Phần ICó 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 thiệuNền 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 điệnViệc 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, WinkĐể 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)

     1.  Xung nhiễuLà loại rối loạn điện có tiềm năng phá hủy lớn nhất, xung nhiễu chia thành hai tiểu thể:Xung – ImpulsiveDao động – OscillatoryImpulsiveXung thoáng qua (Impulsive transients) là sự tăng vọt tức thời của điện áp hoặc dòng hiện tại theo một hướng cực âm hoặc cực dương. Những loại này có thể phân loại chi tiết hơn nữa theo tốc độ mà chúng xảy ra (nhanh, trung bình và chậm). Các xung thoáng qua có thể xảy ra cực nhanh (mất 5 nano giây [ns] để xung đạt tới đỉnh) trong một thời gian ngắn (dưới 50 ns).Lưu ý: [1000 ns = 1 µs] [ 1000 µs = 1 ms] [1000 ms = 1 s]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 sétHai 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 độngMột 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 transientVấn 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. INTERRUPTIONMột 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:Tức thời: 0,5 đến 30 chu kỳNhất thời: từ 30 chu kỳ tới 2 giâyTạm thời: từ 2 giây đến 2 phútKéo dài (liên tục): lớn hơn 2 phút

Hình 6: Một sự gián đoạn

Có nhiều nguyên nhân khác nhau gây gián đoạn, nhưng thường là kết quả của những thiệt hại trên lưới điện, ví dụ như sét đánh, động vật, cây cối, tai nạn xe cộ, thời tiết (gió mạnh, bão tuyết hoặc tuyết phủ trên đường,…), thiết bị bị hỏng, một mạch cơ bản (cầu chì) bị hỏng. Tất nhiên, hệ thống điện được thiết kế để tự động bù đắp cho những vấn đề này, nhưng không phải là mọi trường hợp.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 / undervoltageMột 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. SwellSưng 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 ápQuá 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 đề này.

BẢY VẤN ĐỀ VỀ NGUỒN ĐIỆN (Phần VIII)

     7. Sự biến đổi tần số

Sự biến đổi tần số (hình 18) là rất hiếm xảy ra trong hệ thống điện ổn định, đặc biệt là hệ thống kết nối thông qua một mạng lưới điện. Trường hợp cơ sở có máy phát điện dự phòng hoặc có hạ tầng điện yếu kém thì hiện tượng biến đổi tần số phổ biến hơn, đặc biệt nếu máy phát điện là loại có công suất lớn. Thiết bị IT là loại chịu được sự thay đổi của tần số, và thường chúng không bị ảnh hưởng với những thay đổi nhỏ trong tần số của máy phát điện. Cái bị ảnh hưởng có thể là bất kỳ động cơ hay thiết bị nhạy cảm nào hoạt động dựa trên sự ổn định chu kỳ của nguồn điện theo thời gian. Biến đổi tần số có thể làm cho động cơ chạy nhanh hơn hoặc chậm hơn để phù hợp với tần số của dòng vào. Điều này làm cho động cơ chạy không hiệu quả và/hoặc làm nhiệt độ tăng, làm giảm tuổi thọ của động cơ thông qua việc tăng tốc độ của động cơ lên và/hoặc rút dòng (cường độ). 

Hình 18. Sự biến đổi tần sốĐể 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 VĐiện áp vào thứ hai: 225 VĐiện áp vào thứ ba: 230 VĐiện áp thấp nhất: 220 V4% của 220V = 8,8VChênh lệch giữa điện áp lơn nhất và điện áp thấp nhất là 10V10V > 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.

Các loại rối loạn điện

Dạng sóng Ảnh hưởng Nguyên nhân Giải pháp khả thi

1.      Xung nhiễuImpulsive - xung

Mất dữ liệu, hệ thống ngừng hoạt động, có thể hỏng

Sét, ESD, chuyển mạch đột ngột, thiết bị lỗi

TVSS, duy trì độ ẩm từ 35 – 50%

Oscillatory Mất dữ liệu, có thể gây hỏng

Chuyển mạch của tải cảm ứng

TVSS, UPS, cuộn cảm, bộ chuyển mạch tại 0

2.      InterruptionsInterruption Làm mất dữ liệu

hiện có, ngừng hoạt động

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

UPS

3.      Sag/undervoltagesag Hệ thống ngưng

hoạt động, mất dữ liệu, tắt máy

Khởi động tải, lỗi Nguồn bổ sung, UPS

undervoltage Hệ thống ngưng hoạt động, mất dữ liệu, tắt máy

Thiết bị hỏng, thay đổi dòng

Nguồn bổ sung, UPS

4.      Swell/overvoltageSwell Ngắt mạch, thiết

bị hỏng/tuổi thọ giảm

Dòng thay đổi, lỗi thiết bị

Nguồn bổ sung, UPS, máy biến áp điều hòa

Overvoltage Thiết bị hỏng/tuổi thọ giảm

Dòng thay đổi, lỗi thiết bị

Nguồn bổ sung, UPS, máy biến áp điều hòa

5.      Waveform distortionDC offset Nóng máy biến

áp, ngắn mạchLỗi bộ chỉnh lưu, nguồn điện

Khắc phục và thay thế thiết bị lỗi

Harmonics Làm nóng máy 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 K-factor, sử dụng nguồn cấp PFC

