Реферат Курсовая Конспект
Рекомендации по обеспечению помехоустойчивости приборов в зависимости от вида помех и мест установки приборов - раздел Философия, ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ Виды Воздействующих (Испытательных)...
|
Виды воздействующих (испытательных) помех | Место использования прибора | Обычные сети, жилые, административные помещения | Промышленные установки, электростанции | Подстанции среднего и высокого напряжения | ||||||
Чувствительный элемент прибора | ||||||||||
Помехи, поступающие по проводам | Гармоники сетевого напряжения | III | III | III | ||||||
Промежуточные гармоники сетевого напряжения | II | II | II | |||||||
Наложенные на сетевое напряжение сигналы | II | II | II | |||||||
Изменения напряжения сети | II | III | III | |||||||
Снижение и исчезновение сетевого напряжения | III | III | III |
Окончание табл. 6.5
Виды воздействующих (испытательных) помех | Место использования прибора | Обычные сети, жилые, административные помещения | Промышленные установки, электростанции | Подстанции среднего и высокого напряжения | |||||||
Чувствительный элемент прибора | |||||||||||
Несимметрия сетевого напряжения | I | I | I | ||||||||
Отклонения частоты сети | I | I | I | ||||||||
Переходные и высокочастотные помехи, обусловленные гальваническими связями | Импульсы 100/1300 мкс | II | II | II | |||||||
Импульсы 1,2/50 и 8/20 мкс | III | III | II1) | III | II1) | ||||||
Быстрые переходные помехи | III | III | III | III | III | III | |||||
Импульсы 0,5 мкс 100 кГц | II | I | II | II2) | II | II2) | |||||
Косинусоидальные затухающие колебания частотой 0,1/1 МГц | II | II | III3) | III3) | |||||||
Высокочастотные напряжения | I | I | I | I | |||||||
Импульсы 10/700 мкс (для модемов телефонной линии) | II | III | III | ||||||||
Разряд статического электричества | Разряд статического электричества | III | III | III | |||||||
Помехи, обусловленные полями | Магнитные поля с частотой сети | II | II | III | |||||||
Импульсные магнитные поля | I | I | II | ||||||||
Затухающие колебания магнитного поля | I | II | |||||||||
Электромагнитное поле | II | III | III | ||||||||
Прочие помехи | Напряжения с частотой сети в линиях управления и сигнализации | I | III | III | |||||||
Постоянное напряжение в линиях управления и сигнализации | I | II | |||||||||
Примечание. В таблице использованы следующие обозначения:
1 – ввод сетевого питания прибора; 2 – стенки приборов, экранов, элементы, обладающие антенными свойствами; 3 – сигнальные входы и выходы прибора, линии; I – рекомендуется в особых случаях; II – условно рекомендуется; III – рекомендуется; 1) – приборы для наружного пользования; 2) – приборы для использования внутри помещений; 3) – приборы для использования на подстанциях высокого напряжения.
Вопросы для самоподготовки
1. Дайте определение помехоустойчивости.
2. Что такое стойкость к повреждению?
3. Чем характеризуется собственная помехоустойчивость технического средства?
4. Назовите виды испытательных помех при испытании на внешнюю помехоустойчивость.
5. Выделите три класса требований к электрическим устройствам.
7. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
7.1. Мероприятия по защите от влияния электромагнитных полей линий электропередачи
Электромагнитное поле вблизи линий электропередачи (ЛЭП) может оказывать вредное воздействие на человека. Различают следующие виды воздействия [11]:
- непосредственное (биологическое) воздействие, проявляющееся при длительном и систематическом пребывании в электрическом поле, напряжённость которого выше допустимого значения;
- воздействие электрических разрядов (импульсного тока), возникающих при прикосновениях человека к заземлённым частям оборудования и конструкциям;
- воздействие тока, проходящего через человека, находящегося в контакте с изолированными от земли объектами – машинами и механизмами (токи стекания).
Кроме того, необходимо учитывать возможность воспламенения паров горючих материалов и смесей из-за электрических разрядов при соприкосновении людей и предметов с машинами и механизмами. Вероятность воспламенения горючих материалов возрастает с увеличением потенциала, наведённого на машине и энергии искрового разряда.
Любые работы без применения средств защиты и без ограничения по характеру и продолжительности могут производиться в местах, в которых напряжённость электрического поля равна или менее 5 кВ/м. Пространство, где напряжённость поля выше, называется зоной влияния электрического поля. Здесь необходимо применять защитные мероприятия.
Если же напряжённость электрического поля на рабочем месте превышает 25 кВ/м, пребывание в поле без средств защиты недопустимо.
