Logo

"АЭСАТ ЭЛЕКТРИК" ООО


Введение в проблему электромагнитной совместимости

М.И.Фурсанов, д.т.н., профессор кафедры "Электрические системы" БНТУ

П.В.Криксин, магистрант кафедры "Электрические системы" БНТУ

Необходимость осуществления качественного и бесперебойного электроснабжения вынуждает электротехников искать новые пути в совершенствовании процессов генерации, передачи, распределения и потребления электрической энергии. Одним из значительных достижений в этой области является применение автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) [1]. Устройства АСТУ участвуют во всех стадиях электроэнергетического процесса и играют важнейшую роль в обеспечении надёжного и качественного электроснабжения. К таким устройствам относят системы релейной защиты и автоматики, автоматизированные системы диспетчерского управления, противоаварийную автоматику и другие автоматизированные системы управления.

Ранее АСТУ реализовались, в основном, на электромеханических реле. Высокий уровень помехоустойчивости, слабая реакция на внешние возмущения и высокий уровень используемых сигналов позволяли применять такие реле даже в крайне неблагоприятных с электрической точки зрения условиях. Современные АСТУ реализуются на микропроцессорной элементной базе и в связи с этим обладают рядом достоинств перед своими предшественниками. Микропроцессорные устройства более компактны, в них легче реализовать необходимую логику, функции телемеханики и телеуправления, их конфигурация поддаётся кодировке и программированию. В ряде случаев в одном таком устройстве реализуют функции управления и сигнализации. Преимущества микропроцессорных устройств перед электромеханическими собратьями очевидны, однако низкий уровень используемого сигнала и высокая степень зависимости первых от окружающей электромагнитной обстановки потребовали решения новой проблемы — проблемы электромагнитной совместимости.

Для дальнейшего понимания проблемы и во избежание разногласий в понятиях приведём некоторые термины и определения.

Электромагнитной совместимостью технических средств (ЭМС ТС) называют способность технических средств функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать при этом недопустимых электромагнитных помех другим технических средствам [2]. Электромагнитной обстановкой (ЭМО) называют совокупность электромагнитных явлений и (или) процессов в данной области пространства и (или) данной проводящей среде в частотном и временном диапазонах [3]. В качестве электромагнитной помехи может выступать любое электромагнитное явление, которое может ухудшить работу технических средств или неблагоприятно повлиять на живую или неживую материю [4].

Характерной особенностью проблемы ЭМС является её неопределённость, которая возникает в результате множества влияющих факторов. К примеру, на электротехническое устройство, установленное на электрической станции или подстанции, оказывают воздействие:

С учётом различного уровня влияния одного вида помехи в частотном и временном диапазонах, а также с учётом различного силового уровня помехи область исследования приведённого выше списка воздействий необходимо увеличить как минимум в три раза.

Как правило, рассматривать все виды влияний нецелесообразно, что диктуется, прежде всего, экономическими соображениями, поэтому на первом этапе рассмотрения проблемы ЭМС определяют область исследования. Она выбирается, исходя из набора помех, которые будут воздействовать на исследуемый прибор наиболее вероятно и уровень воздействия которых особо опасен для этого типа приборов. При определении набора исследуемых помех необходимо использовать рекомендации соответствующих нормативных документов, например, МЭК 61000-6-5:2001 "Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях" и МЭК 61000-2-5:95 "Электромагнитная обстановка. Классификация электромагнитных помех в местах размещения технических средств".

После установления набора рассматриваемых помех следует выбрать метод исследования. В общем случае параметры электромагнитной совместимости могут определяться путём:

Непосредственное измерение помех проводят во время нормальной работы электрооборудования. Таким образом можно определить напряжённости магнитного и электрического полей, помехи, возникающие при коммутациях, параметры качества электроэнергии, уровень разрядов статического электричества.

Расчёт и компьютерное моделирование позволяют изучить влияния токов молнии, токов короткого замыкания и помех, возникающих при коммутационных переключениях в высоковольтной части энергообъекта. По результатам расчёта можно определить обусловленные этими влияниями распределения потенциала по заземляющему устройству и оборудованию, уровни наведённых и излучаемых помех, токи, протекающие в отдельных проводниках, напряжения шага и прикосновения.

Рис. 1. Зависимость наведённого на вторичные цепи потенциала от времени протекания ТКЗ

Имитационное моделирование позволяет изучить влияния токов молнии, токов короткого замыкания и коммутационных переключений. По сравнению с расчётными методиками, этот вид исследования является более точным. Его суть заключается в замене реально действующих влияний аналогичными, но с меньшей величиной амплитуды тока и напряжения. Например, ток короткого замыкания (ТКЗ) моделируется при помощи генератора синусоидального тока, воспроизводящего гармонические колебания частотой 50 Гц с амплитудой тока порядка нескольких десятков ампер, а высокочастотная составляющая ТКЗ может быть смоделирована при помощи генератора высокочастотных импульсов, воспроизводящего затухающие колебания с частотой в несколько МГц и с амплитудой тока в несколько ампер. Измеренная в результате таких моделирований помеха пересчитывается к реальному уровню посредством учёта кратности имитационного тока к реальному. Пример аналитической оценки влияния ТКЗ приведён на рисунке 1, где показана зависимость наведённого на вторичные цепи потенциала от времени протекания ТКЗ. Как видно из рисунка, уровень потенциала на вторичном кабеле превышает значение 2 кВ.