Interharmonics Đèn nhấp nháy, quá nóng, giao tiếp bị nhiễu

Tín hiệu điều khiển, thiết bị lỗi, chuyển đổi tần số, động cơ cảm ứng, phóng điện hồ quang, Cycloconverters

Nguồn bổ sung, bộ lọc, UPS

Notching Hệ thống treo, mất 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

Noise Hệ thống treo, mất 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 ápVoltage fluctuations

Hệ thống treo, mất dữ liệu

Máy phát vô tuyến (radio), lỗi thiết bị, hệ thống tiếp đất nghèo, gần nguồn EMI/RFI

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

Power frequency variations

Hệ thống treo, đèn nhấp nháy

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 trúctrong 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 bị

bởi 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

rời bảng mục tiêu. Đây chính là hoạt động kết hợp của hầu hết thiết bị SPDs.SPDs hoặc

hấp thụ năng lượng và, (tùy thuộc vào chúng được chế tạo như thế nào, có thể ngăn chặn

xung điện áp nhưng vẫn sẽ có thiệt hại), hoặc chuyển dòng năng lượng xuống đất. Trong

hầu hết các trường hợp SPDs sử dụng một sự kết hợp giữa hấp thụ và chuyển xung điện

áp.

Kẹp là một chức năng mà SPDs sử dụng để giới hạn xung điện áp. Kẹp là quá trình các

thành phần bên trong của một SPD làm giảm (biên độ) xung điện áp đến mức chấp nhận

được với các thiết bị điện tử kết nối phía sau. Xung điện áp sau khi đi qua thiết bị SPD và

đi qua các thiết bị điện tử kết nối gọi là điện áp cho qua. Một lần nữa, với hầu hết các

SPDs, quá trình làm giảm điện áp của xung điện áp không đưa về giá trị 0 volt, hoặc dưới

mức cần thiết cho hoạt động của các thiết bị. Sự suy giảm điện áp quá mức cần thiết có

thể gây ra những hư hại cho chính bản thân SPD.

Một trong các thành phần được sử dụng phổ biến nhất trong SPDs là Metal Oxide

Varistors (MOV). Một MOV là một điện trở phi tuyến với tính chất bán dẫn đặc biệt.

MOV sẽ duy trì trạng thái không dẫn điện, cho phép dòng điện đi qua bình thường, cho

đến khi một đột biến điện xuất hiện. Tại thời điểm này MOV bắt đầu dẫn điện, dẫn điện

áp vượt quá bình thường xuống đất. Cường độ dòng điện tăng lên là tổng lượng điện áp

kẹp, điều này sẽ cho điện áp cho qua có cấp độ chấp nhận được đối với các thiết bị cho

đến khi xung điện áp giảm dần.

MOVs thường được kết hợp với cầu chì nhiệt được đặt nội tuyến với đường đi của dòng

điện (có loại cầu chì được tích hợp trên MOV) để bảo vệ thiết bị bằng cách ngắt dòng

điện trong trường hợp có một thảm họa xung điện áp. Nếu xung điện áp là lớn và liên tục,

nó có thể đạt đỉnh điểm hoạt động điện áp của MOV, lúc này MOV sẽ mở lỗ thông. Nếu

thất bại này xảy ra, nhiệt độ của cầu chì nhiệt sẽ tăng lên (thường được tích hợp với

MOV) để phá vỡ dòng chảy của nguồn điện và ngăn chặn bất kỳ dòng dư nào của xung

điện áp có thể đi vào thiết bị được bảo vệ. MOVs được sử dụng trong SPDs vì tính chất

thống nhất. Một MOV sẽ tiếp tục cho phép thông qua một lượng điện áp, và sẽ bắt đầu

thực hiện tại cùng cấp độ của điện áp dư, liên tục cho đến khi đạt tới điểm thất bại.

SPDs không thể giải quyết mọi vấn đề về chất lượng nguồn điện. Chúng không giải quyết

được hiện tượng sụt điện áp (under-voltages) và nở (quá áp trong thời gian dài) trong

nguồn điện AC. Chúng cũng không có tác dụng đối với các sóng hài (harmonic) được

tạo ra từ các tải phi tuyến như việc chuyển đổi nguồn cấp trong máy tính và một số hệ

thống chiếu sáng huỳnh quang. Nếu có một mất mát điện áp trên đường dây (sụt áp, mất

điện,...) thì một thiết bị như UPS nên được sử dụng, trong UPS có một Pin có chức năng

tạm thời cung cấp nguồn năng lượng cho đến khi điện năng được khôi phục lại bình

thường.

