðàêòè÷åñêè íå çàãðóæåí.
Êðîìå îñîáåííîñòåé ïðîòåêàíèÿ òîêîâ â íîðìàëüíîì ðåæèìå, ñóùåñòâóþò îñîáåííîñòè îòêëþ÷åíèÿ òîêîâ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â öåïè ÈÁÏ. Äåëî â òîì, ÷òî òîêè êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ñîèçìåðèìû ñ ðàáî÷èìè òîêàìè. Óïðàâëÿåìûé èíâåðòîð ÈÁÏ â ïåðâûé ìîìåíò îãðàíè÷èâàåò òîê ÊÇ, ÷òî çàòðóäíÿåò ñåëåêòèâíîå ñðàáàòûâàíèå çàùèòû. Íåîáõîäèìî ïîÿñíèòü ïîíÿòèå ñåëåêòèâíîñòè. Ïîä ñåëåêòèâíîñòüþ ñðàáàòûâàíèÿ óñòðîéñòâ çàùèòû ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè ïîíèìàåòñÿ îòêëþ÷åíèå ïîâðåæäåííîãî ó÷àñòêà ñåòè áåç îòêëþ÷åíèÿ íåïîâðåæäåííûõ ó÷àñòêîâ. Ñåëåêòèâíîñòü äîñòèãàåòñÿ âûáîðîì óñòàâîê ñðàáàòûâàíèÿ è âðåìåíè îòêëþ÷åíèÿ çàùèòíûõ óñòðîéñòâ.  ñëó÷àå íåñîãëàñîâàííîãî âûáîðà àâòîìàòîâ çàùèòû êîðîòêîå çàìûêàíèå áóäåò îòêëþ÷àòüñÿ íåñåëåêòèâíî. Íà ðèñ. 3.37 ïðèâîäèòñÿ èëëþñòðàöèÿ ê ïîíÿòèþ ñåëåêòèâíîñòè îòêëþ÷åíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ.
Ðèñ. 3.37. Ñåëåêòèâíîå (à) è íåñåëåêòèâíîå (á) îòêëþ÷åíèå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ
Ñóùåñòâóþò ïÿòü âàðèàíòîâ îòêëþ÷åíèÿ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â öåïè ÈÁÏ:
1. Êîðîòêîå çàìûêàíèå îòêëþ÷àåòñÿ ñåëåêòèâíî çàùèòíûì àïïàðàòîì ïîâðåæäåííîãî ó÷àñòêà ñåòè. Ýòî íàèáîëåå áëàãîïðèÿòíûé âàðèàíò.
2. Êîðîòêîå çàìûêàíèå îòêëþ÷àåòñÿ íåñåëåêòèâíî ââîäíûì çàùèòíî-êîììóòàöèîííûì àïïàðàòîì ýëåêòðè÷åñêîãî ùèòà, îò êîòîðîãî îòõîäèò ïîâðåæäåííàÿ ëèíèÿ. Ïðè ýòîì îáåñòî÷èâàþòñÿ ïîòðåáèòåëè, ïèòàþùèåñÿ îò ýòîãî ùèòà. ÈÁÏ îñòàåòñÿ â ðàáîòå è ïèòàåò ïîòðåáèòåëåé îò äðóãèõ îñòàâøèõñÿ âêëþ÷åííûõ ùèòîâ.
3. Êîðîòêîå çàìûêàíèå íå óñïåâàåò îòêëþ÷èòüñÿ â öåïè ÈÁÏ. Ýòî âûçûâàåò ïåðåãðóçêó èíâåðòîðà è ñðàáàòûâàíèå åãî çàùèòû. Îáåñòî÷èâàþòñÿ âñå ïîòðåáèòåëè äàííîãî ÈÁÏ.
4. Êîðîòêîå çàìûêàíèå íå óñïåâàåò îòêëþ÷èòüñÿ â öåïè ÈÁÏ. Ïåðåãðóçêà èíâåðòîðà âûçûâàåò ïåðåõîä íà áàéïàñ. Òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ â öåïè áàéïàñà îòêëþ÷àåòñÿ ñåëåêòèâíî, òàê êàê îí óæå íå îãðàíè÷èâàåòñÿ èíâåðòîðîì, è ïîÿâëÿþòñÿ ïðåäïîñûëêè äëÿ ñåëåêòèâíîãî îòêëþ÷åíèÿ. ÈÁÏ íà êîðîòêîå âðåìÿ òåðÿåò ôóíêöèþ áåñïåðåáîéíîãî ýëåêòðîñíàáæåíèÿ, ïî ñåòè âîçìîæíî ïðîõîæäåíèå ïîìåõ îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Îñòàâøèåñÿ ïîòðåáèòåëè îñòàþòñÿ â ðàáîòå.
5. Êîðîòêîå çàìûêàíèå íå óñïåâàåò îòêëþ÷èòüñÿ â öåïè ÈÁÏ. Ïåðåãðóçêà èíâåðòîðà âûçûâàåò ïåðåõîä íà áàéïàñ. Òîê ÊÇ â öåïè áàéïàñà íå óäàåòñÿ îòêëþ÷èòü ñåëåêòèâíî. Âñå ïîòðåáèòåëè îáåñòî÷èâàþòñÿ.
