Лекція 10. Основні аспекти забезпечення електромагнітної сумісності

1. Основні причини росту електромагнітних завад

1. Основні причини росту електромагнітних завад

Зростання встановленої потужності нелінійних, несиметричних і різкозмінних навантажень промислових підприємств привів до істотного збільшення рівня електромагнітних завад (ЕМЗ) в системі електропостачання (СЕС) і підприємств і ЕС [2]. Ці перешкоди, в залежності від їх характеру, інтенсивності і тривалості, несприятливо впливають на силові електроустановки, системи автоматики, РЗ і телекомунікації і т.д. У ряді випадків це призводить до зниження надійності електропостачання, збільшення втрат ЕЕ, погіршення якості і зменшення кількості продукції, що випускається, що обумовлює практичну значимість проблеми ЯЕ [2].

Електромагнітна сумісність (ЕМС) визначається, як здатність електротехнічного пристрою задовільно функціонувати в його електромагнітному оточенні, не впливаючи на це оточення, до якого належить також і інші пристрої. Дане визначення стосовно СЕС підприємств виявляється неповним, тобто в коло питань ЕМС не включені СЕС з їх особливостями посилення перешкод (наприклад, в результаті резонансних явищ), їх деформації і навіть генерування. Таким чином, під ЕМС слід розуміти не тільки здатність електрообладнання нормально функціонувати в навколишній електромагнітній обстановці, але також здатність не привносити в неї неприпустимих перекручувань. Слід зазначити, що проблема ЯЕ виявляється більш широкою, ніж проблема ЕМС.

При будь-якій системі господарювання ЕЕ розглядається як товар, що характеризується певними специфічними властивостями і показниками, перелік і значення яких визначають його споживчі якості. У класичній теорії ЕМС питання ЕМС аналізувалися в двох основних напрямках: працездатність (стійкість) системи або пристрою при наявності ЕМП і емісія (генерування) ЕМП. Як генеруються ЕМП, що визначають рівень емісії і залежність від частоти f, можуть бути ВГ або КН.

2. Нормалізація якості електроенергії

2. Нормалізація якості електроенергії

Показання рівні ЕМП визначають основи підходу до нормалізації в області ЯЕ. Відповідні документи можуть бути віднесені до однієї з трьох груп [2]:

А) документи, які стосуються допустимих рівнів генерування перешкод;

Б) визначають рівень завадостійкості конкретних видів електрообладнання;

В) стосовно характеристик живильної мережі

ЯЕ є сукупність параметрів, що описують особливості процесу передачі ЕЕ для її використання в нормальних умовах експлуатації, що визначають безперервність електропостачання і характеризують напруга живлення (величину, несиметрію, частоту, форму хвилі). Примітка: ЯЕ виражається ступенем задоволення споживача умовами електропостачання (важливо з практичної точки зору); ЯЕ залежить не тільки від умов електропостачання, але також від особливості застосовуваного обладнання (його критичності до ЕМП, а також їх генерування) і практики експлуатації. Цим підкреслюється факт, що відповідальність за ЯЕ несуть не тільки електропостачальної організації, але споживач і виробник електрообладнання.

3. Економічні та організаційні аспекти електромагнітної сумісності

Економічні та організаційні аспекти електромагнітної сумісності [2].

В даний час проблема забезпечення ЕМС різних технічних засобів перетворилася в самостійне науково-технічний напрям, що охоплює численні аспекти радіотехніки, електроніки і електротехніки. Встановлено, що вона повинна враховуватися на кожному етапі розробки і виготовлення згаданих коштів - системотехнічному, схемотехнічному, конструкторсько-технологічному та виробничому, а також на етапі експлуатації. Практичне розв'язання проблеми ЕМС призводить до підвищення якості роботи електрообладнання, до зниження до мінімуму проблем, пов'язаних з електромагнітною сумісністю. Не можна вважати виріб якісним, якщо він, виконуючи своє призначення, створює електромагнітні перешкоди, які не дозволяють іншому виробу виконувати своє призначення. Також не можна вважати якісним будь-який виріб, якщо за відсутності перешкод він виконує своє призначення і не виконує його при наявності перешкод навіть допустимого рівня.

