Слайд 1 - Электроэнергетика, Защита От Помех
advertisement
М. В. Матвеев Директор по развитию ООО «ЭЗОП» - Электроэнергетика, Защита От Помех Проблема ЭМС на электрических станциях и подстанциях Тел: (095) 727-08-36 Тел/факс (095) 113-33-18 e-mail:ezop@ezop.ru, http://www.ezop.ru Оглавление • • • • • • Основные определения Основные виды помех Контроль помехоустойчивости аппаратуры Контроль ЭМО Обзор основных методов защиты Организация работ по обеспечению ЭМС Основные определения Электромагнитная совместимость (ЭМС) это способность аппаратуры нормально функционировать в определенной электромагнитной обстановке (ЭМО), не создавая при этом электромагнитных помех, опасных для других технических средств Совокупность количественных характеристик основных электромагнитных помех для конкретного объекта называется электромагнитной обстановкой (ЭМО), в которой аппаратура будет работать Наиболее актуальная проблема ЭМС на энергообъектах – влияние сравнительно мощных электромагнитных помех на чувствительную электронную (в основном, микропроцессорную (МП)) аппаратуру. Основные определения Электромагнитная помеха – любое электромагнитное явление естественного или искусственного происхождения, которое может ухудшить качество функционирования технического средства. Максимальную амплитуду ЭМП, при которой еще не возникает недопустимого ухудшения функциональных свойств аппаратуры, будем называть уровнем устойчивости этой аппаратуры к действию данной помехи. Виды связи между источником и приемником помехи В зависимости от механизма распространения между источником и приемником (подверженными влиянию цепями и аппаратурой) ЭМП могут разделяться на емкостные, индуктивные и кондуктивные. При воздействии высокочастотного электромагнитного поля в данной зоне говорят еще о наведенных электромагнитных помехах. Емкостными и индуктивными называют ЭМП, распространяющиеся в виде соответственно электрического и магнитного полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП - это помехи, возникающие в общих цепях, например в заземлении или любых металлических конструкциях. Виды помех во вторичных цепях U U а) б) Кондуктивные помехи в цепях, имеющих более одного проводника, принято делить на помехи «провод -земля» (синонимы − несимметричные, общего вида, Common Mode) (а) и «провод-провод» (симметричные, дифференциального вида, Differential Mode) (б). В первом случае («провод-земля») напряжение помехи приложено, как следует из названия, между всеми проводниками цепи и землей. Во втором - между различными проводниками одной цепи. Общий подход к решению проблемы ЭМС Для достижения ЭМС используется комбинация двух подходов. Во-первых, должен обеспечиваться определенный уровень собственной устойчивости к помехам применяемой аппаратуры. Во-вторых, ЭМО на объекте должна поддерживаться в таком состоянии, чтобы действующие на аппаратуру помехи не превышали уровней устойчивости этой аппаратуры. ЭМС аппаратуры Помехоустойчивость аппаратуры Электромагнитная обстановка на объекте Актуальность проблемы Статистика по различным отраслям (собранная, преимущественно, страховыми компаниями), подтверждает актуальность проблем ЭМС и защиты от перенапряжений. США: За период с 1990 по 2000 года было зафиксировано 346 инцидентов на атомных объектах, вызванных молнией – DOE Occurrence Reporting and Processing System Database Ежегодный прямой ущерб вследствие повреждения аппаратуры импульсными перенапряжениями составляет $1,8 млрд. (ERICO corp.) Ежегодный убыток от провалов напряжения и возмущений составляет $6 млрд. - CEIDS Value assessment, 10 July 2001 Актуальность проблемы Россия и СНГ: • Подстанция 500 кВ в центре России – повреждение аппаратуры связи при молниевом разряде. • ПС на юге России - ложная работа защит по стороне 330 кВ при внешнем КЗ по стороне 110 кВ (!) • Одна из АЭС – сбои в работе системы регулирования выходной мощности генератора под действием коммутационных помех, повреждение вторичных цепей перенапряжениями. • Крупная ГРЭС в центре России – повреждение воздуховодов и оболочек кабелей при протекании токов однофазных КЗ. • ГЭС (Казахстан) – нарушение работы электронного оборудования в помещениях ГЭС под действием магнитного поля от силовых цепей и цепей возбуждения. • ДП ряда энергосистем – повреждение электронной аппаратуры при молниевом разряде. Актуальность проблемы • КТП крупного металлургического комбината – ложная работа МП защит под действием помех при коммутациях элегазового оборудования. • Крупная ТЭЦ в Европейской части России – нарушение нормальной работы аппаратуры АСКУЭ при переключениях в сети СН. • Современная ТЭЦ с новыми агрегатами– ложная работа защиты при коммутации разъединителя 330 кВ Подробные статистические данные по отечественной электроэнергетике, к сожалению, отсутствуют. Однако в процессе выполнения работ по обеспечению ЭМС неоднократно приходилось сталкиваться со случаями сбоев и отказов МП аппаратуры под действием электромагнитных помех. Статистика состояния энергообъектов по условиям ЭМС Оценка системы молниезащиты - опасности для МП аппаратуры со стороны молниевых разрядов не выявлено; - нет явных нарушений НТД, но остается угроза повреждения МП аппаратуры; - выявлены факты серьезного нарушения НТД в организации системы молниезащиты. Статистика основана на данных, собранных «ЭЗОП» в результате обследования 45 энергообъектов в период с 2002 по 2005 год. Эксплуатационное состояние ЗУ объектов по условиям ЭМС Доля аппаратов и конструкций, при КЗ на которые возможно повреждение МП аппаратуры и вторичных кабелей: -- менее 10% от общего количества -- от 10 до 50% от общего количества -- более 50% от общего количества Серьезные нарушения электрической целостности заземляющего устройства -- доля объектов, на которых количество аппаратов, фактически утративших электрическую связь с общим ЗУ не превышает 5% от общего количества, -- доля объектов, на которых количество аппаратов, фактически утративших электрическую связь с общим ЗУ составляет 5-10% от общего количества, -- доля объектов, на которых количество аппаратов, фактически утративших электрическую связь с общим ЗУ превышает 10% общего количества Основные виды помех действующих на электронную аппаратуру 1 – короткие замыкания (КЗ) 2 – грозовые разряды 3 – переходные режимы работы высоковольтного оборудования (в том числе, вызванные коммутациями) 4,5,7 – внутренние источники помех в помещениях здания с аппаратурой (рассматриваются на следующих слайдах) 6 - радиосредства Пример Порталы с молниеприемниками и высоковольтные ОПН расположены рядом со зданием ОПУ, где размещается аппаратура РЗА и связи. Прямо над зданием проходит шинопровод 110 кВ. В случае протекания по нему тока КЗ, аппаратура окажется в зоне опасного магнитного поля. Типичные источники помех внутри зданий с аппаратурой 4 – коммутации электромеханических устройств различного назначения 5 – штатная работа силового электрооборудования (до и выше 1 кВ) 6 – работа портативных раций, используемых персоналом 7 – электростатический разряд Пример Иногда информационные цепи и электронная аппаратура располагаются рядом с силовым электрооборудованием включая контакторы, мощные реле и т.