Электромагнитная совместимость в электроэнергетике

1. «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике»

2.

План одобрен Ученым советом вуза
Министерство науки и высшего образования
Российской Федерации
Рязанский институт (филиал) федерального государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего образования
"Московский политехнический университет"
УТВЕРЖДАЮ
Директор Рязанского
института (филиала)
Московского
политехнического
университета
И.А. Мурог
Протокол №___ от "___"
________________ 20___ г.
Квалификация - магистр
Нормативный срок освоения 2
года
УЧЕБНЫЙ ПЛАН
по направлению подготовки 13.04.02
Электроэнергетика и электротехника
"___" ________________
20___ г.
Направленность (профиль): "Электроснабжение"
форма обчения: заочная
Б1.В.5 Электромагнитная совместимость в электроэнергетике
1
3
102
24
162 1152
17 612 110
3 108 18
36
4
4
70
14
502
90
5 семестр
40 1440 288
13
14
232 1750
70 598
10
92
4 семестр
12
32
8
3 семестр
11
146
44
6
2 курс
2 семестр
6 7 8 9
10
60 2160 410
20 720 122
3 108 16
I курс
1 семестр
Самостоятельная работа
Семинары и практические
занятия
Лаборатоные занятия
ВСЕГО по структуре
5
Курсовых проектов
Курсовых работ
Всего, ЗЕТ
4
Лекции
3
Блок 1 "Дисциплины (модули)"
Обязательная часть Блока 1
Б1.Б.1 Философские проблемы науки и техники
Часть Блока 1, формируемая участниками образовательных
Б1.В
отношений
Распределение по курсам и
семестрам, час
Часы
Контактная работа
(по учебн. занятиям)
2
зачетов
Название дисциплины
экзаменов
1
Б1
Б1.Б
№ по порядку
Шифр
Распределени
е по
семестрам
15
16
17
18
19
16
18
3 курс

3.

4.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение в дисциплину
1. Основные термины и определения
2. Классификация источников электромагнитных помех
3. Способы воздействия и пути передачи
электромагнитных помех
4. Качество электрической энергии и его обеспечение

5.

ВВЕДЕНИЕ
Электромагнитная совместимость (ЭМС) – современное понятие, обобщающее возникшую еще в начале развития электротехники и приобретающую в
н.в. всё > значение проблематику. С появлением первых передатчиков возникла необходимость согласования частот и мощностей, с / они могут работать.
ЭМС определяет, могут ли два различных электрических устройства работать
рядом, не выдавая мешающих друг другу сигналов. Считается, что эта задача
не имеет принципиального решения и абсолютная ЭМС недостижима, поскольку все источники, генерирующие помехи, учесть невозможно.
Перенапряжения, удары молнии, статическое электричество, переходные
процессы производственных механизмов, – вот только начало списка весомых
причин генерации помех, мешающих работе приборов.
Электрическое, электронное и радиоэлектронное оборудование при работе
создаёт в большей или меньшей степени различные электромагнитные помехи. Происходит загрязнение окружающей среды этими помехами. С другой
стороны, само радиоэлектронное оборудование чувствительно к различного
рода электромагнитным воздействиям. В результате действия таких помех
возникают различные нарушения в работе оборудования, приводящие к выходу его из строя, авариям и сбоям. Последствия их м.б. катастрофическими
для населения и окружающей среды.

6.

7.

Переход в современных условиях к микропроцессорным устройствам автоматики и релейной защиты, как правило, выполняющие одновременно несколько
функций управления, обусловил дальнейшую проработку способов защиты от
ЭМП и выделению вопросов ЭМС в отдельный учебный курс электроэнергетических специальностей.
Примеры воздействия электромагнитных полей на
технические и биологические объекты
• пространственная нестабильность изображения монитора ЭВМ, вследствие
воздействия магнитной составляющей внешнего электромагнитного поля промышленной частоты, нпр/, силовых кабелей, проложенных рядом;
• воздействие электромагнитных полей, созданных линиями электропередачи, особенно сверхвысокого напряжения 220 кВ и >, на биологические и технические объекты;
• гуляющие токи по батареям и трубам в зданиях, вследствие нарушения требований по подключению и заземлению оборудования, как следствие уколы
тока при прикосновении к водопроводным кранам, на трубах появляются маленькие дырочки;
• короткие замыкания, происходящие на шинах распределительных устройствах станций и подстанций, способны приводить к выгоранию вторичных кабелей;

8.

Примеры воздействия электромагнитных полей на
технические и биологические объекты
• КЗ совместно с плохим состоянием контура заземления (коррозия, разрывы)
приводит к повышенным потенциалам на заземляющем устройстве;
• коммутации высоковольтного оборудования на подстанциях приводят к
появлению периодических быстрозатухающих высокочастотных колебаний,
способных распространяться по контурам заземления;
• воздействие на оборудование радиопередающих устройств;
• отказы систем контроля и управления АЭС;
• отказы систем контроля и управления на производстве, в том числе и химическом;
• отказы бортовых систем самолетов и аэродромных систем наведения;
• сбои медицинской аппаратуры диагностики и жизнеобеспечения;
• потери информации в компьютерах (особенно ощутимы потери в электронных системах платежей).

9.

обеспечение качества продукции по параметрам электромагнитной совместимости непосредственно связано с безопасностью продукции для жизни,
здоровья, имущества потребителей и охраной окружающей природной среды.

10.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Электромагнитная совместимость (ЭМС) – это способность электронной
аппаратуры нормально функционировать в определённой электромагнитной
обстановке (ЭМО), не создавая при этом электромагнитных помех, опасных
для других технических средств или человека.
Электрическим полем называется одна из частей электромагнитного поля,
особенностью которой является то, что это поле создаётся электрическими
зарядами или заряжёнными телами, а также воздействует на эти объекты
независимо от того, движутся они или неподвижны.
Постоянное электрическое поле – создается неподвижными электрическими
зарядами и осуществляет взаимодействие между ними.
Силовой характеристикой электрического поля является вектор Ē (напряжённость электрического поля) – это отношение силы, действующей со стороны поля на заряд, к значению этого заряда. Ē – это векторная величина,
размерность вольт на метр (В/м), совпадает по направлению с силой, действующей на неподвижный единичный положительный точечный заряд
(пробный заряд).

11.

Силовыми линиями напряжённости электрического поля называются воображаемые линии, касательные к / в каждой точке совпадают с направлением
вектора напряжённости в этой точке поля.
Силовые линии не замкнуты: они начинаются на положительных зарядах и
заканчиваются на отрицательных зарядах или уходят в бесконечность. Это
справедливо как для одиночных зарядов, так и при протекании постоянного
тока по проводнику.

12.

Магнитным полем называется одна из частей электромагнитного поля.
Особенностью магнитного поля является то, что это поле создаётся проводниками с токами, движущимися электрически заряженными частицами, а также намагниченными телами.
Const магнитное поле создаётся проводниками с током, равномерно движущимися электрическими зарядами или заряженными частицами. Магнитное поле,
характеристики / не изменяются с течением времени, наз. стационарным. В
противном случае магнитное поле является ~ (нестационарным) полем.
Возникновение стационарного магнитного поля вблизи проводника с током
иллюстрируется основополагающим опытом Эрстеда

13.

Магнитное поле действует только на движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом. На намагниченные тела магнитное поле действует независимо от того, движутся они или неподвижны.
Силовой характеристикой магнитного поля является вектор индукции магнитного поля. Понятие о векторе магнитной индукции вводится на основании
одного из трёх опытов: ориентирующее действие магнитного поля на рамку с
током; отклонение проводника с током в магнитном поле ; отклонение пучка
электрически заряженных частиц, движущихся в магнитном поле.

14.

Напряжённость магнитного поля H→ это векторная величина, качественно характеризующая магнитное поле, размерность ампер на метр (А/м). В вакууме
напряжённость магнитного поля совпадает с магнитной индукцией B→.
Значение B→ определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд и на тела, имеющие магнитный момент. Единица
измерения В тесла (Тл). В и Н связаны в вакууме соотношением:
B→ = μ0H→,
где магнитная постоянная μ0 = 4π 10− 7 Гн/м.
Для изотропной среды, отличной от вакуума, B = μ0 μH ,
где μ - магнитная проницаемость среды.
Силовые линии магнитного поля замкнуты. Направление вектора магнитной
индукции поля, созданного проводником с током, определяется правилом
буравчика

15.

На проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила Ампера. Закон Ампера – на малый отрезок проводника с током I и длиной Δl ,
помещённого в однородное магнитное поле с индукцией B , действует сила
ΔF , модуль / =:
ΔF = I Δl B sin α .
Закон электромагнитной индукции Фарадея: если проводящий контур находится в переменном магнитном поле, то в контуре возникает индуцированое электрическое поле – индуцированный ток. ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно = и противоположна по знаку скорости var магнитного потока сквозь площадь поверхности, ограниченную этим контуром,

16.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭМП
естественные источники,
обусловленные природными
электромагнитными явлениями,
Среди известных естественных источников выделяют разряды атмосферного электричества при локальной
грозовой деятельности в виде молний, а
также возможные разряды статического
электричества между телами, получившими заряды разной полярности.
Все другие естественные источники
глобального, солнечного и космического
происхождения и вызванные ими
помехи в виде атмосферных шумов,
геомагнитных и геоэлектрических полей,
солнечного и космического излучений,
играют для рассматриваемой области
слабую роль.
искусственные, образованные
электромагнитными процессами в
технических устройствах

17.

Электромагнитным полем называется форма материи, посредством / осуществляются эл-магнитные взаимодействия заряженных частиц или тел.
Электромагнитным взаимодействием называется взаимодействие между
электрически заряженными частицами или макроскопическими заряженными
телами.
Электромагнитное поле – var во времени электрическое поле Ē порождает
магнитное поле H→, а изменяющееся H→ – вихревое электрическое поле;
обе компоненты Ē и H→ непрерывно var, возбуждают друг друга. Этот
процесс есть физическая причина существования элек-магнитного поля –
особой формы материи, посредством / осуществляется взаимодействие
между электрически заряженными частицами.
Электромагнитное поле в вакууме характеризуется векторами напряжённости электрического поля Ē и магнитной индукции B→, / определяют силы,
действующие со стороны поля на неподвижные и заряженные частицы.
Величины В и Е могут быть измерены непосредственно. В среде электромагнитное поле характеризуется доп. величинами:
напряжённостью магнитного поля Н и электрической индукцией D.
В произвольной среде эл-магнитное поле описывается уравнениями
Максвелла, позволяющими определить поля в зависимости от распределения зарядов и токов.

18.

Эл-магнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных
частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении
заряженных частиц, эл-магнитное поле «отрывается» от них и существует
независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (нпр, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их
антенне).
Электромагнитная помеха (ЭМП) – это любое внешнее эл-магнитное явление, способное негативно влиять на работу электронной аппаратуры.
ЭМП способна вызвать в электрическом устройстве нежелательный эффект
(нарушение функционирования, старение, разрушение).
Помехой м.б. – напряжение, ток, напряжённость поля и т.д. В зависимости
от источника, помехи появляются периодически или нерегулярно в форме
случайно распределённых импульсов, поступающих по проводам или полевым путём. При превышении определённого граничного значения уровень
вредного сигнала может оказаться опасным для жизни человека. Источник
помех – причина появления помех (прибор или физический процесс).

19.