4. Організаційне забезпечення ЕМС

3. Організаційне забезпечення ЕМС:

- організаційні рішення, постанови, нормативно-технічні документи, спрямовані на виключення або зниження до прийнятного рівня електромагнітних завад між технічними засобами;

- виконання нормативних актів і вимог нормативно-технічної документації, практична реалізація яких забезпечує стан електромагнітної обстановки на об'єкті, що охороняється або в його охороняється частині, в зоні, що охороняється на допустимому рівні.

5. Технічне забезпечення ЕМС

4. Технічне забезпечення ЕМС:

 технічні рішення, спрямовані на поліпшення характеристик їх ЕМС.

ЕМС вироби найбільш ефективно досягається з урахуванням експлуатаційних і економічних умов шляхом планомірної і безперервної роботи на стадії проектування виробу. ЕМС розглядається поряд з іншими параметрами як комплексна характеристика якості створюваного вироби, і її реалізація простежується при виготовленні вироби системою контролю якості. Це означає, по суті, гарантію забезпечення власної завадостійкості, тобто виключення внутрішнього електромагнітного впливу в системі, а також забезпечення завадостійкості до зовнішнього впливу при обгрунтованих витратах і реалізацію виправданих заходів, спрямованих на те, щоб вплив пристрою на навколишнє середовище не виходило за межі встановлених норм. При цьому поняття «обґрунтовані витрати» при можливих зовнішніх впливах не слід розуміти з позиції досягнення абсолютної стійкості будь-яку ціну. Перш за все необхідно домогтися мінімізації загальної вартості KG, обумовленої вартістю втрат KFвследствіе роботи системи з урахуванням впливу електромагнітної несумісності і вартістю додаткових заходів KE ​​щодо підвищення ЕМС. Це означає, що процес підвищення надійності щодо ЕМС вимагає все більших витрат [2].

Малюнок 12.1 - Залежності вартості витрат До від ймовірності порушень функціонування WF внаслідок недостатньої електромагнітної сумісності

Однак практично важко визначити залежності Kf (Wf) і Ke (Wf), тобто результуючу вартість. Відомі витрати на забезпечення сумісності різних об'єктів, які становлять від 2 до 10% вартості розробки, і ці цифри можуть бути прийняті в якості першого наближення оптимальної вартості Kе, opt. Якщо правильно і своєчасно врахувати проблеми ЕМС, то можливо знизити додаткові витрати на проектування заходів забезпечення ЕМС до 1% вартості замовлення.

6. Норми і рекомендації щодо електромагнітної сумісності

 Норми і рекомендації щодо електромагнітної сумісності.

Останнім часом через все більшого ускладнення апаратури особливо гостро постала проблема електромагнітної сумісності. ЕМС - здатність технічного засобу ефективно функціонувати із заданою якістю в певній електромагнітної обстановці, не створюючи при цьому неприпустимих електромагнітних завад іншим технічним засобам. Очевидно, що будь-яка сучасна електронна техніка повинна відповідати цим вимогам, що важливо не тільки для її якісного функціонування, а й для безпеки людей. Електротехнічне та електронне обладнання найкраще купувати у виробників, які заявляють розрахункові та підтверджені електромагнітні характеристики, відповідні передбачуваним умовам експлуатації обладнання. В іншому випадку, якщо у устаткування недостатньо високі показники ЕМС, необхідно якомога раніше визначити необхідні методи екранування і фільтрації перешкод. Виробник електротехнічного обладнання, як правило, надає норми і рекомендації щодо електромагнітної сумісності свого обладнання, в яких міститися вказівки та рекомендації щодо захисту обладнання від впливу ЕМП, розглядаються методи захисту обладнання при установки обладнання, прокладання кабельних зв'язків, використання фільтрів, заземлення та харчуванні обладнання, описані умови при яких буде забезпечена якісна робота електрообладнання. Придатність обладнання до певних умов експлуатації підтверджується також в паспортних даних зазначенням виду захисту та допустимих меж зміни допоміжних електроенергетичних параметрів (напруги, частоти, наявності вищих гармонік), останнім часом до цього переліку додається ще ступінь захищеності від впливів зовнішніх електромагнітних полів, що характеризує придатність використання обладнання в тих чи інших умовах електромагнітного впливу. Описувані методи і рекомендації щодо забезпечення ЕМС складаються на основі різних стандартів по ЕМС з урахуванням досвіду експлуатації обладнання. Деякі виробники обладнання не мають інструкцій, що говорить про те, що виробник практично не прагнути забезпечити досить високі характеристики ЕМС свого обладнання, а деякі поставляють інструкції, для реалізації яких потрібні великі витрати і тривалий час. Необхідно завжди строго дотримуватися інструкції виробника щодо забезпечення ЕМС.

До рекомендацій по ЕМС відносяться методи прокладки кабелів, згідно з якими всі кабелі поділяються на 4 типи (клас 1 - кабелі, що відносяться до ланцюгів з малопотужними і високочутливими до перешкод сигналам; клас 2 - кабелі, що відносяться до ланцюгів з незначним рівнем чутливості до перешкод; клас 3 - кабелі, що відносяться до ланцюгів, що створюють невисокий рівень перешкод; клас 4 - кабелі, що відносяться до ланцюгів, що створюють високий рівень перешкод), кожні з яких необхідно прокладати в окремих коробах або джгутах, на певних відстанях один від одного, щоб уникнути впливу створюваних ними перешкод один на одного [2]. У разі необхідності кабелі повинні бути екрановані.

Також до питань забезпечення ЕМС належать питання заземлення розстановки обладнання, фільтрації, поділу апаратури і джерел живлення і т.д.

7. Організаційні основи електромагнітної сумісності

Організаційні основи електромагнітної сумісності.

В даний час проблема забезпечення ЕМС різних технічних засобів перетворилася в самостійний науково-технічний напрям, що охоплює численні аспекти радіотехніки, електроніки і електротехніки. Встановлено, що вона повинна враховуватися на кожному етапі розробки і виготовлення згаданих коштів - системотехнічному, схемотехническом, конструкторсько-технологічному та виробничому, а також на етапі експлуатації. Практичне розв'язання проблеми ЕМС призводить до підвищення якості роботи електрообладнання, до зниження до мінімуму проблем, пов'язаних з електромагнітною сумісністю. Не можна вважати виріб якісним, якщо воно, виконуючи своє призначення, створює електромагнітні перешкоди, які не дозволяють іншому виробу виконувати своє призначення. Також не можна вважати якісним будь-який виріб, якщо за відсутності перешкод воно виконує своє призначення і не виконує його при наявності перешкод навіть допустимого рівня.

Організаційне забезпечення ЕМС: організаційні рішення, постанови, нормативно-технічні документи, спрямовані на виключення або зниження до прийнятного рівня електромагнітних завад між технічними засобами; виконання нормативних актів і вимог нормативно-технічної документації, практична реалізація яких забезпечує стан електромагнітної обстановки на об'єкті, що охороняється або в його охороняється частині, в зоні, що охороняється на допустимому рівні.

Технічне забезпечення ЕМС: технічні рішення, спрямовані на поліпшення характеристик їх ЕМС.

Комплексна мета раціональних робіт по ЕМС при проектуванні, виготовленні і використанні засобів автоматизації полягає в тому, щоб усунути можливі недоліки, обумовлені електромагнітної несумісністю, тобто шляхом організаційного застосування технічно реальних заходів при виправданих витратах досягти задовільною сумісності, можливості зміни ступеня сумісності та випробування на сумісність. Принциповими заходами щодо підвищення ЕМС можуть бути пригнічення виникнення перешкод шляхом впливу на джерело перешкод; придушення або ослаблення перешкод в тракті поширення; підвищення перешкодозахищеності і стійкості слабкої ланки шляхом здійснення заходів, що впливають на умови проникнення перешкоди і інтенсивність впливу проникла перешкоди; поділ у часі режимів появи перешкоди і функціонування чутливого елемента. Ці можливості практично використовують окремо або комплексно. Технічно реалізувати різні заходи: схемні, структурні, відповідне математичне забезпечення, організаційні.