1. Predslov
V energetickom systéme sa so zvyšovaním kapacity elektrickej siete a prenosového napätia široko používa reléová ochrana, riadenie elektrickej siete a komunikačné zariadenia založené na počítačoch a mikroprocesoroch. Preto sa problém elektromagnetickej kompatibility energetického systému stal veľmi dôležitým. Napríklad integrované energetické zariadenie rozvodne integrujúce reléovú ochranu, komunikáciu a funkcie SCADA je zvyčajne inštalované v blízkosti vysokonapäťového zariadenia rozvodne. Predpokladom pre normálnu prevádzku zariadenia je, aby odolalo extrémne silnému elektromagnetickému rušeniu vznikajúcemu v rozvodni za bežných prevádzkových alebo havarijných podmienok. Okrem toho, pretože moderné vysokonapäťové spínače sú často integrované s elektronickým riadiacim a ochranným zariadením, zariadenia kombinované s takýmito silnoprúdovými a slaboprúdovými zariadeniami musia byť nielen testované vysokým napätím a veľkým prúdom, ale musia tiež prejsť elektromagnetickým test kompatibility. Pri prevádzke odpojovača GIS môže generovať rýchle prechodové napätie s frekvenciou až niekoľko megahertzov. Toto rýchle prechodné prepätie nielen ohrozí izoláciu transformátora a iných zariadení, ale rozšíri sa aj von cez uzemňovaciu mriežku, čím naruší normálnu činnosť reléových ochranných a riadiacich zariadení v rozvodni. So zdokonaľovaním automatizácie energetických systémov sa čoraz viac ukazuje dôležitosť technológie EMC.
Podľa definície Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (1EC) sa elektromagnetická kompatibilita (EMC) vzťahuje na schopnosť zariadenia alebo systému normálne fungovať vo svojom elektromagnetickom prostredí bez toho, aby spôsobovalo neznesiteľné elektromagnetické rušenie čohokoľvek v prostredí. EMC je nová interdisciplinárna komplexná aplikačná disciplína. Ako špičková technológia vychádza zo základnej teórie elektrickej a rádiovej techniky a zahŕňa mnohé nové technické oblasti, ako je mikroelektronika, výpočtová technika, mikrovlnná technika, komunikačná technika a sieťová technika, ako aj nové materiálové aplikácie. Rozsah výskumu technológie EMC je veľmi široký a pokrýva takmer všetky oblasti aplikácií automatizácie, ako je energetika, komunikácia, rádio, doprava, letectvo, vojenstvo, počítače a zdravotníctvo.
Všetky druhy elektrických zariadení v rovnakom energetickom systéme sú úzko prepojené a navzájom sa ovplyvňujú prostredníctvom elektrického alebo magnetického spojenia. Elektromagnetické kmitanie spôsobené zmenou režimu prevádzky, poruchou, chodom spínača a pod. ovplyvní mnohé elektrické zariadenia, čo ovplyvní pracovný výkon týchto elektrických zariadení, prípadne ich aj poškodí. To všetko naznačuje, že problém elektromagnetickej kompatibility energetického systému sa stal problémom, ktorý nemožno ignorovať.
2. Niekoľko konceptov elektromagnetickej kompatibility
1) Prostredie elektromagnetickej kompatibility (EME)
Vzťahuje sa na súhrn všetkých elektromagnetických javov existujúcich na danom mieste. Daným miestom je priestor, ktorý sa vzťahuje na všetky elektromagnetické javy vrátane všetkých časov a celého spektra.
2) Elektromagnetická kompatibilita (EMC)
EMC znamená, že zariadenie alebo systém môže normálne fungovať vo svojom elektromagnetickom prostredí a nespôsobuje elektromagnetické rušenie ničoho v prostredí. Ako disciplínu možno EMC preložiť ako „elektromagnetická kompatibilita“. Schopnosť EMC ako zariadenia alebo systému sa môže nazývať „EMC“. Z definície je zrejmé, že EMC zahŕňa dva aspekty: elektromagnetické vyžarovanie generované zariadením alebo systémom neovplyvní funkciu iných zariadení alebo systémov; Odrušovacia schopnosť zariadenia alebo systému je dostatočná na to, aby zabránila ovplyvneniu funkcie zariadenia alebo systému inými rušeniami.
3) Elektromagnetické rušenie (EMI)
Elektromagnetické rušenie sa vzťahuje na akýkoľvek elektromagnetický jav, ktorý môže znížiť výkon zariadení, zariadení a systémov alebo poškodiť živé látky. Pozostáva zo zdroja rušenia, spojovacieho kanála a prijímača. Podľa spôsobu šírenia rušenia sa elektromagnetické rušenie delí na rušenie vyžarovaním a rušenie vedením. Vyžarované rušenie (RI) sa prenáša priestorom s charakteristikami a zákonmi elektromagnetických vĺn, ale nie všetky zariadenia dokážu vyžarovať elektromagnetické vlny; Vedené rušenie (CI) je rušenie, ktoré sa šíri pozdĺž vodiča, to znamená, že medzi zdrojom rušenia a prijímačom musí byť úplné prepojenie obvodu.
4) Elektromagnetická citlivosť (EMS)
Ak je citlivosť vysoká, antiinterferencia je nízka. EMS odráža schopnosť zariadení, zariadení alebo systémov proti rušeniu z rôznych uhlov pohľadu. Čím nižšia je úroveň citlivosti (úroveň, keď je výkon znížený na začiatku), tým vyššia je citlivosť a tým nižšia je ochrana proti rušeniu; Čím vyššia je úroveň odrušenia, tým vyššia je úroveň odrušenia a tým nižšia je citlivosť. Elektromagnetická citlivosť sa delí na citlivosť na žiarenie a citlivosť na vedenie. V súčasnosti sú horúcimi témami výskumu elektromagnetickej kompatibility (EMC) najmä charakteristiky zdrojov elektromagnetického rušenia a ich prenosové charakteristiky, škodlivé účinky elektromagnetického rušenia, technológia potlačenia elektromagnetického rušenia, využitie a riadenie elektromagnetického spektra, elektromagnetická kompatibilita normy a špecifikácie, technológia merania a testovania elektromagnetickej kompatibility, elektromagnetický únik a elektrostatický výboj atď.
3. Hlavné režimy EMI a prenosové cesty
Vznik elektromagnetickej kompatibility energetických zariadení je spôsobený najmä nárastom výkonových zariadení vo všetkých oblastiach života, rozsiahlym využívaním bezdrôtových komunikačných zariadení, elektrických zariadení a vysokofrekvenčných zariadení v okolitom prostredí a zvyšujúcim sa elektromagnetickým rušením medzi zariadeniami. . Podľa elektromagnetickej kompatibility energetických zariadení odborníci z odvetvia vedia, že zariadenia sa navzájom rušia, to znamená, že niektoré zariadenia sú nielen náchylné na rôzne rušenia, ale rušia aj iné zariadenia. V skutočnosti mnohé zariadenia majú elektromagnetickú kompatibilitu, ale rušenie medzi nimi nebolo jasne zistené, ale tieto potenciálne hrozby ovplyvnili bezpečnú prevádzku energetických zariadení. Elektromagnetická kompatibilita zariadení samozrejme zahŕňa aj potenciálne bezpečnostné riziká spôsobené elektromagnetickým únikom. Elektromagnetický únik sa týka úniku užitočných informácií. Hoci ide o slabé elektromagnetické signály, pre niektorých zlomyseľných útočníkov, keď ich nejaká informácia zaujme, môžu ľahko použiť moderné prostriedky na zachytenie, zosilnenie, dešifrovanie alebo dekódovanie informácií.
Elektromagnetické rušenie zahŕňa najmä:
1) Harmonické rušenie
Vplyv a poškodenie harmonických na primárne zariadenie sa prejavuje najmä v nasledujúcich aspektoch: zvýšenie straty zariadenia, zvýšenie nárastu teploty a zníženie výkonu a životnosti zariadenia; Zvýšte dielektrické straty a lokálne výboje v izolácii na urýchlenie starnutia izolácie; Zvýšte vibrácie a hluk motora.
Hlavným vplyvom harmonických na sekundárne zariadenie je rušenie jeho normálneho pracovného stavu, ako je presnosť merania, akčná spoľahlivosť atď.
V prípade poruchy má dištančná ochrana väčší vplyv na rušenie harmonických zložiek reléových ochranných zariadení. Impedančné relé je nastavené podľa impedancie základnej vlny systému. Výskyt harmonických, najmä tretej harmonickej, spôsobí veľké chyby merania a vo vážnych prípadoch môže viesť k odmietnutiu alebo nesprávnej prevádzke.
2) Spínací chod v primárnom okruhu
Je to najmä v dôsledku činnosti ističov, odpojovačov a pod. v elektrickej sieti, čo spôsobuje prepätie kondenzátorových bánk, transformátorov naprázdno, reaktorov, motorov atď., a elektromagnetické rušenie zo zberača.
3) Porucha blesku
Keď blesk udrie do rozvodne v elektrickej sieti, veľký prúd bude odtekať do uzemňovacej siete cez uzemňovací bod, čo výrazne zvýši potenciál uzemňovacieho bodu. Ak je uzemňovací bod sekundárneho okruhu blízko bodu úderu blesku s veľkým prúdom, potenciál uzemňovacieho bodu sekundárneho okruhu sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši, čo vytvorí rušenie spoločného režimu v rovnakom sekundárnom okruhu, čo spôsobí prepätie, ktoré spôsobí porucha izolácie sekundárneho zariadenia vo vážnych prípadoch.
4) Rušenie samotného sekundárneho okruhu
Rušenie samotného sekundárneho okruhu je generované hlavne elektromagnetickou indukciou. Mnohé z digitálnych integrovaných obvodov integrovaných energetických zariadení v rozvodniach alebo elektrárňach sú realizované jednočipovými mikropočítačovými systémami. Pretože zariadenia na doske plošných spojov (PCB) v systéme sú napájané jednosmerným napájaním a v obvode jednosmerného prúdu je veľa veľkých indukčných cievok, pri prepínaní sa na oboch koncoch cievky objaví prepätie, ktoré indukovať indukované napätie a indukovaný prúd, ktoré neprispievajú k normálnej prevádzke sekundárneho zariadenia, čo spôsobuje rušenie zariadení na doske plošných spojov, čím narúša normálnu činnosť systému mikrokontrolérov.
Elektromagnetické rušenie sa môže prenášať zo zdroja rušenia na citlivé zariadenia dvoma spôsobmi, a to vedením a žiarením. Vedenie sa delí na vodivú väzbu priamu väzbu, kapacitnú väzbu elektrického poľa a indukčnú väzbu. Žiarenie je hlavne elektromagnetické spojenie. Rušenie generované magnetickým poľom je spôsobené vzájomnou indukčnosťou medzi vodičmi. Pri náhlej zmene prúdu v sekundárnom okruhu sa zmení aj magnetický tok z krížovej väzby do sekundárneho okruhu a následne sa indukuje rušivé napätie. Čím väčšia je amplitúda a frekvencia prechodového prúdu v primárnom okruhu, tým silnejšie je magnetické spojenie medzi primárnym okruhom a sekundárnym okruhom a tým väčšie je rušenie spôsobené indukčnou väzbou. Rušenie energetického systému sa prenáša hlavne na nízkonapäťové zariadenia cez TA, CVT a prenosové káble, po ktorých nasleduje vysokofrekvenčná radiačná väzba. Hlavné formy spojenia sú vodivá a indukčná väzba.
4. Opatrenia na potlačenie elektromagnetického rušenia
V každom systéme musí vznik EMC spĺňať tri základné podmienky (nazývané tri prvky elektromagnetického rušenia): existencia zdrojov rušenia, existencia prijímacích jednotiek citlivých na zdroje rušenia a existencia kanálov na prepojenie energie zo zdrojov rušenia prijímacie jednotky.
Podľa typu a charakteristík elektromagnetického rušenia sa na potlačenie elektromagnetického rušenia vo všeobecnosti používajú metódy tienenia, filtrovania a uzemnenia.
4.1 Potlačenie rušivého prenosového kanála
4.1.1 Tienenie možno rozdeliť na tienenie elektrického poľa, tienenie magnetického poľa a elektromagnetické tienenie. Vo všeobecnosti sa elektromagnetické tienenie používa na zabránenie rušenia generovaného striedavými elektromagnetickými poľami. Tienenie má dva účely: a. obmedziť únik elektromagnetickej energie vyžarovanej v zariadení smerom von; b. Zabráňte prenikaniu rušenia vonkajšieho žiarenia do zariadenia a rušeniu normálnej prevádzky zariadenia.
a. Metóda tienenia elektrického poľa
Najjednoduchším opatrením je uzemnenie indukčného zdroja a induktora kovovou prepážkou na potlačenie parazitnej kapacitnej väzby a realizáciu tienenia elektrického poľa. Pre silné rušenie elektrického poľa je lepšie použiť na uzemnenie kovový kryt s vysokou vodivosťou.
b. Metóda tienenia magnetického poľa
Magnetické pole je rozdelené na nízkofrekvenčné magnetické pole a vysokofrekvenčné magnetické pole a pre rôzne magnetické polia by sa mali prijať rôzne opatrenia. Pre nízkofrekvenčné magnetické pole môžu byť materiály s vysokou magnetickou vodivosťou použité ako štíty na realizáciu tienenia magnetického poľa, ale tienené komponenty nesmú mať medzery v smere rovnobežnom s magnetickým poľom, aby sa predišlo magnetickému úniku. Pre vysokofrekvenčné magnetické pole sa v dôsledku existencie zložky elektrického poľa a zložky magnetického poľa vyžaduje, aby tienenie elektrického poľa a tienenie magnetického poľa prebiehalo súčasne. Avšak ochrana vysokofrekvenčného magnetického poľa feromagnetických materiálov je obmedzená na menej ako 100 kHz. Pre magnetické polia s vyššou frekvenciou by sa mali prijať špeciálne opatrenia. Aby sa zabránilo magnetickému úniku z medzier a otvorov, mali by sa medzery zmenšiť alebo by sa mala hĺbka medzery čo najviac zväčšiť. Otvory by mali byť pokryté kovovými krytmi. Ak vyčnievajú kovové hriadele, musia byť spoľahlivo uzemnené alebo by sa mali nainštalovať tlmiče vlnovodu.
Keď je magnetické pole, ktoré sa má tieniť, veľmi silné, tieniaci materiál bude nasýtený. Akonáhle dôjde k nasýteniu, účinnosť tienenia sa stratí. V tomto prípade je možné použiť dvojvrstvové tienenie a prvá vrstva je vyrobená z materiálu s nízkou priepustnosťou, ktorý nie je ľahké nasýtiť; Druhá vrstva je vyrobená z vysoko priepustného materiálu, ktorý sa však ľahko nasýti. Prvá vrstva tienenia najprv zoslabuje magnetické pole na primeranú silu, takže druhá vrstva tienenia nebude nasýtená a materiál s vysokou permeabilitou môže poskytnúť tieniacemu efektu plnú hru.
4.1.2 Filtrovanie
Filtračná technológia je účinným opatrením na filtrovanie rušenia energie. Najčastejšie je rušenie spôsobené znečistením energie. S rýchlym rozvojom elektronických technológií je aplikácia spínaných zdrojov stále populárnejšia. Preto z hľadiska eliminácie elektromagnetického rušenia generovaného spínaným napájaním treba zvážiť aj EMI filter. Konštrukcia filtra EMI sa líši od konštrukcie tradičného filtra. Okrem maximálneho utlmenia vysokofrekvenčného elektromagnetického rušenia je tiež potrebné čo najviac priblížiť napájanie, impedanciu záťaže a impedanciu príslušného prvku filtra na medznej frekvencii a dodržiavať dva základné princípy : a. Sériová indukčnosť filtra by mala byť pripojená k napájaciemu zdroju s nízkou impedanciou alebo k záťaži s nízkou impedanciou; B. Paralelný kondenzátor filtra musí byť pripojený k vysokoimpedančnému zdroju napájania alebo vysokoimpedančnej záťaži. Týmto spôsobom je možné zlepšiť praktický aplikačný efekt EMI filtra.
Dôležitý je aj správny spôsob inštalácie filtra. Napríklad, keď je filter nainštalovaný na doske plošných spojov, elektromagnetické rušenie vstupuje priamo do filtra, čo zníži filtračný efekt, takže filter musí byť tienený.
4.1.3 Uzemnenie
Uzemnenie je jednou zo základných technických požiadaviek na prácu obvodu, zariadenia a systému a tiež jednou z najzákladnejších metód na zabránenie rušeniu. Pretože uzemnenie môže spôsobiť, že sa rušivý prúd v obvode vráti do zeme, správne uzemnenie môže účinne potlačiť vplyv rušivého signálu na iné zariadenia.
Tri základné metódy uzemnenia, filtrovania a tienenia môžu zvýšiť elektromagnetickú kompatibilitu elektromagnetických zariadení, ktoré môžu byť implementované samostatne alebo vzájomne sa dopĺňajúce. Napríklad spoľahlivé uzemnenie zariadenia môže zabrániť elektrostatickej interferencii a znížiť požiadavky na tienenie zariadenia; Dobré elektromagnetické tienenie môže účinne zabrániť rušeniu elektromagnetického žiarenia a požiadavky na filtračné obvody môžu byť primerane uvoľnené. Vzhľadom na celkový efekt môže dobré uzemnenie znížiť energiu rušiacej frekvencie; Tienenie môže izolovať spojovaciu dráhu elektromagnetického žiarenia a znížiť energiu žiarenia; Filtrovanie môže tlmiť interferenčnú energiu prenášanú cez napájací zdroj.
4.2 Časové oddelenie
Pravidlom zdieľania času je zapnutie rušiaceho zariadenia a rušeného zariadenia v rôznych časových úsekoch, aby sa zabránilo súčasnému použitiu rušiacich zariadení v rovnakom časovom období.
4.3 Opatrenia riadenia frekvencie
Správa frekvencie zahŕňa kontrolu frekvencie, frekvenčnú moduláciu, digitálny prenos a fotoelektrickú konverziu. Riadenie frekvencie znamená, že zariadenia s rovnakou frekvenciou v zariadení sa nesmú používať spoločne a je potrebné venovať pozornosť dvojitému frekvenčnému rušeniu medzi nimi. Technológia frekvenčnej modulácie využíva frekvenciu na moduláciu zariadenia dvakrát, aby sa predišlo interferenčnej frekvencii. Digitálny prenos sa vzťahuje na konverziu analógových signálov na digitálne signály na prenos, aby sa v čo najväčšej miere dalo zabrániť rôznym rušeniam. Podniky môžu vyskúšať technológiu fotoelektrickej konverzie a fotoelektrického prenosu, ak môžu, pretože fotoelektrické signály majú veľmi vysoký pomer signálu k šumu a schopnosť odolávať rušeniu.
4.4 Priestorové oddelenie
Výber miesta a umiestnenia, izolácia prírodných budov, uhlové riadenie inštalácie zariadenia, vektorové riadenie elektrického poľa a magnetického poľa. To znamená, že sa musí prijať technológia na vyhýbanie sa a odblokovanie, musí sa primerane využívať prirodzená izolácia tvorená budovami, musí sa zvoliť vhodné miesto a smer inštalácie a rušenie spôsobené zariadením so zlou elektromagnetickou kompatibilitou sa musí kontrolovať. maximálny rozsah. Napríklad pri inštalácii monitora treba rozumne zvoliť smer vysielacej a prijímacej konzoly a musí byť čo najďalej od výťahu, televízora a počítača.
5. Hlavný obsah výskumu EMC
Medzi hlavné obsahy elektromagnetickej kompatibility energetického systému patrí:
5.1 Hodnotenie elektromagnetického prostredia
Úroveň elektromagnetického rušenia (amplitúda, frekvencia, tvar vlny atď.), ktorej môže byť zariadenie vystavené počas prevádzky, sa odhadne pomocou merania alebo digitálnej simulácie. Napríklad pohyblivé vozidlo na testovanie elektromagnetickej kompatibility sa používa na meranie rôznych rušení generovaných vysokonapäťovými prenosovými vedeniami alebo rozvodňami, alebo sa prechodné elektromagnetické pole, ktoré môže byť generované, digitálne simuluje pomocou programu na výpočet elektromagnetických prechodných javov. Hodnotenie elektromagnetického prostredia je dôležitou súčasťou technológie EMC a základom konštrukcie proti rušeniu.
5.2 Spojovacia dráha EMI
Zistite cestu, ktorou sa elektromagnetické rušenie generované zdrojom rušenia dostane k rušenému objektu. Rušenie možno rozdeliť na rušenie vedením a rušenie vyžarované. Vedené rušenie sa týka rušenia spôsobeného elektromagnetickým rušením šíriacim sa cez elektrické vedenia, uzemňovacie vodiče a signálne vedenia k objektu. Napríklad rušenie generované zdrojom impulzu blesku prenášaného cez elektrické vedenie. Radiačné rušenie sa vzťahuje na rušenie prenášané na citlivé zariadenia cez priestor elektromagnetického zdroja. Napríklad rádiové rušenie alebo televízne rušenie generované korónou prenosového vedenia patrí k rušeniu typu žiarenia. Štúdium väzbového spôsobu rušenia má veľký význam pre formulovanie opatrení proti rušeniu a elimináciu alebo potlačenie rušenia.
5.3 Hodnotenie elektromagnetickej odolnosti
Preštudujte si schopnosť rôznych citlivých zariadení a meračov v napájacom systéme, ako je ochrana relé, automatické zariadenie, počítačový systém, prístroj na meranie elektrickej energie, odolávať elektromagnetickému rušeniu. Vo všeobecnosti sa test používa na simuláciu možného rušenia pri prevádzke a testovanie, či testované zariadenie spôsobí nesprávnu činnosť alebo trvalé poškodenie, keď sa zariadenie čo najviac priblíži pracovným podmienkam. Odolnosť zariadenia závisí od princípu jeho činnosti, usporiadania elektronických obvodov, úrovne pracovného signálu a prijatých opatrení proti rušeniu. So širokým využitím rôznych automatizačných systémov a komunikačných systémov v energetických systémoch a s trendom integrácie silnoprúdových zariadení a silnoprúdových zariadení, ako vyhodnotiť schopnosť týchto zariadení odolávať rušeniu, študovať praktické a efektívne testovacie metódy a formulovať hodnotiace štandardy sa stanú dôležitou témou technológie elektromagnetickej kompatibility v energetických systémoch.
6. Záverečné poznámky
So širokým použitím zariadení na automatizáciu energetických systémov a pokrokom v technológii sa problém elektromagnetickej kompatibility stáva čoraz výraznejším. Je naliehavé podporovať existujúcu a vyspelú technológiu elektromagnetickej kompatibility, vytvoriť dokonalý testovací a testovací systém a inšpekčné normy a študovať nové problémy a nové smery elektromagnetickej kompatibility v technológii aplikácií energetických systémov. Pri navrhovaní a aplikácii automatizačnej techniky je možné eliminovať elektromagnetické rušenie a zlepšiť stabilitu a spoľahlivosť zariadení, ak sa plne zváži elektromagnetická kompatibilita zariadení a prijmú sa rôzne technické opatrenia a metódy riadenia.
