Основные источники внешних помех
Помехи из сети электроснабжения
Питающая электросеть 220/380В с частотой 50Гц и подключенные к ней блоки питания являются источниками следующих помех:
фон с частотой 50Гц;
выбросы напряжения от вспышки молнии (рис. ХХХ 1.2,а);
кратковременные затухающие колебания при переключении индуктивной нагрузки (рис. ХХХ 1.2,б);
высокочастотный шум, наложенный на синусоиду 50Гц (рис. ХХХ 1.2,в);
инфранизкочастотный шум, проявляющийся как нестабильность во времени среднеквадратического значения сетевого напряжения (рис. ХХХ 1.3);
долговременные искажения формы синусоиды и гармоники при насыщении сердечника трансформатора и по другим причинам.
Наибольшее влияние на системы ПА оказывают первые 3 вида помех (рис.ХХХ 1.2).
Рис.ХХХ 1.2. Виды помех, проникающих из сети питания: а - от вспышки молнии; б - при переключении индуктивной нагрузки; в - помехи от радиостанций
Рис. ХХХ 1.3. Изменения действующего значения сетевого напряжения в течение суток (измерено с помощью модуля NL-8AI [НИЛ АП]
Для уменьшения кратковременных выбросов напряжения используют специальные защитные диоды и варисторы. Инфранизкочастотный шум и искажения синусоиды отфильтровываются стабилизатором и сглаживающим фильтром сетевого источника питания и практически не проходят сквозь паразитные емкости сетевого трансформатора.
Причинами и источниками сетевых помех могут быть разряды молнии при попадании в линию электропередачи, включение или выключение электроприборов, тиристорные регуляторы мощности, реле, э-м клапаны, электродвигатели, электросварочное оборудование и др.
Пути проникновения сетевой помехи показаны на рис. ХХХ 1.4. Силовой или развязывающий трансформатор включен в сеть 220В, 50Гц. Сеть представлена эквивалентными источниками напряжения Е~220 В и помех Епомехи. Нулевой провод источника сетевого напряжения заземлен на главном щите у ввода в здание. Если выход источника питания тоже заземлен, что часто необходимо для целей электробезопасности, то возникает путь протекания тока помехи, показанный на рис.ХХХ 1.4, включающий сопротивление заземляющего проводника Rземли. Основным звеном в этой цепи является паразитная емкость между обмотками силового трансформатора Cпap1, для уменьшения влияния которой часто используют заземленный электростатический экран (рис.ххх 1.5).
Рис.ххх 1.4. Пути проникновения помехи из сети 220В, 50Гц в систему заземления и общий провод источника питания |
Рис.ххх 1.5. Источник питания с 3-мя типами земель (слева направо): защитная, экранная и сигнальная. Экран показан штриховой линией. |
Ток помехи протекает по общему проводу источника питания и заземляющему проводнику, создавая на их сопротивлении падение напряжения помехи, рассматриваемой далее (на рис. ххх 1.4 эти участки цепи выделены жирной линией). Ток источника помехи Епомехи может замыкаться не на трансфораторной подстанции, а через внутреннее сопротивление других электроприборов, подключенных к электросети, а также через емкость кабеля. Таким образом, на шине заземления падает паразитное напряжение помехи, делая ее грязной, и часть напряжения помехи попадает на выход источника питания через участок провода, выделенный жирной линией на рис. ххх 1.4.
Наиболее значительной помехой, проникающей в шину заземления из сети 220В, 50Гц, является:
емкостной ток, протекающий через емкость между обмоткой двигателя и его корпусом;
ток между сетевой обмоткой трансформатора и сердечником,
ток через конденсаторы сетевых фильтров.
Путь тока помехи через емкость между первичной обмоткой трансформатора и его заземленным сердечником Спар3 показан на рис.ххх 1.4. Этот ток также протекает через общий провод источника питания и заземляющий проводник. Именно эта емкость приводит к тому, что незаземленные электроприборы бьют током. При отсутствии заземления потенциал металлического корпуса приборов, подключенных к сети 220 В, составляет от десятков до 220В в зависимости от сопротивления утечки на землю. Для уменьшения этого напряжения корпуса приборов, включенных в сеть 220В, должны быть заземлены по требованию техники электробезопасности.
При использовании DC-DC (Direct Current-Direct Current) и AC-DC (Alternating Current-Direct Current) преобразователей напряжения, которые содержат внутренний генератор, к источнику помехи Епомехи добавляется емкостная и индуктивная наводка от собственного генератора преобразователя. Поэтому уровень помех на общем проводе у DC-DC и AC-DC преобразователей выше, чем в источниках с обычным силовым трансформатором, хотя проходная емкость Спар1 в этих преобразователях может быть уменьшена до единиц пикофарад по сравнению с сотнями пикофарад для обычного силового трансформатора.
Для уменьшения проникновения помехи в источниках питания используют раздельное экранирование первичной и вторичной обмотки трансформатора, а также разделение защитной, сигнальной и корпусной (экранной) земель (рис. ххх 1.5). На рисунке сплошной жирной линией показан металлический корпус прибора; кружочками обозначены клеммные соединители, изолированные от корпуса. Методы соединения различных земель между собой описаны в п. ххх 3.5.