Зонная концепция ограничения перенапряжений реферат
Обновлено: 07.07.2024
Эта концепция выделяет зоны с определенными электромагнитными условиями (рис. 11.1).
Зона 0 характеризуется оригинальными электромагнитными недемпфированными помехами. В зоне 1, окруженной электромагнитным экраном, помехи ослаблены. Экран / может, например, представлять собой каркас здания. В зоне 2, пространстве, ограниченном экраном 2, содержащем, например, чувствительное электронное оборудование, помехи еще больше ослаблены, а в зоне 3, например, внутри прибора, где находится особо чувствительная электроника, помехи ограничены до безопасных величин.
Видно что все металлические провода электропитания, пересекающие границы зон, должны быть снабжены элементами, снижающими помехи и перенапряжения.
Указанные меры направлены на то, чтобы ступенчато, от зоны к зоне внутри системы снизить помехи и перенапряжения.
Из рисунка видно, что экраны частично принимают на себя кондуктивные помехи, поступающие по проводам питания. Ясно, что внутренние источники помех в пределах экрана не устраняются (рис.И.2). Источники таких внутренних помех, например, в электротехнических устройствах, в которых имеют место коммутации реле, выключателей, тиристоров или аварийные режимы (отключение защитных выключателей или предохранителей) — создают полевые или кондуктивные помехи.
Две пространственно разделенные зоны 1 с помощью экранированного соединения могут образовать общую зону (рис.11.3).
Описанная зонная концепция может служить основой защиты систем и приборов от воздействий атмосферных разрядов и электромагнитных импульсов ядерных взрывов. Зоны и внешние связи, по которым могут поступать воздействия, показаны на рис. 11.4.
Принципиально зонная концепция ослабления помех, включая ограничение перенапряжений, позволяет защитить любые технические устройства. Это достигается тем, что строительные сооружения и их оснащение выполнены в соответствии с зонной концепцией. При этом следует отметить следующее:
— зонная концепция исходит из того, что первичная металлическая конструкция строительного сооружения используется или может быть использована в качестве экрана. Подобная экранная структура образуется, например, стальной арматурой крыши, стен, полов здания, а также металлическими деталями крыши, фасадов, стальными каркасами, решетками. Эта экранирующая структура образует электромагнитный экран с отверстиями (за счет окон, дверей, вентиляционных отверстий, шага сетки в арматуре, щелей в металлическом фасаде, отверстий для линий электроснабжения и т. п.). Такой экран с системообусловленными отверстиями будем в дальнейшем называть экраном с отверстиями;
— экранная структура расположена и должна работать непосредственно рядом с молниеприемниками, спусками, заземляющими проводами;
— в крупных технических сооружениях невозможно проконтролировать прокладку всех проводов, могут появиться в различных местах помещения неконтролируемые соединения между приборами и системами; поэтому первоначально созданная звездообразная или пространственная звездная система выравнивания потенциалов преобразуется в смешанную.
В сферу ответственности зонной концепции входят вопросы, связанные с техникой молниезащиты, то есть требования, связанные с растеканием тока молнии и с электромагнитным полем тока молнии, с выравниванием потенциалов, и, естественно, определением пространственных областей, в которых электромагнитные условия, обуславливающие кондуктивные и полевые помехи, не опасны для электронного оборудования. Зонная концепция должна интегрировать все сегодняшние достижения в области ЭМС и облегчать выполнение требований стандартов.
Первым требованием является то, что наряду с зоной 0, где возможны прямые удары молнии, и в которой существуют специфические электромагнитные поля, следует выделить зону 0/Е, в которой существует специфическое электромагнитное поле, но в пределах которой невозможны прямые удары.
Первичный защитный объем промышленного сооружения огра-
ничен зоной 0, причем между зонами 0 или 0/Е и 1 располагается более или менее сплошной экран.
В технике молниезащиты принято этот экран располагать полностью или частично между зонами 0 или 0/Е и /, между молниеп-риемником, спуском и проводом, идущим к заземлителю. В этом случае по электромагнитному экрану с отверстиями частично или полностью протекают импульсные токи, обусловленные молнией.
