Проблема электромагнитной совместимости устройств РЗиА на энергообъектах

Особенно сложно это  сделать на старых подстанциях, системы  заземления которых проектировались  для работы с электромеханической  защитой, значительно более устойчивой к электромагнитным воздействиям, чем  микропроцессорная. А если учесть, что опасные подъемы потенциала в цепях заземления возникают не только при ударах молнии, но и при аварийных коротких замыканиях в электрических сетях, то проблема станет еще более сложной. В некоторых случаях для предотвращения такого подъема потенциала в цепях электронной аппаратуры контуры заземления силового оборудования и электронной аппаратуры делают раздельными. Однако на реально существующих подстанциях выполнить такое разделение нереально.

По нашему мнению, только комплексное решение проблемы позволит избежать влияния мощных электромагнитных помех на МУРЗ.

Это решение должно включать в себя:

• использование МУРЗ только на подстанциях, спроектированных и построенных с учетом самых  современных требований к электромагнитной совместимости и рассчитанных на эксплуатацию высокочувствительной электронной аппаратуры;

• совершенствование  конструкции самих МУРЗ;

• размещение МУРЗ в металлических  шкафах, специально предназначенных  для защиты электронного оборудования и снабженных фильтрами на всех кабелях, входящих в шкаф.

Коммутационные процессы и электромагнитные поля от работающего оборудования

Коммутационные процессы и электромагнитные поля от работающего  электрооборудования — это второй по степени влияния источник импульсных помех, воздействующий на МУРЗ в обычных условиях эксплуатации. Источниками коммутационных помех в электроэнергетике являются, как правило, высоковольтные выключатели и разъединители, низковольтные реле и контакторы, управляемые батареи конденсаторов. Мощные преобразователи частоты электроприводов, коронный разряд, электроискровые технологии считаются источниками электромагнитных излучений, опасных для электронной аппаратуры. При этом пути проникновения помех в МУРЗ могут быть разными: от прямых индуктированных наводок на низковольтные провода и кабели вторичных цепей подстанций (рис. 4) до импульсных и высокочастотных перенапряжений, возникающих во вторичных обмотках трансформаторов тока и напряжения (рис. 5–7).

 

 

Чем меньше время горения  дуги при размыкании высоковольтной цепи коммутационным аппаратом, тем  бóльшую амплитуду имеют наведенные перенапряжения во вторичных цепях. Поэтому самые большие перенапряжения дают вакуумные выключатели, за ними следуют элегазовые и масляные, а замыкают этот ряд воздушные выключатели.

Этим обусловлена и  разница в количестве повреждений  МУРЗ, возникающих при работе выключателей и разъединителей с элегазовой и воздушной изоляцией (рис. 8) .

Следует отметить, что  высоковольтные помехи могут наводиться в контрольных кабелях также  при коммутации низковольтных цепей, особенно тех, что содержат индуктивности. При этом характер коммутационного переходного процесса зависит от большого количества факторов, и поэтому наведенные напряжения могут сильно отличаться даже на одной и той же подстанции. Теоретические расчеты таких перенапряжений связаны с большими трудностями, поэтому наиболее простой способ — непосредственные замеры.

Значительные перенапряжения, трансформируемые во вторичные цепи, возникают также при коммутации батарей конденсаторов (рис. 9).

Эффективной мерой борьбы с наведенными перенапряжениями на входах электронной аппаратуры и на ее зажимах питания является широкое использование элементов с нелинейной характеристикой: газовых разрядников, варисторов, специальных полупроводниковых элементов на основе стабилитронов и других устройств, включаемых параллельно защищаемому объекту (например, параллельно входу МУРЗ) и между каждой клеммой этого объекта и «землей».

Наилучшими характеристиками обладают на данный момент резисторы  с нелинейной характеристикой, выполненные  из прессованного порошка оксида цинка ZnO (реже — из карбида кремния, титаната бария и других материалов), — варисторы, которые и получили наибольшее распространение.

Выпускаются они сегодня  в огромных количествах: без корпусов, в корпусах различных типов, часто  снабжаются всякими вспомогательными элементами (предохранителями, сигнальными флажками и т. п.). Варисторы должны быть правильно выбраны. К сожалению, часто приходится наблюдать ситуацию, при которой варисторы даже в аппаратуре ведущих мировых производителей выбраны неверно и, фактически, никакими защитными функциями не обладают. Поскольку вольт-амперная характеристика (ВАХ) варистора далеко не идеальна (рис. 10), правильно выбрать его не так-то просто.

С одной стороны, варистор не должен пропускать через себя ток  более 1 мА (стандартное значение для современных варисторов западного производства) при максимальном рабочем напряжении (иначе он просто перегреется и сгорит), с другой — его напряжение срабатывания (clamping voltage) должно быть заметно меньше напряжения, выдерживаемого электронными компонентами защищаемого оборудования (в противном случае не варистор будет защищать электронные компоненты, а эти компоненты будут «защищать» варистор). Из-за несовершенства ВАХ варисторов для выполнения этих условий максимальное выдерживаемое напряжение электронных компонентов, предназначенных для работы в сети 220 В, должно быть не менее 1000 В. Однако, во-первых, электронные компоненты на такое напряжение значительно дороже, чем низковольтные, а во-вторых, их другие характеристики хуже. Например, транзисторы на напряжение 1000–1200 В имеют значительно меньший коэффициент усиления и значительно большее падение напряжения в открытом состоянии, чем такие же транзисторы на напряжение 400–500 В. Поэтому довольно часто приходится встречать, например, в источниках питания МУРЗ, регистраторов аварийных режимов и в другой электронной аппаратуре ведущих мировых производителей транзисторы с максимальным выдерживаемым напряжением 500 В, работающие непосредственно в цепи 220–250 В. Обеспечить защиту электронных компонентов варисторами при таком соотношении рабочего и максимально выдерживаемого напряжения просто невозможно.

 

Заключение

Целью данной работы является освещение актуальности проблемы электромагнитной совместимости устройств РЗиА, решение  которой можно рассматривать в двух направлениях. Первое – улучшение электромагнитной обстановки на энергообъектах в результате решений экспериментально-расчетного анализа, второе – применение устройств РЗиА с высоким уровнем помехоустойчивости. Также следует отметить, что большинства проблем можно избежать при серьезном подходе к ЭМС еще на стадии проектирования объектов, строгом соблюдении правил монтажа оборудования, документирования каких-либо изменений и тщательного контроля состояния объекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

1. Шалин  А. И. Об  эффективности новых устройств РЗА // Энергетика и промышленность России. 2006. № 1 (65).
2. 2. Прохорова А. Интеллект — наше главное конкурентное преимущество (интервью с генеральным директором ОАО ЧЭАЗ М. А. Шурдовым) //Оборудование, рынок, предложения, цены. 2003.№ 4.
3. Гуров Н.С., Чувычин В,Н. Применение микропроцессоров в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики. Энергетика, 1980, 5, с.17-23.
4. Алексеевский М.А., Евзович И.С. Разработка микропроцессоров и микропроцессорных систем. Обзоры по электронной технике.