Основным средством защиты оперативно-ремонтного персонала от непосредственного воздействия электрического поля при работах в зоне влияния является экранирующий комплект, состоящий из монтерской кабины и защитного костюма, применяемого при работах в полях с напряженностью выше 25 кВ/м, в том числе при ремонте под напряжением.
При ремонте под напряжением (ПРН) на воздушных линиях высших классов напряжения по отзывам монтеров возникают ощущения скованности действий, необходимости прилагать дополнительные усилия для выполнения простых движений. Анализ ситуации позволяет, в качестве причины этих ощущений, назвать воздействие электростатических сил. Вспомним школьный опыт с электроскопом. Он состоит в том, что если зарядить электрически два листочка бумаги, то они расходятся, так как на них действует сила кулоновского отталкивания. Представим себе монтера, стоящего на проводе ВЛ 750 кВ и ремонтирующего подвесную гирлянду изоляторов. В любой момент времени и руки и тело имеют электрический заряд одного знака. Следовательно, на руки будет, как на листочки электроскопа, действовать кулоновская сила. Руки должны этой силой отталкиваться от туловища.
Оценки показывают, что при ремонте под напряжением на ВЛ-750 кВ сила может достигать 5 ньютонов.
Воздействия тока, протекающего по организму человека также обсуждались. Однако действие импульсных токов требует комментария. Для ремонта под напряжением, например, для ремонта гирлянды изоляторов или распорок расщепленного провода требуется доставить монтера на провод, находящийся под напряжением. Обычно это осуществляется при помощи, так называемой, монтерской кабины или металлического стула с легким ограждением, на котором и сидит монтер. Кабина поднимается к проводу на капроновом канате. Когда расстояние между кабиной и проводом становится достаточно маленьким, между кабиной и проводом (или между монтером и проводом) возникает электрический разряд. При ремонте под напряжением на воздушной линии ВЛ-750 кВ длина искры достигает 30-50 см.
Этот факт имеет самое простое объяснение. Уже говорилось о том, что проводник во внешнем поле принимает потенциал, примерно равный среднему значению потенциала внешнего поля на его длине. Поэтому потенциал монтерской кабины значительно меньше потенциала провода. Напряжение между ними может достигать десятков и даже сотен киловольт, что и вызывает пробой промежутка между кабиной и проводом. После пробоя кабина вместе с монтером получают соответствующий заряд, причем постоянная времени этого процесса имеет порядок микросекунд и менее. После зарядки разряд прекращается, так как потенциалы кабины и провода становятся равными друг другу. Когда напряжение поменяет свой знак, то снова между кабиной и проводом возникнет напряжение, так как кабина имеет заряд другого знака, чем провод. Пробой промежутка между кабиной и проводом происходит многократно до того момента. пока монтер не присоединит кабину к проводу специальным проводником.
В процессе многократных пробоев промежутка между проводом и кабиной по каналу разряда проходит импульс тока, замыкающийся через кабину (и возможно монтера) на емкость между кабиной и землей. Этот ток также оказывает (или может оказывать) воздействие на человека.
Для защиты ремонтного персонала при проведении ремонта под напряжением от воздействия перечисленных факторов применяют специальный экранирующий комплект спецодежды или экранирующий костюм. Он должен обеспечивать необходимые защитные свойства в сочетании с удобством эксплуатации. Кроме этого. должна быть исключена возможность возникновения разрядов между экранирующим костюмом и телом человека. Последнее требование особенно важно, так как разряды внутри костюма вызывают болезненное раздражение, увеличивают нервную нагрузку монтеров.
В настоящее время разработаны экранирующие костюмы в разных странах и разными фирмами. Как правило, они состоят из брюк и куртки с капюшоном, снабженным накидкой на лицо. Накидка должна предотвращать возможность замыкания разряда между проводом и монтером на лицо, что не исключается в ее отсутствие. В некоторые комплекты входят ботинки со специальными носками и специальные рукавицы. Все элементы экранирующего костюма выполняются проводящими. Это относится как к брюкам, куртке, накидке на лицо, так и носкам и рукавицам. Экранирующий костюм надевается на хлопчатобумажное белье. Технические требования к ткани костюма состоят в следующем. Коэффициент экранирования по напряженности поля Ке должны быть не менее: Ке 0,05, а по току: Кi 0,01. Максимальный импульсный заряд не должен превышать Qmax 0,2 мкКл, а напряжение между телом человека и костюмом должно быть менее 20 В. Указанные требования выполняются при применении тканей, включающих проводящие нити. Размер ячеек составляет 1 – 2 мм.
