Типичные ситуации: Молниезащита

ЭЗОП
www.ezop.ru
Электроэнергетика,
Защита От Помех
М. В. Матвеев
Решение проблемы электромагнитной
совместимости цифрового оборудования
автоматики, сигнализации и связи на
предприятиях нефтегазовой промышленности
Тел: (095) 727-08-36
Тел/факс (095) 113-33-18
e-mail:[email protected], http://www.ezop.ru
Основные определения
Электромагнитная совместимость (ЭМС)  это
способность электронной 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
Проблема ЭМС на объектах
нефтегазовой отрасли
Оценка ущерба для электронного
оборудования
Наводнения
5,6%
Пожары
4,6%
Вандализм
27,1%
Небрежность
22,9%
Неустановленные
причины 15,3%
Др. стихийные
бедствия 0,8%
По данным: Dehn&Sohne и Württembergische Versicherung AG, Stuttgart
Перенапряжения
23,7%
(Коммутационные и
грозовые)
Прямой ущерб
Стоимость ремонта/замены
поврежденной аппаратуры
Косвенный
ущерб
Потери вследствие нарушения
технологического процесса
Повреждение основного
оборудования из-за нарушения
управления им, отсутствия
своевременной сигнализации и т.п.
Другие потери
Решение проблемы ЭМС
ЭМС
аппаратуры
Электромагнитная
обстановка на
объекте
Помехоустойчивость
аппаратуры
Основные источники помех
6
3
1
2
Пример искусственно инициированного молниевого
разряда (США, группа проф. Ракова)
1
5
6
7
4
Общий подход к решению
проблемы ЭМС на существующем
объекте
Обследование
ЭМО
Обеспечение
соответствия
аппаратуры
стандартам ЭМС
стандартам ЭМС
Разработка
мероприятий по
обеспечению
ЭМС
Реализация
разработанных
мероприятий
Итоговый
контроль
Проведение обследования ЭМО на
объектах нефтегазовой отрасли
Обследованные объекты
1. ПС КС-2 (Смоленская обл.)
2. Действующие КС (Приозерная, Донская (1 КЦ),
Муромская, Арская, Острогожская, Переславская,
Смоленская)
3. Проектируемые КС (Ольховская)
4. УПХГ (Касимов)
5. Объекты АК «Транснефть»
6. Ряд ГРС, НУП ТМ и связи
7. Более 300 объектов в электроэнергетике, связи и
других отраслях
Оценка эксплуатационного состояния ЗУ
Сопротивление растеканию ЗУ
Rрас=U/I
Сопротивления оснований электроаппаратов
(качество электрических связей в пределах ЗУ)
Rосн=U/I
Пример результатов измерения сопротивлений
оснований (ПС 220/110кВ)
Выявление устройств, заземленных через цепи и
экраны кабелей, воздуховоды и т.п.
Измерение входного
сопротивления PENпроводника кабеля питания
прожекторов на
молниеотводной /
прожекторной мачте
Сегодня используются специализированные
цифровые приборы
Определение схемы ЗУ (трассировка)
Имитационное моделирование процессов при молниевом
разряде
Вынос потециала
550
518,80
500
518,80
450
Потенциал, кВ
400
350
300
295,12
250
200
192,75
150
158,49
134,90
100
103,51
50
40,74
0
10,35
6,61
5,07
5,01
0
79,43
62,37
55,59
44,67
24,55
10000
127,35
35,89
20000
30000
16,22
40000
50000
60000
Частота, Гц
ПМ №30 - корпус управления
агрегат №23 - корпус управления
КТП3 - корпус управления
эстакада - корпус управления
агрегат №28 - корпус управления
70000
Расчеты разностей потенциалов при молниевом разряде
(ПО «Контур», разработка ООО «ЭЗОП»)
Измерение помех во цепях до 1 кВ при коммутациях
высоковольтного оборудования
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
Экспресс-оценка параметров качества питания
Гармоники
THD = 8.24%
Определение напряженностей электромагнитных
полей в нормальном режиме и при коротких
замыканиях
Контроль электростатических потенциалов
Зависимость электростатического заряда от типа
напольного покрытия и уровня влажности в помещении (по
данным МЭК)
Выводы по результатам работ:
1. Выявлены серьезные проблемы ЭМС
1. Не обеспечивается или недостаточно обеспечивается
защита от вторичных проявлений молниевого разряда
2. Возможно влияние на аппаратуру КС помех при КЗ и
коммутациях в сетях выше 1 кВ
3. Зафиксировано возникновение опасных помех в сети 0,4кВ
в нормальном режиме работы объекта.
4. Возможно появление опасных помех из-за взаимовлияния
цепей различного назначения.
5. Качество питания 0,4 кВ и организация
электроснабжения потребителей часто не
удовлетворяет современным требованиям.
Основная причина – проектирование объектов велось по
старым нормам, не учитывающим проблему ЭМС
НТД : ЭМО на объектах
•ПУЭ 6, 7-е изд.
•ГОСТ Р 50571.19 - 2000 (IEC 60364-4-443-95) (Электроустановки зданий. Часть 4.
Требования по обеспечению безопасности. 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),
•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),
•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),
НТД: Помехоустойчивость аппаратуры
•
•
•
•
•
•
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),
ГОСТ Р 50648-94 (МЭК 1000-4-8-93) Совместимость технических средств
электромагнитная. Устойчивость к магнитному полю промышленной
частоты. Технические требования и методы испытаний,
ГОСТ Р 51317.4.11-99 (IEC 61000-4-11-94) Совместимость технических
средств электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ К ДИНАМИЧЕСКИМ
ИЗМЕНЕНИЯМ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ. Требования и
методы испытаний,
ГОСТ Р 51317.4.12-99 (IEC 61000-4-12-97) Совместимость технических
средств электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ К КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ
ЗАТУХАЮЩИМ ПОМЕХАМ. Требования и методы испытаний,
ГОСТ Р 51317.4.16-2000 Совместимость технических средств
электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ К КОНДУКТИВНЫМ ПОМЕХАМ В
ПОЛОСЕ ЧАСТОТ ОТ 0 ДО 150 КГЦ. Требования и методы испытаний
•
•
•
•
•
•
•
•
ГОСТ Р 51317.4.2-99 (IEC 61000-4-2-95) Совместимость технических средств
электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ
РАЗРЯДАМ. Требования и методы испытаний,
ГОСТ Р 51317.4.3-99 (IEC 61000-4-3-95) Совместимость технических средств
электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ К РАДИОЧАСТОТНОМУ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ ПОЛЮ. 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 51179-98 Устройства и системы телемеханики. Часть 2. Условия
эксплуатации. Раздел 1. Источники питания и электромагнитная
совместимость
ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств
электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения,
ГОСТ 30336-95 Совместимость технических средств электромагнитная.
УСТОЙЧИВОСТЬ К ИМПУЛЬСНОМУ МАГНИТНОМУ ПОЛЮ.
Технические требования и методы испытаний
ГОСТ Р 51317.4.5-99 (IEC 61000-4-5-95) Совместимость технических средств
электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ К МИКРОСЕКУНДНЫМ
ИМПУЛЬСНЫМ ПОМЕХАМ БОЛЬШОЙ ЭНЕРГИИ. Требования и методы
испытаний,
ГОСТ Р 51317.4.6-99 (IEC 61000-4-6-96) Совместимость технических средств
электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ К КОНДУКТИВНЫМ ПОМЕХАМ,
НАВЕДЕННЫМ РАДИОЧАСТОТНЫМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ
ПОЛЯМИ. Требования и методы испытаний
•
•
•
ГОСТ Р 50649-94 Совместимость технических средств электромагнитная.
УСТОЙЧИВОСТЬ К ИМПУЛЬСНОМУ МАГНИТНОМУ ПОЛЮ. Технические
требования и методы испытаний
ГОСТ Р 51317.6.2-99 (IEC 61000-6-2-99) Совместимость технических средств
электромагнитная/ УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ
ПОМЕХАМ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В
ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗОНАХ. Требования и методы испытаний,
ГОСТ Р 51318.24-99 (CISPR 24-97) Совместимость технических средств
электромагнитная. УСТОЙЧИВОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ
ПОМЕХАМ. Требования и методы испытаний
Типичные ситуации: Молниезащита
Наиболее опасны мачты с питанием от щитовой или КТП ГЩУ КЦ
Типичные ситуации: Молниезащита
ГЩУ КЦ
ПМ
ГПА
PEN
~400 кВ
~100 кВ
~80 кВ
Типичные ситуации: Молниезащита
Типичные ситуации: Молниезащита
При низкой удельной проводимости грунта возможно
развитие разряда с заземления молниеприемника на
расположенные рядом проводящие конструкции
Типичные ситуации: Молниезащита
При наличии радиомачты
рядом с УС вынос опасного
импульсного потенциала на
заземление
аппаратуры
связи неизбежен.
Типичные ситуации: Опасность влияния на аппаратуру и
кабели разностей потенциалов при КЗ
Конструкции рядом со ЗРУ, не имеющие металлосвязи с ЗУ
ПС. Рядом с основаниями конструкций проходит кабельный
канал.
Типичные ситуации: Помехи в сети собственных нужд
Типичная ситуация: Проблемы качества питания
2. При реализации общего подхода к решению
проблемы ЭМС требуется учет специфики объектов
газовой отрасли, например:
•
Отсутствие единой заземляющей сетки
•
Возможность распространения импульса помехи вдоль
системы трубопроводов.
•
Высокая опасность выноса импульсного потенциала по
цепям освещения, радиосвязи и т.п. с объектов в зоне
прямого молниевого разряда.
•
Наличие систем катодной защиты предъявляет
дополнительные требования к системам заземления и
уравнивания потенциалов
•
Наличие большого количества цепей, нуждающихся в
защите (например, между ЩУ КЦ и ГПА).
•
Возможность выноса потенциала с подстанций 110 кВ и
выше.
•
В среднем более низкие требования к помехоустойчвости
аппаратуры, чем в электроэнергетике
3. Необходимость комплексного подхода при разработке
мероприятий, направленных на обеспечение ЭМС:
Средства обеспечения ЭМС
Функциональные
элементы
конструкции
объекта
Специальные
средства
помехоподавления
Правильное использование УЗИП
Последствия непродуманного применения УЗИП
4. Необходимость единого подхода к обеспечению ЭМС
на объектах газовой отрасли
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
ЭЗОП
www.ezop.ru
Электроэнергетика,
Защита От Помех
Матвеев Михаил Вячеславович – Директор по развитию,
к.ф.–м. н.,
Костин Максим Константинович – Главный инженер,
Кузнецов Михаил Борисович – Зам. Главного инженера,
к.ф.-м.н.
Тел: (095) 727-08-36
Тел/факс (095) 113-33-18
e-mail:[email protected], http://www.ezop.ru