Îáùèå ïðèíöèïû ðàñ÷åòà ñåëåêòèâíîñòè íå îòëè÷àþòñÿ îò ðàñ÷åòîâ â ñåòÿõ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ, íî ïðîåêòèðîâùèêàì íåîáõîäèìî èìåòü â âèäó ñäåëàííûå çàìå÷àíèÿ.
Äðóãîé îñîáåííîñòüþ ðåæèìîâ ðàáîòû ñåòåé ÑÁÝ ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå òåõíîëîãè÷åñêèõ òîêîâ óòå÷êè. Èìïóëüñíûé áëîê ïèòàíèÿ èìååò ñèììåòðè÷íûé LC-ôèëüòð äëÿ ïîäàâëåíèÿ ïîìåõ, ñðåäíÿÿ òî÷êà êîòîðîãî ñîåäèíåíà ñ êîðïóñîì óñòðîéñòâà. Ïî òðåáîâàíèÿì áåçîïàñíîñòè êîðïóñ óñòðîéñòâà çàçåìëåí. Âîçíèêàåò öåïü ÷åðåç åìêîñòü ôèëüòðà íà çåìëþ, ÷òî è ïðèâîäèò ê òåõíîëîãè÷åñêîé (íå îò ïîâðåæäåíèÿ èçîëÿöèè) óòå÷êå. Òðåáîâàíèÿìè Ïðàâèë óñòðîéñòâà ýëåêòðîóñòàíîâîê (ÏÓÝ) îïðåäåëåíà íåîáõîäèìîñòü ïðèìåíåíèÿ óñòðîéñòâ çàùèòíîãî îòêëþ÷åíèÿ (ÓÇÎ) â ãðóïïîâûõ ðîçåòî÷íûõ ñåòÿõ. Ñîáëþäåíèå ýòîãî òðåáîâàíèÿ áåç ó÷åòà òîêîâ óòå÷êè â öåïÿõ ñ èìïóëüñíûìè áëîêàìè ïèòàíèÿ ìîæåò ïðèâîäèòü ê ëîæíûì ñðàáàòûâàíèÿì ÓÇÎ è îòêëþ÷åíèÿì íàãðóçêè.
 íåêîòîðûõ ïóáëèêàöèÿõ ïðèâîäèòñÿ çíà÷åíèå òîêà óòå÷êè 2...3 ìÀ íà îäíî óñòðîéñòâî. Óäåëüíàÿ âåëè÷èíà òîêà óòå÷êè ïî ñïåöèàëüíî ïðîâåäåííûì çàìåðàì ñîñòàâëÿåò îêîëî 2 ìÀ íà 1 À òîêà íàãðóçêè. Ýòî çíà÷åíèå óäåëüíîé âåëè÷èíû òîêà óòå÷êè õàðàêòåðíî äëÿ ðàáî÷èõ ñòàíöèé, ïðèíòåðîâ è äðóãèõ îôèñíûõ ñðåäñòâ èíôîðìàòèçàöèè. Ñîãëàñíî ÃÎÑÒ Ð 50807-94 îòêëþ÷àþùåå çíà÷åíèå òîêà ÓÇÎ íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå 0,5... 1 íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ, à ñóììàðíîå çíà÷åíèå òîêà ñ ó÷åòîì ïðèñîåäèíÿåìûõ ýëåêòðîïðèåìíèêîâ íå äîëæíî ïðåâûøàòü 1/3 íîìèíàëüíîãî òîêà ÓÇÎ. Íà ðèñ. 3.38 ïîêàçàíû áàëàíñ òîêîâ â ëèíèè ïèòàíèÿ êîìïüþòåðà è îñöèëëîãðàììà òîêà óòå÷êè â çàùèòíîì ïðîâîäíèêå. Ðàçíîñòü ìåæäó ïðÿìûì òîêîì IÏ è îáðàòíûì òîêîì I0 ñîñòàâëÿåò òîê óòå÷êè IÓ. Èìïóëüñíûé õàðàêòåð ïîòðåáëÿåìîãî òîêà IÏ íå âëèÿåò íà ôîðìó òîêà óòå÷êè, êîòîðàÿ áëèçêà ê ñèíóñîèäàëüíîé. Ýòî ñëåäóåò ó÷èòûâàòü ïðè âûáîðå ïàðàìåòðîâ óñòðîéñòâà çàùèòíîãî îòêëþ÷åíèÿ.  îáùåì ñëó÷àå òîê óòå÷êè ñêëàäûâàåòñÿ èç óòå÷êè ÷åðåç èçîëÿöèþ è óòå÷êè, îáóñëîâëåííîé ñõåìîé âõîäíîãî LC-ôèëüòðà áëîêà ïèòàíèÿ.  íîðìàëüíîì ðåæèìå îñíîâíóþ äîëþ ñîñòàâëÿåò óòå÷êà ÷åðåç ôèëüòð.
Ðèñ. 3.38. Áàëàíñ òîêîâ â ëèíèè ïèòàíèÿ êîìïüþòåðà