Электромагнитная совместимость технических средств, используемых на промышленных предприятиях

Авторы: М.С. Иванов, В.В. Панферов
Источник:

Проблема электромагнитных помех появилась вместе с появлением электронных средств. С течением времени количество электронных средств неуклонно растет и к ним предъявляются все более жесткие требования по электромагнитной совместимости (ЭМС). Именно поэтому ведется разработка новых методов и средств борьбы с помехами. Надежность и бесперебойность работы технических средств (ТС) на промышленных предприятиях в настоящее время в значительной степени определяется способностью обеспечивать их электромагнитную совместимость.

Количество и качество параметров ЭМС ТС определяется путем проверок, измерений и испытаний на ЭМС. В последние годы в России вводятся в действие новые отечественные стандарты и методы испытаний (свыше 50 стандартов), гармонизированные с международными и европейскими стандартами, регламентирующими объем современных требований к техническим средствам по обеспечению электромагнитной совместимости.

К сожалению, в настоящее время не существует четкого перечня параметров, влияющих на электромагнитную совместимость (ЭМС) технических средств, по которому можно было бы характеризовать электромагнитную обстановку на предприятии.

Из всего многообразия факторов или параметров, влияющих на ЭМС технических средств можно выделить основные и наиболее значимые:

• устойчивость к колебаниям напряжения (ГОСТ Р 51317.4.14-2000);
• устойчивость к электростатическим помехам (ГОСТ Р 513.17.4.2-99);
• устойчивость к излучаемым электромагнитным и радиочастотным помехам (ГОСТ Р 51317.4.3-99 [2]; ГОСТ Р 51317.4.1-2000 — стандарт применяется при установлении требований к электротехническим, электронным и радиоэлектронным изделиям, оборудованию и системам по устойчивости к электромагнитным помехам и соответствующих видов испытаний применительно к условиям электромагнитной обстановки при эксплуатации технических средств;
• устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями (ГОСТ Р 51317. 4.6-99 [4]);
• устойчивость к радиопомехам от электрического, светового и аналогичного оборудования (ГОСТ Р 51318.15-99);
• уровень электромагнитных помех (электромагнитная обстановка) (ГОСТ Р 51317.2.2-2000; ГОСТ Р 51317.2.5-2000);
• гармоники тока и фликер;
• уровень «загрязнения» электрической сети предприятия гармониками всех уровней (нормы устанавливаются в ГОСТ 13109-97 [1], а также в РД 153-34.0-15.501-00 [3] отдельно для сетей 0,4 и 6/10 кВ (подробнее см. табл. 1 «Нормы на коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения»);
• устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания (ГОСТ Р 51317.4.11-99).

Это лишь небольшой перечень нормативных документов, на которые следует обратить внимание при исследовании вопроса ЭМС ТС на предприятии (как говорилось выше стандартов более 50, здесь выделяются основные). Зачастую ТС на промышленных предприятиях эксплуатируют в условиях воздействия на них электромагнитных и радиочастотных излучений. Источниками этих излучений часто являются портативные приемопередатчики, применяемые эксплуатационным персоналом и службами безопасности, стационарные радио и телевизионные передатчики, радиопередатчики подвижных объектов, а также различные промышленные источники излучений.

Электромагнитная обстановка на территории предприятия (как внутри, так и снаружи) определяется напряженностью электромагнитного поля (напряженностью поля). Для измерения напряженности поля необходимы сложные измерительные приборы. Расчет напряженности поля с использованием классических выражений и формул затруднен из-за влияния окружающих предметов или близости других ТС, которые будут искажать и/или отражать электромагнитные волны.

Все испытания, которые необходимо проводить при оценке электромагнитной совместимости технических средств, отражены в ряде ГОСТов и в общем виде они представлены на рис.1

Испытания на помехоустойчивость к излучаемым электромагнитным радиочастотным полям проводятся в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.3-99 (МЭК 61000-4-3-95) [2], в котором приведены степени жесткости испытаний при различных полосах частот.

Устанавливаемые степени жесткости испытаний соответствуют типичным уровням воздействующего электромагнитного поля. Вместе с тем в некоторых местах размещения ТС указанные уровни могут быть превышены, например при одновременной установке в одном здании двух мощных радиопередатчиков, которые используются для обеспечения радиосвязи на всей территории предприятия. В этих случаях более предпочтительным, чем установление для всех ТС повышенных требований устойчивости к электромагнитному полю, может быть экранирование помещения или здания, в котором расположены радиопередатчики, и применение помехоподавляющих фильтров в силовых кабелях и кабелях передачи сигналов.

Эффекты, вызываемые высшими гармониками напряжения и тока, могут быть разделены на эффекты мгновенного и длительного возникновения.

К проблемам мгновенного возникновения относят:

• искажение формы питающего напряжения;
• падение напряжения в распределительной сети;
• эффект гармоник, кратных трем (в трехфазных сетях);
• резонансные явления на частотах высших гармоник;
• наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях;
• повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании;
• вибрация в электромашинных системах;
• недостоверные показания измерительных приборов и некоторых датчиков обратной связи в системах АСКУЭ.

К проблемам длительного возникновения относят:

• нагрев и дополнительные потери в трансформаторах и электрических машинах;
• нагрев конденсаторов;
• нагрев кабелей распределительной сети.

Следует отметить, что для точного решения задачи кондиционирования гармоник требуется:

• знание условий эксплуатации и технические характеристики источников энергии, распределительной системы и автоматов защиты;
• точное знание характеристик нагрузок (гармонического состава токов, потребляемой мощности, места их подключения в системе электропитания);
• использование специальных измерительных приборов для экспериментального определения гармонического состава тока в различных участках распределительной системы электропитания;
• проведение анализа и моделирования изучаемой системы электропитания.

Комплекс этих мероприятий необходим для правильного проектирования или изменения уже существующей системы электроснабжения и выбора требуемой спецификации оборудования, способной обеспечить электромагнитную совместимость (ЭМС), соответствующую современным международным стандартам.

Для определения степени обеспечения электромагнитной совместимости технических средств на любом промышленном предприятии, на 1-м этапе, необходимо проводить испытания не по всем вышеуказанным параметрам, а достаточно получить данные по 3 основным:

• устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями [4];
• устойчивость к излучаемым электромагнитным радиочастотным помехам [2];
• уровень «загрязнения» электрической сети предприятия гармониками всех уровней [1, 3].

Если же результаты испытаний не соответствуют нормам, указанным в стандартах, то требуется проведение дополнительных испытаний по другим показателям, которые перечислены в этой статье.

Анализ, проведенный авторами, показал, что для нормального и бесперебойного функционирования предприятия в современном мире необходимо разработать практический алгоритм действий, обеспечивающий оценку реального состояния электромагнитной совместимости технических средств, используемых на предприятии, а также влияния электромагнитного излучения на состояние окружающей среды, что позволяет вести постоянный контроль параметров ЭМС в процессе эксплуатации технических средств, а также выявлять новые источники «загрязнения» электрической сети предприятия гармониками всех уровней, но это уже тема для следующей статьи.

Литература

1. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
2. ГОСТ Р 51317.4.3-99 (МЭК 61000-4-3-95). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний.
3. РД 153-34.0-15.501-00. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах общего назначения. Ч.1 Контроль качества электрической энергии.
4. ГОСТ Р 51317.4.6-99 (МЭК 61000-4-6-96). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями. Требования и методы испытаний.