Как известно, влияние магнитных полей на человека стало привлекать внимание гигиенистов и энергетиков лишь в последние годы. Это, конечно, не значит, что таким вопросом не занимались и нормы отсутствовали вообще. Однако во многих книгах, посвященных экологическому влиянию объектов энергетики, можно было прочитать, что влиянием магнитных полей можно пренебречь. Результаты, полученные разными исследователями и показывающие, что при напряженностях магнитного поля порядка долей А/м возрастает риск возникновения онкологических заболеваний, заставили пересмотреть существовавшие ранее взгляды. Во всех развитых странах начался и, можно сказать, продолжается пересмотр норм на допустимые значения напряженности магнитного поля. Этот процесс проходит болезненно, так как установление норм на уровне единиц А/м заставит отказаться от многих, ставших уже привычными, представлений и, самое главное, связан с громадными затратами. Поэтому правильнее было бы сказать, что нормы по допустимым значениям магнитного поля находятся в процессе разработки или становления.
Несмотря на некоторую неопределенность в области нормирования допустимых значений напряженности магнитного поля, в технической литературе разных стран возрастает количество статей, посвященных способам ограничения и снижения напряженности магнитного поля. Предлагается широкий выбор технических средств, позволяющих в разной степени уменьшить воздействия магнитных полей.
Выбор конкретного технического решения всегда проводится на основе технико-экономического сравнения вариантов. Это возможно, когда точно известна цель. В нашем случае – норма на допустимые значения. С большой долей вероятности можно предположить, что нормы в России по допустимым значениям напряженности магнитного поля в обозримом будущем будут пересмотрены в сторону ужесточения. В этой ситуации рекомендовать те или другие конкретные технические решения нецелесообразно. Поэтому в дальнейшем будем придерживаться следующего порядка: техническое решение, его принцип действия, эффективность в смысле ограничения напряженности магнитного поля.
В качестве первого и самого простого средства ограничения воздействия магнитного поля назовем удаление от токонесущих проводов. При этом следует помнить, что вблизи провода с током напряженность убывает обратно пропорционально первой степени расстояния до провода. Если имеем дело с трехфазной системой токов (например, с трехфазным кабелем), то напряженность уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до системы. Применительно к воздушным линиям ВЛ указанная зависимость напряженности от расстояния справедлива, когда расстояние до ВЛ существенно больше расстояния между фазами. Таким же образом, т.е. обратно пропорционально квадрату расстояния, уменьшается напряженность, созданная однофазным (двухпроводным) проводом, чаще всего встречающемся в бытовых электроустановках. Следовательно, путем выбора необходимого расстояния до источника магнитного поля можно снизить его напряженность до достаточно малых значений.
Следующее средство снижения магнитных полей это экранирование. Экранирование – мощное средство снижения напряженности магнитных полей и применяется достаточно широко. Однако стоимость экранов достаточно велика, особенно, если необходимо экранировать большие помещения.
Можно экранировать источник поля (например, систему шин или обмотку реактора) или рабочее место. Необходимость выбора того или другого варианта целиком зависит от конкретной ситуации. Экраны могут быть из ферромагнитных материалов или высокопроводящими.
Ферромагнитные экраны работают следующим образом. Известно, что глубина проникновения электромагнитного поля в проводник определяется так называемой глубиной «скин-слоя", под которой подразумевается глубина, на которой поле затухает в «е» раз (е = 2,718 – основание натуральных логарифмов). Глубина (или толщина) «скин-слоя» определяется выражением:
,
где – проводимость металла; – круговая частота; – магнитная проницаемость металла.
Если применить в качестве материала экрана электротехническую сталь, относительная магнитная проницаемость которой составляет около 1000, то толщина «скин-слоя» будет около 0,7 мм. При толщине экрана в 2 мм магнитное поле в нем будет ослаблено (затухнет) примерно в 20 раз.
Принцип действия «высокопроводящего» экрана состоит в том, что в нем наводятся вихревые токи. Результирующее поле в экранируемом объеме является суммой внешнего поля и поля вихревых токов, направление которых всегда таково, что поле в экранируемом объеме уменьшается. Расчет таких экранов достаточно сложен, но упрощенный вариант можно рассмотреть.
В тех случаях, когда требуется снизить напряженность магнитного поля в небольшой области, можно рекомендовать короткозамкнутые контура. Проиллюстрируем это простым примером. Пусть по прямому проводу протекает ток I1. Для снижения напряженности магнитного поля поместим рядом с проводом прямоугольную проводящую рамку, как показано на рис. 7.1.
Р и с. 7.1. Снижение магнитного поля
короткозамкнутым контуром
Если сечение провода рамки достаточно велико, то ее активным сопротивлением можно пренебречь. Тогда ток в рамке I2
,
где М – взаимная индуктивность между проводом и рамкой; L – индуктивность рамки.
Примем, что: а = 2 м; b = 1м; d = 0,02 м.
Для принятых размеров из [16] получим: I2 = – 0,3 I1.
Если ввести коэффициент экранирования по напряженности магнитного поля: Кm = Н/Нвн, (где Нвн – напряженность внешнего поля), то для принятых в примере значений получим:
Расстояние от провода, м: 0,03 0,25 0,5 0,75
Значение Кm: 0,67 0,58 0,33 0,27
Приведенные данные показывают возможность снижения напряженности магнитного поля таким простейшим устройством, как короткозамкнутая рамка.
Подобные экраны могут применяться и при проведении ремонтных работ в зоне воздушных линий под напряжением. Следует отметить сравнительно невысокую степень экранирования в этом случае. Экраны, образованные короткозамкнутыми рамками, иногда называют пассивными.
Активный экран можно получить, если по одному или нескольким контурам пропустить ток от специального источника. Если в контуре, показанном на рис. 7.1, протекает ток I2 = I1, то вблизи провода с током I1 поле практически будет скомпенсировано полностью.
Активные экраны могут применяться и для экранирования помещений.
В частности, они также используются в курортологии для компенсации магнитного поля земли во время магнитных бурь. Очевидно, что в этом случае экранирующая система должна быть дополнена измерителем напряженности и системой регулирования компенсирующего тока.
В энергетике такие экранирующие системы можно рекомендовать для экранирования систем шин.
В целях защиты населения от воздействия электрического поля ЛЭП, как было показано ранее, устанавливаются санитарно-технические зоны – территория вдоль линий электропередачи, в которой напряжённость поля превышает 1 кВ/м.
При этом в пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается:
- размещать жилые и общественные здания и сооружения;
- устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;
- размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;
- производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.
В случае, если на каких-то участках напряженность электрического поля за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках. В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках.
Территории санитарно-защитных зон разрешается использовать как сельскохозяйственные угодья, однако рекомендуется выращивать на них культуры, не требующие ручного труда.
На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее 2 м.
Машины и механизмы на пневматическом ходу, находящиеся в санитарно-защитных зонах воздушных линий (ВЛ), должны быть заземлены. Кроме того, эти машины и механизмы без крытых металлических кабин, применяемых в сельскохозяйственных работах в данных зонах, должны быть оснащены экранами для снижения напряжённости поля на рабочих местах механизаторов.
При проведении строительно-монтажных работ в санитарно-защитных зонах необходимо заземлять протяжённые металлические объекты (трубопроводы, кабели и т.п.) не менее чем в двух местах, а также на месте производства работ.
В районах прохождения воздушных линий персонал предприятия электросетей, обслуживающий эти линии, должен проводить разъяснительную работу среди населения по пропаганде мер безопасности при работах и нахождению вблизи воздушных линий.
7.2. Основные мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости в энергетических установках и устройствах автоматизации
В энергетических установках и устройствах автоматизации необходимо обеспечивать достаточную электромагнитную совместимость, т. е. путем реализации соответствующих мероприятий гарантировать, что при эксплуатацию установок и устройств не потребуются дорогостоящие дополнительные работы по их совершенствованию, а при дальнейшей эксплуатации не возникнут ограничения функционирования, выходы из строя, повреждения или опасные режимы, вызванные недостаточной электромагнитной совместимостью.
Р и с. 7.2. Основные мероприятия по обеспечению электромагнитной
совместимости устройств автоматизации энергетических установок:
I1,I2,I3 – классы 1,2,3 окружающей среды (из гл.3); la, 1б – системы питания технологического устройства и устройства автоматизации; 2 – соединительные провода; 3 – заземление; 4 – защита от молнии и от перенапряжений; 5 – высокочастотные и импульсные поля, созданные молнией, ядерными взрывами; 6 – разряды статического электричества; 7 – сильноточные выпрямители; 8 – электромагнитные приборы; АG – устройство автоматизации; LAN – локальная сеть; PAS – шина выравнивания потенциалов; USV – установка бесперебойного электроснабжения
Это обеспечивается:
– проектированием здания (его конструкции, расположении помещений, экранирование помещений и здания, кабельных трасс);
– целесообразным выбором и размещением измерительных, управляющих и регулирующих приборов, соединений между ними, а также коммуникационных элементов с учетом имеющихся в устройстве электроэнергетических элементов (коммутационных, трансформаторных, электротехнологических, подъемных механизмов, лифтов и т. д.);
– использованием промышленных элементов устройств автоматизации, показатели которых (помехоустойчивость, эмиссия помех) соответствуют ожидаемым параметрам окружающей среды, т.е. принятым классам электромагнитной обстановки (классам 1,2,3), в частности, как показано на рис. 7.2.
При этом должны быть выполнены технические мероприятия, направленные на обеспечение электромагнитной совместимости, в системах электропитания, при прокладке кабелей и заземления, молниезащиты, путем ограничении коммутационных перенапряжений, создания защиты от вызывающих помехи полей и от влияния разрядов статического электричества, а также направленные на подавление помех, создаваемых выпрямителями, электромагнитными устройствами и т.д.
7.3. Мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости в системах электропитания
При создании системы электропитания технологических установок или устройств автоматизации, удовлетворяющих требованиям электромагнитной совместимости, необходимо позаботиться о том, чтобы:
– не нарушалась работа устройств от приходящих из сети помех, вызванных переходными процессами, спадами и исчезновениями напряжения;
– ограничить воздействие установок с большой мощностью, таких, как дуговые печи, сварочные агрегаты, прессы, пилорамы и другие, с целью обеспечения допустимого качества напряжения сети [22, 23], 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 устройств 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, устанавливаемые производителем электроэнергии.
Для обеспечения электромагнитной совместимости в системах электроснабжения с электроприемниками, приводящих к помехам в питающей сети, целесообразно использовать, как показано на рис. 7.3, следующие мероприятия и технические устройства:
1) использование фильтров низких частот для снижения скорости изменения тока в подводящих проводах, например, при переключениях или коммутациях в выпрямителях (рис. 7.3,а);
2) введение дополнительных шунтирующих контуров, настроенных на высшие гармоники, вызванные нелинейными характеристиками промышленных установок, в частности выпрямителями (рис. 7.3,б);
3) использование маховиков (рис. 7.3,в) или статических тиристорных компенсирующих устройств (рис. 7.3,г) для сглаживания импульсной нагрузки, например, в прессах, пилорамах, точечных сварочных машинах;
4) симметрирование сети реактивными элементами при большой однофазной нагрузке (рис. 7.3,д);
5) подключение мощных потребителей к сети более высокого напряжения (рис. 7.3,е).
Р и с. 7.3. Мероприятия по снижению воздействия на питающую сеть
электроприемников с резкопеременной, несинусоидальной,
несимметричной нагрузкой:
1 – шины среднего напряжения; 2 – шины низкого напряжения, 3 – пресс; 4 – устройство для точечной сварки; 5 – однофазная нагрузка; 6 – устройство большой мощности; а – фильтр низких частот; б – фильтры высших гармоник, настроенные на 5, 7, 11 и другие гармоники;
в – маховики; г – статические тиристорные компенсирующие устройства (СТК); д – симметрирование сети; е – подключение нагрузки на более высокое напряжение
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, создающие кратковременные (до 10 мс) срезы напряжения при коротких замыканиях и нагружающие питающую сеть большими пусковыми токами при включениях и импульсными токами в стационарных режимах, что может создавать помехи другим потребителям из-за внутреннего сопротивления источника энергии.
Поэтому рекомендуется, размещенные в устройстве, аппараты автоматизации питать раздельно (см. рис. 7.2), не присоединяя к их системе питания другие потребители (осветительные ycтройства и розетки для электроинструмента). Помехи от других приборов, обусловленные их воздействием на сеть питания могут быть устранены подключением помехоподавляющих компонентов и соединением системы питания звездой.
Сеть низкого напряжения
Р и с. 7.4. Мероприятия и технические устройства по обеспечению
электромагнитной совместимости устройств автоматизации с сетью питания:
а – сетевые фильтры; б – стабилизаторы напряжения; в – статические системы бесперебойного питания; г – динамические системы бесперебойно» питания; д – агрегаты резервного питания; е – агрегаты резервного питания повышенной готовности
Чтобы обеспечить электромагнитную совместимость устройств автоматизации и повысить надежность системы питания, используются, как показано на рис. 7.4, следующие технические средства:
1) Сетевые помехоподавляющие фильтры для сглаживания переходных напряжений (рис. 7.4,а). Современные приборы автоматизации, как правило, снабжены такими фильтрами;
2) Трансформаторы, стабилизаторы напряжения для выравнивания колебаний напряжения и подавления высших гармоник и переходных симметричных и несимметричных напряжений помех (рис. 7.4,б);
3) Системы бесперебойного питания для гальванической развязки системы питания устройств автоматики от сети, для обеспечения питания при длительных понижениях и исчезновениях напряжения сети, а также для обеспечения специфических требований к системе питания. При этом различают статическую и динамическую системы питания. Статическая система (рис. 7.4,в) состоит из выпрямителя, аккумулятора – накопителя энергии с инвертором и позволяет в зависимости от параметров сети и вида потребителя обеспечить питание продолжительностью от нескольких минут до многих часов. Динамическая система (рис. 7.4,г) имеет вращающийся умформер с маховиком – накопителем энергии и позволяет компенсировать перерывы питания в течение нескольких секунд;
4) При длительных перерывах могут использоваться агрегаты непрерывного питания (рис. 7.4,д), чаще всего дизель-генераторные, а в особо ответственных случаях при большой мощности – агрегаты повышенной готовности. Они состоят из вращающегося умформера с дизельным двигателем и запускаются автоматически при отключении сети за счет энергии маховика (рис. 7.4,е).
7.4. Обеспечению электромагнитной совместимости при прокладке кабелей связи
Имеющиеся в устройстве электронные и электрические, часто удаленные друг от друга, компоненты связаны с сетью проводами питания, а между собой – сигнальными проводами, линиями управления и передачи данных в соответствии с предназначением устройства. Особенность прокладки кабелей, удовлетворяющая требованиям обеспечения электромагнитной совместимости, должна:
- не вызывать нарушений нормальной работы, вызванных внешними помехами (токами молнии, замыканиями на землю, полями);
- предотвращать влияние силовых кабелей энергоемких потребителей (приводов с выпрямителями, сварочных аппаратов и т.д.) на измерительные, регулирующие, управляющие устройства через их систему питания, сигнальные провода, линии управления и передачи данных;
- исключать взаимные влияния сигнальных проводов, линий управления и передачи данных.
Исходя из этих требований по устранению влияния на линии, можно сформулировать следующие указания по прокладке кабелей в устройствах:
1) Необходимо скручивание пары проводов (прямого и обратного) для сигналов. Это означает, что нельзя при многих сигналах использовать общий обратный провод (жилу или экран кабеля, корпус). Тем самым симметрируются емкости связей параллельных линий и предотвращается образование проводящих контуров. Если кабель для измерений, регулирование и управления, состоящий из отдельных экранированных пар проводов, экраны которых с одной стороны связаны с системой опорного потенциала, имеет металлическую защитную оболочку, то она заземляется с двух сторон и может быть использована для защиты от воздействия молнии (рис. 7.5).
Р и с. 7.5. Кабель для передачи измерительных сигналов,
сигналов управления и регулирования:
1 – медные гибкие жилы; 2 – изоляция хил; 3 – экранированные пары проводов со вспомогательными заземляющими проводами; 4 – пластмассовая лента; 5 – внешний экран
(медная оплетка); 6 – поливинилхлоридная внешняя оболочка
При этом экран может отсутствовать, если входные и выходные элементы электронного устройства достаточно помехоустойчивы. Например, двойные линии датчиков и систем регулирования обычно не экранируются.
2) Линии передачи данных и сигналов следует размещать на возможно большем расстоянии (более 10 см) от токовых цепей, силовых кабелей и проводов, в которых в нормальных режимах могут возникать быстрые изменения тока или напряжения.
3) Там, где существуют сильные низкочастотные помехи, сигнальные провода и линии передачи данных следует прокладывать в ферромагнитных стальных трубах или шлангах, которые одновременно защищают провода и кабели от механических повреждений.
В пределах здания рекомендуется прокладывать кабели и провода в заземленных и закрываемых кабельных каналах, элементы которых надежно соединены электрически друг с другом. Каналы могут иметь несколько камер (например, три), в которых раздельно прокладываются несущие помехи и чувствительные к помехам кабели, например, в камере около стойки прокладываются силовые кабели 380 В, в средней камере – кабели управления 220 В, в крайней камере – сигнальные кабели.
4) Кабели, выходящие из здания и пересекающие некоторое закрытое пространство, должны иметь внешний экран, рассчитанный на пропускание сильного тока, или их следует прокладывать в трубчатых металлических каналах или в железобетонных каналах с электрически объединенными крышками.
5) Для предотвращения проникновения синфазных помех по проводам в сигнальный контур, необходимо выполнять разделение потенциалов при помощи электромагнитных, электромеханических или электрооптических устройств, которое осуществляется во входных и выходных цепях электронных промышленных устройств или в отдельных блоках.
6) Для снижения воздействия помех на передающие участки устройства осуществляется выбор большего по величине полезного сигнала при передаче с последующим его понижением до требуемого значения перед обработкой. При этом напряжение помехи снижается пропорционально уменьшению сигнала.
Абсолютно помехоустойчивы при электромагнитном воздействии световоды. Они обеспечивают разделение потенциалов датчика и приемника, повышенную безопасность работы во взрывоопасной обстановке, малую занимаемую площадь и высокую (до 10 Мбайт/с) скорость передачи.
Специально для локальных сетей можно сформулировать следующие рекомендации:
– не прокладывать линии передачи данных параллельно сильноточным проводам на длине более 10м;
– при необходимости близкой прокладки проводов, несущих сильные помехи, следует экранировать участки линий передачи данных (при коаксиальной системе передачи для этого требуются кабели с дополнительным экраном);
– при симметричных участках передачи сигналов применять трансформаторы (трансформаторная передача помимо разделения потенциалов обладает гораздо лучшими симметрирующими и развязывающими свойствами, чем симметричныe относительно земли резистивные схемы);
– как можно чаще следует реализовывать коаксиальные системы (уменьшение сопротивления связи);
– при симметричных системах по возможности необходимо скручивать провода (снижение влияния площади контура);
– при присоединении экранированной линии к корпусу upибора нужно добиваться хорошего контакта по всей окружности экрана;
– экраны линий всех цепей, присоединенных к шине данных рекомендуется соединять с единой системой заземления;
– шины данных следует прокладывать рядом с проводящими поверхностями, в металлических кабельных каналах (в экранированных системах провода, несущие сильные помехи, прокладывать на расстоянии не менее 30 см, а в неэкранированных системах – не менее 1 м, что часто практически реализовать невозможно).
Большие преимущества имеют системы передачи данных на базе световодов. При достижимых в настоящее время коэффициентах затухания осуществляется создание волоконных линий передачи данных длиной в несколько километров.
7.5. Повышение электромагнитной совместимости устройств автоматизации с помощью
заземляющих устройств
В устройствах автоматизации со многими приборами или шкафами взаимные помехи будут наименьшими, если все корпуса и проводящие детали здания и устройства находятся под одним напряжением. Для этого приборы автоматизации соединяют с заземляющим устройством требующимся также для защиты от напряжения прикосновения, грозовых и коммутационных перенапряжений, а также для рабочего заземления электротехнических установок.
Сильноточное заземляющее устройство состоит, как правило, из фундаментного заземлителя (кольцеобразного сборного проводника, расположенного на нижнем этаже здания, как показано на рис. 7.6), к которому присоединены все естественные и дополнительные заземлители.
Р и с. 7.6. Заземления устройств автоматизации в виде звезды (а)
и плоской системы (б):
А – приборы автоматизации (пульты, шкафы); В – провода системы опорного потенциала; F – плоский заземлитель; FE – фундаментный заземлитель; GB – арматура здания; КЕ – искусственный заземлитель; NE – естественные заземлители; SP – изолированная центральная точка соединений проводов опорного потенциала; Е – устройство заземления
К естественным заземлителям oтносятся все металлические элементы, соприкасающиеся с землей (трубы, фундамент здания, металлические конструкции технических и технологических агрегатов, оболочки кабелей, рельсовые пути, экраны кабельных каналов, приходящих в здание), а также система заземления электрооборудования.
Для заземления электронных промышленных средств в устройствах автоматизации применяют в основном два вида соединений заземляющих проводов: соединение их в звезду или присоединение к плоскому заземлителю. При соединении в звезду изолированные провода системы опорного потенциала всех приборов объединяются в одной точке, также изолированной, которая кратчайшим путем соединяется с системой заземления, предназначенной для электротехнических установок и молниезащиты (рис. 7.6,а). При использовании плоского заземлителя системы опорного потенциала непосредственно соединяются с корпусами приборов, которые проводниками кратчайшим путем связываются с изолированным плоским заземлителем, сооруженным на полу производственного помещения, подсоединенным в одной точке к заземлению электротехнических устройств (рис. 7.6,б). Соединение в звезду является классическим видом заземления аналоговых и небыстродействующих цифровых устройств автоматизации. Для быстродействующих устройств полные сопротивления отдельных расположенных в виде лучей проводов заземления становятся слишком высокими, чтобы гарантировать нормальное функционирование заземляющего устройства, и поэтому используется плоское заземление.
Часто применяется комбинация этих двух видов заземления, например, в производственных помещениях с управляющей и вычислительной техникой – плоское заземление, а в пределах общего пространственно разветвленного устройства, которое может содержать также аналоговые компоненты – звездой. В этом случае повторяется принцип занулений внутри прибора.
7.6. Мероприятия по снижению влияния разрядов статического электричества
Из-за разрядов статического электричества с тела человека или передвижного устройства может наступить повреждение или нарушение функционирования электронных приборов на рабочих местах, пультах управления, в диспетчерских или компьютерных залах при работе с приборами или сервисном обслуживании.
