Природа возникновения и уровни помех на электростанциях

Основные причины и источники воз­никновения помех. Проблемы ЭМС на электростанциях по сравнению с ПС имеют меньшую остроту. Среди основных причин можно назвать большие расстояния между оборудованием высокого и низкого напряжений и наличие лучшего контура заземления.

В частности, удары молнии и коммута­ционные операции на РУ высокого напря­жения электростанции в очень редких слу­чаях могут становиться источниками помех на самой станции, между тем они могут быть причиной серьезных воздействий на ПС высокого напряжения.

Однако в отличие от подстанций, на электростанциях более часты случаи рас­положения чувствительного оборудования на обоих концах кабелей (например, элект­ронные многофункциональные датчики на одном конце, аппаратура — на другом), что повышает требования к прокладке кабелей и выполнению их экранов.

Далее сделаем обзор основных источни­ков возмущений на электрических станциях.

Максимальные токи КЗ в распредели­тельных сетях среднего и низкого напряже­ния обычно составляют 10—20 кА. Однако на шинах генераторного напряжения токи КЗ могут достигать порядка 100 кА (при этом при двухстороннем питании токи КЗ от двух источников суммируются).

Очевидно, что сетка заземлителя вблизи генераторов или трансформаторов должна усиливаться в целях удовлетворения требо­ваний электробезопасности. В частности, это означает что ток возмущения возвра­тится к источнику по наиболее короткому пути и не будет оказывать воздействия на цепи, не находящиеся в непосредственной близости от места КЗ.

Однако следует позаботиться об ограни­чении токов, протекание которых возможно по экранам кабелей, присоединенных к этому оборудованию. Это может быть осу­ществлено при помощи прокладки допол­нительного проводника или применения кабельного лотка.

Последствия удара молнии в электро­станцию сильно зависят от точки удара. Если внешняя молниезащита основного здания была выполнена правильно, то не следует ожидать значительных уровней возмущений во внутренней проводке.

Ситуация предстает в немного другом свете, если удар молнии происходит в уда­ленную часть электростанции, располо­женную не на основной части контура заземления. В этой ситуации возможно воз­никновения значительного подъема потен­циала заземлителя и воздействие его на некоторые специфические цепи

Наличие на электростанциях многих цепей регулирования мощности, устройств изменения частоты вращения и другого оборудования делает более высокой веро­ятность возникновения кратковременных повторяющихся возмущений. По этой при­чине необходимо обращать особое внима­ние на прокладку чувствительных цепей (емкостная и индуктивная связь) и на фильтрацию в силовых цепях (связь через общее полное сопротивление).

Рис. 10.24. Пример расположения лотков для прокладки кабелей различных типов. Лотки должны быть гальванически связаны с заземленными вертикальными рейками

В частности, использование раздельных кабельных лотков для кабелей, по которым передаются сигналы различных типов - это хороший способ избежать таких помех, улучшить сеть заземления (рис. 10.24).

Портативные радиопередатчики на ПС являются сложно определяемыми источни­ками помех, так как они могут присутство­вать в любом месте и быть никак не связан­ными с типом электромагнитными окру­жения.

Стационарные радиоустановки, подоб­ные пейджинговым системам, иногда могут оказывать влияние на нормальную работу аппаратуры, если антенна установлена вблизи цепей с сигналами низкого уровня.

Маловероятно, чтобы создаваемые ими поля радиочастотного диапазона оказывали непосредственное влияние на отдельные элементы аппаратуры, например интег­ральные схемы, транзисторы, диоды и т.п., однако они будут оказывать влияние на раз­личные проводники, а наводимые напряже­ния и токи будут нежелательно воздействовать на электронные модули и оборудование, среди которых можно назвать:

· датчики температуры (искажение входных данных);

· системы управления (ложные срабатывания);

· передатчики сигналов (выдача сигна­лов неправильного уровня);

· электронные источники питания (нару­шение стабильности уровня напряжения).

В большинстве аппаратов рабочие сиг­налы представляют собой сигналы посто­янного или переменного токов низкой час­тоты, а диапазон воздействующих РЧ-помех не совпадает с их рабочим диапазо­ном. Однако наведенные помехи РУ-диапазона могут оказывать нежелательное воз­действие посредством различных механиз­мов связи. Может иметь место:

· перегрузка усилителей с большим коэффициентом усиления;

· выпрямление напряжения РЧ-диапазона нелинейными элементами (например, полупроводниковым переходом) и последу­ющее создание помехи в виде выпрямлен­ного напряжения или тока;

· демодуляция модулированного сиг­нала на полупроводниковом переходе и последующее создание напряжения помехи низкой частоты;

· кратковременные воздействия при включении или выключении передатчика.

