ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Термины и определения ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ (ЭМС) – способность оборудования или системы удовлетворительно работать в данной электромагнитной обстановке без внесения в нее какого-либо недопустимого электромагнитного возмущения. ЭЛЕКТРОМАГНИТАЯ ОБСТАНОВКА (ЭМО) – совокупность электромагнитных явлений, происходящих в данном месте. ЭЛЕКРОМАГНИТНОЕ ВОЗМУЩЕНИЕ (ЭМ) – любое электромагнитное явление, которое может ухудшить работу прибора, оборудования или системы или неблагоприятно влиять на срок службы. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПОМЕХА (ЭМП) – ухудшение работы оборудования, передающего канала или системы, вызванное электромагнитным возмущением. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ – способность прибора, оборудования или системы выполнять свою работу при наличии электромагнитного возмущения без какого-либо ухудшения.
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС Для решения проблемы обеспечения ЭМС ведется планомерная работа по нескольким направлениям: - разработка нормативно-технических документов по ЭМС; - аттестация устройств РЗА по выполнению испытаний на помехоустойчивость; - экспертиза проектов в части обеспечения ЭМС систем РЗА; - проверка электромагнитных обстановки и совместимости при строительстве новых и при техперевооружении действующих электросетевых объектов.
НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ОСНОВНЫЕ ДЕЙСТВУЮЩИЕ ДОКУМЕНТЫ Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением кВ. СО ГОСТ Р ( МЭК ). Совместимость технических средств электромагнитная. Требования и методы испытаний. ГОСТ Р (МЭК ). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях. Требования и методы испытаний. Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. СО Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех. РД Правила устройства электроустановок. Раздел 1.7. Заземление и защитные меры электробезопасности. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. СО
НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ДЕЙСТВУЮЩИЕ ДОКУМЕНТЫ ГОСТ Р Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от оборудования информационных технологий. Нормы и методы испытаний. ГОСТ Р Устойчивость оборудования проводной связи к электромагнитным помехам. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования и методы испытаний. ГОСТ Р Устойчивость технических средств радиосвязи к электростатическим разрядам, импульсным помехам и динамическим изменениям напряжения сети электропитания. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования и методы испытаний.
ДЕЙСТВУЮЩИЕ ДОКУМЕНТЫ ГОСТ Р Совместимость электромагнитная машин электронных вычислительных персональных. Устойчивость к электромагнитным помехам. Технические требования и методы испытаний. ГОСТ Р Системы бесперебойного питания приемников переменного тока и устройства для подавления сетевых импульсных помех. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования и методы испытаний. ГОСТ Р (МЭК ). Устройства и системы телемеханики. Ч.2. Условия эксплуатации. Раздел 1. Источники питания и электромагнитная совместимость. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
ГОСТ Р (МЭК ). 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 (МЭК ). Требования к специальным электроустановкам. Заземление оборудования обработки информации. ГОСТ Р (МЭК ).Требования по обеспечению безопасности. Защита от перенапряжений. Защита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений. ГОСТ Р (МЭК ).Требования по обеспечению безопасности. Защита от перенапряжений. Защита электроустановок от перенапряжений, вызванных электромагнитными воздействиями.
НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ГОСТ Качество электрической энергии. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Стандарт МЭК в 5-ти частях. Молниезащита. 2003г. Стандарт МЭК Металлооксидные ограничители перенапряжений без искровых промежутков для электрических сетей переменного тока. Стандарт ANSI/TIA/EIA (Август 1, 1994). Требования к телекоммуникационной системе выравнивания потенциалов и заземления зданий. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. РД
НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ Методические указания по проверке состояния заземляющих устройств электроустановок. РД Методические указания по контролю и анализу качества электроэнергии системах электроснабжения общего назначения. РД Методические указания по ограничению высокочастотных коммутационных перенапряжений и защите от них электротехнического оборудования в распределительных устройствах 110кВ и выше. –М: СПО ОРГРЭС, Earthling of GIS. An application guide. (Заземление КРУЭ. Практическое руководство). CIGRE. Group Elektra Межотраслевые правила (правила техники безопасности) по охране труда при эксплуатации электроустановок РД СанПиН – Физические факторы производственной среды. Электромагнитные поля в производственных условиях. Минздрав России
НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ (на стадии утверждения) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ НА ОБЪЕКТАХ ЭЛЕКТРОСЕТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА РУКОВОДСТВО ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ НА ОБЪЕКТАХ ЭЛЕКТРОСЕТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
Наиболее типичными источниками электромагнитных возмущений, которые могут оказывать влияние на системы РЗА, АСУ и ПА электрических станций и подстанций являются: переходные процессы в первичных цепях высокого напряжения при коммутациях силовыми выключателями и разъединителями; переходные процессы при пробое электрической изоляции (КЗ), срабатывании разрядников или ограничителей перенапряжения в первичных цепях высокого напряжения; электрические и магнитные поля промышленной частоты от высоковольтных установок; повышения напряжения при протекании токов КЗ через заземляющие устройства; переходные процессы, являющиеся следствием ударов молнии. быстрые переходные процессы, являющиеся следствием коммутаций в низковольтном оборудовании; электростатические разряды; поля высокой частоты, создаваемые радиопередающими устройствами (как относящимися, так и не относящимися к электроустановке); возмущения высокой частоты, создаваемые другими частями рассматриваемой установки и передаваемые излучением или через гальванические связи; низкочастотные возмущения, создаваемые источниками питания. Наконец, два следующих вида возмущений должны рассматриваться в особых ситуациях: ядерные электромагнитные импульсы (ЯЭМИ); влияние магнитного поля земли. Источники электромагнитных помех на энергообъектах
ИМПУЛЬСНЫЕ ПОМЕХИ В результате измерений установлено, что: 1. Амплитуда импульсных помех изменялась от десятков вольт до нескольких киловольт. 2. Частотные спектры во вторичных цепях являются многочастотными. В некоторых случаях можно различить до 5 – 7 собственных частот. С ростом номинального напряжения размеры подстанции растут и, соответственно, максимальные значения резонансных частот снижаются. Обобщая результаты измерений для ОРУ подстанций 110 – 750 кВ можно сказать, что частотный диапазон импульсных помех находится в пределах 0,1 – 10 МГц (на элегазовой подстанции частота достигала 20 МГц). 3. Количество импульсных помех при одной коммутации разъединителем может достигать нескольких тысяч за одну коммутацию 4. Уровень импульсных помех зависит от трассы прокладки кабелей, удельного сопротивления грунта и качества контура заземления.
Переходные процессы при КЗ, срабатывании ограничителей перенапряжения и разрядников. Пробой электрической изоляции (КЗ на землю) или разрядников приводит к резкому снижению напряжения, что, в свою очередь, вызывает переходной процесс, подобно тому, как это происходит при коммутационных операциях. Ток короткого замыкания промышленной частоты, протекающий по заземляющему устройству установки, вызывает повышение его потенциала на промышленной частоте. Зажигание дуги в вентильном разряднике вызывает, подобно искровому разряднику, появление переходных процессов высокой частоты. Максимальные значения параметров переходного процесса ниже, вследствие наличия остаточного напряжения на сопротивлении. Наличие нелинейного сопротивления предотвращает появление токов короткого замыкания промышленной частоты. Срабатывание ограничителей перенапряжений не приводит к появлению высокочастотных переходных процессов в сети, так как переход ОПНа из непроводящего состояния в проводящее происходит плавно.
Электрические и магнитные поля промышленной частоты, создаваемые силовым оборудованием Силовое оборудование (шины, силовые кабели, реакторы, трансформаторы и т.д.) подстанций и станций при работе создают вокруг себя электрические и магнитные поля промышленной частоты и частот гармонических составляющих. Значения напряженности этих полей зависят, соответственно, от класса напряжения и тока в силовом оборудовании, а, кроме того, от конфигурации проводников с током(в частности от высоты проводников над поверхностью земли, междуфазного расстояния, последовательности фаз и числа цепей). Магнитные и электрические поля промышленной частоты (а также гармонические составляющие низкой частоты) могут оказывать неблагоприятное влияние на устройства РЗиА, ПА и АСУ из-за низкочастотных наводок в цепях сигнализации и управления, в измерительных цепях, воздействуя непосредственно на терминалы микропроцессорных устройств и на мониторы компьютеров.
