Технические требования
В соответствии с [1], способность комбинированных
блоков питания (в дальнейшем – блок, техническое средство или ТС) сохранять
заданное качество функционирования при воздействии на него внешних
электромагнитных помех с регламентируемыми значениями параметров, при
отсутствии дополнительных защитных средств, не относящихся к принципу действия
или построения ТС, называют устойчивостью к электромагнитной помехе [2].
При испытаниях на электромагнитную совместимость
предполагают, что электромагнитные помехи воздействуют на ТС через пόрты – границы между ним и внешней
электромагнитной средой [3].
Действующими стандартами предусмотрено несколько
критериев качества функционирования [4], характеризующих работоспособность ТС
при воздействии помех. В связи с тем, что все изделия, используемых в системах
релейной защиты, при воздействии помех
должны соответствовать критерию качества А, то есть продолжать функционировать
без сбоев и не требовать вмешательства оператора после прекращения воздействия
помех, рассматривать другие критерии здесь не будем.
Все ТС, используемые в схемах релейной защиты,
согласно [5] должны быть подвергнуты испытаниям на устойчивость к воздействию микросекундных
импульсных помех (МИП), проводимым по [6, 7]. Требование устойчивости к
воздействию таких помех предъявляют к ТС, подключаемых к сетям питания, а также
к другим сетям, проложенным вне зданий.
Cчитают, что МИП возникают в результате действия
естественных (например, молнии) и/или искусственных (переходные и
коммутационные процессы в электросетях, импульсы при работе мощных тиристорных
приводов, сварочных аппаратов и т.п.)
факторов.
Время воздействия импульса может составлять десятки
и сотни микросекунд (много меньше одного полупериода), амплитуда напряжения
может достигать десятков кВ, а ток - до ста кА. (рис. 1). Последствия
воздействия МИП на электронное оборудование и электропроводку могут быть разрушительными
(рис. 2).
|
|
Рис. 1 Осциллограмма напряжения (по [8]) |
Рис. 2 Пример повреждений платы Ethernet, вызванных воздействием одиночного импульса (напряжение 4,5 кВ 6,5/700 мкс - 4/300 мкс) по [9] |
В самом первом нормативном документе [10], выпущенном
ещё в 1997, зафиксированы такие характеристики МИП:
-
длительность импульса тока – 6,4/16 мкс;
-
длительность импульса напряжения – 1/50 мкс.
Задавая те или иные
уровни испытательного напряжения необходимо учитывать прочность изоляции цепей,
на которые будут поданы МИП.
В РД [10] предусмотрено, что испытаниям на
воздействие МИП подвергают входные цепи тока и напряжения ТС, подключенные к
трансформаторам тока и напряжения,
установленным на высоковольтной подстанции. В [6] установлено, что испытаниям на
воздействие МИП по подвергают ТС, устанавливаемые:
- в
жилых и коммерческих зонах, а также в промышленных зонах с малым
энергопотреблением;
- в
промышленных зонах;
-
на электростанциях.
Условия отнесения ТС к той или иной зоне,
перечислены в стандартах [11, 12].
В действующем в настоящее время стандарте [7]
предусмотрено, что при испытаниях МИП воздействуют на порты электропитания ТС.
В стандарте [7] также предусмотрено, что при
определенных обстоятельствах воздействию МИП могут подвергаться порты
электропитания постоянного тока, порты ввода-вывода и порт заземления, а вот воздействие
на порт корпуса этого вида помех в этом документе не предусмотрено.
Степень
жесткости испытаний
Для удобства интенсивность воздействия МИП
характеризуют условным номером (цифрой) и называют степенью жесткости испытаний
[14].
Степень жесткости испытаний согласно рекомендациям, приведенным
в стандарте [6], определяют в зависимости от класса условий эксплуатации,
определяемых электромагнитной обстановкой. Предусмотрено несколько классов
эксплуатации – от 0 (защищенная электромагнитная обстановка, характерная для
специально оборудованного помещения) до 5 (электромагнитная обстановка,
характерная для ТС, подключенных к линиям связи и воздушным силовым линиям в
малонаселенных районах).
Предусмотрен также класс, соответствующий особой
электромагнитной обстановке, характеристики которой устанавливают по
специальному соглашению между изготовителем и потребителем), поэтому в
стандарте [6] предусмотрена специальная степень жесткости испытаний,
обозначаемая знаком Х.
Для класса условий эксплуатации 0 испытания на
воздействие МИП не применяют.
Практически все комбинированные блоки питания
эксплуатируют в условиях, отнесенных
стандартом [6] ко 2 и 3 классам.
Для электромагнитной обстановки 2 класса характерна:
- раздельная прокладка
силовых и сигнальных кабелей;
- наличие заземляющих
шин, к которым подключены ТС, отделенных от системы заземления энергетических
установок, в которой могут возникать напряжения помех, создаваемых разрядами
молнии или энергетическими установками;
- система электропитания
электронных устройств, развязанная от других питающих цепей (например, с
помощью специальных трансформаторов);
- наличием защиты
большинства соединительных кабелей от перенапряжений.
В этом случае считают, что напряжение МИП не
превышает 1 кВ.
Следует учитывать, что для ТС, эксплуатируемого в
условиях электромагнитной обстановки 2 класса, стандартом предусмотрено
испытание на устойчивость к МИП линий связи малой протяженности и линий передачи
данных МИП с амплитудой не менее 0,5 кВ (степень жесткости испытаний 1).
Электромагнитная обстановка 3 класса характерна:
- совмещением трасс силовых и сигнальных кабелей;
- наличием общей для ТС и энергетических установок
системы заземления, подверженной воздействиям помех создаваемых разрядами
молнии и энергетическими установками;
- относительно высокой амплитудой напряжения помех,
создаваемых токами короткого замыкания, разрядами молний, операциями переключений;
- подключением к общей системе электропитания
защищенного электронного оборудования и
менее чувствительных к помехам электротехнических устройств;
- прокладкой соединительных кабелей вне помещений и
вблизи шин заземления;
- наличием электрооборудования, содержащего
индуктивные нагрузки, не снабженные средствами помехоподавления при коммутации.
Принято считать, что для этой электромагнитной
обстановки напряжение МИП не превышает 2 кВ.
Исходя из указанных характеристик электромагнитной
обстановки
в
технических условиях на некоторые комбинированные блоки питания указаны такие
амплитуды напряжения [13]:
– 1 кВ при подаче МИП
по схеме «провод–провод»[1]
(степень жесткости испытаний 2);
–
2 кВ
при подаче МИП по схеме «провод–земля»
(степень жесткости испытаний 3).
Необходимо напомнить,
что в РД [10] для цифровых устройств
релейной защиты указана амплитуда напряжения испытательного импульса 4 кВ, что
соответствует степени жесткости испытаний 4.
Учитывая, что для степени жесткости 0 испытания не
проводят, то при проведении испытаний качество функционирования ТС должно быть
подтверждено для каждой из степеней жесткости испытаний, начиная от первой до наибольшей,
установленной в документации.
Поэтому нужно провести два (для тех случаев, когда в
документации указана степень жесткости испытаний 2) или три испытания ТС (для тех
случаев, когда в документации указана степень
жесткости испытаний 3).
Испытания на устойчивость к воздействию МИП,
соответствующие степеням жесткости 3 (для симметричных и несимметричных линий)
и 4 (во всех случаях) проводят с применением первичной защиты.
Методика
испытаний
Для
обеспечения сопоставимых результатов, испытания на помехозащищенность
необходимо производить с использованием методов и испытательного оборудования,
соответствующего требованиям, приведенных в стандартах испытаний.
Основное
оборудование, используемое при испытаниях на воздействие МИП – испытательный
генератор (рис. 3), требования к которому регламентированы в стандарте [6] в
зависимости от режима работы следующим образом:
-
режим холостого хода:
- длительность фронта импульса на выходе
испытательного генератора 1 мкс (см. рис. 1);
- длительность импульса – 50 мкс;
- режим короткого
замыкания:
|
Рис. 3 Генератор МИП типа ИГМ-4 |
- длительность фронта импульса на выходе
испытательного генератора 6,4 мкс;
- длительность импульса – 16 мкс.
Перед
проведением испытаний необходимо проверит характеристики ИГ, (1/50 мкс -6,4/16
мкс) в режиме холостого хода (нагрузка
не менее 10 кОм) и в режиме короткого замыкания (нагрузка не более 0,1 Ом) при
одних и тех же заданных напряжениях.
Ток
короткого замыкания должен быть не менее 0,2 кВ при напряжении холостого хода
0,5 кВ и не менее 2 кА при напряжении холостого хода 4 кВ.
Микросекундные импульсные помехи на ТС
подают по одной из схем – «провод-провод» (рис. 4) или «провод-земля» (рис. 5).
Рис. 4 Подача
МИП на цепи питания по схеме «провод-провод» А1
– схема развязки, АG – испытательный генератор, А2 – объект испытаний – БПК-5, С
– конденсатор связи, L – фазный провод, N
– нейтральный провод, PE – защитное заземление |
При испытаниях по схеме «провод-провод»
полное сопротивление цепи питания принимают равным 2 Ом, а при испытаниях применяют
испытательный генератор с внутренним сопротивлением 2 Ом.
|
Рис. 5 Подача
МИП на цепи питания по схеме «провод-земля» А1
– схема развязки, АG – испытательный генератор, А2 – объект испытаний – БПК-5, С
– конденсатор связи, L – фазный провод, N
– нейтральный провод, PE – защитное заземление, R – резистор, имитирующий сопротивление системы
заземления |
Стандартный метод испытаний на
устойчивость к воздействию МИП предусматривает
необходимость соблюдения определенных требований к рабочему месту для испытаний,
проводимых в испытательной лаборатории, чего не было для рабочего места при испытаниях
на устойчивость к воздействию магнитного поля промышленной частоты [15].
