Общие положения

Источники электромагнитных воздействий

ВОПРОСЫ АЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите типовые сигналы в порядке уменьшения чувствительности оборудова­ния к внешним возмущениям.

2. Нарисуйте план подстанции ВН и соответ­ствующие виды электромагнитного окруже­ния.

3. Нарисуйте план типовой электростанции и соответствующие виды электромагнитного окружения.

4. Перечислите основные положения правил выполнения заземления и прокладки кабе­лей.

5. В каких случаях применяются параллельные заземленные проводники?

6. Каким образом выполняется заземление вто­ричных цепей ТТ и ТН, связывающих их с релейным щитом?

7. Каким образом осуществляется экранирова­ние зданий?

8. Как выполняется заземление на электриче­ских станциях?

9. Перечислите особенности ЭМС на ПС и электростанциях.

10. Каковы уровни испытательных воздействий на оборудование электростанции и ПС?

11. В чем состоят особенности проектирования заземляющих систем комплектных КРУЭ?

12. Какие особенности электромагнитных помех, возникающих при коммутациях тока в цепях с индуктивностью?

13. Объясните методы защиты от помех в уст­ройствах постоянного тока.

14. Объясните методы зашиты от помех в уст­ройствах переменного тока.

15. Какие методы зашиты от помех использу­ются в трехфазных установках?

16. Объясните функционирование устройств зашиты от помех, создаваемых люминесцент­ными лампами.

Глава первая

Электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики (электриче­ских станциях, подстанциях, линиях элект­ропередачи) резко отличается от электро­магнитной обстановки на других объектах (на промышленных предприятиях, в офисных, жилых помещениях и т.д.).

Характерными особенностями этой об­становки является наличие постоянной во времени высокой напряженности электри­ческого поля промышленной частоты (25 кВ/м и более) и напряженности маг­нитного поля промышленной частоты 4 кА/м и более). Кроме того, на объектах электроэнергетики могут быть высокочас­тотные поля, создаваемые устройствами управления, сигнализации, передачи дан­ных и, т.д.

В целом электромагнитная обстановка достаточно сложна даже в стационарных условиях и представляет собой наложение полей естественного и искусственного про­исхождения, причем напряженности полей искусственного происхождения часто сущест­венно превышают напряженности естест­венных полей. Ситуация усугубляется тем обстоятельством, что электромагнитные поля искусственного происхождения под­вержены быстрым изменениям вследствие изменения режимов работы объектов элек­троэнергетики, возникновения аварийных ситуаций и т.д. В результате возникают воз­мущения стационарной электромагнитной обстановки.

Источники электромагнитных воз­действий. Характерными источниками электромагнитных воздействий, которые могут оказывать влияние на автоматиче­ские и автоматизированные системы техно­логического управления электротехниче­скими объектами на электрических стан­циях и подстанциях, являются:

· процессы в цепях раз­личных классов напряжения при ударах молнии непосредственно в объект или вблизи него;

· коммутационные процессы в цепях высокого напряжения (ВН);

· переходные процессы в цепях высо­кого напряжения при коротких замыканиях (КЗ); срабатывании разрядников или огра­ничителей перенапряжений (ОПН);

· электрические и магнитные поля про­мышленной частоты, создаваемые силовым оборудованием электрических станций и подстанций;

· переходные процессы в заземляющих устройствах подстанции, обусловленные токами КЗ промышленной частоты и токами молний;

· быстрые переходные процессы при коммутациях в индуктивных цепях низкого напряжения (НИ);

· радиочастотные поля различного происхождения;

· разряды статического электричества;

· электромагнитные возмущения в цепях оперативного тока.

Дополнительным источником электро­магнитных возмущений на электрических станциях и подстанциях, которые могут вызвать сбои в работе электронных и мик­ропроцессорных устройств, является также вспомогательное электрооборудование, такое как сварочные аппараты, осветительные приборы, мощные тяговые механизмы, бытовые электроприборы, электроинстру­менты и др.

Кроме того, в устройствах автоматиче­ских и автоматизированных систем техно­логического управления электротехниче­скими объектами могут возникнуть и другие электрические явления, которые могут стать причиной их неправильного функциониро­вания. К таким явлениям относятся пере­ходные значения сопротивления в контактных соединениях, шумы активных и пассив­ных элементов, дрейф параметров элемен­тов, разброс времени коммутации в логических устройствах, исчезновения сиг­налов при передаче, явления отражения волн в линиях, вибрации и микрофонный эффект в контактах, пьезоэлектрические смещения зарядов при сжатии и изгибах изоляции, а также контактные напряжения, схемо и термоэлектрические эффекты в точках соединения проводников из различ­ных материалов.

Наконец, два следующих вида воздей­ствий должны рассматриваться в особых ситуациях:

· электромагнитные импульсы ядерных взрывов;

· магнитное поле Земли при аномаль­ных явлениях на поверхности Солнца.

На рис. 1.1 изображены некоторые источ­ники воздействий из отмеченных выше на электростанциях и подстанциях высокого напряжения.

Основные типы и возможные диапа­зоны значений электромагнитных помех.

Помехи, создаваемые источниками элект­ромагнитных возмущений, могут возникать в виде как периодически появляющихся, так и случайно распределенных во времени величин. В обоих случаях речь может идти как об узкополосных, так и о широкополос­ных процессах. При систематизации в пер­вом приближении, несмотря на бесконеч­ное разнообразие вариантов, выделяют четыре типа помех.

Характерные примеры помех приведе­ны в табл. 1.1, а именно: синусоидальные (например, постоянно действующие перио­дические узкополосные помехи в форме переменного напряжения частотой 50 Гц или больше), прямоугольные, периодиче­ские затухающие однократные импульсы и одиночные импульсы, образованные двумя экспонентами.

Помехи, возникающие в автоматиче­ских и автоматизированных системах тех­нологического управления электротехни­ческими объектами, могут рассматриваться как синфазные или противофазные напря­жения (рис. 1.2).

Таблица 1.1. Разновидности электромагнитных помех

Периодические помехи	Непериодические, случайные помехи
узкополосные	широкополосные	узкополосные	широкополосные
Временная область, изменение помех во времени
Частотная область, амплитудные спектры

Рис. 1.1. Источники электромагнитных воздействий на электрических станциях и подстанциях:

1 – молния; 2 – переключения и КЗ в сети; 3 – переключения и КЗ в сети среднего напряжения (СН); 4 – переключения и КЗ в сети НН; 5 – внешние источники радиочастотных излучений; 6 – внутренние источники радиочастотных излучений; 7 – разряды статического электричества; 8 – источники кондуктивных помех по цепям питания

Рис. 1.2. Помехи, связанные с передачей сигналов по линии:

- паразитные емкости относительно заземленного корпуса; - источник противофазных помех; - источник синфазных помех; - полные сопротивления источника и приемника помех; - синфаз­ные токи; - противофазный ток; - синфазные напряжения помех; - противофазное напряжение помех

Противофазные напряжения электро­магнитных помех (поперечные, симмет­ричные) возникают между проводами двух­проводной линии (на рис. 1.2). Они накла­дываются непосредственно на полезные сигналы в сигнальных цепях или на напря­жение питания в цепях электроснабжения; воздействуют на линейную изоляцию между проводами и могут быть восприняты как полезные сигналы в цепях автоматических и автоматизированных систем технологи­ческого управления на электрических стан­циях и подстанциях и тем самым вызвать ошибочное их функционирование.

Противофазные напряжения помех воз­никают в цепях автоматических и автома­тизированных систем технологического управления через гальванические или поле­вые связи или появляются из синфазных напряжений помех в системах, несиммет­ричных относительно земли.

Синфазные напряжения электромаг­нитных помех (несимметричные, продоль­ные напряжения) возникают между каж­дым проводом и землей (на рис. 1.2) и воздействуют на изоляцию проводов от­носительно земли.

Синфазные помехи обусловлены глав­ным образом разностью потенциалов в цепях заземления устройства, например, между точками 1 и 2 на рис. 1.2, вызванной

токами в земле (токи КЗ или токи молнии). Они также могут возникать в результате воздействия магнитных полей.

Параметры помех в зависимости от электромагнитной обстановки на энерго­объекте, могут изменяться в очень широ­ком диапазоне (табл. 1.2).

Способы описания и основные пара­метры помех. Помехи можно представить и описать как во временной, так и в частот­ной области. Рассмотрим систему из двух контуров, имеющих гальваническую, ем­костную или индуктивную связь (рис. 1.3). В первичном (влияющем) контуре возни­кает помеха, которая передается во вторич­ный (подверженный влиянию) контур.

Важнейшими параметрами периодиче­ских помех являются частота и амплитуда помехи в первичном контуре; эти параметры определяют амплитуду напряже­ния помехи во вторичных контурах.

Важнейшими параметрами непериоди­ческих помех являются:

скорость изменения (скорость нарастания или спада) помехи ; она определяет максимальное напряжение помехи во вторичной цепи;

· изменение времени , или интервал времени, в течение которого, например, помеха имеет максимальную скорость изме­нения амплитуды; этот интервал идентичен длительности действия напряжения помехи во вторичной цепи;

· максимальное значение изменения амплитуды , пропорциональное интегралу напряжения помехи вторичной цепи по времени (площади импульса помехи).

Таблица 1.2. Возможные диапазоны значений параметров помех

Параметр	Обозначение	Значение
Частота, Гц		0-10^10
Максимальное значение напряжения, В		10^-6-10^6
Скорость изменения напряжения, В/с		0-10^12
Напряженность электрического поля, В/м		0-10^5
Максимальное значение тока, А		10^-9-10^5
Скорость изменения тока, А/с		0-10^11
Напряженность магнитного поля, А/м		10^-6-10^8
Время нарастания импульса, с		10^-9-10^-2
Длительность импульса, с		10^-8-10
Энергия импульса, Дж		10^-9-10^7

Рис. 1.3. К определению параметров периодических (а) н непериодических переходных (б) помех:

- приемник сигналов; - источник сигналов; - помеха (напряжение или ток); - максимальное напряжение помехи, обусловленное связью; 1 - влияющий контур; 2 - гальваническая, емкостная или индук­тивная связь; 3 - контур, подверженный влиянию

Для взаимосвязанного представления этих величин используют при периодиче­ских помехах амплитудный спектр, а при импульсных спектр амплитудной плот­ности (см. табл. 1.1). Применительно к рас­сматриваемой (измеряемой) помехе оба представления позволяют:

· оценить воздействие помехи на узко­полосную систему;

· рассчитать воздействие, обусловлен­ное заданной связью;

· выбрать параметры средств подавле­ния помех, например фильтров;

· определить граничные области, например, максимально возможного или допус­тимого излучения помех или охарактеризо­вать границы помехоустойчивости;

· получить представление о парамет­рах воздействий при испытаниях согласно нормам ЭМС.

Для количественной оценки величин, характеризующих ЭМС, пользуются лога­рифмическими масштабами электрических величин в безразмерных единицах, что позволяет наглядно представить соотношение величин, отличающихся на много порядков, а также умножать значения этих величин простым сложением их логарифмов. Разли­чают два вида логарифмических относи­тельных величин: уровень и меру сигнала.

Уровень — логарифм относительной величины с постоянной базой — знамена­телем. Понятием «уровень» можно описы­вать значения помех (напряжения, тока, напряженности полей помех и т.п.). В качестве базового значения напряжения часто принимают мкВ. Логарифм относительного напряжения называют уров­нем напряжения. При применении десяти­чного логарифма справедливы следующие выражения для уровней, дБ;

напряжения

при мкВ;

тока

при мкА;

напряженности электрического поля

при мкВ/м;

напряженности магнитного поля

при мкА/м;

мощности

.

Уровень сигнала является безразмер­ной величиной. Физическая природа опи­сываемых величин подчеркивается приня­тыми для них обозначениями, такими как а размерность базовой величины указывается в индексе или в скобках, например дБ (мкВ), дБ (мкА) и т.д.

Мера сигнала — логарифм отношения величин для обозначения измеряемых свойств объекта (степени передачи, коэф­фициентов усиления, ослабления). При этом используют отношение величин на входе и выходе системы или отношение величин в определенной точке при наличии и отсутствии демпфирующего элемента (фильтра, экрана). Например, коэффици­ент затухания , дБ, вносимого фильтром, выражают с помощью десятичного логарифма отношения :

;

при наличии экрана

.

Здесь и - напряжения помех на входе с фильтром и без фильтра, а , и - воздействующие на прибор напря­женности электрического поля без экрана и с экраном соответственно.

С помощью натурального логарифма можно выразить отношение величин в неперах, например:

для напряжения

(1 Нп соответствует соотношению , а для энергетических величин — соотноше­нию );

для мощности

.

Между непером и децибелом сущест­вуют соотношения

дБ,

или

1 Нп = 8,686 дБ и 1 дБ = 0,115 Нп.

Понятие «помехоподавление» характе­ризует степень защитного действия средств зашиты от помех, и чаще всего оно дается в зависимости от частоты. Помехоподавле­ние характеризуют, например, логарифмом отношения напряжений на входе и выходе фильтра (коэффициент затухания ) или напряженности поля перед экраном и за ним (коэффициент экранирова­ния ): .

Дата добавления: 2014-01-06