Зонная концепция ориентируется на предельные электромагнитные источники помех, а именно, на прямой удар молнии в за-щищаембе здание с электронным оборудованием и поэтому предусматривает всеобъемлющие мероприятия по защите от перенапряжений. Одновременно при выполнении требований по защите при ударе молнии обеспечивается защита от ядерного электромагнитного импульса.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Ограничение перенапряжений и фильтрация помех. Презентация на заданную тему содержит 55 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Пассивные помехоподавляющие устройства Фильтры Фильтрация – выделение спектральных составляющих полезного сигнала из зашумленного сигнала Ограничители перенапряжения Ограничение амплитуды импульсов перенапряжения в сигнале Экраны Снижение напряженности электромагнитного поля в определенной области пространства
Классификация электрических фильтров По работе с аналоговым сигналом или его цифровым представлением - аналоговые и цифровые фильтры По элементной базе - активные и пассивные фильтры По виду амплитудно-частотной характеристики – ФНЧ, ФВЧ, ПФ, РФ По конфигурации схемы Г-, Т- и П - образные
Амплитудно-частотная характеристика фильтра (АЧХ) – зависимость коэффициента передачи фильтра от частоты. Амплитудно-частотная характеристика фильтра (АЧХ) – зависимость коэффициента передачи фильтра от частоты. Полоса пропускания фильтра – область частот, при которых Кп (дБ) = 0 (U2=U1, сигнал таких частот не ослабляется) Полоса подавления – область частот, в которых Кп (дБ) → -∞ (U2 → 0, сигнал таких частот подавляется) Частота среза - частота, лежащая на границе полосы пропускания, определенная при коэффициенте передачи -3 дБ Крутизна среза – скорость спада АЧХ в полосе подавления (дБ/октаву, дБ/декаду) Порядок фильтра – параметр, характеризующий крутизну среза. Фильтр первого порядка имеет крутизну среза 6 dB/октава (20 dB на декаду), второго порядка - 12 dB/октава, третьего – 18 dB/октава и т.д.
ГОСТ 32144-2013 (ГОСТ 13109-97) НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд; амплитуда импульса - максимальное мгновенное значение импульса напряжения; - длительность импульса - интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня;
Грозовые микросекундные импульсные перенапряжения возникают: при непосредственном ударе молнии в наружную цепь при косвенном ударе молнии (образующееся при этом электромагнитное поле индуцирует напряжение в проводниках цепей) при ударе молнии в грунт создается разность потенциалов в системе заземления
ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ СИЛОВЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ Устройство для защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП): Устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока. Это устройство содержит, по крайней мере, один нелинейный элемент.
Элементы УЗИП Разрядник представляет собой устройство из двух токопроводящих пластин с калиброванным зазором. При существенном повышении напряжения между пластинами возникает дуговой разряд, обеспечивающий снижение напряжения высоковольтного импульса. Варистор - резистивный элемент с резко выраженной нелинейной ВАХ. Обладают сильной зависимостью сопротивления от приложенного напряжения. Изготавливаются преимущественно из оксида цинка (ZnO). Полупроводниковые ограничители (помехоподавляющие диоды, стабилитроны). При превышении рабочего напряжения происходит обратимый лавинный пробой диода, в результате чего он переходит в состояние с низким динамическим сопротивлением.
Комбинированные устройства ограничения перенапряжений Сочетают в себе достоинства отдельных элементов
Группа А Ограничители этой группы предназначены для защиты устройств и сетей низкого напряжения от перенапряжений, возникающих вследствие попадания разрядов в объекты, находящиеся рядом с воздушными линиями электропередачи или прямо в линию на большом расстоянии от места установки этих ограничителей. Группа А Ограничители этой группы предназначены для защиты устройств и сетей низкого напряжения от перенапряжений, возникающих вследствие попадания разрядов в объекты, находящиеся рядом с воздушными линиями электропередачи или прямо в линию на большом расстоянии от места установки этих ограничителей. Группа В (Класс I в России). Ограничители группы В - это первая ступень защиты внутри объекта. Главная их задача -ограничение перенапряжений до уровня 4 кВ. Группа С (Класс II в России). Главной задачей ограничителей группы С (вторая ступень защиты) является уменьшение перенапряжения, пропущенного через ограничители группы В и значение которого все еще велико для защищаемых устройств. Допускаемый уровень перенапряжения не более 2,5 кВ. Группа D (Класс III в России). Ограничители группы D предназначены для точной защиты потребителей, особенно чувствительных к коротким перенапряжениям и устойчивость изоляции которых не превышает 1,5 кВ.
Вопросы к зачету Пассивные фильтры. Их классификация и основные характеристики. Схемы помехоподавляющих фильтров низкой частоты. Сетевые помехоподавляющие фильтры. Ограничение перенапряжений. Элементы УЗИП и их характеристики. Зонная концепция ограничения перенапряжений. Классы УЗИП и категории электропроводки.