Электромагнитная обстановка (ЭМО) – совокупность электромагнитных
явлений, существующих в рассматриваемом пространстве.
ЭМО – должна описываться:
• характеристиками источников помех и параметрами их воздействия;
• особенностями установленного оборудования;
• реализованными и нереализованными мероприятиями по повышению электромагнитной совместимости;
• неэлектрическими характеристиками окружающей среды, влияющими на
электромагнитную совместимость (влажность и т.д).

20.

≈ 2000 гроз существуют одновременно на Земле, вызывая около 100 разрядов
молний ежесекундно.
Атмосферные возмущения, вызываемые грозовой деятельностью, создают
помехи радиосвязи и обостряют проблемы ЭМС. Энергия канала разряда, ≈
105 Дж/м, вызывает акустическое (гром), термическое, световое, эл-магнитное
воздействия на окружающую среду. С т.з. интенсивности воздействия молнии
различают: непосредственные или близкие удары; удалённые разряды. При
ударе молнии в заземляющее устройство его потенциал относительно удалённых точек земли может ↑ до МВ. Поэтому в петлях, образованных сигнальными кабелями и проводами, связывающими различные объекты, в т.ч. и в линиях электроснабжения, передачи данных, могут, в зависимости от размеров
петель и расстояний до места удара, индуктироваться напряжения от нескольких десятков вольт до многих сотен кВ.
Атака молний. Город
Гургаон. Индия.

21.

При удалённых ударах молнии вдоль линии с > скоростью распространяется
волна перенапряжения. При достижении подстанции, / питает сеть низкого
напряжения, перенапряжения ограничиваются либо электрической прочностью изоляции, либо разрядниками или ограничителями перенапряжения
нелинейными (ОПН). Если у объекта отсутствуют защитные устройства, ограничивающие перенапряжения, то могут происходить неконтролируемые перекрытия и пробои в слабых местах изоляции или в самом простом варианте
нарушения функционирования электронного оборудования из-за проникновения помехи через систему его питания. Любая молния и любой ток в
проводах, обусловленный молнией, вызывают переходные электромагнитные
поля, / могут вызвать в электрических контурах напряжения с мешающими
или разрушающими последствиями.

22.

В связи с опасностью грозовых разрядов реализуется концепция двухступенчатой защиты посредством так называемых внешних и внутренних мероприятий по молниезащите.
Внешняя молниезащита охватывает все мероприятия, направленные на то,
чтобы организовать отвод тока молнии так, чтобы внутри здания не возникали
высокие разности потенциалов и сильные электромагнитные поля помех.
Внутренняя молниезащита должна ↓ до приемлемых остающиеся воздействия на объекты внутри помещения.

23.

Молниевый разряд является крайне опасным источником помех. Макс амплитуда тока (до 100–200 кА) обычно > ↑ 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 153-34.21.122-2003).
Длительность фронта импульса составляет 10 мкс, а общая длительность
импульса – 350 мкс. Это почти в 100 раз < одного периода промышленной
частоты.
Полное сопротивление протяжённых заземлителей ↑ с ростом частоты. =>
заземляющие устройства электрических станций и подстанций не обеспечивают эффективного выравнивания потенциалов на частотах молниевого
импульса.

24.

Под разрядами статического электричества понимают процессы выравнивания зарядов между отдельными твердыми телами, жидкими и газообразными средами, несущими разные электростатические заряды. Они обычно
сопровождаются скользящими, коронными, искровыми или подобными молнии разрядными явлениями, однако, выравнивание может происходить
также исключительно за счёт электропроводности в месте контакта, если
разность потенциалов перед касанием тел < 330 В. При возникновении
искр могут воспламениться горючие газы или пары или инициироваться
взрывоопасные смеси, а вызванные разрядами токи и поля могут повредить
электронные элементы, вывести из строя или нарушить функции электронного
оборудования,

25.

26.

На рис. показано повреждение или
разрушение схем при непосредственном воздействии тока I или вызваных
им полей E¯ , H¯ при касании рукой
или инструментом, несущими заряд
статического электричества.

27.

На рис. –повреждение элементов или создание помех за счёт напряжения
Ust , идуктированного магнитным полем в низкоомной или электрическим
полем в высокоомной петлях; G – корпус электронного устройства; IC –
интегральная схема; LP – печатная плата.

28.

Заряды статического электричества могут возникать различными путями.
Однако, при изготовлении и применении электронных элементов и приборов
существенны два механизма:
Электризация за счёт индукции:
1 – тело В электрически нейтрально; 2 – поляризация тела В в электрическом поле; 3 – отвод зарядов при искровом разряде или касании тела
С; 4 – тело В заряжено +
Электризация трением:
1 – две субстанции А и В в нейтральном
состоянии; 2 – фаза касания или трения;
3 – А заряжена положительно, В – отрицательно
При попадании электрически нейтрального тела В в электростатическое поле,
образованное, нпр., заряженными телами А и С. При этом в теле В происходит
поляризация зарядов. Если затем отвести, нпр, - заряды тела В на тело С через проводящее соединение V (контакт или искру), то тело В останется заряженным + даже в том случае, если внешнее поле исчезнет.
Если тело В входит в контур, образующий электрическое поле, то уже связанные с эффектами поляризации токи могут вызвать помехи или повреждения в
контуре.

29.

Электризация за счёт индукции:
1 – тело В электрически нейтрально; 2 – поляризация тела В в электрическом поле; 3 – отвод зарядов при искровом разряде или касании тела
С; 4 – тело В заряжено +
Электризация трением:
1 – две субстанции А и В в нейтральном
состоянии; 2 – фаза касания или трения;
3 – А заряжена положительно, В – отрицательно
Max часто встречающаяся форма возникновения паразитных электростатических зарядов – электризация трением. Она возникает, если 2 различных,
первоначально нейтральных тела (или 2 субстанции) А и В соприкасаются,
трутся друг о друга, а затем разъединяются. Одно тело передаёт электроны
другому и заряжается положительно, а тело, получившее электроны, -.
Полярность и значение зарядов зависят от таких свойств материалов тел как:
структура материала и поверхности, диэлектрическая проницаемость,
объёмная и поверхностная электрическая проводимость, размер контактной
поверхности, интенсивность трения, сила сжатия тел перед разделением,
скорость разведения, температура, влажность воздуха, причём последняя
имеет очень большое влияние.

30.

Токи в процессе зарядки могут составлять от сотен пикоА до нескольких
мкА, а электростатические заряды – от 3 нКл до 5 мкКл.
Электростатическая разность потенциалов между телами определяется
после окончания процесса зарядки отношением приобретённого заряда к
ёмкости тел между собой.
Паразитная электризация трением проявляется в промышленности
вследствие контакта тела человека с его одеждой, с сидением, с полом, с
рабочими средствами и предметами, а также при соприкосновении деталей,
панелей, приборов с устройствами для обработки, тарой при их хранении и
транспортировке. Процессы трения могут быть обусловлены как
естественными движениями тел, нормальными рабочими операциями,
такими технологическими процессами и операциями, как вентиляция,
продувка, опрыскивание, распыление, упаковка и распаковка, загрузка, а также сотрясениями, вибрациями при транспортировке.

31.

В качестве искусственных источников ЭМП рассматривают все процессы при
нормальных рабочих и аварийных режимах приборов, машин, ЭЭУ, устройств
информационной техники, находящихся вблизи средств автоматизации. К
ним же относится ЭМИ, возникающий при внеатмосферных ядерных взрывах.
Электромагнитные помехи, излучаемые различными источниками могут
воздействовать: на приборы, на линии сигналов или данных, на системы
электропитания, на заземления устройств автоматизации.
Помехи могут воздействовать отдельно или комбинированно при случайном
наложении во времени.

32.

3. СПОСОБЫ ВОЗДЕЙСВИЯ И ПУТИ ПЕРЕДАЧИ ЭМП
ЭМП
В зависимости от механизма распространения между источником и
приёмником (подверженными влиянию цепями и аппаратурой)
ёмкостные.
индуктивные.
кондуктивные.
Кондуктивные ЭМП – это помехи, возникающие в общих цепях, нпр, в заземлении или любых металлических конструкциях и распространяющиеся по элементам электрической сети.
Ёмкостными и индуктивными
называют ЭМП, распространяющиеся в виде соответственно
электрического и магнитного полей
в непроводящих средах.
Кондуктивные помехи в цепях, имеющих
> одного проводника, принято делить
помехи «провод-земля» (синонимы −
несимметричные, общего вида, Common
Mode)
напряжение помехи приложено, как
следует из названия, между всеми
проводниками цепи и землёй.
помехи «провод-провод» (симметричные, дифференциального вида,
Differential Mode).
напряжение помехи приложено, между
различными проводниками одной цепи.

33.

34.

пути передачи ЭМП
1. Гальваническая связь. Гальваническая или
металлическая связь появляется тогда, когда 2 электрических контура имеют общее сопротивление Z ,
будь то участок провода, сопротивление связи или
двухполюсник иного вида.
2. Ёмкостная связь. Ёмкостная связь возникает между двумя контурами,
проводники которых находятся под различными потенциалами.

35.

3. Магнитная связь. Магнитная или индуктивная связь возникает между
двумя или несколькими контурами тока.
4. Связь через электромагнитное излучение. Осуществляется посредством электромагнитных волн, порождённых каким-либо передатчиком

36.

37.

Внутрь прибора ЭМП могут попасть совместно с полезными сигналами или с
напряжением питания по проводам (U, I), либо полевым путем (Ē,H-), а также
через антенны.
В дополнение к этим помехам, вызванным внешними источниками, могут
возникнуть и внутренние помехи, распространяющиеся по проводам или в
виде поля внутри системы.
Вместе с этим прибор автоматизации м.б. одновременно и чувствительным к
помехам, и сам излучать помехи
Внешние и внутренние источники
помех, виды помех, поступающих в
устройство и исходящих из него
помех:
1 – прибор автоматизации; 2, 3, 4 –
элементы прибора автоматизации,
внутренние источники ЭМП; 5 – сеть
электропитания; 6 – информационные
входы; 7 – информационные выходы; 8
– заземление; 9 – ЭМП, передающиеся
по контуру заземления, разряды статического электричества, КЗ в питающей
сети; 10 – электромагнитная обстановка

38.

Причинами появления внутренних помех в системе обычно являются:
напряжение питания с частотой 50 Гц;
var потенциала в сетевых проводах питания устройств электроники;
var сигналов в проводах управления или линиях передачи данных;
высокочастотные или низкочастотные тактовые сигналы;
коммутационные процессы в индуктивностях, нпр, в герконах на печатных
платах;
магнитные поля ходовых механизмов с накопителями энергии;
искровые разряды при замыканиях и размыканиях контактов;
резонансные явления при замыкании контактов.

39.

Кроме того, в устройствах автоматизации могут возникнуть и другие электрические факторы, / станут причиной нарушения функционирования:
переходные сопротивления в контактах; шумы активных и пассивных элементов;
дрейф параметров элементов;
разброс времени коммутации в логических устройствах;
исчезновения сигналов при передаче;
явления отражения в линиях;
вибрации и микрофонный эффект в контактах;
пьезоэлектрические смещения зарядов при сжатии и изгибах изоляции;
контактные напряжения;
схемоэлектрические и термоэлектрические эффекты в точках соединения
проводников из различных материалов (нпр, каждое место спайки, скрутки
или резьбовое соединение двух различных материалов представляет собой
термоэлемент, термонапряжение / var ≈ до 40 мкВ при var t на 1°С).
Эти возможные паразитные эффекты необходимо учитывать при разработ-ке и
изготовлении электронных средств автоматизации и соответствующими мерами,
нпр, подавлением, нужно ограничить их влияние.

40.

4. КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ЕГО ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Качество электрической энергии существенно влияет на работу
электроприёмников и их технико-экономические показатели

41.

типичные примеры негативного влияния отклонений по качеству ЭЭ.
основной нагрузкой в электрических системах являются
ЭД, / составляют около 60 % нагрузки электрических
систем.
↓частоты в системе
К ↓ скорости вращения всех включенных в работу электродвигателей.
При этом ↓ производительность
связанных с ними механизмов, что
во многих случаях ухудшает их
экономические показатели работы.
значительное ↑ частоты в системе
возможно повреждение оборудования.
пониженная частота в электрической сети влияет и на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы, реакторы со стальным магнитопроводом), за счёт ↑ тока намагничивания в таких аппаратах и доп нагрева стальных сердечников.

42.

При работе ламп накаливания с пониженным по отношению к ном напряжением происходит ↓ их светового потока, а, =>, и ↓ освещённости рабочей поверхности. Так, при напряжении, = 0,9Uном , световой поток и соответственно
освещённость поверхности ↓ в среднем на 40 %. Это приводит к резкому ↓
производительности труда работающих в помещениях, использующих для
освещения такие лампы.
Если напряжение, подводимое к лампе накаливания, = 1,1Uном, световой поток и освещённость рабочей поверхности ↑ ≈ на 40 %, что опять же неблагоприятно сказывается на производительности труда. Однако при этом происходит и ↓ срока службы лампы ≈ в 4 раза.

43.

Работа АД зависит от напряжения на его зажимах. ↓ напряжения на зажимах
двигателя на 15%Uном приводит к снижению Мэл до 72 % Мном .
↓напряжения в системе
ухудшается и такая характеристика двигателя, как коэф-нт запаса по устойчивости,
характеризуемый отношением макс вращающего момента к ном, / регламентируется
стандартами на конкретные виды АД. При
значительном ↓ напряжения двигатель в конечном итоге может остановиться. В случае
↓ напряжения на зажимах двигателя при
const мощности ↑ ток, потребляемый им из
сети. При этом происходит > интенсивный
нагрев изоляции двигателя и соответственно
↓ срок его службы. Так, если двигатель длительное время работает с уровнем напряжения на его зажимах, равном 0,9Uном , то срок
его службы ↓ ≈ вдвое
↑ напряжения в системе
приводит к ↑ потребляемой
им реактивной мощности.

44.

При ↓напряжения на зажимах электротермических установок их работа существенно ухудшается, ↑длительность технологического процесса, ↑ себестоимость продукции, получаемой при работе этих установок. При значительных var
напряжения и их отклонениях от ном значений м.б. и полное нарушение
технологического процесса.
Фактическое напряжение существенно влияет на качество сварки. При ↓напряжения до 0,9Uном , время сварки ↑ на 20 %, а при выходе его за lim
(0,9…1,1)Uном возникает брак сварных швов. Полный брак сварных швов при
сварке обычных металлов наступает при выходе напряжения за пределы ± 5
%, а при сварке коррозионных и жаропрочных сталей – при ±10 %.
Работа электролизных установок при пониженном напряжении приводит к
↓ их производительности, повышению удельного расхода электроэнергии и к
↑ себестоимости продукции.

45.

Для анализа качества электроэнергии выделяют max часто встречающиеся
ненормальные ситуации.
провалы и подъёмы напряжения
длительные искажения формы кривой
напряжения
переходные процессы

46.

Переходныйпроцесс(τ,с)

47.

48.

http://www.myshared.ru/slide/923126/
https://en.ppt-online.org/101815
https://en.ppt-online.org/556914

49.

Виды масштабов для количественной оценки электромагнитной совместимости
Прямое масштабирование и логарифмические масштабы, позволяющие
наглядно представлять соотношения величин, отличающихся на несколько
порядков.
Существует два вида логарифмических отношений – уровень и степень
передачи.
Логарифмические относительные характеристики . Уровни помех
Узкополосные и широкополосные процессы
Разложение периодических помех в ряд фурье
Разложение непериодических случайных помех в ряд фурье

50.

Длительное ↑или ↓напряжения питающей сети приводит к ↓срока службы двигателей и источников питания. При этом ↓напряжения > нежелательно, т.к. значительно ↑ ток потребления.
Кроме того, ↓напряжения питания может привести к нарушению работы компьютеров и микроконтроллеров и выходу этих систем из строя.
К более - последствиям приводит полное пропадание питающего напряжения
Кратковременные всплески и провалы напряжения вызываются переходными
процессами в электрической системе, причём их можно разделить на две
группы:
1) импульсные всплески, вызванные коммутацией активной и активно-индуктивной нагрузки;
2) переходные, как правило, гармонические процессы, вызванные коммутацией ёмкостных нагрузок
Переходные процессы сопровождаются высокочастотными помехами, приводящими к сбою электронной аппаратуры. Всплеск напряжения может стать
причиной выхода из строя потребителя, если не будет предусмотрена соответствующая защита. По этой причине к коммутационной и особенно защитной аппаратуре предъявляются повышенные требования по быстродействию
и селективности.

51.

Негативные влияния на силовое электрооборудование и измерительные приборы оказывают длительные искажения кривой напряжения. Особенно следует выделить искажения напряжения, имеющие характер «зазубрин» (notch),
вызванные коммутацией силовых тиристоров и диодов в мощных источниках
искажения.
Max опасными являются искажения кривой напряжения вблизи перехода искажающего напряжения через ноль. Эти искажения могут вызвать дополнительные коммутации диодов маломощных источников питания, ускорение старения конденсаторов, сбой электронных часов, нарушение работы принтеров
и другой аппаратуры.

52.

Основным нормативным документом, / сформулированы требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения, является ГОСТ 32144 – 2013 «Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения».
В соответствии с этим ГОСТом часть показателей качества электроэнергии
(ПКЭ) характеризует помехи, вносимые установившимся режимом работы
электрооборудования энергоснабжающей организации и потребителей,
т.е. вызванные особенностями технологического процесса производства,
пере-дачи, распределения и потребления электроэнергии.
помехи
отклонения
напряжения и
отклонения
частоты
искажения синусоидальности формы
кривой напряжения
несимметрия и
напряжения
Для их нормирования ГОСТом
установлены допустимые значения ПКЭ.
колебания
напряжения

53.

Другая часть ПКЭ характеризует кратковременные помехи, возникающие в
электрической сети в результате коммутационных процессов, грозовых
и атмосферных явлений, работы средств защиты и автоматики в
послеаварийных режимах. К ним относятся
помехи
провалы
напряжения
импульсы
напряжения
кратковременные перерывы
электроснабжения.
Для этих ПКЭ допустимых численных значений ГОСТ не устанавливает.
Однако, параметры этих ПКЭ должны измеряться и составлять статистические
массивы данных, характеризующие конкретную электрическую сеть в отношении вероятности появления кратковременных помех.
Если ПКЭ не соответствуют требованиям ГОСТа, то предъявляются претензии
к поставщику – энергетическому предприятию. В целом ПКЭ определяют
степень искажения напряжения электрической сети за счёт кондуктивных
помех, вносимых как энергоснабжающей организацией, так и потребителями

54.

проблема качества электроэнергии
во всех промышленно развитых
странах Запада подключение мощных нелинейных нагрузок, искажающих форму кривых тока и напряжения электрической сети, допускается
только при соблюдении требований
по обеспечению ПКЭ и при наличии
соответствующих корректирующих
устройств. При этом суммарная
мощность вновь вводимой нелинейной нагрузки не д.б.> 3–5 % от мощности всей нагрузки энергокомпании.
в электрических сетях бывшего
Советского Союза, / такие потребители подключались достаточно
хаотично.
Нпр., на момент ввода в работу
электролизных корпусов Братского
алюминиевого завода, являющегося
мощным источником искажений, его
суммарная мощность составляла
>30 % от мощности потребителей
«Иркутскэнерго». Аналогичная картина наблюдалась и при подключении новых тяговых подстанций
Байкало-Амурской магистрали, нагрузка / является несинусоидальной,
несимметричной и резкопеременной.

55.

При этом промышленностью практически не выпускались необходимые средства повышения ПКЭ (фильтрокомпенсирующие, симметрирующие, многофункциональные оптимизирующие устройства и др.). В результате электрические
сети России оказались перенасыщенными искажающим оборудованием.
В отдельных регионах, в частности в Восточной Сибири, сформировались
уникальные по своей мощности и степени искаженности кривых тока и напряжения комплексы электрических сетей энергосистем и распределительных
сетей потребителей и существенно обострилась проблема электроснабжения
потребителей качественной электроэнергией.
Соблюдение энергоснабжающими организациями и потребителями ПКЭ позволяет экономить не только топливно-энергетические ресурсы, но также и другие виды материальных ресурсов, часть / при пониженном качестве электроэнергии тратится на бракуемую и утилизируемую продукцию.
виды норм ПКЭ
нормально допустимые
предельно допустимые.
Оценка соответствия показателей ПКЭ указанным нормам проводится в течение расчётного периода, равного 24 часам. Качество электроэнергии характеризуется параметрами режима в узлах электроэнергетической системы.

56.

В число этих параметров
входят частота и напряжение.
Частота является общесистемным параметром и определяется балансом активной мощности в системе. При возникновении дефицита активной мощности в системе происходит ↓ частоты до такого значения, при / устанавливается новый баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии. При
этом ↓ частоты связано с ↓ скорости вращения электрических машин и ↓ их
кинетической энергии. Освобождающаяся при этом кинетическая энергия используется для поддержания частоты. Поэтому частота в системе var сравнительно медленно. Однако, при дефиците активной мощности (>30 %) частота
var быстро и возникает эффект «мгновенного» изменения частоты – «лавина
частоты».
Напряжение в узле ЭЭСопределяется балансом реактивной мощности по системе в целом и балансом реактивной мощности в узле электрической сети.

57.

ГОСТ 13109-97 устанавливает 11 показателей качества электроэнергии:
▪ установившееся отклонение напряжения; размах изменения напряжения;
▪ доза фликера;
▪ коэф-нт искажения синусоидальности кривой междуфазного (фазного)
напряжения;
▪ коэф-нт n-ой гармонической составляющей напряжения;
▪ коэф-нт несимметрии напряжений по обратной последовательности;
▪ коэф-нт несимметрии напряжений по нулевой последовательности;
▪ отклонение частоты;
▪ длительность провала напряжения;
▪ импульсное напряжение;
▪ коэф-нт временного перенапряжения.

58.

5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОБСТАНОВКА (ЭМО) НА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ
Надёжность работы энергетических и промышленных объектов во многом определяется надёжностью работы электронной (сейчас, как правило, цифровой) аппаратуры защиты, автоматики, связи и.т.п. Специфика современных
объектов такова, что устанавливаемая на них электронная аппаратура часто
подвергается воздействию высоких уровней электромагнитных помех.
Оценка ЭМО на энергетических объектах регламентируется методическими
указаниями по определению электромагнитной обстановки и совместимости
на электрических станциях и подстанциях СО 34.35.311-2004.
Методические указания предназначены для решения актуальной комплексной задачи:
определения max неблагоприятной ЭМО, характеризуемой max, но реально
возможными ЭМП в местах расположения микропроцессорных устройств;
проверки ЭМС на действующих объектах;
разработки требований по классам жёсткости испытаний на помехоустойчивость.
В указаниях приведены методики измерений и расчётов уровней ЭМП, вызванных различными причинами, нпр, оценка импульсных помех при коммутациях силового оборудования и КЗ. Приводятся рабочие программы испытаний, протоколы, классификация ЭМО, классы и степени жёсткости испытаний устройств на помехоустойчивость, требования к ТС воздействий и
измерений.

59.

особенности ЭМО на энергообъекте подстанция
Принципиальная схема
расположения терминалов
защиты
1 – контур заземления; 2 –
молниеотвод; 3 – ОПН; 4 –
разъединитель; 5 – выключатель; 6 – трансформатор; 7 –
трансформатор тока; 8 –
трансформатор напряжения; 9
– шина; 10 – кабельный лоток;
11 – общестанционный пункт
управления

60.

Основной вклад в ЭМО на энергетических
объектах, как правило, вносят следующие
виды помех:
1. Короткие замыкания (КЗ)
Протекание по заземляющему устройству (ЗУ) значительных токов КЗ в сетях
высокого напряжения приводит к возникновению:
а) перепадов потенциалов в пределах ЗУ. Таким образом, значительные разности потенциалов оказываются приложенными к вторичным кабелям (как проходящим в пределах ЗУ объекта, так и выходящим за его пределы) и соответствующим входам аппаратуры;
б) кроме того, протекание токов КЗ в силовых ошиновках и по элементам ЗУ
создаёт магнитное поле, амплитуда которого часто составляет сотни А/м.
Это поле создаёт наводки на вторичные кабели в случае их сближения с трассой протекания тока КЗ.
В реальности оба эти фактора часто действуют одновременно, вызывая значительные перенапряжения, опасные для аппаратуры и даже изоляции кабелей.

61.

2. Грозовые разряды
Растекание тока молнии часто происходит по элементам систем заземления
и питания информационной техники либо вблизи от неё.
Пр: Причиной повреждения аппаратуры в одном из диспетчерских управлений,
отказа элементов систем связи, АСУ и сигнализации, явилось непосредственное воздействие импульсного электромагнитного поля на аппаратуру. По ≈ оценке, напряжённость магнитного поля в месте размещения аппаратуры составила от 300 до 1000А/м, что может представлять угрозу даже для специальной
аппаратуры в промышленном исполнении, не говоря уже о компьютерах и АТС
офисного типа.
Особую опасность представляют разряды на мачты радиосвязи, расположенные рядом с ОПУ, приводящие к ↑ потенциала заземления здания, кабельных
каналов и лотков, к протеканию части тока молнии по экранам ВЧ-кабелей и
металлоконструкциям в здании, к наводкам на вторичные кабели, к действию
ЭМП на аппаратуру, к проникновению 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 молниеприёмники возможно попадание заземления аппаратуры, измерительных трансформаторов, а также трасс
прокладки вторичных цепей в зону подъёма потенциала вблизи заземления
молниеприёмника. В этом случае недопустимо высокая разность потенциалов
м.б. приложена к изоляции вторичных цепей и входам аппаратуры.
Возможно распространение помех по сети собственных нужд при разряде на
молниеприёмники прожекторных мачт.

62.

3. Переходные режимы работы высоковольтного оборудования (в т.ч.,
вызванные коммутациями)
При коммутационных операциях выключателями и разъединителями в сети
ВН возникает высокочастотный переходный процесс. Параметры этого процесса индивидуальны для каждого объекта и, для каждой конкретной коммутации. Высокочастотные токи и перенапряжения через системы шин распространяются по территории объекта. Они создают ЭМП, способные вызвать
на-водки во вторичных кабелях и во внутренних цепях аппаратуры. Кроме
того, проникновение коммутационных помех во вторичные кабели происходит
через ТА, ТV, фильтры присоединения высокочастотной связи.
Особенно серьёзна ситуация на компактных элегазовых подстанциях, / высоковольтное оборудование и подверженная его влиянию электронная аппаратура размещаются очень близко друг к другу.
Уровни коммутационных помех зависят от множества факторов, среди / max
существенные:
геометрия объекта,
тип первичного оборудования,
заземляющего устройства,
состояние трассы прокладки вторичных цепей.
Истинный уровень коммутационных помех м.ж. быть достоверно определён
лишь по результатам измерений. => измерение коммутационных помех следует рассматривать как обязательную часть комплекса оценки ЭМО.

63.

4. Неправильная компоновка подстанции
Иногда информационные цепи и электронная аппаратура располагаются рядом с силовым электрооборудованием, включая контакторы, мощные реле.
Это может привести к проблемам ЭМС, особенно при коммутациях силовых
цепей.
Помехи при коммутациях высоковольтного оборудования могут
приводить к проникновению помех
во вторичные цепи ТА, ТV; к наводкам на любые вторичные цепи, в
т.ч. питания, связи; к появлению
импульсных потенциалов и токов в
элементах заземляющего устройства. При работе коммутационных
аппаратов генерируются
высокочастотные токи и перенапряжения в первичной сети. Причиной их возникновения являются высокочастотные переходные процессы, протекающие
в коммутируемых шинах. Аналогичная ситуация наблюдается при КЗ (поскольку наряду с низкочастотной составляющей ток КЗ имеет высокочастотную
импульсную составляющую). Любой элемент первичной сети обладает
распределённой или сосредоточенной ёмкостью и индуктивностью.

64.

4. Неправильная компоновка подстанции
Т.о., образуется колебательный контур, в / при переключениях возбуждаются
высокочастотные колебания. Через различные механизмы связи (гальванический, индуктивный, ёмкостной) 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.
Опасные помехи могут возникать и
при коммутациях в сетях до 1 кВ. Типичная ситуация – разрыв тока в индуктивной нагрузке (нпр, на обмотке
контактора). Механизм генерации помехи амплитудой до нескольких кВ полностью аналогичен принципу работы
системы зажигания ДВС.
При разрыве тока, протекающего через обмотку, в силу закона электромагнитной индукции, возникают перенапряжения. Теоретически, при мгновенном прекращении протекания тока, перенапряжение будет ∞ >. В реальности,
перенапряжение лимитируется электрической прочностью воздушного промежутка коммутационного аппарата. Ёмкости (паразитные или специально включенные) также могут ↓ амплитуду помех.

65.

5. Внутренние источники помех в помещениях
Коммутации электромеханических устройств различного назначения. Осциллографирование помех при коммутациях низковольтных цепей показало, что
переключения реле, электроприводов и т.п. также сопровождаются коммутационными помехами. Частоты обычно оказываются значительно ↑, чем при
коммутациях высоковольтного оборудования (до сотни МГц и даже >).
Штатная работа силового ЭЛО (до и
выше 1 кВ).
Низкочастотные магнитные поля при
нормальной работе силового ЭЛО.
При компактном расположении силового и электронного оборудования
возможно const воздействие на аппаратуру полей высокого уровня.
Кроме того, часто ↑ уровень магнитного поля промышленной частоты,
обусловленным ошибочной конструкцией системы собственных нужд
объекта. Амплитуда таких полей
обычно слишком < для того, чтобы вызывать сбои или отказы оборудования.
Однако, часто приходится сталкиваться с их негативным влиянием на дисплеи («дрожание» изображения). Это приводит к быстрой утомляемости персонала, имеющего автоматизированные рабочие места. Кроме того, оказываются превышенными нормы СанПин.

66.

6. Радиосредства
За последнее десятилетие были отмечены случаи сбоев в работе электронной аппаратуры на энергообъектах под действием полей радиочастотных
источников.
В некоторых случаях фиксируется неблагоприятное воздействие на аппаратуру радиочастотных электромагнитных полей. Напряжённость 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, размещённого
на расстоянии нескольких сот метров
от объекта. Антенны радиорелейной
и космической связи обычно являются направленными, и при правильной
установке опасности аппаратуры не
создают.

67.

7. Низкое качество напряжения питания
Низкое качество напряжения питания в цепях ᷉ и - тока может иметь различные
причины.
Наиболее распространенные:
Ø недостаточная мощность источника питания,
Ø существенно нелинейный характер нагрузки (нпр, блоки питания электронной аппаратуры);
Ø кратковременные скачки потребляемой мощности (нпр, при работе электроприводов выключателей).
Чаще всего проблемы качества питания возникают на подстанциях, питающих
мощную нелинейную нагрузку. Таковы, в частности, тяговые подстанции, подстанции многих промышленных предприятий. Другим распространённым
источником проблем с качеством питания является использование устаревших источников бесперебойного питания, инверторов, стабилизаторов.

68.

8. Электростатические потенциалы
Электростатический разряд представляет опасность для современной аппаратуры из-за высокочастотного характера импульса (фронт – менее 1 нс).
Хотя энергия, переносимая таким импульсом, <, за счёт высокой амплитуды
недопустимое влияние на аппаратуру (в первую очередь, логические элементы) оказывается возможным.
9. Штатные режимы работы электроустановок, допускающие протекание значительных токов через ЗУ объекта
В большинстве случаев протекание значительных токов по заземляющему
устройству объекта не является штатной ситуацией, тем не менее, иногда это
всё же происходит. В этом случае на заземляющем устройстве объекта const
присутствует некоторый потенциал. Этот потенциал может вызывать появление помех, в частности – в цепях связи с другими объектами. При > размерах
объекта или плохом состоянии его ЗУ, значительные разности потенциалов
могут появиться и в пределах территории объекта. Плохое заземление на
подстанциях создаёт не только высокие остаточные напряжения, но и даже
достаточно большое шаговое напряжение.

69.

10. Перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью
Сети 6–35 кВ работают с изолированной нейтралью либо с компенсацией
ёмкостного тока замыкания на землю. Дугогасящие аппараты для компенсации ёмкостного тока замыкания на землю устанавливаются, если его величина > определённые нормированные значения: 30 А для сети 6 кВ, 20 А для
сети 10 кВ и 10 А для сети 35 кВ.
Сети с изолированной или компенсированной нейтралью могут длительно
работать с однофазным замыканием на землю (ОЗЗ). Из-за старения
оборудования существенно ↓ уровень изоляции. Тогда наличие ОЗЗ в сети ↑
риск многофазных повреждений.
В сетях 6-35 кВ внутренние перенапряжения возникают при:
вкл. и откл. воздушных и кабельных линий;
откл. ненагруженных трансформаторов;
откл. двойного КЗ на землю;
откл. двухфазных КЗ;
неодновременном вкл. фаз при пуске электродвигателей;
вкл. электродвигателей при автоматическом вводе резерва (АВР);
автоматическом повторном включении (АПВ);
откл. электродвигателей;
коммутации нагрузки вакуумными выключателями;
дуговых замыканиях на землю;
резонансных повышениях напряжения.

70.

Необходимого уровня ЭМС электрооборудования сетей 6–35 кВ можно
достичь:
1) применением нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН), обеспечивающих защиту от грозовых и коммутационных перенапряжений;
2) ↑ электрической прочности изоляции воздушных линий путём замены
неизолированных проводов на защищённые, применения полимерных
изоляторов из кремнийорганической резины или ↑ числа изоляторов в
гирлянде;
3) ↓ сопротивления заземления;
4) ↑ надёжности и селективности действия защиты от ОЗЗ;
5) ↑ кратности действия автоматического повторного включения (АПВ) на
воздушных линиях.