Выбор метода исследования определяется экономическими и техническими соображениями, то есть в любом случае необходимо балансировать на весах "цена — качество". Например, экспериментально оценить все влияния, возникающие при ударе молнии, достаточно сложно. Поэтому часть измерений проводят посредством имитационного моделирования, после чего дальнейшие исследования осуществляют при помощи специальных компьютерных программ. Наличие экспериментальных и расчётных данных позволяет судить о степени достоверности программной модели, и если результаты имеют небольшую разбежку, то можно считать, что она верна, и параметры, которые не были определены в ходе имитационного моделирования, можно определить посредством расчёта по программе.

Метод исследования ЭМС также зависит от стадии работы самого объекта. Так, если планируется строить новый объект, то можно ограничиться расчётными методами исследования параметров ЭМС с последующей экспериментальной проверкой достаточности принятых мер на стадии сдачи объекта в эксплуатацию. Если объект функционирует или реконструируется, то необходимо проводить расчёты, непосредственные измерения и моделирования, причём достаточность принятых мер должна подтверждаться повторной проверкой.

Заключительным этапом исследований является анализ полученных результатов, который позволяет разработать рекомендации по улучшению электромагнитной обстановки и определить требования к устанавливаемым на энергообъекте устройствам АСТУ, другими словами, необходимо согласовать фактическую электромагнитную обстановку и параметры помехоустойчивости устанавливаемой аппаратуры друг с другом. Степень согласованности диктуется экономическими соображениями, то есть благоприятная во всех отношениях электромагнитная обстановка точно также, как и полностью устойчивая к помехам аппаратура, не являются конечной целью. Необходимо только, чтобы конечная ЭМО была приемлемой для рассматриваемого оборудования.

Таким образом, исследование параметров ЭМС проводят в следующей последовательности:

  1. определяют перечень влияющих величин, подлежащих исследованиям;
  2. выбирают методы исследования влияющих величин;
  3. проводят измерения, моделирования, расчёты;
  4. анализируют результат;
  5. разрабатывают мероприятия по улучшению состояния электромагнитной обстановки и определяют требования к устанавливаемой аппаратуре;
  6. проводят повторные измерения и исследуют достаточность принятых ранее мер;
  7. при необходимости разрабатывают дополнительные рекомендации и требования, достаточность которых подтверждают расчётами или измерениями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема электромагнитной совместимости на постсоветском энергетическом пространстве заявила о себе сравнительно недавно, и не все специалисты и руководители, работающие в сфере энергетики, понимают её сущность и актуальность. От проблемы можно отмахиваться, её можно не замечать, игнорировать, однако в современном мире необходимо мыслить альтернативно и обосновывать свои решения, исходя из экономических соображений. Собственник, руководитель, специалист должны оценить затраты, связанные с перебоями в электроснабжении, повреждением дорогостоящей микропроцессорной техники, безопасностью персонала, плохим качеством электроэнергии, и сравнить их с расходами на своевременно принятые меры, одной из которых является обеспечение электромагнитной совместимости.

Решения по части ЭМС, разработанные на самых ранних стадиях постройки или реконструкции объекта, экономичны и легко реализуемы. Те же вопросы по заземлению и молниезащите необходимо прорабатывать на стадии проекта, а реализовывать — на нулевом цикле строительных работ, любые альтернативные решения, принятые в период полной готовности объекта, будут, несомненно, более дорогими и трудно реализуемыми.

Затраты на проработку вопросов ЭМС в общей стоимости строительства или реконструкции объекта не превышают сотых долей процента, а итоговая экономическая выгода вполне очевидна. К положительным результатам решения проблемы ЭМС можно отнести:

В современном мире собственник или руководитель предприятия решает сам: "иметь или не иметь", обезопасить ли себя от возможных проблем или нет. А осознание глубины возможных последствий того либо иного решения позволяет подходить к процессу его принятия более осмысленно и ответственно.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Дьяков А.Ф. и др. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике. — Москва: Энергоатомиздат, 2003.
  2. ГОСТ Р 50397-92 "Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения".
  3. ГОСТ Р 30372-95 "Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения".
  4. МЭК 50-161-90 "Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения".


Справки и консультации:

ООО "АЭСАТ ЭЛЕКТРИК"

ул. Логойская, 19, комн. 9, д. Валерьяново, Минский район, 223053, Беларусь

Адрес для писем: 220013, Минск, а/я 118

Тел. +375 (29) 606 22 21, +375 (29) 509 66 24,

+375 (29) 690 66 24

E-mail: AesatElectric@gmail.com
www.Aesat.web-energo.by