Электромагнитная совместимость в электроэнергетике реферат
Обновлено: 05.07.2024
Одним из показателей современного общества является насыщенность электрическим, электронным и радиоэлектронным оборудованием. Многочисленные электротехнические и электронные приборы (микроволновые печи, холодильники, устройства для обогрева, пылесосы и так далее) стали принадлежностью повседневного быта. Без этого оборудования практически невозможно представить жизнь современного человека. Для комфортного существования ему просто необходимы радиоприемник, телевизор, телефон и другие средства общения. Радиоэлектронные технологии вошли в структуры управления, навигацию, аэрокосмический комплекс. Мы не можем отказаться от радиосвязи, навигации, систем наведения самолетов, охранных систем и т.д. Однако, с одной стороны, работа технических средств создает в большей или меньшей степени различные электромагнитные помехи. Происходит загрязнение окружающей среды этими помехами. С другой стороны, само радиоэлектронное оборудование чувствительно к различного рода электромагнитным воздействиям. В результате действия таких помех возникают различные нарушения в работе оборудования, приводящие к выходу его из строя, авариям и сбоям. Последствия их могут быть катастрофическими для населения и окружающей среды. Это и породило такую проблему, как электромагнитная совместимость (ЭМС).
1 ПРИЧИНЫ ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И НОРМЫ В СООТВЕТСТВИИ С ДЕЙСТВУЮЩИМ СТАНДАРТОМ
Рисунок 1 – Диаграмма синусоидного напряжения сети
Что касается допустимого отклонения напряжения у потребителей, в ГОСТе указано, что данную величину в точках общего подключения устанавливает непосредственно сетевая организация, которая в свою очередь должна удовлетворять нормы, указанные в настоящих стандартах.
Помимо этого, хотелось бы отметить, что при нормальном режиме работы сети допустимое отклонение напряжения на зажимах электрических двигателей находится в диапазоне от -5 до +10%, а других аппаратов не больше, чем 5%. В то же время после возникновения аварийного режима допускается понизить нагрузку не больше, чем на 5%.
Хотелось бы дополнительно отметить, что на источнике питания в электросетях 0,4 кВ согласно нормам, отклонение не должно превышать отметку в 5%, собственно, как и у самих потребителей. Итого, 5% на источнике + 5% у потребителей, имеем 10% предельно допустимого.
Немаловажно знать о причинах возникновения отклонения напряжений. Так вот основной причиной считается сезонное или суточное изменение электрической нагрузки самих потребителей. К примеру, в зимнее время все резко включают обогреватели, в результате чего параметры электросети заметно падают.
1.2 Негативное влияние отклонения параметровКогда значение понижается ниже нормы, значительно снижается срок службы используемого электрооборудования и в то же время повышается вероятность возникновения аварии. Помимо этого, в технологических установках увеличивается длительность самого производственного процесса, что влечет за собой увеличение показателей себестоимости продукции.
В бытовой сети, как мы уже говорили, отклонения напряжения сокращает срок службы лампочек. При повышении напряжения на 10% срок эксплуатации обычных лампочек сокращается в 4 раза. В свою очередь энергосберегающие лампы при снижении напряжения на 10% начинают мерцать, что также негативно влияет на продолжительность их работы. Об остальных причинах мерцания люминесцентных ламп вы можете узнать из нашей статьи.
Что касается электрических приводов, то из-за снижения напряжения увеличивается потребляемый двигателем тока. В свою очередь это уменьшает срок службы двигателя. Если же напряжение будет даже на незначительных, казалось бы, 1% выше нормы, реактивная мощность, которую потребляет электродвигатель, может увеличиться до 7%.
Подводя итог, хотелось бы отметить, что существует несколько современных способов решения проблемы: снижение потерь напряжения в электрической сети, о чем мы писали в соответствующей статье, а также регулирование нагрузки на отходящих линиях и шинах подстанций.
2 ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКЕ
Существуют межсистемные и внутрисистемные влияния.
Межсистемные – это когда источник помех и приёмник помех принадлежат разным техническим системам.
Внутрисистемные – это когда источник помех и приёмник помех принадлежат одной технической системе.