Поля РЧ-диапазона от локальных пере­датчиков могут проникать в пределы кор­пуса оборудования с очень небольшим зату­ханием, если корпус выполнен не из металла или если размеры отверстий превы­шают 1/10 часть длины волны в металличе­ском корпусе или если боковые стенки металлического корпуса имеют плохой кон­такт друг с другом.

Проникновение полей РЧ-диапазона в аппаратуру через сигнальные кабели явля­ется преобладающим видом воздействия во многих подверженных помехам установках, так как воздействие осуществляется на наи­более чувствительные порты системы. В частности, это справедливо, если исполь­зуются сигналы низкого уровня без филь­трации или промежуточного преобразова­ния входного сигнала. Даже в случае с сим­метричными усилителями, когда наводка РЧ-диапазона является синфазной помехой, помеха все равно может иметь место, так как ослабление синфазной помехи актив­ного устройства обычно уменьшается на высоких частотах и/или при высоких уров­нях снижаемых синфазных напряжений.

К счастью, кабели общего применения для аппаратуры обычно выполнены из диэлектрических материалов, имеющих значительные потерн на ОВЧ и УВЧ, вследствие чего в них происходит сущест­венное затухание на этих частотах. Затуха­ние в проводнике кабеля длиной 10 м на частоте 30 МГц может составить 10 дБ, на частоте 100 МГц - 20 дБ и на частоте 400 МГц - около 60 дБ. По этой причине, а также благодаря наличию металлических корпусов и других экранирующих элемен­тов место и зона действия излучаемых полей в общем случае будут определяе­мыми, а помехи - незначительными.

Однако для рассматриваемого часто­тного диапазона (до 470 МГц) большинство проводников заземления, связанных с элект­ронным оборудованием, являются электри­чески длинными. В частности, везде, где соединение между экранами кабеля и корпу­сами оборудования выполнено не коаксиально (по периметру), существует вероят­ность возникновения помехи.

В подобной ситуации находятся цепи датчиков (например, датчиков давления), подключенных к оборудованию сигналь­ными цепями на 4-20 мА и с удаленным питанием постоянным током. Наведенные в обмотках датчика напряжения порядка нескольких вольт могут с легкостью выз­вать срабатывание преобразователя и изме­нить значение постоянного тока в цепи.

Следует отметить, что некоторые серво­приводы также очень чувствительны к помехам подобного рода. По указанным причинам максимально допустимая мощ­ность ручных радиопередатчиков ограни­чена уровнем 200 мВт или еще меньше (на атомных электростанциях), а в некоторых странах они полностью запрещены.

Другие источники воздействий. Среди других возможных источников помех сле­дует отметить электросварку, которая, подобно КЗ на частоте 50/60 Гц, может вызывать протекание значительных токов по сети заземления. Однако вопреки широко распространенному мнению решением проблемы является выполнение сети зазем­ления в виде многократно замкнутой, а не радиальной сети для создания кратчайшего пути возврата тока источника возмущения и снижения вероятности возникновения связи через общее полное сопротивление.

Кроме НЧ-помех данного типа, свароч­ные системы вследствие возникновения ВЧ-колебаний при работе сварочных пис­толетов плазменного типа могут являться источниками излучения.

Излучение радара находится на самом конце спектрального диапазона помех.

Так как электростанции обычно распола­гаются вблизи загруженных водных путей, вероятность воздействия радаров на элект­ронное оборудование ПС не так уж мала.

Хотя нам не известно о случаях воз­действия помех такого типа на оборудова­ние электростанций, на практике встреча­ются случаи возникновения помех от работы микроволновых радиосистем, свя­занные с прохождением судов по водным артериям вблизи объектов.

Уровни испытательных воздействий на оборудование ЭС и ПС. В §10.2 и 10.4 сформулированы основные положения, касающиеся прокладки кабелей и связанные с этим способы снижения помех, на основе описаний источников помех, приведенных в гл. 3, и путей передачи помех на воспри­имчивые к ним цепи (см. гл. 2).

Ранее были проанализированы возмож­ные уровни возмущений в цепях различ­ных типов.

Настоящий раздел является естествен­ным продолжением предыдущих в части попыток оценить максимальный уровень возмущении, воздействующих на оборудо­вание, и сопоставить его с испытатель­ными воздействиями.

Электромагнитная обстановка зависит от природы возмущении, механизмов их передачи, места расположения оборудова­ния и способов его подключения к другим устройствам.

По указанным причинам информацион­ная связь между оборудованием осущест­вляется при помощи портов. Дать точные значения ожидаемых уровнен помех невоз­можно вследствие наличия огромного числа влияющих факторов. По этим причи­нам уровни помех делятся на несколько классов, после чего становится возможным создание спецификации на тесты по поме­хозащищенности.

Нормы ГОСТ выделяют четыре класса ЭМО окружающей среды.

В соответствии с рекомендациями МЭК, можно выделить пять (или шесть) классов ЭМО от 0 класса (очень хорошо защищен­ного от помех объекта) до 4 класса (объект подвергается многим возмущениям) или даже специального класса X.

Помехи на сигнальных портах оборудо­вания подразделяются на четыре класса (см. рис. 10.1 и 10.2 и табл. 10.3).

В данной классификации не учитыва­ется, где установлено само оборудование - на электростанции, подстанции или в дру­гих условиях. Это обусловлено тем, что многие источники кондуктивных помех (молния, быстрые переходные процессы в цепях низкого напряжения) не связаны с конкретным видом установки, а также потому, что методы снижения помех, в общем случае, применяются в условиях, где источники возмущений хорошо изве­стны (например, быстрые переходные про­цессы при коммутациях в цепях высокого напряжения подстанций).

Ранее было сделано допущение о том, что воздействующие на оборудование воз­мущения на ПС высокого напряжения могут быть более сильными, чем в других местах, но при этом не должны зависеть от места расположения оборудования в преде­лах ПС или электростанции.

Таблица 10.3. Классификация сигнальных портов оборудования по уровням воздействующих помех

Класс	Характеристика объекта	Место присоединения порта
А	Защищенный объект	Оборудование, установленное в том же защищенном помещении с применением специальных способов подавления помех
В	Местное воздействие на объект	Имеется другое оборудование, расположенное в том же здании, кроме технологического или расположенного вблизи оборудования высокого напряжения
С	Объект находится в полевых условиях	Имеется другое оборудование, расположенное в пределах того же контура заземления, кроме оборудования высокого напряжения
D	Оборудование высокого напряжения	Имеется оборудование высокого напряжения, сеть связи или оборудование, расположенное на другом контуре заземления

Кроме того, предполагалось, что для цепей питания, по сравнению с другими цепями, ЭМО явля­ется более сложной, но, опять же, не дела­лось никаких различий относительно места расположения установки, так как предпо­лагалось, что для всего оборудования уста­новки система электропитания общая.

Для получения общего представления о вероятных уровнях помех ниже приводятся некоторые типовые испытательные воз­действия, используемые при сертифика­ции оборудования (табл. 10.4—10.6).

Приводимые данные включают в себя некоторый запас по отношению к действительному уровню помехоустойчивости не только потому, что они являются тесто­выми величинами, но и потому, что их выбор основан на допущении того, что часто используется минимальный набор методов снижения помех.

Также важно не путать классификацию электромагнитной обстановки, относящу­юся к оборудованию (входным/выходным цепям), с уровнями воздействий при испы­таниях на устойчивость к условиям среды, которые для каждой цепи в разных тестах могут отличаться друг от друга.

Таблица 10.4. Уровни воздействий при типовых испытаниях сигнальных входных/выходных цепей

Класс	Переменное напряжение частотой 50/60 Гц, В	Грозовой импульс, кВ	Напряжения, вызванные колебательными переходными процессами, кВ	Напряжения, вызванные быстрыми переходными процессами, кВ	Радиочастотные напряжения, В
В			-
С
D			2,5

Таблица 10.5. Уровни воздействий при типовых испытаниях силовых цепей питания переменным и постоянным током

Объект	Грозовой импульс, кВ	Напряжения, вызванные колебательными переходными процессами, кВ	Напряжения, вызванные быстрыми переходными процессами, кВ	Радиочастотные напряжения, В	Перерывы электропитания, с
Электростанции					Переменный ток-0,1
ПС высокого напряжения		2,5			Постоянный ток-0,05

Таблица 10.6. Уровни воздействий при типовых испытаниях экранирующих свойств корпуса оборудования

Объект	Напряженность магнитного поля частотой 50/60 Гц при переходных процессах, А/м	Напряженность постоянного магнитного поля, А/м	Напряженность ВЧ магнитного поля при переходных процессах, А/м	Напряженность поля радиочастотного диапазона, В/м	Электростатическое напряжение, кВ
Электростанции
ПС высокого напряжения

Дата добавления: 2014-01-06