Каналы передачи электромагнитных помех и способы их ослабления

Классификация электромагнитной обстановки и степени жесткости испытаний объектов на помехоустойчивость

 

Общие положения

 

Чтобы исключить или уменьшить опасность воздействия элек­тромагнитных возмущений на устройства автоматических и авто­матизированных систем технологического управления электро­энергетическими объектами, производят испытания на устойчи­вость к воздействию помех различного вида и устанавливают уровни помехоустойчивости этих устройств.

Выбор автоматических и авто­матизированных систем технологического управления электротех­ническими объектами осуществляют с учетом электромагнитной обстановки в местах установки устройств. При испытаниях технических средств (ТС) на помехоустойчи­вость применяют критерии качества функционирования, указан­ные в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 – Критерии качества функционирования технических средств

Критерии качества функционирования ТС при испытаниях	Качество функционирования ТС при испытаниях
А	Нормальное функционирование с параметрами в соответствии с техническими условиями
B	Кратковременное нарушение функционирования или ухудшение параметров с последующим восстановлением нормального функционирования без вмешательства опе­ратора
C	Нарушение функционирования или ухудшение парамет­ров, требующее для восстановления нормального функци­онирования вмешательства оператора
D	Нарушение функционирования или ухудшение парамет­ров, требующее ремонта из-за выхода из строя оборудова­ния или компонентов

Уровень электромагнитных помех в условиях эксплуатации и уровень восприимчивости ТС в общем случае являются случайны­ми величинами с распределениями интегральной вероятности, ус­ловно показанных на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 Соотношения между вероятностью помех (кривая 1) и восприимчивостью к помехам (кривые 2 и 3). Р-вероятность, Un-амплитуда помехи,

U_B-уровень восприимчивости к помехам

Вероятность Р амплитуд помех (кривая 1) подчиняется некоторому закону. При большом числе влияющих факторов закон распределения, как правило, является нормальным.

Восприимчивость ТС к помехам можно характеризовать некоторыми вероятностными кривыми (например, кривые 2 и 3). В идеальном случае кривые 1 и 3 не должны иметь общего заметного диапазона значений U, где уровень восприимчивости ниже уровня помех. Такая ситуация означает абсолютную ЭМС рассматриваемого устройства. По мере сближения кривых вероятности амплитуд помех (кривая 1) и помеховосприимчивости (например, кривой 2) с достижением общего диапазона значений U ЭМС становится хуже.

В соответствии со сказанным устанавливаются нормированные уровни испытательных величин, которые, с одной стороны должны быть не менее расчётного уровня допустимых помех и, с другой стороны, меньше уровня восприимчивости конкретного устройства.

Это условие необходимо соблюдать при согласовании выбора уровня испытательных воздействий (степень жёсткости испытаний) и ЭМО.

Электромагнитную обстановку (ЭМО) принято характеризовать как лёгкую (класс 1), средней жёсткости (класс 2), жёсткую (класс 3), и крайне жёсткую (класс 4).

Класс 1. Лёгкая электромагнитная обстановка:

· осуществлены мероприятия по подавлению помех, защите от перенапряжений во всех цепях;

· электропитание отдельных элементов устройства резервировано, силовые и сигнальные цепи выполнены раздельно;

· выполнение заземлений, прокладка кабелей, экранирование произведено в соответствии с требованиями электромагнитной совместимости;

· климатические условия контролируются и приняты специальные меры по предотвращению разрядов статического электричества.

Класс 2. Электромагнитная обстановка средней жёсткости:

· цепи питания и управления частично оборудованы помехозащитными устройствами и устройствами для защиты от перенапряжений;

· отсутствуют силовые выключатели, устройства для отключения конденсаторов, катушек индуктивностей;

· электропитание устройств осуществляется от сетевых стабилизаторов;

· имеется тщательно выполненное заземляющее устройство;

· токовые контуры разделены гальванически;

· предусмотрено регулирование влажности воздуха, материалы, способные электризоваться трением, отсутствуют;

· применение радиопереговорных устройств, передатчиков, запрещено.

Эта обстановка типична для диспетчерских помещений индус­триальных предприятий, электростанций и подстанций.

Класс 3. Жесткая электромагнитная обстановка:

· защита от перенапряжений в силовых цепях и цепях управле­ния не предусмотрена;

· повторного зажигания дуги в коммутационных аппаратах не происходит;

· имеется контур заземления;

· провода электропитания, управления и коммутационных це­пей недостаточно разделены;

· кабели линий передачи данных, сигнализации, управления разделены;

· относительная влажность воздуха поддерживается в опреде­ленных пределах, нет материалов, электризуемых трением;

· использование переносных радиопереговорных устройств ог­раничено (установлены ограничения приближения к приборам на определенное расстояние).

Эта обстановка характерна для индустриальных цехов, электро­станций, релейных помещений подстанций.

Класс 4. Крайне жесткая электромагнитная обстановка:

· защита в цепях управления и силовых контурах от перенапря­жений отсутствует;

· имеются коммутационные устройства, в аппаратах которых возможно повторное зажигание дуги;

· существует неопределенность в выполнении заземляющего устройства;

· нет пространственного разделения проводов электропитания, управления и коммутационных цепей;

· управление и сигнализация осуществляются по общим кабе­лям;

· допустима любая влажность воздуха и наличие электризуе­мых трением материалов;

· возможно неограниченное использование переносных пере­говорных устройств;

· в непосредственной близости могут находиться мощные ра­диопередатчики;

· вблизи могут находиться дуговые технологические устройства (электропечи, сварочные машины и т.п.).

