Стандартизация в области ЭМС Лекция 11 по

Стандартизация в области ЭМС Лекция № 11 по курсу Электромагнитная совместимость в электроэнергетике Нестеров С. В.

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН О государственном регулировании в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств Федеральный закон устанавливает правовые и организационные основы деятельности органов государственной власти в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств в Российской Федерации, определяет в этой области основные направления и систему мер государственного регулирования, права и обязанности физических лиц, в том числе индивидуальных предпринимателей, и юридических лиц, разрабатывающих, изготовляющих, реализующих (поставляющих, продающих), использующих (эксплуатирующих) и ввозящих на территорию Российской Федерации технические средства, а также производящих, передающих, распределяющих и потребляющих электрическую энергию.

Классификация воздействий Кондуктивные низкочастотные помехи: - колебания, провалы и прерывания напряжения электропитания, - изменения частоты, - гармоники напряжения. Кондуктивные высокочастотные помехи: - колебательные затухающие помехи микросекундные импульсные помехи большой энергии, наносекундные импульсные помехи, кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 к. Гц, кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями. Электростатические разряды. Магнитные поля: - Магнитное поле промышленной частоты, - Импульсное магнитное поле, - Затухающее колебательное магнитное поле. Радиочастотное электромагнитное поле.

Перечень рассматриваемых стандартов Обозначение государственного стандарта Наименование помехи, вида испытаний ГОСТ Р 50648 Магнитное поле промышленной частоты ГОСТ Р 51317. 4. 2 Электростатические разряды ГОСТ Р 51317. 4. 3 Радиочастотное электромагнитное поле ГОСТ Р 51317. 4. 4 Наносекундные импульсные помехи ГОСТ Р 51317. 4. 5 Микросекундные импульсные помехи большой энергии ГОСТ Р 51317. 4. 6 Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями ГОСТ 30336 / ГОСТ Р 50649 Импульсное магнитное поле ГОСТ Р 50652 Затухающее колебательное магнитное поле ГОСТ Р 50317. 4. 11 Динамические изменения напряжения электропитания ГОСТ Р 50317. 4. 12 Колебательные затухающие помехи ГОСТ Р 50317. 4. 14 Колебания напряжения электропитания ГОСТ Р 50317. 4. 16 Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 к. Гц ГОСТ Р 51317. 4. 17 Пульсации напряжения электропитания постоянного тока ГОСТ Р 51317. 4. 28 Устойчивость к изменениям частоты питающего напряжения

Стандарты устанавливают: • Форму испытательных воздействий • Степени жесткости испытаний • Требования к испытательному оборудованию • Состав рабочих мест для испытаний • Методы испытаний

Порты ТС

Кондуктивные низкочастотные помехи

ГОСТ Р 51317. 4. 11 -99 Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и оборудование, подключаемые к низковольтным электрическим сетям переменного тока (не более 1000 В), и устанавливает степени жесткости и методы испытаний на устойчивость к воздействию динамических изменений напряжения электропитания следующего вида: провалов, прерываний, выбросов, а также к воздействию постепенных изменений напряжения электропитания. Провалы, прерывания и выбросы напряжения появляются из-за повреждений электрических сетей и оборудования или из-за внезапного изменения нагрузки. Постепенные изменения напряжения вызываются медленно изменяющимися нагрузками в сети электропитания.

Степени жесткости испытаний

Пример провала напряжения в течение 10 периодов Пример постепенного изменения напряжения (напряжение изменяется плавно)

Схема генератора провалов, прерываний, выбросов и постепенных изменений напряжения

ГОСТ Р 51317. 4. 14 Устойчивость к колебаниям напряжения электропитания Настоящий стандарт устанавливает требования устойчивости электротехнических, электронных и радиоэлектронных изделий и оборудования к колебаниям напряжения электропитания положительной и отрицательной полярности, воздействующим на технические средства (ТС) в условиях эксплуатации, характеризующимся малым размахом изменения напряжения, и соответствующие методы испытаний, а также общую основу для оценки устойчивости ТС при колебаниях питающего напряжения. Колебания напряжения в электрических сетях могут быть вызваны: а) продолжительными, но случайными изменениями энергопотребления мощных промышленных нагрузок б) единичными включениями и выключениями мощных нагрузок в) ступенчатыми изменениями напряжения при переключениях ответвлений трансформаторов напряжения

Степени жесткости испытаний

Пример последовательных ступенчатых изменений напряжения Схема испытательного оборудования

