Практика 1 электромагнитная совместимость. Эумк #11190 Электромагнитная совместимость в электроэнергетике
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
ЭУМК #11190 «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике» Мюльбаер А.А., Целебровский Ю.В., Черненко Н.А., Шевченко С.С. Практическое занятие №1 Каналы передачи электромагнитных помех Цель работы: получить представление о каналах передачи электромагнитных помех, научиться оценивать кондуктивную, емкостную и индуктивную связи для простых систем. Задание 1. Определить, как изменятся показания вольтметра V, при заземлении измерительной цепи на общее заземляющее устройство с силовой цепью в одной точке (узел a на рисунке 2а) и в двух точках (узлы a и b на рисунке 2б), по которому протекает ток силовой цепи . Как изменятся показания вольтметра V при увеличении тока в раз? Для всех вариантов ЭДС E принять равной 100 В. 2. Два проводника радиусом r 1 и r 2 , длиной L и расстоянием между их осями d проложены параллельно вдоль стены. Проводники отнесены от стены на расстояние D. Рассчитать напряжение, возникающее на втором проводнике. Сопротивление изоляции второго проводника принять равным бесконечности, напряжение первого проводника равным 220 В промышленной частоты. Как изменится наведенное напряжение на втором проводнике, если сопротивление изоляции будет равно 10 МОм? 3. Два двужильных кабеля расположены друг от друга на расстоянии d, расстояние между осями проводов в кабеле – h (рисунок 4). Длина участка параллельного следования кабелей составляет 300 м. Рассчитать ЭДС, наводимую во втором кабеле при токе 100 А промышленной частоты в первом. Во сколько раз изменится наведенная ЭДС при увеличении расстояния между кабелями в 10 раз. Рассчитать наведенную ЭДС при увеличении длины участка параллельного следования в 3 раза. Все необходимые исходные данные заданы в приложении 1. 1. Механизмы связи В общем виде электромагнитное влияние осуществляется по схеме, представленной на рисунке 1. В зависимости от среды передачи помехи различают 2 разные способы связи источника и приемника помехи. Если электромагнитные помехи поступают в приемник по проводам, то говорят об кондуктивной связи. Электромагнитное влияние может распространяться в непроводящем пространстве в виде электромагнитного поля. Если при этом длина волны будет соизмерима с размерами приемника помехи, то говорят о связи излучением. В противном случае, когда длина волны много больше размеров цепи, связь будет носить или емкостной или индуктивный характер. Рисунок 1 – Схема электромагнитного влияния 2. Кондуктивная связь Кондуктивная связь проявляется, когда разные цепи имеют в своем составе одно или несколько общих сопротивлений. Простейшим и наиболее общим случаем такой связи являются цепи, имеющие общий «обратный провод», обычно являющейся заземляющим устройством, причем его элементы обладают конечным сопротивлением Z. Ток в одном из контуров (источник помехи) создаѐт на общем сопротивлении Z падение напряжения, которое накладывается на полезный сигнал в другом контуре. На рисунке 2б приведена электрическая схема измерительного контура (на схеме выделен жирным), который соединен с общим заземляющим устройством в 2х точках. Следовательно, ток I СИЛ , протекающий по силовой цепи и через общее эквивалентное сопротивление, будет оказывать влияние на показания вольтметра V. Для расчетного определения показаний вольтметра V для данной схемы необходимо воспользоваться выражением (1). 