Особенности ЭМО на энергетических и промышленных объектах (стр. 3 из 3)
3.4. Измерение уровней помех в информационных
цепях и цепях питания при коммутационных операциях
Осуществляется с помощью современных цифровых осциллографов (типичная частота дискретизации 1 ГГц на канал) с функцией запоминания импульсного сигнала. Выбор уставок триггера осуществляется в зависимости от вида операции и цепи, в которой производятся измерения. Осциллограммы в цифровом представлении передаются на компьютер, что позволяет в дальнейшем осуществлять их обработку с использованием математических пакетов.
3.5. Оценка качества напряжения питания
от основных и резервных источников
Определяется коэффициент гармонических искажений, при необходимости отслеживается изменение действующего значения в течение суток или более. Производится осциллографирование переключения на резервное питание, что позволяет определить длительность бестоковой паузы.
3.6. Оценка уровней электромагнитных полей
Для измерения полей используются специальные интегрированные приборы, антенны и т.п. В ряде случаев необходимо применение аналитических методов. Это касается, в частности, определения уровней магнитных полей в местах расположения аппаратуры при КЗ в высоковольтных сетях с заземленной нейтралью.
Проведение указанных работ требует известной квалификации персонала и использования относительно дорогостоящего оборудования. Поэтому представляется целесообразным проведение таких работ силами специализированных организаций или отделов в рамках комплекса проектно-изыскательских работ по реконструкции объекта. Работы должны производиться в тесном контакте с проектировщиками, ведущими общий проект реконструкции. Разумеется, это приводит к некоторому удорожанию проекта, что является, по сути, платой за безопасность и надежность предлагаемого решения.
Что же касается контроля ЭМО в течение срока функционирования объекта между реконструкциями, то здесь представляется целесообразным привлечение к выполнению этих задач эксплуатационного персонала. Основной задачей является выявление внезапно возникших или скрытых проблем. При необходимости для их полной диагностики и решения может быть проведено полное обследование аналогично тому, как это делается при реконструкции.
4. Улучшение ЭМО
Разумеется, оценка ЭМО не является самоцелью. По ее результатам разрабатываются и осуществляются защитные мероприятия. В зависимости от результатов обследования, они могут включать:
4.1. Оптимизацию заземляющего устройства, в том числе:
· восстановление поврежденных и прокладку недостающих заземляющих электродов с целью снижения потенциалов при КЗ и грозовом разряде;
· установка вертикальных заземлителей для устройств грозозащиты, разрядников и ОПН;
· приведение систем заземления и выравнивания потенциалов в зданиях и помещениях УС в соответствие с современными требованиями;
· обеспечение растекания тока молнии на безопасном расстоянии от цепей питания и связи, а также мест расположения аппаратуры;
· разделение заземляющих проводников для информационной техники и устройств, способных нести значительные помехи, например, вводов кабелей с мачт радиосвязи;
· разрыв ненужных связей (например, между элементами грозозащиты и фильтрами присоединения ВЧ-связи, кабельными каналами и т.п.).
4.2. Обеспечение правильной прокладки
вторичных цепей по условиям ЭМС:
· раздельная прокладка информационных и силовых цепей;
· организация экранирования (с двух- или односторонним заземлением экранов в зависимости от условий на объекте);
· применение информационных кабелей с высокой степенью симметрии («витая пара»);
· прокладка трасс кабелей в обход областей с высокими уровнями электромагнитных полей;
· применение барьерных заземлителей, шин выравнивания потенциала и т.п.;
· использование (там, где это оправдано) оптической развязки.
4.3. Оптимизацию систем питания:
· разделение цепей заземления и нуля (переход с системы TN-C на системы TN-S и TN-C-S);
· уменьшение токов утечки (позволяет снизить уровень магнитных полей и низкочастотных наводок на кабели связи);
· установка стабилизаторов, разделительных трансформаторов и устройств резервирования питания;
· использование вторичных источников (ИБП, выпрямителей) с высокой помехоустойчивостью;
· организация защищенной подсети для устройств связи, АСУ и т.п. (например, отдельная фаза через стабилизатор).
4.4. Установка устройств защиты от перенапряжений
В последнее время все интенсивнее стали применяться устройства подавления импульсных перенапряжений в цепях питания и обмена информацией. Такие устройства выполняются на базе силовых элементов с сильно нелинейной вольт-амперной характеристикой: разрядников, варисторов, стабилитронов и т.п. Нелинейность ВАХ позволяет организовать канализацию импульсных помех по схеме «провод-провод» или «провод-земля», не позволяя им достигнуть входов аппаратуры. Отметим, что эффективность использования таких устройств во многом определяется организацией системы заземления.
В настоящее время для максимально эффективного подавления помех в системе питания принято использовать принцип зонной защиты.
Он заключается в установке защитных устройств в несколько каскадов, каждый из которых рассеивает некоторую часть энергии импульса (рис. 8). В результате амплитуда помех снижается до уровней, безопасных для аппаратуры, даже не предназначавшейся специально для размещения на энергообъектах.
Рис. 8. Установка защитных
устройств классов I, II и III
(по классификации МЭК) в сети
TN-C-S 220/380 В
Что же касается устройств защиты линий связи и цифровых интерфейсов, то здесь многокаскадная структура часто реализуется в самом устройстве. Первый каскад производит отвод основной части энергии импульса. При этом высокочастотная составляющая, соответствующая обычно фронту импульса, проникает через первый каскад из-за ограниченного быстродействия последнего. Эта часть шунтируется быстродействующими стабилитронами второго каскада (время срабатывания - порядка 1-10 нс для разных модификаций ). Результаты лабораторного тестирования показали высокую эффективность подобных устройств. Так, например, грозовой импульс амплитудой 4 кВ от стандартного испытательного генератора может быть погашен практически полностью (см. рис. 9).
| Tek(THS730A) STO1 200 V 200 uS Форма импульса (реальная амплитуда – 4 кВ, на входе осциллографа использован делитель) | |
Рис. 9. Подавление стандартного грозового импульса устройством защиты интерфейса RS485 (типа ТУЗ)
4.5. Экранирование чувствительной аппаратуры
Иногда высокий уровень магнитных полей при КЗ в высоковольтной сети представляет непосредственную угрозу для аппаратуры. В этом случае обычно рассматриваются варианты размещения аппаратуры в специальных экранирующих шкафах.
Разумеется, приведенными методами не исчерпывается все разнообразие решений, направленных на снижение уровней помех, воздействующих на аппаратуру. Более того, специфика энергетических и промышленных объектов, как правило, такова, что уровень действующих на аппаратуру помех не может быть снижен до очень малых значений без больших капитальных затрат.
Поэтому для всей микропроцессорной аппаратуры, влияющей на безопасность и надежность работы объекта, должен обеспечиваться высокий уровень собственной устойчивости к помехам. Это подразумевает проведение в рамках сертификации и (или) экспертной оценки испытаний на ЭМС, причем со степенями жесткости, отражающими специфические требования электроэнергетики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
К проблеме помехозащищенности систем индустриальной автоматизации следует относиться с максимальным вниманием, поскольку неправильный выбор схемы подключения, разводки кабелей, системы заземления и экранирования могут свести на нет достоинства дорогой и, казалось бы, крайне надежной электронной части системы.
В то же время правильное понимание описанных проблем позволит в ряде случаев достичь хороших результатов с применением относительно недорогого оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. http://www.onat.edu.ua – курс лекций: "Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств".
2. Материалы журнала Новости ЭлектроТехники 1(13) 2002 Автор: Михаил Матвеев
3. «ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ НА РАБОТУ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ» А.В. Голговских Вятский государственный технический университет, г. Киров