В настоящее время обеспечение электромагнитной безопасности производственных воздействий и воздействия на население осуществляется внедрением санитарно-эпидемиологичеких нормативов, исполнение требований которых является обязательным для всех организаций вне зависимости от форм собственности. Согласно СанПиН № 2971-84 и СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения № 1 к СанПиН 2.1.2.2645-10, предельно допустимые уровни (ПДУ) напряжённости Е электрического поля (ЭП) для населения составляют: В настоящее время обеспечение электромагнитной безопасности производственных воздействий и воздействия на население осуществляется внедрением санитарно-эпидемиологичеких нормативов, исполнение требований которых является обязательным для всех организаций вне зависимости от форм собственности. Согласно СанПиН № 2971-84 и СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения № 1 к СанПиН 2.1.2.2645-10, предельно допустимые уровни (ПДУ) напряжённости Е электрического поля (ЭП) для населения составляют:
внутри жилых зданий – 0,5 кВ/м, на территории зоны жилой застройки – 1 кВ/м, в населённой местности – 5 кВ/м, в ненаселённой местности – 15 кВ/м и в труднодоступной местности – 20 кВ/м. внутри жилых зданий – 0,5 кВ/м, на территории зоны жилой застройки – 1 кВ/м, в населённой местности – 5 кВ/м, в ненаселённой местности – 15 кВ/м и в труднодоступной местности – 20 кВ/м. Согласно ГОСТ 12.1.051-90 ССБТ, устанавливается охранная зона вдоль ВЛ на расстоянии в зависимости от напряжения: до 20 кВ включительно – 10 м, свыше 20 до 35 кВ включительно – 15 м, свыше 35 до 110 кВ включительно – 20 м, свыше 110 до 220 кВ включительно – 25 м, свыше 220 до 500 кВ включительно – 30 м, свыше 500 до 750 кВ включительно – 40 м и свыше 750 до 1150 кВ включительно – 55 м.
А по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, устанавливаются санитарно-защитной зоны (санитарного разрыва) ширина которых составляет: А по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, устанавливаются санитарно-защитной зоны (санитарного разрыва) ширина которых составляет: 20 м – для ВЛ напряжением 330 кВ, 30 м – для ВЛ напряжением 500 кВ, 40 м – для ВЛ напряжением 750 кВ, 55 м – для ВЛ напряжением 1150 кВ.
В России с 2007 г. введена в действие регламентация внепроизводственных воздействий МП 50 Гц для населения по ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07, согласно которым временный ПДУ внутри жилых помещений жилых (и приравненных к ним) зданий составляет 5 мкТл (4 А/м), для нежилых помещений тех же зданий и территории жилой застройки предложен ПДУ 10 мкТл (8 А/м), а для населенной местности вне зоны жилой застройки – 20 мкТл (16 А/м), а для ненаселенной и труднодоступной местности – 100 мкТл (80 А/м). В России с 2007 г. введена в действие регламентация внепроизводственных воздействий МП 50 Гц для населения по ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07, согласно которым временный ПДУ внутри жилых помещений жилых (и приравненных к ним) зданий составляет 5 мкТл (4 А/м), для нежилых помещений тех же зданий и территории жилой застройки предложен ПДУ 10 мкТл (8 А/м), а для населенной местности вне зоны жилой застройки – 20 мкТл (16 А/м), а для ненаселенной и труднодоступной местности – 100 мкТл (80 А/м).
Опасные влияния токов и напряжений промышленной частоты на биологические объекты Под опасным будем понимать такое влияние, при котором напряжения и токи, возникающие в заземляющих устройствах электрических сетей высокого напряжения, а также индуктированные напряжения в цепях линий связи (ЛС), транспортных устройствах или других элементах могут создавать опасность для здоровья и жизни обслуживающего персонала, населения и абонентов ЛС; вызывать повреждения аппаратуры и приборов или ложные срабатывания железнодорожной сигнализации.
Со всем этим приходится считаться прежде всего в наиболее неблагоприятных аварийных или нормальных режимах работы сети высокого напряжения При несимметричных коротких замыканиях в сети с глухим заземлением нейтрали возникают большие токи в земле и сильные магнитные поля. Они могут вызвать опасные магнитные влияния. Возникает опасная ЭДС взаимоиндукции в находящихся вблизи воздушных и кабельных линиях связи, в цепях железнодорожной сигнализации и блокировки. В таких случаях необходимо применять специальные меры для их защиты. Со всем этим приходится считаться прежде всего в наиболее неблагоприятных аварийных или нормальных режимах работы сети высокого напряжения При несимметричных коротких замыканиях в сети с глухим заземлением нейтрали возникают большие токи в земле и сильные магнитные поля. Они могут вызвать опасные магнитные влияния. Возникает опасная ЭДС взаимоиндукции в находящихся вблизи воздушных и кабельных линиях связи, в цепях железнодорожной сигнализации и блокировки. В таких случаях необходимо применять специальные меры для их защиты.
В сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю одной фазы на остальных двух фазах напряжения повышаются до линейных. Высокие напряженности электрического поля вблизи ВЛ могут обусловить опасные электрические влияния на воздушные линии связи, находящиеся вблизи от ВЛ. В сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю одной фазы на остальных двух фазах напряжения повышаются до линейных. Высокие напряженности электрического поля вблизи ВЛ могут обусловить опасные электрические влияния на воздушные линии связи, находящиеся вблизи от ВЛ. Под проводами линий СВН и УВН имеет место повышенная напряженность электрического поля Е даже в нормальном режиме работы. При Е ≥ 20 кВ/м прикосновение человека к крупногабаритному транспортному агрегату может оказаться опасным. Через человека будет протекать значительная часть емкостного тока с проводов ВЛ.
Предлагаем вашему вниманию вторую статью в серии публикаций об устройствах защиты от импульсных перенапряжений. Сегодня пойдет речь о:
- Зонной концепции молниезащиты.
- Требованиях к УЗИП.
- Классификации УЗИП.
- Принципе выбора параметров УЗИП.
Если вы еще не читали первую часть, то переходите по этой ссылке .
Зонная концепция молниезащиты
Зонная концепция молниезащиты является оптимальным решением с точки зрения единства подходов к обеспечению надежной молниезащиты различных объектов. Общий принцип защиты основывается на создании внутри исследуемого объекта зон, которые отличаются степенью подверженности устройств воздействию:
- напряжений и импульсных токов, возникающих в электроэнергетической сети низкого напряжения;
- напряжений и импульсных токов, возникающих в системах передачи сигналов;
- импульсного электромагнитного поля (непосредственное воздействие на оборудование и кабельные коммуникации).
В объекте, разделенном на зоны, при переходе из одной зоны в другую происходит ограничение пиковых величин перенапряжений, возникающих в системах низкого напряжения, и импульсов электромагнитного поля до уровней, допустимых в конкретной зоне. В принятых обозначениях зоны с наибольшим риском обозначены как зоны 0A и 0B. Последующие зоны обозначаются номерами 1, 2, . . Чем выше номер зоны, тем ниже значения допустимых уровней импульсных перенапряжений и помех.
Концепция зонирования применима к любому объекту, который рассматривается с точки зрения выполнения молниезащиты (подробнее можете узнать из СО-153-34.21.122-2003 — который вы можете скачать вот здесь а остальные документы по этой теме, упомянутые в предыдущей части статьи — вот здесь ).
- Зона 0А: Зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться воздействию прямого удара молнии (иметь непосредственный контакт с каналом молнии) и возникающего при этом электромагнитного поля.
- Зона 0В: Зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии (ПУМ), так как находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты. Однако в данной зоне имеется воздействие неослабленного электромагнитного поля.
- Последующие зоны (Зона 2, и т.д.). Количество зон может быть любым. Теоретически, каждое помещение в здании может рассматриваться с точки зрения отдельной зоны молниезащиты. На границе каждой зоны должна быть сделана система уравнивания потенциалов и ограничено перенапряжение с помощью устройств защиты.
Если требуется дальнейшее ограничение импульсного перенапряжения или электромагнитного поля в местах размещения чувствительного оборудования, то необходимо предусмотреть последующие зоны защиты. Допустимые значения воздействующих параметров для последующих зон определяются требованиями по ограничению внешних воздействий, влияющих на защищаемую систему.
Существует общее правило, по которому с увеличением номера защитной зоны уменьшается влияние электромагнитного поля и импульсов тока. На границах раздела отдельных зон необходимо обеспечить присоединение к системе уравнивания потенциалов всех металлических элементов конструкции, экранных оболочек, кабельных лотков и т.п.
Разделение объекта на условные зоны позволяет на практике эффективно решать вопросы защиты сетей электропитания до 1000 В, линий связи, передачи данных, компьютерных сетей и других коммуникаций, входящих в объект, с помощью применения устройств защиты от импульсных перенапряжений.
Требования к УЗИП
Основное требование к УЗИП – ограничение напряжения на входе защищаемого аппарата или в электрической цепи до безопасного уровня с нужным быстродействием (соизмеримым со скоростью нарастания грозового импульса перенапряжения, т.е. не ниже 100 нс).
Другие требования к устройствам защиты формулируются следующим образом:
- восстановление электрической цепи после затухания перенапряжения, в т.ч. при наличии сопровождающего тока;
- достаточные ресурс и надежность (наибольшей надежностью обладают УЗИП на основе искровых разрядников).
Классификация УЗИП
По принципу действия УЗИП делятся на коммутирующие, ограничивающие и комбинированные . Все устройства имеют высокое полное сопротивление при отсутствии импульсных воздействий и быстро снижают его при нарастании импульса напряжения, отводя часть полного тока молнии в землю.
- УЗИП коммутирующего типа эффективно срезают перенапряжение, обеспечивая гальваническую развязку (рис. 2). Примерами таких устройств являются искровые разрядники, газоразрядные трубки, тиристоры. При воздействии напряжения ниже уровня срабатывания через такой УЗИП не протекает ток утечки.
- УЗИП ограничивающего типа эффективно ограничивают напряжение (рис. 3). Примерами компонентов, используемых в качестве нелинейных устройств, являются варисторы и диоды . При отсутствии перенапряжений через такой УЗИП протекает малый ток утечки.
- УЗИП комбинированного типа содержит элементы как коммутирующего типа, так и ограничивающего напряжение типа, которые могут коммутировать и ограничивать напряжение или могут выполнять обе функции в зависимости от приложенного напряжения (рис. 4).