п. Это может привести к проблемам ЭМС, особенно при коммутациях силовых цепей. Потенциалы на элементах заземляющего устройства при КЗ При протекании тока однофазного КЗ в сетях с эффективно заземленной нейтралью часть тока КЗ возвращается к нейтралям собственных трансформаторов объекта, а другая часть – к нейтралям трансформаторов других объектов (подпитка из энергосистемы). При этом протекание тока по элементам заземляющего устройства (ЗУ) порождает разности потенциалов. Это обуславливает сложный характер изменения потенциала в пределах ЗУ энергообъекта. Образуются разности потенциалов от нескольких сот вольт до нескольких киловольт. Эти разности могут быть приложены к изоляции вторичных цепей и входам аппаратуры. Аналогичная ситуация возможна в сетях с изолированной нейтралью при двойном замыкании на землю. Она не является исключением, так как является дальнейшим развитием ситуации однофазного (дугового) замыкания на землю. Воздействие магнитного поля тока КЗ: 1. Наводки на кабели. 2. Воздействие непосредственно на аппаратуру. Опасность представляют не только разности потенциалов при КЗ, но и магнитные поля, создаваемые токами КЗ. При протекании тока КЗ через ЗУ объекта фазные проводники и элементы ЗУ в совокупности образуют нечто подобное рамочной антенне. Помехи от грозовых разрядов Форма импульсного тока молнии (согласно МЭК, время - в с, амплитуда – до 200 кА) Молниевый разряд является крайне опасным источником помех. Максимальная амплитуда тока (до 100 – 200 кА) обычно значительно превышает характерные величины токов КЗ. Параметры «эталонного» импульса молнии нормируются в стандарте IEC 62305 (Lightning Protection) Международной Электротехнической Комиссии (МЭК). См. также отечественный документ: СО 153-34.21.1222003. Длительность фронта импульса составляет 10 мкс, а общая длительность импульса – 350 мкс. Это почти в 100 раз меньше одного периода промышленной частоты. Частотный спектр импульса молнии достигает десятков кГц. Спектр молниевого импульса (частота - в Гц) Полное сопротивление протяженных заземлителей возрастает с ростом частоты. Поэтому заземляющие устройства электрических станций и подстанций не обеспечивают эффективного выравнивания потенциалов на частотах молниевого импульса. Примерное распределение потенциала по сетке ЗУ на высокой частоте (по данным СИГРЭ) Импульсные потенциалы и разности потенциалов (расчет выполнен с использованием ПО «Контур») В приведенной на предыдущем слайде ситуации амплитуда импульсных потенциалов в разных частях территории ОРУ подстанции будет сильно различаться. РЩ расположен в правом нижнем углу (рядом с молниеотводом, разряд на который моделировался). В верхней части схемы находятся измерительные трансформаторы, связанные вторичными цепями с аппаратурой в РЩ. В приведенном выше примере, к изоляции вторичных цепей и входам аппаратуры будет приложена разность потенциалов, достигающая 20 - 6 = 14 кВ по амплитуде. При этом максимальный потенциал оказывается на заземлении РЩ! Причиной такой ситуации является ошибка при проектировании системы молниезащиты подстанции. Особую опасность представляют разряды на мачты радиосвязи, расположенные рядом с ОПУ. Пример (типичная ситуация): •Подъем потенциала заземления здания, кабельных каналов и лотков •Протекание части тока молнии по экранам ВЧ- кабелей и металлоконструкциям в здании •Наводки на кабели •Действие электромагнитного поля на аппаратуру •Проникновение импульса в систему питания через цепи питания устройств на мачте На ТЭЦ и ГРЭС опасность могут представлять молниевые разряды на трубы. При разряде на стержневые и тросовые молниеприемники возможно попадание заземления аппаратуры, измерительных трансформаторов, а также трасс прокладки вторичных цепей в зону подъема потенциала вблизи заземления молниеприемника. В этом случае недопустимо высокая разность потенциалов может быть приложена к изоляции вторичных цепей и входам аппаратуры. Возможно распространение помех по сети собственных нужд при разряде на молниеприемники прожекторных мачт. Помехи при коммутациях высоковольтного оборудования •Проникновение помех во вторичные цепи ФП, ТН, ТТ •Наводки на любые вторичные цепи, в том числе питания, связи •Появление импульсных потенциалов и токов в элементах ЗУ •Воздействие электромагнитного поля непосредственно на аппаратуру При работе коммутационных аппаратов генерируются высокочастотные токи и перенапряжения в первичной сети. Причиной их возникновения являются высокочастотные переходные процессы, протекающие в коммутируемых шинах, ВЛ и т.п. Аналогичная ситуация наблюдается при КЗ (поскольку наряду с низкочастотной составляющей ток КЗ имеет высокочастотную импульсную составляющую). Любой элемент первичной сети обладает распределенной или сосредоточенной емкостью и индуктивностью. Таким образом, образуется колебательный контур, в котором при переключениях возбуждаются высокочастотные колебания. Через различные механизмы связи (гальванический, индуктивный, емкостной) эти помехи попадают во вторичные цепи и затем – на входы аппаратуры. Иногда (особенно при коммутациях разъединителями) воздействие помех носит многократный характер. Причиной этого является многократный пробой воздушного промежутка за время работы коммутационного аппарата. Типичная коммутационная помеха: •Пачки импульсов при работе трехфазного разъединителя 110 кВ • Развертка одной пачки (1 мкс/дел.) Иногда амплитуда коммутационных помех достигает нескольких кВ, что представляет опасность для электронной аппаратуры и даже изоляции вторичных цепей. Помехи в цепях ДФЗ и ТН на одной из подстанций 330 кВ Цена деления на графике – 500 Вольт по вертикали. Помехи при работе низковольтных электромеханических устройств Работа реле, контакторов и других электромеханических устройств Частоты до 50 МГц и выше Амплитуда – до 2 кВ (типично – сотни В) Воздействуют на все цепи (т.к. коэффициенты взаимовлияния велики). Особенно опасны влияния на незащищенные информационные цепи малой длины Опасные помехи могут возникать и при коммутациях в сетях до 1 кВ. Типичная ситуация – разрыв тока в индуктивной нагрузке (например, на обмотке контактора). Механизм генерации помехи амплитудой до нескольких кВ полностью аналогичен принципу работы системы зажигания двигателя внутреннего сгорания. При разрыве тока, протекающего через обмотку, в силу закона электромагнитной индукции возникают перенапряжения. Теоретически, при мгновенном прекращении протекания тока, перенапряжение будет бесконечно большим. В реальности, перенапряжение лимитируется электрической прочностью воздушного промежутка коммутационного аппарата. Емкости (паразитные или специально включенные) также могут снизить амплитуду помех. Осциллограмма помехи в цепях контроля и управления при включении контактора (Москва, один из аэропортов). Воздействие этих помех приводило к неоднократному повреждению электронной аппаратуры. Поля при штатной работе силового оборудования Низкочастотные магнитные поля при нормальной работе силового электрооборудования Протекание рабочих токов по силовым цепям до и выше 1 кВ порождает, согласно закону Био-СавараЛапласа, магнитное поле. В отличие от электрического поля, создаваемого, в частности, высоковольтным оборудованием, магнитное поле промышленной частоты слабо экранируется строительными конструкциями, корпусами панелей, ячеек и т.