正确选配 UPS 从容应对工业领域动力挑战

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二、半导体企业面临的供电问题

厦门奕昕科技有限公司是专业从事电能质量测试、电能质量评估的第三方检测评估机构。已通过福建省质量技术监督局计量认证(CMA资质),是福建省第一批独立第三方电能质量检测服务机构,专门从事电能质量检测评估工作,以国家标准为准绳,为工农业生产和工程项目出具科学、准确、可靠的检测数据,出具盖有CMA章的检验报告可用于产品质量评价、成果及司法鉴定,具有法律效力。

物理环境通常在工业企业选配 UPS
时被忽略。由于受生产、制造现场因素的影响,工业应用环境中普遍存在着高温、潮湿、粉尘量大、空气污染严重等问题。在特殊工业场合,环境中的空气还可能含有腐蚀性气体,或者在震动的情况下发生机体倾斜,这些都容易造成
UPS内部部件短路而发生供电故障。因此,这就要求UPS
具有超强的环境适应能力,以综合的高性能表现来应对恶劣环境的考验。

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  5.3 用户业主  现实的情况是供电系统难以保证能够提供完美的电力,并且往往也并不能要求设备制造商提供免疫电压暂降的设备。因此,目前应用最普遍也是比较推荐的治理电压暂降的措施是在供电系统与用户设备之间加装补偿装置,常见的补偿装置包括:不间断电源(UPS—Uninterruptible Power Supply)、固态切换开关(SSTS—Solid State Transfer Switch)、动态电压恢复器(DVR—Dynamic Voltage Restorer)。下面分别具体介绍:

信息技术已经广泛深入应用到工业领域的生产、运营、管理等各个环节,工业生产正向精细化发展,各种高端、精密设备大量投入使用。集成电路晶圆代工企业的精密设备,大型钢铁集团轧钢厂所采用的自动化进口设备,海洋作业和船舶的通讯、导航系统,石油化工企业生产线所用的自动控制设备、DCS、计算机等,即便是短暂的电压闪变、跌落或瞬时供电中断也会造成整个生产过程的停滞、产品报废,甚至设备损坏。因此,提升系统的可靠性,是工业企业在动力平台建设过程中首先考虑的问题。

虽然半导体厂务的工作范围很广泛,但是可靠供电是厂务工作的首要目标。然而,半导体生产在供电保障上却常常面临两个突出问题。半导体工厂采用两路一级市电供电,能够满足一般情况下的供电需求,但是如果遇到恶劣天气、施工意外等不可预测的突发情况,就会带来市电断电和电压暂降的风险,这将会给半导体生产造成严重后果。

1 概述  随着工业规模的扩大和科学技术的发展,新工艺、新技术广泛应用于工业生产和人民生活的各个方面,越来越多的用户采用了性能好、效率高,但对电源特性变化敏感的高科技设备,电力用户对电能质量的要求在不断提高。  据统计,在欧洲和美国,电力部门与用户对电压暂降的关注程度比对其他有关电能质量问题的关注程度要高得多。根据美国电科院的统计,90%以上的电能质量问题是由电压暂降引起。专家们认为,电压暂降已上升为最重要的电能质量问题,已成为信息社会对供电质量提出的新挑战。

使用环境和负载是选配工业 UPS 需要考虑的两大因素

因芯片在生产过程中,一旦发生断电,就意味着生产线上所有的晶圆可能全部都要报废。首先,芯片Fab的生产需要超净生产环境,任何自然灾害对建筑的晃动都有可能造成超净环境被污染,而维持超净环境本身也是需要消耗大量电力。而一旦停电,超净环境就可能会被污染,整个产线上的晶圆可能就要报废。同时,芯片生产设备的断电将会带来更大的损失。所以该行业对电能质量要求极为严苛,可靠、稳定、智能、绿色的电力保障是半导体企业数字化高效运转的重要保障。

  (3)对公司财政造成影响  a.降低1-2%工厂效率;  b.降低劳动工时利用率;  c.设备投资回报率低;  d.加大维护费用;  e.增加额外备品备件支出。

3、UPS温度等环境要求

  5.1 供电系统  如若某地区存在电压暂降的频率较大,持续时间较长,那么首先应当考虑从供电系统方面解决问题。  在供电系统方面,主要通过采取减少故障数目、缩短故障清除时间和改变供电方式等措施解决电压暂降问题。  减少短路故障数目不仅可以减少电压暂降的发生,也可以减少供电中断事故。事实上,电力部门都已经尽最大努力来减少故障发生的频度,具体的改进措施包括:架空线入地、架空线加外绝缘、架设附加屏蔽导等。需要强调的是,这些措施的实施可能代价很高,应当通过全面衡量用电设备跳闸与各种措施之间的经济利益关系来确定合理的方案。  缩短故障清除时间虽然不能减少电压暂降发生的频率,却能明显减少电压暂降的幅值和持续时间。缩短故障清除时间的最有效措施是应用有限流作用的熔断器,这种熔断器能够在半个周期内清除故障,使得电压暂降的持续时间不超过1个周波。此外,还可以用反时延过电流继电器来缩短故障清除时间,因为与时间成反比的过电流继电器的延时是随故障电流的不断增加而减少的。  通过供电方式的改变可以有效降低电压暂降问题的严重性,但这类方法通常需要很高的代价。随着分布式发电技术的发展,以及储能技术、燃料电池技术等技术的实用化,敏感负荷附近装设电源设备成为一种可行的方案;另外,还可以采用母线分段或多设配电站的方法来限制同一回供电母线上的馈线数;为了增加与故障点间的电气距离,还可以在系统中的关键位置安装限流线圈,等等。总之,采用这类方法时,电压质量的改善是通过增加更多的线路及配电设备达到的,考虑到投资与效益的权衡,这类方法通常仅适用于对供电质量要求高的工业和商业用户。  另外,在必要情况下,供电部门应对电能质量进行准确监测,以便为确定设备敏感度和解决设备敏感度问题提供资料。

降低维护时间是提高可用性的另一重要途径。模块化设计可以有效改善易维护性,降低维护时间。UPS设备各个功能单元模块化之后,故障之后只需更换上相应备件即可,大幅降低了维护的技术门槛,运维人员可自行更换维护。不但维护成本可有效降低,故障修复时间也可大幅缩短,从而将业务损失降到最低。另外,模块化易于实现在线维护,即故障修复期间负载可以不断电。如果需要断电才能维护,就需要拉备用电源为负载供电,这样维护非常复杂,而且维护时间很长。

厦门奕昕科技在电能质量检测及评估、电能质量治理等方面有着丰富的操作与管理经验和雄厚的技术实力,拥有多名高级电能质量工程师、多种高精度的检测设备以及功能强大的分析计算软件,采用精准的建模分析计算以及高精度的检测设备,通过仿真各种真实用电负载情况,快速实现对中低压配电网设备的电能质量检测及分析、能效测评及性能检测、中低压配电网的损耗机理及节能降损技术研究、中低压配电网监控设备的性能测试等。

1、提高UPS供电设备的可维护性

  5 电压暂降的治理措施  电压暂降的治理措施应该从三方面讨论:供电系统、设备制造商、用户业主,三者需要共同合作,协作解决。如图1所示:

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