- УЗИП I класса предназначены для защиты от последствий прямых ударов молнии в систему молниезащиты объекта. Соответственно, устанавливаются там, где возможен прямой удар молнии в сеть (зона 0А) или там, где объекты находятся в непосредственной близости от молниеотвода (зона 0В). Нормируются пиковым значением импульсного тока Ipeak, зарядом Q и удельной энергией W/R. Как возможные эквивалентные импульсы для испытаний рекомендуются: импульсный ток Iimp с формой волны 10/350 мкс, номинальный разрядный ток In с формой волны 8/20 мкс и импульс напряжения с формой волны 1,2/50 мкс. Другими словами, УЗИП I класса может выдерживать длительное протекание большого по амплитуде импульса тока молнии.
- УЗИП класса II предназначены для защиты сети электроснабжения объекта от индуктированных или коммутационных помех или как 2-я ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в распределительных щитах ( зона 1 ). Нормируются и испытываются номинальным разрядным током In, максимальным разрядным током Imax с формой волны 8/20 мкс и импульсом напряжения с формой волны 1,2/50 мкс;
- УЗИП класса III предназначены для защиты потребителей от остаточных перенапряжений после срабатывания УЗИП первой и второй ступеней защиты, от наводок во внутренней информационно-распределительной сети объекта. Устанавливаются непосредственно возле портов аппаратуры (зоны 2 и выше). Нормируются и испытываются комбинированной волной напряжения 1,2/50 мкс и тока ISC с типичной формой волны 8/20 мкс.
На рис. 5 показана форма волны импульсного тока молнии 10/350 мкс, моделирующая прямой удар молнии в защищаемую сеть (или в непосредственной близости от нее) при испытаниях УЗИП класса I. Для испытаний УЗИП класса II, защищающего удаленную от источника перенапряжений сеть, нормируется импульс тока молнии с формой волны 8/20 мкс.
Принципы выбора параметров УЗИП
При выборе УЗИП с любыми рабочими элементами (варисторами, искровыми разрядниками, диодами) должны учитываться:
Принцип защиты цепей электропитания опирается на установку УЗИП в соответствии с зонной концепцией, при этом при выборе класса УЗИП принципиальное значение имеет достоверная оценка его токовой нагрузки.
Система защиты контрольно-измерительных линий базируется на типе защищаемого сигнала.
Выбор УЗИП начинается с определения параметров электрической сети, для которой он предназначен. Низковольтная сеть 380/220 В по номинальному выдерживаемому напряжению подразделяется на 4 категории (с I по IV) с нормированными значениями: 1,5; 2,5; 4,0 и 6,0 кВ соответственно. Классам УЗИП, соответственно, отвечают уровни защиты:
Уровень защиты выбранного УЗИП не должен превышать выдерживаемое напряжение электрической сети.
Кроме того, УЗИП характеризуется следующими параметрами:
Uc – максимальное длительное рабочее напряжение (действующее напряжение сети, при котором УЗИП длительно сохраняет работоспособность);
Iimp – амплитуда импульсного тока 10/350 мкс, который УЗИП пропускает без повреждения хотя бы один раз (для УЗИП I класса);
Imax – амплитуда импульса 8/20 мкс, который УЗИП пропускает без повреждения хотя бы один раз (для УЗИП II класса);
In – номинальный разрядный ток – амплитуда импульса тока 8/20 мкс, протекающего через УЗИП; этот ток УЗИП выдерживает многократно, при этом токе определяется уровень защиты УЗИП на базе варисторов;
Up – уровень напряжения защиты – характеризует УЗИП в части ограничения напряжения на его выводах при протекании через него тока In;
Фильтры
Фильтрация – выделение спектральных составляющих
полезного сигнала из зашумленного сигнала
Ограничители перенапряжения
Ограничение амплитуды импульсов перенапряжения в
сигнале
Экраны
Снижение напряженности электромагнитного поля в
определенной области пространства
3
5. Фильтрация помех Предполагает отличие спектров полезного сигнала и помехи
6. Классификация электрических фильтров
• По работе с аналоговым сигналом или его цифровым
представлением - аналоговые и цифровые фильтры
• По элементной базе - активные и пассивные
фильтры
• По виду амплитудно-частотной характеристики –
ФНЧ, ФВЧ, ПФ, РФ
• По конфигурации схемы Г-, Т- и П - образные
6
7. Определение коэффициента затухания фильтра
Zi – сопротивление источника сигнала
Zн – сопротивление нагрузки
Вносимое затухание фильтра - отношения напряжения на
нагрузке без фильтра и с фильтром U1/U2
7
Эффективность фильтрации характеризуется коэффициентом
затухания – логарифмом отношения напряжения на нагрузке без
фильтра и с фильтром.
Коэффициент затухания, определенный в децибелах:
ae (дБ) = 20 lg (U1/U2)
Коэффициент передачи фильтра - отношения напряжения на
нагрузке с фильтром и к напряжению без фильтра U2/U1
Кп (дБ) = 20 lg (U2/U1)
8
ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЛЬТРА
Амплитудно-частотная характеристика фильтра (АЧХ) – зависимость
коэффициента передачи фильтра от частоты.
