Разработка эффективных мер снижения помех.

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Электромагнитной совместимостью электротехнических средств является способность этих средств функционировать совместно и одновременно с другими техническими средствами в условиях возможного влияния непреднамеренных электромагнитных помех, не оказывая при этом недопустимых воздействий на другие технические средства.

2. Назвать основные направления реализации электромагнитной совместимости в электроэнергетике.

1) определение электромагнитных помех, создаваемых различными источниками;

2) определение восприимчивости электроприемников и их систем управления к уровню электромагнитных помех;

3) расчет и прогнозирование электромагнитных помех;

Разработка эффективных мер снижения помех.

3. Назвать основные источники электромагнитных шумов и помех, воздействующих на объекты электроэнергетики.

Основными источниками электромагнитных шумов являются [1]:

1) линии электропередачи (ЛЭП) и высоковольтное оборудование электрических станции и подстанций;

2) заземляющие устройства электрических станций и подстанций при стекании с них токов короткого замыкания и токов молний;

3) низковольтное оборудование электрических станции и подстанции;

4) разряд молнии;

5) электростатические разряды;

6) средства связи, теле- и радиопередающие устройства;

Cистемы зажигания двигателей внутреннего сгорания, контактная сеть электротранспорта, щеточно-контактный аппарат вращающихся электрических машин и т. п..

4. Назвать второстепенные источники шумов и дать их краткую характеристику?

В то же время существует группа источников электромагнитных шумов низкого уровня, не представляющих непосредственной опасности для электрооборудования, но в ряде случаев вызывающих отказы или ложную работу средств автоматики и измерений.

Такими второстепенными источниками шумов являются гальванические пары, пьезоэлектрические смещения зарядов в изоляционных материалах и изделиях (трибоэлектрический эффект) и вибрация проводников в магнитном поле.

Гальваническая пара представляет собой контактное соединение, образованное двумя различными (разнородными) металлами. В слаботочной сигнальной цепи при наличии водяных паров и загрязнения в месте соединения металлов возникает электрохимический элемент, ЭДС которого зависит от места расположения металлов, образующих контактное соединение, в гальваническом ряду. Металлы, занимающие места в начале ряда, образуют анод гальванической пары, а металлы в конце ряда – катод.

Пьезоэлектрическое смещение зарядов, под которым понимается накапливание электрических зарядов на диэлектрических элементах многослойных изоляционных изделий и конструкций при их изгибе, может представлять опасность для информационных кабелей. Такой заряд действует как источник напряжения шумов, находящийся внутри кабеля. Для снижения этого эффекта следует избегать резких изгибов кабеля и принимать меры, препятствующие его перемещению.

Перемещение (вибрация ) проводников даже в постоянном магнитном поле вызывает возникновение в нем ЭДС взаимоиндукции. Паразитные магнитные поля, имеющиеся практически в любой точке пространства, при наличии вибрации проводников приводят к возникновению индуцированной ЭДС, что нарушает работу измерительных устройств и устройств автоматики.

5. Классификация э/м шумов и помех.

В зависимости от источника ЭМП: естественные и искусственные. Естественная помеха: электромагнитная помеха, источником которой являются природные физические явления (электромагнитный импульс при ударе молнии). Искус-ственная помеха: электромагнитная помеха, источником которой является устройство, созданное человеком.

В зависимости от среды распространения ЭМП: индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называются ЭМП, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и земле.

Кондуктивные помехи в цепях, имеющих более одного проводника, делят на помехи «провод – земля» и «провод-провод». В первом случае («провод-земля») напряжение помехи приложено, как следует из названия, между каждым из проводников цепи и землей. Во втором - между различными проводниками одной цепи. Обычно самыми опасными для аппаратуры являются помехи «провод-провод», поскольку они оказываются приложенными так же, как и полезный сигнал.

Следующие два способа классификации помех основываются на их спектральных характеристиках. ЭМП делятся на узкополосные и широкополосные. К первым относятся помехи спектр которых близок к линейчатому - максимальный уровень на основной частоте, пики меньшего уровня на частотах гармоник. Такие помехи обычно возникают от систем связи на несущей частоте, систем питания переменным током. Широкополосные помехи обычно проявляются в виде либо отдельных импульсов, либо их последовательности. Спектр периодических широкополосных помех состоит из большого набора пиков на частотах, кратных частоте основного сигнала. Для апериодических помех спектр является непрерывным и описывается спектральной плотностью.

