Определение ЭМО и ЭМС на станциях и подстанциях

Определение ЭМО и ЭМС на станциях и подстанциях Лекция № 10 по курсу Электромагнитная совместимость в электроэнергетике Нестеров С. В.

Стандарт организации CО 34. 35. 311 -2004 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях

Стандарт организации CО 34. 35. 311 -2004 Методические указания содержат расчетноэкспериментальную методику определения ЭМО и ЭМС на электрических станциях и подстанциях в местах расположения автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ). К АСТУ относятся: - автоматизированные системы диспетчерского управления, - системы автоматического регулирования напряжения, - системы автоматического регулирования частоты и мощности, - релейная защита и автоматика, - автоматизированные системы технологическими процессами, - системы сбора и передачи информации, - автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии.

Определение ЭМО и ЭМС преследует следующие цели: - определение наиболее неблагоприятной ЭМО, характеризуемой наибольшими, но реально возможными электромагнитными воздействиями в местах расположения аппаратуры АСТУ; - проверку электромагнитной совместимости АСТУ на действующих объектах; - разработку требований по классам жесткости испытаний на помехоустойчивость аппаратуры АСТУ, устанавливаемой на вновь создаваемых объектах или в случае необходимости; - разработку предложений по улучшению ЭМО.

Характерными источниками электромагнитных воздействий на электрических станциях и подстанциях в нормальных и аварийных режимах являются: - напряжения и токи промышленной частоты при КЗ на землю в распределительных устройствах напряжением выше 1 к. В; - импульсные помехи при коммутациях и КЗ в распределительных устройствах; - импульсные помехи при ударах молнии; - электромагнитные поля радиочастотного диапазона; - разряды статического электричества; - магнитные поля промышленной частоты; - импульсные магнитные поля; - помехи, связанные с возмущениями в цепях питания АСТУ постоянного и переменного тока. Дополнительными источниками электромагнитных воздействий на электрических станциях и подстанциях, которые могут вызвать сбои в работе АСТУ, является также вспомогательное электрооборудование: мощные преобразователи, сварочные аппараты, осветительные приборы, мощные тяговые механизмы, бытовые электроприборы, электроинструмент и др.

Источники электромагнитных помех на станциях и подстанциях

• • Определяются следующие виды воздействий: Импульсные помехи при коммутациях силового оборудования и коротких замыканиях на шинах распределительного устройства Импульсные помехи при ударах молнии Электромагнитные поля радиочастотного диапазона. Разряды статического электричества. Магнитные поля промышленной частоты. Импульсные магнитные поля. Помехи, связанные с возмущениями в цепях питания АСТУ постоянного и переменного тока.

Экспериментально-расчетный характер методики Натурные эксперименты на действующем объекте не могут воспроизвести все возможные режимы, например, КЗ на шинах распределительных устройств или удары молнии, а натурные коммутации силового оборудования ограничиваются условиями работы энергообъекта. Опыты по имитации электромагнитных воздействий позволяют экспериментально существенно расширить возможности по выявлению наибольших уровней электромагнитных помех. Достоверные результаты по неблагоприятной ЭМО на энергообъекте могут быть получены лишь при сочетании экспериментальных и расчетных методов.

Методика определения ЭМО на энергообъекте включает в себя следующие основные этапы: • получение исходных данных об энергообъекте для проведения работ; • экспериментально-расчетное определение ЭМО на объекте; • определение соответствия между уровнями помехоустойчивости устройств АСТУ, установленных на объект, и ЭМО в местах размещения этих устройств или степени жесткости испытаний на помехоустойчивость устройств, которые будут установлены на объекте.

Напряжения и токи промышленной частоты при КЗ на шинах РУ При КЗ на землю на шинах РУ в сетях с эффективно заземленной нейтралью наибольший ток промышленной частоты протекает по заземляющему устройству при однофазном (двухфазном на землю) К 3. Потенциал на ЗУ при этом распределяется неравномерно. Если значение разности потенциалов на ЗУ превысит испытательное напряжение для контрольных кабелей, подходящих к оборудованию или аппаратуре АСТУ, возможно обратное перекрытие изоляции кабелей или аппаратуры. Кроме того, ток КЗ, распределяясь по заземленным оболочкам, броне и экранам кабелей, вызовет повреждение кабелей, если будут превышены допустимые по термической стойкости нагрузки.