 

1.2 Воспроизведение электромагнитных помех при испытаниях автоматических и автоматизированных систем технологического управления электротехническими объектами

 

Устройства автоматических и автоматизированных систем тех­нологического управления электротехническими объектами про­ходят испытания на устойчивость к воздействиям электромагнит­ных помех в соответствии с базовым нормативно-техническим до­кументом в области электромагнитной совместимости. ГОСТ 29280 – 92 «Испытания на помехоустойчивость. Общие по­ложения». В этом документе рассматриваются практически все виды испытаний. По отдельным видам испытаний (в более под­робном изложении) выпущен
ГОСТ Р 51317.4.

В настоящее время в России вводятся в действие новые отече­ственные стандарты, включающие также методы испытаний (бо­лее 50 стандартов), гармонизированные с международными стан­дартами и европейскими нормами, регламентирующими объем современных требований к техническим средствам по обеспече­нию ЭМС.

Перечень основных видов электромагнитных помех со стан­дартизированными параметрами, применяемых при испытаниях ТС на помехоустойчивость, установленных международными стандартами ЭМС серии МЭК 61000-4, включает в настоящее вре­мя 16 электромагнитных воздействий. Они показаны в таблице 1.2. Анализ этой таблицы показывает, что номенклатура стандартизи­рованных электромагнитных воздействий, устанавливаемых стан­дартами МЭК серии 61000-4, в целом, соответствует номенклатуре видов электромагнитных помех на электрических станциях и под­станциях.

 

Таблица 1.2 – Перечень основных видов электромагнитных помех и стандартов по испытаниям на помехоустойчивость

Категории электромагнитных помех	Обозначение государственного стандарта России	Наименование электромагнитной помехи, обозначение стандарта МЭК
Низкочастотные кондуктивные электромагнитные помехи	ГОСТ Р 51317.4.14-2000	Колебания напряжения электропитания, МЭК 610004-14-2000
ГОСТ Р 51317.4.11-99	Динамические изменения напряжения электропитания, МЭК 61000-4-11-94
ГОСТ Р 51317.4.28-2000	Изменение частоты питающего напряжения, МЭК 61000-4-28-2000
В разработке	Несимметрия питающего напряжения, МЭК 61000-4-27
ГОСТ Р 51317.4.16-2000	Кондуктивные помехи, представляющие собой общие несимметричные напряжения в полосе частот от 0 до 150 кГц, МЭК 61000-4-16-98
В разработке	Динамические изменения напряжения электропитания постоянного тока, МЭК 61000-4-29-2000
ГОСТ Р 51317.4.17-2000	Пульсации напряжения электропитания постоянного тока, МЭК 61000-4-17-99
В разработке	Низкочастотные гармоники и интергармоники, включая сигналы, передаваемые по силовым линиям, МЭК 61000-4-13
Низкочастотные излучаемые электромагнитные помехи	ГОСТ Р 50648-94	Магнитное поле промышленной частоты, МЭК 610004-8-93
Высокочастотные кондуктивные электромагнитные помехи	ГОСТ Р 51317.4.4-99	Наносекундные импульсные помехи, МЭК 6100044-95
ГОСТ Р 51317.4.5-99	Микросекундные импульсные помехи большой энергии, МЭК 61000-4-5-95
Высокочастотные кондуктивные электромагнитные помехи	ГОСТ Р 51317.4.6-99	Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями, МЭК 61000-4-6-96
ГОСТ Р51317.4.12-99	Колебательные затухающие помехи, МЭК 61000-4-12-96
Высокочастотные излучаемые электромагнитные помехи	ГОСТ Р 51317.4.3-99	Радиочастотное электромагнитное поле, МЭК 61000-4-9-93
ГОСТ Р 50649-94	Импульсное магнитное поле, МЭК 61000-4-9-93
ГОСТ Р 50652-94	Затухающее колебательное магнитное поле, МЭК 61000-4-10-93
Разряды статического электричества	ГОСТ Р 51317.4.2-99	Разряды статического электричества, МЭК 61000-4-2-95

 

В таблице 1.3 приведены рекомендации по выбору портов ТС, подлежащих воздействию помех при проведении испытаний на помехоустойчивость.

 

Таблица 1.3 – Рекомендации по выбору портов ТС, подлежащих воздействию помех при проведении испытаний на помехоустойчивость

Наименование помехи, вида испытаний	Рекомендации по выбору портов ТС, подлежащих воздействию помех
Порты электропитания переменного тока	Порты электропитания постоянного тока	Порт корпуса	Порт ввода-вывода сигналов	Порты заземления
Разряды статического электричества	НП	Н	П	Н	Н
Радиочастотное электромагнитное поле	Н	Н	П	Н	Н
Наносекундные импульсные помехи	П	П	НП	М	М
Микросекундные импульсные помехи большой энергии	П	М	НП	М	М
Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями	П	П	НП	П	П
Магнитное поле промышленной частоты	НП	НП	М	НП	НП
Импульсное магнитное поле	НП	НП	М	НП	НП
Затухающее колебательное магнитное поле	НП	НП	М	НП	НП
Динамические изменения напряжения электропитания	П	НП	НП	НП	НП
Колебательные затухающие помехи, в том числе:
- одиночные колебательные затухающие помехи;	М	Н	НП	М	Н
- повторяющиеся колебательные затухающие помехи	М	Н	НП	М	М
Низкочастотные гармоники и интергармоники, включая сигналы, передаваемые по силовым линиям	Н	НП	НП	Н	НП
Колебания напряжения электропитания	Н	НП	НП	НП	НП
Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц	Н	Н	НП	Н	НП
Пульсации напряжения электропитания постоянного тока	НП	М	НП	НП	НП
Несимметрия напряжений электропитания	М	НП	НП	НП	НП
Изменения частоты питающего напряжения	Н	НП	НП	НП	НП
Динамические изменения напряжения электропитания постоянного тока	НП	М	НП	НП	НП
В этой таблице приняты следующие сокращения: П – подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; Н – не подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; М – подлежит воздействию при определенных обстоятельствах; НП – не подлежит воздействию.

 

Испытания автоматических и автоматизированных систем технологического управления электротехническими объектами на устойчивость к воздействию импульсных помех, возникающих при коммутациях силового оборудования и КЗ на высоком напряжении

На устойчивость к затухающим повторяющимся колебаниям (частотой 0,1 и 1 МГц) устройства испытывают в соответствии с ГОСТ 29280-92, ГОСТ Р 51317.4.12-99 импульсом напряжения с временем нарастания 75 нc и с последующими колебаниями частотой 0,1 или 1 МГц с декрементом колебаний таким, что амплитуда колебаний после 3-6 периодов соответствует 60 % амплитуды первого пика (рис.3.2). Частота повторения — 40 Гц для колебаний частотой 0,1 МГц и 400 Гц для колебаний частотой 1 МГц.

Требования устойчивости ТС к повторяющимся колебатель­ным затухающим помехам устанавливают на основе анализа пер­вичных явлений, вызывающих появление колебательных помех. При этом принимают во внимание, что напряжения повторяю­щихся колебательных затухающих помех определяются длиной шин высокого напряжения, действующими в них напряжениями, наличием и длиной кабелей, расположенных параллельно шинам, степенью их экранирования и параметрами системы заземления. Применяют следующие рекомендации.

Степень жесткости испытаний 1. Порты ТС подключены к ка­белям, не выходящим за пределы помещения для управления.

Степень жесткости испытаний 2. ТС установлены в контро­лируемых помещениях и залах релейной защиты. Порты ТС

 

Рисунок 1.1 – Форма испытательного напряжения повторяющихся
затухающих колебаний:

а) – затухающие колебания частотой 1 МГц;

б) – затухающие колебания частотой 0,1 МГц

 

Таблица 1.4 – Степени жесткости испытаний и нормируемые испытательные напряжения повторяющихся затухающих колебаний

Степень жесткости	Синфазное напряжение, кВ	Противофазное напряжение, кВ
	0,5	0,25
		0,5
	2,0/2,5
	-	-
*	Специальное	Специальное

 

Требования устойчивости ТС к повторяющимся колебатель­ным затухающим помехам устанавливают на основе анализа пер­вичных явлений, вызывающих появление колебательных помех. При этом принимают во внимание, что напряжения повторяю­щихся колебательных затухающих помех определяются длиной шин высокого напряжения, действующими в них напряжениями, наличием и длиной кабелей, расположенных параллельно шинам, степенью их экранирования и параметрами системы заземления. Применяют следующие рекомендации.

Степень жесткости испытаний 1. Порты ТС подключены к ка­белям, не выходящим за пределы помещения для управления.

Степень жесткости испытаний 2. ТС установлены в контро­лируемых помещениях и залах релейной защиты. Порты ТС

подключены к кабелям, соединенным с оборудованием, расположенным в помещениях управления и залах релейной защиты.

Степень жесткости испытаний 3. ТС установлены в помещениях релейной защиты Порты ТС подключены к кабелям, соединенным с оборудованием, расположенным в этих помещениях и вне их. Для указанных ТС при степени жесткости 3 применяют напряжение помехи 2,5 кВ.

Степень жесткости испытаний 4 не применяют при установлении требований помехоустойчивости ТС, предназначенных для эксплуатации на электростанциях и электрических подстанциях среднего и высокого напряжения. Если выбор указанной степени жесткости на основе анализа первичных явлений, вызывающих появление колебательных помех, считается необходимым, должны быть приняты соответствующие методы помехоподавления.

В ГОСТ Р 51317 4.12-99 дополнительно предусмотрены испытания при воздействии одиночными колебательными (частота колебаний 0,1 МГц) затухающими импульсами. Частота повторения – 1 - 60 импульсов в минуту. В этом случае вводится 4-я степень жесткости испытаний: синфазное напряжение - 4,0 кВ и противофазное напряжение - 2 кВ.

Степени жесткости этих испытаний устанавливают с учетом указанных ниже условий.

Степень жесткости испытаний 1. Порты электропитания ТС подключены к местному защищенному источнику электроснабжения (системе бесперебойного питания, преобразователю мощности). Порты ввода-вывода сигналов подключены к кабелям, проложенным параллельно кабелям электропитания, соответствующим рассматриваемому классу электромагнитной обстановки. Защита от молниевых разрядов обеспечивается за счет установки ТС в специальных помещениях для управления.

Степень жесткости испытаний 2. Порты электропитания ТС развязаны от силовых электрических сетей с использованием изолирующих трансформаторов, защитных устройств и т.д. Защита от молниевых разрядов обеспечивается применением экранированных кабелей электропитания и ввода-вывода.

Степень жесткости испытаний 3. Порты электропитания ТС непосредственно подключены к электрическим сетям. Порты входа-выхода подключены к кабелям, проложенным параллельно кабелям электропитания, соответствующим рассматриваемому классу электромагнитной обстановки. Для защиты от влияния молниевых разрядов кабели электропитания и ввода-вывода на открытой местности проложены в экранирующих конструкциях (например, металлических кожухах).

Степень жесткости испытаний 4. Порты электропитания ТС подключены к сетям электропитания характеризующихся значи­тельными индуктивными нагрузками. Экранирование кабелей, проложенных вне зданий, не предусмотрено

На устойчивость к незатухающим или прерывистым индуктиро­ванным высокочастотным колебаниям (частотой 0,01 — 1 МГц) устройства испытывают пачками синусоидальных колебаний с частотой, плавно изменяющейся в диапазоне от 0,01 до 1 МГц, со скоростью 0,1 декада/с, с интервалом между пачками 20 мс.

Испытательные напряжения при этом выбирают согласно дан­ным
таблицы 1.5.

 

Таблица 1.5 – Степени жесткости и нормируемые уровни испытательных напряжений при воздействии незатухающих или прерывистых высокочастотных колебаний

Степень жесткости	Испытательное напряжение, кВ
*	Специальное

 

Испытания автоматических и автоматизированных систем технологического управления электротехническими объектами на устойчивость к воздействию импульсных помех от токов молнии.

Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.5-99.

Испытания осуществляют импульсами напряжения и тока дли­тельностью 1/50 и 6,4/16 мкс соответственно (рисунки 1.3 и 1.4).

Импульсы, показанные на рисунки 1.3 и 1.4, обозначают 1,2/50 мкс и 8/20 мкс, если используют спрямление фронта по точкам 0,3 и 0,9 для напряжения и по точкам 0,1 и 0,9 для тока.

Степени жесткости испытаний приведены в таблице 1.6.

 

Таблица 1.6 – Степени жесткости испытаний

Степень жесткости	Амплитуда импульса напряжения, кВ,
	0,5
	1,0
	2,0
	4,0
*	Специальное

 

Рисунок 1.2 – Форма импульса напряжения длительностью 1/50 мкс

 

Рисунок 1.3 – Форма импульса тока длительностью 6,4/16 мкс

 

Степени жесткости испытаний выбирают в соответствии с ус­ловиями эксплуатации ТС. Рекомендуется использовать приве­денную ниже классификацию условий эксплуатации ТС.

Класс 0. Защищенная электромагнитная обстановка, как пра­вило, внутри специально оборудованного помещения.

Класс 1. Частично защищенная электромагнитная обстановка.

Класс 2. Электромагнитная обстановка при раздельно проло­женных силовых и сигнальных кабелях.

Класс 3. Электромагнитная обстановка при параллельной про­кладке силовых и сигнальных кабелей.

Класс 4. Электромагнитная обстановка при прокладке соеди­нительных кабелей вне помещений вблизи силовых кабелей и использовании многопроводных кабелей, содержащих цепи элект­ронного и электротехнического оборудования.

Класс 5. Электромагнитная обстановка при подключении ТС к линиям связи и воздушным силовым линиям в малонаселенных районах.

Класс X. Особые условия эксплуатации, устанавливаемые в стандартах на ТС конкретного вида и в технической документа­ции на ТС.

Импульсные помехи, возникающие в телекоммуникационных линиях в результате разрядов молнии, согласно с ГОСТ 29280-92 имитируют однополярным импульсом с длительностью фронта 10 мкс и длительностью импульса 700 мкс. При этом в соответ­ствии с рекомендацией Международного консультативного ко­митета по телефонии и телеграфии испытательное напряжение равно:

· не более 1 кВ для технических средств, не подвергающихся

воздействию помех в условиях эксплуатации;

· не более 4 кВ для технических средств, подвергающихся воз­действию помех в условиях эксплуатации и оборудованных уст­ройствами защиты от помех.

 

Испытания автоматических и автоматизированных систем технологического управления электротехническими объектами на устойчивость к помехам в цепях электропитания в соответствии с ГОСТ29280-92, Р 51317.4.14-2000, Р 51317.4.11-99, Р 51317.4.28 -2000 и др.

Испытания проводятся на устойчивость к гармоникам, интергармоникам, сигналам систем телеуправления и сигнализа­ции, колебаниям напряжения, провалам напряжения и кратковре­менным перерывам питания, несимметрии напряжений, измене­ниям частоты питания, составляющим постоянного тока в элект­рических сетях переменного тока.

Испытания на помехоустойчивость к гармоникам напряжения сети. Испытательное напряжение состоит из одной или несколь­ких синусоидальных составляющих с частотами, кратными основ­ной частоте, наложенными на напряжение сети электропитания. В общем случае, при проведении испытаний необходимо учиты­вать гармоники до 40 порядка.

Степени жесткости испытаний определяют, исходя из уровней электромагнитной совместимости для напряжений гармоник, ум­ноженных на коэффициент запаса по устойчивости для конкрет­ных типов технических средств. Уровни электромагнитной совме­стимости для напряжений гармоник регламентированы ГОСТ 29280-92 (МЭК 1000-2-2) (см. таблицу 1.7).

 

Таблица 1.7 – Уровни электромагнитной совместимости при воздействии

Нечетные гармоники, не кратные 3	Нечетные гармоники, не кратные 3	Четные гармоники
Номер гармоники	Уровень, %	Номер гармоники	Уровень, %	Номер гармоники	Уровень, %
	6,0				1…2,0
	5,0		1,5		0,5…1,0
	3,5		0,3		0,5
	3,0		0,2		0,5
	2,0	>21	0,2		0,5
	1,5				0,2
	1,5			>12	0,2
	1,5
>25	0,2+0,5*25/n

Допустимое значение общего коэффициента искажения со­ставляют 8 %.

Обычно коэффициент запаса по устойчивости принимают от 1,2 до 2,0. Когда испытания проводят с несколькими гармониками одновременно, то коэффициент запаса по устойчивости может быть уменьшен до значений, меньших 1, так как вероятность того, что гармоники одновременно примут максимальные значения, мала. При этом общий коэффициент искажения синусоидальнос­ти напряжения не должен превышать допустимого значения.

Испытания на помехоустойчивость к интергармоникам. Испы­тательное напряжение применительно к интергармоникам с диск­ретными частотами состоит из одного или нескольких синусои­дальных напряжений, наложенных на напряжение сети электро­питания.

Степени жесткости испытаний могут быть основаны на уровнях электромагнитной совместимости для интергармоник, умножен­ных на коэффициент запаса по устойчивости, устанавливаемый для технических средств конкретных типов. Коэффициент запаса по устойчивости также обычно выбирают равным от 1,2 до 2.

Испытания на помехоустойчивость к сигналам систем телеуправления и сигнализации. Испытательное напряжение пред­ставляет собой синусоидальные сигналы или сигналы специаль­ного вида, наложенные на напряжение питания.

Степени жесткости испытаний основаны на уровнях совмести­мости для сигналов телеуправления и сигнализации, умноженных на коэффициент запаса по устойчивости (от 1,2 до 2).

В полосе частот 50—2000 Гц в качестве уровней совместимости для сигналов телеуправления и сигнализации применены уровни совместимости для гармоник, частоты которых близки к частотам сигналов (см. таблицу 1.7).

Испытания на помехоустойчивость к колебаниям напряжения в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.14-2000. Требования помехоустойчивости установлены применительно к колебаниям напряжения электропитания положительной и отрицательной полярности, воздействующим на ТС в условиях эксплуатации, характеризующимся малым размахом изменения напряжения. Требования устанавливают для ТС, восприимчивых к колебаниям напряжения, с номинальным потребляемым током не более 16 А (в одной фазе), подключаемых к системам электроснабжения при частоте питающего напряжения 50 Гц. Испытательное воздействие представляет собой серию ступенчатых изменений напряжения электропитания относительно установившегося уровня (рис. 3.5).

Величину начального напряжения электропитания устанавливают равной: ; 0,9 ; 1,1 , где

— номинальное напряжение электропитания ТС.

Рисунок 1.4 – Последовательности ступенчатых изменений
переменного напряжения

Величину ступени изменения напряжения дельта U (жесткость испытаний) устанавливают в соответствии с классами электромагнитной обстановки 1,2,3 следующим образом:

– класс электромагнитной обстановки 1 — требования устойчивости к колебаниям напряжения электропитания не устанавливают;

– класс электромагнитной обстановки 2 — дельта для ТС, подключаемых к распределительным электрическим сетям низкого напряжения или другим электрическим сетям с малым уровнем помех;

– класс электромагнитной обстановки 3 — дельта для ТС, подключаемых к электрическим сетям с высоким уровнем помех.

В таблице 1.8 приведены степени жесткости испытаний и характеристики испытательного воздействия для начальных напряжений электропитания ; , .

Таблица 1.8 – Степени жесткости испытаний на устойчивость к колебаниям напряжения электропитания

Степень жесткости испытаний	Начальное напряжение
	0,9
	Требования не устанавливают
*		Специальное

 

Период повторения и длительность ступенчатых изменений напряжения t (смотри рисунок 1.6) устанавливают равными: с, с. Время спада и время нарастания ,. ступенчатых изменений на­пряжения включает пять периодов колебания основной частоты (0,1 с) (смотри рисунок 1.6). Изменение от начального напряжения до ис­пытательного напряжения осуществляется последовательными ступенями изменения напряжения, равными U/5. В каждом из пяти последовательных периодов колебания основной частоты линейное изменение напряжения начинается при фазовом угле =270° для каждой фазы и заканчивается в точке перехода на­пряжения через нуль (смотри рисунок 1.7).

Степени жесткости испытаний на устойчивость к периодичес­ким изменениям напряжения электропитания устанавливают в соответствии с указанными ниже классами электромагнитной об­становки, приведенными в ГОСТ Р 51317.2.4-2000.

Рисунок 1.6 - Определение времени спада и времени нарастания i формировании периодических изменений напряжения

Рисунок 1.7 – Изменение напряжения в течение 0,25 периода

Класс 1. Данный класс применяется для электромагнитной обстановки в защищенных системах электроснабжения и характеризуется уровнями электромагнитной совместимости более низкими, чем уровни электромагнитной совместимости в системах электроснабжения общего назначения. Он соответствует примене­нию ТС, восприимчивых к помехам в питающей сети, например контрольно-измерительного лабораторного оборудования, отдель­ных средств управления технологическими процессами и защиты, образцов вычислительной техники некоторых видов и т. д.

Класс 2. Данный класс обычно применяется для электро­магнитной обстановки в точках общего присоединения и точках внутрипроизводственного присоединения для промышленных условий эксплуатации ТС. Поэтому ТС, предназначенные для под­ключения к электрическим сетям общего назначения, могут при­меняться в условиях данного класса промышленной электромаг­нитной обстановки.

Класс 3. Электромагнитная обстановка должна быть отнесена к классу 3 в случае, если имеет место любое из следующих условий: питание большей части нагрузки осуществляется через преобразо­ватели; использование электросварочного оборудования; частые пуски электродвигателей большой мощности; быстрые изменения нагрузок в электрических сетях.

Испытания наустойчивость к динамическим изменениям напря­жения электропитания в соответствии с ГОСТР 51317.4.11-99.

Степени жесткости испытаний ТС на устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания и харак­теристики испытательных воздействий, в том числе, провалов, прерываний и выбросов напряжения, а также постепенных изме­нений напряжения электропитания, установлены в таблице 1.9.

 

Таблица 1.9

Вид динамический изменений напряжения электропитания	Степень жесткости испытаний	Параметр испытательных воздействий
Испытательное напряжение,	Амплитуда динамических изменений напряжения, % от	Длительность динамических изменений напряжения, периоды (мс)
Провалы напряжения				10(200)
			25(500)
			50(1000)
			100(2000)
*	Специальное	Специальная	Специальная
Прерывание напряжения				1(20)
			5(100)
			10(200)
			25(500)
*	Специальное	Специальная	Специальная
Выбросы напряжения				10(200)
			25(500)
			50(1000)
			100(2000)
*	Специальное	Специальная	Специальная

В этой таблице - номинальное напряжение электропитания. Испытательное напряжение 0% соответствует полному прерыванию напряжения электропитания.

По согласованию между потребителем и изготовителем могут быть выбраны значения параметров испытательных воздействий в соответствии с таблицей 1.10.

 

Таблица 1.10 – Дополнительные испытательные напряжения и длительности провалов и прерываний напряжения электропитания

Испытательные напряжения,	Амплитуда провалов и прерывания напряжения, %	Длительность провалов и прерываний напряжения, периоды
		0,5
Специальное

 

Испытания должны проводиться при каждой полярности, на­чиная от 0 и до 180°. При установлении требований устойчивости ТС к динамическим изменениям напряжения принято, что изме­нения напряжения имеют ступенчатый характер (рисунок – 1.8). Провал напряжения начинается при переходе через нуль и продолжается в течение 10 периодов.

Постепенные изменения напряжения электропитания. При испытаниях ТС на устойчивость к постепенным изменениям напряжения электропитания осуществляют изменения напря­жения электропитания относительно номинального напряже­ния .

Рисунок 1.8 – Динамические изменения напряжения (провалы)

 

Предпочтительное время изменений напряжения и время, в те­чение которого пониженное напряжение должно быть выдержано при испытаниях, приведены в таблице 1.11. Скорость изменения должна быть постоянной, однако напряжение может быть ступен­чатым. Ступени должны располагаться от нулевого пересечения и не должны превышать 10 % . Ступени менее 1 % рассматри­ваются как случай постоянной скорости изменения напряжения. На рисунке 1.9 показаны постепенные изменения напряжения.

Предпочтительное время изменений напряжения и время, в те­чение которого пониженное напряжение должно быть выдержано при испытаниях, приведены в таблице 1.11. Скорость изменения должна быть постоянной, однако напряжение может быть ступен­чатым. Ступени должны располагаться от нулевого пересечения и не должны превышать 10 % .Ступени менее 1 % рассматри­ваются как случай постоянной скорости изменения напряжения. На рисунке 1.9 показаны постепенные изменения напряжения.

 

Таблица 1.11 – Временные характеристики постепенных изменений напряжения электропитания

Уровень испытательного напряжения,	Время понижения напряжения, с, .	Время выдержки на пониженном напряжении, с, .	Время нарастания напряжения, с,

Испытания на помехоустойчивость к изменениям частоты пи­тания в соответствии с ГОСТР 51317.4.28—2000. К испытуемому устройству подводят напряжение электропитания с регулируемой частотой. Степени жесткости испытаний установлены в таблице 1.12. В течение переходного интервала времени (рисунок 1.10) макси­мальное изменение частоты дельта f за один период должно быть мень­ше 0,5 % от номинальной частоты .

 

Рисунок 1.9 – Постепенные изменения напряжения

 

Рисунок 1.10 – Пример изменения частоты в течение переходного периода

 

Таблица 1.12 – Степени жесткости испытаний на устойчивость к изменениям частоты питающего напряжения

Степень жесткости испытаний	Относительное изменение, % то	Переходный интервал времени, , с
	Испытания не проводят	Испытания не проводят
	+4, -6
*	Специальное	Специальный

 

Степени жесткости испытаний 1 и 2 установлены для электромагнитной обстановки классов 1 и 2 по ГОСТ Р 51317.2.4 соответственно.

Степени жесткости испытаний 3 и 4 установлены для ТС, применительно к которым нарушение функционирования является критичным при определенных условиях. Степень жесткости испытаний 3 установлена для объединенных распределительных электрических систем, степень жесткости испытаний 4 — для изолированных (автономных) систем.

Испытания на помехоустойчивость к импульсам напряжения 100/1300 мкс в соответствии с ГОСТ 29280—92. Импульсные помехи, возникающие при перегорании плавких предохранителей, имитируют однополярным импульсом 100/1300 мкс, наложенным на положительное (рисунок 1.13) или отрицательное напряжение сети электропитания в момент максимума.

 

Рисунок 1.11 – Форма напряжения промышленной частоты с наложенным импульсом напряжения 100/1300 мкс

 

Амплитуду испытательного импульса принимают в 1,3 раза большей, чем амплитуда номинального напряжения сети электропитания .

Испытания на помехоустойчивость к наносекундным импульсным помехам. Помехи воспроизводят в виде пачек наносекундных импульсов напряжения длительностью 15 нс, возникающих в цепях электропитания и в цепях ввода-вывода в результате процессов коммутации (ГОСТ 29280-92, ГОСТ Р 51317.4.4-99).

Испытания проводят повторяющимися пачками испытательных импульсов (рисунок 1.12) с параметрами:

1. длительность фронта импульса 5 нс ± 30 %;

2. длительность импульса 50 нс ± 30 %;

3. частота повторения в зависимости от амплитуды выходного напряжения: 5 кГц ± 20 % до 1,0 кВ или 2,5 кГц ± 20 % при 2,0 кВ;

4. длительность пачки 15 мс ± 20 %;

5. период повторения пачек 300 мс ± 20 %.

Форма отдельного испытательного наносекундного импульса в пачке на нагрузке 50 Ом приведена на рисунке 1.13, а степени жестко­сти испытаний - в таблице 1.13.

Рисунок 1.12 – Пачки испытательных наносекундных импульсов

 

 

Рисунок 1.13 – Форма импульса тока разряда статического электричества

 

Таблица 1.13 – Степени жесткости и нормируемые уровни напряжения при испытаниях пачками импульсов

Степень жесткости	Амплитуда импульсов выходного напряжения ненагруженного испытательного генератора, кВ
Цепи силового электропитания	Сигнальные цепи ввода – вывода
	0,5	0,25
		0,5
*	Специальная

Степени жесткости испытаний целесообразно устанавливать с учетом приведенных ниже рекомендаций.

Степень жесткости испытаний 1. Хорошо защищенная элек­тромагнитная обстановка, характеризуемая подавлением наносекундных импульсных помех в коммутируемых цепях электропита­ния и управления, разделением линий силового электропитания (переменного и постоянного тока) и управляющих и измеритель­ных цепей и применением экранированных кабелей электропита­ния с экранами, заземленными с обоих концов, и фильтрацией подаваемого электропитания.

Степень жесткости испытаний 2. Защищенная электромаг­нитная обстановка, характеризуемая частичным подавлением наносекундных импульсных помех в цепях силового электропита­ния и управления, разделением цепей, связанных с более жестким уровнем электромагнитной обстановки, от других цепей, физи­ческим разделением неэкранированных кабелей силового элект­ропитания и управления от кабелей ввода-вывода.

Степень жесткости испытаний 3. Электромагнитная обстанов­ка, характеризуемая отсутствием подавления наносекундных им­пульсных помех в цепях силового электропитания и управления, недостаточным разделением силовых цепей от других цепей, свя­занных с более жесткой электромагнитной обстановкой, недоста­точным разделением кабелей силового электропитания, управле­ния, сигнальными и коммуникационных цепей.

Степень жесткости 4. Электромагнитная обстановка, характе­ризуемая отсутствием подавления помех в цепях силового элект­ропитания, управляющих и питающих цепях, отсутствием разде­ления цепей, связанных с более жесткой электромагнитной обста­новкой, от других цепей, отсутствием разделения между кабелями

силового электропитания, управления и кабелями ввода-вывода сигналов, использованием общих многожильных кабелей для це­пей управления и цепей ввода-вывода.

Испытания на помехоустойчивость к колебательным затухаю­щим помехам. Импульсы, характеризующиеся временем нараста­ния 0,5 мкс и последующими колебаниями частотой 100 кГц с та­ким декрементом колебаний, при котором каждая амплитуда со­ставляет 60 % предыдущей амплитуды (рисунок 1.14), (МЭК 1000-4-12, ГОСТ Р 51317.4.12).

Применяют степени жесткости испытаний, приведенные в таблице 1.14.

 

Таблица 1.14 – Степени жесткости и нормируемые уровни испытании

Степень жесткости	Синфазное, кВ	Противофазное напряжение, кВ
	0,5	0,25
		0,5
*	Специальное

 

Испытания на помехоустойчивость к разрядам статического электричества (ГОСТ Р 51317.4.2-99, МЭК 61000-4-2,) проводят как при контактном, так и при искровом воздушном разряде не­посредственно на испытуемый объект. Форма испытательного им­пульса тока приведена
на рисунке - 1.15, а степени жесткости испыта­ний в таблице 1.15.

Рисунок 1.14 - Форма испытательного импульса колебательных
затухающих помех

 

 

Рисунок 1.15 – Форма импульса разрядного тока на выходе испытательного генератора разрядов статического электричества

 

Таблица 1.15 – Степени жесткости и нормируемые уровни испытательных напряжений разрядами статического электричества

Степень жесткости	Испытательное напряжение, кВ
Контактный разряд	Воздушный разряд
*	Специальное

 

Сведения о влиянии относительной влажности и материалов напольных покрытий на уровень напряжения, до которого может быть заряжено тело человека, приведены в таблице 1.16.

 

Таблица 1.16 – Уровни потенциала тела человека при различных материалах и влажности

Степень жесткости	Относительная влажность, %, не выше	Антистатический материал	Синтетический материал	Противофазное напряжение, кВ
		имеется
		имеется
			имеется
			имеется

 

Испытания на помехоустойчивость к воздействию магнитного поля промышленной частоты проводят в соответствии ГОСТ Р 50648-94. Указанный стандарт предусматривает установление требований помехоустойчивости при воздействии на ТС непрерывного магнит­ного поля относительно малой напряженности, соответствующего магнитному полю, вызываемому токами в кабелях; работой транс­форматоров, реакторов или иных устройств при нормальных усло­виях эксплуатации; кратковременного магнитного поля (продол­жительностью 1-3 с) относительно большой напряженности, соот­ветствующего магнитному полю, вызываемому токами КЗ.

Степени жесткости испытаний на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты приведены в таблице 1.17.

 

Таблица 1.17 – Степени жесткости испытаний и нормируемые уровни напряженности магнитного поля промышленной частоты

Степень жесткости	Напряженность магнитного поля, А/м
Магнитное поле постоянной интенсивности	Кратковременное магнитное поле (длительность 1-3 с)
		-
		-
		-
*	Специальная

 

Степени жесткости испытаний технических средств конкрет­ного вида на устойчивость к магнитному полю промышленной ча­стоты устанавливают исходя из условий эксплуатации ТС с учетом следующих положений.

Степень жесткости испытаний 1. Электромагнитная обста­новка, в которой могут эксплуатироваться восприимчивые к магнитному полю устройства, функционирование которых осно­вано на взаимодействии электронных потоков с магнитным полем (мониторы с ЭЛТ, приборы Холла и аппаратура магнитной записи и воспроизведения).

Степень жесткости испытаний 2. Электромагнитная обстановка, характеризующаяся отсутствием источников значи­тельного магнитного поля (силовых трансформаторов, имеющих большие потоки рассеяния, силовых шинопроводов).

Степень жесткости испытаний 3. Электромагнитная обстанов­ка, характеризующаяся близким расположением шин и кабелей,

обладающих повышенными потоками рассеяния, при удалении шинопроводов высокого напряжения на расстояние нескольких сотен метров от ТС.

Степень жесткости испытаний 4. Электромагнитная обстанов­ка, характеризующаяся близким расположением от мест установ­ки ТС отрезков силовых кабелей и оборудования со зна­чительными потоками рассеяния при расположении высоковольт­ных шинопроводов на удалении несколько десятков метров от рассматриваемого ТС.

Степень жесткости испытаний 5. Жесткая электромагнитная обстановка, примером которой может являться обстановка зон коммутации на электрических станциях и подстанциях среднего и высокого напряжения.

Испытания на устойчивость к импульсному магнитному полю проводят в соответствии с ГОСТ Р 50649-94. Импульсное магнит­ное поле возникает при протекании токов молниевых разрядов по любым металлическим конструкциям, включая молниеприемники и системы заземления, а также в результате коммутационных про­цессов и КЗ в электрических сетях и установках низкого, среднего и высокого напряжения. Магнитное поле создается в катушке при протекании импульса тока стандартной формы 8/20 мкс (6,4/16 мкс). Степени жесткости испытаний на устойчивость к импульсному магнитному полю приведены в таблице 1.18.

 

Таблица 1.18 – Степени жесткости испытаний и нормируемые уровни напряженностей импульсного магнитного поля

Степень жесткости	Максимальная напряженность магнитного поля, А/м
	-
	-
*	Специальная

 

Степени жесткости испытаний технических средств конкретного вида на устойчивость к импульсному магнитному полю устанавливают исходя из условий эксплуатации ТС. При этом используют рекомендации, аналогичные рекомендациям по установлению степеней жесткости испытаний на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты.

Испытания на устойчивость к затухающему колебательному магнитному полю проводят в соответствии с ГОСТ Р 50652-94. Затухающее колебательное магнитное поле возникает при коммута­циях на шинах высокого напряжения выключателями и разъеди­нителями. Форма испытательного колебательного затухающего импульса напряженности и магнитного поля соответствует форме импульса напряженности магнитного поля, возникающего при протекании в индукционной катушке периодически повторяю­щихся синусоидальных затухающих импульсов тока с характе­ристиками:

частоты колебаний 0,1 и 1 МГц ±10 %,

частоты повторения импульсов тока 40 Гц ±10% при частоте
колебаний 100 кГц и 400 Гц ± 10 % при частоте колебаний 1 МГц;

амплитуда импульса тока испытательного генератора от 12 до

120 А.

Степени жесткости испытаний на устойчивость к затухающе­му колебательному магнитному полю установлены в таблице 1.19.

 

Таблица 1.19 – Степени жесткости и нормируемые уровни напряженности магнитного поля при испытаниях затухающим колебательным магнитным полем

Степень жесткости	Максимальная напряженность магнитного поля, А/м
	-
	-
*	Специальная

 

Степени жесткости испытаний технических средств конкрет­ного вида на устойчивость к затухающему колебательному магнит­ному полю устанавливают исходя из условий эксплуатации ТС. При этом используют рекомендации, аналогичные рекомендаци­ям по установлению степеней жесткости испытаний на устойчи­вость при воздействии магнитного поля промышленной частоты.

Испытания на устойчивость к излучаемым радиочастотным электромагнитным полям проводят в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.2-99.

Требования устойчивости устанавливают раздельно: для воз­действия излучений от стационарных радио- и телевизионных пе­редатчиков, радиопередатчиков подвижных объектов, а также раз­личных промышленных источников излучений, и при воздей­ствии помех от цифровых радиотелефонов.

В первом случае электромагнитное поле создают с использованием синусоидального колебания частотой, изменяющейся в диа­пазоне от 80 до 1000 МГц, модулированного по амплитуде сигна­лом частотой 1 кГц при глубине модуляции 80 % (рисунок – 1.16). Степени жесткости испытаний приведены в таблице 1.20.

 

Таблица 1.20 – Степени жесткости и нормируемые уровни напряженности электрического поля при испытаниях радиочастотным электромагнитным полем в диапазоне частот от 80 до 1000 МГц

Степень жесткости	Максимальная напряженность электромагнитного поля, В/м [Дб (мкВ/м)]
	1 [120]
	3 [130]
	10 [140]
*	Специальная

 

Испытания, относящиеся к устойчивости ТС в условиях помех от цифровых радиотелефонов, проводятся для полос частот от 800 до 960 МГц и от 1,4 до 2 ГГц, модулированного по амплитуде сиг­налом частотой 1 кГц при глубине модуляции 80 %. Степени жес­ткости испытаний приведены в таблице 1.21.

Рисунок 1.16 – Форма электромагнитного поля:

 

а) - немодулированный радиочастотный сигнал (амплитуда напряжения =1,4 В, среднеквадратичное значение напряжения =1В);

б) - модулированный радиочастотный сигнал при глубине модуляции 80 % ( =1,12 В, пиковое значение напряжения =2,54 В, максимальное среднеквадратичное значение напряжения ( =1,8 В)

 

Таблица 1.21 – Степени жесткости и нормируемые уровни напряженности

электрического поля при испытаниях радиочастотным электромагнитным полем

в диапазоне частот от 800 до 960 МГц и от 1,4 до 2 ГГц

Степень жесткости	Напряженность электромагнитного поля, В/м [Дб (мкВ/м)]
	1 [120]
	3 [130]
	10 [140]
	30 [150]
*	Специальная

 

В таблицах 1.20 и 1.21 регламентирована напряженность поля немодулированного сигнала.

При выборе степеней жесткости испытаний для ТС в условиях помех от цифровых радиотелефонов необходимо учитывать мощ­ности радиотелефонных устройств и возможные расстояния меж­ду их передающими антеннами и ТС, подлежащими испытаниям.

В таблице 1.22 приведены примеры степеней жесткости испыта­ний и соответствующих защитных расстояний. Защитное расстоя­ние представляет собой минимально допустимое расстояние меж­ду ТС и цифровым радиотелефоном, соответствующее установ­ленной степени жесткости испытаний.

Таблица 1.22 – Примеры степеней жесткости испытаний и соответствующих защитных расстояний

Степень жесткости	Напряженность поля при отсутствии модуляции, В/м	Максимальное среднеквадратичное значение напряженности поля, В/м	Защитное расстояние, м
2 Вт С5М	8 Вт О8М	1/4 Вт DECT
		1,8	5,5		1,9
		5,4	1,8	3,7	0,6
			0,6	1,1
			0,4	0,4

 

При выборе степеней жесткости испытаний используют приве­денные ниже классы условий электромагнитной обстановки.

Класс 1 – обстановка, характеризующаяся низким уровнем электромагнитных излучений. Соответствует случаю расположе­ния маломощных радиовещательных и телевизионных передатчи­ков на расстоянии более 1 км от места эксплуатации ТС.

Класс 2 – обстановка, характеризующаяся средним уровнем электромагнитных излучений. Соответствует случаю применения переносных радиостанций мощностью менее 1 Вт ТС.

Класс 3 –обстано