Классификация электромагнитных помех

Различают источники и приемники помех. На объектах электроэнергетики одни и те же электроприемники (ЭП) могут быть и источниками ЭМП, и их приемниками.

Вопрос об отнесении электромагнитного воздействия к разряду ЭМП решается в каждом конкретном случае по реакции ЭП или степени искажения одного или нескольких параметров принятого (преобразованного) сигнала. При этом следует учитывать, что ЭМП, являясь таковыми по отношению к одному виду ЭП, могут не оказывать влияния или быть допустимыми для других ЭП.

Таким образом, ЭМП и степень их влияния индивидуальны.

Различают преднамеренные и непреднамеренные ЭМП.

Непреднамеренные ЭМП возникают в процессе нормальной работы ЭП и различного рода устройств.

Преднамеренные ЭМП создаются искусственно в целях ухудшения функционирования или вывода из строя радиоэлектронных систем или важных объектов электроэнергетики.

Существует множество видов ЭМП, которые можно систематизировать по следующим признакам: происхождение, источник (по отношению источника помехи к приемнику), среда распространения, проявление во времени, частота, энергетический спектр, характер воздействия на полезный сигнал, отношение приемника к помехе.

В зависимости от происхождения различаю т естественные и искусственные помехи.

Естественные помехи создаются источниками естественного (природного) происхождения. Для объектов электроэнергетики такими источниками могут быть грозовые разряды молний, магнитные аномалии и т.п.

Искусственные помехи создаются ЭП, коммутационной аппаратурой, высоковольтными линиями и рядом других электротехнических и электронных устройств, а также они могут возникать при работе в ненормальных и аварийных режимах (например, при различных видах коротких замыканий в питающей сети или электрооборудовании).

Искусственные помехи чаще всего рассматриваются как результат воздействия на параметры электрической энергии.

По источнику различают ЭМП внешние (источник помех находится вне приемника), внутренние (источник помех находится в самом приемнике), межсистемные (источник помех находится в системе, не относящейся к рассматриваемой системе, включающей в себя приемник) и внутрисистемные (источник помех находится внутри рассматриваемой системы).

По среде распространения различают помехи излучения, т. е. помехи, распространяющиеся в пространстве, и кондуктивные по мехи, распространяющиеся в проводящих средах.

Помехи излучения являются результатом воздействия электростатического, электрического, магнитного полей или их комбинаций.

Кондуктивные помехи наиболее характерны для объектов электроэнергетики и распространяются по проводам, кабелям, оболочкам, шинопроводам, проводящим конструкциям, системам заземления и т. д.

Проявление помех во времени характеризуется длительностью их воздействия и периодичностью.

По длительности воздействия различают следующие помехи: непрерывные, уровни которых не уменьшаются ниже определенного порогового значения; длительные, время действия которых превышает три постоянных времени контролируемого параметра; кратковременные, время действия которых менее трех постоянных времени, но более 0,02 с (одного периода сетевой частоты); импульсные, время действия которых менее 0,02 с.

По периодичности появления (исчезновения) ЭМП подразделяются на периодические (регулярные) и не периодические. Последние, в свою очередь, подразделятся на случайные стационарные (в широком и узком смысле) и нестационарные.

По частоте различают помехи низкочастотные и высокочастотные. Такое разделение в известной степени условное и зависит от типа рассматриваемого устройства и анализируемого параметра (сигнала). Так, спектральный анализ формы питающегo напряжения позволяет определить значение гармонических составляющих, которые по отношению к основной гармонике являются высокочастотными, и это тем более верно, если оценивается их влияние на такие параметры режима ЭП, которые изменяются достаточно медленно. В то же время, если в высокочастотной электротехнологической установке возникает паразитная модуляция с частотой, несколько меньшей частоты, на которой эта установка работает, то говорят о низкочастотной модуляции (помехе), хотя частота самой помехи достаточно высокая.

Таким образом, частотное подразделение помех (указание граничной частоты) должно выполняться в каждом конкретном случае. Иногда выделяют три полосы: низкочастотную, среднечастотную и высокочастотную. Поскольку у большинства ТС электроэнергетики постоянная времени параметров режима работы значительно больше периода основной частоты, то вполне оправданно условно принять частоту разделения низко и высокочастотных помех равной 50 Гц. Эта частота также хорошо согласуется с частотой радиотехнических устройств, в которых (например, звукотехнических) к низкочастотной области относятся частоты менее 100 Гц.Однако такое деление условное.

По виду энергетического спектра различают ЭМП с непрерывным, дискретным и смешанным спектром.