п. Поэтому в месте расположения аппаратуры уровень магнитного поля может оказаться недопустимо высоким по условиям ЭМС МП аппаратуры. Пример – уровни магнитного поля в отдельных точках машинного зала ГЭС и в прилегающих помещениях могут превосходить уровень устойчивости электронной аппаратуры, даже специально предназначенной для применения на энергообъектах. Наибольший уровень поля фиксируется вблизи шин генераторного напряжения, а также цепей возбуждения. 30-40 А/м 10-20 А/м 20-30 А/м 0-10 А/м 10 А/м – 3-й класс жесткости 30 А/м - 4-й класс жесткости >30 А/м - 5-й класс жесткости Поля при работе радиосредств В некоторых случаях фиксируется неблагоприятное воздействие на аппаратуру радиочастотных электромагнитных полей. Напряженность поля, создаваемого любыми радиосредствами, быстро падает по мере удаления от передающей антенны. Поэтому поле от портативной рации, работающей рядом с аппаратурой, может оказаться более опасным, чем поле от мощного радиоцентра, размещенного на расстоянии нескольких сот метров от объекта. Антенны радиорелейной и космической связи обычно являются направленными, и при правильной установке опасности для МП аппаратуры не создают. Низкое качество напряжения питания Низкое качество напряжения питания в цепях переменного и постоянного тока может иметь различные причины. Наиболее распространенные – недостаточная мощность источника питания (особенно резервного – ИБП, дизель-генератор и т.п.), существенно нелинейный характер нагрузки (например, блоки питания электронной аппаратуры), кратковременные скачки потребляемой мощности (например, при работе электроприводов выключателей). Электростатические потенциалы Электростатический разряд представляет опасность для современной аппаратуры из-за высокочастотного характера импульса (фронт – менее 1 нс). Хотя энергия, переносимая таким импульсом, мала, за счет высокой амплитуды недопустимое влияние на аппаратуру (в первую очередь, логические элементы) оказывается возможным. Примерная форма импульса тока при электростатическом разряде Штатные режимы работы электроустановок, допускающие протекание значительных токов через ЗУ объекта Пример: вынос потенциала с ЗУ тяговой ПС на узел связи. В большинстве случаев протекание значительных токов по заземляющему устройству объекта не является штатной ситуацией. Тем не менее, иногда это все же происходит – на тяговых подстанциях, при работе линейных фильтров, установленных в первичной сети (например, на ПС «Выборгская») и т.п. В этом случае на заземляющем устройстве объекта постоянно присутствует некоторый потенциал. Этот потенциал может вызывать появление помех, в частности – в цепях связи с другими объектами. При больших размерах объекта или плохом состоянии его заземляющего устройства, значительные разности потенциалов могут появиться и в пределах территории объекта. Литература Guide on EMC in Power Plants and Substations. CIGRE Publ.124, 1997 1. Э. Хабигер. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике. М.: Энергоатомиздат, 1995. 2. А. Й. Шваб Электромагнитная Энергоатомиздат, М., 1995 г. совместимость. - 3. Матвеев М.В.: Электромагнитная обстановка на объектах определяет ЭМС цифровой аппаратуры. Новости электротехники, №1-2 (13-14), 2002 4. Кужекин И. П., Ларионов В. П., Прохоров Е. Н.. Молния и молниезащита. – М. "Знак". 2003. 5. Дьяков А.Ф. и др. Электромагнитная совместимость электроэнергетике и электротехнике. М.: Мир, 2003 в Контроль помехоустойчивости аппаратуры Контроль помехоустойчивости аппаратуры может организовываться как в рамках общегосударственных систем (основанных на действующем законодательстве и государственных стандартах), так и в рамках отдельных ведомств (компаний) на основе внутренней директивной документации, государственных и международных стандартов, стандартов организации. Понятие об основных системах стандартизации и контроля параметров ЭМС аппаратуры А. Система ГОСТ Р: Было: • Законодательная база • Список товаров и услуг, подлежащих обязательной сертификации • Система стандартов ГОСТ, ГОСТ Р Вводится: Обязательная сертификация или декларирование соответствия на базе Технического регламента ЭМС. Большинство стандартов ЭМС (применимых к аппаратуре) можно разделить на 3 группы. • К первой группе относятся общие стандарты, содержащие основные определения, описание общих подходов к обеспечению ЭМС и проведению испытаний аппаратуры. • Ко второй группе относятся стандарты, содержащие конкретные требования к аппаратуре определенного назначения (например – проводной связи) в части устойчивости к помехам и эмис-сии помех. • К третьей группе относятся стандарты на методы испытаний, устанавливающие степени жесткости испытаний (амплитуду испытательных воздействий), требования к характеру испытательных воздействий и методику проведения испытаний. В реальности, иногда один и тот же стандарт содержит признаки различных групп. ОБЩИЕ СТАНДАРТЫ ЭМС ГОСТ 30372-95/ГОСТ Р 50397-92 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения ГОСТ Р 50649-94 Совместимость технических средств электромагнитная. Технические требования и методы испытаний ГОСТ Р 51317.2.5-2000 Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Классификация электромагнитных помех в местах размещения технических средств ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРЕ ГОСТ Р 51317.6.1-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51317.6.2-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в промышленных зонах. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51317.6.3-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоэмиссия от технических средств, применяемых в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением. Нормы и методы испытаний ГОСТ Р 51317.6.4-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоэмиссия от технических средств, применяемых в промышленных зонах. Нормы и методы испытаний ГОСТ Р 51318.24-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость оборудования информационных технологий к электромагнитным помехам. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51516-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость измерительных реле и устройств защиты к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51522-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Электрическое оборудование для измерения, управления и лабораторного применения. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51525-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость измерительных реле и устройств защиты к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ ГОСТ Р 51317.4.2-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51317.4.4-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51317.4.5-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51317.4.11-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний ГОСТ Р 51317.4.14-2000 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к колебаниям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний Подробный список на сайте http://www.ezop.ru/tech.htm Б. Отраслевые и корпоративные системы контроля и сертификации: • Документы директивного характера, например - Приказ РАО «ЕЭС России» №229 от 16.11.1998, приказ ФСК № 208 от 09.08.2004 • Документы технического характера, например - РД 34.35.31097 «Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем». Для более тщательной проверки оборудования, к надежности которого предъявляются повышенные требования, а также с целью учета отраслевой специфики, некоторые организации вводят собственные процедуры контроля поставляемой им аппаратуры. Основные испытания на устойчивость Испытание Имитируемое явление Способ подачи воздействия Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии − МИП (ГОСТ Р 50007, ГОСТ Р 51317.4.2-99, МЭК 1000-42-95) Импульсная помеха от молниевого разряда Входы питания. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам - НИП, ГОСТ Р 51317.4.4-99, МЭК 1000-4-495) Помехи при работе электромеханических устройств, коммутациях в элегазовых электроустановках. Входы и выходы информационных цепей. Входы питания. Входы и выходы информационных цепей. При испытаниях на устойчивость к помехам аппаратура подвергается воздействиям, имитирующим с той или иной степенью приближения помехи от основных источников, определяющих электромагнитную обстановку на большинстве объектов. При этом аппаратура находится в рабочем состоянии и включена. Фиксируются не только физические повреждения аппаратуры под действием помех, но и случаи ее неправильной работы без физического повреждения компонентов. Устойчивость к электростатическим разрядам (ГОСТ 29191, ГОСТ Р 51317.4.2-99, МЭК 1000-4-295). Устойчивость к затухающим импульсным помехам частотой 100 кГц и 1 МГц. (ГОСТ 29280, ГОСТ Р 51317.4.12-99, МЭК 1000-4-12-96) ЭСР с тела человека или заряженных предметов Корпус аппаратуры, незакрытые клавиатуры, разъемы и т.п. Коммутационные помехи Входы питания. Входы и выходы информационных цепей. Большинство испытательных воздействий подается через специальные устройства связи – развязки на входы питания и обмена информацией. Электростатические разряды подаются непосредственно на доступные прикосновению части аппаратуры или рядом с ней при помощи специального устройства, внешне напоминающего пистолет. При испытаниях на устойчивость к воздействию магнитных и электромагнитных полей работающая аппаратура помещается в область пространства, где с помощью специального излучателя (катушки с током или антенны) создано поле требуемой по условиям испытаний напряженности. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения сети электропитания (ГОСТ Р 50627, ГОСТ Р 51317.4.11-99, МЭК 1000-411-94). Провалы, прерывания и выбросы напряжения питания Входы питания. Устойчивость к радиочастотным электромагнитным полям в диапазоне 80-1000 и 1300-2000 МГц (ГОСТ Р 50008, ГОСТ Р 51317.4.3-99, МЭК 1000-4-3-95). Работа радиопередатчиков различного назначения Аппаратура в целом с присоединенными кабелями Устойчивость к магнитным полям промышленной частоты по ГОСТ Р 50648, ГОСТ Р 51317.4.8-99, МЭК 1000-4-8-93 Работа силового электрооборудования в нормальном режиме и в режиме КЗ Аппаратура в целом с присоединенными кабелями Испытания проводятся в специализированной испытательной лаборатории. По их результатам оформляются протоколы испытаний. В России большинство испытательных лабораторий имеет аккредитацию Госстандарта РФ. Протоколы ведущих зарубежных испытательных центров (например, KEMA) также имеют силу на территории РФ. Протоколы испытаний на ЭМС (в случае положительного исхода), а также испытаний на электрическую безопасность и т.п. служат основанием для выдачи сертификатов соответствия на аппаратуру. Результаты испытаний аппаратуры РЗА и связи на ЭМС Данные получены на основе испытаний аппаратуры связи и РЗА в рамках процедур сертификации и экспертной оценки (по данным ВНИИЭ, Ростест – Москва, «ЭЗОП») МИП НИП Динамические изменения ЭСР Без отказов На диаграмме отражены результаты испытаний аппаратуры связи и защиты для электроэнергетики, проводившихся в 1998 – 2001 гг. Видно, что более половины типов представленной на испытания аппаратуры не соответствовали требованиям ЭМС в части устойчивости минимум к одном из видов помех. По результатам испытаний проводилась доработка аппаратуры. Во избежание серьезных проблем в эксплуатации, на стадии выбора аппаратуры следует получить от ее поставщика или производителя информацию об устойчивости данной аппаратуры к помехам. Желательно, чтобы эта информация подтверждалась протоколами независимых испытаний и сертификатом соответствия. Контроль ЭМО Большинство объектов, находящихся в эксплуатации, проектировалось без учета возможности размещения на них современной электронной и микропроцессорной аппаратуры. Таким образом, на них возможно появление помех, уровни которых превышают уровни устойчивости к помехам современной аппаратуры. На новых объектах электромагнитная обстановка также не всегда является удовлетворительной. Причиной является недостаток современной НТД по обеспечению ЭМС на энергообъектах и отсутствие традиций решения проблем ЭМС на стадии проектирования объектов. Кроме того, при строительных работах могут быть допущены отклонения от проекта, ухудшающие ЭМО. • ПУЭ 6, 7-е изд. • РД 34.20.116-93 (РАО ЕЭС) (Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех), • РД 153-34.0-20.525-00 (РАО ЕЭС) (Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок), • СО 153-34.21.122-2003 (РАО ЕЭС) (Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций), • СО 34.35.311-2004 (РАО ЕЭС) (Методические указания по определению электромагнитной обстановки на электрических станциях и подстанциях), • ГОСТ Р 50571.19 - 2000 (IEC 60364-4-443-95) (Электроустановки зданий. Часть 4. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 443. Зашита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений), • ГОСТ Р 50571.20 - 2000 (IEC 60364-4-444-96) (Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 444. Защита электроустановок от перенапряжений, вызванных электромагнитными воздействиями), • ГОСТ Р 50571.21 - 2000 (IEC 60364-5-548-96) (Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 548. Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации), • ГОСТ Р 50571.22 - 2000 (IEC 60364-7-707-84) (Электроустановки зданий. Часть 7. Требования к специальным электроустановкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации), • ГОСТ Р 50571.18 - 2000 (IEC 60364-4-442-93) (Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 442. Защита электроустановок до 1 кВ от перенапряжений, вызванных замыканиями на землю в электроустановках выше 1 кВ), • ГОСТ 29254-91 (Совместимость технических средств электромагнитная. Аппаратура измерения, контроля и управления технологическими процессами. Технические требования и методы испытаний на помехоустойчивость), • ГОСТ 29280-92 (Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Общие положения), • ГОСТ Р 50799-95 (Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость технических средств радиосвязи к электростатическим разрядам, импульсным помехам и динамическим изменениям напряжения сети электропитания. Требования и методы испытаний), • ГОСТ Р 51317.4.1-2000 (Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Виды испытаний), • ГОСТ Р 51318.24-99 (Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость оборудования информационных технологий к электромагнитным помехам. Требования и методы испытаний), • ГОСТ Р 51699-2000 (Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств охранной сигнализации. Требования и методы испытаний), • IEEE Std 1100-1999 (Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment), • IEC 61312-1 (Protection against lightning electromagnetic impulse; Part 1: General principles), • IEC 61024 (Молниезащита строительных конструкций), • IEC 62305 (Lightning Protection), • CIGRE Publ. 124, 1997 (Guide on EMC in Power Plants and Substations), • СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. (Госкомсанэпиднадзор Росси) (Гигиенические требования к персональным электронновычислительным машинам и организации работы), Оценка ЭМО Экспериментально – расчетная Расчетная На существующих объектах при оценке ЭМО используются, преимущественно, экспериментальные методы, дополняемые, при необходимости, расчетами. Для новых энергообъектов существует возможность определения ЭМО расчетными средствами, еще на этапе проектирования. При этом основные мероприятия по обеспечению ЭМС учитываются в проекте. Оценка эксплуатационного состояния ЗУ 1. Сопротивление растеканию ЗУ Rрас=U/I ЭМО на ЭС и ПС в значительной степени определяется состоянием заземляющих устройств на этих объектах. Соответственно, диагностика заземляющих устройств – важная часть определения ЭМО. Основным параметром ЗУ по ПУЭ является сопротивление растеканию. Его измерение на существующих объектах проводят методом амперметра – вольтметра. Нетрудно видеть, что при измерении сопротивления растеканию проводится, фактически, имитация КЗ на территории объекта с подпиткой от энргосистемы. Сопротивление растеканию не несет информации о наличии и качестве электрических связей между элементами ЗУ объекта. Более того, значения сопротивления растеканию, измеренные в разных точках ЗУ объекта (например, на разных ОРУ) могут существенно различаться. Нормируемые в целях обеспечения электробезопасности персонала напряжения шага и прикосновения характеризуют локальную неоднородность распределения потенциала. При определении ЭМО необходима информация о неоднородности потенциала на расстояниях в десятки и сотни метров вдоль трасс прокладки вторичных цепей. Поэтому необходим контроль качества электрических связей в пределах ЗУ объекта. 2. Сопротивления оснований электроаппаратов (качество электрических связей в пределах ЗУ) Rосн=U/I На рисунке показана одна из схем, используемых для оценки качества связи заземляющих проводников аппаратов и конструкций на территории энергообъекта с опорной точкой (т.н., «сопротивление основания»). В качестве опорной точки может быть выбрано заземление нейтрали одного из трансформаторов. Сравнение со схемой распределения потенциалов при КЗ показывает, что при измерениях, фактически, имитируется протекание тока подпитки КЗ со стороны одного из трансформаторов объекта. В качестве потенциального зонда может быть выбрана не «удаленная земля», а заземление той же опорной точки. В этом случае получаем схему измерения электрической связи, упоминаемую в действующей НТД. Пример результатов измерения сопротивлений оснований (ПС 220/110кВ) Контроль качества связи аппаратов и конструкций с опорной точкой позволяет быстро выявлять аппараты и конструкции, металлосвязь заземляемых частей которых с ЗУ объекта нарушена. Иногда выявляются целые ячейки, слабо связанные с ЗУ ПС. Ожидаемый потенциал на заземлении таких аппаратов и конструкций при КЗ зависит от измеренного сопротивления. 3. «Имитация» КЗ Uреальн = Rрас Iкз.сис + Rосн Iкз.тр Для аппаратов и конструкций без явного нарушения металлосвязи с ЗУ может проводиться т.н. имитация КЗ. В этом случае используются значения сопротивлений, измеренные по схеме с выносным токовым зондом и схеме с токовым зондом в пределах объекта. Место расположения потенциального зонда в обоих схемах определяется тем, разность потенциалов между какими точками контролируется. Так, использование вместо «удаленной земли» заземления ОПУ (РЩ) в качестве места присоединения потенциального зонда, позволяет оценить разности потенциалов между точкой измерения и ОПУ (РЩ). Эти разности прикладываются к изоляции вторичных кабелей, если они проходят вблизи места заземления проверяемого аппарата (конструкции). 4. Выявление устройств, заземленных через цепи и экраны кабелей, воздуховоды и т.п. При пробое КС или воздействии ВЧ помехи большая часть тока течет на ОПУ Часто необходимо знать не только сопротивление ЗУ, но и путь растекания тока. Так, растекание значительной части тока КЗ или молнии по броне и экранам кабелей нежелательно по условиям ЭМС. В некоторых случаях растекание токов КЗ по воздуховодам приводило даже к повреждению последних. Многие современные измерительные приборы имеют в своем составе специальные измерительные клещи, позволяющие оценивать вклад тех или иных проводников в общую картину растекания тока. Сегодня используются специализированные цифровые приборы (например, MRU-100) При выборе измерительного прибора следует учитывать частоту, на которой проводятся измерения. Сопротивление ЗУ больших объектов обычно растет с ростом частоты из-за индуктивной составляющей полного сопротивления протяженных заземлителей. Большинство зарубежных приборов имеет частоты в диапазоне 50 – 128 Гц. Использование приборов с большими частотами (200, 400 и даже 800 Гц) приводит к существенному завышению значения измеряемого сопротивления (по сравнению с его величиной на 50 Гц). 