ЭМС v_yelektroyenergetike_1615272016 (1). Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике
 Скачать 104.68 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.А. ЕЖЕВСКОГО» (ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ) Энергетический факультет Кафедра энергообеспечения и теплотехники КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике» Выполнил: студент 2-го курса заочной формы обучения направления подготовки 13.04.02 – ЭЭ и ЭТ ФИО. Высоких А.И. Проверил:. преподаватель Лукина Галина Владимировна Молодежный 2021 ЗАДАНИЕ По учебной дисциплине «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике» 1. Общие вопросы электромагнитной совместимости. 2. Классификация электромагнитной обстановки. 3. Измерение помех, вызванных воздействием электромагнитных полей 4. Стандартизация в области ЭМС. СОДЕРЖАНИЕ 1. Общие вопросы электромагнитной совместимости………………………3 2. Классификация электромагнитной обстановки …………………………5 3. Измерение помех, вызванных воздействием электромагнитных полей8 4. Стандартизация в области ЭМС……………………………. .………..…13 Список используемой литературы…………………………………..……....20 1. Общие вопросы электромагнитной совместимости Основные понятия электромагнитной совместимости (ЭМС) ЭМС – это способность приборов, устройств технических систем, биологических объектов нормально функционировать в условиях воздействия на них электромагнитных полей, существующих в окружающей обстановке, и не создавать недопустимые помехи другим объектам. Немецкий стандарт VDE 0870определяет ЭМС, как «способность электротехнического устройства удовлетворительно функционировать в его электромагнитном окружении, к которому принадлежат так же и другие устройства, не влияя на это окружение недопустимым образом». Для нарушения работы электромеханического реле требуется электромагнитная энергия порядка 1 мДж, а для нарушения работы интегральной микросхемы требуется электромагнитная энергия порядка 10-4 мДж. Это свидетельствует о том, что электронные средства релейной защиты могут быть на 4 порядка чувствительнее к помехам, чем электромеханические. Этим обусловлен рост актуальности проблемы электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики. Электрическое устройство считается совместимым, если оно в качестве передатчика является источником помех не выше допустимых, а в качестве приёмника обладает допустимой чувствительностью к посторонним влияниям, т. е. достаточной помехоустойчивостью. Проблема ЭМС возникает, прежде всего, у приёмников, если нарушается безупречный приём полезного сигнала, при воздействии помехи. Например, случайно поступившей электромагнитной энергией нарушено, или сделано совсем невозможным нормальное функционирование системы автоматизации. В этих случаях говорят о наличии электромагнитных влияний. Стандарт VDE 0870определяет электромагнитное влияние как «воздействие электромагнитных величин на электрические цепи, приборы, системы, живые существа». Электромагнитные влияния могут проявляться в виде обратимых или необратимых нарушений. Обратимые нарушения: шум при телефонных переговорах, треск при различных коммутациях в электрической сети. Необратимые нарушения: разрушения электронных компонентов на платах разрядами статического электричества, пробой изоляции при грозовых перенапряжениях, возникновение аварийных ситуаций из-за неправильно сформированных управляющих воздействий в системах автоматики. На практике обратимые влияния различают по их силе на влияния, вызывающие допустимые нарушения функций, и влияния, которые ведут к недопустимым побочным воздействиям, либо к чрезмерной перегрузке. С точки зрения ЭМС все технические устройства подразделяют на источники помех (передатчики) и чувствительные элементы (приёмники). Между ними существует некоторый механизм связи, иначе – путь или канал передачи помех.  Рисунок 1 Существуют межсистемные и внутрисистемные влияния. Межсистемные – это когда источник помех и приёмник помех принадлежат разным техническим системам. Внутрисистемные – это когда источник помех и приёмник помех принадлежат одной технической системе. Передатчики считаются совместимыми, если они работают только на отведённой для них частоте, т. е. не создают высших гармоник, и если излучаемые ими электромагнитные поля на значительном удалении затухают настолько, что находящийся там и работающий на той же частоте передатчик может быть воспринят без помех. Передатчики, которые передают паразитную электромагнитную энергию в окружающую среду, считаются совместимыми, если значения напряжённости производимого им поля на определённом расстоянии не превосходят установленных предельных значений, т. е. если возможно безупречное функционирование находящегося на этом расстоянии приёмника в соответствии с паспортными данными. Приёмники считаются совместимыми, если они в состоянии принимать при электромагнитном загрязнении свой полезный сигнал с удовлетворительным уровнем помех, а сами не излучают недопустимых помех. Мероприятия по обеспечению высокой совместимости передатчиков называют первичными мероприятиями (экранирование, ограничение спектра передаваемых сигналов, применение антенн с узкой диаграммой направленности). Уменьшение или ограничение уровня помех со стороны передатчика называется помехоподавлением. Мероприятия по обеспечению высокой совместимости приёмников называют вторичными мероприятиями (экранирование, фильтрация, схемотехнические методы). Уменьшение или ограничение уровня помех со стороны приёмника называется помехозащитной. 2.Классификация электромагнитной обстановки окружающей среды Обследование электромагнитной обстановки (ЭМО) — это определение уровня помех на данном объекте. Как правило, обследование ЭМО включает обследование заземляющего устройства. Обследование дополняется расчетами заземляющего устройства и уровней помех в специализированных программах. ЭМО 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. Требуется классификация электромагнитных условий окружающей среды по видам и уровням воздействия, в соответствии с которой можно сформулировать требования, предъявляемые к различным устройствам в отношении ЭМС. Ниже приведены характеристики классов окружающей среды. ЭМО принято характеризовать как легкую (класс 1), средней жесткости (класс 2), жесткую (класс 3) и крайне жесткую (класс 4). В корреляции с ЭМО устанавливают степени жесткости испытаний технических средств на ЭМС: Класс 1. Легкая ЭМО: • 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. ЭМО 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 ЭМО: • 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 ЭМО: • 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, открытых распределительных устройств среднего и высокого напряжений, где не предусматриваются специальные меры по обеспечению электромагнитной совместимости. 3. Измерение напряженности электромагнитного поля Напряженность поля необходимо измерять для определения диаграмм направленности антенн, дальности действия радиостанций и ретрансляторов, наличия паразитных излучений, качества экранирования устройств и других характеристик, определяющих качество радиосвязи, телевидения, радиовещания и телефонной связи. Напряженность электромагнитного поля (ЭМП) характеризуется векторами: -  - плотность потока энергии (вектор Умова-Пойнтинга) (Вт/м2 );-  - напряженность электрического поля (В/м);-  - напряженность магнитного поля (А/м).Эти векторы перпендикулярны друг другу и связаны между собой соотношениями:  , (1)Для воздушного пространства волновое сопротивление среды (W) равно  .Тогда П = Е2 /120π = Н2 ·120π. (2). Из формулы (1.19) видно, что для определения интенсивности поля можно измерять любой из трех векторов. Еще одной характеристикой поля является плотность потока мощности, проходящей через поверхность площадью S, которая равна: Р = П·S. (3). Напряженность Е можно вычислить по результатам измерения мощности из выражения Е=  (4).где Sэфф – эффективная площадь антенны. Для измерения интенсивности ЭМП используют два метода: 1) метод эталонной антенны; 2) метод сравнения. При измерении векторов Е и Н большое значение имеет ориентация их в пространстве, характеризующая плоскость поляризации ЭМП, которая может быть линейной, круговой и эллиптической. По отношению к земной поверхности существует две линейные поляризации: 1) вертикальная; 2) горизонтальная. Метод эталонной антенны Если измерительную антенну поместить в ЭМП в плоскости, параллельной поляризации волны, то в ней будет индуцироваться ЭДС:  (5).где  - действующая высота антенны.Она всегда известна, так как при измерениях используются измерительные антенны вида П6 с известными параметрами. Значение ЭДС изменяется вольтметром. Этот метод применяется для измерения напряженности сильных полей вблизи источников излучения и на практике реализуется с помощью простых измерительных устройств индикаторов поля вида П2. Метод сравнения. Измерительные приемники и измерители напряженности поля. Метод сравнения применяется для измерения слабых полей и реализуется на практике с помощью измерительных приемников вида П5 и измерителей напряженности поля и плотности потока мощности вида П3. Измерительный приемник представляет собой высокочувствительный гетеродинный радиоприемник с электронным вольтметром на выходе. Если же он укомплектован измерительными антеннами, то называется измерителем напряженности поля. Структурная схема такого измерителя представлена на рисунке 1. Процесс измерения напряженности поля содержит три этапа: 1) предварительная настройка; 2) калибровка; 3) измерение. При предварительной настройке ко входу измерителя подключают одну из измерительных антенн (в зависимости от частоты источника поля) и настраивают его на частоту источника, напряженность которого измеряется. Настройку осуществляют изменением частоты гетеродина по максимальному показанию вольтметра при произвольных положениях аттенюаторов (входного и ПЧ).
При калибровке ко входу УВЧ подают известное напряжение от генератора-калибратора и, регулируя усиление УВЧ, устанавливают стрелку вольтметра на определенное значение. Предварительно на аттенюаторе ПЧ устанавливают заданное значение ослабления  . В результате усиление всего измерителя приводится к заданному и известному значению К. При измерениях переключатель переводят в положение «1» и, регулируя ослабление  и , устанавливают стрелку вольтметра в любое удобное для отсчета положение. Шкала вольтметра проградуирована в значениях входного напряжения УВЧ и его показания определяются выражением из которого можно определить значение E:  . (6)Пределы изменения напряженности поля такими приборами составляют от долей мкВ/м до сотен мВ/м, а плотности потока мощности – от сотых долей мкВт/см2 до десятков мВт/см2 . Погрешность измерения определяется погрешностью используемой измерительной антенны, неточностью ее ориентирования, рассогласованиями, погрешностью аттенюатора и вольтметра. Суммарная погрешность достигает значения ±30 %. Измерение помех в каналах связи. Наибольшее влияние на качество связи оказывают внешние помехи. Для техники связи характерно, что в телефонных и вещательных каналах измеряют не общее напряжение помех, а псофометрическое напряжение. При измерении такого напряжения учитываются избирательные свойства слуха человека. Измерение псофометрического напряжения помех. Псофометрическое напряжение – напряжение помех, которое существует на сопротивлении нагрузки 600 Ом, согласованном с выходным сопротивлением питающей его цепи и измеренное с учетом неодинакового воздействия напряжения различных частот Uf на качество телефонной или вещательной передачи. Неодинаковость воздействия учитывается с помощью весовых коэффициентов Аf напряжения Uψ относительно весового коэффициента для частоты сравнения Аf сравн . В соответствии с этим псофометрическое напряжение помех будет определяться  . (7)Весовые коэффициенты устанавливаются в результате многолетних наблюдений и рекомендуются на определенный период для всех стран мира. Эти коэффициенты определяются по псофометрическим характеристикам для соответствующего канала. Для телефонного канала выбрана частота сравнения 800 Гц, а для вещательного канала – 1кГц. Псофометрическое напряжение помех измеряется с помощью измерительного прибора, называемого псофометром. Псофометр представляет собой электронный вольтметр с избирательностью, определяемой псофометрическими характеристиками. Для этого служат полосовые фильтры: ПФ1 с телефонной и ПФ2 с вещательной псофометрическими характеристиками. Для измерения полного напряжения помех служит эквивалентное звено (ЭЗ), затухание которого равно затуханию псофометрических фильтров на частотах сравнения. Погрешность измерения – единицы процента. Для всех каналов и систем связи установлены допустимые нормы псофометрического напряжения помех, соответствие которым и проверяется в результате их измерений.
Измерение естественных радиопомех. Всю шкалу используемых частот можно условно разбить на три области: 1) от 1 Гц до 3 МГц, где преобладают атмосферные помехи от грозовых разрядов. 2) от 3 МГц до 1 ГГц, где преобладают космические шумы. 3) больше 10 ГГц, где преобладают атмосферные помехи от тепловых шумов. При измерении естественных радиопомех надо учитывать также пассивные помехи, которые проявляются в виде отражений от земной и водной поверхности, облаков и т.д. Измерение станционных помех. Основной источник станционных помех - побочные излучения передающих устройств, которые возникают в результате нелинейных искажений в радиопередающих устройствах. Абсолютное значение мощности побочных излучений определяется путем измерения напряженности поля или плотности потока мощности, создаваемым этим побочным излучением в дальней от передатчика зоне, или путем измерения напряжения или мощности побочных излучений в фидерной линии. Соответственно измерения называются измерениями по полю или измерениями по тракту. Результаты этих измерений позволяют рассчитать мощности побочных излучений. В соответствующих нормативных документах установлены допустимые уровни радиопомех, приведены методики выполнения измерений и рекомендуемая измерительная аппаратура. 4. Стандарты по электромагнитной совместимости В настоящее время в государствах - членах ЕС для соблюдения существенных требований Директивы ЭМС применяются около 140 европейских гармонизированных стандартов ЭМС. В их число входят около 80 EN и свыше 50 ETS стандартов. В Российской Федерации свыше 60 национальных стандартов ЭМС эквивалентны европейским гармонизированным стандартам. Система основных стандартов по ЭМС имеет структуру, приведенную в таблице. Примером базового стандарта может служить ГОСТ Р 51317.4.2-99 (IEC 61000-4-2), в котором подробно описывается методика проведения испытаний на устойчивость к электростатическому разряду, даются требования к испытательному оборудованию, к рабочему месту испытаний. Таблица1. Стандарты по ЭМС
Уровни испытательных воздействий определяются степенями жесткости испытаний. Каждой степени жесткости испытаний соответствует определенный уровень испытательных напряжений (например, при испытаниях на устойчивость к электростатическому разряду установлены степени жесткости испытаний с напряжениями - 2, 4, 6, 8, 15 кВ). В зависимости от характера последствий от воздействия электромагнитных помех на технические средства установлены критерии функционирования испытуемой продукции, которые могут применяться при проведении испытаний: - А - нормальное функционирование в соответствии с установленными требованиями; - В - временное снижение качества функционирования либо потеря функции или работоспособности с самовосстановлением; - С - временное снижение качества функционирования либо потеря функции или работоспособности, которые требуют вмешательства оператора или перезапуска системы. В настоящее время в России приняты и вступили в силу практически все базовые стандарты по ЭМС, используемые в Европейском сообществе и соответствующие документам МЭК и СИСПР, соответственно сериям стандартов IEC 61000-4, CISPR 16. Большинство стандартов имеет следующую схему нумерации: ГОСТ Р 51317.4.х соответствует IEC 61000-4-х и EN 61000-4-x. Базовые стандарты определяют методику испытаний на электромагнитную совместимость технических средств (продукции), но не дают норм и жесткости испытаний для конкретного оборудования. Список испытательных воздействий и соответствующие им стандарты приведены в таблице. Требования к приборам, измеряющим эмиссию электромагнитных помех, и методики измерений изложены в ГОСТ Р 51319-99, ГОСТ Р 51320-99, которые по содержанию близки к документам CISPR-16-1, CISPR-16-2. Международные базовые стандарты СИСПР, к которым в перспективе приближаются Российские стандарты, имеют структуру, представленную в таблице. Документ CISPR-16-3 не является стандартом, а содержит технический отчет с рекомендациями. Стандарты, основанные на стандартах серии IEC 61000-3, содержат не только методику измерений низкочастотных помех, но и нормы на их эмиссию. Таблица 2
Структура базовых стандартов СИСПР Таблица3.
Стандарт ГОСТ Р 51317.3.2-99 (IEC 61000-3-2) устанавливает методику измерения и нормы эмиссии гармонических составляющих тока, потребляемого техническими средствами при испытаниях в регламентированных условиях. Нормы для ТС регламентируют нечетные гармонические составляющие, убывающие с ростом номера гармоники от 2,3 А- и четные составляющие, убывающие от 1,08 А.Для ТС различных классов значения норм несколько отличаются. Стандарт ГОСТ Р 51317.3.3-99 (IEC 61000-3-3) устанавливает методику измерения и нормы создаваемых ТС изменений напряжения и фликера. Нормы основываются на оценках дозы фликера (колебаний яркости) ламп накаливания, питающихся от той же сети, что и ТС. Стандарт распространяется на электротехнические, электронные изделия и аппаратуру с потребляемым током не более 16 А в одной фазе. Стандарт IEC 61000-4-15 содержит функциональные и конструктивные требования к фликерметру, необходимому для обеспечения измереий по ГОСТ Р 51317.3.3-99 (IEC 61000-3-3). Базовые стандарты служат основой для стандартов других видов. В стандартах на продукцию, семейства однородной продукции и в общих стандартах конкретизируются испытуемые изделия, степень жесткости испытаний, критерий функционирования и содержатся ссылки на определенные базовые стандарты. При выборе стандартов для применения к конкретной продукции следует руководствоваться указанным в табл. 2.4 приоритетом. В первую очередь используется стандарт на конкретный вид продукции. При его отсутствии используется стандарт на семейство продукции. При отсутствии этого стандарта применяют требования стандарта по зоне использования продукции. В таблице перечислены некоторые отечественные стандарты по ЭМС, распространяющиеся на различные технические средства (продукцию). Список стандартов на ЭМС технических средств постоянно пополняется. Нормы на допустимую эмиссию напряжения и напряженность электромагнитного поля от технических средств приведены в ряде стандартов, основанных на документах СИСПР Требования по электромагнитной совместимости К техническим средствам Таблица 4.
Таблица 5. Требования по эмиссии помех
ГОСТ Р 51318.11-99, ГОСТ Р 51318.14.1-99, ГОСТ Р 51318.22 являются стандартами на группы однородной продукции. Они содержат не только нормы, но и методики измерений радиочастотных помех. Многие стандарты на продукцию других видов ссылаются на эти документы как на базовые или общие. Общие стандарты (Generic), устанавливающие требования к ТС в зависимости от места его применения, имеют следующую схему нумерации: ГОСТ Р 51317.6.х соответствует IEC 61000-6-х. Наиболее жесткие требования по ЭМС устанавливаются в ГОСТ Р 50746-2000 для оборудования атомных станций, имеющем приоритет над другими стандартами. Стандарт распространяется на электро- технические, электронные и радиоэлектронные изделия (оборудование, аппаратуру), а также на изделия, содержащие электрические, электронные и радиоэлектронные компоненты (схемы), поставляемые на ядерно- и радиационно опасные объекты.
Список используемой литературы. 1. Вагин Г. Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике : учеб. для вузов : допущено Учеб.-метод. об-нием / Г. Я. Вагин, А. Б. Лоскутов, А. А. Севостьянов. - М. : Академия, 2010. 2. Электромагнитная совместимость для разработчиков продукции./Т. Уильямс – М.: Издательский дом «Технологии», 2003. -540с. 4. Лукина Г. В. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике : учеб. пособие для самост. работы студ. вузов по спец. 140211.65 "Электроснабжение" (направление подгот. "Электроэнергетика") : рек. Сиб. РО УМО / Г. В. Лукина; Иркут. гос. с.-х. акад. - Иркутск : ИрГСХА, 2006. |