Передатчики считаются совместимыми, если они работают только на отведённой для них частоте, т. е. не создают высших гармоник, и если излучаемые ими электромагнитные поля на значительном удалении затухают настолько, что находящийся там и работающий на той же частоте передатчик может быть воспринят без помех.
Передатчики, которые передают паразитную электромагнитную энергию в окружающую среду, считаются совместимыми, если значения напряжённости производимого им поля на определённом расстоянии не превосходят установленных предельных значений, т. е. если возможно безупречное функционирование находящегося на этом расстоянии приёмника в соответствии с паспортными данными.
Приёмники считаются совместимыми, если они в состоянии принимать при электромагнитном загрязнении свой полезный сигнал с удовлетворительным уровнем помех, а сами не излучают недопустимых помех.
Мероприятия по обеспечению высокой совместимости передатчиков называют первичными мероприятиями (экранирование, ограничение спектра передаваемых сигналов, применение антенн с узкой диаграммой направленности). Уменьшение или ограничение уровня помех со стороны передатчика называется помехоподавлением.
Мероприятия по обеспечению высокой совместимости приёмников называют вторичными мероприятиями (экранирование, фильтрация, схемотехнические методы). Уменьшение или ограничение уровня помех со стороны приёмника называется помехозащитной.
2.1 Понятие об электромагнитной обстановке на объектах электроэнергетикиЭлектромагнитные помехи – случайные электромагнитные воздействия отдельных элементов друг на друга или сторонней системы на рассматриваемую через паразитные или функциональные связи.
Электромагнитная обстановка – совокупность электромагнитных явлений, существующих в рассматриваемом пространстве.
Она описывается характеристиками источников помех и параметрами их воздействия, особенностями установленного оборудования, реализованными и нереализованными мероприятиями по повышению ЭМС, а также неэлектрическими характеристиками окружающей среды (например, влажность, температура, наличие поблизости материалов с трибоэлектрическими свойствами и т.д.).
Источник помех – причина появления помехи (т.е. прибор или физический процесс), количественно характеризующаяся величиной ЭДС помехи, либо потоком, либо зарядом помехи, либо другой физической величиной.
Помеха – электромагнитная величина, способная вызвать в электрическом устройстве нежелательный эффект (например: разрушение, старение и т.д.).
Она определяется разностью: xS(t) = x(t) – xN(t), где x(t) – сигнал, поступающий на вход устройства; xN(t) – полезный сигнал, содержащийся в величине x(t).
Помеха xS(t), которая во времени суммируется с полезным сигналом, поступающим на вход устройства, называется аддитивной.
Существуют мультипликативные помехи, которые умножаются на сигнал.
Испытательная помеха – электромагнитная величина, имитирующая реальную помеху и служащая для испытания устройств на помехоустойчивость.
Механизм связи – физический механизм воздействия источника помехи на чувствительный элемент, или механизм передачи энергии электромагнитных процессов от источника к чувствительному элементу.
Чувствительный к помехам элемент – это устройство (элемент, прибор, часть устройства), функционирование которого может быть нарушено воздействием помехи.
Помехоустойчивость – свойство чувствительного элемента нормально работать при воздействии помехи.
Она количественно задаётся допустимым значением амплитуды импульса (напряжение, напряжённость поля, энергия, мощность и др.).
3 ВЛИЯНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С ЕМКОСТНЫМ ФИЛЬТРОМ НА ПИТАЮЩУЮ СЕТЬ
Выпрямители потребляют из сети токи, форма которых отличается от синусоиды. Порядок номера гармоник, попадающих в питающую сеть, определяется выражением
n=k∙m±1где m – число пульсаций выходного напряжения выпрямителя на периоде входного напряжения преобразователя; k = 1,2,3. Однофазный выпрямитель, выполненный по схеме с нулевым отводом от трансформатора или по мостовой схеме, имеет две пульсации на периоде выходного напряжения. Он потребляет из сети ток, который содержит, кроме 1-й гармоники, все нечетные гармоники.
Если для сглаживания пульсаций выходного напряжения применяется емкостной фильтр, то уровень высших гармоник в кривой сетевого тока, по сравнению с индуктивным, увеличивается.
