Презентация на тему: Электромагнитная обстановка

Электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики Лекция 1-2 Тихонов Д.В. Кафедра ЭСС 900igr.net

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ И СТЕПЕНИ ЖЕСТКОСТИ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ НА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Чтобы исключить или уменьшить опасность воздействия электромагнитных возмущений на устройства автоматических и автоматизированных систем технологического управления электроэнергетическими объектами, производят испытания на устойчивость к воздействию помех различного вида и устанавливают уровни помехоустойчивости этих устройств.

Выбор устройств при проектировании автоматических и автоматизированных систем технологического управления электротехническими объектами осуществляют с учетом электромагнитной обстановки в местах установки устройств.

При испытаниях технических средств (ТС) на помехоустойчивость применяют критерии качества функционирования, указанные в таблице. Критерии качества Функционирования ТС при испытаниях Качество функционирования ТС при испытаниях А Нормальное функционирование с параметрами в соответствии с техническими условиями В Кратковременное нарушение функционирования или ухудшение параметров с последующим восстановлением нормального функционирования без вмешательства оператора C Нарушение функционирования или ухудшение параметров, требующее для восстановления нормального функционирования вмешательства оператора D Нарушение функционирования или ухудшение параметров, требующее ремонта из-за выхода из строя оборудова ния или компонентов

Уровень электромагнитных помех в условиях эксплуатации и уровень восприимчивости ТС в общем случае являются случайными величинами с распределениями интегральной вероятности, условно показанных на рис. Рис. Соотношения между вероятностью помех (кривая 1) и восприимчивостью к помехам (кривые 2 и 3). Р - вероятность, Uп - амплитуда помехи, Uв - уровень восприимчивости к помехам

Вероятность Р амплитуд помех (кривая 1) подчиняется некоторому закону. При большом числе влияющих факторов закон распределения, как правило, является нормальным. Восприимчивость ТС к помехам можно также характеризовать некоторыми вероятностными кривыми (например, кривые 2 и 3). В идеальном случае кривые 1 и 3 не должны иметь общего заметного диапазона значений U, где уровень восприимчивости ниже уровня помех.

Такая ситуация означает абсолютную ЭМС рассматриваемого устройства. По мере сближения кривых вероятности амплитуд помех (кривая 1) и помеховосприимчивость (например, кривая 2) с достижением общего диапазона значений U ЭМС становится все хуже.

В соответствии со сказанным устанавливаются нормированные уровни испытательных величин, которые, с одной стороны должны быть не менее расчетного уровня допустимых помех и, с другой стороны, меньше уровня восприимчивости конкретного устройства.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Электромагнитная обстановка окружающей среды представляет собой многовариантную систему с широким разбросом параметров, количества, вида и интенсивности проявляющихся в данном месте электромагнитных воздействий.

Экономически нецелесообразно выполнять любое устройство или автоматическую и автоматизированную систему технологического управления электроэнергетическими объектами абсолютно стойкими к самым жестким электромагнитным воздействиям.

Поэтому требуется классификация электромагнитных условий окружающей среды по видам и уровням воздействия, в соответствии с которой можно сформулировать требования, предъявляемые к различным устройствам в отношении электромагнитной совместимости.

Электромагнитную обстановку принято характеризовать как легкую (класс 1), средней жесткости (класс 2), жесткую (класс 3) и крайне жесткую (класс 4). В соответствии с электромагнитной обстановкой устанавливают степени жесткости испытаний технических средств на электромагнитную совместимость и группа их исполнения.

Класс 1. Легкая электромагнитная обстановка: • осуществлены оптимизированные и скоординированные мероприятия по подавлению помех, защите от перенапряжений во всех цепях; • электропитание отдельных элементов устройства резервировано, силовые и сигнальные цепи выполнены раздельно; • выполнение заземлений, прокладка кабелей, экранирование произведено в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости; • климатические условия контролируются и приняты специальные меры по предотвращению разрядов статического электричества.

Класс 2. Электромагнитная обстановка средней жесткости: • цепи питания и управления частично оборудованы помехозащитными устройствами и устройствами для защиты от перенапряжений; • отсутствуют силовые выключатели, устройства для отключения конденсаторов, катушек индуктивностей; • электропитание устройств осуществляется от сетевых стабилизаторов; • имеется тщательно выполненное заземляющее устройство; • токовые контуры разделены гальванически; • предусмотрено регулирование влажности воздуха, материалы, способные электризоваться трением, отсутствуют; • применение радиопереговорных устройств, передатчиков, запрещено. Эта обстановка типична для диспетчерских помещений индустриальных предприятий, электростанций и подстанций.