Полоса пропускания фильтра – область частот, при которых
Кп (дБ) = 0 (U2=U1, сигнал таких частот не ослабляется)
Полоса подавления – область частот, в которых
Кп (дБ) → -∞ (U2 → 0, сигнал таких частот подавляется)
Частота среза - частота, лежащая на границе полосы пропускания,
определенная при коэффициенте передачи -3 дБ
Крутизна среза – скорость спада АЧХ в полосе подавления (дБ/октаву,
дБ/декаду)
Порядок фильтра – параметр, характеризующий крутизну среза. Фильтр
первого порядка имеет крутизну среза 6 dB/октава (20 dB на декаду),
второго порядка - 12 dB/октава, третьего – 18 dB/октава и т.д.
9
10. АЧХ фильтров низкой и высокой частоты
11. АЧХ полосового и режекторного фильтров
12. Зависимость между порядком фильтра и крутизной среза (АЧХ ФНЧ 1-5-го порядков)
Схемы помехоподавляющих фильтров низкой частоты
и оценка вносимого затухания
Емкостной фильтр
Эффективен при больших Zi и Zн
Индуктивный фильтр
Эффективен при малых Zi и Zн
13
Схемы помехоподавляющих фильтров низкой частоты
и оценка вносимого затухания
Г – образный CL - фильтр
Эффективен при большом Zi и малом Zн
Г – образный LС - фильтр
Эффективен при малом Zi и большом Zн
14
Схемы помехоподавляющих фильтров низкой частоты
и оценка вносимого затухания
Т – образный LC - фильтр
Эффективен при малых Zi и Zн
П – образный CL - фильтр
Эффективен при больших Zi и Zн
15
16. Сетевые помехоподавляющие фильтры
Сх
Сy
Сy
Назначение элементов фильтра:
Конденсатор Сх - для демпфирования симметричной помехи
Резистор R для разрядки конденсатора Сх после снятия напряжения
Конденсаторы Су – для подавления синфазных помех
Синфазный дроссель L – для подавления синфазных помех
16
17. Принцип работы синфазного дросселя
Противофазный сигнал –
индуктивность мала
компенсация магнитного
потока, создаваемого
рабочим током
Синфазный сигнал –
индуктивность максимальна
17
18. Сетевые помехоподавляющие фильтры
19. Монтаж помехозащитных устройств
20. Паразитные характеристики элементов
Ср – паразитная емкость катушки (межвитковая, конструктивная и т.п.)
Lр – паразитная индуктивность конденсатора (индуктивность обкладок,
выводов конденсатора и т.п.)
20
22. ГОСТ 32144-2013 (ГОСТ 13109-97) НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
- импульс напряжения - резкое изменение напряжения
в точке электрической сети, за которым следует
восстановление напряжения до первоначального или
близкого к нему уровня за промежуток времени до
нескольких миллисекунд;
- амплитуда импульса - максимальное мгновенное
значение импульса напряжения;
- длительность импульса - интервал времени между
начальным моментом импульса напряжения и
моментом восстановления мгновенного значения
напряжения до первоначального или близкого к нему
уровня;
22
24. Грозовые микросекундные импульсные перенапряжения возникают:
• при непосредственном ударе молнии в наружную цепь
• при косвенном ударе молнии (образующееся при этом
электромагнитное поле индуцирует напряжение в проводниках
цепей)
• при ударе молнии в грунт создается разность потенциалов в
системе заземления
Коммутационные импульсы перенапряжения
появляются в результате:
• переключений в мощных системах энергоснабжения
• переключений в системах электроснабжения в непосредственной
близости от электроустановок зданий
• резонансных колебаний напряжения в электрических сетях при
работе тиристорных и симисторных устройств
• повреждений в системах, например, при коротких замыканиях на
землю
24
25. ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98) УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ СИЛОВЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Устройство для защиты от импульсных
перенапряжений (УЗИП): Устройство, которое
предназначено для ограничения переходных
перенапряжений и отвода импульсов тока. Это
устройство содержит, по крайней мере, один
нелинейный элемент.
25
26. Элементы УЗИП
• Разрядник представляет собой устройство из двух
токопроводящих пластин с калиброванным зазором. При
существенном повышении напряжения между пластинами
возникает дуговой разряд, обеспечивающий снижение
напряжения высоковольтного импульса.
• Варистор - резистивный элемент с резко выраженной
нелинейной ВАХ. Обладают сильной зависимостью
сопротивления от приложенного напряжения.
Изготавливаются преимущественно из оксида цинка (ZnO).
• Полупроводниковые ограничители
(помехоподавляющие диоды, стабилитроны). При
превышении рабочего напряжения происходит обратимый
лавинный пробой диода, в результате чего он переходит в
состояние с низким динамическим сопротивлением.
26
27. Ограничение перенапряжений при помощи нелинейного сопротивления
Основные характеристики ограничителей напряжения
Диапазон значений для различных ограничителей
Разрядники
Варисторы
Полупроводниковые
ограничители
Рабочие
напряжения, В
102 … 4 104
101 … 5 103
3…600
Импульсные токи,
А
102 … 2 105
102 … 105
101 … 103
Время
срабатывания, с
10-6 … 10-5
10-9 … 10-8
10-11 … 10-9
2 … 30
200 … 20000
10 … 10000
Характеристики
Межэлектродные
емкости, пФ
28
29. Разрядники
Достоинства разрядников – малая межэлектродная емкость,
способность пропускать большие импульсные токи.
Недостатки разрядников – запаздывание срабатывания при большой
крутизне фронта импульса перенапряжения (отличие динамического
напряжения пробоя от статического). Возможность горения дуги после
срабатывания если напряжении сети больше напряжения горения дуги.
tзап
Реакция разрядника
на импульсное напряжение
Малогабаритные разрядники
фирмы EPCOS
29
30. Разрядник с устройством, облегчающим зажигание
31. . Разрядник для выравнивания потенциалов в сети электроснабжения
32. Характеристика зажигания газонаполненного разрядника
33. Варисторы
Достоинства варисторов – отсутствие времени запаздывания при
срабатывании.
Недостатки варисторов – значительная внутренняя емкость (десятки
нФ).
Вольт –амперная характеристика в
рабочей области приближенно
описывается выражением:
I = K U .
Коэффициент К зависит от размеров
(диаметра и толщины диска), а показатель
степени ( 25) зависит материала
варистора.
Энергия, поглощаемая варистором:
W i (t )u (t )dt
0
33
34. Микроструктура оксиодно-цинкового варистора
35. Полупроводниковые ограничители
Достоинства полупроводниковых ограничителей – отсутствие времени
запаздывания при срабатывании, сравнительно малая емкость.
Недостатки полупроводниковых ограничителей – ограниченный
диапазон рабочих напряжений и токов.
Вольтамперная характеристика стабилитрона
35
36. Комбинированные устройства ограничения перенапряжений
Сочетают в себе достоинства отдельных элементов
Ступенчатый фильтр разрядник –
варистор. Достоинства – большая
поглощаемая энергия, малое
остающееся напряжение на выходе
фильтра.
Последовательное включение разрядника и
варистора с целью исключения горения дуги
в разряднике после его срабатывания.
36
37. Комбинированные устройства ограничения перенапряжений
Схема сетевого фильтра APC E25-GR
Предназначен для защиты цепей электропитания компьютеров, периферии и
другой электронной аппаратуры от:
- импульсных перенапряжений и выбросов тока, возникающих в результате
коммутации и работы промышленного оборудования
- высокочастотных помех, распространяющихся по сетям электропитания
- импульсных перенапряжений, возникающих в результате грозовых разрядов
37
38. Зонная концепция защиты приемников электроэнергии от перенапряжений
Эта концепция предусматривает
одноступенчатую защиту вне помещений и
трехступенчатую схему включения защитных
устройств внутри помещения.
38
39. Экранирование и заземление в зонах комплексного устройства
40. Кондуктивные помехи в проводнике, находящемся в зонах 0А, 0В, 1
41. Использование арматуры здания, проводников уравнивания потенциала и заземлителя для создания экрана
КЛАССИФИКАЦИЯ УЗИП В СООТВЕТСТВИИ С ЗОННОЙ КОНЦЕПЦИЕЙ
• Группа А Ограничители этой группы предназначены для защиты
устройств и сетей низкого напряжения от перенапряжений,
возникающих вследствие попадания разрядов в объекты,
находящиеся рядом с воздушными линиями электропередачи или
прямо в линию на большом расстоянии от места установки этих
ограничителей.
• Группа В (Класс I в России). Ограничители группы В - это первая
ступень защиты внутри объекта. Главная их задача -ограничение
перенапряжений до уровня 4 кВ.
• Группа С (Класс II в России). Главной задачей ограничителей
группы С (вторая ступень защиты) является уменьшение
перенапряжения, пропущенного через ограничители группы В и
значение которого все еще велико для защищаемых устройств.
Допускаемый уровень перенапряжения не более 2,5 кВ.
• Группа D (Класс III в России). Ограничители группы D
предназначены для точной защиты потребителей, особенно
чувствительных к коротким перенапряжениям и устойчивость
изоляции которых не превышает 1,5 кВ.
43
Деление электропроводки на категории по перенапряжению
Категория IV - относится к устройствам, находящимся в первой части
электропроводки: линии питания главных щитов, для которых импульсная
устойчивость изоляции должна быть не менее 6кВ (ввиду прямого риска
атмосферного перенапряжения или других видов перенапряжений).