Распределение потенциала по ЗУ

Измерения при имитации установившегося режима КЗ на землю * ГСТ – генератор синусоидального тока

Результат • Значения токов и напряжений, полученные в результате имитационных измерений, пересчитывают по отношению к реальным значениям тока КЗ. • Полученное значение сравнивают с допустимым для аппаратуры значением. Если не определен тип аппаратуры, устанавливаемой на объекте, то указывается степень жесткости испытаний аппаратуры на помехоустойчивость.

Импульсные помехи при коммутациях силового оборудования и коротких замыканиях на шинах РУ Возникновение импульсных помех в цепях вторичной коммутации связано со следующими видами возмущений в первичных цепях: КЗ на землю на шинах РУ; коммутации разъединителями, короткозамыкателями и выключателями; срабатывания разрядников. Различают: - Импульсные помехи, обусловленные увеличением потенциала заземлителя; - Импульсные излучаемые помехи.

Импульсные помехи, обусловленные увеличением потенциала заземлителя * ГВЧИ - генератор высокочастотных импульсов

Результаты измерений помех во вторичных цепях пересчитывают к наибольшему возможному значению ВЧ-составляющей тока КЗ. Реальный ток КЗ определяют расчетом или для приближенной оценки берут из таблицы:

Результат • Полученное значение сравнивают с допустимым для аппаратуры значением. Если не определен тип аппаратуры, устанавливаемой на объекте, то указывается степень жесткости испытаний аппаратуры на помехоустойчивость. • Результаты измерения импульсного сопротивления используют для определения возможности обратного перекрытия с заземленного оборудования на вторичные цепи.

Импульсные излучаемые помехи • При коммутациях первичного оборудования и при КЗ на шинах РУ протекают импульсные токи. Электромагнитные поля от этих токов наводят импульсные помехи в цепях вторичной коммутации. • Наибольший уровень излучаемых помех наблюдается при КЗ на шинах РУ. • Из всех кабельных трасс выбирают главные участки, по которым проходит основная часть кабелей. Вдоль кабельных трасс, по которым проложены выбранные для измерений кабели, прокладывают контрольные провода.

Схема имитации излучаемых помех * ГВЧИ - генератор высокочастотных импульсов

• По схеме определяется коэффициент экранирования Kэкр, показывающий, во сколько раз по сравнению с одиночным проводом излучаемая помеха экранируется соседними жилами в кабеле, соседними кабелями в кабельном канале, металлоконструкциями кабельного канала, экранами и оболочками кабеля. • Коэффициент экранирования, являющийся характеристикой данного объекта, затем используют в расчетах по специализированному ПО. • Результаты расчетов для контрольных проводов приводят к реальным вторичным цепям. Полученное значение сравнивают с допустимым для аппаратуры значением. Если не определен тип аппаратуры, устанавливаемой на объекте, то указывается степень жесткости испытаний аппаратуры на помехоустойчивость

Измерение импульсных помех при коммутациях силового оборудования • Целью измерений является определение амплитуды и спектрального состава импульсных помех в цепях измерения, управления, сигнализации и питания аппаратуры АСТУ при коммутациях силового оборудования. • Измерения проводят при операциях с силовыми выключателями, разъединителями, короткозамыкателями на РУ напряжением 6 к. В и выше.

• Наибольшие помехи возникают при следующих коммутациях: включение/отключение шинных и линейных разъединителей на отключенный выключатель; включение/отключение силовым выключателем или обходным разъединителем обходной системы шин; включение участка ненагруженной линии; включение/отключение силовых автотрансформаторов, шунтирующих реакторов; коммутации протяженных отрезков шин разъединителями и силовыми выключателями. • Регистрацию помех проводят в цепях измерения, управления, сигнализации и питания аппаратуры АСТУ. Наибольший уровень помех следует ожидать в измерительных цепях, заземление которых выполнено на РУ; в цепях, которые проложены по территории РУ в кабельных лотках или каналах.

Импульсные помехи при ударах молнии При ударе молнии в объект в результате воздействия электромагнитного поля в контрольных кабелях наводятся импульсные помехи. Ток молнии, протекающий по ЗУ, создает высокий потенциал на земле и может вызвать обратные перекрытия изоляции контрольных кабелей. Различают: - Импульсные излучаемые помехи - Импульсные помехи, связанные с увеличением потенциала заземлителя

Методика определения импульсных помех при ударах молнии Импульсные излучаемые помехи определяют путем расчета по специализированной программе. Необходимыми данными для определения наводимых импульсных помех и потенциалов на ЗУ являются: план расположения оборудования и молниеотводов с трассами прокладки кабелей; состав установленной аппаратуры АСТУ; удельное сопротивление грунта; схема токоотводов и заземления молниеприемников. Параметры тока молнии для расчета выбирают в соответствии с рекомендациями МЭК 61312 -1. При расчетах распределения потенциала принимают максимальное значение импульса тока Im = 100 к. А, длительность фронта импульса tфр = 10 мкс, длительность импульса tи = 300 мкс; при расчетах наведенных напряжений на кабелях принимают Im = 25 к. А, tфр = 0, 25 мкс, tи = 100 мкс.

Импульсные помехи при ударах молнии, связанные с увеличением потенциала заземлителя Для определения возможного обратного перекрытия изоляции кабелей вторичных цепей проводят измерения распределения потенциалов по земле при имитации удара молнии в молниеприемник с помощью генератора импульсных токов. На РУ генератор импульсов тока подключают между заземлением молниеприемника и заземленным электродом на расстоянии не менее 50 м от молниеприемника. Измеряют потенциалы на земле вблизи кабельных каналов и лотков относительно точки, удаленной на расстояние не менее 50 м в направлении, противоположном от точки заземления генератора. Полученные результаты измерений пересчитывают к току молнии по МЭК 61312 -1.

Электромагнитные поля радиочастотного диапазона Измерения напряженности полей радиочастотного диапазона от 1 до 1000 МГц проводят в местах установки устройств АСТУ. Дополнительно измеряют напряженности электромагнитного поля от работающих переносных и стационарных радиопередающих станций, которые используются персоналом энергообъекта.

Разряды статического электричества Наиболее часто встречающаяся форма возникновения электростатических зарядов - электризация трением. Электризация трением проявляется, как правило, вследствие контакта тела человека с его одеждой, стулом, полом и т. п. На действующих объектах энергетики для устройств АСТУ наиболее вероятными источниками статического электричества является персонал, обслуживающий эти устройства. Оценку наибольшего электростатического потенциала тела человека проводят путем непосредственных измерений на энергообъекте или расчетом с использованием результатов измерений на образце напольного покрытия. При этом измеряют характеристики диэлектрического покрытия пола в помещении, где установлены устройства АСТУ и оценивают диапазон изменения влажности воздуха в помещении

Магнитные поля промышленной частоты Непосредственные измерения напряженности магнитных полей частотой 50 Гц проводят в нормальных режимах при помощи измерителя магнитного поля в местах установки устройств АСТУ и на распределительном устройстве вдоль трассы прокладки кабелей. Для режимов КЗ на шинах РУ уровень напряженности магнитных полей определяют расчетным путем. Рассматривают режим КЗ на шинах РУ вблизи места установки устройств АСТУ.

Импульсные магнитные поля Напряженность импульсных магнитных полей измеряют при имитации удара молнии в молниеприемник, расположенный вблизи от устройств АСТУ и при коммутациях силового оборудования. Расчетные оценки импульсных магнитных полей проводят для случаев протекания тока молнии по молниеотводам или токоотводам молниеприемников зданий и сооружений, расположенным вблизи места размещения устройств АСТУ. Приближенные оценки проводят по формуле Н = Iм/2πr, r – расстояние до молниеприемника или токоотвода, по которому проходит весь ток молнии или его часть.

Помехи, связанные с возмущениями в цепях питания АСТУ постоянного и переменного тока К основным периодическим помехам в цепях постоянного тока относится переменная составляющая напряжения (пульсации) и кондуктивные помехи радиочастотного диапазона, а в цепях питания переменного тока - гармонические составляющие напряжения. Импульсные помехи в цепях постоянного и переменного тока возникают при коммутации реле, электромагнитов, приводов силовых выключателей, автоматических выключателей.