Влияние трехфазного мостового выпрямителя (эмиссия высших гармоник) с индуктивным и емкостным фильтром на питающую сеть
Для трехфазного мостового выпрямителя число пульсаций m= 6, в результате чего в сети появляются высшие гармоники с номерами n = 5,7,11,13 и т.д.
Коэффициент мощности электроприемников при несинусоидальной форме токов и напряжений. Уменьшение искажающего влияния выпрямителей на питающую сеть за счет включения сетевых дросселей.
Электромагнитная совместимость (ЭМС) является современным понятием, объединяющим электромагнитные явления, такие как радиопомехи, влияния на сеть, перенапряжения, колебания напряжения сети, паразитные связи, фон промышленной частоты и т. п. В последнее время вопросы ЭМС благодаря применению микроэлектроники в системах автоматизации, а также из-за повсеместного увеличивающегося электромагнитного загрязнения окружающей среды приобрели особое значение.
Для нормального функционирования современных электронных устройств необходимо обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС) с электромагнитной обстановкой (ЭМО) на объекте. ЭМП могут создаваться естественными (например, молния) и искусственными (например, коммутации в системе электроснабжения) источниками. Возможно также генерирование ЭМП намеренно в результате чьих–либо враждебных действий (военных, террористических, криминальных). Далее ограничимся рассмотрением ЭМП, генерирование которых не является следствием чьего-то злого умысла. Кроме того, не будем рассматривать вопросы, связанные с генерированием высокочастотных помех самой электронной аппаратурой. Напомним, что ЭМО является индивидуальной характеристикой каждого объекта.
Отклонение напряжения – разность между номинальным и фактическим (для данной сети) значениями напряжения, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения менее 1% в сек. Колебания напряжения – разность между наибольшим и наименьшим действующими значениями напряжения в сети, возникающая при достаточно быстром изменении режима работы, когда скорость изменения не менее 1% в сек. Несинусоидальность формы кривой напряжения (несоответствие форме кривой гармонического колебания, длительно допускается на зажимах электроприёмника при условии, что действующее значение всех высших гармоник не превышает 5% действующего значения напряжения основной частоты. Качество электроэнергии может меняться в зависимости от времени суток, погодных и климатических условий, изменения нагрузки энергосистемы, возникновения аварийных режимов в сети и т.д. Снижение его может привести к заметным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате – к уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий и т.д.
В реальных условиях поддержание показателей качества в заданных пределах наиболее эффективно обеспечивается автоматическим регулированием напряжения и автоматическим регулированием частоты.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Нет нужной работы в каталоге?
Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.
Понятие электромагнитной совместимости. Особенности взаимодействия технических средств. Критерии качества функционирования технических средств при воздействии помех. Электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики. Процесс коммутации, схема.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.11.2013 |
| Размер файла | 4,3 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.
Подобные документы
Изучение основных понятий и государственных стандартов электромагнитной совместимости технических средств как уровня излучений. Ознакомление с условными обозначениями для электроустановок с напряжением до 1 кв. Описание систем-заземлений TN-C и TN-S.
реферат [104,6 K], добавлен 19.04.2010
Перерастание биосферы в ноосферу. Экологический кризис ноосферы. Характеристика и классификация экологических проблем электромагнитной совместимости электроэнергетики в ноосфере. Защита кабелей связи от токов короткого замыкания в линиях электропередачи.
учебное пособие [394,7 K], добавлен 09.10.2014
Этапы проведения работ по определению электромагнитной обстановки. Воздействие на кабели систем релейной защиты и технологического управления токов и напряжения промышленной частоты. Помехи, связанные с возмущениями в цепях питания низкого напряжения.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 18.11.2013
Практические решение задач по метрологии (анализ соединения с зазором, с натягом, с дополнительным креплением отверстия и вала) и электромагнитной совместимости (нахождение эквивалентного тока конденсаторной батареи; напряжения линии электроснабжения).
контрольная работа [825,4 K], добавлен 29.06.2012
Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. Показатели качества электрической энергии, методы их оценки и нормы. Влияние отклонения напряжения на потребителей. Быстрые флуктуации. Влияние колебаний напряжения на работу электрооборудования.
презентация [2,2 M], добавлен 12.11.2013
Явление электромагнитной индукции. Создание первой модели электродвигателя Майклом Фарадеем. Замыкание и размыкание цепи. Электромагнитная индукция в современной технике. Линии электропередач, электропроводка, бытовые электроприборы, спутниковая связь.
презентация [1,4 M], добавлен 09.02.2011
Фликер: причины возникновения и нормы в соответствии сдействующим стандартом. Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования. Основные направления снижения несинусоидальности напряжения. Применение фильтрокомпенсирующего устройства.
электроника , сварочные аппараты , э лектроинструмент и т . д ..
электромагнитных воздействий , как : Электромагнитные
Источники электромагнитных помех на электрических станциях и
К приемникам электромагнитных воздействий относятся теле и
радиоприемники , силовые электроприемники , системы авто матизации ,
автомобильная микроэлектроника , управляющие приборы и регуляторы ,
средства релейной защиты и автоматики , устройства обработки информации
и т . д .. Многие электрические устройства могут одновременно действовать
С учетом изложенного электрическое устройство считается
электромагнитных помех не выше допустим ых , а в качестве приемника
обладает допустимой чувствительностью к посторонним влияниям , т . е .
Электромагнитные влияния могут проявляться в виде обратимых и
необратимых нарушений . Так , в качестве обратимого нарушения можно
назвать шум при телефонном разговоре . К необратимому на рушению
сбой в работе системы релейной защиты , приведший к
отключению нагрузки . В табл . 1.1. приведены примеры повреждений и
неправильной работы устройств РЗА вызванных воздействиями
Примеры повреждений и неправильно й работы устройств РЗА из - за
Повреждение электронного реле Высокий уровень имп ульсных
Короткие замыкания на землю в цепях высоког о напряжения
Для количест венной оценки электромагнитной сов мести мост и широкое
применение нашли т . н . логарифмические масштабы , позволяющие наглядно
представлять соотношения величин , отличающихся на несколько порядков .
Существует два вида логарифмических отношений – уровень и степень
Уровни определяют отношение величины к базовому значению .
Степень передачи определяется отношением входных и выходных величин
и служит характеристикой ее трансляционных ( передаточных )
1.2.1. Логарифмические относительные характеристики . Уровни помех .
С применением десятичного логарифма определяются следующие
В данных соотношениях введен множитель 20, обеспечивающий
простое выражение мощности в относительных логарифмических единицах :
Кроме дес ятичных логарифмов используются также и натуральные
логарифмы . При этом уровень помех измеряе тся в неперах :
Между децибелом и непером существуют соотношения : 1 Нп = 8,686 дБ
Приведем наиболее часто исполь зуемые характерные значения дБ и
соответствующие им отношения стоящие под знаком логарифма :
2:1 – 6 дБ ; 10:1 – 20 дБ = 2,3 Нп ; 100:1 – 40 дБ = 4,6 Нп ; 1000:1 – 60
дБ = 6,9 Нп ; 10 000:1 – 80 дБ = 9,2 Нп ; 100 000:1 – 100 дБ = 11,5 Нп ; 1000
Таким образом , при обоих представлениях уровень помехи
одну и ту же величину с каждым последующим порядком .
Обозначения дБ и Нп указывают исключительно на вид использованной
функции логарифма (lg или ln). Данные обозначения не являются
Одним из понятий , характеризующих степень передачи си стемы ,
Как правило , степень помехоподавления зависит от частоты . В качест ве
одной из количественных характеристик степени помехоподавления на той
или иной частоте служит логарифм отношения напряжений на входе U
фильтра , который называется коэффициент затухания а
напряженности поля в точках пространства перед экрано м Н
Помехи , создаваемые источниками ( напряжения , токи , электрические и
магнитные поля ), могут возникать как в виде периодически повторяющихся ,
так и случайно распределенных во времени величин . В обоих случаях реч ь
может идти как об узкополосных , так и о широкополосных процессах .
Процесс называется узкополосным , когда энергия спектра сосредоточена в
основном в относительно узкой полосе частот около некоторой
При систематизации , в первом приближении , не смотря на
бесконечное разнообразие вариантов , выделяют четыре типа помех .
