1. Eessõna
Elektrisüsteemis kasutatakse elektrivõrgu võimsuse ja ülekandepinge suurenemisega laialdaselt arvutitel ja mikroprotsessoritel põhinevaid releekaitse-, elektrivõrgu juhtimis- ja sideseadmeid. Seetõttu on elektrisüsteemi elektromagnetilise ühilduvuse probleem muutunud väga oluliseks. Näiteks releekaitse-, side- ja SCADA-funktsioone integreerivad alajaama integreeritud toiteseadmed paigaldatakse tavaliselt alajaama kõrgepingeseadmete lähedusse. Seadmete normaalse töö eelduseks on, et see talub tavatöö- või avariitingimustes alajaamas tekkivaid ülitugevaid elektromagnetilisi häireid. Lisaks, kuna kaasaegsed kõrgepingelülitid on sageli integreeritud elektrooniliste juhtimis- ja kaitseseadmetega, ei pea selliste tugeva ja nõrga vooluga seadmeid kombineeritud seadmeid mitte ainult kõrgepinge ja suure vooluga katsetama, vaid peavad läbima ka elektromagnetilise ühilduvuse test. Kui GIS-i lahklüliti töötab, võib see genereerida kiiret siirdepinget sagedusega kuni mitu megahertsi. See kiire mööduv ülepinge ei ohusta mitte ainult trafo ja muude seadmete isolatsiooni, vaid levib ka maandusvõrgu kaudu väljapoole, segades alajaama releekaitse- ja juhtimisseadmete normaalset tööd. Elektrisüsteemide automatiseerimise täiustumisega muutub EMC-tehnoloogia tähtsus üha selgemaks.
Rahvusvahelise elektrotehnikakomisjoni (1EC) definitsiooni kohaselt viitab elektromagnetiline ühilduvus (EMC) seadme või süsteemi võimele normaalselt töötada oma elektromagnetilises keskkonnas, põhjustamata talumatuid elektromagnetilisi häireid keskkonnas. EMC on uus interdistsiplinaarne kõikehõlmav rakendusdistsipliin. Ääretehnoloogiana põhineb see elektri- ja raadiotehnoloogia alusteoorial ning hõlmab mitmeid uusi tehnikavaldkondi, nagu mikroelektroonika, arvutitehnoloogia, mikrolainetehnoloogia, sidetehnoloogia ja võrgutehnoloogia, aga ka uusi materjalirakendusi. EMC-tehnoloogia uurimisvaldkond on väga lai, hõlmates peaaegu kõiki automatiseerimise rakendusvaldkondi, nagu elektrienergia, side, raadio, transport, lennundus, sõjavägi, arvuti ja meditsiin.
Igasugused samas toitesüsteemis olevad elektriseadmed on omavahel tihedalt seotud ja interakteeruvad elektrilise või magnetilise ühenduse kaudu. Töörežiimi muutmisest, rikkest, lülitite tööst jms põhjustatud elektromagnetiline võnkumine mõjutab paljusid elektriseadmeid, mis mõjutab nende elektriseadmete töövõimet või isegi kahjustab neid. Kõik see näitab, et elektrisüsteemi elektromagnetilise ühilduvuse probleem on muutunud probleemiks, mida ei saa eirata.
2. Mitmed elektromagnetilise ühilduvuse kontseptsioonid
1) Elektromagnetilise ühilduvuse keskkond (EME)
See viitab kõigi antud kohas esinevate elektromagnetiliste nähtuste summale. Antud koht on ruum, mis viitab kõigile elektromagnetilistele nähtustele, sealhulgas kogu aeg ja kogu spekter.
2) Elektromagnetiline ühilduvus (EMC)
EMC viitab sellele, et seade või süsteem saab oma elektromagnetilises keskkonnas normaalselt töötada ega põhjusta elektromagnetilisi häireid mitte millelegi keskkonnas. Distsipliinina võib EMC tõlkida kui "elektromagnetiline ühilduvus". EMC-võimet seadme või süsteemina võib nimetada "EMC-ks". Definitsioonist on näha, et elektromagnetiline ühilduvus hõlmab kahte aspekti: seadmete või süsteemide tekitatud elektromagnetkiirgus ei mõjuta teiste seadmete või süsteemide talitlust; Seadme või süsteemi häiretevastane võime on piisav, et vältida seadmete või süsteemi funktsioonide mõjutamist muudest häiretest.
3) Elektromagnetilised häired (EMI)
Elektromagnetilised häired viitavad mis tahes elektromagnetilistele nähtustele, mis võivad vähendada seadmete, seadmete ja süsteemide jõudlust või kahjustada elusaineid. See koosneb häirete allikast, ühenduskanalist ja vastuvõtjast. Häire levimisviisi järgi jagunevad elektromagnetilised häired kiirgushäireteks ja juhtivushäireteks. Kiirgushäired (RI) edastatakse läbi kosmose elektromagnetlainete omaduste ja seadustega, kuid mitte kõik seadmed ei suuda elektromagnetlaineid kiirata; Juhtivad häired (CI) on häired, mis levivad piki juhti, see tähendab, et häireallika ja vastuvõtja vahel peab olema täielik vooluahela ühendus.
4) Elektromagnetiline tundlikkus (EMS)
Kui tundlikkus on kõrge, on häiretevastane toime madal. EMS peegeldab seadmete, seadmete või süsteemide häiretevastast võimet erinevate nurkade alt. Mida madalam on tundlikkuse tase (tase, kui jõudlus on alguses halvenenud), seda suurem on tundlikkus ja madalam on häiretevastane toime; Mida kõrgem on häiretevastane tase, seda kõrgem on häiretevastane tase ja seda madalam on tundlikkus. Elektromagnetiline tundlikkus jaguneb kiirgustundlikkuseks ja juhtivuse tundlikkuseks. Praegu on elektromagnetilise ühilduvuse (EMC) uurimistöö kuumad teemad peamiselt elektromagnetiliste häirete allikate omadused ja nende ülekandeomadused, elektromagnetiliste häirete kahjulikud mõjud, elektromagnetiliste häirete summutamise tehnoloogia, elektromagnetilise spektri kasutamine ja haldamine, elektromagnetiline ühilduvus. standardid ja spetsifikatsioonid, elektromagnetilise ühilduvuse mõõtmise ja katsetamise tehnoloogia, elektromagnetiline leke ja elektrostaatiline lahendus jne.
3. Peamised EMI režiimid ja edastusmarsruudid
Elektriseadmete elektromagnetilise ühilduvuse kujunemine on peamiselt tingitud elektriseadmete arvu suurenemisest kõigil elualadel, traadita sideseadmete, elektriseadmete ja kõrgsagedusseadmete laialdasest kasutamisest ümbritsevas keskkonnas ning seadmetevaheliste elektromagnetiliste häirete suurenemisest. . Vastavalt jõuseadmete elektromagnetilisele ühilduvusele teavad tööstusharu insaiderid, et seadmed häirivad üksteist, see tähendab, et mõned seadmed ei ole mitte ainult haavatavad erinevate häirete suhtes, vaid häirivad ka teisi seadmeid. Tegelikult on paljudel seadmetel elektromagnetiline ühilduvus, kuid nendevahelisi häireid pole selgelt tuvastatud, kuid need potentsiaalsed ohud on mõjutanud jõuseadmete ohutut töötamist. Loomulikult hõlmab seadmete elektromagnetiline ühilduvus ka elektromagnetilisest lekkest tulenevaid võimalikke ohutusriske. Elektromagnetiline leke viitab kasuliku teabe lekkimisele. Kuigi need on nõrgad elektromagnetilised signaalid, saavad mõned pahatahtlikud ründajad, kui nad on mõne teabe vastu huvi tundnud, hõlpsasti kasutada tänapäevaseid vahendeid teabe pealtkuulamiseks, võimendamiseks, dekrüpteerimiseks või dekodeerimiseks.