Категория III - относится к устройствам и частям электропроводки (например,
соединениям), подвергаемым опасности: атмосферных перенапряжений,
сниженных ограничителями перенапряжения (типа А), установленными в
первой части электропроводки; Защищаемые потребители энергии ETITEC D
- перенапряжений от включения и выключения электрических устройств
большой мощности.
Категория II - относится к устройствам, запитанным из распределительных
щитов, подвергнутых риску атмосферных перенапряжений, сниженных
ограничителями типа В.
Категория I - относится к таким частям электропроводки, в которых уровень
перенапряжений определен ограничителями типа С.
46
47. Вопросы к зачету
1.
Пассивные фильтры. Их классификация и основные
характеристики.
2.
Схемы помехоподавляющих фильтров низкой
частоты. Сетевые помехоподавляющие фильтры.
3.
Ограничение перенапряжений. Элементы УЗИП и
их характеристики.
4.
Зонная концепция ограничения перенапряжений.
Классы УЗИП и категории электропроводки.
47
• В настоящее время обеспечение
электромагнитной безопасности
производственных воздействий и воздействия
на население осуществляется внедрением
санитарно-эпидемиологичеких нормативов,
исполнение требований которых является
обязательным для всех организаций вне
зависимости от форм собственности. Согласно
СанПиН № 2971-84 и СанПиН 2.1.2.2801-10
«Изменения и дополнения № 1 к СанПиН
2.1.2.2645-10, предельно допустимые уровни
(ПДУ) напряжённости Е электрического поля
(ЭП) для населения составляют:
49
• внутри жилых зданий – 0,5 кВ/м, на территории
зоны жилой застройки – 1 кВ/м, в населённой
местности – 5 кВ/м, в ненаселённой местности
– 15 кВ/м и в труднодоступной местности – 20
кВ/м.
• Согласно ГОСТ 12.1.051-90 ССБТ,
устанавливается охранная зона вдоль ВЛ на
расстоянии в зависимости от напряжения: до
20 кВ включительно – 10 м, свыше 20 до 35 кВ
включительно – 15 м, свыше 35 до 110 кВ
включительно – 20 м, свыше 110 до 220 кВ
включительно – 25 м, свыше 220 до 500 кВ
включительно – 30 м, свыше 500 до 750 кВ
включительно – 40 м и свыше 750 до 1150 кВ
50
включительно – 55 м.
• А по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03,
устанавливаются санитарно-защитной
зоны (санитарного разрыва) ширина
которых составляет:
20 м – для ВЛ напряжением 330 кВ,
30 м – для ВЛ напряжением 500 кВ,
40 м – для ВЛ напряжением 750 кВ,
55 м – для ВЛ напряжением 1150 кВ.
51
• В России с 2007 г. введена в действие
регламентация внепроизводственных
воздействий МП 50 Гц для населения по ГН
2.1.8/2.2.4.2262-07, согласно которым
временный ПДУ внутри жилых помещений
жилых (и приравненных к ним) зданий
составляет 5 мкТл (4 А/м), для нежилых
помещений тех же зданий и территории жилой
застройки предложен ПДУ 10 мкТл (8 А/м), а
для населенной местности вне зоны жилой
застройки – 20 мкТл (16 А/м), а для
ненаселенной и труднодоступной местности –
100 мкТл (80 А/м).
52
53. Опасные влияния токов и напряжений промышленной частоты на биологические объекты
• Под опасным будем понимать такое влияние, при
котором напряжения и токи, возникающие в
заземляющих устройствах электрических сетей
высокого напряжения, а также индуктированные
напряжения в цепях линий связи (ЛС), транспортных
устройствах или других элементах могут создавать
опасность для здоровья и жизни обслуживающего
персонала, населения и абонентов ЛС; вызывать
повреждения аппаратуры и приборов или
ложные срабатывания железнодорожной
сигнализации.
53
• Со всем этим приходится считаться прежде всего в
наиболее неблагоприятных аварийных или
нормальных режимах работы сети высокого
напряжения При несимметричных коротких
замыканиях в сети с глухим заземлением нейтрали
возникают большие токи в земле и сильные
магнитные поля. Они могут вызвать опасные
магнитные влияния. Возникает опасная ЭДС
взаимоиндукции в находящихся вблизи воздушных и
кабельных линиях связи, в цепях железнодорожной
сигнализации и блокировки. В таких случаях
необходимо применять специальные меры для их
защиты.
54
• В сети с изолированной нейтралью при замыкании на
землю одной фазы на остальных двух фазах
напряжения повышаются до линейных. Высокие
напряженности электрического поля вблизи ВЛ могут
обусловить опасные электрические влияния на
воздушные линии связи, находящиеся вблизи от ВЛ.
Под проводами линий СВН и УВН имеет место
повышенная напряженность электрического поля Е
даже в нормальном режиме работы. При Е ≥ 20 кВ/м
прикосновение человека к крупногабаритному
транспортному агрегату может оказаться опасным.
Через человека будет протекать значительная часть
емкостного тока с проводов ВЛ.
55
Читайте также: