Внутренние источники помех в системе автоматики

В дополнении к помехам, вызванных внешними источниками, могут возникнуть и внутренние помехи, которые распространяются по проводам или в виде поля внутри системы. Внутренние помехи - результат взаимного влияния элементов системы автоматики. К собственным помехам относят шумы, внутренние наводки, помехи от рассогласования и коммутации. Наводка - это передача по паразитным связям напряжения, тока, заряда или магнитного потока из источника помехи в рассматриваемую часть устройства. Рассогласование - переходный процесс при наличии неоднородных участков в структуре устройства. Собственная коммутационная помеха - помеха, возникающая при внутрисхемных процессах коммутации тока, и напряжения. Основные причины внутренних помех:

1. Напряжение питания с частотой 50 Гц.

2. Изменение сигналов в проводах управления или линиях передачи данных.

3. Искровые разряды при замыкании и размыкании контактов.

4. Резонансные явления при замыкании контактов.

5. Пьезоэлектрические смещения зарядов при сжатии и загибах изоляции.

6.Термоэлектрические эффекты в точках соединения проводников из различных материалов

Грозовой разряд

Одновременно на земле существует порядка 2000 гроз, вызывающих около 100 разрядов молний ежесекундно. С точки зрения интенсивности воздействия молнии, различают непосредственные или близкие удары и удаленные разряды. При близких разрядах молнии ударят непосредственно в молниеприёмники защищаемых зданий.

Энергия канала разряда составляет примерно 10⁵ Дж/м. Рассмотрим основные характеристики электрического импульса (рис.4) при непосредственном попадании молнии в молниеприемник защищенного здания (устройства). Максимальный ток  достигает величин 2-200 кА. Крутизна тока S = А, достигает величин 2-200 кА/мкс. Заряд порядка 150-300 Ас. Время нарастания импульса до максимального значения  принимает значения от 0,25 мкс до 10 мкс. Длительность импульса  достигает 100 мкс.

При одной молнии могут наблюдаться до 10 таких импульсов, следующих друг за другом с интервалом 10-100 мс. При ударе молнии в заземляющее устройство его потенциал может повыситься до миллиона вольт и в контурах, образованных информационными кабелями, могут, в зависимости от размеров контура и расстояний до места удара, наводиться напряжения от нескольких десятков вольт до сотен киловольт.

При удаленных ударах молнии вдоль линии электропередачи с большой скоростью распространяется волна перенапряжения. При достижении подстанции, которая питает сеть низкого напряжения, перенапряжения ограничиваются электрической прочностью изоляции и защитными разрядниками. Если у объекта отсутствуют защитные устройства, ограничивающие перенапряжения, то могут происходить пробои в слабых местах изоляции или (в самом простом варианте) происходят нарушения функционирования электронного оборудования из-за проникновения помехи через систему его питания.

В связи с опасностью грозовых разрядов реализуется концепция двухступенчатой защиты посредством внешних и внутренних мероприятий по молниезащите. Внешняя молниезащита охватывает все мероприятия, направленные на то, чтобы организовать отвод тока молнии так, чтобы внутри здания не возникали высокие разности потенциалов и сильные электромагнитные поля помех.

Рис. 4. Характеристики электрического импульса молнии

Внутренняя молниезащита должна снизить до приемлемых размеров остающиеся воздействия на объекты внутри помещения.

 

Разряды статического электричества

Под разрядами статического электричества понимают процессы выравнивания зарядов между отдельными твердыми телами, жидкими и газообразными средами, несущими разные электростатические заряды. Они сопровождаются скользящими, коронными, искровыми разрядами. Они могут привести к пожару и вывести из строя электронное оборудование из-за того, что возникают токи, которые инициируются разрядами статического электричества. Заряды статического электричества возникают в основном за счет индукции и трения.

Рассмотрим индукцию (рис. 5). Электрически нейтральное тело В попадает в электрическое поле, образованное заряженными телами А и С. При этом в теле В происходит поляризация заряда. Если затем отвести отрицательные заряды тела В на тело С через проводник U (контакт или искру), т.е. тело В останется заряженным даже если внешнее поле исчезнет.

Электризация трением (рис. 6) возникает если два различных, первоначально нейтральных тепа А и В соприкасаются друг с другом, а затем разъединяются. Одно тело передает электроны другому и заряжается положительно, а тело получившее электроны заряжается отрицательно.

Полярность и величина заряда зависит от структуры материала и поверхности, диэлектрической проницаемости, от размера контакта, интенсивности трения, влажности воздуха.

Паразитная электризация трением проявляется в промышленности вследствие контакта тела человека с его одеждой, с полом и приборами.

Рис. 5. Электризация за счет индукции: 1 - тело В электрически нейтрально;

       2 - поляризация тела В в электрическом поле; 3 - отвод     

      отрицательных зарядов при искровом разряде или касании тела С; 4 -   

      тело В заряжено положительно

Рис. 6. Электризация трением: 1 -две субстанции А я В в нейтральном      

        состоянии; 2 - фаза касания или трения; 3-А заряжена    

         положительно,  В – отрицательно.

Помехи, связанные с техническими электромагнитными процессами

Помехи, связанные с техническими электромагнитными процессами делятся на два класса:

1) Помехи в области низких, средних и высоких частот (от нескольких герц до 100 ГГц). Они создаются всеми устройствами электроснабжения переменного многофазного напряжения.

2) Второй класс помех охватывает процессы, создающие апериодические, случайно возникающие во времени помехи, как правило, с широким частотным спектром. Основная их причина это коммутация холостых линий конденсаторных батарей и малонагруженных трансформаторов, подключение или отключение большой нагрузки, возникновение короткого замыкания, замыканий на землю. При этом в сети высокого напряжения могут возникать затухающие колебания частотой сотни килогерц и перенапряжения, во много раз превышающие номинальные напряжения.

В таблице 1 приведены примерные значения, напряженностей магнитного поля Н (А/м) вблизи объектов электроэнергетики.

 

Таблица 1

 

Генераторные сборные шины с током 2,2кА	расстояние (м)      0,3 0,5 1 1,5 напряженность (А/м) 36 22 12 6
Трансформатор,      связывающий генератор с сетью высокого напряжения	Вблизи Н = 6 (А/м)
Линии электропередач 400кВ	Под линией Н = 10 (А/м)
Подстанции (под сборными шинами 400 кВ)	Н = 9(А/м)

Примерные значения напряженности электрического поля в различных частотных диапазонах Е (В/м) приведены в таблице 2.

 

 

Таблица 2

 

Тепловая электростанция	1-10 кГц	0,01-1мГц	1-100мГц	0,1-1Ггц
	-	5,7	0,06	-
Котельная высокого давления	14,2	5,3	1,2	20
Сталеплавильный завод	20	2,7	0,1	15
Завод по производству удобрений	-	2	0,02	_

Примерные значения напряженности электрического поля в различных частотных диапазонах Е (В/м) в непосредственной близости от некоторых технических и бытовых приборов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Радиопередатчик	Мощность 20 кВт	Частота 600 кГц	Е=17(В/м)
Радиопередатчик	Мощность 100 кВт	Частота 15 мГц	Е = 25(В/м)
Радиотелефон	На расстоянии 0,5 м	Частота 0,3-3 гГц	Е=1-10(В/м)
Холодильник		Частота	Е = 60(В/м)