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

Tiếp đất

Một trong những vấn đề lớn nhất của môi trường điện, đặc biệt trong tài liệu tham khảo

của SPDs là tiếp đất. Tiếp đất là thành phần không thể thiếu trong bất kỳ nguồn điện, tín

hiệu, hoặc mạng dữ liệu nào. Tất cả các điện áp và mức độ tín hiệu đều được tham chiếu

với dây tiếp đất. Hầu hết các SPDs đều sử dụng các đường dây tiếp đất để chuyển điện áp

dư trong quá trình xung điện áp. Nếu không có đường dây tiếp đất, những SPDs không

thể hoạt động đúng cách được.

Tiếp đất trong một tòa nhà chỉ nên kết nối với một điểm tie đặt tại cổng vào bảng điều

khiển hệ thống điện. Điểm kết nối duy nhất đến mặt đất này sẽ loại trừ những phát triển

vo ý của các điểm tiếp đất khác. Nhiều điểm tiếp đất có thể tạo nhiều điện áp tiện ích

khác nhau, và là nguyên nhân gây ra dòng không mong muốn chảy trong đường truyền

dữ liệu có điện áp thấp. Những dòng không mong muốn gây phá hủy như nhiễu trong quá

trình truyền tín hiệu, hay xung điện áp lớn có thể làm hư tại thiết bị. Hình 5 minh họa

một vòng lặp tiếp đất. Mỗi phần của hệ thống có một điểm tiếp đất độc lập (mỗi một ổ

cắm điện có một điểm tiếp đất khác nhau). Vấn đề có thể xảy ra nếu thiết bị được kết nối

thông qua một loại dây dẫn truyền dữ liệu. Ở hình 5 máy tính được kết nối với máy in

bằng một cáp dữ liệu song song. Nếu có một sự khác biệt tiềm ẩn giữa điện áp (năng

lượng) so với đất giữa hai thiết bị sử dụng trên thì dòng có thể chảy từ thiết bị này qua

thiết bị khác thông qua cáp dữ liệu song song để cân bằng điện áp (năng lượng) giữa hai

thiết bị. Điều này gọi là một “vòng lặp tiếp đất – vòng đất” (ground loop) và chính là

nguyên nhân gây hư hại cho thiết bị, cái trong khi ở hoạt động bình thường sử dụng một

ngưỡng điện áp (năng lượng) rất nhỏ để thực hiện chức năng. Trong ví dụ trên cho thấy

hai thiết bị trong một cơ sở, nên nếu có nhiều cơ sở gần nhau thì sẽ có khả năng làm phát

triển nhiều “vòng đất” khác nhau.

Chống xung nhiễu bằng phương pháp nhiều tầng (lớp)

Đây là cách thức được áp dụng trong hầu hết thiết bị SPDs để mang đến nhiều lớp bảo vệ

chống lại những xung nhiễu. Lớp đầu tiên sẽ được sử dụng để kiểm soát xung điện áp lớn

đi vào một cơ sở (căn nhà, cao ốc, ...), ví dụ như xung nhiễu trên đường nguồn điện. Và

cũng có thể là do hiện tượng sét đánh. Các lớp sau sẽ được sử dụng để kiểm soát dòng

(năng lượng) bên trong cơ sở và xung nhiễu trên đường tín hiệu. Vì phần lớn xung nhiễu

được tạo ra trong một tòa nhà nên việc hiểu biết và lắp đặt SPDs là cấp thiết nhằm nâng

cao chất lượng nguồn điện trong bất kỳ cơ sở nào.

Phương pháp bảo vệ theo nhiều lớp là phương tiện hiệu quả nhất để ngăn chặn những hầu

hết những tác động của xung nhiễu. Trong khi điều quan trọng là phân lập vấn đề xung

nhiễu nguồn điện theo cách thức của nó, điều cũng không kém phần quan trọng là phải áp

dụng phương pháp bảo vệ trên cho đường truyền dữ liệu. Hầu hết các cơ sở lớn có hình

thức bảo vệ chống xung nhiễu trên đường truyền tín hiệu vào. Ví dụ, nhiều gia đình và

các cơ sở sử dụng một ống khí (gas tube) hoặc ống phóng điện (spark gap) SPD (thường

được công ty viễn thông cung cấp – chúng ta thường thấy trên đường line điện thoại) để

giúp giảm biên độ của xung điện áp lớn xuống mức có thể chấp nhận được cho thiết bị

điện thoại. Tuy nhiên, điện áp cho qua của lớp đầu tiên thường không đủ nhỏ để bảo vệ

các thiết bị nhạy cảm với điện áp khỏi sự hư hỏng như màn hình máy tính, DSL của máy

tính, dial-up modern hoặc thậm chí cả máy tính gắn liến với các modems. Và sự hư hỏng

này cũng xảy ra với các thiết bị nhạy cảm với điện áp khác gắn liền với cáp đồng trục,

như thiết bị hình ảnh, âm thanh, hay cáp băng thông rộng. Vì lý do này, việc sử dụng bổ

sung SPDs nên được sử dụng để tiếp tục làm giảm điện áp cho qua – điện áp đi qua lớp

đầu tiên của ống khí (ống phóng điện, lớp đầu tiên của SPDs)- nhằm bảo vệ các thiết bị

riêng lẻ trong cơ sở.

Kết luận

Xung nhiễu thường có nguyên nhân từ những rối loạn trên đường dây điện. Tuy nhiên, tỷ

lệ xung nhiễu sinh ra trên đường truyền dữ liệu trong mạng truyền thông của một cơ sở là

rất quan trọng để đánh giá sự cần thiết phải có thiết bị chống xung nhiễu trên dây dẫn tín

hiệu. Bất kỳ dây dẫn nào cũng là nhà cung cấp tiềm năng của xung nhiễu, nguồn gây ra từ

thông cảm ứng (inductive coupling) trong bất kỳ cơ sở nào. Ngày nay, thiết bị máy tính

hoạt động với ngưỡng điện áp nhỏ dần, điều đó có nghĩa là sự quan tâm đến những xung

nhiễu nhỏ ngày càng trở nên quan trọng và cấp thiết để ngăn chặn sự sai lệch trong dữ

liệu. Phương pháp chống xung nhiễu theo lớp là cách thức lý tưởng, với lớp đầu tiên sẽ

giảm xung điện áp lớn đi vào đầu tiên, sau đó các lớp tiếp theo tiếp tục làm giảm điện áp

này trước khi cho đi vào các thiết bị điện tử nhạy cảm. Chống xung nhiễu trên đường tín

hiệu là rất cần thiết để bảo vệ các thiết bị nhạy cảm khỏi các dòng dữ liệu đổ vỡ, ngăn

chặn sự phá hủy đối với các dòng dữ liệu điện áp thấp, và ngăn chặn những con đường

mà xung nhiễu có thể đi vào.

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.

Xung Nhiễu điện

Xung nhiễu điện (Transient)

Theo định nghĩa của IEEE Std 1100-1999 2.2.83 thì : ‘Xung nhiễu điện là một chu kỳ rối loạn trong sóng điện xoay chiều được thể hiện bởi một sự biến đổi đột ngột, đứt đoạn của sóng sine (A subcycle disturbance in the ac waveform that is evidenced by a sharp, brief discontinuity of the waveform)Hãy dùng osilocope để đo xem thử xung nhiễu điện thể hiện như thế nào? Đây là xung nhiễu đo được của một motor lớn có cường độ là 6793 Volts

 Và đây là cường độ dòng điện tương ứng của xung nhiễu 7143 Amp (giá trị đỉnh)

Và về thời gian, thông thường xung nhiễu sẽ kéo dài khoảng trên 1 microsecond (chính xác là 1,059 microseconds)

Xung nhiễu được đo đạc và minh họa bên trên là dạng xung nhiễu thường gặp nhất và có thể xảy ra trong hầu hết thiết bị điệnChúng ta hãy đo tiếp thiết bị chỉnh lưu 6 xung (6 pulse rectifier) là thiết bị điện tử thông dụng

được dùng trong các bộ biến tần điều khiển tốc độ của motor/ động cơ sẽ thấy: trong 1 chu kỳ sẽ có 6 xung nhiễu đột biến. như vậy với tần số 60Hz, trong 1 h ta sẽ có 1,296,000 xung nhiễu đột biến!

Ngoài ra, một nghiên cứu đăng trên báo Energy User News cho thấy có 648,000 xung nhiễu được tạo ra trong một giờ tại tủ điều khiển đèn văn phòng có 24 bóngHãy tiếp tục đo đến một thiết bị thông dụng nữa là thang máy trong tòa nhà, khi thang máy bắt đầu vận hành, motor điều khiển sẽ tạo một xung nhiễu là 5934 V, điều này cho thấy, ở cấp độ thiết bị cuối cùng của tòa nhà vẫn có thể có xung nhiễu xảy ra.

Xung nhiễu hình dưới đo được trong việc tắt một bóng đèn dây tóc thông dụng 110V, trong quá trình đơn giản này cũng có rất nhiều xung nhiễu phát sinh mà cao nhất đo được là 281V, từ vấn đề này ta có thể thấy rằng các xung nhiễu này có thể làm việc vận hành thiết bị vi xử lý không chính xác hoặc sinh nhiệt gây tổn thất tích tụ cho mạch điện tử (giảm tuổi thọ thiết bị điện tử). Trong phần này đề cập nhiều đến xung nhiễu điện là vì đây là đại lượng điện học ở cường độ cao sẽ đại diện cho hiện tượng sét đánh lan truyền mà chúng ta sẽ xem sét chi tiết hơn ở phần sau.Transients Generated by Switching

Tác hại TINH VI của XUNG NHIỄU đến các mạnh vi xử lý của máy móc thiết bị

Phần này chúng ta sẽ nghiên cứu kỹ hơn về tác hại TINH VI của XUNG NHIỄU đến các mạnh vi xử lý của máy móc thiết bị. Để bắt đầu, chúng ta hãy đo nguồn điện đầu vào của bộ điều khiển máy PLC, máy đo cho thấy có những xung nhiễu ở mức điện áp 0 (zero)

Phóng lớn ở góc nhìn 180 độ ta sẽ thấy xung nhiễu thật sự vượt qua mức điện áp 0 đến 9 lần.

Máy vi tính dựa vào các mức điện áp để phân biệt mức dữ liệu 0, 1

Khi có xung nhiễu ở mức zero sẽ khiến bộ đếm của vi xử lý thay vì đếm là 0 sẽ đếm là 1 (hình trên minh họa dữ liệu thực 1 0 1 0 sẽ được nhận là 1 1 1 1 trong trường hợp nhiễu ở mức zero.

Đối với hệ thống vi xử lý điều khiển máy PLC, trường hợp xung nhiễu này gây ra lỗi phần mềm dẫn đến đứng máy hoặc chạy không chính xác.Kết luận: Đối với các thiết bị vi xử lý điều khiển máy móc thiết bị, xung nhiễu sẽ gây ra các hiện tượng sau:- Tự động khởi động lại một cách không bình thường- Chạy sai- Các board mạch quan trọng trong hệ thống như board nguồn, card mạng, chíp, mạch, board xử lý bị hư hỏng.- Hệ thống ắc quy, UPS bảo vệ thiết bị bị giảm tuổi thọ không như mong đợi, chai pin

Ảnh hưởng của "xung nhiễu" với các thiết bị điện tử

1. Đối với mạch điện tử : các mạch này có các đường vi mạch rất nhỏ (đường đồng) chạy trong chip vi xử lý và board mạch đặc biệt dễ bị tổn thương bởi xung nhiễu dựa trên cơ sở hiện tượng quá tải nhiệt (heat stress). Xung nhiễu chạy trong vi mạch cũng giống như xe chạy quá tốc độ trong đường hẹp gây tai nạn làm hư đường, về mặt điện học, khi đường thoát của xung nhiễu không đủ đáp ứng sẽ sinh ra nhiệt và gây ra những vết bỏng dộp trên đường mạch đó. Khi vết bỏng dộp này lớn dần thì đường mạch đó sẽ đứt, dẫn đến hư mạch, trong lĩnh vực điện tử, tin

học, hư hỏng này thường được gọi bình dân là hiện tượng nổ chíp… Và khi mạch điện đứt thì chip đó cũng sẽ dừng hoạt động, board mạch ngưng hoạt động, thiết bị ngưng hoạt động. 

2. Đối với mạch điện : Xung nhiễu điện còn gây ra hồ quang phát sinh giữa các cuộn dây dẫn trong motor, lớp bọc cách điện của dây đồng trong motor thường được thiết kế chịu được sự đột biến điện áp lên đến 2400 V hoặc 4800V sẽ không chịu nổi xung quá áp lên đến hơn 6700V, tuy nhiên xung quá áp này lại thường xuyên xảy ra, trung bình với một hệ thống bình thường (trong máy biến tần, động cơ) có thể đo được hàng trăm ngàn xung mỗi giờ làm nóng motor, phát sinh hồ quang dẫn đến cháy nổ hoặc làm giảm hiệu suất hoạt động. Ngoài ra, chất lượng lớp bọc cách điện của dây quấn motor gắn liền với chất lượng của motor, tăng cường lớp giáp này là cách tăng tuổi thọ của motor, nhưng giải pháp này rất tốn kém! 

Giải quyết vấn đề xung nhiễu như thế nào?

Với các phân tích bên trên, tổng kết lại, ta thấy xung nhiễu thường ở 2 dạng sau

1. Xung nhiễu cường độ lớn : - Theo chuẩn ANSI/IEEE C62.41 & C62.45 là các xung A1 2kV, 67A 100KHz Ring Wave; B3/C1 6kV, 3kA Impulse Wave; C3 20kV, 10kA Impulse Wave… gọi là surge (đột biến điện) cường độ lớn.- Thể hiện thực tế: sét đánh, hư hỏng trên lưới điện, mô tơ công suất lớn vận hành

2. Xung nhiễu tần suất lớn: là các xung nhiễu xảy ra nhiều lần trong một chu kỳ sóng sine, cho ra hàng triệu xung nhiễu trong một giờ

Xung nhiễu và đột biến điện gây ra 2 tác hại sau :

1. Hư hỏng tức thì: Hư hỏng này có tính tàn phá, gây hư hỏng, cháy nổ thiết bị tức thì

2. Hư hỏng tích tụ: Hư hỏng do nhiệt sinh ra làm giảm tuổi thọ thiết bị điện, điện tử, đến một mức nào đó sẽ làm hư chíp, mạch điện tử dẫn đến hư hỏng thiết bị, hư hỏng trong mạch điện tử ngày nay thường dẫn đến phải thay cả board mạch, khi nhiệt độ tăng cao có thể làm cháy thiết bị

Vậy phải làm như thế nào để triệt các xung nhiễu này?

1. Giải quyết hiện tượng Xung nhiễu cường độ lớn gây ra hư hỏng tức thì: Theo "Current Scene" một tạp chí về công nghệ bảo vệ mạch điện của hãng General Electric, thì các hiện tượng sét đánh, hư hỏng trên lưới điện (nổ máy biến áp, gãy trụ điện, đứt dây…) gây ra khoảng 20% sự cố hư hỏng cho thiết bị điện, điện tử. Con số 80% còn lại là do các thiết bị điện điện tử trong hệ thống của khách hàng tự sinh ra và lây lan trên lưới điện (ví dụ vận hành máy móc công nghiệp sinh ra xung nhiễu trung bình 6KV, máy photocopy khi tụ điện xả điện sinh ra xung nhiễu 2KV), khi các xung nhiễu này đến được bên trong thiết bị vi xử lý sử dụng điện 5 - 12 – 24 V thì sẽ gây hư hỏng thiết bị điện.

1a. Sét đánh trực tiếp: là sét đánh thẳng vào đường dây, trường hợp này rất ít xảy ra, xác suất xảy ra là dưới 1%, lúc đó cường độ xung sét là rất lớn, nhưng ta vẫn có cách chống triệt để qua việc bố trí bảo vệ nhiều lớp như theo sơ đồ thí nghiệm sau

Đây là sơ đồ nguyên lý mô tả việc bảo vệ 3 lớp trong phòng thí nghiệm, với xung sét giả lập là 70.000V (mô phỏng sét đánh trực tiếp), qua cấp bảo vệ thứ nhất sẽ còn 3640V, qua cấp bảo vệ thứ 2 sẽ còn 234V, qua cấp bảo vệ thứ 3 sẽ còn 0V.

1b. Sét đánh lan truyền: Cường độ sét trực tiếp lớn nhất đo được là trên 200KA, khi sét đánh lan truyền (đánh xuống đất và vào thiết bị qua đường dây đất, trung tính) thông thường cường độ sẽ giảm xuống gần mười lần, vì vậy xung sét lan truyền giả lập thường là xung 2KA ANSI/IEEE C62.41.Khi xung sét này truyền vào máy, thông thường sẽ làm hư các linh kiện bảo vệ chống xung đột biến điện lớn là những con MOV được hàn trên các dây pha – trung tính của UPS hoặc bộ nguồn cấp điện cho máy.

Thí nghiệm sau mô tả việc cho xung điện 10KA ANSI/IEEE C62.41 (mô phỏng sét lan truyền) đánh vào con MOV đã nói bên trên, chỉ cần 1 cú đánh là con MOV này nổ tung.

Kết luận: xung sét lan truyền thực chất là xung nhiễu cường độ cao, vào đến thiết bị điện điện tử bên trong sẽ đủ lớn để làm hư hỏng các thiết bị vi xử lý điều khiển máy móc. 2. Giải quyết hiện tượng Xung nhiễu tần suất lớn gây ra hư hỏng tích tụKhắc phục hiện tượng xung nhiễu nhiều sinh nhiệt gây hư hỏng, cháy nổ và máy móc chạy sai phức tạp hơn nhiều, ta cần có thiết bị ổn định nguồn điện với khả năng triệt xung nhiễu với các đặc tính sau:- Hấp thu tất cả năng lượng nhiệt sinh ra mà không làm lượng nhiệt đó tích tụ gây cháy nổ hệ thống và thiết bị bảo vệ/ được bảo vệ!!!- Khi xung nhiễu xảy ra trên sóng sine phải lọc được xung nhiễu và đưa sóng sine về dạng chuẩn.

Hình minh họa cho thấy xung nhiễu không chỉ bị cắt ở ngưỡng điện áp kẹp màu vàng mà còn bị cắt nếu vượt qua mức xanh, mạch nắn sóng sine (công nghệ True Frequency Attenuation Network) có tác dụng triệt xung nhiễu ở mức zero giúp tránh được hiện tượng nhầm lẫn của phần mềm dẫn đến đứng máy tính hoặc tự động reset đã phân tích ở trên vì điện áp xung nhiễu ở mức zero đã bị cắt giảm không đủ mạnh để mạch đếm đếm thành 1.

Tác hại của xung nhiễu điện đối với con người

1. Gây hư hỏng có tính tàn phá : là hư hỏng tức thì, như hiện tượng sét đánh trực tiếp hay máy móc hư do xung nhiễu dẫn đến hiện tượng cháy nổ v.v… gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản mà có thể nhận thấy ngay bằng mắt thường.2. Gây hư hỏng có tính chất tích tụ : hư hỏng do suy giảm tuổi thọ thiết bị, sinh ra nhiệt lượng không được xử lý, hư hỏng này có tỉ lệ gây ra cháy nổ rất cao.Nhiệt do xung nhiễu tích tụ dần dần trong thiết bị gây ra cháy nổ có tỉ lệ lớn hơn gấp nhiều lần so với sét đánh, các hình sau cho thấy thiệt hại do xung nhiễu gây ra (không phải do sét đánh)

Chất lượng nguồn điện

Chất lượng nguồn điện

Nguyên nhân ảnh hưởng tới chất lượng nguồn điện?Chất lượng nguồn điện đơn giản là sự tương tác giữa năng lượng điện với các thiết bị điện.Nếu các thiết bị điện hoạt động chính xác, đáng tin cậy mà không có bất cứ sự hư hỏng hay quá tải nào, chúng ta nói rằng đó là một nguồn điện tốt. Ngược lại, nếu thiết bị điện bị trục trặc, bị hư hỏng hay hoạt động không đáng tin cậy trong quá trình sử dụng bình thường, chúng ta sẽ nghi ngờ rằng chất lượng nguồn điện không tốt.Theo một tuyên bố, bất cứ một sai lệch nào so với điện áp (DC hoặc AC) bình thường của nguồn điện thì có thể xếp vào vấn đề ảnh hưởng tới chất lượng nguồn điện. Vấn đề chất lượng nguồn điện do các nguyên nhân chính như xung điện áp, xung nhiễu, tần số xen vào cao, tăng hay sụt áp, ngắn mạch,… Bằng cách phân tích nguồn điện và đánh giá thiết bị hoặc dòng tải, chúng ta có thể xác định vấn đề của nguồn điện. Tìm hiểu từng vấn đề ảnh hưởng tới chất lượng nguồn điện sẽ cho ta nhiều chi tiết miêu tả về chất lượng nguồn điện.Chúng ta có thể kiểm tra chất lượng nguồn điện bằng việc cài đặt thiết bị nghi tốc độ cao để giám sát nguồn điện. Loại thiết bị kiểm tra này sẽ cung cấp thông tin về đánh giá chất lượng nguồn điện liệu có đáng tin cậy cho hoạt động của các thiết bị hay không. Quá trình này giống như một bác sĩ dung máy đo nhịp tim để nghi lại nhịp tim của bạn. Thiết bị đánh giá sẽ cung cấp cho chúng ta những dữ liệu giá trị, nhưng chúng ta cần giải thích và áp dụng cho từng loại thiết bị điện. Chúng ta hãy xem hai ví dụ về phân tích dữ liệu ở Hoa Kỳ:VD1: Bong đèn 100 watt để tạo ra ánh sánh (độ sang đo bằng lumens) theo tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu điện áp 120 volt. Nếu điện áp rơi xuống 108 volt (-10%), bong đèn vẫn hoạt động nhưng tạo ra ánh sang yếu hơn. Một sự cố mất điện hay điện áp thấp không làm hỏng bonga đèn. Mặt khác, nếu điện áp tăng lên 130 volt (+10%), bong đèn sẽ sáng hơn tiêu chuẩn của nó, gây ra quá nóng và quá tải ở các sợi dây. Tuổi thọ của bong đèn sẽ ngắn hơn nhiều so với thiết kế dự kiến của nó, do đó chúng ta có thể kết luận một cách chắc chắn rằng tiêu chuẩn thiết kế của bong đèn phải được tôn trọng, và một vấn đề bất kỳ của nguồn điện sẽ làm giảm tuổi thọ của bong đèn.

VD2: Một màn hình CRT hay màn hình máy tính cá nhân sử dụng nguồn cung cấp điện áp là 120 volt AC và chuyển đổi thành điện áp DC đi vào để  màn hình CRT hoạt động, các điện áp bao gồm 5 VDC cho mạch logic và điện  áp cao DC để vận hành ống phóng tia (CRT). Nếu điện áp đầu vào là 108 volt (-10%), bộ nguồn chuyển đổi sẽ tạo ra nhiều dòng nhằm duy trì điện áp thích hợp cho hoạt động của màn hình. Kết quả của dòng lớn hơn là nguồn chuyển đổi hoạt động nóng hơn, các thành phần trở nên quá tải. Mặc dù hoạt động của màn hình không có vấn đề, nhưng về lâu dài ảnh hưởng của việc hoạt động trên điện áp thấp là độ tin cậy giảm dần và khả năng hư hỏng tăng lên. Nếu điện áp giảm xuống thấp hơn phạm vi hoạt động của bộ nguồn chuyển đổi thì màn hình sẽ tắt.. Nếu điện áp tăng lên 132 volt (+10%), nguồn chuyển đổi sẽ không thể điều chỉnh điện áp này về mức bình thường (120 volt) được nên các thành phần bên trong sẽ bị hư hỏng. Do đó, yêu cầu về chất lượng điện cung cấp cho màn hình máy tính cao hơn nhiều so với mộ bong đèn. Điện áp cao điều có thể phá hủy cả hai thiết bị. Nhưng xét về vấn đề kinh tế thì màn hình máy tính có chi phí thay thế, cũng như mục đích sử dụng cao hơn bong đèn.Các ví dụ trên có thể áp dụng cho bất kỳ hệ thống điện hoặc điện tử nào. Đây là nhiệm vụ của chuyên gia tư vấn chất lượng nguồn điện để xác định nguồn điện, nền tảng, cơ sở hạ tầng của một tòa nhà có đủ điều kiện cho các thiết bị công nghệ vận hành hay không. Bước đánh giá đầu tiên được thực hiện nhằm phát hiện và khắc phục vấn đề. Nhiều người sử dụng đã mua các thiết bị để cải thiện chất lượng điện mà bỏ qua việc đánh giá đầu tiên. Điều này gây tốn kém nhiều lần và thường không hiệu quả.

Chất lượng nguồn điện?Vấn đề chất lượng nguồn điện có nhiều tên gọi và miêu tả khác nhau. Xung nhiễu, quá áp, ngắn mạch, nhiễu,… là những thuật ngữ thông dụng được đưa ra, nhưng chúng có ý nghĩa như thế nào?Vấn đề chất lượng điện có thể chia thành hai dạng quá trình ngắn, quá trình dài và loại liên tục. Nghành công nghiệp máy tính đã phát triển một chuẩn mực để phân loại các vấn đề về chất lượng điện.  Tiêu chuẩn phổ biến nhất là đồ thị CBEMA (Computer Business Equipment Manufacturing Association), các tiêu chuẩn khác bao gồm ANSI and ITIC. Hình 1 là ví dụ về đồ thị CBEMA, những sự kiện phát sinh trên nguồn điện  được vẽ trên đường cong dựa trên thời gian và cường độ của sự kiện. Bất kỳ sự kiện nào nằm ngoài đường cong sẽ là một vấn đề cần quan tâm.

Hình 1. Đồ thị (đường cong) CBEMA

Hình 2. Bảng dữ liệu về chất lượng nguồn điện được chia theo thời gian.Bằng cách sang lọc các sự kiện xảy ra trên nguồn điện, chúng ta sẽ xác định được công nghệ bảo vệ của thiết bị bảo vệ nguồn điện cần thiết.Xem them bảng miêu tả thuật ngữ điện.Điều gì có thể gây ra vấn đề về chất lượng điện?Chúng tôi đã tìm thấy rằng phần lớn các vấn đề chất lượng điện năng có liên quan đến các vến đề bên trong một hệ thống như đối lập với tiện ích. Dựa trên 20 năm kinh nghiệm, chúng tôi tìm thấy 90% vấn đề về chất lượng điện phát sinh trong nội bộ hệ thống. Vấn đề điển hình bao gồm hai vấn đề cơ sở và liên kêt, sự vi phạm mã và rối loạn điện nội bộ tạo ra các vến đề về điện.

Vấn đề nội bộ phát sinh là từ một nguồn điện cung cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ điện khác nhau. Xin lấy ví dụ của mọt máy in và một máy tính cá nhân. Hầu hết chúng ta sẽ không nghĩ quá hai lần để cắm máy in laser vào cùng một dải nguồn cung cấp cho hoạt động của máy tính (chung ổ cắm). Chúng ta đang quan tâm nhiều hơn đến vấn đề tương thích phần mềm hơn là vấn đề về điện; tuy nhiên, một số máy in laser khi hoạt động sẽ tạo ra tăng vọt điện áp giữa dây trung tính – dây đất và sự sụt áp giữa đường line và đường trung tính trong mỗi phút hoặc lâu hơn. Tác động lâu dài này sẽ làm hỏng nguồn cung cấp  của máy tính cá nhân. Chúng ta phải cẩn trọng trong công nghệ cài đặt.

Theo Posted 12th October 2011 by vu tran thuan