Классификацию поэтому признаку следует проводить в пределах амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) или той ее частоты, которая в основном определяет поведение устройства. Из ЭМП с непрерывнымспектром отдельно выделяют флуктуационные помехи (шум) с примерно постоянным спектром в пределах АЧХ. Возможно и более детальное разделение ЭМП по виду спектра, однако на практике трех уровней градации оказывается вполне достаточно.

По характеру воздействия на полезный сигнал различают следующие помехи: аддитивные, действие которых проявляется в сложении с полезным сигналом; мультипликационные, действие которых на приемник изменяет комплексную структуру полезного сигнала; симметричные относительно выбранной оси и несимметричные.

По отношению приемника к помехе различают допустимые помехи, действие которых не снижает требуемого качества функционирования ЭП, недопустимые помехи и приемлемые помехи, действие которых снижает качество функционирования ЭП доуровня, считающегося удовлетворительным (возможным) в конкретно заданных условиях. При этом соответствующий уровень помехи называется максимальным, или граничным.

Данная классификация позволяет охарактеризовать ЭМП совокупностью признаков, но не является исчерпывающей. Поэтому в каждом конкретном случае помеха характеризуется дополнительно (например, дается ее форма — прямоугольная, синусоидальная или какая либо другая, а также описывается ее провал, выброс и т. д.).

Основными видами искусственных ЭМП являются помехи излучения и кондуктивные. Помехи излучения кроме обычных параметров (временных, частотных и других) характеризуются зависимостью распределения напряженности поля в пространстве вокруг источника, а их действие оценивается по значению наведенной ЭДС помехи, которая далее распространяется как помеха проводимости.

 

Экранирующие устройства.

Принцип действия экранов

 

Экранирование служит для ослабления электрических, магнитных и электромагнитных полей, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на элементы, блоки, приборы, кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и электронных промышленных средств и устройств помехи, обусловленные полями.

Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности , воздействующего поля до значений , за экраном (рис. 1).

Физически экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, поле которых накладывается на воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источника.

Рис. 1. Экранирование токовых контуров от внешних электрических и магнитных полей: а – принципиальное расположение контуров 1, 2 и экрана S; б – граница между условиями ближнего (нижняя левая часть) и дальнего (верхняя правая часть) полей

 

На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота поля, электропроводность и магнитная проницаемость материала экрана, конфигурация и размеры экрана.

Для уточнения этих общих положений будем исходить из того, что экранирование осуществляется частично поглощением энергии поля материалом экрана (коэффициент затухания обусловленный поглощением), а частично - отражением падающей волны (коэффициент затухания , обусловленный отражением).

Результирующий коэффициент затухания, дБ, можно определить как

(1)

Или же

(2)

Т.е. состоит из двух компонентов:

(3)

При этом не учитываются многократные отражения от стенок экрана и помещения.

Для установления существенных взаимосвязей между этими коэффициентами затухания и характеристиками магнитного поля, а также размерами экрана и свойствами его материала удобно воспользоваться понятием полных сопротивлений по аналогии с распространением волн в электрически длинной двухпроводной линии.

Величины и в случае переменного электромагнитного поля связаны между собой посредством волнового сопротивления среды:

(4)

 

Зависимость результирующего коэффициента от частоты при наличии магнитного поля для ближней зоны представлена на рис. 2. Эта зависимость получается суммированием и в соответствии с (3).

 

Рис. 2.Принципиальные зависимости коэффициентов:

(1), (2) и (3) от частоты f для магнитного

поля в ближней зоне

 

Зависимости , и от частоты для дальнейшей зоны и для ближней зоны в соответствии с (6) и (8) представлены на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальные зависимости коэффициентов затухания от частоты для электромагнитного поля в дальней зоне и для электрического в ближней зоне: 1– ; 2 – ;

3 – для электромагнитного поля в дальней зоне (6); 4 – для электрического поля в ближней зоне (5)

 

Эффективность экранирующих устройств ориентировочно может быть оценена следующим образом. Если не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10< <30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Для многих случаев достаточно, если 30< <60 дБ. Если 60< < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90< <120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранировали.

Принципиально следует иметь в виду, что эффективность экранирования зависит от наличия дефектов и отверстий в стенке экрана (трещин, дверных, вентиляционных и оконных проемов, кабельных вводов и отверстий для элементов обслуживания и сигнализации), а также то, что внутри экранированных объемов могут возникать резонансные эффекты, так как любой корпус прибора с проводящими стенками можно рассматривать как объемный резонатор.