Методы защиты технических систем от воздействия электромагнитных помех

Введение

Характерной чертой современных систем электроснабжения является их насыщенность потребителями с существенно нелинейными ВАХ. Относительно сети питания эти потребители являются источниками высших гармоник. Причем, количественный и качественный их состав со временем существенно менялся. Если на первых этапах развития промышленной электротехники появление высших гармоник была обусловлена ​​процессами в ферромагнитных устройствах, то в последние десятилетия основным источником высших гармоник является вентильные преобразователи выполнены на силовых транзисторах и тиристорах. их использования как в высоковольтных, так и в низковольтных сетях непрерывно растет.
Искажение формы кривых токов и напряжений, как правило, связано с усилением взаимного влияния потребителей разного вида, обусловленного нелинейными нагрузками. Для характеристики этого влияния используют понятие «электромагнитная совместимость», который определяет степень взаимного влияния электроприемников, при котором отсутствуют нарушения "их нормальной работы и не происходит снижение эффективности работы ниже некоторой экономически обоснованной пределы. Электромагнитная совместимость зависит также и от особенностей сети.
Наряду со снижением уровней ЭМП, генерируемых ЭП в сеть, важной задачей является повышение помехоустойчивости ЭП. Эту проблему необходимо решать фирмам - изготовителям ЭП. При разработке требований к ЭП фирмы изготовители обычно ориентируются на существующие в стране стандарты по ЭМС. Эти уровни должны учитываться при определении уровней помехоустойчивости.

1. Электромагнитная совместимость электроприемников и питающих сетей
Большой удельный вес нелинейных нагрузок в общем составе потребителей электроэнергии, тенденция к существенному росту их количества и при этом широкое внедрение оборудования, чувствительного к искажениям формы кривых тока и напряжения питания, определили возрастающее внимание как разработчиков электрооборудования, так и его эксплуатационников к проблеме высших гармоник.
Так совместимость преобразователей с сетью определяется не только параметрами преобразователя, но и схемой сети, мощностью короткого замыкания на шинах, питающих эту нагрузку. При этом, чем ближе значение мощности сети питания с мощностью преобразователя, тем сложнее обеспечить их электромагнитную совместимость.
Электромагнитная совместимость - это способность электро-приемника нормально функционировать в сети электроснабжения, к которой он подключен, и не вносить в эту сеть помех, недопустимых для работы других электроприемников.
Достижения электромагнитной совместимости обеспечивается ограничением некоторой допустимой величиной искажений формы кривой напряжения, вызванных нелинейной нагрузкой. Качественные и количественные критерии допустимого искажения формы кривой напряжения сети еще не согласован на международном уровне. Поэтому нормы и рекомендации, разработанные специалистами разных стран, существенно различаются. Например, последний стандарт бывшего СССР, который регламентировал показатели качества электроэнергии в электрических сетях общего назначения (ГОСТ 13109-87), нормировал допустимые уровни отдельных гармоник, которые дифференцировались в зависимости от уровня напряжения в сети, а также коэффициента нелинейных искажений Кн. В частности, для низковольтных сетей (напряжением до 1 кВ) последний был ограничен значениями: Кн < 3% - длительно и Кн < 5% - кратковременно. Этот коэффициент, который еще называют коэффициентом гармоник.
В промышленно развитых странах введены более жесткие ограничения на величину гармоник тока, генерируемых отдельным нелинейной нагрузкой. Такое ограничение обязывает применять специальные способы и средства для ограничения высших гармоник в узлах сетей, к которых подключены нелинейные нагрузки. Это позволяет избежать проникновения гармоник тока из сетей потребителей в сети энергосистем. Так последняя редакция стандарта МЭК 555-2 (введена в действие с 1992г.), что нормирует уровне высших гармоник токов различных порядков, генерируемые бытовым радиоэлектронным и электротехническим оборудованием, приписывает необходимость обеспечения коэффициента мощности на входе, практически равного единице для всех потребителей мощностью большей 700 Вт (США) и 300 Вт (страны Европейского Союза). То есть токи, потребляемые указанным оборудованием в этих странах, должны быть практически синусоидными.
Исходя из изложенного, изучение влияния на сеть вентильных преобразователей, составляющих сегодня основной класс нелинейных нагрузок, а также рассмотрение основных способов и средств, обеспечивающих снижение этого воздействия, необходимо при подготовке специалистов электротехнического профиля.
При создании системы электропитания технологических установок и устройств автоматизации, соответствующих требованиям электромагнитной совместимости, необходимо позаботиться о том, чтобы:
не нарушалась работа устройств от приходящих из сети препятствий, вызванных переходными процессами, спадами и исчезновениями напряжения;
ограничить влияние установок с большой мощностью, таких, как дуговые печи, сварочные агрегаты, прессы, пилорамы и другие, с целью обеспечения допустимого качества напряжения, а эмиссия высокочастотных помех не превышала допустимой;
не нарушалась нормальная работа приборов автоматизации электроэнергетических промышленных установок как через систему электропитания, так и из-за влияния магнитного поля;
не было взаимных помех электронных промышленных устройств через систему питания.
Необходимо иметь в виду, что электропитание силовых установок, осветительных приборов и устройств автоматизации осуществляется по-разному.
Для обеспечения электромагнитной совместимости электроэнергетических промышленных установок потребителей должны быть соблюдены определенные технические условия в точке присоединения их к сети, которые устанавливаются производителем электроэнергии.
Для обеспечения электромагнитной совместимости в системах электроснабжения с электроприемниками, приводящими к помехам в сети, целесообразно использовать, такие меры и технические устройства:
использование фильтров низких частот для снижения скорости изменения тока в подводящих проводах, например, при переключении или коммутациях в выпрямителяхВведение

дополнительных шунтирующих контуров, настроенных на высшие гармоники, вызванные нелинейными характеристиками промышленных установок, в частности выпрямителями
использование маховиков или статических тиристорных устройств для сглаживания импульсной нагрузки, например, в прессах, пилорамах, точечных сварочных машинах
симметрирования сети реактивными элементами при большой однофазной нагрузке
подключение мощных потребителей к сети более высокого напряжения
При обеспечении электропитанием устройств измерения, управления, регулирования и телеуправления необходимо учитывать следующие особенности:
многие компоненты малой мощности требуют качественного напряжения питания, а часто и надежного питания;
потребители могут иметь сетевые элементы с неуправляемыми выпрямителями и защитными конденсаторами большой емкости, а также сетевые коммутационные устройства, как правило, создают кратковременные (до 10 мс) срезы напряжения при коротких замыканиях и нагружают сеть питания большими пусковыми токами при включенных и импульсными токами в стационарных режимах, может создавать помехи другим потребителям через внутренние сопротивления источника энергии.
Поэтому рекомендуется, размещенные в устройстве, аппараты автоматизации питать отдельно, не присоединяя к их системе питания другие потребители (осветительные устройства и розетки для электроинструмента)

. Помехи от других приборов, обусловлены их влиянием на сеть питания могут быть устранены подключением помехоподавляющих компонентов и соединением системы питания звездой.
2. Рекомендации по повышению помехоустойчивости электроприемников
Методы повышения помехозащищенности по типу протекающих процессов передачи можно классифицировать следующим образом.
Передача без обратной связи (ПБОС). При этом информация передается только в одном направлении от передатчика к приёмнику. Передача может осуществляться любыми кодами, хотя помехозащищённые коды предпочтительнее. Для повышения помехозащищенности используют также метод повторной передачи информации.
Передача с обратной связью (ПОС). Для осуществления обратной связи между приемником и передатчиком необходим обратный канал, по которому на передатчик передаются сведения об условиях или результатах приема. В свою очередь, ПОС подразделяют на передачу: с информационной обратной связью (ИОС); с решающей обратной связью, или с переспросом (РОС); с комбинированной (сложной) обратной связью (КОС).
Передача с обратной связью (ПОС) позволяет применять менее помехоустойчивые коды, обладающие, как правило, меньшей избыточностью. В частности, можно использовать коды с обнаружением ошибок. Преимуществом обратного канала является также возможность контроля работоспособности устройства, принимающего информацию.
При ПОС вводят понятие прямого канала, т.е. канала от передатчика к приёмнику. Например, при передаче сигнала команды телеуправления передатчиком будет пункт управления (ПУ), а приёмником – контролируемый пункт (КП)