Chování osobního počítače při rušení a poklesech napájecího napětí v rozvodné síti

Transkript

1 Chování osobního počítače při rušení a poklesech napájecího napětí v rozvodné síti Zadání: Realizujte test odolnosti daného elektronického zařízení (starší osobní počítač PC 1 v konfiguraci desktop a moderní PC v konfiguraci net-top PC 2) v souladu s ČSN EN Zkušební úrovně a funkční kritéria volte dle příslušných norem a také s ohledem na použití tohoto zařízení. Porovnejte funkci obou testovaných sestav a rozhodněte, která z nich je odolnější vůči poklesům napětí v rozvodné síti. Teoretický úvod: Testy odolnosti se snaží simulovat reálné poruchy v životním prostředí, které mají vliv na elektrická a elektronická zařízení. Poklesy a krátká přerušení napětí jsou způsobena poruchami v síti, v instalaci nebo náhlými velkými změnami zatížení. V určitých případech se mohou vyskytnout dva nebo více po sobě následujících krátkodobých poklesů nebo přerušení. Změny napětí jsou způsobeny spojitě proměnnými zatíženími připojenými do sítě. Tyto jevy jsou náhodného charakteru a mohou být charakterizovány hodnotami odchylky od jmenovitého napětí a dobou trvání. S ohledem na reakční dobu točivých strojů a ochranných prvků zapojených v rozvodné síti nejsou krátkodobé poklesy napětí a krátká přerušení vždy náhlé. Jsou-li rozpojovány velké sítě (místní síť uvnitř podnikové nebo sítě větších celků uvnitř regionální sítě), bude napětí klesat postupně díky mnoha točivým strojům připojeným do těchto sítí. Po krátkou dobu budou točivé stroje pracovat jako generátory dodávající výkon do sítě. Některé zařízení je citlivější na postupné změny napětí než na náhlou změnu. Většina zařízení zpracovávajících data má zabudovány detektory paměti tak, aby se zařízení po obnovení síťového napětí spustilo správným způsobem. Některé detektory výpadku napětí nereagují dostatečně rychle na postupný pokles síťového napětí. Stejnosměrné napětí napájející integrované obvody poklesne proto pod úroveň minimálního provozního napětí před aktivováním detektoru výpadku napájení a data budou ztracena nebo deformována. Když je potom napětí obnoveno, nebude zařízení schopno se znovu správně spustit, aniž by bylo znovu naprogramováno. Cílem testování dle ČSN EN je prověřit odolnost zařízení napájených ze sítí nn s odběrem proudu do 16 A vůči krátkodobým poklesům napětí, krátkým přerušením a změnám napětí. Požadavky na jednotlivá zařízení definují jejich technické podmínky. Ty mohou definovat účinky na zařízení, které lze považovat za nevýznamné a naopak účinky, které musí být vzaty bezpodmínečně v úvahu. Zkušební sestava je relativně jednoduchá, skládá se pouze z generátoru, který je připojen co nejkratším kabelem ke zkoušenému zařízení. Pro jednoznačný výklad se doporučení opírá o tyto jednoznačné definice: krátkodobý pokles napětí náhlý pokles napětí v nějakém bodě elektrické soustavy, po kterém následuje obnovení napětí během krátkého časového úseku trvajícího od půl do několika sekund; krátké přerušení výpadek napájecího napětí po dobu nepřekračující 1 minutu. Krátké přerušení může být považováno za krátkodobý pokles amplitudy o 100 %; pomalá změna napětí je realizována postupnou změnou napájecího napětí k vyšším nebo nižším hodnotám než je jmenovité napětí. Trvání změny může být krátké nebo dlouhé vzhledem k periodě

2 Norma [1] také předepisuje klimatické podmínky, ve kterých se mají testy provádět. Těmito podmínkami se nebudeme podrobně zabývat, ostatně v našich zeměpisných podmínkách jsou tyto podmínky (mimo zimní období) téměř vždy splněny. Vlastní test je rozdělen na povinnou část (krátkodobé poklesy a krátká přerušení napětí) a na nepovinnou (pomalé změny napětí) viz obr. 1. Nepovinnou částí se nebudeme zabývat, protože zkušební generátor pomalé změny neumožňuje vytvářet. Vlastní test krátkodobých poklesů a přerušení napětí se skládá ze tří krátkodobých poklesů / přerušení s minimálními intervaly 10 sekund mezi každou dílčí zkouškou. 0U/U MAX [-] 1 0,5 Úroveň 0,7 10 period t [s] U/U [%] MAX ,5 Postupné zmenšování a zvětšování napětí -1 0 t [s] a) b) Obr. 1: Krátkodobé poklesy napětí a), pomalé změny napětí b) Náhlé změny napájecího napětí se musí objevit při průchodu napětí nulou a při dodatečných úhlech považovaných předmětovými komisemi za kritické nebo podle individuálních specifikací výrobků, přednostně vybraných z 45, 90, 135, 180, 225, 270 a 315 v každé fázi. Norma [1] dále doporučuje konkrétní zkušební úrovně, které jsou vedeny v tab.1. Funkční kritéria uvedená v [2]: Funkční kritérium A: Přístroj musí pracovat nepřetržitě během zkoušky i po ní dle svého určení. Není dovoleno žádné zhoršení činnosti nebo ztráta funkce pod úroveň činnosti stanovenou výrobcem, pokud je přístroj užíván dle svého určení. Úroveň činnosti může být nahrazena dovolenou ztrátou činnosti. Není-li výrobcem stanovena minimální úroveň činnosti nebo Tab. 1: Preferované zkušební úrovně [1]: Zkušební úroveň Pokles a krátkodobé Doba trvání % U T přerušení % (1 U T ) () ,5 * x * Pro 0,5 periody musí být zkouška provedena jak v kladné tak i v záporné polaritě, tj. pro 0 i 180 ; x je nestanovená doba. Tato doba trvání může být dána ve specifikaci zařízení. přípustná ztráta činnosti, pak obojí může být odvozeno z popisu výrobku a dokumentace a dále z toho, co může uživatel rozumně očekávat od přístroje, je-li užíván dle svého určení. Funkční kritérium B: Přístroj musí pracovat nepřetržitě dle svého určení po zkoušce. Není dovoleno žádné zhoršení činnosti nebo ztráta funkce pod úroveň stanovenou výrobcem, pokud je přístroj užíván dle svého určení. Úroveň činnosti může být nahrazena - 2 -

3 dovolenou ztrátou činnosti. Během zkoušky je však dovoleno zhoršení činnosti. Není dovolena změna konkrétního provozního stavu nebo ztráta dat v paměti. Není-li stanovena výrobcem minimální úroveň činnosti nebo přípustná ztráta činnosti, pak obojí může být odvozeno z popisu výrobku a dokumentace a z toho, co může uživatel rozumě očekávat od přístroje, je-li užíván dle svého určení. Funkční kritérium C: Je dovolena ztráta funkce za předpokladu, že funkce je samoobnovitelná nebo může být obnovena řízením. Dále tato norma předepisuje použití této zkoušky pouze na AC napájecí svorky. V tab. 2 jsou uvedeny zkušební úrovně definované normou [2]. Pro naše účely proto použijeme specifikaci dle [2]. Pracovní prostředí není v literatuře [1] nijak přesněji specifikováno. Pro naše měření je Tab. 2: Odolnost; vstup / výstup AC napájením (vstupní i výstupní svorky) Jev prostředí vhodné použít dřevěný pracovní stůl, na který umístíme zkoušené zařízení. V protokolu by opět mělo být testovací prostředí zaznamenáno, aby bylo možné test opakovaně provést a dosáhnout při něm přibližně stejných výsledků. Literatura: Specifikace zkoušky Jednotky a charakteristika veličin Základní norma Funkční kritérium Krátkodobé poklesy napětí 30 0, B 60 5 Krátká >95 přerušení 250 Poznámka: Změna napětí musí být provedena při průchodu nulou. Zkouška je použitelná pouze na vstupní svorky. [1] ČSN EN : (EMC) Část 4-11: Zkušební a měřící technika Krátkodobé poklesy napětí, krátká přerušení a pomalé poklesy napětí Zkouška odolnosti, Česká technická norma, Český normalizační institut. Praha 1996 [2] ČSN EN : (EMC) Část 6-1: Kmenové normy Odolnost Prostředí obytné, odchodní a lehkého průmyslu. Česká technická norma, Český normalizační institut. Praha 2002 [3] ČSN EN 55020: Elektromagnetická odolnost rozhlasových a televizních přijímačů a přidružených zařízení. Česká technická norma, Český normalizační institut. Praha 1996 [4] Dodatky k normám ČSN EN a ČSN EN [5] Návod k použití měřícího přístroje Seaward Mace [6] SVAČINA, J., principy a metody. Brno: Vysoké učení technické Připojujeme se k Evropské Unii, svazek 2 [7] VONDRÁK, M. v teleinformatice. Skripta FEL ČVUT v Praze. Vydavatelství ČVUT, Praha 1998 [8] VACULÍKOVÁ, P., VACULÍK, E. aj. elektronických systémů. Grada Publishing, Praha

4 Rozbor zadání: 1) S využitím platných norem stanovte funkční kritéria pro konkrétní měřená zařízení. Berte v úvahu použití přístroje a jeho konstrukci. 2) Zvolte příslušnou zkušební úroveň a četnost opakování poklesů napětí. 3) Sestavte měřící pracoviště v souladu s ČSN ) Proveďte vlastní test zařízení složený ze tří poklesů s minimálními časovými odstupy 10 sekund. 5) Výsledky přehledně zpracujte a vyhodnoťte odolnostní zkoušku. Zhodnoťte odchylky od důležitých norem, a zda zařízení normám vyhovuje či ne. Do protokolu též zaznamenejte rozmístění přístrojů na pracovní desce. 6) Měření proveďte pro obě testované sestavy (PC 1 a PC 2) vyhodnoťte, která ze sestav je odolnější vůči poklesům napájecího napětí v rozvodné síti. Postup měření: 1. Sestavte měřící pracoviště s využitím měřícího přístroje Seaward Mace dle ČSN EN Zkoušené zařízení (PC 1 nebo PC 2) zapojte do zdířky na předním panelu generátoru Mace. 3. Pokud bylo zkoušené zařízení zapnuto, vypněte jej a spusťte generátor Mace. Generátor neumožňuje provádět pozvolné poklesy napětí. Není však nutné je realizovat, protože je norma striktně nepředepisuje. Opakovací perioda jednotlivých výpadků je na generátoru pevně nastavena na 10 sekund. 4. Displej: SEAWARD ELECTRONIC MACE EMC TEST PHONE VERSION R Hz SELECT TEST TYPE Přístroj nás vyzývá k volbě testu: stiskněte proto tlačítko V Dip. 5. Displej: PRESS STANDBY TO CONNECT SUPPLY Tlačítkem STANDBY se aktivuje napájecí zásuvka na čelním panelu generátoru Mace. Test lze zrušit stiskem tlačítkem STOP

5 6. Displej: ENSURE REAR SOCKET COVER CLOSE VOLTAGE DIP TEST DIP VOLTAGE BY 30% 60% 100% Volba zkušební úrovně, o kolik % poklesne napájecí napětí, se provádí pomocí kurzoru a tlačítka. Potvrdíme pomocí ENTER. Pokud jste ještě nespustili testované zařízení, učiňte tak nyní a nastavte na něm režim, ve kterém bude zařízení testováno (Na obou testovaných PC spusťte program MS Word). 7. Dále vás přístroj vyzve k volbě počtu period, po které bude uskutečněn krátkodobý pokles nebo přerušení napětí. DIP TIME IN CYCLES 0, Výběr se provádí v počtech period napájecího napětí. Provedou se vždy tři přerušení s odstupem 10 sekund. Volby se provádí pomocí tlačítka a výběr se potvrdí tlačítkem ENTER. 8. Nastavení testu se na závěr konfigurace zopakuje a je nutné je potvrdit klávesou ENTER. DIP 60% 25 CYCLES ENTER IF CORRECT 9. Test spustíme stisknutím tlačítka START. Stisknutím 0 můžeme změnit parametry testu. Dostaneme se do bodu 6 a dále postupujeme stejným způsobem podle dalších bodů. PRESS START OR 0 TO RE-PROGRAM 10. Průběh testu je na displeji zobrazován číslem testu odpočítáváním času do spuštění dalšího testu. Je také indikováno číslo testu, který bude proveden. VOLTAGE DIP NO 1 TIME 8 SECONDS 11. Po doběhu testu lze tento test opakovat stiskem START. Případně lze jeho parametry modifikovat, a pak test opakovat se změněnými parametry. PRESS START OR 0 TO RE-PROGRAM Po stisku tlačítka 0 se volba provede stejným způsobem popsaným od bodu 6. Tlačítkem STOP, lze test kdykoliv ukončit, pokud je to třeba např. z bezpečnostních důvodů. 12. Uvedený postup opakujte pro druhou PC sestavu

6 Chování osobního počítače při rušení a poklesech napájecího napětí v rozvodné síti Jméno studenta (-ů): Datum měření: 1. Funkční kritéria stanovená v domácí přípravě: Funkční kritérium A: Klidný obraz, funkce všech periferií bez známky sebemenších poruch. Stabilní běh programu. Funkční kritérium B: Obraz ojediněle problikne. Program běží stabilně s mírnými chybami. Periferie vykazují drobné funkční nedostatky. Funkční kritérium C: Restart počítače. 2. Po prostudování dostupných matriálů, jsem zvolil zkušební úrovně dle normy ČSN EN Konkrétní hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce. Pomalé změny napětí nejsou v generátoru obsaženy, a protože je norma nevyžaduje, nebudou prováděny. Jev prostředí Specifikace zkoušky Krátkodobé poklesy 30 0,5 napětí 60 5 Krátká >95 přerušení 250 Jednotky a charakteristika veličin Základní norma Funkční kritérium B 3. Měření zatím nebylo uskutečněno z důvodu nefunkčnosti zkušebního generátoru Seaward Mace. Předpokládaná zkušební sestava je uvedena na obrázku

7 dřevěný stůl referenční zemní rovina zkušební generátor Obr. 1: Zkušební sestava osobního počítače při laboratorní zkoušce A/C svorky Závěr: Při měření jsme ověřovali rozdíl v chování dvou počítačů (PC 1 a PC2) při poklesech a krátkých přerušeních napájecího napětí. Experimentálně bylo prokázáno, že moderní PC v konfiguraci net-top (PC 2) je více citlivý na krátkodobé poklesy napětí, na rozdíl od toho je PC 1 desktop více citlivý na krátkodobá přerušení. Úloha jasně demonstrovala, že vlastní zástavba nemá na odolnosti vůči poklesům a přerušením žádný vliv a zkoušíme spíše vlastnosti napájecích zdrojů