Рис . 1.2. Систематизация разновидностей электромагнитных помех
- синусоидальная , постоянно действующая периодическ ая помеха
частотой 50 Гц , проникающая из системы питания или высокочастотная
несущая волна . Данная помех а имеет спектральную плотность ,
- последовательность прямоугольных ( например , тактовых ) импульсов .
Данная бесконечная последовательность может быть представлена в форме
ряде Фурье и яв ляется примером шир окополосного процесса с дискретным
- периодические затухающие однократные импульсы , случ айно
возникающие , например , в сист еме электроснабжения . и представляю щие
- одиночные импульсы , образованные двумя экспонентами ( например ,
разряды атмосферного и статического электр ичества ) и представля ющие
Помехи , возникающие в проводах , могут рассматриваться как
Рис . 1.3. Помехи , связанные с передачей сигналов по линии
- паразитные емкости относительно заземленного корпуса ; Q
полные сопротивления источника и приемника помех ; i
Противофазные напряжения пом ех ( поперечные , симметричные )
Противофазные помехи возникают через гальванические или полевые связи
или преобразуются из синфазных помех в системах , несимметричных
относительно земли . Конкретные примеры возникновения противофазных
Противофазные напряжения помех непосредственно накладываются
на полезные сигналы в сигнальных цепях или на напряжение питания в цепях
могут быть восприняты как полезные сигналы в устройствах автоматизации
Синфазные напряжения помех ( несимметричные , продольные
напряжения ) возникают между каждым проводом и землей ( u
1.3.) и воздействуют на изоляцию проводов относительно земли .
Синфазные помехи обусловлены главным образом разностью
потенциалов в цепях заземления устройства , например между то чками 1 и 2
на рис . 1.3., вызванной токами в земле ( аварийными , при замыканиях
высоковольтных линий на землю , рабочими или токами молнии ) или
Другими важными понятиями ЭМС являются понятия : земля и масса .
С понятием " заземление " инженеры , работающие с сильно точными
устройствами , связ ывают , как правило , вопросы техники безопасности и
грозозащиты , например устранение недопустимо высоких напряжений
прикосновения . Инженеры же , работаю щие в области электроники , - скорее
электромагнитную совместимость их схем , например устранение контуров
заземления , влияние частоты 50 Гц , обращение с экранами кабелей и т . д .
Следует строго различать два понятия — защитное заземление
( защитный провод ) для защиты людей , животных и т . д . и массу , систему
опорного потенциала , электрических контуров ( это справедливо как для
сильноточных , так и для слаботочных цепей ). Земля и масса , как правило , в
одном месте гальванически связан ы друг с другом , но между ними
существует большое различие : провода заземления проводят ток только в
аварийной ситуац ии , нулевые провода - в нормальной рабочей ситуации и
часто представляют общий обратный провод нескольких сигнальных
контуров , ведущи й к источнику . Это различие сущест венно и
– сопротивление заземлителя потребителя и подстанции ;
В нормальном режиме по нейтральному проводу Н протекает обратный
ток электроприемников и его потенциал вследствие падения напряжения на
его сопротивлении отличается от потенциала земли ( за исключением
эквипотенциальной шины , где он равен потенциалу земли ). Защитный
провод ЗП в нормальном режиме тока не проводит и его потенциал
потенциалу земли . Поскольку корпус оборудования присоединен к
защитному проводу ЗП , то и его потенциал также равен потенциалу земли и
При замыкании одного из фазных проводов ( на рис . 1.4. провода Л
на корпус оборудования в фазном проводе возникает большой ток короткого
замыкания и оборудование отключается предвключенным защитным
общую систему опорного потенциала , по отношению к которой измеряются
узловые напряжения цепи ( шина , провод оп орного потенциала , корпус ,
нулевая точка ). В простой цепи это просто обратный провод , в электронной
схеме - общий обратный провод для всех электрических контуров ( рис . 1.5.
а , б ). Масса может , но не должна иметь потенциал земли . Однако , как
правило , она в одном мест е непременно соединена с защитным проводом и
тем самым заземлена . Масса выполняет те же функции , что и нейтральный
провод . Прежде всего , на работу схемы не оказывает влияния заземление
массы . Однако если занимающая достаточно обширное пространство масса
заземлена в нескольких местах , возникает конт ур заземления ( см . рис . 1.3).
Тогда при различных потенциалах точек заземления могут протекать уравни -
тельные токи , а на полных сопротивлениях массы возникать падения
напряжения , которые накладываются на напряжения , действующие вдоль
отдельных контуров цепи и являются противофазными помехами . При
высоких частотах это даже не требует гальванического заземления , так как
Электромагнитная совместимость изделия наиболее эффективно достигается с учетом эксплуатационных и экономических условий путей планомерной и непрерывной работы на стадии проектирования изделия. Электромагнитная совместимость рассматривается наряду с другими параметрами как комплексная характеристика качества создаваемого изделия, и ее реализация прослеживается при изготовлении изделия системой контроля качества. Это означает по существу гарантию обеспечения собственной помехоустойчивости, т.е. по возможности исключение внутреннего электромагнитного воздействия в системе (рис. 1, а), а также обеспечение помехоустойчивости к внешнему воздействию (рис. 1, б) при обоснованных затратах и реализацию оправданных мер, направленных на то, чтобы влияние Е изделия на окружающую среду не выходило за пределы установленных норм.
Рис. 1. Внутренние (а) и внешние (б) взаимодействия.
Однако практически трудно определить зависимости КF (WF) и КЕ (WЕ), т.е. результирующую зависимость КG (WG).
Рис. 2. Зависимости стоимости затрат К от вероятности нарушений функционирования WF вследствие недостаточной электромагнитной совместимости.
Затраты на обеспечение совместимости для различных объектов составляют от 2 до 10 % стоимости разработки, и эти цифры могут быть приняты в качестве первого приближения представляющей интерес оптимальной стоимости КЕ,opt (рис. 2). Если правильно и своевременно учесть проблемы электромагнитной совместимости в процессе проектирования продукции, то возможно снизить дополнительные расходы на проектирование мер обеспечения электромагнитной совместимости от 1 % стоимости заказа.
32. Защитные элементы для линий передачи измерительной информации, сигналов регулирования и управления, передачи данных.
Элементы, ограничивающие перенапряжения в этой области, должны, с одной стороны, обладать способностью отводить сильные импульсные токи (до 10 кА), а с другой – быстро ограничивать перенапряжения, близкие по значениям к рабочим напряжениям. Эти требования удовлетворяются в многоступенчатых схемах. На рис. 3. приведена схема одного из таких устройств, состоящего из газонаполненного разрядника, металлооксидного варистора (грубая защита) и ограничительного стабилитрона (тонкая защита). При появлении импульса перенапряжения сначала срабатывает стабилитрон. Ток i1 вызывает падение напряжения на индуктивности L1 uL1=d i1/dt, что приводит к срабатыванию варистора. Под воздействием напряжения uL2=L2d i2/dt (разрядник пробивается. Таким образом приходящий импульс (10 кВ) со скоростью изменения напряжения 1 кВ/мкс ступенчато ограничивается до 35 В.
Рис. 3. Трехступенчатый ограничитель перенапряжений с газонаполненным разрядником, варистором (грубая защита) и стабилитроном (тонкая защита). Под графиками указано время срабатывания ступеней.
Аналогичные схемы разнообразных модификаций по системам передачи сигналов, напряжению и току являются обычными для линий передачи измерительной информации, сигналов регулирования и управления как связанных с заземлением, так и изолированных от земли. Конструктивно они встраиваются в корпусы приборов, в стандартные шины, клеммы или печатные платы для монтажа в стандартные устройства европейского формата (19 дюймов).
Устройства для защиты от перенапряжений линий передачи данных должны обеспечить защитные функции, не ухудшая свойства линии, т.е. они не должны вызывать в заданном частотном диапазоне недопустимого демпфирования. В таких устройствах исключается использование индуктивностей и варисторов из-за большой их собственной емкости.
Рис. 4. Блок защиты от перенапряжений для устройства V.24/RS 232 C: 1 – защитное заземление; 2 – вывод данных; 3 – ввод данных; 4 – рабочее заземление, система опорного потенциала.
На рис. 4. в качестве примера приведена схема адаптера для устройства V.24/RS 232 C. Он рассчитан на ток до 5 кА (импульс (8/20 мкс), срабатывает за время 100 пкс, ограничивает напряжение крутизной 1 кВ/мкс до 20 В и позволяет передавать информацию до 40 Кбайт/с.
Рис. 5. Блок защиты от перенапряжений для коаксиальных линий.
На рис. 5. показан другой пример – схема адаптера, ограничивающего перенапряжения в коаксиальной системе передачи данных с заземленным сигнальным токовым контуром. В ней ограничительный стабилитрон, выполняющий функцию тонкой защиты, включен в диагональ моста, образованного диодами с малыми собственными емкостями. При этом собственная емкость стабилитрона не учитывается. В таком защитном устройстве граничная частота может быть выше 100 МГц.
Существуют также защитные устройства для всех широко распространенных стандартных плат, конструктивно совмещенных со встроенными разъемами.
При использовании ограничителей перенапряжений в сигнальных цепях и токовых контурах управления необходимо стремиться ограничить переходные перенапряжения до безопасного значения, при котором остаточное напряжение не будет восприниматься как полезный сигнал, что вызывало бы непредвиденную реакцию системы. Чтобы предотвратить это, необходимо использовать дальнейшие средства обеспечения электромагнитной совместимости.
Экранирование.
Принцип действия: экранирование служит для ослабления электрических, магнитных и электромагнитных полей, а именно для того, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на элементы, блоки, приборы, кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и электронных промышленных средств и устройств помехи, обусловленные полями. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности Е0, Н0 воздействующего поля до значений Е1, Н1 за экраном (рис. 6).
Рис. 6. Экранирование токовых контуров от внешних электрических и магнитных полей: а – принципиальное расположение контуров 1, 2 и экрана S; б – граница между условиями ближнего (нижняя левая часть) и дальнего (верхняя правая часть) полей.
Физически экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, после которых накладывается на воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источника.
На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота поля, электропроводность и магнитная проницаемость материала экрана, конфигурация и размеры экрана.
Для уточнения этих общих положений будем исходить из того, что экранирование осуществляется частично поглощением энергии поля материалом экрана (коэффициент затухания аSA, обусловленный поглощением), а частично – отражением падающей волны (коэффициент затухания аSR, обусловленный отражением). Результирующий коэффициент затухания, дБ, можно определить как
или же , т.е. аS состоит из двух компонентов:
.
При этом не учитываются многократные отражения от стенок экрана и помещения.
Для установления существенных взаимосвязей между этими коэффициентами затухания и характеристиками магнитного поля, а также размерами экрана и свойствами его материала удобно воспользоваться понятием полных сопротивлений по аналогии с распространением волн в электрически длинной двухпроводной линии.
В зависимости от расстояния х приемника помехи от источника (рис. 6, а) и частоты f в ближней или дальней областях (рис. 6, б) для определения коэффициентов затухания аSA и аSR, дБ, пригодны следующие выражения:
для магнитного поля в ближней зоне коэффициент отражения
;
для электрического поля в этой зоне
;
для электрического поля в дальней зоне
,
а коэффициент поглощения как для ближней, так и дальней зон
,
где - относительная магнитная проницаемость материала, его электропроводность, отнесенная к электропроводности меди.
Зависимости аSA, аSR и аS от частоты для дальнейшей зоны и для ближней зоны представлены на рис. 7.
Рис. 7. Принципиальные зависимости коэффициентов затухания от частоты для электромагнитного поля в дальней зоне и для электрического в ближней зоне: 1 - аS= аSA+ аSR; 2 - аSA; 3 - аSR для электромагнитного поля в дальней зоне; 4 - аSR для электромагнитного поля в ближней зоне.
Эффективность экранирующих устройств ориентировочно может быть оценена следующим образом. Если аS не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10 * - ослабленное вторым барьером напряжение помехи; 1 – 3 – барьеры; 4 – производственный процесс; 5 – окружающая среда; 6 – устройство управления; 7 – электронный блок; 8 – логическое устройство; 9 – ошибка управления.
Рис. 11. Образование логических барьеров в цепях управления: а – принципиальная схема; б – схема обычного двухполюсного управления; в – схема управления разъединителем с двумя логическими барьерами; S1, S2 … - импульсы управления; F – функция; А – логическая селекция адресов; НТ – выключатель привода разъединителя.
По аналогии с использованием логических барьеров между источниками и приемниками помех на пути их распространения (рис. 10) предусматриваются логические барьеры внутри электронных схем в цепях их управления. При этом ставится цель исключения ошибочного функционирования (активных аварийных и опасных режимов) даже в том случае, если часть схемы из-за помех работает ошибочно. Основной принцип создания логических барьеров (рис. 11, а) состоит в применении в устройствах с обычным управлением двухполюсной настройки коммутационных приборов (рис. 11, б). При электронном управлении логически барьеры распределяют по контурам схемы с напряжением 5 В, промежуточным контурам с напряжением 24 В и цепям управления с напряжениями 60 или 220 В для того, чтобы как можно сильнее ослабить логическую зависимость барьеров между собой и исключить прозрачность нескольких логических барьеров при возникновении систематической помехи. Например, для электронных приборов, в которых предусмотрена только одна функция, предположим, защиты от ошибочных включений, достаточно простое и надежное решение состоит в блокировке цепи управления, если позволяют условия. Следовательно, в таких приборах к наиболее тяжелым последствиям может привести деблокировка. Ошибочное управление может возникнуть только тогда, когда одновременно производится управление и, кроме того, команда на управление, исходящая от оператора, ошибочна.
Логические барьеры предназначены для предотвращения угрозы, что в большинстве случаев означает ориентацию на блокировку (рис. 11, в).
Эффективность барьера гарантируется лишь тогда, когда имеется возможность ее проверки путем диагностики. Так как при испытаниях одного барьера, логическое состояние которого изменяется, может оказаться поврежденным второй барьер (иметь тривиальное повреждение), то оптимальным во многих случаях представляется выбор трех логических барьеров.
Целесообразный выбор переходов состояний.
Рис. 12. Внутренние состояния последовательной схемы и переходы состояний z под действием команд управления и электромагнитных помех: Вn – актуальное рабочее состояние; Вf – неактуальное состояние; Вl – блокировка; Fa – активное ошибочное состояние; Fp – пассивное ошибочное состояние; 1 – количество состояний последовательной схемы; 2 – выдача сигналов без контроля состояний; 3 – выдача сигналов с контролем состояний; 4 – команды управления; 5 – помеха; 6 – рабочее состояние; 7 – сигнал без помехи; 8 – активные ошибки функционирования; 9 – пассивные ошибки функционирования; 10 – ошибочные состояния; 11 – контроль ошибочных состояний.
Предполагая вероятности переходов одинаковыми, можно считать, что вероятность перехода Pf отличалась от единицы, рабочие состояния должны быть отделены от промежуточных ошибочных на определенную дистанцию Хемминга. Однако это стремление, малоэффективно, если при воздействии помехи ожидаются не случайные переходы, а упорядоченное поведение схемы. Оно имеет место, если предполагается предпочтительное логическое состояние, которое может вызвать режимы, характерные для схемы, например накопление, подсчет или смещение и т.п. (QA, QB, QC, QD в табл. 2).
Очередность смещений 4-битового регистра при Ust= - 6В.
Контроль состояний и распознавание ошибок.
Например, можно выбрать в качестве функции преимущественные состояния, равные BZ= B0. Тем самым можно раздельно ввести рабочие состояния на торы данных двойного регистра (рис. 14).
Далее рекомендуется в течение неактивной фазы последовательной схемы (рис. 15) ввести на входы данных легко распознаваемые ошибочные состояния. Устройство контроля может блокировать активные ошибочные состояния только спустя время цикла tZ. Времена циклов составляют десятки наносекунд в комбинаторных схемах и могут достигать сотен микросекунд в громоздких последовательно работающих схемах с контролем алгоритма. В течение рабочей фазы цикл контроля автоматически запускается и регулярно повторяется.
Установление допуска ошибок путем использования избыточности.
Избыточность обеспечивается многократным повторением функционирования (последовательная избыточность) и построением системы m из n (m
Читайте также: