3 Особенности практической реализации методов снижения помех и оценка вероятных уровней помех

3.1 Общие положения

Виды компоновок. Здесь будут рассмотрены наиболее общие возможные планы размещения оборудования и его взаимосвязь с источниками возмущений, а также отмечены факторы, способ­ствующие снижению помех, например, наличие сети заземления, экранирующих конструкций и т.п.

Будет показано, что уровень помех, воздействующий на уст­ройство, зависит от месторасположения остального оборудования, с которым связано рассматриваемое устройство. Такой подход позволит выделить различные классы электромагнитного окру­жения.

Подстанции высокого напряжения. На рисунке 3.1 приведен план подстанции высокого напряжения. Объекты подстанции можно разделить на 3-4 основные категории: оборудование высокого на­пряжения, помещения релейных щитов, щиты управления и иногда комнаты связи, причем все объекты связаны между собой цепями вторичной коммутации.

Рис.3.1 План типовой высоковольтной подстанции и соответствующие виды ЭМ окружения.

В некоторых ситуациях релейные щиты могут отсутствовать. В этих случаях их функции выполняют щиты управления.

Комната связи также может быть либо входить в состав щита управления, либо располагаться отдельно.

Все описанные объекты в нормальных условиях присоединены к единой сети заземления или к нескольким взаимосвязанным се­тям заземления (если уровни их потенциалов различны).

Электростанции. План расположения оборудования обычной электростанции приведен на рисунке 3.2.

На электростанции, в зависимости от места расположения, можно выделить три вида объектов:

Рис. 3.2 План типовой электростанции и соответствующие типы ЭМ окружения.

1. Основное здание, в котором располагаются помещения, предназначенные для:

• силовых энергоблоков;

• коммутационной аппаратуры;

• выполнения функций управления;

2. Распределительное устройство, которое само по себе может быть ПС высокого напряжения.

3. Вспомогательное оборудование:

• емкости с топливом;

• градирни;

• оборудование для измерения параметров атмосферы;

• дымовые трубы и т.д.

Обычно главное здание и распределительное устройство имеют общий заземлитель или два отдельных заземлителя, связанных между собой. Заземление вспомогательного оборудования может представлять собой либо простую защиту от ударов молнии, либо расширение основного заземлителя, либо вообще может отсут­ствовать.

В отношении плана расположения оборудования особенных различий между обычными и атомными электростанциями нет, за исключением большей сложности последних, повышенных требо­ваний к их безопасности и использования некоторых сигнальных цепей особо низкого уровня напряжений. Более того, в связи с расположением котлов в отдельном здании многие электрические и электронные сети на АЭС имеют большую длину.

Радиостанции. Радиостанции, обслуживающие объекты элект­роэнергетики, часто устанавливаются в пределах подстанций или электростанций. Такой способ установки имеет достоинство в виде наличия хорошей заземляющей сети, а радиостанция с точ­ки зрения ЭМС может быть сопоставима со зданием релейного щита, хотя и имеет большую вероятность поражения ударом молнии.

При установке вдали от ВВ подстанций радиостанции обычно располагаются на возвышенностях, при этом часто имеет место повышенное сопротивление грунта, изолированная (отдельная) заземляющая сеть среднего качества и все та же повышенная веро­ятность поражения прямым ударом молнии.

Для всех указанных случаев следует обращать особенное внимание на выполнение связей такого оборудования (элект­роснабжение, телекоммуникации) с внешними объектами.

Щиты управления. Подобно радиостанциям щиты управле­ния не обязательно располагаются вблизи ВВ оборудования и, как следствие, не всегда обладают хорошим заземляющим уст­ройством. В части молниезащиты это может быть недостат­ком, но при рассмотрении других источников возмущений мо­жет быть и достоинством (КЗ на высокой стороне, коммута­ции и т.д.).

Таким образом, существенные для каждого конкретного щита управления принципы его исполнения с точки зрения ЭМС, зави­сят от его электромагнитного окружения:

• при установке в пределах ПС, он может быть приравнен к

зданию управления;

• если в состав входит антенна связи, он может быть частично

приравнен к радиостанции;

• в случае установки щита в отдельном здании, расположенном в городе, никаких специальных мер в части ЭМС принимать не требуется.

Типы сигналов и их уровни. Помехи оказывают влияние на обо­рудование непосредственно или, что бывает чаще, через кабели.

В последнем случае уровень помех и порог невосприимчивости зависят, в основном, от двух факторов:

• типа кабеля и способа подключения;

• типа передаваемого сигнала.

Первый фактор характеризуется коэффициентом экранирова­ния, определяемым по выражению , где I₀ –ток в экране, I-ток в проводнике внутри экрана.

Второй фактор грубо может быть охарактеризован амплитудой (в вольтах или амперах) и шириной спектра или скоростью нарас­тания сигналов, и на первый взгляд, при рассмотрении вопросов ЭМС не очень существенно, какие сигналы рассматриваются — цифровые или аналоговые.

Кроме того, можно было бы также классифицировать сигналы в зависимости от вида оборудования, между которым передаются эти сигналы, или в соответствии с типом ЭМО, в которой нахо­дится оборудование.

Хотя между тремя упомянутыми видами классификации (по типу сигналов, оборудования, окружения) существует некоторая взаимосвязь, здесь будет приведена классификация с учетом сле­дующих обстоятельств:

1. другие виды классификаций имеют слишком много исключений, например, широкополосные сигналы низкого уровня, проходящие в пространстве со сложной ЭМО и наоборот;

2. типы сигналов обладают большей изменяемостью, чем их окружение.

Принимая во внимание указанные выше замечания, приведем классификацию сигналов по четырем классам, расположенным в порядке убывания чувствительности оборудования к ЭМ возму­щениям (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Классификация типовых сигналов в порядке уменьшения чувствительности оборудования к внешним возмущениям

Тип сигнала	Определение	Обычный уровень	Типичный частотный диапазон
1а	Цифровой высокоскоростной сигнал низкого уровня	0,1-5 В	> 20 кГц
1b	Широкополосный аналоговый сигнал, например, от измерителей потока нейтронов	10 мкВ-1 В< 10 МГц
2а	Цифровой низкоскоростной сигнал низкого уровня, например, от импульсных генераторов для измерений скорости или положения	< 20 В	< 20 кГц
2b	Аналоговый низкочастотный сигнал низкого уровня, например, от датчиков измерения температуры или вибрации	< 1 В	< 1 кГц
За	Дискретные сигналы среднего уровня, например, сигналы управления или указания	> 10 В	< 100 Гц
Зb	Аналоговые сигналы среднего уровня, например, от датчиков технологического контроля	1 — 10 B 4-20 мА	< 100 Гц
4а	Дискретные сигналы высокого уровня, например, сигналы управления выключателям и разъединителям	>50 В	< 100 Гц
4b	Аналоговые сигналы высокого уровня от трансформаторов тока и напряжения	> 10 В, > 20 мА	< 1 кГц

Следует отметить, что хотя в данной классификации цифровые и аналоговые сигналы отнесены к одному типу (различаясь индек­сами а и b соответственно), подобное объединение имеет некото­рые ограничения вследствие того, что цифровые и аналоговые си­стемы на практике ведут себя совершенно по-разному.