Elektromagnetilised häired hõlmavad peamiselt järgmist:
1) Harmoonilised häired
Harmooniliste mõju ja kahju esmastele seadmetele avaldub peamiselt järgmistes aspektides: suurendada seadmete kadu, suurendada temperatuuri tõusu ning vähendada seadmete võimsust ja eluiga; Suurendada isolatsiooni dielektrikadu ja lokaalset tühjenemist, et kiirendada isolatsiooni vananemist; Suurendage mootori vibratsiooni ja müra.
Harmoonikute peamine mõju sekundaarseadmetele on häirida nende normaalset tööseisundit, näiteks mõõtmistäpsust, töökindlust jne.
Rikke korral mõjutab distantskaitse rohkem harmooniliste häireid releekaitseseadmetes. Takistusrelee seadistatakse vastavalt süsteemi põhilaine impedantsile. Harmooniliste, eriti kolmanda harmooniliste ilmumine põhjustab suuri mõõtmisvigu ja võib tõsistel juhtudel põhjustada keeldumist või talitlushäireid.
2) Lüliti töö primaarahelas
Peamiselt on see tingitud elektrivõrgus olevate kaitselülitite, lahklülitite jms tööst, mis põhjustab kondensaatoripankade, tühikäigutrafode, reaktorite, mootorite jms ülepinget ning pantograafi elektromagnetilisi häireid.
3) Välguhäire
Kui välk tabab elektrivõrgu alajaama, voolab suur vool läbi maanduspunkti maandusvõrku, mis suurendab oluliselt maanduspunkti potentsiaali. Kui sekundaarahela maanduspunkt on suure voolu välgulöögipunkti lähedal, suureneb sekundaarahela maanduspunkti potentsiaal vastavalt, mis tekitab samas sekundaarahelas ühisrežiimi häireid, mis põhjustab ülepinget, mis põhjustab sekundaarsete seadmete isolatsiooni purunemine tõsistel juhtudel.
4) Sekundaarahela enda häired
Sekundaarahela enda häired tekivad peamiselt elektromagnetilise induktsiooni poolt. Paljud alajaamade või elektrijaamade integreeritud toiteseadmete digitaalsed integraallülitusseadmed on realiseeritud ühe kiibiga mikroarvutisüsteemidega. Kuna süsteemis olevad trükkplaadil (PCB) olevad seadmed saavad toite alalisvoolu toiteallikast ja alalisvooluahelas on palju suuri induktiivmähiseid, tekib ümberlülitamisel mähise mõlemasse otsa ülepinge, mis indutseerida indutseeritud pinget ja indutseeritud voolu, mis ei soodusta sekundaarsete seadmete normaalset tööd, põhjustades häireid PCB-l olevate seadmete töös, häirides seega mikrokontrollerisüsteemi normaalset tööd.
Elektromagnetilisi häireid saab häireallikast tundlikele seadmetele edastada kahel viisil, nimelt juhtivuse ja kiirgusega. Juhtivus jaguneb juhtiva sidestusega otsesidestamiseks, mahtuvusliku sidestusega elektrivälja sidumiseks ja induktiivseks sidumiseks. Kiirgus on peamiselt elektromagnetiline side. Magnetvälja tekitatud häired on põhjustatud juhtide vastastikusest induktiivsusest. Kui voolutugevus sekundaarahelas järsult muutub, muutub ka magnetvoog ristlülist sekundaarahelasse ja seejärel indutseeritakse häirepinge. Mida suurem on primaarahela siirdevoolu amplituud ja sagedus, seda tugevam on primaarahela ja sekundaarahela vaheline magnetühendus ning seda suurem on induktiivühendusest põhjustatud häired. Elektrisüsteemi häired edastatakse peamiselt madalpingeseadmetele TA, CVT ja ülekandekaablite kaudu, millele järgneb kõrgsageduslik kiirgusühendus. Peamised sidestuse vormid on juhtiv ja induktiivne sidestus.
4. Meetmed elektromagnetiliste häirete summutamiseks
Igas süsteemis peab elektromagnetilise ühilduvuse moodustumine vastama kolmele põhitingimusele (nimetatakse kolmeks elektromagnetiliste häirete elemendiks): häireallikate olemasolu, häireallikate suhtes tundlike vastuvõtuseadmete olemasolu ja kanalite olemasolu häireallikate energia ühendamiseks. vastuvõtvad üksused.
Vastavalt elektromagnetiliste häirete tüübile ja omadustele kasutatakse elektromagnetiliste häirete summutamiseks üldiselt varjestus-, filtreerimis- ja maandusmeetodeid.
4.1 Häirete edastamise kanali summutamine
4.1.1 Varjestuse saab jagada elektrivälja varjestuseks, magnetvälja varjestuseks ja elektromagnetiliseks varjestuseks. Üldiselt kasutatakse elektromagnetilist varjestust, et vältida vahelduvate elektromagnetväljade tekitatud häireid. Varjestusel on kaks eesmärki: a. piirata seadmes kiirgava elektromagnetilise energia lekkimist väljapoole; b. Vältige väliste kiirgushäirete sattumist seadmesse ja seadmete normaalset tööd häirimast.
a. Elektrivälja varjestusmeetod
Lihtsaim meede on maandada induktiivallikas ja induktiivpool metallist vaheseinaga, et maha suruda parasiitne mahtuvuslik side ja realiseerida elektrivälja varjestus. Tugevate elektrivälja häirete korral on parem kasutada maandamiseks kõrge juhtivusega metallkatet.
b. Magnetvälja varjestusmeetod
Magnetväli jaguneb madala sagedusega magnetväljaks ja kõrgsageduslikuks magnetväljaks ning erinevate magnetväljade jaoks tuleks võtta erinevaid meetmeid. Madala sagedusega magnetvälja puhul võib magnetvälja varjestuse teostamiseks varjestena kasutada suure magnetjuhtivusega materjale, kuid varjestatud komponentidel ei tohi olla magnetväljaga paralleelses suunas lünki, et vältida magnetleket. Kõrgsagedusliku magnetvälja puhul tuleb elektrivälja komponendi ja magnetvälja komponendi olemasolu tõttu elektrivälja varjestus ja magnetvälja varjestus läbi viia üheaegselt. Ferromagnetiliste materjalide kõrgsageduslik magnetvälja kaitse on aga piiratud alla 100 kHz. Kõrgema sagedusega magnetväljade puhul tuleks võtta erimeetmeid. Vältimaks magnetleket tühikutest ja aukudest, tuleks vahesid vähendada või vahe sügavust võimalikult palju suurendada. Avad peavad olema kaetud metallkatetega. Väljaulatuvate metallvõllide olemasolul tuleb need usaldusväärselt maandada või paigaldada lainejuhisummutid.
Kui varjestatav magnetväli on väga tugev, on varjestusmaterjal küllastunud. Kui küllastumine toimub, kaob varjestuse efektiivsus. Sel juhul saab kasutada kahekihilist varjestust ja esimene kiht on valmistatud madala läbilaskvusega materjalist, mida pole kerge küllastada; Teine kiht on valmistatud suure läbilaskvusega materjalist, kuid seda on lihtne küllastada. Esimene varjestuskiht nõrgendab kõigepealt magnetvälja sobiva tugevusega, nii et teine varjestuskiht ei ole küllastunud ja suure läbilaskvusega materjal võib anda varjestusefektile täieliku mängu.