5. Определение схемы ЗУ (трассировка) РД 153-34.0-20.525-00 Используется тот же принцип, что при поиске кабельных линий: от специального генератора в заземляющее устройство вводится ток на определенной частоте. Затем специальный приемник принимает поле, создаваемое током в заземлителях и указывает местоположение ближайшего заземлителя. Трассировка заземлителей при помощи комплекса RD 4000 На фотографии показана трассировка заземлителей при помощи современного комплекса RD 4000. Даже при использовании современного оборудования, корректность результатов сильно зависит от квалификации персонала. Трассировка не заменяет контроль качества связи в пределах ЗУ, а дополняет его. Действительно, при всей эффектности результата трассировки (строится реальная схема прокладки горизонтальных заземлителей), таким образом не удается оценить сечение заземлителей, качество сварных соединений, наличие связи между пересекающимися заземлителями. Вертикальные заземлители часто также не удается обнаружить. 6. Расчетные методы определения параметров ЗУ Для определения характеристик ЗУ на проектируемых новых объектах (а также для оценки эффективности мероприятий по модернизации ЗУ на существующих объектах) используются расчетные методы. На рисунке показаны результаты расчета распределения потенциала по ЗУ ПС 750 кВ при коротком замыкании на вводе ВЛ 500 кВ (внизу). Было использовано программное обеспечение «Контур» («ЭЗОП»). Аналогичные расчеты могут проводиться не только для случаев КЗ, но и для молниевых разрядов. Имитационное моделирование процессов при молниевом разряде Помимо расчетных методов, для определения уровней потенциалов, полей и наводок при молниевом разряде используют методы имитационного моделирования. При этом от специального генератора тока, позволяющего имитировать частотный спектр тока молнии, подается имитационный ток. Измеряется значение потенциала или напряженность поля. Полученные значения пересчитываются к реальным токам молнии и форме молниевого импульса согласно МЭК. Имитационное моделирование процессов при молниевом разряде Измерение помех во вторичных цепях при коммутациях высоковольтного оборудования Для измерения импульсных помех при коммутациях первичного оборудования, используют специальные ВЧ-осциллографы. Желательно, чтобы полоса пропускания такого прибора составляла не менее 100 МГц. Поскольку многие коммутационные операции в реальных условиях выполнить не удается, производится расчет коммутационных перенапряжений и токов в первичной сети при различных коммутациях и/или при КЗ. Полученные результаты позволяют оценить, насколько уровень помех при наихудших коммутационных режимах может превышать измеренный в реальных условиях. Измерение импульсных помех во вторичных цепях в штатном режиме работы объекта (мониторинг) Помехи, зафиксированные в ходе мониторинга импульсных помех в сети собственных нужд одного из объектов Современные измерительные комплексы могут функционировать без участия человека, фиксируя все помехи, превышающие уровни уставки. Это позволяет обнаруживать и локализовать помехи, источник которых априори неизвестен. Мониторинг параметров качества питания Синусоида питания (тяговая подстанция) Гармоники THD = 8.24% Для выявления проблем качества питания применяют специализированные измерительные комплексы. Многие цифровые осциллографы снабжены опциями, позволяющими контролировать основные показатели качества питающего напряжения. Определение напряженностей электромагнитных полей в нормальном режиме и при коротких замыканиях В целях обеспечения ЭМС, обычно приходится измерять магнитное поле (поскольку электрическое хорошо экранируется практически любыми конструкциями). Для этого могут применяться специальные интегрированные измерительные приборы или магнитные антенны, присоединяемые к входам осциллографа. Поскольку магнитные поля пропорциональны создающим их токам, результаты измерений часто приходится пересчитывать к режиму максимальной нагрузки. Измерения в рабочем режиме часто не позволяют оценить уровни магнитного поля при КЗ. Так, при однофазных КЗ в сетях с эффек-тивно заземленной нейтралью, путь протекания тока принципиально отличается от пути протекания тока в рабочем режиме. Для оценки уровня магнитного поля при КЗ поэтому обычно применяют расчет-ные методы. Контроль электростатических потенциалов Зависимость электростатического заряда от типа напольного покрытия и уровня влажности в помещении (по данным МЭК) Опасность электростатического разряда определяется уровнем электростатического потенциала, накопленного в помещении (например, на напольном покрытии) под действием трения. Для измерения электростатического потенциала в помещениях с аппаратурой используют специализированные измерительные приборы. При интерпретации результатов следует учитывать зависимость электростатического потенциала от влажности. Результаты, полученные влажным летом или осенью, могут сильно отличаться от результатов зимой (когда влажность воздуха в обогреваемых помещениях, как правило, понижена). Защитные мероприятия В настоящее время доступен широкий арсенал методов снижения уровней помех. •Улучшение состояния заземляющего устройства объекта. •Реализация системы молниезащиты с учетом требований ЭМС. •Экранирование аппаратуры. •Экранирование вторичных цепей. •Гальваническая развязка (изоляция). •Применение устройств защиты от импульсных перенапряжений. •Стабилизация и фильтрация напряжения питания •Применение специальных антистатических покрытий и средств климат-контроля. •Оптимизация компоновки объекта по условиям ЭМС Основной задачей является их грамотное сочетание, позволяющее достигнуть требуемого результата с максимальной надежностью и эффективностью. Учет требований ЭМС МП аппаратуры и вторичных цепей при проектировании/реконструкции заземляющего устройства объекта ЗУ, спроектированные по требованиям электробезопасности, далеко не всегда удовлетворяют требованиям ЭМС. Красным показаны заземлители, прокладка которых на ПС 750 кВ потребовалась для снижения разностей потенциалов, приложенных к вторичным цепям и входам аппаратуры. Модернизация ЗУ по условиям ЭМС обычно направлена на снижение разностей потенциалов, которые могут возникнуть в пределах территории объекта при КЗ и молниевых разрядах и оказаться приложенными к изоляции вторичных цепей и (или) входам аппаратуры. Чем больше территория объекта и чем больше ожидаемые значения токов КЗ, тем сложнее обеспечить эффективное выравнивание потенциалов на всей его территории. В некоторых случаях мероприятия по модернизации ЗУ направлены на предотвращение протекания значительных частей тока КЗ или молнии по кабельным каналам, лоткам, тоннелям и трубопроводам путем «шунтирования» указанных путей протекания тока или, напротив, удаления заземлителей, по которым происходит растекание тока в сторону указанных конструкций. Организация системы молниезащиты в соответствии с требованиями ЭМС Молниезащита должна быть организована таким образом, чтобы попадание в зону высокого потенциала рядом с основанием молниеотвода трасс прокладки вторичных кабелей и (тем более) зданий ОПУ, РЩ и т.п. было исключено В некоторых случаях может потребоваться реконструкция системы молниезащиты существующего объекта по условиям ЭМС. Благодаря высокочастотному характеру спектра импульса молнии, вблизи основания молниеотвода практически неизбежно образуется зона высокого импульсного потенциала. Ее точный размер зависит от схемы заземляющего устройства и характеристик грунта, но обычно составляет не менее 10 – 15 м. Большинство мероприятий по реконструкции систем молниезащиты существующих объектов направлено на то, чтобы вывести из этой зоны заземление МП аппаратуры, а также кабельные каналы и лотки. В некоторых случаях оптимальным вариантом является перенос молниеотвода в целом или, например, молниеприемника на портале. Защита от помех при поражении молнией радиомачты Оптимальное решение проблемы радиосвязи – размещение соответствующей аппаратуры в отдельном экранирующем блок-контейнере рядом с антенной опорой (желательно – за пределами собственно территории энергообъекта). Антенные опоры (типичная высота - до 90 м) часто поражаются молнией. В случае расположения мачты радиосвязи рядом, например, с ОПУ подстанции, избежать выноса значительного импульсного потенциала на заземление ОПУ практически невозможно. Соответственно, ко всем вторичным цепям (в том числе, РЗА) будут приложены опасные импульсные разности потенциалов. Снабдить все вторичные цепи эффективной защитой при этом крайне сложно. Наиболее надежным решением проблемы является размещение средств радиосвязи на отдельном выносном пункте, связь с которым осуществляется оптическим кабелем. При этом должны быть тщательно проработаны вопросы защиты собственно аппаратуры радиосвязи от помех при протекании тока молнии. Экранирование аппаратуры 400 300 IT s Без экрана – 400 А/м. 200 100 0 0 0.005 0.01 0.015 ts 60 40 С экраном – 55 А/м. h(s) 20 0 0.002 0.004 ts 0.006 Часто требуется обеспечить экранирование аппаратуры от импульсного поля тока молнии. Иногда возникает необходимость в экранировании магнитного поля промышленной частоты в нормальном режиме работы электроустановки и при КЗ. Обычно используются цельнометаллические экраны (например, специальные аппаратные шкафы) или экраны из сетки (сварной или просечной). При расчете экрана учитывается частотная зависимость коэффициента экранирования, насыщение материала экрана, форма импульсного поля тока молнии и т.п. Следует учитывать, что эффективность экранирования магнитного поля мала на низких частотах (в том числе, на частоте 50 Гц). Поэтому следует стремиться избежать необходимости экранирования такого поля (например, путем выбора места расположения аппаратуры на должном удалении от силового оборудования, шин возбуждения генераторов и т.п.). Экранирование вторичных цепей Экранирование вторичных цепей позволяет снизить уровень помех, наводимых в них токами и напряжениями в первичной сети, элементах заземляющего устройства и т.п. Используются следующие основные способы экранирования: Одностороннее заземление Экранированный кабель Двухстороннее заземление Экранированный кабель Согласно общей теории, наиболее эффективным является двухстороннее заземление экрана. Однако в этом случае по экрану возможно протекание значительных токов, порожденных разностями потенциалов в пределах территории объекта. Это может приводить к нежелательным последствиям, вплоть до термического повреждения экрана (особенно – из металлической фольги). Поэтому экранирование должно осуществляться в комплексе с мероприятиями по заземляющему устройству, выполнение которых позволит снизить долю тока, растекающуюся по экранам кабелей. Если по каким-либо причинам выбрано одностороннее экранирование, заземление экрана осуществляется с той стороны кабеля, которая ближе к аппаратуре. Различные схемы заземления экранов Возможны различные схемы заземления экранов, приходящих с открытой территории объекта в здания и сооружения с МП аппаратурой. Заземление в месте расположения аппаратуры Заземление на вводе в здание Многоточечное заземление При заземлении экрана рядом с аппаратурой обеспечивается экранирование по всей длине кабеля, но существует возможность протекания токов с экрана кабеля (особенно если в качестве последнего используется броня, сплошная оболочка или оплетка) рядом с аппаратурой. При заземлении экрана на вводе в здание – ток с экрана не протекает рядом с аппаратурой, но участок кабеля внутри здания остается не экранирован. Это нежелательно, если внутри здания возможно воздействие опасных полей (например, в ЗРУ). Многоточечное заземление – избавлено от недостатков обоих способов. Вместе с тем, его правильное выполнение является более трудоемким и требует высокого качества монтажных работ. Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) УЗИП являются аналогом высоковольтных разрядников и ОПН для низковольтных цепей. Обычно используют твердотельные рабочие элементы (варисторные сборки или стабилитроны) и разрядники. В любом случае, принцип действия подобных устройств основан на скачкообразном снижении сопротивления активного элемента под действием перенапряжения. УЗИП являются эффективными средствами подавления импульсных помех. Однако их применение на энергообъектах связано с определенными ограничениями. При срабатывании разрядников возникает искажение формы кривых напряжения и тока, поскольку разрядник остается в открытом состоянии до перехода приложенного напряжения через ноль. Это делает проблематичным применение разрядников для цепей измерительных трансформаторов. Для цепей постоянного тока применение разрядников вряд ли возможно. Для устройств на базе варисторов велика вероятность повреждения сравнительно длительными перенапряжениями (длительностью более нескольких сотен микросекунд). Такие перенапряжения возникают, например, вследствие влияния на вторичные цепи КЗ в сетях выше 1кВ. Поэтому порог срабатывания УЗИП на базе варисторов должен быть выше ожидаемого уровня низкочастотных перенапряжений в соответствующих цепях при КЗ. Зонная концепция защиты на базе УЗИП Согласно МЭК, установку УЗИП производят в 3 ступени, каждая из которых обеспечивает снижение энергии и амплитуды импульсной помехи. Соответственно, устройства делятся на устройства классов I, II и III. Теоретически, всю территорию объекта можно разделить на зоны, уровни помех в которых контролируются. На границах зон все информационные и силовые цепи снабжаются УЗИП. В условиях энергообъекта не всегда возможно и целесообразно реализовывать зонную концепцию защиты с применением УЗИП в полном объеме. Поскольку современная электронная аппаратура РЗА, АСКУЭ, АСУ ТП (нижнего уровня) обычно обладает достаточно высокой собственной помехоустойчивостью, иногда можно обойтись лишь устройствами ступени I или даже вовсе отказаться от их установки. Гальваническая развязка (изоляция) Оптоволокно ТТ АЦП Питание Задачей гальванической развязки является подавление помех, обусловленных разностью потенциалов между различными «землями». Возможно применение следующих средств гальванической развязки: Оптических кабелей Оптронов Разделительных (изолирующих) трансформаторов На слайде показан один из возможных подходов к защите вторичных цепей, проходящих от измерительных трансформаторов на ОРУ ПС в РЩ. Для преобразования сигнала в электрический используется спeциализированный АЦП, размещенный на ОРУ рядом с измерительным трансформатором. Обмен информацией с аппаратурой РЗА осуществляется с помощью оптического кабеля. Защита АЦП (размещенного на ОРУ) обеспечивается за счет использования шкафа с высоким коэффициентом экранирования, установки УЗИП в цепь питания и (при необходимости) установки дополнительной аккумуляторной батареи в шкафу с АЦП. Для преобразования сигнала в электрический используется специализированный АЦП, размещенный на ОРУ рядом с измерительным трансформатором. Обмен информацией с аппаратурой РЗА осуществляется с помощью оптического кабеля. Защита АЦП (размещенного на ОРУ) обеспечивается за счет использования шкафа с высоким коэффициентом экранирования, установки УЗИП в цепь питания и (при необходимости) установки дополнительной аккумуляторной батареи в шкафу с АЦП. При использовании средств гальванической развязки должны приниматься во внимание следующие факторы: Обеспечивается надежная защита лишь от помех в режиме «провод – земля». Электрическая прочность изоляции для разделительного трансформатора или оптрона ограничена. Возможно проникновения ВЧ-помех через паразитные емкости (для оптронов и трансформаторов). Возможно повреждение средств гальванической развязки помехами, а также (для оптоэлектронных преобразователей) – из-за воздействия помех по цепям питания или прямого влияния электромагнитного поля. Другие мероприятия Фильтрация Стабилизация напряжения питания Применение антистатических покрытий Средства компенсации магнитного поля Учет требований ЭМС при определении компоновки объекта Большинство проблем ЭМС проще всего решается при проектировании или капитальной реконструкции объекта за счет оптимизации проектных решений в части расположения основного оборудования, молниеотводов, размещения вторичных цепей и МП аппаратуры. Такая оптимизация может быть выполнена как в рамках традиционной компоновки подстанции (когда практически вся МП аппаратура располагается централизованно, в зданиях ОПУ или РЩ), так и в рамках других решений (например, концепции «распределенного РЩ»). Схема с «распределенным РЩ» РЩ1 Центр управления ТТ ТТ ОРУ ПС РЩ2 … На рисунке показана компоновка подстанции с использованием т.н. концепции «распределенного РЩ». Аппаратура РЗА размещается в отдельных блок-боксах. Каждый бокс обслуживает 1-2 ячейки ОРУ и имеет собственную аккумуляторную батарею. Взаимодействие со щитом управления реализовано с помощью оптических кабелей. Подобная компоновка решает проблему помех, создаваемых в длинных цепях от измерительных трансформаторов из-за перепадов потенциалов на ЗУ и наводок. Однако аппаратура РЗА оказывается размещенной вблизи первичного оборудования, что требует ее тщательного экранирования. Таким образом, любая схема компоновки требует проработки деталей системы защиты. Организация работ ЭМС МП аппаратуры, а также защита вторичных цепей от перенапряжений, должны обеспечиваться на всех стадиях жизненного цикла объекта. При этом, как правило, чем раньше будут проведены соответствующие мероприятия, тем меньше общая стоимость затрат на решение проблем ЭМС. Обеспечение ЭМС при реконструкции объектов Определение ЭМО на объекте ТЗ на реконструкцию объекта Анализ собранной информации. Выявление факторов, опасных для вторичных цепей и аппаратуры. Разработка рекомендаций по обеспечению защиты вторичных цепей и ЭМС электронной аппаратуры Проект реконструкции с учетом рекомендаций по обеспечению защиты вторичных цепей и ЭМС электронной аппаратуры. Реализация проекта Итоговый контроль ЭМО (объем зависит от масштаба реконструкции) Выполнены условия защиты вторичных цепей и ЭМС аппаратуры? Да Завершение проекта Нет Исправление дефектов Рекомендуемая последовательность работ по обеспечению ЭМС МП аппаратуры и защите вторичных цепей при реконструкции существующего объекта. Большинство находящихся в эксплуатации объектов спроектировано без учета требований ЭМС МП аппаратуры и защиты вторичных цепей. Поэтому оптимальным путем обеспечения ЭМС является учет соответствующих требований при реконструкции существующих объектов, когда возникает возможность изменить некоторые устаревшие проектные решения. Обеспечение ЭМС при строительстве нового объекта ТЗ на проектирование объекта, разработка основных проектных решений Оценка ЭМО на проектируемом объекте расчетными методами Анализ результатов оценки ЭМО. Выявление факторов, потенциально опасных для вторичных цепей и электронной аппаратуры. Разработка рекомендаций по защите вторичных цепей и обеспечению ЭМС аппаратуры. Рекомендуемая последовательность работ по обеспечению ЭМС МП аппаратуры и защите вторичных цепей при проектировании и строительстве нового энергообъекта. Доработка проекта с учетом рекомендаций по обеспечению защиты вторичных цепей и ЭМС электронной аппаратуры Реализация проекта Определение ЭМО на построенном объекте путем выполнения измерений, имитационного моделирования и вспомогательных расчетов Выполнены условия защиты вторичных цепей и ЭМС аппаратуры? Да Завершение проекта Нет Разработка и реализация дополнительных мероприятий по обеспечению ЭМС Обеспечение ЭМС при строительстве нового объекта При проектировании новых объектов имеется возможность решить основные проблемы ЭМС МП аппаратуры и защиты вторичных цепей еще на стадии проекта. Поэтому стоимость расходов на решение проблем защиты от помех в дальнейшем для этого случая минимальна. Тем не менее, при вводе объекта в эксплуатацию в любом случае желателен контроль ЭМО экспериментальными методами. Связано это как с объективной невозможностью решить все проблемы еще на стадии проектирования, так и с необходимостью выявления несанкционированных отклонений от проекта, допущенных в процессе выполнения монтажных работ. Как показывает опыт, подобные отклонения (особенно в части монтажа заземляющего устройства) способны существенно ухудшить электромагнитную обстановку. Работы по обеспечению ЭМС в ходе эксплуатации объекта •Периодический контроль эксплуатационного состояния заземляющего устройства •Контроль состояния имеющихся средств защиты от перенапряжений. •Контроль изоляции вторичных цепей. •Исправление обнаруженных дефектов. •Документирование и анализ случаев отказов и неправильной работы МП аппаратуры, повреждения вторичных цепей и т.п. •Проведение (при необходимости) обследования электромагнитной обстановки и реализация дополнительных мероприятий по обеспечению ЭМС. Для правильно спроектированного и построенного объекта объем мероприятий по обеспечению ЭМС сводится к минимуму. В то же время, при выявлении в процессе эксплуатации проблем ЭМС (сбои и отказы электронной аппаратуры, повреждение изоляции вторичных цепей) иногда оказывается необходимым проведение обследования ЭМО в ходе текущей эксплуатации объекта и реализация специальных мероприятий по обеспечению ЭМС. С подобной ситуацией приходится сталкиваться, в первую очередь, на объектах, где внедрение МП аппаратуры проводилось без должной проработки вопросов ее защиты.