Меры безопасности при определении ЭМО Работы по измерениям характеристик ЭМО выполняют в соответствии с действующими Межотраслевыми правилами по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. Работы по измерениям на действующих энергообъектах выполняют по нарядам в соответствии с рабочей программой. При имитации электромагнитных возмущений и измерениях на действующих РУ с использованием вынесенных токовых и потенциальных электродов принимают меры по защите от воздействия полного напряжения на заземлителе при стекании с него тока однофазного КЗ на землю. При подготовке измерительных схем сначала присоединяют провод к вспомогательному электроду (токовому, потенциальному), а затем к соответствующему измерительному прибору.

Периодичность проведения работ по определению ЭМО Определение ЭМО проводят на вновь строящихся объектах при пусконаладочных работах. При техническом перевооружении действующих объектов определение ЭМО проводят в два этапа: • на этапе предпроектных изысканий; • при пусконаладочных работах. При эксплуатации энергообъекта проверку ЭМО проводят: • не реже 1 раза в 12 лет; • внепланово в случаях неправильной работы или повреждении устройств АСТУ из-за воздействия электромагнитных помех.

Аппаратные средства мониторинга помех во вторичных цепях электрических станций и подстанций

Длительный мониторинг помех в задачах определения ЭМО 1. Одним из наиболее информативных измерений является измерение помех, возникающих в цепях измерения, управления, сигнализации и питания аппаратуры АСТУ при коммутациях силового оборудования, поскольку коммутация силового оборудования – один из наиболее характерных источников импульсных помех на станциях и подстанциях. 2. Автономный длительный мониторинг помех имеет следующие преимущества: - регистрирует реальные процессы; - регистрирует все, а не только специально заказанные коммутации, в том числе и аварийные; - регистрирует помехи от всех источников (в т. ч. , например, от молнии); - не требует согласования и проведения «заказных» коммутаций.

Недостатки применения типовых осциллографов для длительной регистрации помех: 1. Малый объем памяти – при частоте оцифровки 10 МГц для записи 1 сек надо 10 -20 Мб в зависимости от разрядности данных. 2. Необходимость в постоянном надзоре – при срабатывании триггера необходимо сохранить осциллограмму и возобновить режим ожидания. 3. Малый объем памяти осциллографа позволяет регистрировать либо короткие события при быстрой развертке, либо только огибающую процесса при медленной развертке. 4. Типовые осциллографы на базе ПК не всегда соответствуют поставленным требованиям.

Регистраторы, выполненные на базе ПК с внешним модулем АЦП с внутренней платой АЦП Компьютер может быть портативным, например ноутбук. АЦП подключается к нему посредством какой-либо внешнего интерфейса, зачастую USB. Системный блок должен иметь возможность установки в него платы АЦП на внутреннюю шину, обычно PCI. При этом системный блок может быть относительно портативным.

Система мониторинга помех на базе ПК и внешнего модуля АЦП ПК АЦП Делитель

Регистратор на базе портативного системного блока марки Shuttle с установленной внутри платой АЦП типа PCI-9812 с управляющим микроконтроллерным модулем с ЖК-дисплеем и несколькими управляющими кнопками

Примеры зарегистрированных помех Помеха на ВЧ-кабеле связи при коммутации выключателем 500 к. В, серия импульсов Та же помеха на ВЧ-кабеле связи при коммутации выключателем 500 к. В, одиночный импульс

Полезный сигнал и помеха на ВЧ-кабеле связи при коммутации разъединителем 220 к. В Та же помеха на ВЧ-кабеле связи при коммутации разъединителем 220 к. В, одиночный импульс

Регистраторы – специализированные устройства На основании изложенного можно сформулировать следующие требования к регистраторам, предназначенным для длительного мониторинга помех в контрольных кабелях электрических станций и подстанций: 1. Автономность регистратора в части обслуживания. 2. Автономность регистратора в части электропитания. 3. Регистратор должен быть портативным. 4. Регистратор должен фиксировать все поступающие помехи, превышающие заданный порог, без перерыва в регистрации. 5. Помимо регистрации помех регистратор должен фиксировать дату и время в момент регистрации.

Блок-схема регистратора Pulse. Logger (НГТУ, УНЛ ЭТМ)

Габариты регистратора Pulse. Logger Внешний вид регистратора Pulse. Logger

Вопросы к зачету 1. Определение ЭМО на электрических станциях и подстанциях – помехи при КЗ и коммутациях силового оборудования. 2. Определение ЭМО на электрических станциях и подстанциях – воздействия ударов молнии и электромагнитных полей.

Спасибо за внимание !