Класс 3. Жесткая электромагнитная обстановка: • защита от перенапряжений в силовых цепях и цепях управления не предусмотрена; • повторного зажигания дуги в коммутационных аппаратах не происходит; • имеется контур заземления; • провода электропитания, управления и коммутационных цепей недостаточно разделены; • кабели линий передачи данных, сигнализации, управления разделены; • относительная влажность воздуха поддерживается в определенных пределах, нет материалов, электризуемых трением; • использование переносных радиопереговорных устройств ограничено (установлены ограничения приближения к приборам на определенное расстояние). Эта обстановка характерна для индустриальных цехов, электростанций, релейных помещений подстанций.

Класс 4. Крайне жесткая электромагнитная обстановка: • защита в цепях управления и силовых контурах от перенапряжений отсутствует; • имеются коммутационные устройства, в аппаратах которых возможно повторное зажигание дуги; • существует неопределенность в выполнении заземляющего устройства; • нет пространственного разделения проводов электропитания, управления и коммутационных цепей; • управление и сигнализация осуществляются по общим кабелям; • допустимы любая влажность воздуха и наличие электризуемых трением материалов; • возможно неограниченное использование переносных переговорных устройств;

• в непосредственной близости могут находиться мощные радиопередатчики; • вблизи могут находиться дуговые технологические устройства (электропечи, сварочные машины и т.п.). Типичными для этого класса являются территории вблизи промышленных предприятий, электростанций, ОРУ среднего и высокого напряжений, где не предусматриваются специальные меры по обеспечению электромагнитной совместимости.

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ Устройства автоматических и автоматизированных систем технологического управления электротехническими объектами проходят испытания на устойчивость к воздействиям электромагнитных помех в соответствии с базовым нормативно-техническим документом в области электромагнитной совместимости: ГОСТ 29280- 92 «Испытания на помехоустойчивость. Общие положения». В этом документе рассматриваются практически все виды испытаний. По отдельным видам испытаний (в более подробном изложении) выпущены серии ГОСТ Р 51317.4 …

В настоящее время в России вводятся в действие новые отечественные стандарты, включающие также методы испытаний (более 50 стандартов), гармонизированные с международными стандартами и европейскими нормами, регламентирующими объем современных требований к техническим средствам по обеспечению ЭМС.

Перечень основных видов электромагнитных помех со стандартизированными параметрами, применяемых при испытаниях ТС на помехоустойчивость, установленных международными стандартами ЭМС серии МЭК 61000-4, включает в настоящее время 17 электромагнитных воздействий.

Таблица. Перечень основных видов электромагнитных помех и стандартов по испытаниям на помехоустойчивость Категории электромагнитных помех ГОСТ Наименование электромагнитной помехи, обозначение стандарта МЭК Низкочастотные кондуктивные электромагнитные помехи Р 51317.4.14-2000 Колебания напряжения электропитания, МЭК 610004-14-2000 Р 51317.4.11-99 Динамические изменения напряжения электропитания, МЭК 61000-4-11-94 Р 513I7.4.28-2000 Изменение частоты питающего напряжения, МЭК 61000-4-28-2000 В разработке Несимметрия питающего напряжения, МЭК 61000-4-27

Категории электромагнитных помех ГОСТ Наименование электромагнитной помехи, обозначение стандарта МЭК Низкочастотные кондуктивные электромагнитные помехи Р 51317.4.17-2000 Пульсации напряжения электропитания постоянного тока, МЭК 61000-4-17-99 В разработке Низкочастотные гармоники и интергармоники, включая сигналы, передаваемые по силовым линиям, МЭК 61000-4-13 Низкочастотные Излучаемые электромагнитные помехи Р 50648-94 Магнитное поле промышленной частоты, МЭК 610004-8-93

Продолжение таблицы Высокочастотные кондуктивные Электромагнитные помехи Р 51317.4.4-99 Наносекундные импульсные помехи, МЭК 61000-44-95 Р 51317.4.5-99 Микросекундные импульсные помехи большой энергии, МЭК 61000-4-5-95 Высокочастотные кондуктивные электромагнитные помехи Р 51317.4.6-99 Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями, МЭК 61000-4-6-96 Р 51317.4.12-99 Колебательные затухающие помехи, МЭК 61000-4-12-96