Повышения напряжения при протекание токов молнии и КЗ по заземляющему устройству Протекающие по проводникам заземляющего устройства токи молнии и токи коротких замыканий могут вызвать повышение потенциала, опасное для систем РЗ, ПА и АСУ ТП Особенно это касается появления мгновенных разностей потенциала между некоторыми двумя точками заземляющего устройства, которые, в случае наличия на объекте распределенных территориально компонентов этих систем (например, цепи напряжения, тока, управления и сигнализации соединяющих оборудование на ОРУ с терминалами на релейном щите), могут являться источником возмущения. Рассматриваемое явление может рассматриваться в виде двух составляющих: очень короткий период в начале (длительностью порядка микросекунд), характеризующийся протеканием быстрых переходных процессов, и последующим стационарным периодом, характеризующимся излучением промышленной частоты или даже постоянного напряжения.
Электрические переходные процессы при ударах молнии Воздействие молнии в основном ограничивается тремя следующими механизмами: 1. Воздействие электромагнитного поля тока молнии на оборудование, удар которой произошел не в электроустановку, а в непосредственной близости от нее. 2. Прямое попадание молнии в составные части электроустановок (а именно: линии электропередач, заземляющее устройство, здания и сооружения, распредустройство) и последующее воздействие через индуктивные, емкостные и гальванические связи. 3. Воздействие электромагнитного поля тока молнии на ЛЭП или сооружения ПС посредством наведенного напряжения и последующая передача наведенных токов через индуктивные, емкостные и гальванические связи на оборудование.
Быстрые переходные процессы при коммутациях в низковольтном оборудовании При отключении индуктивной нагрузки (например, электромеханических реле или приводов выключателей) в цепи возникают быстрые переходные процессы, характеризующиеся малой длительностью переднего фронта волны, малой длительностью собственно переходного процесса, низким уровнем энергии и высокой частотой
Электростатические разряды В зависимости от окружающей среды, при подобном заряде потенциал на человеке может достигать значительных величин (10-25 кВ), в то время как запасенная энергия составляет порядка нескольких мДж.
Радиочастотные поля Радиопередатчики относятся к классу преднамеренных передатчиков из-за того, что они излучают электромагнитную энергию намеренно. Примерами такого преднамеренного излучения являются радиовещательные передатчики, навигационные средства и устройства дистанционного управления. ИсточникЧастотный диапазон, МГц Типичное максимальное эффективное значение излуча емой мощности Вт Типичное минимальное расстояние м Электрическое поле в соответст вующей точке В/м Радиотрансляция в диапазоне ДВ и в приморской зоне – х10 6 2х Радиотрансляция в диапазоне СВ0.2 – х Любительские КВ-радиостанции1.8 – 301х
КВ связь, включая радиотрансляцию1.6 – 3010х10 3 1х Гражданский диапазон27 – Любительские радиостанции диапазона ОВЧ и УВЧ 50 – – – – х Стационарные и мобильные средства связи 29 – – – – – – Портативные телефоны, включая сотовые и радиотелефоны 900 – Телевидение диапазона МВ (ОВЧ)48 – – х Радиотрансляция в диапазоне FM88 – х Телевидение диапазона ДМВ (УВЧ)470 – х Радарные установки1000 – х Приемопередатчики Уоки-токи (walky-talky) 27 –
Низкочастотные возмущения, создаваемые силовыми сетями Системы на базе микропроцессорных и электронных устройств должны питаться от отдельных источников электроснабжения по специально выделенным электросетям. В таких случаях оценка типовых возмущений в питающей сети может быть выполнена на основе рассмотрения характеристик электропитающих устройств. Кроме того, следует учитывать действие возмущающих нагрузок, подключенных к силовой сети. В случае если электронные устройства или системы подключены к сети общего пользования, возмущения, создаваемые питающей электросетью могут оцениваться на основе стандартов на качество электроэнергии (например, серия публикаций МЭК ). Наиболее распространенным явлением в цепях оперативного тока на энергообъектах России наличие низкочастотных пульсаций, амплитуда которых может превышать 10%..