3 а б Рисунок 2 – Пример возникновения кондуктивной связи контуров а) заземление измерительной цепи в 1й точке (правильно); б) заземление измерительной цепи в 2х точках (неправильно) ( ) (1) где: E – ЭДС измерительного контура, В; Z ПР – сопротивление провода измерительного контура, Ом; Z ОБР – сопротивление обратного провода влияющего контура, Ом, Z ОБЩ – общее эквивалентное сопротивление обратных проводов, Ом, Z Н – сопротивление нагрузки, Ом. Добиться ослабления кондуктивной связи между контурами через общее сопротивление без воздействия на источник помех можно двумя способами: + устранение общего провода; + уменьшение сопротивления общего провода. 3. Емкостная связь Емкостная связь существует между двумя проводниками, находящимися под разными потенциалами. Например, такая связь существует между первичной и вторичной обмотками трансформатора. Или при параллельной прокладке проводов различного напряжения. На рисунке 3 представлен пример такой емкостной связи между двумя системами проводников. С 12 – емкость между проводниками систем 1 и 2. R 2 и C 2 – внутреннее сопротивление и собственная емкость системы 2. 4 Рисунок 3 – Пример емкостной связи между системами проводов а) взаимное расположение проводов; б) электрическая схема замещения Рассмотрим случай, когда уровень напряжения системы 1 существенно выше, чем в системе 2. В этом случае можно говорить о влиянии системы 1 на систему 2. Тогда: (2) Примеры помех, передаваемых через емкостную связь: − помехи, обусловленные быстрыми переходными процессами, вызванными коммутациями в сети низкого напряжения; − помехи, создаваемые низкочастотным электрическим полем силовых установок высокого напряжения; − перекрестные помехи в сигнальных кабелях; − синфазные помехи за счет связи между первичной и вторичной обмотками разделительного трансформатора, трансформатора тока или напряжения на ПС. Меры по снижению емкостного влияния: + уменьшение собственного сопротивления системы, подверженной влиянию; + уменьшение емкостной связи между системами; + экранирование одной из систем. 5 4. Индуктивная связь В случае если по проводникам одной системы протекает ток, то он будет создавать магнитный поток. Поток, пронизывая контур, созданный проводами другой системы, будет индуцировать там ЭДС помехи. В этом случае говорят об магнитной или индуктивной связи. В качестве примера рассмотрим схему на рисунке 4. Рисунок 4 – Пример магнитной связи контуров а) взаимное расположение проводов; б) электрическая схема замещения В этой схеме, между контурами существует магнитная связь, обусловленная взаимной индуктивностью M. Индуктированная ЭДС рассчитывается как: (3) Примеры помех, передаваемые посредством индуктивной связи: − помехи при коммутациях на подстанциях с ОРУ; − помехи, создаваемые магнитными полями, установками промышленной частоты; − помехи при близких ударах молнии; − помехи, вызванные разрядами статического электричества вблизи оборудования. Для снижения индуктивного влияния применяют следующие способы: + сокращение длины участков параллельной прокладки проводников; + увеличение расстояния между контурами; + уменьшение площади контуров; 6 + ортогональное расположение контуров; + экранирование одной из систем; + использование «витой пары» (скрутка проводов). 5. Расчет индуктивности и емкости Для расчета емкости между двумя параллельными проводниками можно воспользоваться выражением: (4) где: L – длина проводников, d – расстояние между проводниками, r 1 и r 2 – радиусы проводников, – диэлектрическая проницаемость среды, – электрическая постоянная. Емкость проводника, проложенного вдоль стены: ( √ ) (5) где: L – длина провода, r – радиус провода, D – расстояние от провода до стены. Взаимную индуктивность двух двухпроводных кабелей, расположенных параллельно, можно получить по выражению: (6) где: – магнитная проницаемость среды, – магнитная постоянная, d – расстояние между контурами, h – расстояние между проводами в контуре. Литература 1. Шваб А. Электромагнитная совместимость. Пер. с нем. В. Д. Мазина и С. А. Спектора / Под ред. Кужекина. М.: Энергоатомиздат, 1995. 480 с., ил. 2. Дьяков А. Ф., Максимов Б. К., Борисов Р. К., Кужекин И. П., Жуков А. В. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике./Под редакцией А. Ф. Дьякова. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 768 с. 7 3. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. – 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1986. – 488 с.: ил. Контрольные вопросы 1. Какие существуют механизмы связи между источником и приемником помех? 2. Перечислите способы ослабления кондуктивной связи. 3. Приведите примеры помех, распространяющихся через кондуктивные связи 4. Как будет влиять сопротивление нагрузки на уровень помехи при общем «обратном проводе» с другим контуром (см. рисунок 2а)? 5. Получить расчетное выражение для определения напряжения на нагрузке измерительной цепи при общем «обратном проводе» с другим контуром (выражение (1); рекомендуется использовать метод двух узлов). 6. Перечислите способы ослабления емкостной связи. 7. Приведите примеры помех, распространяющихся через емкостные связи. 8. К чему приведет увеличение длины параллельно проложенных проводов при электрическом и магнитном влияниях? 9. Как изменится электрическая связь между двумя проводниками, если уменьшить радиус одного из проводников? 10. Выведите расчетное выражение для определения емкостного влияния одной цепи на другую при учете конечного сопротивления изоляции подверженной влиянию цепи (выражение (2)). 11. Каким образом экранирование помогает избавится от емкостной связи? 12. Перечислите способы снижения магнитной связи. 13. Приведите примеры помех, распространяющихся через индуктивные связи. 14. Почему ортогональное расположение плоскостей контуров уменьшает индуктивную связь? 15. Как изменится магнитная связь, если плоскости контуров будут располагаться под углом друг к другу? 16. Каким образом «витая пара» позволяет снизить влияние магнитного поля? 17. Выразите взаимную индуктивность двух двухпроводных кабелей (M) через взаимные индуктивности одиночных проводов (M 13 , M 14 , M 23 , M 24 ), см. рис. 4. 8 Приложение 1 № варианта Задание 1 Задание 2 Задание 3 I СИЛ , А Z ПР , Ом Z Н , Ом Z ОБР , Ом r 1 , мм r 2 , мм L, м d, м D, м d, мм h, мм 1 200 0,5 200 5 5 1 3 0.1 0.1 3 1 2 100 0,4 300 4 10 1 3 0.2 0.2 4 1 3 80 0,8 100 3 10 2 3 0.1 0.1 5 1 4 40 1,0 500 2 5 2 3 0.2 0.05 6 1 5 60 0,5 200 1 10 3 3 0.15 0.05 7 1 6 100 0,5 300 0,5 5 1 3 0.15 0.05 8 1 7 50 0,4 100 0,4 10 1 3 0.2 0.05 9 1 8 80 0,8 500 0,3 5 2 3 0.2 0.1 10 1 9 50 1,0 200 0,2 10 2 3 0.1 0.05 11 1 10 80 0,5 300 0,1 10 3 3 0.1 0.1 12 1 11 100 0,2 100 5 5 1 2 0.1 0.1 12 2 12 20 0,4 500 4 10 1 2 0.2 0.2 11 2 13 20 0,8 200 1 10 2 2 0.1 0.1 10 2 14 40 0,5 300 2 5 2 2 0.2 0.05 9 2 15 60 0,5 100 1 10 3 2 0.15 0.05 8 2 16 100 0,5 500 0,5 5 1 2 0.15 0.05 7 2 17 20 0,4 200 0,4 10 1 2 0.2 0.05 6 2 18 80 0,8 300 0,3 5 2 2 0.2 0.1 5 2 19 40 1,0 100 0,2 10 2 2 0.1 0.05 4 2 20 60 0,5 500 0,1 10 3 2 0.1 0.1 3 2 21 100 0,5 200 0,2 5 5 3 0.1 0.1 3 3 9 22 20 0,4 300 1 5 4 3 0.2 0.2 4 3 23 80 0,8 100 0,2 5 3 3 0.2 0.3 5 3 24 40 1,0 500 0,5 10 5 3 0.1 0.1 6 3 25 60 0,5 200 0,2 10 4 3 0.1 0.2 7 3 |