Другой спектральной характеристикой является область частот, в которой лежит основная часть спектра помехи. Условно принято делить все помехи на низкочастотные (5 - 2 кГц) и высокочастотные (с частотой выше 2 кГц). Иногда также вводят понятия радиочастотной помехи (диапазон - от 150 кГц до 1 ГГц) и СВЧ-помехи (порядка нескольких ГГц).

Непрерывная помеха: электромагнитная помеха, уровень которой не уменьшается ниже определенного значения в регламентированном интервале времени.

Кратковременная помеха: электромагнитная помеха, длительность которой, измеренная в регламентированных условиях, меньше некоторой величины, регламентированной для данного технического средства.

Индустриальная помеха: электромагнитная помеха, создаваемая техническими средствами.

Импульсная помеха: электромагнитная помеха в виде одиночного импульса, последовательности или пачки импульсов.

Шумовая помеха: электромагнитная помеха, источником которой является электромагнитный шум.

6. Что называется помехоустойчивостью?

Под помехоустойчивостью понимается способность технических средств противостоять внешним и внутренним электромагнитным помехам, реализуемая за счет выбранной структуры полезного сигнала и принципа построения рецептора. Под рецептором понимается любое техническое устройство, проводные коммуникации, реагирующие как на полезный сигнал, так и на помеху.

7. Что называется помехозащищенностью?

Помехозащищенностью называется способность рецептора противостоять внутренним и внешним электромагнитным помехам, реализуемая за счет схемоконструкторских способов, не изменяющих выбранную структуру полезного сигнала и принцип построения рецептора.

8. Что называется электромагнитным шумом и электромагнитной помехой?

Электромагнитными помехами (ЭМП) являются электрические, магнитные или электромагнитные процессы, создаваемые любыми, в том числе природными, источниками энергии в пространстве или проводящей среде, которые нежелательно влияют или могут влиять на полезный сигнал или электрическую энергию при их передаче, приёме или преобразовании к заданному виду. Другими словами, под помехами понимаются нежелательные или недопустимые эффекты от воздействия шумов. Шум, в свою очередь, можно определить как любой электромагнитный процесс в электрической цепи, отличный от полезного сигнала или основной гармоники электрического тока, передаваемых от источника электроэнергии к потребителю или приемнику.

9. Что называется естественными помехами?

Наиболее распространенными естественными шумами являются мощный электромагнитный импульс и импульсные напряжения на заземленных элементах электроустановок, сопровождающие разряд молнии. К естественным электромагнитным шумам (ЭМШ) также относятся атмосферные, космические шумы и электростатические разряды.

10. Что называется индуктивными помехами?

Для нефункциональных источников создаваемые ими электромагнитные шумы представляют собой побочные эффекты, сопровождающие работу того или иного оборудования. К нефункциональным источникам шумов относятся все проводные коммуникации, создающие электромагнитные поля, коммутационные устройства, импульсные источники питания аппаратуры и т.п.

13. Что называется шумами и помехами функциональных источников?

Функциональными источниками шумов являются такие технические средства, для которых сами шумы являются полезными сигналами. Такими источниками являются передающие устройства радиосвязи и аппаратура, предназначенная для передачи информации по цепям питания.

14. Электромагнитная обстановка на энергетических предприятиях.

Одной из основных сложностей внедрения на объектах электронной, особенно цифровой аппаратуры, является необходимость обеспечения координации ее ЭМС с достаточно жесткой электромагнитной обстановкой (ЭМО).

Под ЭМО понимается совокупность электрических, магнитных и электромагнитных полей, а также токов и напряжений шумов и сигналов, которые влияют или могут влиять на функционирование технических средств, размещенных в рассматриваемой области пространства.

15. Характеристики электромагнитной обстановки на энергообъектах.

Основными характеристиками ЭМО на энергетических объектах являются:

1) потенциалы на элементах заземляющих устройств (ЗУ) при стекании с них токов короткого замыкания и токов молний;

2) наводки (токи и напряжения) на сигнальные цепи и цепи питания при грозовых разрядах;

3) импульсные токи и напряжения в первичных и вторичных цепях при коммутации силового электрооборудования;

4) магнитная индукция и напряженности импульсных магнитных и элек-трических полей, сопутствующих коммутации силового электрообору-дования;

5) высокочастотные токи и напряжения во вторичных цепях при коммутации электрооборудования малой мощности (контакторы, реле, щеточно-контактный аппарат вращающихся электрических машин и т.п.);

6) напряженности и магнитная индукция высокочастотных, соответственно электрических и магнитных полей, сопутствующих коммутации электрооборудования малой мощности;

7) магнитная индукция и напряженности магнитных и электрических по-лей промышленной частоты при штатных и аварийных режимах работы силового электрооборудования;

8) провалы, прерывания и выбросы напряжения при коммутации мощных потребителей;

9) магнитная индукция и напряженности высокочастотных магнитных и электрических полей, создаваемых мощными полупроводниковыми выпрямителями, конверторами, антенными устройствами радиопередатчиков;

Экранирование является конструкторским средством ослабления помехонесущего поля в пределах определенного пространства, предназначенным для повышения помехозащищенности в целях обеспечения ЭМС технических средств и систем.

19. Основные характеристики экранирования

Конструкции, при помощи которых достигается уменьшение уровня мешающих полей, называются экранами. Экраны обычно представляют собой сплошные или плетеные оболочки из магнитного или немагнитного электропроводящего материала, внутри которых размещаются как информационные или силовые линии, так и отдельные элементы, узлы и блоки аппаратуры, а в некоторых случаях и целые электроустановки, являющиеся источниками или рецепторами электромагнитных шумов и помех.

21. Экранирование электрического поля.

Механизм влияния помехонесущего поля на объекты электроэнергетики определяется соотношением расстояния r от источника помех до рецептора и длины излучаемой волны l. На расстоянии , называемом ближней зоной, поле еще не сформировалось в плоскую волну и представляет собой преимущественно поле магнитной индукции Н, если в источнике помех проходит большой ток при относительно малом напряжении, или поле электрической индукции Е, если в источнике генерируется незначительный ток при относительно высоком напряжении. Термин «преимущественно» означает, что в зависимости от вида источника помех в ближней зоне преобладает одна из составляющих индукции.

В большинстве электронных и значительной части электротехнических устройств распространение помех происходит посредством электрической индукции. Преимущественное влияние электрических полей на элементы электроустановок имеет место и в том случае, если рассматриваемые элементы нечувствительны к магнитной составляющей или если она много меньше электрической за счет свойств источника или соответствующей поляризации электромагнитного поля помех.

Действие электромагнитного помехонесущего поля на рецептор, расположенный в ближней зоне источника помех, проявляется в форме эквивалентной емкостной связи между источником помех и рецептором. В упрощенном виде такая связь может быть представлена тремя сосредоточенными емкостями (рис. 3.): емкостью между источником помехонесущего поля (проводник 1) и «землей» С_1з, емкостью между рецептором (проводник 2) и «землей» С_2з и паразитной емкостью между источником поля и рецептором С₁₂.

Если между первым проводником и «землей» присутствует разность потенциалов , то вследствие электрической индукции на рецепторе формируется электрический заряд, обусловливающий возникновение напряжения шумов на элементах электрической цепи.

22. Влияние экрана на емкостную связь.

Всегда существует некоторая паразитная емкость С_п между входом измерительной системы и какой-либо расположенной вблизи линией переменного напряжения (см. рис.). В результате во входной цепи измерительной системы будет наводиться напряжение помехи. В этом случае говорят, что существует емкостная связь СИ и источника помехи.

Найдем напряжение, наводимое источником U_~ на входе измерительной системы. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой данного устройства.

Так как С_п – малая величина, то z_c> > z. Отсюда следует, что

, где z_c=1/jω c – емкостное сопротивление паразитного конденсатора.

Из предыдущей формулы видны методы борьбы с емкостной наводкой:

- уменьшить С_п, т.е. удалить средство измерения от внешних проводов;

- уменьшить z₀ (выходное сопротивление объекта);

- уменьшить входное сопротивление средства измерения z_i;

- экранировать входную цепь средства измерения, поместив ее в заземленный проводящий экран:

Экран в измерительной системе должен простираться на возможно большее расстояние. В случае высокочастотных помех важно, чтобы экран не имел открытых тонких щелей. Экран нельзя использовать в качестве заземленного проводника.

ВАЖНО! Экран надо заземлить на том конце, который подключается к цепи с наименьшим сопротивлением. Емкостная помеха является разновидностью аддитивной помехи.

Если экран заземлен и центральный проводник не выходит за пределы экрана, напряжение шумов на проводнике уменьшается почти до нуля. Однако на практике центральный проводник обычно выходит за экран. В этом случае, даже если экран заземлен, на проводник наводится напряжение шумов, котороезависит от длины части проводника, выступающей за экран.

Таким образом, для хорошего экранирования электрического поля необходимо:

1) минимизировать длину центрального проводника, выходящего за пределы экрана;

Рис. 15. Влияние внешнего магнитного поля на проводник, помещенный в экран

Пространственные характеристики электромагнитного поля, а следовательно, и взаимная индуктивность между источником и рецептором определяются как размером и формой самого токоведущего элемента, генерирующего или воспринимающего помехонесущее поле, так и параметрами окружающих источник поля конструкций.

22 В чем различие способов защиты информационных цепей от воздействующих на них электрических и магнитных помехонесущих полей?

Помещение информационной линии в экран из немагнитного проводящего материала, соединенного с одной стороны с «землей», защищает линию от воздействия электрической составляющей помехонесущего поля, но неэффективно в отношении магнитной составляющей (рис. 19, б). Механизмы экранирования магнитного поля реализуются только при двухстороннем заземлении немагнитного экрана, при котором экран и защищаемая им линия образуют замкнутый контур (рис 19, в, г).

Рис. 19. Схема защиты информационной линии от действия внешнего переменного помехонесущего электромагнитного поля:

а– линия без экрана; б– заземленный с одной стороны экран линии, выполненный из проводящего немагнитного материала; в– заземленный с двух сторон экран из проводящего немагнитного материала; г– иллюстрация механизма экранирования внешнего переменного помехонесущего магнитного поля;

Н_ВН, B_ВН – соответственно напряженность и индукция внешнего переменного магнитного поля; L_Л – индуктивность информационной линии; М – взаимная индуктивность между информационной линией и экраном; L_Э – индуктивность экрана; I_Н – ток нагрузки; I_Э – часть тока нагрузки, проходящая по экрану; I_Ш.Э –ток шумов в экране; I_З – часть тока нагрузки, проходящая по плоскости заземления; Е_Ш.Э – ЭДС шумов, индуцированных в экране внешним магнитным полем; Е_Ш.Л –ЭДС шумов, индуцированных в линии внешним магнитным полем; Е_ВЗ –ЭДС шумов, индуцированных в линии током шумов экрана; S – площадь контура, охваченного током рецептора, взаимодействующего с помехонесущим магнитным полем (заштрихованная область)

23. Влияние экрана на индуктивную связь.

Если измерительная система или ее входная цепь находятся в переменном магнитном поле, то во входной цепи наводится напряжение помехи. Обычно переменное магнитное поле возбуждается переменными токами, текущими по посторонним проводам или движущимися намагниченными узлами механизмов.

Рис. 13. Магнитное поле трубчатого экрана

Если в центре трубчатого экрана размещен проводник, тогда весь поток Ф_Э, создаваемый током экрана I_Э, взаимодействует с проводником, индуцируя в нем ЭДС взаимоиндукции. Коэффициент взаимоиндукции отражает связь между окружающим проводник магнитным потоком и вызывающим этот поток электрическим током:

, (3.19)

при этом .

Так как потоки, окружающие экран и проводник, равны, следовательно, коэффициент взаимоиндукции равен собственной индуктивности экрана: М=L_Э.

Считая, что ток в экране вызывается воздействием напряжения U_Э, можно определить уровень его влияния на помещенный в экран проводник (рис. 14).

Рис. 14. Индуцирование магнитных шумов в проводнике, помещенном в экран:

L_Э, R_Э – соответственно индуктивность и активное сопротивление экрана; U_Э – напряжение, вызывающее ток экрана I_Э; L_П – собственная индуктивность размещенного внутри экрана проводника; M – взаимная индуктивность между экраном и проводником; E_Ш – ЭДС индуцированных в проводнике шумов; – угловая частота тока экрана; – частота среза экрана

Если напряжение, приложенное к экрану, изменяется с частотой (угловая частота ), ток экрана

. (3.20)

Недостатками схемы последовательного соединения является низкая надежность (при разрыве или перегорании заземляющей магистрали все технические средства подключаемые к ней за точкой разрыва оказываются изолированными от земли) и в этой схеме имеет место взаимное влияние заземляемых элементов друг на друга.

Схема заземления в разных точках обладает удовлетворительными характеристиками с точки зрения электромагнитной совместимости в нормальном режиме эксплуатации, но становится потенциально опасной для тех.средств и обслуж.персонала при аварийном режиме работы(корот.замыкание, растекание токов молнии).