лекция. Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
 Скачать 7.85 Mb.
|
|
Глава вторая КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ И СПОСОБЫ ИХ ОСЛАБЛЕНИЯ 2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ СВЯЗИ Все модели, описывающие связь элект ромагнитного поля с автоматическими и автоматизированными системами техноло гического управления электротехничес кими объектами, могут быть построены с применением теории антенн. Основу этой теории составляют уравнения Максвелла, представляемые в форме, наиболее часто используемой для реализации численных методов расчета. Данная теория основана на том при нципе, что любой ток является источником поля (задача излучения) и любое поле может быть источником тока (задача при ема), который, в свою очередь, является источником излучаемого поля. Указанный подход приводит к появле нию интегральных уравнений, описываю щих поведение проводящего тела, подвер женного воздействию падающей волны электромагнитного поля. Данные уравне ния в общем случае не имеют аналитиче ского решения и требуют применения чис ленных методов. Теория антенн является одной из наибо лее общих и строгих из используемых тео рий для решения задач определения пара метров механизмов связи и поэтому содер жит мало допущений, а именно:
Однако расчеты с применением данной теории требуют больших затрат времени и значительных объемов памяти компьютера. Другой, широко используемой является теория линий (TЛ). Эта теория основыва ется на следующих допущениях:
С помощью теории линий можно полу чить быстрое и точное решение задач, свя занных со взаимодействием кабелей и линий. Частным случаем двух достаточно общих теорий является третья, более простая, ква зистатическая теория, или теория цепей (ТЦ), иногда также известная как теория Кирхгофа или теория Ленца, так как ее осно вой являются законы Кирхгофа и Ленца. Эта теория требует для своего примене ния выполнения следующих ограничений:
При выполнении этих условий цепь может быть представлена сосредоточен ными элементами (не имеющими размеров), соединенными последовательно или парал лельно в сеть, состоящую из узлов и ветвей, для которой составляются уравнения Кирх гофа. Магнитный поток, пересекающий контур, учитывается введением сосредото ченного элемента в виде индуктивности. Все эти допущения ограничивают рас пространение (по крайней мере, количест венно) полученных выводов теории цепей длинные цепи (длина которых сравнима с длиной волны). Для таких цепей требу ется либо обращение к более общим тео риям, либо использование эмпирических законов или законов статистики. Одним из основных преимуществ тео рии цепей является простота вычислений, для которых не требуется применения чис ленных методов. Вследствие этого меха низм связи может быть рассмотрен при небольших размерах цепи. Более того, отпа дает необходимость в расчете электромаг нитных полей и построении соответствую-: шей модели, а источник электромагнитных долей всегда представляется в виде тока или напряжения. Таким образом, модель может быть использована для описания непосред ственного контакта с источником возмуще ния (источником тока или напряжения, вве денным непосредственно в сеть) или кос венного взаимодействия посредством элект рического или магнитного поля. По указанным причинам большинство механизмов передачи помех описывают с помощью теории цепей.. 2.2. УПРОЩЕННЫЕ МОДЕЛИПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ И МЕТОДЫ ИХ СНИЖЕНИЯ Существуют два способа передачи воз мущений от источника к приемнику: пря мой электрический контакт между источ ником и приемником или через электромаг нитное поле (отдельно электрическую или ' магнитную составляющие, или через их совместное воздействие). Таким образом, может быть сделано: первое разделение (классификация) способов передачи помех: гальванические (кондуктивные) связи и связи излучением (поле вые связи). Однако, когда возмущение воздействует на приемник посредством гальванической связи, его воздействие на чувствительные цепи может происходить по-разному, в зависимости от типа сопротивления цеп(активное или реактивное, собственное или взаимное), по которому протекает ток. Иногда при передаче возмущения проис ходит комбинация различных физических механизмов воздействия. В дальнейшем будем использовать понятие связь через общее полное сопротивление. При очень низких частотах или при чисто активном характере сопротивления данный способ взаимосвязи может быть назван также связью через активное сопротивление. Способы взаимосвязи без гальванического контакта будем подразделять на три категории в зависимости от того, могут ли электрическая и магнитная составляющие магнитного поля рассматриваться отдельно или необходимо совместное рассмотрение электрической и магнитной составляющих. Таким образом, может быть предложена следующая классификация видов передачи возмущений:
Теория цепей может быть применена для рассмотрения только трех первых видов взаимосвязи. Четвертый способ тре бует для своего рассмотрения применения одной из более общих теорий. В действительности ни один из указан ных видов связи не существует в отде льности, однако обычно в диапазоне низ ких или средних частот один из них прева лирует над остальными. Для всех механизмов связи возможно определить передаточную функцию между источником энергии и оборудованием, под верженным помехе, или приемником. Передаточная функция может представ лять собой полное сопротивление, полную проводимость или безразмерную величину, Рис. 2.1. Схема замещения источника возмущения () и приемника () электромагнитного взаимодействия с элементами связи и в зависимости от приложенной величины (тока или напряжения) и результата ее действия на цепь. Во всех случаях электромагнитное взаи модействие между источником и приемником может быть смоде лировано четырехполюсником, представ ленным на рис. 2.1, причем в наиболее про стых случаях - Т-образной схемой заме щения, содержащей полные сопротивле ния и . На этом и последующих рисунках сим вол Е (если отсутствует понимание его как напряженности электрического поля) используется для обозначения источника напряжения, а символ U- для обозначе ния падения напряжения или наведенной ЭДС. Данная модель, в которой обратным проводом обычно является земля, предпо лагает два направления для снижения коэф фициента взаимосвязи между источником и приемником: короткозамкнутая или разомкнутая цепь. Очевидно, что если сопротивление равно нулю, энергия из источника не может быть передана приемнику. Аналогично, если какое-либо из сопротивлений и (или оба) бесконечно велики (т.е. цепь разомкнута), приемник также не может получить энергию из источника. Следует отметить, что идеально короткозамкнутую или разомкнутую цепь создать невоз можно, так как даже при наилучшем исполнении существуют паразитные индуктив ности и емкости. Создание короткозамкнутой цепи пред полагает уменьшение сопротивления всех заземляющих проводников и, в частности, их индуктивности, влияние которой стано вится наиболее заметным при высоких час тотах. Создание разомкнутой цепи подразуме вает изолирование приемника от источника, которое достигается либо увеличением рас стояния между ними, либо введением искус ственных преград на пути помех (уменьше нием коэффициента связи), либо созданием отдельных сетей заземления с присоедине нием к земле в одной точке. Количественно возмущения обычно характеризуют значением напряжения на оборудовании, а напряжение часто явля ется результатом протекания токов в эле ментах заземляющих или экранирующих устройств. 2.3. СВЯЗЬ ЧЕРЕЗ ОБЩЕЕ ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Этот вид связи возникает, когда разные цепи имеют в своем составе одно или несколько общих сопротивлений. Рис. 2.2. Связь через общее полное сопротивление: Простейшим и наиболее общим случаем такой связи являются цепи, имеющие общий обратный провод, обычно являющийся сетью заземления, причем предполагается, что он не идеален, т.е. имеет отличное от нуля сопротивление. На рис. 2.2 приведен |