Помехи из сети электроснабжения

Питающая электросеть 220/380В с частотой 50Гц и подключенные к ней блоки питания являются источниками следующих помех:

1) фон с частотой 50Гц;

2) выбросы напряжения от вспышки молнии (рис. 16.1а);

3) кратковременные затухающие колебания при переключении индуктивной нагрузки (рис. 17.1б);

4) высокочастотный шум, наложенный на синусоиду 50Гц (рис. 17.1в);

5) инфранизкочастотный шум, проявляющийся как нестабильность во времени среднеквадратического значения сетевого напряжения (рис. 17.2);

6) долговременные искажения формы синусоиды и гармоники при насыщении сердечника трансформатора и по другим причинам.

Наибольшее влияние на системы ПА оказывают первые 3 вида помех (рис.17.1).

Рис.16.1. Виды помех, проникающих из сети питания: а - от вспышки молнии; б - при переключении индуктивной нагрузки; в - помехи от радиостанций

Рис.16.2. Изменения действующего значения сетевого напряжения в течение суток (измерено с помощью модуля NL-8AI (НИЛ АП)

Для уменьшения кратковременных выбросов напряжения используют специальные защитные диоды и варисторы. Инфранизкочастотный шум и искажения синусоиды отфильтровываются стабилизатором и сглаживающим фильтром сетевого источника питания и практически не проходят сквозь паразитные емкости сетевого трансформатора.

Причинами и источниками сетевых помех могут быть разряды молнии при попадании в линию электропередачи, включение или выключение электроприборов, тиристорные регуляторы мощности, реле, э-м клапаны, электродвигатели, электросварочное оборудование и др.

Пути проникновения сетевой помехи показаны на рис. 16.3. Силовой или развязывающий трансформатор включен в сеть 220В, 50Гц. Сеть представлена эквивалентными источниками напряжения Е_{~220 В} и помех Е_помехи. Нулевой провод источника сетевого напряжения заземлен на главном щите у ввода в здание. Если выход источника питания тоже заземлен, что часто необходимо для целей электробезопасности, то возникает путь протекания тока помехи, показанный на рис.16.3, включающий сопротивление заземляющего проводника R_земли. Основным звеном в этой цепи является паразитная емкость между обмотками силового трансформатора C_пap1, для уменьшения влияния которой часто используют заземленный электростатический экран (рис.16.4).

Рис.16.3. Пути проникновения помехи из сети 220В, 50Гц в систему заземления и общий провод источника питания

Рис.16.4. Источник питания с 3-мя типами земель (слева направо): защитная, экранная и сигнальная. Экран показан штриховой линией.

Ток помехи протекает по общему проводу источника питания и заземляющему проводнику, создавая на их сопротивлении падение напряжения помехи, рассматриваемой далее (на рис. 16.3 эти участки цепи выделены жирной линией). Ток источника помехи Е_помехи может замыкаться не на трансфораторной подстанции, а через внутреннее сопротивление других электроприборов, подключенных к электросети, а также через емкость кабеля. Таким образом, на шине заземления падает паразитное напряжение помехи, делая ее грязной, и часть напряжения помехи попадает на выход источника питания через участок провода, выделенный жирной линией на рис.16.3.

Наиболее значительной помехой, проникающей в шину заземления из сети 220В, 50Гц, является:

1) емкостной ток, протекающий через емкость между обмоткой двигателя и его корпусом;

2) ток между сетевой обмоткой трансформатора и сердечником,

3) ток через конденсаторы сетевых фильтров.

Путь тока помехи через емкость между первичной обмоткой трансформатора и его заземленным сердечником С_пар3 показан на рис.16.3. Этот ток также протекает через общий провод источника питания и заземляющий проводник. Именно эта емкость приводит к тому, что незаземленные электроприборы бьют током. При отсутствии заземления потенциал металлического корпуса приборов, подключенных к сети 220 В, составляет от десятков до 220В в зависимости от сопротивления утечки на землю. Для уменьшения этого напряжения корпуса приборов, включенных в сеть 220В, должны быть заземлены по требованию техники электробезопасности.

При использовании DC-DC (Direct Current-Direct Current) и AC-DC (Alternating Current-Direct Current) преобразователей напряжения, которые содержат внутренний генератор, к источнику помехи Е_помехи добавляется емкостная и индуктивная наводка от собственного генератора преобразователя. Поэтому уровень помех на общем проводе у DC-DC и AC-DC преобразователей выше, чем в источниках с обычным силовым трансформатором, хотя проходная емкость С_пар1 в этих преобразователях может быть уменьшена до единиц пикофарад по сравнению с сотнями пикофарад для обычного силового трансформатора.

Для уменьшения проникновения помехи в источниках питания используют раздельное экранирование первичной и вторичной обмотки трансформатора, а также разделение защитной, сигнальной и корпусной (экранной) земель (рис.16.4). На рисунке сплошной жирной линией показан металлический корпус прибора; кружочками обозначены клеммные соединители, изолированные от корпуса. Методы соединения различных земель между собой описаны далее.