Помехоустойчивость вторичного оборудования и систем связи Виды портов Испытания на помехоустойчивость должны проводиться для всех портов устройства
Помехоустойчивость вторичного оборудования и систем связи Порт - граница между ТС и внешней электромагнитной средой (зажим, разъем, клемма, стык связи и т.п.). Порт корпуса - физическая граница ТС, через которую могут излучаться создаваемые ТС или проникать внешние электромагнитные поля. Порт подключения кабеля - порт, в котором проводник или кабель подключается к ТС. К пор там подключения кабеля относят: порты электропитания, сигнальные порты и порты функционального заземления. Локальные соединения: Проводники или кабели, подключенные к ТС, функционирующим в условиях мягкой электромагнитной обстановки или электромагнитной обстановки средней жесткости: не подключены непосредственно к силовому оборудованию; их длины не превышают нескольких десятков метров; используются для целей связи в пределах одного здания. Полевые соединения: Проводники или кабели, подключенные к оборудованию, размещенному на территории подстанции при наличии общей системы заземления. Соединения с высоковольтным оборудованием: Кабели, проложенные от контрольно- измерительной аппаратуры к высоковольтному оборудованию (автоматическим выключателям, трансформаторам тока, трансформаторам напряжения, оборудованию передачи данных по силовым линиям). Соединения с линиями связи: Кабели связи, выходящие за пределы распределенной системы заземления электростанции или подстанции для непосредственного соединения (без применения средств защиты от помех) с системой проводной связи или с удаленными объектами. Порт функционального заземления: Порт подключения кабеля, отличный от сигнального порта и порта электропитания, предназначенный для подключения к заземлению, применяемому для целей иных, чем обеспечение электрической безопасности.
Помехоустойчивость вторичного оборудования и систем связи Виды соединений на подстанции Н размещение на высоковольтной подстанции при отсутствии защиты от помех (например здания для управления, релейной аппаратуры, места размещения коммутационной аппаратуры); Р «защищенное» размещение (при наличии), например экранированная зона в здании для управления. Виды соединений, подключаемых к сигнальным портам: / локальные (например соединения внутри помещения для управления); f полевые (например соединения в зоне коммутационной аппаратуры и в здании с релейной аппаратурой); h с высоковольтным оборудованием (например соединения с автоматическими выключателями, трансформаторами тока и напряжения и т. д.); t с линиями связи (например соединения, применяемые при передаче сигналов по высоковольтным линиям и для связи с отдаленными устройствами); р «защищенные» соединения (при наличии), например соединения внутри экранированного помещения
Испытание вторичного оборудования на помехоустойчивость Электромагнитное воздействие Вид испытанийНормативный документ 1.Напряжения промышленной частоты при КЗ на землю. Испытания электрической прочности изоляции в установившемся режиме и импульсным напряжением. ГОСТ МЭК Импульсные помехи, возникающие при коммутациях силового оборудования и КЗ на первичной стороне. На устойчивость к воздействию импульсных помех, возникающих при коммутациях и КЗ. ГОСТ Р (МЭК ) 3.Импульсные помехи от токов молнии. На устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. ГОСТ Р (МЭК ). 4.Магнитные поля промышленной частоты. На устойчивость к воздействию магнитного поля промышленной частоты. ГОСТ Р (МЭК ). 5.Электромагнитные поля радиочастотного диапазона. На устойчивость к излучаемым радиочастотным электромагнитным полям. ГОСТ Р ((МЭК ). 6.Импульсные магнитные поля.На устойчивость к импульсному магнитному полю ГОСТ Р (МЭК ).
Электромагнитное воздействие Вид испытанийНормативный документ 7.Разряды статического электричества. На устойчивость к разрядам статического электричества ГОСТ Р (МЭК , МЭК ). 8.Наносекундные импульсные помехи от электромеханических устройств. На устойчивость к наносекундным импульсным помехам. ГОСТ Р (МЭК , МЭК ). 9.Качество электропитания постоянным током. На устойчивость к пульсациям напряжения постоянного тока.На устойчивость к импульсам напряжения 100/1300 мкс (при срабатывании плавких вставок). ГОСТ Р (МЭК ).ГОСТ (МЭК ). 10.Качество электропитания переменным током. На устойчивость: к гармоникам и интергармоникам, к сигналам систем телеуправления и сигнализации в напряжении сети переменного тока; к колебаниям напряжения; к динамическим изменениям напряжения электропитания; к изменениям частоты. МЭК ГОСТ Р ГОСТ Р ГОСТ Р – Кондуктивные помехи.На устойчивость к кондуктивным помехам, в полосе частот от 150 кГц до 80 МГц; к кондуктивным помехам в полосе частот от 0 до 150 кГц.. ГОСТ Р (МЭК ).ГОСТ Р – 2000 (МЭК ). Испытание вторичного оборудования на помехоустойчивость ( продолжение)
Результаты анализа выполнения условий ЭМС на электросетевых объектах Годы Общее количество случаев неправильной работы устройств РЗА Из них по причине не выполнения условий ЭМС В процентах ,4 12,4 6,810 Анализ случаев неправильной работы устройств РЗА на объектах ОАО «Мосэнерго»
Результаты анализа выполнения условий ЭМС на электросетевых объектах Нарушения условий ЭМС На электросетевых объектах Причины нарушений условий ЭМСв % от всех объектов Воздействие токов и напряжений промышленной частоты выше допустимого значения. Выполнение заземляющего устройства не соответствует условиям ЭМС. 80 Импульсные помехи при коммутациях и коротком замыкании выше допустимого значения. Заземление оборудования выполнено без учета требований ЭМС. Применяются неэкранированные кабели. 40 При ударах молнии импульсные помехи и напряженность импульсных магнитных полей выше допустимого значения. Молниезащита не соответствует условиям ЭМС. 50 Потенциалы от статического электричества выше допустимого значения. Применяются синтетические напольные покрытия. 25 Напряженности магнитного поля промышленной частоты выше допустимого значения. При компоновке объекта не учитываются условия ЭМС. 25 Низкое качество электропитания оперативным постоянным током. Систем электропитания оперативным током не соответствуют условиям ЭМС. 35 Низкая помехоустойчивость устройств РЗА.Не проводились испытания на помехоустойчивость. 15 Напряженности электромагнитного поля радиочастотного диапазона выше допустимого значения. 4
Общие положения Организационные мероприятия аттестация оборудования по помехоустойчивости; определение проектных решений по обеспечению ЭМС при разработке проектной документации на стадии проекта; реализация принятых проектных решений в конструкторской, строительной, монтажной и другой документации на стадии разработки рабочей документации; авторский надзор за выполнением проектных решений при производстве строительно-монтажных работ; проведение приемо-сдаточных испытаний с целью подтверждения достаточности выполненных мероприятий. Технические мероприятия Технические мероприятия включают комплекс принимаемых проектных решений, выполнение которых обеспечивает создание требуемой ЭМО, при которой для всех видов электромагнитных воздействий обеспечивается ЭМС вторичного оборудования и систем связи. Основой (критериями) для разработки необходимого комплекса мероприятий по обеспечению ЭМС являются допустимые уровни всех видов электромагнитных воздействий для конкретного устройства, устанавливаемого на электросетевом объекте.
Требования к проектным решениям по обеспечению ЭМС Для обеспечения ЭМС вторичного оборудования и систем при разработке проекта осуществляют: - проведение предпроектных изысканий и сбор исходных данных; - расчетную оценку уровней электромагнитных воздействий на вторичное оборудование и системы связи; - сопоставление рассчитанных уровней электромагнитных воздействий с уровнями помехоустойчивости вторичного оборудования и устройств связи; - разработку технических решений по снижению уровней электромагнитных воздействий, если они превышают допустимые уровни помехоустойчивости вторичного оборудования. Результаты отражаются в специальном разделе проекта по ЭМС.
Разработка проектных решений по обеспечению ЭМС Расчет напряжения и токов промышленной частоты, воздействующих на вторичное оборудование при коротких замыканиях на землю и разработка проектных решений по обеспечению допустимых уровней воздействий. Расчет импульсных помех, возникающих при коммутациях силового оборудования и КЗ в первичных цепях и разработка технических решений по обеспечению допустимых уровней воздействий на вторичное оборудование. Расчет импульсных помех от токов молнии и разработка технических решений по обеспечению допустимых уровней воздействий на вторичное оборудование. Расчет магнитных полей промышленной частоты и разработка технических решений по обеспечению допустимых уровней воздействий на вторичное оборудование. Разработка проектных решений по защите от электромагнитных полей радиочастотного диапазона. Расчет импульсных магнитных полей и разработка технических решений по обеспечению допустимых уровней воздействий на вторичное оборудование. Разработка проектных решений по защите от разрядов статического электричества. Разработка технических решений по защите от наносекундных импульсных помех. Разработка проектных решений по обеспечению качества электропитания постоянным током вторичного оборудования. Разработка проектных решений по обеспечению качества электропитания переменным током вторичного оборудования. Разработка технических решений по защите от кондуктивных помех.
Санитарные нормы СанПин «Электромагнитные поля в производственных условиях». СанПин «Санитарно - эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям».