Оптимизация заземляющего устройства

Улучшение ЭМО

Периодичность проведения работ по определению ЭМО

Испытание аппаратуры АСТУ на помехоустойчивость

При проектировании АСТУ выбор устройств осуществляется с учетом ЭМО в местах их установки. Уровни испытательных воздействий (степень жесткости испытаний) должны быть равны или должны превышать наибольшие возможные уровни помех.

Испытание устройств АСТУ на устойчивость к ЭМП производится в соответствии с ГОСТ 29280-92: «Испытания на помехоустойчивость. Общие положения». В этом базовом нормативно-техническим документом в области ЭМС рассмотрены практически все виды испытаний.

Методика отдельных видов испытаний более подробно изложена в серии ГОСТ Р 51317.4, а также МЭК 255.

Устройства АСТУ подвергаются следующим видам испытаний:

1. Испытание электрической прочности изоляции устройств РЗА напряжением промышленной частоты в установившемся режиме.

2. Испытание изоляции устройств импульсным напряжением.

3. Испытание на устойчивость к затухающим колебаниям синфазного и противофазного напряжений частотой 0,1 и 1 МГц.

4. Испытание на устойчивость к излучаемым радиочастотным электромагнитным полям.

5. Испытание на помехоустойчивость к разрядам статического электричества.

6. Испытание на помехоустойчивость к магнитным полям промышленной частоты.

7. Испытание на помехоустойчивость к импульсному магнитному полю.

8. Испытание на устойчивость к помехам в цепях питания АСТУ постоянного и переменного тока.

1. Определение ЭМО проводят на вновь строящихся объектах при пусконаладочных работах.

2. При техническом перевооружении действующих объектов.

3. При эксплуатации энергообъекта проверку ЭМО проводят со следующей периодичностью:

– при штатной работе – не реже 1 раза в 12 лет;

– внепланово – в случаях неправильной работы или повреждения устройств АСТУ из-за воздействия ЭМП.

Лекция 4

Оценка ЭМО не является самоцелью. По ее результатам разрабатываются и осуществляются различные защитные мероприятия. Рассмотрим кратко основные из них.

ЗУ, спроектированные по требованиям электробезопасности, не всегда удовлетворяют требованиям ЭМС. Кроме того в процессе эксплуатации вследствие коррозии, повреждения и других факторов его характеристики ухудшаются. В связи с этим для обеспечение требований ЭМС во многих случаях необходима его модернизация и оптимизация.

Модернизация ЗУ по условиям ЭМС обычно направлена на снижение разностей потенциалов, которые могут возникнуть в пределах территории объекта при КЗ и молниевых разрядах и оказаться приложенными к изоляции вторичных цепей и (или) входам аппаратуры. Чем больше территория объекта и чем больше ожидаемые значения токов КЗ, тем сложнее обеспечить эффективное выравнивание потенциалов на всей его территории.

В некоторых случаях мероприятия по модернизации ЗУ направлены на предотвращение протекания значительных частей тока КЗ или молнии по кабельным каналам, лоткам, тоннелям и трубопроводам путем «шунтирования» указанных путей протекания тока или, напротив, удаления заземлителей, по которым происходит растекание тока в сторону указанных конструкций.

Модернизация и оптимизация включает следующие основные мероприятия:

· восстановление поврежденных и прокладку недостающих заземляющих электродов с целью снижения потенциалов при КЗ и грозовом разряде;

· установка вертикальных заземлителей для устройств грозозащиты, разрядников и ОПН;

· приведение систем заземления и выравнивания потенциалов в зданиях и помещениях УС в соответствие с современными требованиями;

· обеспечение растекания тока молнии на безопасном расстоянии от цепей питания и связи, а также мест расположения аппаратуры;

· разделение заземляющих проводников для информационной техники и устройств, способных нести значительные помехи, например, вводов кабелей с мачт радиосвязи;

· разрыв ненужных связей (например, между элементами грозозащиты и фильтрами присоединения ВЧ-связи, кабельными каналами и т.п.).

Обеспечение правильной прокладки вторичных цепей по условиям ЭМС:

• раздельная прокладка информационных и силовых цепей;

· экранирование вторичных цепей (с двух- или односторонним заземлением экранов в зависимости от условий на объекте), что позволяет снизить уровень помех, наводимых в них токами и напряжениями в первичной сети, элементах заземляющего устройства и т.п.

• применение информационных кабелей с высокой степенью симметрии («витая пара»);
• прокладка трасс кабелей в обход областей с высокими уровнями электромагнитных полей;
• применение барьерных заземлителей, шин выравнивания потенциала и т.п.;
• использование (там, где это оправдано) гальванической развязки.

Ее задачей является подавление помех, обусловленных разностью потенциалов между разными заземлителями. Гальваническая развязка может быть выполнена на оптических кабелях, оптронах, разделительных (изолирующих) трансформаторах.

Оптимизацию систем питания:

• разделение цепей заземления и нуля (переход с системы TN-C на системы TN-S и TN-C-S);
• уменьшение токов утечки (позволяет снизить уровень магнитных полей и низкочастотных наводок на кабели связи);
• установка стабилизаторов, разделительных трансформаторов и устройств резервирования питания;
• использование вторичных источников (ИБП, выпрямителей) с высокой помехоустойчивостью;
• организация защищенной подсети для устройств связи, АСУ и т.п. (например, отдельная фаза через стабилизатор).

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

В последнее время все интенсивнее стали применяться устройства подавления импульсных перенапряжений в цепях питания и обмена информацией. УЗИП для низковольтных цепей являются аналогом высоковольтных разрядников и ОПН и являются весьма эффективными средствами подавления импульсных помех. Обычно используют твердотельные рабочие элементы (варисторные сборки или стабилитроны) и разрядники. Такие устройства выполняются на базе силовых элементов с сильно нелинейной вольт-амперной характеристикой: разрядников, варисторов, стабилитронов и т.п. Принцип их действия основан на скачкообразном снижении сопротивления активного элемента под действием перенапряжения.

При срабатывании разрядников возникает искажение формы кривых напряжения и тока, поэтому необходим анализ их применение в информационных цепях энергообъектов, в частности, в цепях измерительных трансформаторов. Это делает проблематичным применение разрядников.

Для максимально эффективного подавления помех целесообразно использовать принцип зонной защиты. Он заключается в установке защитных устройств в несколько каскадов, каждый из которых рассеивает некоторую часть энергии импульсных помех. В результате амплитуда помех снижается до уровней, безопасных для аппаратуры, даже не предназначавшейся специально для размещения на энергообъектах.

Экранирование чувствительной аппаратуры и вторичных цепей

Объекты электроэнергетики характеризуются наличием весьма интенсивных электрических полей от высоковольтных источников и возможностью возникновения значительных магнитных полей при КЗ, ударах молнии и т.д.

Экранирование осуществляется с помощью магнитных, электромагнитных и электростатических экранов и используется для уменьшения проникновения поля в определенную область пространства. Может применяться какдля источников, так и для рецепторов электромагнитных полей.

Магнитный экран выполняется из ферромагнитных материалов с высокой магнитной проводимостью. Принцип его действия основан на снижении сопротивления магнитному потоку. При этом уменьшается проникновение магнитного поля во внешнюю относительно источника и экрана область. Магнитные экраны используются как для постоянных, так и для переменных магнитных полей.

Электромагнитный экран выполняется из материалов с высокой электрической проводимостью и применяется для экранирования переменных магнитных полей. Принцип его действия основан на том, что магнитное поле возбуждаемых в экране вихревых токов оказывает компенсирующее действие на поле источника.

При высоком уровне магнитных полей аппаратуру размещают в экранирующих шкафах специальной конструкции, в частности, цельнометаллических.

Электростатический экран выполняется из проводящих ток материалов, обычно из металлов. Принцип его действия основан на том, что электрическое поле источника индуцирует на поверхности экрана заряды, поле которых компенсирует поле источника во внешней относительно источника и экрана области. Электростатические экраны используются как для постоянных, так и для переменных электрических полей и применяются в электроэнергетике наиболее широко. Например, для уменьшения электрического поля на определенных участках под проводами воздушных ЛЭП натягивают металлические тросы, заземленные по концам.

Метод активной компенсации преимущественно используется для снижения уровня магнитных полей. Его сущность состоит в том, что снижение уровня поля в заданной области пространства достигается путем компенсации поля источника полем специального компенсирующего устройства.

Методы взаимной компенсации может использоваться для снижения уровня как магнитных, так и электрических полей. Его сущность заключается в компенсации поля одного источника полем другого преимущественно однотипного источника. Например, путем оптимальной фазировки можно значительно уменьшить внешнее электрическое и магнитное поле двухцепных ЛЭП.

Описанными методами не исчерпывается все разнообразие решений, направленных на снижение уровней помех, воздействующих на аппаратуру. Применяется также и другие методы: фильтрация помех, стабилизация напряжения питания аппаратуры, применение антистатических покрытий и др. Основной задачей является их грамотное сочетание, позволяющее достигнуть требуемого результата с максимальной надежностью и эффективностью.

Специфика энергетических и промышленных объектов, как правило, такова, что уровень действующих на аппаратуру помех не может быть снижен до очень малых значений без больших капитальных затрат. Поэтому для всей микропроцессорной аппаратуры, влияющей на безопасность и надежность работы объекта, должен обеспечиваться высокий уровень собственной устойчивости к помехам. Это подразумевает проведение в рамках сертификации и (или) экспертной оценки испытаний на ЭМС, причем со степенями жесткости, отражающими специфические требования электроэнергетики.

Лекция 5

Показатели и нормы качества электрической энергии
в системах электроснабжения

Общие положения. Область применения ГОСТ 13109-97.

Качество электрической энергии определяется совокупностью характеристик, обеспечивающих нормальную работу и функционирование электроприемников. Согласно статье 542 Гражданского кодекса качество электроэнергии должно соответствовать требованиям государственных стандартов и иным обязательным правилам или договорам энергоснабжения.

В соответствии со статьей 7 Закона РФ «О защите прав потребителей» и постановлением Правительства РФ №1013 от 13.08.1997 г. электрическая энергия подлежит обязательной сертификации по показателям качества, установленным ГОСТ 13109–97.

ГОСТ 13109–97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» устанавливает показатели и нормы качества электроэнергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках общего присоединения.

Точкой общего присоединения называется точка электрической сети общего назначения, электрически ближайшая к сетям рассматриваемого потребителя (входным устройствам рассматриваемого электроприемника), к которой присоединены или могут быть присоединены электрические сети других потребителей (входные устройства других приемников).

Указанные нормы позволяют снизить уровень кондуктивных помех до значений, обеспечивающих электромагнитную совместимость электрических сетей энергоснабжающих организаций и сетей потребителей, или электроприемников.

Стандартом не устанавливаются нормы качества электроэнергии для режимов, вызванных форс-мажорными обстоятельствами (исключительными погодными условиями, стихийными бедствиями и др.).

Требования стандарта не распространяются на электрические сети специального назначения (контактные, тяговые, связи), сети передвижных установок (поездов, судов, самолетов) и др.

Нормы стандарта должны применяться при проектировании и эксплуатации электрических сетей, при установлении уровней помехоустойчивости электроприемников и уровней электромагнитных помех, вносимыми этими приемниками в электрическую сеть, к которой они присоединены.

Отличие ГОСТ 13109-97 от предыдущих ГОСТов на качество электроэнергии

Исследование проблем качества ЭЭ было начато в 60-е годы рядом ученых (А.А. Федоров, Л.А. Солдаткина, Н.С. Маркушевич, И.В. Жежеленко, В.И. Иванов и др.). Проведенные ими исследования показали, что возможны различные отклонения качества питающего напряжения от декларируемого: изменения по величине, провалы и скачки, несинусоидальность формы кривой и др. Такие отклонения вредно отражаются на работе многих приемников, в особенности средств вычислительной техники, электроники и автоматики. В связи с этим возникает необходимость в установлении (? – плохой термин!) определенных показателей качества ЭЭ и их нормирования.

В 1967 году впервые был принят ГОСТ 13109-67 «Нормы качества электрической энергии». Этот ГОСТ рассматривал частоту и напряжение как основные показатели качества электроэнергии.

В 1979 году вышли «Приложения к ГОСТу 13109-67», которые уточняли отдельные нормативы и положения.

В 1989 году был введен новый ГОСТ 13109-87, так как ГОСТ 1967 г. в большой степени носил декларативный характер, не давал конкретных способов определения соответствия нормам показателей качества электроэнергии. В ГОСТе 1987 года были сделаны попытки приведения показателей качества электроэнергии к конкретным точкам сети, привязывая их к уровням системы электроснабжения.

С 1 января 1999 г. в действие был введен новый ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», согласно которому показатели качества ЭЭ определялись как вероятностные значения. В соответствии с ГОСТ 13109-97 все показатели качества ЭЭ определяются на двух уровнях: нормально допустимые и предельно допустимые. Причем 95% всех значений за установленный период измерений должны входить в нормально допустимый интервал, а 5% значений показатели качества ЭЭ могут быть выше, но не превосходить максимально допустимые значения. В ГОСТе 1997 г. приводится новая трактовка таких показателей качества ЭЭ, как отклонение и колебание напряжения, и введен новый показатель – временное перенапряжение.

Использование этого ГОСТа позволяет организовать измерительный процесс для контроля показателей качества ЭЭ в практических условиях. Здесь даются алгоритмы измерений – место, период и частота измерений для каждого показателя качества ЭЭ. В новом ГОСТе приводятся новые названия некоторых контролируемых показателей по колебаниям и несинусоидальности напряжений.

Нормы качества электрической энергии

(по ГОСТ 13109–97)

Стандартом установлены показатели и нормы качества электроэнергии, указанные в таблице, а также некоторые вспомогательные показатели.

Характеристика напряжения	Показатели качества электроэнергии	Нормы КЭ (пункты стандарта)
Нормально допустимые	Предельно допустимые
Отклонение напряжения	Установившееся отклонение напряжения d U у, %	±5	±10
Колебания напряжения	Размах изменения напряжения d Ut, %	–	Кривые 1, 2 на рис. 1 (5.3.1) (5.3.2)
Доза фликера (отн. единицы)	Кратковременная PSt	–	1,38; 1,0 (5.3.3, 5.3.4)
Длительная PLt	–	1,0; 0,74 (5.3.3, 5.3.4)
Несинусоидальность напряжения	Коэффициент искажения синусоидальности напряжения kU, %	По табл. 1 (5.4.1)	По табл. 1 (5.4.1)
Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения kU ( n ), %	По табл. 2 (5.4.2)	По табл. 2 (5.4.2)
Несимметрия трехфазной системы напряжений	Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности k 2 U, %	2 (5.5.1)	4 (5.5.1)
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности k 0 U, %	2 (5.5.2))	4 (5.5.2)
Отклонение частоты	Отклонение частоты D f, Гц	±0,2 (5.6.1)	±0,4 (5.6.2)
Провал напряжения	Длительность провала напряжения D t п, с	–	30 (5.7.1)
Импульс напряжения	Импульсное напряжение U имп, кВ	–	–
Временное перенапряжение	Коэффициент временного перенапряжения k пер U, (относ. единицы)	–	–

Нормы качества ЭЭ определяют допустимый уровень кондуктивных помех в системе электроснабжения. Если показатели качества электроэнергии не соответствуют нормам стандарта, может иметь место электромагнитная несовместимость системы электроснабжения с подключенными к ней техническими средствами.

Дата добавления: 2014-01-11