Например, стандарт [6] предусматривает
применение устройства развязки (см. А1
на рис. 4, 5), что позволяет избежать воздействие МИП на другие ТС, не
подвергающиеся испытаниям и получить импульса установленной формы. Длина
силового кабеля между ТС и устройством
развязки не должна превышать
Кроме этого, для обеспечения соответствующего сопротивления
связи в некоторых случаях возможно применение дополнительных резисторов
(см. R на рис. 5).
Полное общее сопротивление цепи
электропитания и системы заземления принимают равным 12 Ом, поэтому при
испытаниях по схеме «провод-земля» последовательно с конденсатором связи
включают резистор, имеющий сопротивление 10 Ом (см. рис.5).
Полное сопротивление между всеми другими
линиями связи и землей принимают равным 42 Ом, поэтому последовательно с
конденсатором связи включают резистор сопротивлением 40 Ом.
При
испытаниях на устойчивость к воздействию помех ТС должно работать в
соответствии со своим назначением, поэтому комбинированный блок включают в испытательную схему, используемую
и при проверке его параметров.
В
испытательной схеме должны предусмотрены регулируемые источники напряжения и
тока, регулируемая нагрузка , как это показано в описаниях процессов испытания
комбинированных блоков питания на устойчивость к другим помехам [15, 16].
Перед
началом испытаний на входе комбинированного
блока питания устанавливают напряжение, указанному в его документации.
При испытаниях блоков питания, в которых канал тока блокируется
при наличии питания на входе напряжения, источник токового сигнала не включают. В блоках, где блокирование
токового канала не предусмотрена, устанавливают значение тока, указанное в
документации испытываемого изделия.
После этого с помощью испытательного
генератора AG
подают МИП. Испытания повторяют несколько раз, в соответствие с указаниями в технической документации. Параметры МИП также
должны соответствовать приведенным в
документации ТС.
Во время воздействия МИП и после их
прекращения блок должен функционировать нормально, выходное напряжение блока не
должно отклоняться за установленные пределы. Если в блоке предусмотрен световой
сигнал о работе, то во время испытаний он должен светиться непрерывно.
После окончания испытаний на воздействие
МИП проводят визуальный контроль блока для выявления видимых повреждений и
подвергают приемосдаточным испытаниям для проверки характеристик блока.
Перечень контролируемых характеристик должен быть установлен в
программе испытаний.
Литература
1. ГОСТ 30372-95 (ГОСТ Р 50397-92).
Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.
7. ГОСТ 51317.4.1-2000.
Совместимость технических средств электромагнитная.Испытания на помехоустойчивость. Виды испытаний.
8.
Испытания по электромагнитной совместимости//[Электронный ресурс], режим
доступа: https://www.smtu.ru/rus/elemcom/test_r.html
9. ГОСТ Р 51317.1.5-2009.
Совместимость технических средств электромагнитная. Воздействия
электромагнитные большой мощности на системы гражданского назначения. Основные
положения (стандарт можно скачать здесь - https://docs.cntd.ru/document/gost-r-51317-1-5-2009)
10. РД 34.35.310-97. Общие
технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики
энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997.
11.
ГОСТ 51317.6.1-2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость
к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в жилых,
коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением
12.
ГОСТ Р 51317.6.2-2007 Совместимость технических средств электромагнитная.
Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в
промышленных зонах. Требования и методы испытаний
13. Захаров О.Г. Источники
питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты. М.:НТФ
«Энергопрогресс», «Энергетик», 2011, 102 с.[Библиотечка
электротехника, приложение к журналу «Энергетик», вып. 2 (146)].
14.
Cтепень
жесткости испытаний//[Электронный
ресурс «Всё о РЗА»], режим доступа: https://rza.org.ua/glossary/read/Stepen-zhestkosti-ispytanij.html
15.
Захаров О.Г.Испытания комбинированных блоков питания на устойчивость к
магнитному полю промышленной частоты//[Электронный ресурс], режим доступа: https://www.olgezaharov.narod.ru/2015/MPPCH.html
16. Испытания
комбинированных блоков питания на устойчивость к воздействию наносекундных
импульсных помех//[Электронный ресурс], режим доступа: https://www.energoboard.ru/articles/3652-ispitaniya-kombinirovannih-blokov-pitaniya-na-ustoychivost-k-vozdeystviyu-nanosekundnih-impulsnih-pomeh.html
17. ГОСТ 32137-2013
Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства для
атомных станций. Требования и методы испытаний.
18. Захаров О.Г. Надежность цифровых устройств релейной защиты. Показатели.
Требования. Оценки. М.: Инфра-Инженерия, 2014, 128 с.
© ЗАХАРОВ О.Г.
правка 2020::: правка 2022::: правка 2024
Города и страны. Здесь читают мои сайты
:::17.02.2022_11-25:::25.10.2024_15-54