ГОСТ Р 51317. 4. 17 Устойчивость к пульсациям напряжения электропитания постоянного тока Настоящий стандарт устанавливает требования устойчивости электротехнических, электронных и радиоэлектронных изделий и оборудования к пульсациям напряжения, воздействующим на входные порты электропитания постоянного тока технических средств (ТС), и соответствующие методы испытаний, а также общую и воспроизводимую основу для испытаний в условиях лабораторий ТС, подверженных воздействию пульсаций постоянного напряжения и наложенных на напряжение источников постоянного тока. Основными источниками помех в виде пульсаций напряжения электропитания являются выпрямительные системы, используемые во внешних системах электроснабжения постоянного тока и в зарядных устройствах.

Степени жесткости испытаний

Форма пульсаций напряжения (а – однофазный выпрямитель, б – трехфазный выпрямитель)

Схема испытательного генератора

ГОСТ Р 51317. 4. 28 Устойчивость к изменениям частоты питающего напряжения Настоящий стандарт устанавливает требования устойчивости электротехнических, электронных и радиоэлектронных изделий и оборудования к изменениям частоты питающего напряжения и соответствующие методы испытаний, а также общую основу для оценки устойчивости технических средств (ТС) при изменении частоты питающего напряжения в условиях эксплуатации. Частота переменного тока в распределительных системах электроснабжения зависит от динамического равновесия между нагрузкой сети и мощностью генерирующего оборудования. Величина и длительность этих изменений зависит от характера изменений нагрузки и реакции генерирующего оборудования на них.

Степени жесткости испытаний

Пример изменения частоты питающего напряжения Схема испытательного оборудования

Кондуктивные высокочастотные помехи

ГОСТ Р 50317. 4. 12 Колебательные затухающие помехи Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и оборудование (далее в тексте – технические средства) и устанавливает требования и методы испытаний технических средств (ТС) на устойчивость к воздействию на них в условиях эксплуатации колебательных затухающих помех (КЗП) следующих видов: а) одиночных КЗП, возникающих в низковольтных силовых линиях и в линиях управления и сигнализации ТС, получающих электропитание от низковольтных распределительных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий, б) повторяющихся КЗП, возникающих в основном в силовых линиях и линиях управления и сигнализации на электрических подстанциях высокого (выше 35 к. В) и среднего (6 -35 к. В)напряжения.

С учетом периодичности возникновения КЗП подразделяют на помехи с малой частотой повторения (одиночные КЗП) и с высокой частотой повторения (повторяющиеся КЗП, пачки). Одиночные КЗП воздействуют на цепи (порты подключения кабелей) ТС в результате процессов коммутации в силовых линиях и линиях управления и сигнализации, а также молниевых разрядов. Одиночный характер и форма затухающего колебания являются наиболее важными признаками КЗП этого вида. Повторяющиеся КЗП воздействуют на цепи (порты подключения кабелей) ТС в результате процессов коммутации, связанных с повторяющимся зажиганием электрической дуги, типичных для электростанций и электрических подстанций высокого и среднего напряжения. Относительно малое время нарастания, форма затухающего колебания, высокая частота повторения помех и длительность пачки являются наиболее важными признаками КЗП этого вида.

Степени жесткости испытаний для одиночных КЗП Степени жесткости испытаний для повторяющихся КЗП

Типовая форма одиночной КЗП (Т 1=0, 5 мкс, Т=10 мкс) и схема генератора одиночных КЗП Типовая форма повторяющихся КЗП (Т 1=75 нс, Т=1, 10 мкс) и схема генератора повторяющихся КЗП

ГОСТ Р 51317. 4. 5 Микросекундные импульсные помехи большой энергии Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и оборудование (далее в тексте – технические средства) и устанавливает требования и методы испытаний технических средств (ТС) на устойчивость к воздействию микросекундных помех большой энергии (МИП), вызываемых перенапряжениями, возникающими в результате коммутационных переходных процессов и молниевых разрядов. Коммутационные переходные процессы могут быть связаны с переключениями в мощных системах электроснабжения, резонансными колебаниями напряжения в электрических сетях при работе переключающих приборов (напр. тиристоров), повреждениями в системах – КЗ. Процессы образования МИП при молниевых разрядах сводятся к следующему: а) вследствие протекания тока молнии по цепям заземления б) напряжения, индуцированные в цепях при близких ударах молнии

Степени жесткости испытаний

Типовая форма импульса напряжения (1/50 мкс) Упрощенная схема комбинированного ИГ (1/50 мкс – 6, 4/16 мкс)

ГОСТ Р 51317. 4. 4 Наносекундные импульсные помехи Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и оборудование (далее в тексте – технические средства) и устанавливает требования и методы испытаний технических средств (ТС) на устойчивость к наносекундным импульсным помехам (НИП). Стандарт устанавливает степени жесткости испытаний, которые относятся к различным условиям эксплуатации ТС, а также методы испытаний. НИП возникают в результате коммутационных процессов (прерывания индуктивных нагрузок, размыкание контактов реле и т. п. ) и воздействуют на порты электропитания и сигналов ввода/вывода.

Степени жесткости испытаний

Упрощенная схема генератора Одиночный импульс и пачки НИП

ГОСТ Р 50317. 4. 16 Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 к. Гц Настоящий стандарт устанавливает требования и методы испытаний ТС на устойчивость к кондуктивным электромагнитным помехам, представляющим собой общие несимметричные напряжения, в полосе частот от 0 до 150 к. Гц, подобные тем, которые возникают при протекании электрического тока в силовых кабелях, расположенных поблизости от ТС, и токов утечки в системах заземления. Основными источниками указанных помех являются: - силовые распределительные системы, в т. ч. постоянного тока и частотой 50 Гц (д. б. учтены помехи на основной частоте и частотах гармоник), - силовое электронное оборудование (например, силовые преобразователи), которое может инжектировать помехи в линии электропитания и в системы заземления, а также в сигнальные линии и линии управления.

Степени жесткости испытаний на устойчивость к длительным помехам постоянного тока и на частоте 50 Гц Степени жесткости испытаний на устойчивость к кратковременным помехам постоянного тока и на частоте 50 Гц

Степени жесткости испытаний на устойчивость к длительным помехам в полосе частот от 15 Гц до 150 к. Гц

ГОСТ Р 51317. 4. 6 Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и оборудование (далее в тексте – технические средства) и устанавливает требования и методы испытаний технических средств (ТС) на устойчивость к кондуктивным электромагнитным помехам, вызываемым излучениями преимущественно радиопередающих устройств в полосе частот от 150 к. Гц до 80 МГц. Источниками помех, применительно к которым в настоящем стандарте регламентированы требования помехоустойчивости ТС, являются, в основном, электромагнитные поля, создаваемые радиопередающими устройствами. Указанные электромагнитные поля могут воздействовать на проводники, подключенные к ТС, установленным в местах эксплуатации.

Степени жесткости испытаний

Испытательный генератор

Электростатические разряды

ГОСТ Р 51317. 4. 2 Электростатические разряды Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и оборудование (далее в тексте – технические средства) и устанавливает требования и методы испытаний технических средств (ТС) на устойчивость к электростатическим разрядам (ЭСР) как при прямом воздействии ЭСР от оператора, так и непрямом воздействии от оператора на расположенные вблизи ТС предметы и оборудование. ТС и системы могут подвергаться ЭСР в реальных условиях окружающей среды и эксплуатации, таких, как низкая относительная влажность, использование покрытий с низкой проводимостью (искусственное волокно), одежды из винила и т. п.

Степени жесткости испытаний 1 а – контактный разряд 1 б – воздушный разряд Степень жесткости Испытательное напряжение, к. В 1 2 2 4 3 6 3 8 4 15 Х 1) 1) Испытательное напряжение, к. В Специальное Х 1) Специальное Х – открытая степень жесткости. Испытательное напряжение должно быть указано в технической документации на конкретное ТС. Если установлено более высокое испытательное напряжение, чем указано для степеней жесткости 1 – 4, необходимо использовать специальное испытательное оборудование.

Схема испытательного генератора и типовая форма импульса разрядного тока

Магнитные поля

Схема воздействия МП на ТС с использованием иммерсионного метода

Рабочее место для испытаний настольных ТС на устойчивость к МП

Рабочее место для испытаний напольных ТС на устойчивость к МП

Катушка Гельмгольца При испытаниях настольных TC больших размеров для получения МП с неоднородностью не более 3 д. Б может использоваться двойная индукционная катушка

ГОСТ Р 50648 Магнитное поле промышленной частоты МППЧ создается токами в проводниках или в более редких случаях - устройствами (например, трансформаторами), расположенными вблизи ТС. МППЧ, создаваемое токами в проводниках, подразделяется: - на магнитное поле постоянной и относительно малой напряженности, вызванное токами при нормальных условиях эксплуатации; - на магнитное поле относительно большой напряженности, вызванное токами при аварийных условиях, действующими кратковременно до момента срабатывания устройств защиты (от нескольких миллисекунд для плавких предохранителей до нескольких секунд для механических защитных устройств).

Степени жесткости испытаний Степень жесткости испытани й Напряженность МППЧ, А/м непрерывное магнитное поле кратковременное магнитное поле (продолжительность 1 -3 с) 1 1 Не применяют 2 3 То же 3 10 " 4 30 300 5 1000 * Напряженность магнитного поля - по согласованию между производителем и потребителем Напряженность и длительность магнитного поля - по согласованию между производителем и потребителем Примечания 1 А/м соответствует пространстве. индукции в 1, 26 мк. Тл в свободном

Схема испытательного генератора 1 - к электрической сети; 2 - регулятор напряжения; 3 устройство управления; 4 - коммутатор; 5 трансформатор тока; 6 - к индукционной катушке

ГОСТ 30336 / ГОСТ Р 50649 Импульсное магнитное поле ИМП возникает при воздействии молниевых разрядов на здания, любые металлические конструкции, включая антенные устройства, и цепи заземления, а также в результате коммутационных процессов и аварийных ситуаций в электрических сетях и установках низкого, среднего и высокого напряжения. На электрических подстанциях ИМП может также создаваться при переключении высоковольтных проводов и линий.

Степени жесткости испытаний

ГОСТ Р 50652 Затухающее колебательное магнитное поле Настоящий стандарт распространяется на технические средства (ТС), применяемые на электрических подстанциях среднего и высокого напряжения, подвергающиеся в условиях эксплуатации воздействию затухающего колебательного магнитного поля (ЗКМП). ЗКМП создается при переключении высоковольтных шинопроводов разъединителями.

Степени жесткости испытаний Степень жесткости испытаний Напряженность ЗКМП, А/м (пиковое значение) 1 - 2 - 3 10 4 30 5 100 * По согласованию между производителем и потребителем Примечания: 1 1 А/м соответствует индукции 1, 26 к. Тл в свободном пространстве. 2 Порядок выбора степени жесткости испытаний приведен в приложении А. 3 Сведения о напряженности ЗКМП встречающихся на практике источников приведены в приложении Б.

Форма тока генератора и схема генератора

Радиочастотное электромагнитное поле

ГОСТ Р 51317. 4. 3 Радиочастотное электромагнитное поле Настоящий стандарт рассматривает вопросы испытаний на помехоустойчивость в связи с задачами защиты ТС от воздействия радиочастотных полей, создаваемых любыми источниками. Особое внимание уделяется устойчивости ТС в условиях эмиссии помех от цифровых радиотелефонов и других радиочастотных излучающих устройств на частотах от 800 МГц до 6 ГГц. Большинство ТС эксплуатируют в условиях воздействия на них электромагнитных излучений. Эти электромагнитные излучения часто создаются стационарными радио- и телевизионными передатчиками, радиопередатчиками подвижных объектов, портативными приемопередатчиками, применяемыми персоналом, эксплуатирующим ТС, и службами безопасности, а также различными промышленными, научными, медицинскими и бытовыми источниками излучений (далее - источники излучений общего применения). Кроме электромагнитной энергии, генерируемой намеренно, на ТС также воздействуют паразитные излучения, создаваемые такими источниками, как сварочное оборудование, тиристорные регуляторы, люминесцентные источники света, переключатели, коммутирующие индуктивные нагрузки и т. д. Воздействие данных излучений на ТС проявляется, как правило, в виде кондуктивных помех.

Степени жесткости испытаний Степень жесткости испытаний Напряженность испытательного поля, В/м /д. Б(мк. В/м) 1 1/120 2 3/130 3 10/140 4 30/150 Х 1) Специальная 1) X - открытая степень жесткости испытаний, которая может быть установлена в стандартах на ТС конкретного вида и в технических документах на ТС.

Пример испытательной установки

Формы колебаний на выходе генератора сигналов Немодулированный радиочастотный сигнал Модулированный радиочастотный сигнал при глубине модуляции 80 %

Вопросы к зачету 1. Испытания ТС на устойчивость к низкочастотным кондуктивным помехам. 2. Испытания ТС на устойчивость к высокочастотным кондуктивным помехам. 3. Испытания ТС на устойчивость к электростатическим разрядам и радиочастотному электромагнитному полю. 4. Испытания ТС на устойчивость к магнитным полям.

Спасибо за внимание !