Рубрики
Электроприводы

Применение датчиков импульсных помех для мониторинга свойства электроэнергии в низковольтных электропитающих установках,

Применение датчиков импульсных помех для мониторинга свойства электроэнергии в низковольтных электропитающих установках, Дмитрий Терентьев Инженеры, специализирующиеся неуввязками

Применение датчиков импульсных помех для мониторинга свойства электроэнергии в низковольтных электропитающих установках, Дмитрий Терентьев

Инженеры, специализирующиеся неуввязками ЭМС, могут получить доступный инструмент, позволяющий оценить уровень импульсных помех на объектах различного предназначения и размеров.

Допустимые значения импульсных напряжений в точках подключения

Для обеспечения надежного функционирования оборудования связи, промышленной автоматики, вычислительной техники и бытовой электроники нужно обеспечить качество электроэнергии, которое регламентируется межгосударственным эталоном [1].

В согласовании с ним показателями свойства электроэнергии являются:

  • установившееся отклонение напряжения;
  • размах конфигурации напряжения; доза фликера;
  • коэффициент преломления синусоидальности кривой напряжения;
  • коэффициент я-ой гармонической составляющей напряжения;
  • коэффициент несимметрии напряжений по оборотной последовательности;
  • коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;
  • отклонение частоты;
  • продолжительность провала напряжения;
  • импульсное напряжение;
  • коэффициент временного перенапряжения.

Значения грозовых импульсных напряжений с вероятностью 90% не превосходят 10 кВ в воздушной сети напряжением 0,38 кВ и 6 кВ во внутренней проводке построек и сооружений. Значение коммутационных импульсных напряжений может достигать 4,5 кВ. При всем этом возможность превышения обозначенного значения коммутационного импульсного напряжения составляет менее 5%, а значений грозовых импульсных напряжений — менее 10% для воздушных линий с металлическими и железобетонными опорами и 20% — для воздушных линий с древесными опорами [1].

Ответственность за обеспечение допустимого уровня импульсных помех несет энергоснабжающая организация, но, как видно из предшествующего абзаца, эталоном допускается превышение определенных в нем уровней импульсных напряжений.

Допустимые уровни импульсных перенапряжений в цепях питания оборудования

Для каждого провода электропитания либо передачи инфы и точкой нулевого потенциала («землей», корпусом, системой уравнивания потенциалов), также для хоть какой пары проводов существует импульс с определенной продолжительностью, уровнем и формой, который приведет к сбою в работе либо к выходу из строя платы, блока либо оборудования в целом. При разработке аппаратуры учитывают требования к стойкости к электрическим помехам. К примеру, в согласовании со эталоном [2], оборудование проводной связи, в зависимости от группы стойкости к помехам, должно выдерживать воздействие импульсов с фронтом 1 и продолжительностью 50 мкс амплитудой:

  • в цепях электропитания по схеме «провод-земля» — до 2 кВ;
  • в цепях электропитания по схеме «провод-провод» — до 1 кВ.

Подобные эталоны есть для вычислительной техники [3], индивидуальных компов [4], систем охранной сигнализации [5], лифтов и эскалаторов [6], других видов оборудования.

Защита от импульсных перенапряжений

Защита оборудования и инженерных систем от импульсных помех различного происхождения достигается экранированием наружных электрических полей стенками построек, установкой молниезащиты и другими методами, сначала подключением всех токоведущих частей оборудования, металлоконструкций, трубопроводов к системе уравнивания потенциалов (СУП). При этом жилы кабелей электропитания и связи, также трубопроводы, находящиеся под напряжением катодной защиты, подключаются к СУП через устройства защиты от импульсных помех (УЗИП).

Для 2-ух всех точек объекта существует значение разности потенциалов, превышение которого может привести к поражению людей, пожару, повреждению и сбоям в работе оборудования. Таким макаром, при проектировании и эксплуатации объекта следует знать, каковы значения этих разностей потенциалов при определенных воздействиях. Если они превосходят определенные значения, нужно сделать меры до их уменьшения до допустимого уровня. Тут мы говорим о краткосрочном скачке разности потенциалов, возникшем, к примеру, вследствие удара молнии.

Допускаемые эталоном [1] импульсные напряжения выше, чем уровень стойкости цепей питания технических средств, потому применение мер защиты от перенапряжений является неотклонимым условием надежной работы современной техники.

Специфичность импульсных воздействий, непредсказуемость времени их появления, продолжительности и мощности существенно усложняет задачку определения эффективности системы уравнивания потенциалов и УЗИП при воздействии импульсных помех.

Не считая того, цена высококачественных УЗИП достаточно высока, потому на практике, обычно, не производятся в полном объеме требования эталона IEC [7] и российского [8], разработанного на его базе.

Контроль свойства электроэнергии

Контроль и анализ свойства электроэнергии проводятся в согласовании с руководящим документом [9]. Для определения и регистрации уровня помех в системах электропитания могут применяться разные приборы. К примеру, такая функция существует в анализаторах свойства электроэнергии. Применение таких анализаторов ограничено, сначала, их ценой. Нереально установить несколько 10-ов таких устройств в разных точках. Тем паче, нереально установить их на долгое время.

Метод мониторинга импульсных помех

Предлагается [10] устанавливать датчики, которые фиксируют импульсную помеху с параметрами (амплитуда, продолжительность, энергия), превосходящими определенный уровень, методом конфигурации собственного состояния. Датчики могут быть установлены меж проводами электропитающей установки, систем связи, корпусами оборудования, элементами системы уравнивания потенциалов, к примеру, для контроля помех в ЭПУ:

  • в ГРЩ и РЩ меж проводами: L-PE, L-N, N-PE;
  • меж проводами кабеля, питающего выпрямитель, и корпусом выпрямителя;
  • меж шиной питания неизменным током и корпусом питаемого оборудования;
  • меж шиной заземления и корпусами оборудования, металлоконструкциями и т. п.;
  • в розетке меж проводами L-PEN.

Нужно иметь несколько типов датчиков, которые должны нормироваться воздействием определенной амплитуды перенапряжения на входе и продолжительности импульса. Эти величины должны соответствовать нормативам, используемым для расчета стойкости оборудования к электрическим помехам [2-6] либо для тесты УЗИП [7-8]. Вероятна привязка и к другим нормированным воздействиям.

Представим, в месте подключения оборудования установлен датчик, фиксирующий воздействие перенапряжения с энергией 80% от допустимого воздействия на вход оборудования I класса стойкости по ГОСТ Р 50932-96. Если таковой уровень зафиксирован (к примеру, при ударе молнии), то даже если оборудование I класса стойкости не вышло из строя, нужно сделать меры для понижения уровня перенапряжения. В случае выхода оборудования из строя датчик поможет установить причину.

Энергия помехи, закрепляемой датчиком, должна быть меньше, чем энергия помехи, которая может привести к повреждению оборудования.

Для контроля уровня перенапряжений в ЭПУ датчики могут нормироваться как величиной импульсного тока, так и величиной приложенного импульсного напряжения.

Разглядим таковой пример: при реконструкции объекта связи для защиты ЭПУ решено установить УЗИП, потому что в мачту временами попадает молния. Нужно найти величину импульсного тока, на которую должны быть рассчитаны УЗИП, установленные на ГРЩ. Устанавливаем меж фазными проводами и проводником PEN датчики, нормированные на импульсный ток формы 8/20 мкс и амплитуду 30 кА.

Датчики инсталлируются сначала грозового сезона и временами контролируются.

В случае, если не зафиксировано прохождения такового тока через датчик, считаем, что довольно установить УЗИП II класса.

Датчики могут устанавливаться в почти всех местах, находиться там длительное время либо даже повсевременно и с определенной периодичностью контролироваться. Контроль может осуществляться также после каких-то событий: грозы, переключений и аварий высоковольтных ЛЭП; сбоев в работе и повреждений оборудования.

Датчики импульсных помех

Можно сконструировать последующие требования к датчикам импульсных помех (ДИП):

  • малая стоимость;
  • удобство установки и контроля состояния;
  • возможность фиксации импульсной помехи с определенными чертами (амплитуда, продолжительность, энергия);
  • безопасность при эксплуатации;
  • отсутствие воздействия на режим работы электропитающей установки либо системы связи.

Предлагается использовать ДИП, который содержит:

  • элемент, контролирующий уровень напряжения (можно использовать варистор);
  • элемент гальванической развязки (конденсатор либо трансформатор);
  • элемент контроля.

В качестве элемента контроля употребляется прибор разового деяния (к примеру, полупроводниковый прибор, p-n-переход которого пробивается при определенном воздействии). Нормирование воздействия делается подбором характеристик частей (варистора, трансформатора, резисторов, включенных поочередно либо наряду с элементом контроля). Не считая того, датчик может содержать элементы, обеспечивающие защиту от недлинного замыкания. Конструктивно датчик может представлять собой маленький корпус с проводами для подключения к точкам контроля и гнездом для подключения контрольного прибора (тестера).

Теоретические базы внедрения устройств разового деяния уже разработаны [11].

Есть близкие по предназначению решения [12-13], которые не получили распространения в современной технике.

Методики проведения мониторинга и обработки результатов

Разработка таких методик представляет более тяжелую задачку, чем разработка датчиков. Датчик не может дать информацию о помехах: времени появления, свойствах. Он позволяет произвести только оценку превышения энергии 1-го либо нескольких импульсов, значения, достаточного для ее фиксации контрольным элементом (к примеру, пробоя ^-«-перехода).

Но таким же образом помехи действуют и на оборудование: выход его из строя происходит за счет воздействия энергии помех, при этом как в контрольном элементе датчика, так и в элементах оборудования может происходить скопление конфигураций, которые с течением времени приводят к повреждению.

Разумеется, что для разработки методики нужны как лабораторные тесты, так и применение математических способов. Главным же методом получения инфы может быть только опыт.

Применение мониторинга импульсных помех

В первый раз инженеры, специализирующиеся неуввязками ЭМС, могут получить доступный инструмент, позволяющий оценить уровень импульсных помех на объектах различного предназначения и размеров. При всем этом мониторинг может проводиться в течение хоть какого времени на шагах строительства, реконструкции и эксплуатации. Поначалу способ может быть нужен спец предприятиями, работающими в области ЭМС и защиты от перенапряжений. Когда будет разработана методика обработки и использования результатов, которую стремительно освоит хоть какой квалифицированный инженер, мониторинг импульсных помех при помощи датчиков сумеет применяться спецами на местах без помощи других.

Разработка датчиков и способов их внедрения ведется НПО «Инженеры электросвязи». При условии финансирования и заинтригованности потребителей методика проведения мониторинга может быть подготовлена к коммерческому использованию в течение 2-3 лет.