Продолжение таблицы Высокочастотные Излучаемые Электромагнитные помехи Р 51317.4.3-99 Радиочастотное электромагнитное поле, МЭК 61000-4-3-95 Р 50649-94 Импульсное магнитное поле, МЭК 61000-4-9-93 Р 50652 - 94 Затухающее колебательное магнитное поле, МЭК 61000-4-10-93 Разряды Статического электричества Р 51317.4.2-99 Разряды статического электричества, МЭК 61000-4-2-95

Анализ этой таблицы показывает, что номенклатура стандартизированных электромагнитных воздействий, устанавливаемых стандартами МЭК серии 61000-4, в целом, соответствует номенклатуре видов электромагнитных помех на электрических станциях и подстанциях.

В таблице приведены рекомендации по выбору портов ТС, подлежащих воздействию помех при проведении испытаний на помехоустойчивость. Рекомендации по выбору портов ТС, подлежащих воздействию помех при проведении испытаний на помехоустойчивость П — подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; H — не подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; М — подлежит воздействию при определенных обстоятельствах; НП — не подлежит воздействию. Наименование помехи, вида испытаний Порты Электропита- ния переменно го тока Порты электро питания постоянного тока Порт корпуса Порт ввода- вывода сигналов Порты заземле Ния Разряды статического электричества НП Н П Н Н Радиочастотное электромагнитное поле Н Н П Н Н Наносекундные импульсные помехи П П НП М М Микросекундные импульсные помехи большой энергии П М НП М М

Продолжение таблицы П — подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; H — не подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; М — подлежит воздействию при определенных обстоятельствах; НП — не подлежит воздействию. Наименование помехи, вида испытаний Порты электропитания переменного тока Порты электропитания постоянного тока Порт корпуса Порт ввода-вывода сигналов Порты заземления Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями П П НП П П Магнитное поле промышленной частоты НП НП М НП НП Импульсное магнитное поле НП НП М НП НП Затухающее колебательное магнитное поле НП НП М НП НП Динамические изменения напряжения электропитания П НП НП НП НП

Продолжение таблицы П — подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; H — не подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; М — подлежит воздействию при определенных обстоятельствах; НП — не подлежит воздействию. Наименование помехи, вида испытаний Порты электропитания переменного тока Порты электропитания постоянного тока Порт корпуса Порт ввода-вывода сигналов Порты заземления Колебательные затухающие помехи, в том числе: одиночные колебательные затухающие помехи, повторяющиеся колебательные затухающие помехи М М Н Н НП НП М М Н М Низкочастотные гармоники и интергармоники, включая сигналы, передаваемые по силовым линиям Н НП НП М НП Колебания напряжения электропитания Н НП НП НП НП

Продолжение таблицы П — подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; H — не подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; М — подлежит воздействию при определенных обстоятельствах; НП — не подлежит воздействию. Наименование помехи, вида испытаний Порты Электропита ния переменного тока Порты Электропита ния постоянного тока Порт Корп уса Порт ввода- вывода Сигналов Порты заземления Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц Н Н НП Н НП Пульсации напряжения электропитания постоянного тока НП М НП НП НП Несимметрия напряжений электропитания М НП НП НП НП Изменения частоты питающего напряжения Н НП НП НП НП Динамические изменения напряжения электропитания постоянного тока НП М НП НП НП

НОРМИРОВАННЫЕ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ УРОВНИ ПОМЕХ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ В условиях эксплуатации электротехническое оборудование подвергается электромагнитным воздействиям различного происхождения

Уровни воздействующих помех можно регулировать различными техническими мероприятиями. К таким мероприятиям относятся выбор режима работы (например, ограничение токов КЗ, регулирование напряжения, частоты, алгоритма оперативных переключений и т.д.), обеспечение молниезащиты, заземление, экранирование, прокладка электрических коммуникаций, уравнивание и выравнивание потенциалов, использование защитных устройств, ограничивающих перенапряжения (например, разрядников, ограничителей перенапряжений, варисторов, ограничительных диодов, комбинированных устройств), фильтров, использование строительных конструкций в качестве экранов, рациональное размещение оборудования и многое другое.

Задачей обеспечения электромагнитной совместимости является согласование испытательных уровней и уровней воздействий ТС. Для того чтобы реализовать это согласование, могут потребоваться дополнительные технические мероприятия для облегчения электромагнитной обстановки в местах расположения ТС или на сетевых, сигнальных, информационных или иных электрических их входах.

Так как электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики является сложной и трудно поддается расчетам, то во многих случаях ее определяют экспериментально. Для этого необходимо разрабатывать специальные методики и устройства.

Рассмотрим основные виды и параметры электромагнитных воздействий на технические средства электрической части атомных станций. Принято разделять воздействия (или электромагнитные помехи) на кондуктивные (распространяющиеся по проводам), полевые и обусловленные качеством электроэнергии сети электропитания.

Нормированные и зафиксированные значения кондуктивных электромагнитных помех на объектах энергетики Воздействие Предельное нормированное воздействие при группе исполнения Зафиксированные значения I II III IV Микросекундные импульсные помехи большой энергии, кВ До 0,5 0,5—1 0,5—2 1—4 При обратных перекры- Тиях наблюдаются импульсы амплитудой до 5—10 кВ Наносекундные импульсные помехи (пачки импульсов), кВ До 0,5 0,5—1 0,5—3 2—4 Уровни помех 4,5 кВ в цепях трансформаторов напряжения Разряды статического электричества, кВ 2 4 6 — контакт 8 — искра 8 — контакт 15 — искра Данных не имеется Кондуктивные помехи, наведенные радиочас тотными электромагнит ными полями, В 1 3 10 10 Превышения нормированного уровня помех

Продолжение таблицы Воздействие Предельное нормированное воздействие при группе исполнения Зафиксированные значения I II III IV Колебательные затухаю щие помехи, кВ До 0,5 0,25—1 0,5—2 1 4 Помехи амплитудой до 4,8 кВ Кондуктивные помехи (полоса частот 0—150 кГц), В 0,1—1 0,3—10 1—30 3—100 Превышения достигают 15—20 дБ Токи кратковременных (3 с) синусоидальных помех 50 Гц в цепях за щитного и сигнального заземления, А 50 100 150 200 Данных не имеется Токи микросекундных импульсных помех в це пях защитного и сиг нального заземления (импульс 4/300 мкс), А 50 100 150 200 Данных не имеется

Нормированные и зафиксированные значения наибольших полевых электромагнитных помех Воздействие Предельное нормированное воздействие при группе исполнения Зафиксированные значения I II III IV Радиочастотное электромагнитное поле, В/м 1—3 3—10 10—30 10—30 Напряженности, Превышающие нормированные в 2 раза Магнитное поле промышленной частоты, А/м: длительное кратковременное 3 — 10 400 30 400 40 600 Напряженность 90 А/м (длительное воздействие)

Продолжение таблицы Воздействие Предельное нормированное воздействие при группе исполнения Зафиксированные значения I II III IV Импульсное магнитное поле (8/20 мкс), А/м — 100 300 600 Данных не имеется, однако при неудаленных перекрытиях изоляции возможны более высокие напряженности Затухающее Колебательное магнитное поле Длительностью до 10 с, А/м — 10 30 100 Напряженность более 400 А/м (при КЗ)

Нормированные и зафиксированные значения наибольших электромагнитных помех, обусловленных качеством электропитания Воздействие Предельное нормированное воздействие при группе исполнения Зафиксированные значения I II III IV Изменения частоты пи- тающего напряжения, % ±3 +4,-6 ±15 ±15 Как правило, отклонение частоты не выходит за указанные пределы Искажения синусоидальности напряжения электропитания (наибольшая амплитуда гармоник, % основной) — до 9 до 12 В соответ- ствии с ТЗ на ТС Данные об Искажениях отсутствуют

Продолжение таблицы Воздействие Предельное нормированное воздействие при группе исполнения Зафиксированные значения I II III IV Динамические измене- ния напряжения элект- ропитания при: провалах напряже- ния на 70 %, с прерываниях напря- жения, мс выбросах напряжения на 120 %,с 0.2 20 0.2 0.5 50 0.5 1 100 1 2 200 2 Более глубокие провалы Прерывания большей длительности В цепях постоянного оперативного тока наведенные напряжения 50 Гц амплитудой до 125 В

Сопоставление данных этих таблиц, позволяет сделать вывод о том, что ЭМС на объектах энергетики во многих случаях не обеспечивается.