4.1.2 Filtreerimine
Filtreerimistehnoloogia on tõhus meede toitehäirete filtreerimiseks. Elektrisaaste põhjustatud häired on kõige levinumad. Elektroonilise tehnoloogia kiire arenguga on lülitustoiteallika kasutamine üha populaarsem. Seetõttu tuleks lülitustoiteallikast põhjustatud elektromagnetiliste häirete kõrvaldamise seisukohast kaaluda ka EMI-filtrit. EMI-filtri disain erineb traditsioonilise filtri omast. Lisaks kõrgsageduslike elektromagnetiliste häirete võimalikult suurele summutamisele on vajalik ka filtri toiteallika, koormuse impedantsi ja vastava elemendi impedantsi võimalikult lähedaseks seadmine lõikesagedusel ning järgida kahte põhiprintsiipi. : a. Filtri jadainduktiivsus tuleks ühendada madala impedantsiga toiteallikaga või madala takistusega koormusega; B. Filtri paralleelkondensaator ühendatakse suure takistusega toiteallikaga või suure takistusega koormusega. Sel viisil saab parandada EMI-filtri praktilist rakendusefekti.
Samuti on oluline filtri õige paigaldusviis. Näiteks kui filter on paigaldatud trükkplaadile, sisenevad elektromagnetilised häired otse filtrisse, mis vähendab filtreerimisefekti, seega peab filter olema varjestatud.
4.1.3 Maandus
Maandus on üks põhilisi tehnilisi nõudeid vooluringide, seadmete ja süsteemi tööks ning ühtlasi üks elementaarsemaid meetodeid häirete vältimiseks. Kuna maandus võib viia vooluahela häirevoolu maapinnale tagasi, võib õige maandus tõhusalt summutada häiresignaali mõju teistele seadmetele.
Kolm peamist maandus-, filtreerimis- ja varjestusmeetodit võivad parandada elektromagnetiliste seadmete elektromagnetilist ühilduvust, mida saab rakendada eraldi või üksteist täiendavalt. Näiteks võib seadmete usaldusväärne maandus vältida elektrostaatilisi häireid ja vähendada seadmete varjestusnõudeid; Hea elektromagnetiline varjestus võib tõhusalt ära hoida elektromagnetilise kiirguse häireid ja filtriahelate nõudeid saab asjakohaselt leevendada. Arvestades üldist mõju, võib hea maandus vähendada häirete sageduse energiat; Varjestus võib isoleerida elektromagnetilise kiirguse ühendustee ja vähendada kiirgusenergiat; Filtreerimine võib nõrgendada toiteallika kaudu edastatavat häireenergiat.
4.2 Ajaline eraldamine
Ajajagamise reegel on segava seadme ja häiritud seadme sisselülitamine erinevatel ajavahemikel, et vältida segavate seadmete samaaegset kasutamist samal ajavahemikul.
4.3 Sagedusjuhtimismeetmed
Sagedushaldus hõlmab sagedusjuhtimist, sagedusmodulatsiooni, digitaalset edastamist ja fotoelektrilist muundamist. Sagedusjuhtimine tähendab, et seadmetes sama sagedusega seadmeid ei kasutata koos ning tähelepanu tuleb pöörata nendevahelisele topeltsageduslikule häirele. Sagedusmodulatsiooni tehnoloogia on kasutada sagedust seadmete kahekordseks moduleerimiseks, et vältida häiresagedust. Digitaalne edastus tähendab analoogsignaalide teisendamist digitaalsignaalideks edastamiseks, nii et erinevaid häireid saab maksimaalselt ära hoida. Ettevõtted võivad võimaluse korral proovida fotoelektrilist muundust ja fotoelektrilist ülekandetehnoloogiat, kuna fotoelektrilistel signaalidel on väga kõrge signaali-müra suhe ja häiretevastane võime.
4.4 Ruumiline eraldatus
Asukoha ja asukoha valik, looduslike hoonete isoleerimine, seadmete paigalduse nurga juhtimine, elektrivälja ja magnetvälja vektorsuuna juhtimine. See tähendab, et kasutusele tuleb võtta vältimise ja blokeeringu eemaldamise tehnoloogia, mõistlikult kasutada hoonete moodustatud loomulikku isolatsiooni, valida sobiv paigalduskoht ja -suund ning kontrollida halva elektromagnetilise ühilduvusega seadmete põhjustatud häireid. maksimaalne ulatus. Näiteks monitori paigaldamisel tuleb mõistlikult valida edastus- ja vastuvõtuklambri suund ning see peab asuma liftist, telerist ja arvutist võimalikult kaugel.
5. EMC-uuringute põhisisu
Elektrisüsteemi elektromagnetilise ühilduvuse põhisisu sisaldab:
5.1 Elektromagnetilise keskkonna hindamine
Elektromagnetiliste häirete taset (amplituud, sagedus, lainekuju jne), millele seade töö ajal võib avaldada, tuleb hinnata mõõtmise või digitaalse simulatsiooni abil. Näiteks kasutatakse teisaldatavat elektromagnetilise ühilduvuse katsesõidukit kõrgepingeliinide või alajaamade tekitatud erinevate häirete mõõtmiseks või tekkivat transientset elektromagnetvälja simuleeritakse digitaalselt elektromagnetilise siirdearvutusprogrammi abil. Elektromagnetilise keskkonna hindamine on elektromagnetilise ühilduvuse tehnoloogia oluline osa ja häiretevastase disaini alus.
5.2 EMI ühendustee
Uurige välja tee, mida mööda häireallika tekitatud elektromagnetilised häired jõuavad häiritud objektini. Häired võib jagada juhtivateks häireteks ja kiirgushäireteks. Juhtivad häired viitavad häiretele, mida põhjustavad elektromagnetilised häired, mis levivad läbi elektriliinide, maandusjuhtmete ja signaaliliinide objektile. Näiteks elektriliini kaudu edastatud välguimpulsiallika tekitatud häired. Kiirgushäired viitavad tundlikele seadmetele elektromagnetilise allikaruumi kaudu edastatavatele häiretele. Näiteks ülekandeliini koroona tekitatud raadio- või televisioonihäired kuuluvad kiirgustüüpi häirete hulka. Häirete sidumisviisi uurimine on väga oluline häirevastaste meetmete formuleerimiseks ja häirete kõrvaldamiseks või mahasurumiseks.
5.3 Elektromagnetilise häirekindluse hindamine
Uurige elektrisüsteemi erinevate tundlike seadmete ja arvestite, nagu releekaitse, automaatseade, arvutisüsteem, elektrienergia mõõteriista, võimet taluda elektromagnetilisi häireid. Üldjuhul simuleeritakse testiga võimalikke häireid töös ja testitakse, kas testitav seade põhjustab rikkeid või püsivaid kahjustusi, kui seade on töötingimustele võimalikult lähedal. Seadmete häirekindlus sõltub selle tööpõhimõttest, elektroonilise vooluahela paigutusest, töösignaali tasemest ja rakendatud häiretevastastest meetmetest. Erinevate automaatikasüsteemide ja sidesüsteemide laialdase kasutamisega elektrisüsteemides ning tugeva voolu ja tugeva vooluga seadmete integreerimise suundumusega, kuidas hinnata nende seadmete võimet taluda häireid, uurida praktilisi ja tõhusaid katsemeetodeid ning sõnastada hindamisstandardid muutuvad elektrisüsteemide elektromagnetilise ühilduvuse tehnoloogia oluliseks teemaks.
6. Lõppsõna
Elektrisüsteemide automatiseerimisseadmete laialdase kasutamise ja tehnoloogia arenguga muutub elektromagnetilise ühilduvuse probleem üha olulisemaks. Kiiresti on vaja edendada olemasolevat ja küpset elektromagnetilise ühilduvuse tehnoloogiat, luua täiuslik testimis- ja testimissüsteem ning kontrollistandardid ning uurida uusi probleeme ja uusi elektromagnetilise ühilduvuse suundi elektrisüsteemide rakendustehnoloogias. Automatiseerimise projekteerimisel ja rakendamisel saab elektromagnetilisi häireid kõrvaldada ning seadmete stabiilsust ja töökindlust parandada, kui seadmete elektromagnetilist ühilduvust täielikult arvesse võtta ning võtta kasutusele erinevad tehnilised meetmed ja juhtimismeetodid.