В комфортабельно оборудованных помещениях с синтетическими непроводящими покрытиями полов и с покрытыми пластиком предметами устройства такая опасность особенно велика.
Меры по устранению этой опасности в основном направлены на то, чтобы вблизи электронных устройств ограничить образование статических зарядов или нейтрализовать заряды, если их образование неизбежно.
В частности, это осуществляется за счет применения следующих мероприятий:
1) Применением проводящих покрытий полов (проводящей резины, войлочных материалов, специальных проводящих пластмасс, а также половой краски с поверхностным сопротивлением 105 – 108 Ом);
2) Покрытием гладких полов антистатической мастикой;
3) Поддержанием относительной влажности воздуха выше 50% увлажнителями воздуха или кондиционерами;
4) Использованием приборов, стойких и испытанных к воздействиям разрядов статического электричества.
При обращении с электронными деталями и платами, например, при сервисном обслуживании, необходимо соблюдать нормы защиты от разрядов статического электричества, важнейшими из них являются:
1) Хранение и транспортировка отдельных схем и плат с закороченными выводами в упаковке из проводящих антистатических материалов;
2) Все требуемые манипуляции с электронными элементами проводить только на рабочих местах, оборудованных антистатическими устройствами.
7.7. Мероприятия по снижению влияния электромагнитного излучения
Электромагнитное излучение может быть вызвано радио– и телепередатчиками; устройствами дистанционного управления; радиопереговорными приборами; а также электротехнологическими устройствами; дугами в отключающих аппаратax; молнией; разрядами статического электричества, и воздействовать на измерительные, управляющие процессами регулирующие приборы и т.д.
Достаточная защита электронных приборов от излучения обычно обеспечивается металлическими шкафами, пультами, корпусами, в которых электронные устройства находятся в рабочем режиме. Металлизированные пластмассовые корпуса также выполняют эту задачу.
Падающие электромагнитные волны могут частично поглощаться стенками или отражаться от их поверхности. При особых требованиях к электромагнитной совместимости при высоких частотах используются специальные системы корпусов.
Защита силовых, сигнальных проводов, линий управления и передачи данных от излучения осуществляется использованием кабельных экранов, соответствующим образом защищенной прокладкой кабелей, а также использованием световодов.
Особо ответственные и такие высоконадежные приборы, как центральные вычислительные машины, системы управления процессами и другие, непременно должны размещаться в экранированных помещениях.
7.8. Организационные мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости
Организационные мероприятия, способствующие обеспечению электромагнитной совместимости, направлены на то, чтобы рассмотренные технические мероприятия реализовать при планировании, проектировании и создании электроустановок, приборов и длительно обеспечивать необходимое качество в отношении электромагнитной совместимости в стадии использования, обслуживания, ввода в эксплуатацию устройства.
В большинстве случаев эти мероприятия дают экономический эффект и могут оказаться достаточными для поддержания определенного качества электромагнитной совместимости. Они позволяют снизить материальные затраты путем ограничения функционирования устройства или соблюдения установленных правил эксплуатации. Ограничение функционирования означает локальное или временное регламентирование протекания производственного процесса. Например, может быть установлено, чтобы определенные, создающие сильные помехи устройства не работали одновременно с особо чувствительными измерительными и аналитическими приборами.
Организационные мероприятия включают в себя предписания, такие, как ношение экранирующей защитной одежды вблизи интенсивных источников излучения, порядок обращения с электронными деталями, блоками и приборами, или запрет использования радиопереговорных устройств в определенных чувствительных зонах, например в пультовых, диспетчерских помещениях.
Среди эксплуатационных и профилактических мероприятий, относящихся также к организационным, есть и такие, как осмотр и измерение сопротивления заземления соединений в заземляющем устройстве, проверка устройств разделения различных потенциалов, эффективности фильтров, устройств защиты от перенапряжений [24] и экранов, предусмотренных по условиям обеспечения электромагнитной совместимости.
Вопросы для самоподготовки
1. Типы вредных воздействий на человека, находящегося вблизи ЛЭП.
2. Перечислите способы ограничения воздействия магнитного поля.
3. Объясните принципы экранирования.
4. Способ действия активных экранов.
5. Способ действия пассивных экранов.
6. Какие организационные мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости вы знаете?
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
В М САЛТЫКОВ... А В САЛТЫКОВ... Н В САЙДОВА...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Рекомендации по обеспечению помехоустойчивости приборов в зависимости от вида помех и мест установки приборов
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов