Электромагнитная совместимость

Введение

Человечество стоит перед угрозой экологического кризиса. Свою существенную лепту в надвигающийся кризис вносит электроэнергетика, нарушающая естественные природные ситуации в окружающей атмосфере, гидросфере, литосфере и т. д. Все возрастающие электромагнитные поля в пространстве, окружающем мощные электроустановки, увеличение мощности, токов и напряжений электропередачи сверхи ультравысокого напряжения (СВН и УВН), нарушают их взаимную электромагнитную совместимость (ЭМС) с различными системами ноосферы (экосферы, биосферы или техносферы).

Под ЭМС принято понимать электромагнитную устойчивость технического средства (ТС), т. е. способность ТС сохранять требуемое качество функционирования при воздействии на него электромагнитных помех с регламентированными значениями параметров и не создавать при этом электромагнитных помех другим ТС.

В данной работе сделана попытка сформулировать в широком смысле слова понятие «электромагнитной совместимости» двух систем как «обеспеченность нормального уровня функционирования каждой из этих систем практически независимо от процессов в соседней системе с учетом примененных мер и средств, обеспечивающих их нормальное взаимное сосуществование или ЭМС». Учитывая статистический в большинстве случаев характер помех, создаваемых «субъектом», т. е. влияющей системой, и реакции на эти реакции «объекта» (системы, подверженной влиянию), предполагается обеспечение ЭМС в течение длительного времени.

Всякое нарушение ЭМС нежелательно. Однако в зависимости от тяжести последствий такого нарушения (ущерб народному хозяйству, опасности для жизни и здоровья человека или других объектов биосферы, времени восстановления ЭМС и т. д.) все возможные нарушения ЭМС можно разделить на опасные и мешающие.

Под опасными нарушениями ЭМС понимаются такие нарушения, при которых опасность для жизни и здоровья людей, ремонтного или обслуживающего персонала, повреждения оборудования или длительного нарушения нормальной работы системы — объекта. Под мешающими нарушениями ЭМС понимаются такие нарушения, при которых имеет место снижение качества функционирования системы, повышается утомляемость или ухудшается самочувствие людей, ускоряется расходование ресурса, уменьшается срок нормальной информации и межремонтный период ТС. Разделение на опасные и мешающие влияния носит несколько условный характер и четкую границу между ними в ряде случаев провести нельзя.

Поясним это на примерах. Поражение монтера, попавшего под опасное напряжение соприкосновение при КЗ на подстанции высокого напряжения (ВН) следует рассматривать как опасное, а аллергическую несовместимость человека с синтетической одеждой, как мешающее нарушение ЭМС между субъектом техносферы и объектом биосферы. Наоборот, выход из строя платой с интегральной схемой ЭВМ на подстанции вследствие электростатического разряда при прикосновении оператора к ЭВМ следует рассматривать как нарушение ЭМС между субъектом биосферы и объектом техносферы. Электростатический разряд между двумя людьми, находящимися в сухом помещении с пластиковым покрытием является, как правило, мешающим нарушением ЭМС Между субъектом и объектом биосферы, а повреждение телефонного коммутатора на станции вследствие опасной ЭДС взаимной индукции высоковольтной линии (ВЛ) и линии связи (ЛС) — опасным нарушением ЭМС между субъектом и объектом техносферы. Пробой изоляции и аварийное отключение ВЛ при ударе молнии является опасным, а плохое самочувствие или инфаркт у человека вследствие электромагнитной бури является мешающим или опасным нарушением ЭМС между субъектом экосферы и объектами технои биосферы соответственно.

Настоящее учебное пособие состоит из трех глав. В первой главе отмечается важность ЭМС для биосферы и техносфеы, дается общая характеристика и классификация экологических проблем ЭМС электроэнергетики с окружающей средой, с биосферой, с элементами техносферы, с информационными, компьютерными и радиотехническими устройствами, а также внутренняя ЭМС между подсистемами электроэнергетики.

Во второй главе рассматривается одно из основных средств обеспечения ЭМС электроэнергетики с техносферой и биосферой — заземление металлических частей электроустановок. Заземление рассматривается с точки зрения его влияния на рабочие режимы энергосистемы и на работу подверженных влиянию технических объектов, а также как средство защиты от грозовых воздействий и защиты от поражения электрическим током людей и животных. Даются методы расчета заземления и правила их эксплуатации. Приводятся способы решения проблемы защиты от выноса потенциала с контура заземления подстанции.

Глава третья посвящена вопросам ЭМС электроэнергетики с электронными устройствами: ЭВМ, средства автоматики и связи, цепи вторичной коммутации подстанций высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжения. В ней рассматриваются также требования к устройствам и способам защиты перечисленных видов техносферы.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

1.1 Перерастание биосферы в ноосферу. Экологический кризис ноосферы Крупнейший русский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863−1945) разработал проблему биосферы и ее перерастание в ноосферу, т. е. в сферу разума, понимая под ноосферой пространство обитания и взаимодействия с окружающей природой современного человеческого общества, обладающего огромной силой геологического масштаба — силой научной мысли, с помощью которой человечество рационально преобразует природу земного масштаба в глобальном масштабе: «Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, с его разумом и направленным его разумом его трудом… В геологической истории биосферы перед человечеством открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоуничтожение» [3, 4].

Ноосфера включает в себя также все области деятельности человечества — быт, производство, науку, философию, искусство, религию и т. д. Ноосфера стремится к постоянному расширению, имеется в виду как пространственное, так и интеллектуальное расширение. Это было написано Вернадским еще в 1938 году и подтвердилось во 2-й половине столетия.

Электроника в широком смысле этого слова за послевоенные годы получила колоссальное развитие. В настоящее время следует говорить об особой важной подсистеме техносферы — электроносфере. Без информатики, вычислительной техники, материальной основой которых является электроника, в настоящее время немыслимо ни одно производство и развитие человеческого общества. Дальнейшие успехи электроники сопровождаются увеличением быстродействия, миниатюризацией и усложнением схем и устройств, что чрезвычайно усложняет проблемы ЭМС систем электроэнергетики и электроники. Это объясняется все возрастающей плотностью заполнения земной поверхности установками электроники и электроэнергетики, ужесточением требований к допустимым воздействиям внешних сторонних и электромагнитных полей, токов и напряжений на электронное оборудование и одновременным увеличением мощности, напряжений и токов электропередачи сверхвысокого и ультравысокого напряжения.

Говоря о самоуничтожении, Вернадский имел в виду войны и неблагоприятные экологические последствия деятельности человека для окружающей среды и биосферы, могущие достигнуть глобальных масштабов.

В последней своей работе «Несколько слов о ноосфере», опубликованной в 1944 году, Вернадский пишет: «В истории человечества и биосферы вообще война такой мощности, деятельности и силы — небывалое явление» (имеется в виду вторая мировая война); и далее: «Лик планеты — биосфера химически резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно… человеком создаются новые виды и расы животных и растений… в будущем нам рисуется, как возможные сказочные мечтания: человек стремится выйти за пределы своей планеты в космическое пространство, и, вероятно, выйдет. Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение биосферы. Мы входим в ноосферу».

Интервал между первой и второй мировыми войнами составил 21 год. После второй мировой войны прошло уже свыше половины столетия. Поэтому можно считать, что «военная» часть прогноза Вернадского в основном выполняется.

Сложнее с проблемой экологии. Вернадский пишет, что в результате деятельности человека воздушная оболочка суши и все ее природные воды деформируются физически и химически, но необходимо сохранять богатства Земного шара для будущих поколений. В то время отрицательные экологические последствия деятельности человека носили еще локальный характер. Однако за прошедшие 50 лет они приобретают глобальный характер.

1.2 Общая характеристика и классификация экологических проблем ЭМС электроэнергетики в ноосфере В зависимости от характера систем все экологические проблемы ЭМС электроэнергетики с ноосферой можно разделить на 5 групп, учитывая, что в условиях реальной жизни и эксплуатации они в значительной степени переплетаются между собой и частично дублируют друг друга (рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Основные экологические проблемы ЭМС электроэнергетики и ноосферы.

При этом необходимо учитывать, что в соответствии с основной характеристикой ноосферы по Вернадскому как непрерывно развивающейся и расширяющейся сферы жизнедеятельности человеческого общества создаются все более деликатные, миниатюрные и быстродействующие системы. Они постоянно требуют ужесточения нормативов допустимых внешних воздействий, новых мер защиты и защитных устройств, обеспечивающих ЭМС систем электроэнергетики с другими системами ноосферы.

1.3 ЭМС электроэнергетики с другими системами ноосферы Схематично основные экологические проблемы ЭМС электроэнергетики с окружающей средой представлены на рис. 1.2. Рассмотрим их краткую характеристику.

Атмосферное электричество. Основными электрическими источниками наиболее тяжелых и частых нарушений нормальной работы электрических систем являются грозовые разряды. Опыт эксплуатации показывает, что каждые 100 км линии электропередачи (ВЛ) в среднем в течение грозового сезона (с мая по октябрь) ударяет несколько разрядов молний, по большей части — отрицательной полярности. Эквивалентное сопротивление молний в первый момент достигает многих десятков кОм, но с увеличением тока молнии и разогревом ее канала сопротивление уменьшается до сотен Ом. Кратковременное напряжение в месте удара молнии может достигать многих миллионов вольт, что вполне достаточно для пробоя изоляции практически любой ВЛ, вплоть до УВН. От места удара по проводам линии распространяются волны перенапряжения. Они, дойдя до электростанции или подстанции, могут повредить изоляцию генератора, трансформатора и другого оборудования.

Рис. 1.2. ЭМС электроэнергетики с окружающей средой (ЭКО — ЭМС).

Для защиты от прямых ударов молний над проводами линий устанавливают тросы, а на подстанциях — вертикальные молниеотводы. Для защиты от обратных перекрытий с пораженной опоры на провода необходимо каждую опору заземлить с малым сопротивлением заземления (до 10 Ом или несколько больше в районах с высоким удельным сопротивлением земли). Для защиты оборудования подстанции применяют специальные разрядники или ограничители перенапряжения (ОПН).

При ударе молнии возникают также индуктированные напряжения вследствие емкостных (электрическая составляющая) и индуктивных (магнитная составляющая) связей между каналом молнии и опорами с проводами ЛЭП. Они представляют опасность для изоляции сетей среднего (6−35 кВ) и низкого напряжения, особенно для сетей промышленной энергетики.

Удары молнии могут вызывать также пожары (пожароопасных сооружений) и даже взрывы (для взрывоопасных емкостей, таких как, например, нефтеи газохранилища электростанций).

Электрохимическая коррозия. Огромное народнохозяйственное значение имеет электрохимическая коррозия подземных сооружений электроэнергетики. Электрическое поле блуждающих токов в земле инициирует протекание уравнительных токов в подземных металлических устройствах (заземляющих устройствах электростанций, подстанций и опор линии электропередачи, оболочках подземных кабелей, трубопроводах, железнодорожных рельсах и т. д.). Электрохимическое разрушение металла происходит в местах выхода ионов из металла в окружающую среду (местном — язвенная коррозия или общем — сравнительно равномерный переход частиц металла в окружающую почву).

При нормальном симметричном режиме работы трехфазной линии электропередачи в земле протекает лишь незначительный уравнительный ток промышленной частоты нулевой последовательности. В несимметричном режиме работы трехфазной линии в земле протекает переменный ток промышленной частоты. Вследствие влияния поверхностного эффекта этот ток концентрируется вблизи поверхности земли и в основном — под проводами линии в пределах полосы с шириной, приблизительно равной где з — удельное сопротивление земли (Омм);

f — частота (Гц).

Так, например, при з = 100 Омм и f = 50 Гц, b = 1000 м. Кроме того, переменный ток вызывает значительно меньшую электрохимическую коррозию, чем постоянный. Поэтому основным источником электрохимической коррозии является блуждающий постоянный ток, область протекания которого практически не ограничена. Блуждающий ток вызывается несимметричными линиями, работающими на постоянном токе (трамвай, электрифицированная железная дорога, ВЛ постоянного тока, если она работает в несимметричном режиме).

Наиболее интенсивной электрохимической коррозии подвергаются рабочие заземляющие устройства электропередачи постоянного тока высокого напряжения. Особенно интенсивно коррозируют устройства, работающие в анодном режиме, когда ионы металла переходят из электрода в грунтовые воды и окружающую почву. Эти заземления устраивают на значительной глубине и вдали от других подземных сооружений, чтобы уменьшить коррозию последних. В качестве заземлителей используются массивные электроды.

Механизм электрохимической коррозии протяженных подземных оболочек кабелей, трубопроводов и т. п. вследствие воздействия блуждающих постоянных токов (и в значительно меньшей степени переменных) заключается в следующем: блуждающий ток втекает в проводник на катодных участках, где их напряжение оказывается отрицательным по отношению к окружающему грунту. При этом избыточные электроны переходят из металла в электролит грунта. На анодном же участке проводник заряжен положительно, ток вытекает из проводника, ионы металла переходят в грунт и проводник (оболочка кабеля, трубопровод или заземлитель) разрушается. Особую опасность представляет локальная «язвенная» коррозия. При этом происходит местное разрушение всей толщи оболочки кабеля или трубопровода, образуется сквозное отверстие, изоляция кабеля увлажняется, и значительная длина кабеля выходит из строя. В случае трубопровода возможен взрыв выходящего из него через образовавшееся отверстие под давлением газа. Для этого достаточно возникающих от трения газа искр или повышенного блуждающего тока от проходящего в месте пересечения с трубопроводом электропоезда.

Чтобы уменьшить интенсивность коррозии, необходимо удалить подземный проводник от зоны блуждающих токов, устроить «дренаж» — отвод блуждающих токов на специальные электроды, применять анодную защиту (т.е. принудительно сообщить защищаемому проводнику отрицательное напряжение, включив дополнительный источник постоянного напряжения между этим проводником и специально проложенным дополнительным заземлителем).

Под действием агрессивных включений в атмосфере (например, вблизи химических или цементных заводов и т. п.) возникает ускоренная коррозия висящих в воздухе многожильных стальных тросов и в значительно меньшей степени стале-алюминиевых проводов линий электропередачи. Для их защиты рекомендуется соответствующая смазка, которая должна покрывать каждую жилу многожильного провода или троса, а в особо угрожаемых случаях даже перейти на стале-алюминиевые тросы.

Электромагнитные бури. Солнце, наряду с инфракрасным (тепловым), световым и ультрафиолетовым излучением, особенно в годы «активного солнца приблизительно одиннадцатилетнего периода, выбрасывает огромное количество электронов, протонов, нейтронов и альфа частиц. Пролетая мимо Земного шара и взаимодействуя с магнитным полем вращающейся земли, они индуктируют в земной поверхности электродвижущие силы, медленно меняющиеся во времени (порядка секунды и более). Величина ЭДС даже в периоды наиболее интенсивных электромагнитных бурь колеблется от долей до единиц В/км и в северном полушарии ориентирована на меридиональное направление.

В протяженных линиях электропередачи возникают медленно меняющиеся уравнительные токи, которые могут достигать десятков и даже сотен ампер. Протекая через обмотки трансформаторов, они вызывают насыщение магнитопроводов и многократное увеличение тока намагничивания. Кроме того, выход на нелинейный участок кривой намагничивания трансформатора сопровождается протеканием по линии, кроме вышеуказанного уравнительного тока нулевой последовательности, также и токов четных и нечетных гармоник. Это может вызвать ложные отключения дальних линий электропередачи вследствие неверной работы релейной защиты, росту перетока мощности по параллельным линиям и их перегрузке с последующим отключением, т. е. к системной аварии, сопровождающейся нарушением электроснабжения потребителей на большой территории и большим ущербом. Это обстоятельство необходимо учитывать при разработке релейной защиты дальних электропередач.

Экологические последствия. Линии электропередачи СВН и УВН создают неблагоприятные экологические последствия для окружающей местности вследствие сооружения массивных (высота до 60 м, а в отдельных случаях при пересечении водных преград и до сотен метров) опор и подвески на них трех проводов с расщеплением на 3−4 и до 12 составляющих каждый, расположенных по окружности радиуса до 1−2 м, а также двух грозозащитных тросов.

Эти обстоятельства могут иметь существенное значение при прохождении линии через или вблизи заказников, заповедников, вблизи крупных городов, а также в курортных местностях.

Линии всех классов напряжения, кроме того, требуют соответствующих отчуждений земляных участков и усложняют выполнение сельскохозяйственных работ в местах установки опор.

1.4 ЭМС электроэнергетики с биосферой (БИО — ЭМС) Схематически основные проблемы ЭМС электроэнергетики с биосферой представлены ан рис. 1. 3. Рассмотрим их краткую характеристику.

Опасные напряжения прикосновения и шага. Главным источником опасности для человека является ток, который протекает через тело человека при прикосновении к частям электроустановки, находящимся под различными потенциалами. Первое ощущение (легкий зуд в ладони, охватывающей электрод — источник тока) возникает уже при токах Iощ = 0,6 — 1,5 мА, при увеличении тока до Iнот = 4 — 6 мА у отдельных людей уже происходит затруднение разжатия руки («эффект неотпускания»), а при токах 20 — 25 мА этот эффект наступает практически у всех людей. Дальнейшее увеличение тока приводит к обмороку и затем к параличу дыхания и гибели человека, попавшего под напряжение. Особую опасность представляет протекание тока в области сердца (могут возникнуть неуправляемые сокращения отдельных групп мышечных волокон с частотой на порядок и выше нормальной (фибриляция), прекращается пульсация сердца и останавливается кровообращение). Это состояние может продолжаться и после того, как ток прекратиться.

Пороговые значения токов ощущения Iощ, неотпускания Iнот и фибриляции Iф имеет большой статистический разброс для различных людей. Статистическое распределение пороговых значений ощутимого тока Iощ и неотпускающего тока Iнот для различных людей в первом приближении подчиняется нормальному закону с плотностью распределения .

Рис. 1. 3. ЭМС электроэнергетики с биосферой (БИО — ЭМС).

с математическими ожиданиями соответственно Iощ = m = 1,1мА и Iнот = m = 14,9 мА и среднеквадратическими отклонениями ощ = 0,15 мА и нот = 3,2 мА соответственно для пороговых значений ощутимого и неотпускающего тока.

Пороговые значения фибриляционных токов Iф подчиняются в первом приближении логнормальному закону с плотностью вероятности .

Причем m lg (Iф) и п существенно зависят от протекания тока в диапазоне 0,1 < t < 1 с. В первом приближении остается постоянным произведение qф = Iфmin· ti = 0,07 К, соответствующее достаточно малой вероятности фибриляции (при lg (Iфmin) = m — 3уп), P = 0,0014.

В реальных условиях величина тока зависит от разности напряжений между точками контактирования рука — нога (напряжение прикосновения) или нога — нога (напряжение шага), а также от сопротивления тела человека (1000 — 10 000 Ом) и переходных сопротивлений в местах контактов, которые могут варьировать в весьма широких пределах 100 — 10 000 Ом.

Нормы напряжений прикосновения и напряжения шага, исходя из наиболее неблагоприятных значений сопротивлений, принимаются согласно табл. 1. 1. [7, 8].

Таблица 1. 1.

Допустимые напряжения прикосновения и шага для электроустановок высокого напряжения.

Наиболее опасные напряжения прикосновения и шага возникают на подстанции 110 кВ и выше в сетях с глухим заземлением нейтрали трансформаторов. В большинстве случаев для обеспечения безопасности обслуживающего персонала на таких подстанциях устанавливают контур защитного заземления сопротивлением растекания не более R = 0,5 Ом. Контур охватывает всю подстанцию. Внутри его для обеспечения безопасности напряжения шага прокладывают в земле полосы, а для безопасного напряжения прикосновения вокруг оборудования прокладывают дополнительные контуры, выравнивающие распределение напряжения на поверхности земли. В местностях с высоким удельным сопротивлением земли допускается некоторое увеличение Rз, но напряжения Uпр и Uш должны быть ограничены путем прокладки дополнительных полос внутри контура.

На мощных подстанциях ток однофазного короткого замыкания, протекающий через контур заземления, может достигать и даже превосходить Iз = 20 кА. При этом напряжение на заземлении не должно превосходить Uз = 10 кВ, но большую опасность может представить вынос опасного напряжения за пределы заземляющего контура протяженными металлическими устройствами (железнодорожные рельсы, трубопроводы, оболочки кабелей и т. п.). В местах выхода их за пределы заземляющего контура подстанции на них необходимо предусмотреть соответствующие изоляционные устройства.

Специфическую опасность моет представить прикосновение человека к крупногабаритному транспорту на резиновом ходу под проводами ВЛ СВН и особенно УВН. Через человека будет протекать ток где Ui и Сi (i = А, В, С) — соответственно напряжения на фазах А, В, С и емкости между транспортной платформой и фазными проводами.

В случае расположения проводов в одной горизонтальной плоскости наведенное на траспорт напряжение равно в первом приближении [8]

Где Uл — линейное напряжение электропередачи; rэ — эквивалентный радиус расщепленной фазы; rп, rр, n — соответственно радиусы провода, окружности, по которой расположены провода расщепленной фазы, число составляющих проводов; S — расстояние между соседними фазными проводами; h, hтр — высота проводов ВЛ и платформы транспорта над землей.

Длительное воздействие электромагнитного поля на человека по данным ряда биоэлектромагнитных исследований и статистического анализа заболеваемости различных групп людей может способствовать онкологическим заболеваниям, особенно у детей, а также неблагоприятным мутациям с отдаленными генетическими последствиями.

Мешающие влияния электроэнергетики на биосферу. Исследования НИИГТиПЗ и анализ опыта работы показывают, что в нормальном режиме работы ВЛ оказывает неблагоприятное воздействие на окружающее население и особенно на окружающий персонал вследствие воздействия электрического и магнитного полей, а также акустических помех.

Под действием магнитного поля затрудняется движение крови в кровеносных сосудах, что вызывает синюшность рук у монтеров, работающих ан линиях сильного тока под нагрузкой.

На основе многочисленных жалоб обслуживающего персонала, а также по данным исследований ВНИИОТ установлено, что длительное систематическое нахождение человека в электрическом поле с высокой напряженностью (Е = 5 кВ/м и выше при отсутствии человека) отрицательно сказывается на его самочувствии. Нормы и правила по охране труда рекомендуют временно (до дальнейшего уточнения) допустимую продолжительность систематического пребывания обслуживающего персонала в электрическом поле (табл. 1. 2).

Таблица 1.2.

Гигиенические нормативы напряженности электрического поля для персонала, обслуживающего установки СВН.

Приведенные в таблице 1.2 значения Е определяются в наиболее неблагоприятном месте возможного пребывания человека (при его отсутствии) при условии, что остальное время он находится в местах, где напряженность электрического поля не превышает 5 кВ/м. Кроме того, должны быть приняты меры, исключающие возможность воздействия кратковременных электрических разрядов на организм человека в рабочих условиях. Значительно сложнее вопрос о нормировании допустимой напряженности электрического поля вблизи линий электропередачи. Длительное систематическое нахождение людей или животных в пределах полосы отчуждения не предусмотрено. Поэтому в настоящее время в качестве допустимой напряженности под проводами для населенной местности обычно принимается Е < 15 кВ/м и Е < 20 кВ/м для ненаселенной. За пределами полосы отчуждения, где возможно длительное нахождение детей, напряженность должна быть значительно ниже (Е < 2 кВ/м).

Акустические помехи высокой интенсивности также неблагоприятно сказываются на самочувствии людей. Под влиянием переменных электромагнитных полей возникают электродинамические силы в отдельных элементах. Они пульсируют с двойной частотой (100 Гц) и создают механическую вибрацию. В зависимости от интенсивности эти вибрации воспринимаются человеческим ухом как шорох, гудение или рев. Так, например, у поверхности проводов высокого напряжения может возникнуть коронный разряд, создающий значительные добавочные потери энергии, акустические и радиопомехи. Характер и интенсивность короны существенно зависят от амплитуды напряженности Е электрического поля у поверхности провода и погоды (иней, изморозь, гололед, дождь).

Известна так называемая критическая напряженность короны, кВ/см где m = 0,82 … 0,85 — коэффициент негладкости провода.

Если Е > Ек, то коронирует весь провод и возникает «общая корона», создающая большие потери энергии. Чтобы избежать этого, применяют расщепленные провода, изобретенные одним из ведущих профессоров ЛПИ академиком В. Ф. Миткевичем еще в 1910 году. На линии 330 кВ используют фазы. Расщепленные на два составляющих провода, на линии 500 кВ — на три, на линии 750 кВ — на четыре — пять проводов. Такое решение обеспечивает Е? (0,8 … 0,85)Ек и отсутствие общей короны. Однако в точках неоднородности (заусенцы, загрязнения и особенно капли дождя) напряженность оказывается повышенной, и в результате возникает местная корона. Наиболее сильные помехи наблюдаются при моросящем дожде, когда вибрирующими элементами оказываются капли дождя у поверхности провода, поэтому ЛЭП 110 — 220 кВ при дожде «шуршат» и «шипят», ВЛ 330 — 500 кВ «гудят», а ВЛ 750 кВ «ревут».

Большие акустические помехи могут возникать также вблизи мощных трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов СВН. При этом вибрируют стальные листы магнитопроводов и медные провода обмоток, особенно если частота собственных колебаний их элементов близка к 100 Гц.

1.5 ЭМС электроэнергетики с протяженными металлическими сооружениями техносферы Схематически основные проблемы ЭМС электроэнергетики с протяженными металлическими сооружениями представлены на рис. 1. 4. Рассмотрим их краткую характеристику.

Опасные влияния на промышленной частоте. Под опасным влиянием на протяженные металлические сооружения техносферы будем понимать такое влияние, при котором индуктированные напряжения в цепях линий связи (ЛС), транспортных устройствах или других элементах могут создавать опасность для здоровья и жизни обслуживающего персонала, населения и абонентов ЛС, вызвать повреждения аппаратуры и приборов или ложное срабатывание железнодорожной сигнализации. Со всем этим приходится считаться, прежде всего при наиболее неблагоприятных — аварийных или ненормальных — режимах работы сети высокого напряжения.

При несимметричных коротких замыканиях в сети с эффективным заземлением нейтрали возникают большие токи в земле и сильные магнитные поля. Они могут вызывать опасные магнитные влияния. Возникают ЭДС взаимоиндукции в находящихся вблизи воздушных и кабельных линиях связи, в цепях железнодорожной сигнализации и блокировки. В таких случаях необходимо применять специальные меры для их защиты.

Правила защиты устанавливают нормативные величины допускаемых значений напряжения на проводах ЛС и продольной ЭДС взаимоиндукции. Эти требования учитывают возможные в эксплуатации ЛС различные ситуации. Так, например, в особо неблагоприятных условиях оказываются монтеры, выполняющие ремонтные работы на подземном кабеле связи в стесненных условиях, в кабельном колодце и во влажной земле. При этом допустимо наименьшее напряжение на проводах ЛС, так как сопротивление тела человека может быть минимальным (1000 — 2000 Ом).

Рис. 1. 4. ЭМС электроэнергетики с протяженными металлическими сооружениями. (ТЕХНО — ЭМС).

В значительно более благоприятных условиях оказываются рабочие, ремонтирующие воздушную ЛС на деревянных опорах. При правильной организации труда рабочие должны быть закреплены монтажным поясом. Тогда инстинктивное одергивание руки при ударе током не приведет к падению и к механической травме. Кроме того, ток, который проходит через монтера, существенно ограничен включенным последовательно сопротивлением опоры, составляющим не менее 10 кОм на каждый метр ее длины.

Повреждение аппаратуры и приборов в цепи ЛС может возникнуть в случае, когда суммарное приложенное напряжение окажется выше пробивного напряжения изоляции жил кабеля или аппаратов по отношению к заземленным экранам или к оболочке кабеля.

Электрическая прочность кабеля связи, вводных устройств и аппаратуры при кратковременном воздействии в течение 1 — 2 с несколько выше, чем испытательное одноминутное напряжение. Однако в условиях эксплуатации вследствие старения изоляции ее электрическая прочность снижается. В первом приближении можно считать, что эти два обстоятельства взаимно компенсируют друг друга. Кроме того, на кабельных ЛС предусматривают дистанционное питание неуправляемых усилительных пунктов (НУП). Поэтому правила защиты требуют, чтобы величина кратковременной ЭДС взаимной индукции с учетом возможного неблагоприятного воздействия напряжения дистанционного питания не превышала испытательного напряжения аппаратуры и кабелей связи.

В длительном режиме работы ЭДС взаимоиндукции также с учетом напряжения дистанционного питания НУПов при применении соответствующих мер защиты не должна превосходить допустимого рабочего напряжения между жилами кабеля.

При расчетах опасного влияния на людей на людей и аппаратуру ЛС необходимо учитывать как нормальный режим работы ВЛ, так и наиболее неблагоприятный аварийный режим КЗ в одной точке. Одновременное наложение КЗ в двух различных удаленных друг от друга точках — маловероятное событие. Оно учитывается в исключительных случаях. Так, например, наиболее ответственным является влияние ВЛ на цепи железнодорожной полуавтоматической блокировки с блокмеханизмами. При неблагоприятном стечении обстоятельств влияние может привести к авариям на железной дороге. В этих условиях Правила защиты требуют учитывать даже такую маловероятную возможность, как наложение КЗ на одной ВЛ в двух точках, удаленных друг от друга. Линии 6 — 35 кВ, работающие в сетях с изолированной нейтралью, при одновременном КЗ двух фаз в разных точках, могут создать повышенные индуктивные напряжения в цепях железнодорожной блокировки.

Опасность представляет продольная ЭДС взаимоиндукции Е на длине гальванически неразделенного участка сближения где Ii, ki, li — соответственно влияющий ток нулевой последовательности ВЛ, коэффициент защитного действия кабеля, тросов и других экранирующих элементов и длина i-го участка эквивалентного параллельного сближения ВЛ и ЛС;

где h0 — эквивалентная комплексная глубина уровня зеркального отражения магнитного поля в земле, а, h1, h2, з — соответственно ширина сближения, высоты ВЛ и ЛС над поверхностью земли и ее удельное сопротивление.

Для уменьшения влияния ВЛ на ЛС устанавливают разделительные линии и редукционные трансформаторы. Аппаратура узла связи оказывается отделенной от линии, а участок сближения ограничен двумя соседними разделительными и редукционными трансформаторами.

Правила защиты устанавливает допустимые значения (табл. 1.3) продольных ЭДС взаимоиндукции для линии связи и цепей железнодорожной блокировки. В тех случаях, когда допустимая продольная ЭДС превышает установленную норму, дополнительно к указанным выше разделительным и редукционным трансформаторам приходится устанавливать разрядники. При этом напряжение на проводе ЛС по отношению к земле, а также падение напряжения на сопротивлении заземлении разрядников при наиболее неблагоприятном КЗ на ВЛ не должно превышать значения, приведенных в табл. 1.3 и 1.4.

Таблица 1.3

Допустимые ЭДС Едоп и напряжения Uдоп для кабельных ЛС и цепей полуавтоматической блокировки

Примечание: Uисп — испытательное полуминутное напряжение, В;

Uраб — рабочее напряжение между жилами цепей кабеля, В;

Uдп — напряжение источника дистанционного питания, В.

При этом КЗ на ВЛ не должно превышать значений, приведенных в таблицах 1.3 и 1.4.

Для снижения опасного влияния на ВЛ устанавливают дренажные растяжки. Можно также вместо железобетонных и стальных опор на ЛС использовать деревянные, для которых допустимые ЭДС и напряжение значительно выше. На участках тесного сближения иногда приходится заменять воздушную ЛС кабельной. В отдельных случаях необходимо перенести ЛС дальше от ВЛ и тем самым существенно уменьшить влияние ВЛ.

Таблица 1.4.

Допустимые ЭДС и напряжения относительно земли для воздушных ЛС.

Ряд мер, способствующих снижению опасных влияний, можно осуществить и на ВЛ. К их числу относятся:

1) Установка на ВЛ хорошо проводящих (стале-алюминиевых) заземленных тросов;

2) Частичное разземление нейтралей трансформаторов для уменьшения токов однофазного КЗ;

3) Автоматический контроль состояния изоляции ВЛ с изолированной нейтралью и быстрое отключение поврежденного участка, чтобы исключить КЗ в двух точках;

4) перевод воздушной линии в кабельную в городских условиях, а также в пересечениях с ВЛ.

В отдельных случаях, когда ЛС находится в непосредственной близости от ВЛ 6 — 35 кВ в сети с изолированной или резонансно заземленной нейтралью, приходится также учитывать возможность опасного электрического влияния ВЛ на ЛС. Такая опасность может возникнуть при замыкании на землю одной фазы 6 — 35 кВ, так как при этом на остальных двух фазах напряжения повышаются до линейных, а сдвиг фаз между ними может быть порядка 60; а в случае дугового замыкания на землю имеют место многократные зажигания и погасания электрической дуги, сопровождающиеся бросками тока и напряжения на здоровых и аварийной фазах линии.

Мешающие влияния электроэнергетики на протяженные металлические сооружения техносферы. Такие влияния могут возникать вследствие помех, которые создаются сетями высокого напряжения в условиях длительного нормального режима их работы. Они не представляют непосредственной опасности для сооружений техносферы, однако ухудшают качество ее работы, снижают надежность или создают затруднения для нормального функционирования связи, телевидения, радио и т. д.

Сети высокого напряжения индуцируют в элементах техносферы токи и напряжения промышленной частоты 50 Гц, а также звуковых частот (высших гармоник 15 — 5000 Гц) и высокой частоты (20 кГц и более).

В кабельных линиях связи функционируют многочисленные высокочастотные каналы связи. Вследствие сильного затухания высокочастотных каналов через каждые 5 — 15 км приходится устраивать неуправляемые усилительные пункты (НУП). На линиях связи одновременно с телефонной связью по схеме «провод — провод» широко применяется для телеграфа схема «два провода — земля» (ДПЗ). При этом удается значительно уменьшить мешающее влияние телеграфа на телефонные каналы. Магнитное поле, образованное рабочими токами 50 Гц ВЛ, обуславливает мешающее влияние на электрические цепи, в которых земля используется в качестве обратного провода. К их числу относятся цепи дистанционного питания НУП, телеуправления и телесигнализации, а также низкочастотный телеграф, работающий по схеме ДПЗ.

Токи и напряжения высших гармоник ВЛ оказывают мешающее влияние на каналы звуковой частоты линии связи. Высшие гармоники в сетях высокого напряжения возникают главным образом вследствие работы полупроводниковых преобразовательных устройств, электроплавильных печей, электросварочных агрегатов и из-за насыщения стали трансформаторов. Токи и напряжения высших гармоник не участвуют в передаче полезной электроэнергии, они создают добавочные потери и понижают КПД электропередачи. Поэтому их стараются по возможности уменьшить. Как правило, они не превышают нескольких процентов от основного рабочего тока или напряжения. Основная работа ЛС осуществляется по высокочастотным каналам, а каналы тональной (звуковой) частоты используются главным образом для служебной связи. Однако тональные каналы могут оказаться основными в чрезвычайных условиях, особенно при сильном гололеде на проводах ЛС, когда сигналы в высокочастотных каналах сильно затухают. В этих условиях мешающее влияние ВЛ на высших гармониках может иметь существенное отрицательное значение и Правила предусматривают соответствующие меры по их ограничению.

Импульсы токов короны на проводах ВЛ СВН и УВН и изоляторах ВЛ 35 — 220 кВ, накладываясь друг на друга со смещением в пространстве (вдоль длины линии) и во времени, создают общий уровень высокочастотных помех в широком диапазоне частот 20 — 2000 кГц. Одновременно в линиях всех напряжений от 6 кВ и выше работают каналы высокочастотной связи в диапазоне 30 — 300 кГц. Надежная работа этих каналов может быть обеспечена, если уровень сигналов по ним значительно превышает уровень помех от короны. В воздушных линиях связи также работают многочисленные ВЧ каналы. Правила рекомендуют мероприятия, обеспечивающие достаточно малое влияние ВЧ каналов ВЛ и ВЧ помех от короны на ВЧ каналы ЛС, по которым идет основная работа связи.

За пределами полосы отчуждения должен быть обеспечен достаточно низкий для приемников уровень радиопомех от короны на проводах и от преобразовательных устройств на подстанциях постоянного тока. При этом необходимо учитывать, что частичные разряды и корона на изоляторах создают также телевизионные помехи и области УВЧ.

1.6 ЭМС электроэнергетики с электроносферой Схематически все основные проблемы ЭМС электроэнергетики с информационной, компьютерной и радиотехнической электроносферой представлены на рис. 1.5.

Рис. 1.5. ЭМС электроэнергетики с информационной, компьютерной и радиотехнической электроносферой (ЭЛЕКТРОНО-ЭМС).

Опасные влияния. Перенапряжения в питающей сети, а также самые кратковременные скачки напряжения в питающей сети могут привести к пробою изоляции или выходу из строя элементов электронной, особенно полупроводниковой техники, и тем самым вывести из строя ЭВМ, подчас в самый ответственный момент, когда требуется особенно четкая и бесперебойная работа. Опасное влияние может возникнуть вследствие гальванического влияния со стороны заземления при внезапном КЗ в питающей сети на землю.

Мешающие влияния. Неустойчивое напряжение, скачки напряжения, а также высшие гармоники источников питания промышленной частоты, как правило, не опасны для компьютерной и электронной техники, но вызывают сбои и нечеткую работу ЭВМ и требуют включения источников питания через соответствующие фильтры. Весьма важно, чтобы совместно работающие блоки электронной техники были заземлены в одной точке, так как уравнительные токи часто оказываются источниками нежелательных помех вследствие емкостных и индуктивных наводок или гальванических влияний на интегральные схемы. Близко расположенные и недостаточно экранированные мощные электротехнические цепи могут создавать такие электромагнитные наводки, в цепях питания и внутренних цепях ЭВМ, которые существенно затрудняют их работу.

Частоты функционирования практически всех устройств электроносферы значительно выше промышленной частоты 50 Гц. Однако всевозможные высокочастотные электромагнитные колебания в цепях электроэнергетики создают нежелательные помехи в указанных устройствах, расположенных вблизи мощных электроэнергетических установок. Повторные зажигания и погасания электрической дуги возникают между контактами высоковольтных аппаратов, особенно разъединителей. Зажигания и погасания электрической дуги возбуждают в коммутируемых контурах электромагнитные колебания, создающие помехи в расположенных вблизи от них электронных схемах.

Отмеченные в п. 1. 6 токи высокой частоты, возникающие в проводах ВЛ вследствие короны, а также токи каналов ВЧ связи по этим проводам генерируют в окружающем пространстве электромагнитные поля, создающие радиопомехи в расположенных вблизи радиоприемных устройствах.

Отмеченные в п. 1.1 экологические последствия от крупногабаритных сооружений нарушают условия распространения радиоволн и искажают показания радиомаяков и других направленных радиопередач.

1.7 Внутренняя ЭМС между подсистемами электроэнергетики (ИНТЕР-ЭМС) Нарушения ЭМС между различными подсистемами самой электроэнергетики приводят к крайне нежелательным последствиям для нее (рис. 1.6): коммутационные, дуговые и квазистационарные перенапряжения в цепях высокого напряжения вызывают повреждения изоляции, короткие замыкания, отключения и погашения потребителей и большой народнохозяйственный ущерб. Необходимо поддерживать достаточно высокий уровень изоляции и предусматривать установку разрядников или ОПН на линиях СВН и УВН.

Аварии и оперативные коммутации вызывают опасные и мешающие влияния цепей ВН «первичной коммутации» с электронными устройствами информационной и компьютерной техники электростанций и подстанций высокого напряжения. Они аналогичны рассмотренным влияниям на устройства электроносферы и могут привести к выходу из строя или неселективной работе устройств вторичной коммутации в наиболее ответственные моменты аварий или коммутаций цепей первичной коммутации, когда от цепей вторичной коммутации требуется особенно четкая, селективная и бесперебойная работа (см. п. 1.6).

Рис. 1.6. Внутренняя ЭМС между подсистемами электроэнергетики (ИНТЕР-ЭМС).

В электроэнергетике очень широко используется ВЧ связь и возникают проблемы, аналогичные рассмотренным в п. 1.5. Кроме того, на подстанциями с мощными трансформаторами возможно возникновение помех между ВЧ каналами на линиях разного класса напряжения вследствие емкостных связей между обмотками всех трансформаторов.

2. Заземление в энергосистемах

2.1 Классификация заземлений. Терминология Заземление является одним из основных средств, обеспечивающих электромагнитную совместимость электроэнергетики с техносферой и биосферой. Он должно удовлетворять требованиям обеспечения безопасности людей и животных, защиты сильноточных и слаботочных установок, а также обеспечение эксплуатационных режимов работы и грозозащиты.

По своему назначению заземления условно можно подразделять на три основных типа (рис. 2.1):

Рис. 2.1.Классификация заземлений в энергосистемах.

Рабочее заземление обеспечивает необходимое для работы электроустановки распределение напряжений и токов в нормальных и аварийных режимах сети. К такому заземлению относятся заземления нейтралей силовых трансформаторов, автотрансформаторов и генераторов, заземления шунтирующих и дугогасящих реакторов, измерительных трансформаторов напряжения.

Защитное заземление. Металлические и другие проводящие части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, могут оказаться кратковременно или длительно под напряжением вследствие нарушения изоляции. Прикосновение человека к таким частям может привести к поражению его электрическим током. Опасность поражения человека электрическим током может быть обусловлена стеканием электрического тока с какой-либо части электроустановки в землю и протеканием электрического тока в земле при поврежденной изоляции. Одной из мер защиты от поражения человека электрическим током является защитное заземление (заземление безопасности), т. е. преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящейся под напряжением, с заземляющим устройством.

В установках связи, телевидения и телеуправления защитное заземление снижает опасные и мешающие влияния электромагнитных полей линий электропередачи на слаботочные цепи.

Грозозащитные заземления предназначены для защиты от внешних перенапряжений и влияний. Заземление трубчатых и вентильных разрядников, нелинейных ограничителей перенапряжений, молниеотводов, грозозащитных тросов на опорах линии электропередачи уменьшает грозовые перенапряжения и опасные влияния и способствует уменьшению вероятности перекрытия изоляции при грозовых разрядах.

При строительстве линий электропередачи и электроустановках различного назначения функции рабочего заземления, заземления безопасности и грозозащитного заземления зачастую возлагают на общее заземляющее устройство.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель — это проводник (электрод) или совокупность соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземлителями могут служить не только специальные проводники, но и находящиеся в соприкосновении с землей части сооружений и коммуникаций производственного или иного назначения, используемые для целей заземления. В ПУЭ рекомендуются к использованию водопроводные трубы, металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соприкосновения с землей.

Заземляющий проводник — это проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Заземлители подразделяются на искусственные и естественные. Искусственным заземлителем называется заземлитель, специально выполняемый для целей заземления. Естественный заземлитель — находящийся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного назначения, используемые для целей заземления.

Занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока.

С части электроустановки, оказавшейся под напряжением вследствие нарушения изоляции, протекает в земле электрический ток. Напряжения в этой части электроустановки относительно точек зоны растекания электрического тока и относительно точек земли вне зоны растекания будут зависеть от величины тока замыкания на землю и сопротивления растеканию тока. Распределение напряжений в зоне растекания будет зависеть, кроме того, от удельного сопротивления грунта, а также от количества и расположения элементов заземлителя.

При замыкании на землю опасность может представлять напряжение прикосновения (рис. 2.2) Uпр, т. е. напряжение между двумя точками при одновременном прикосновении к ним человека. Например, персонал прикоснулся рукой к корпусу электрического аппарата, а ногами стоит на некотором расстоянии от этого корпуса.

Опасность может и представлять напряжение шага Uш, представляющее собой напряжение между двумя точками земли при одновременном касании их ногами человека.

Уменьшение сопротивления заземления, а также градиента напряжения на поверхности земли путем прокладки и рационального размещения элементов заземляющего устройства приводит к снижению напряжений прикосновения и шага. Наибольшие допустимые значения Uпр и Uш зависят от ряда условий: длительности воздействия электрического тока, рода тока, его частоты, сопротивления пути тока через тело человека, сопротивления в месте касания и др.

С учетом указанных условий и зависимостей установлены такие нормы сопротивлений заземления электроустановок различных классов напряжения, при которых напряжения прикосновения и шага будут находиться в допустимых пределах.

U

Uпр

Uз=IRз

Uш

x

Рис. 2.2. Распределение напряжений при замыкании на землю.

2.2 Рабочее заземление В России в сетях 3−35кВ общепромышленного назначения, а также в сетях 0,5−2,5 кВ нефтедобычи применяют, как правило, изолированную нейтраль (воздушные и кабельные сети малой протяженности) или ее резонансное заземление через дугогасящий реактор (кабельные или смешанные сети большой протяженности).сети 110−220 кВ имеют глухое заземление части нейтралей, а сети 330 кВ и выше — нейтралей всех трансформаторов.

Изолированная нейтраль в случае однофазных замыканий на землю предотвращает появление разрушительных по величине токов короткого замыкания и позволяет не прерывать работу сети в течение времени, необходимого для обнаружения места возникновения замыкания на землю и его ликвидации. Это избавляет от необходимости немедленного отключения сети при каждом однофазном замыкании на землю, вызванном, например, ударами молнии, птицами и т. д.

Электрическая прочность изоляционных конструкций и воздушных промежутков в сетях 3−35 кВ выбирается обычно с четырех-, двенадцатикратным запасом по отношению к амплитуде фазного напряжения. При небольшой протяженности сети и малом рабочем напряжении ток однофазного замыкания на землю составляет порядка единиц ампер. Дуга такого тока в месте перекрытия гаснет в момент его перехода через нулевое значение и сеть восстанавливает свою нормальную работу.

При перекрытии одной из фаз (рис. 2.3, фаза А) напряжение на неповрежденных фазах относительно земли, как следует из векторной диаграммы рис. 2.4, повышается в v3 раз:

?В = ?В + ?В = ?В — ?А |?В| = 2Еф cos30є = v3 Еф

?С = ?С + ?С = ?С — ?А |?C| = 2Еф cos30є = v3 Еф Ток замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (в схеме рис. 2.3 рубильник Р отключен) определяется из векторной суммы токов:

?А + ?В + ?С + ?З = 0 (2.1)

Пренебрегая малым по величине падением напряжения на дуге UА=0, полагая IA=0 из (2.1) имеем:

?З = - (?В + ?С) = - (?В jCфВ + ?С jCфС) (2.2)

ЕА IА СфА

ЕВ IB

СфВ

ЕС IC СфС

Р

Lр Рис. 2.3. Упрощенная эквивалентная схема однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью или резонансно-заземленной нейтралью.

Если емкости фаз В и С равны (СфВ = СфС = Сф) и пренебречь активными потерями, то из (2.2) в соответствие с рис. 2.4 получим:

IЗ = v3 Еф 2 Сф соs 30 = 3 Сф Еф Как отмечалось, при малых значениях IЗ дуга гаснет в момент перехода тока через нуль. Более высокие значения тока замыкания на землю, которые имеют место в протяженных кабельных или смешанных сетях 3−35 кВ, приводит к усилению ионизации и более медленному восстановлению электрической прочности промежутка вследствие остаточной проводимости воздуха. При этом наблюдаются повторные зажигания дуги, которая под действием электродинамических сил и тепловых потоков воздуха растягивается и в конце концов гаснет. Однако возрастает вероятность ее негашения, перебрасывания на соседние фазы и возникновения двухили трехфазных коротких замыканий. По этой причине, если величина IЗ превышает некоторое критическое значение Iзк, то необходимо переходить к заземлению нейтрали через дугогасящие реакторы (рис. 2.3, рубильник Р включен).

?А

М_B

М_L М_B + М_C

М_C

?_B

?_C ?₀ = -?_А

?_С = ?_С + ?₀ ?_B = ?_B + ?₀

Рис. 2.4 Векторная диаграмма токов и напряжений для схемы рис. 2.3 при замыкании, А на землю.

По требованиям правил устройства электроустановок (ПУЭ) компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться, если IЗ более значений IЗК, приведенных в таблице 2.1

Таблица 2.1

Значения токов IЗК, при которых требуется компенсация токов замыкания на землю.

При замыкании на землю одной из фазы в сети с дугогасящим реактором (например, фазы А), как и в сети с изолированной нейтралью, напряжение смещения нейтрали U0 становится равным по величине и обратным по знаку аварийной фазы (рис. 2.4). под действием этого напряжения в дугогасящем реакторе течет ток:

IL= U0/ jщ Lр (*)

При этом вместо соотношения (2.) имеем:

?А + ?В + ?С + ?L + ?З = 0

Принимая по-прежнему IА? 0; IЗ? 0, условие полной компенсации реактивных составляющих тока IВ + IС и I :

щ Lр = 1/3щ Cф или 3щІLр Cф = 1 (2.3)

При этом в месте замыкания на землю с помощью дугогасящего реактора удается снизить суммарный ток однофазного замыкания на землю на один-два порядка. Остаточный ток в месте замыкания обусловлен следующими причинами:

*Пренебрегаем активными потерями в обмотке дугогасящего реактора

· неточной компенсацией реактивной составляющей тока по формуле (2.3);

· активными составляющими токов через сопротивление Rр реактора

Iрa = Uф Rр /(щ Lр)І и утечку G на изоляции фазных проводов 3UфG;

· высшими гармониками токов.

Кроме существенного уменьшения тока через место замыкания на землю, сильно снижается также скорость восстановления напряжения на изоляции после прохождения остаточного тока через нуль. В результате электрическая прочность изоляции восстанавливается быстрее, чем приложенное к ней напряжение, и, как правило, дуга гаснет Глухое заземление нейтрали трансформаторов применяется в сетях 110 кВ и выше. При таком заземлении токи в месте короткого замыкания достигают десятков килоампер. Действующее значение периодической составляющей токов КЗ в начальный момент времени зависит от вида КЗ и определяется по формулам:

при трехфазном КЗ в одной точке:

при двухфазном КЗ без земли:

при двухфазном КЗ на землю в одной точке:

при однофазном КЗ на землю:

где Е — ЭДС прямой последовательности эквивалентного генератора, полученная после преобразования схемы сети к простейшей эквивалентной схеме; Z1э, Z2э, Z0э — эквивалентные сверхпереходные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности сети относительно точки КЗ.

Токи к.з. в сетях 110 кВ и выше с учётом их переходной составляющей достигают десятков килоампер. При таких токах возникают весьма большие (до тысяч килограмм на 1 м длины) электродинамические силы взаимодействия между шинопроводами различных фаз, между соседними шинами в пакете одной фазы, а также между вводами и витками обмоток электрических машин, силовых и измерительных трансформаторов, реакторов и другой аппаратуры. Ток КЗ в течение нескольких секунд нагревает проводники до температур порядка 200 — 300 0C, вследствие чего возникает опасность механического и термического повреждения токоведущих проводников.

В большинстве случаев Zэ Zэ и в соответствии с (2.4.) и (2.5.) токи двухфазного КЗ оказываются меньше, чем трёхфазного. Желательно, чтобы Zсэ превышало Z2э и в соответствии с (2.4.) и (2.7.) Iкз (1) Iкз (3). Для этого на мощных подстанциях в ряде случаев приходится разземлять часть нейтрали трансформаторов и оставлять один трансформатор с глухозаземлённой нейтралью. При этом расчётным случаем для выбора оборудования является трёхфазное КЗ. Тем не менее для выбора заземляющих устройств и определения влияния ЛЭП на линии связи расчётным является случай однофазного КЗ. Поэтому необходимо обеспечить отключение всех видов КЗ в течение долей секунды и максимум — несколько секунд. Большие трудности возникают при отключении таких токов современными выключателями. Они оказываются дорогостоящими и требующими частые ремонты.

Однако увеличение Zсэ приводит к дополнительному повышению напряжения на здоровых фазах и в изолированной нейтрали трансформаторов при несимметричных к.з. Как показано в [8], напряжения на неповреждённых фазах при однофазном к.з. равны В сетях высокого напряжения при расчёте U1ф пренебрегают активными потерями. При этом Z1э Z1э; Zэ Zэ; Zсэ Z0э *). Кроме того, X1э Xэ и

X0э aX1. При этих условиях и коэффициент замыкания на землю при однофазном к.з.

Зависимость К1 = f (a) приведена на рис. 2.5. Как видно из рис. 2.5, при изменении a от 0 до К1 изменяется от до .

В случае двухфазного к.з. на землю путём аналогичных преобразований получим соответствующим коэффициент Зависимость К2 = f (a) также приведена на рис. 2.5., из которого видно, что при изменении a от 0 до К2 изменяется от 0 до 1,5.

В сетях 110 кВ и выше обеспечивается a 3. Такая сеть называется сетью с эффективно заземлённой нейтралью. При a 3 коэффициенты заземлений К1 и К2 равны: К1 =1,25; К2 =1,29. При неблагоприятных случаях кратности повышения напряжения на здоровых (здоровой) фазах (фазе) будет несколько выше, чем К1 и К2 по причине влияния активных сопротивлений и превышения

Eэ над U1ф (особенно при близко расположенных электростанциях). С учётом этих обстоятельств напряжение гашения вентильных разрядников и характеристики нелинейных ограничителей перенапряжений выбираются исходя из напряжения U 1,4Uф.

2.3 Защитное заземление Для человека, находящегося вблизи действующей электроустановки, главную опасность представляют величина и длительность тока, протекающего через его тело при соприкосновении с частями электроустановки. Этот ток также зависит от разности потенциалов, приложенных к телу человека, мощности источника, рода тока и сопротивления тела человека (табл.2.2.).

Для защиты человека от появления опасных потенциалов на металлических конструкциях электрооборудования при повреждении изоляции (опоры, корпуса трансформаторов, аппаратов, электрических машин и т. п.) применяют защитное заземление. Однако такое заземление само по себе не исключает возможности поражения человека. При однополюсных замыканий на землю через заземляющие устройства течёт аварийный ток и возникают напряжение прикосновения и шаговое напряжение, которые могут быть опасными для человека.

В первом приближении, если пренебречь влиянием прикосновения человека на ток через заземляющее устройство, то напряжение прикосновения Uпр и шага Uш можно определить по эквивалентным схемам рис. 2.6. В этих схемах роль эквивалентных э.д.с. Епр и Еш играют разности потенциалов между точками прикосновения человека, когда отсутствует шунтирующее влияние сопротивления его тела, равного Rт 1000 Ом. Если пренебречь также взаимным экранированием ступней, что даёт некоторое завышение опасности воздействия, то Епр и Еш можно определить по формулам:

В этих формулах RСТ и Rоб — сопротивления ступни и обуви соответственно.

По данным [18, 19] при оценке RСТ ступни могут быть заменены круглыми металлическими пластинами радиусом rСТ = 8 см, находящимися на грунте с удельным сопротивлением верхних слоёв земли 3П.

Поэтому формулы (2.8.) приобретают вид:

Как видно из формул (2.8.) и (2.9.), снижение Uпр и Uш до безопасной величины может быть обеспечено путём снижения Епр и Еш, либо увеличением RСТ. Применение специальных изолирующих ботов значительно повышает безопасность. При сырой погоде с некоторым запасом принимаем Rоб 0 и поэтому соотношения (2.8.) и (2.9.) приобретают вид:

Таким образом, для снижения Uпр и Uш до безопасных величин необходимо снизить Епр и Еш, а также 3П. Искусственное уменьшение Епр и Еш достигается путём обеспечения небольших величин сопротивления заземления электроустановки, которое, как будет показано ниже, зависит от эквивалентного удельного сопротивления грунта и конструкции заземлителя.

Уменьшение сопротивления заземления достигается увеличением количества горизонтальных и вертикальных металлических элементов, закладываемых в грунт, причём целесообразно располагать эти элементы в виде сетки со стороны ячейки порядка нескольких метров, что улучшает распределение потенциала точек на поверхности земли и снижает Епр и Еш. Снижение вероятности поражения персонала электрическим током обеспечивает также укладка в местах установки оборудования выравнивающих проводников в виде частой сетки, присоединённой к основному контуру заземления электроустановки. Кроме того, в местах установки электрооборудования следует посыпать площадку плохопроводящим покрытием (слой щебня, щебня с асфальтом и т. д.), что способствует увеличению эквивалентного сопротивления верхних слоёв земли 3П и уменьшению тока через тело человека.

Заземляющие устройства электроустановок выше 1 кВ сети с эффективно заземлённой нейтралью следует выполнять с соблюдением требований либо к их сопротивлению, либо к напряжению прикосновения, а также с соблюдением требований к конструктивному выполнению и ограничению напряжения на заземляющем устройстве.

Напряжение на заземляющем устройстве при стекании с него тока заземления на землю не должно превышать 10 кВ. Напряжение выше 10 кВ допускается на заземляющих устройствах, с которых исключён вынос потенциалов за пределы зданий и внешних ограждений электроустановки. При напряжениях на заземляющем устройстве более 5 и до 10 кВ должны быть предусмотрены меры по защите изоляции отходящих кабелей связи и телемеханики и по предотвращению выноса опасных потенциалов за пределы электроустановки.

Заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом, с учётом сопротивления естественных заземлителей.

В целях выравнивания электрического потенциала и присоединения электрооборудования к заземлителю на территории, занятой оборудованием, следует прокладывать продольные и поперечные горизонтальные заземлители и соединить их между собой в заземляющую сетку.

Продольные заземлители должны быть проложены вдоль осей электрооборудования со стороны обслуживания на глубине 0,5−0,7 м от поверхности Земли и на расстоянии 0,8−1,0 м от фундаментов или оснований оборудования. Допускается увеличение расстояний от фундаментов или оснований оборудования до 1,5 м с прокладкой одного заземлителя для двух рядов оборудования, если стороны обслуживания обращены одна к другой, а расстояние между фундаментами или основаниями двух рядов не превышает 3,0 м.

Поперечные заземлители следует прокладывать в удобных местах между оборудованием на глубине 0,5−0,7 м от поверхности земли. Расстояние между ними рекомендуется принимать увеличивающимся от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первое и последующие расстояния, начиная от периферии, не должны превышать соответственно 4,0; 5,0; 6,0; 7,5; 9,0; 11,0; 13,5; 16,0 и 20,0 м. Размеры ячеек заземляющей сетки, примыкающих к местам присоединения нейтралей силовых трансформаторов и короткозамыкателей к заземляющему устройству, не должны превышать 6×6 м2.

Горизонтальные заземлители следует прокладывать по краю территории, занимаемой заземляющим устройством так, чтобы они в совокупности образовали замкнутый контур.

Если контур заземляющего устройства располагается в пределах внешнего ограждения электроустановки, то у входов и въездов на её территорию следует выравнивать потенциал путём установки двух вертикальных заземлителей у внешнего горизонтального заземлителя напротив входов и въездов. Вертикальные заземлители должны быть длиной 3−5 м, а расстояние между ними равно ширине входа или въезда.

Заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований, предъявляемых к напряжению прикосновения, должно обеспечивать в любое время года при стекании с него тока замыкания на землю значения напряжений прикосновения, не превышающие нормированных. Сопротивление заземляющего устройства определяется по допустимому напряжению на заземляющем устройстве и току замыкания на землю.

При определении допустимого напряжения прикосновения за время воздействия следует принимать сумму времени действия защиты и времени отключения выключателя. Если определяется время воздействия на персонал, производящий оперативные переключения на своих рабочих местах, то следует принимать время действия резервной защиты, в остальных случаях — основной защиты.

Размещение продольных и поперечных горизонтальных заземлителей должно определяться требованиями ограничения напряжений прикосновения до нормированных значений и удобством присоединения заземляемого оборудования. Расстояние между продольными и поперечными горизонтал0ьными искусственными заземлителями не должны превышать 30 м, а глубина их заложения в грунт должна быть не менее 0,3 м. У рабочих мест допускается прокладка заземлителей на меньшей глубине, если необходимость этого подтверждается расчетом, а само выполнение не снижает удобства обслуживания электроустановки и срока службы заземлителей. Для снижения напряжения прикосновения у рабочих мест в обоснованных случаях может быть выполнена подсыпка щебня слоем толщиной 0,1−0,2 м.

При выполнении заземляющего устройства с соблюдением требований, предъявляемых к его сопротивлению или к напряжению прикосновения, дополнительно следует: заземляющие проводники, присоединяющие оборудование или конструкции к заземлителю, в земле прокладывать на глубине не менее 0,3 м; вблизи мест расположения заземляемых нейтралей силовых трансформаторов, короткозамыкателей прокладывать продольные и поперечные горизонтальные заземлители (в четырех направлениях).

При выходе заземляющего устройства за пределы ограждения электроустановки горизонтальные заземлители, находящиеся вне территории электроустановки, следует прокладывать на глубине не менее 1 м. Внешний контур заземляющего устройства в этом случае рекомендуется выполнять в виде многоугольника с тупым или скругленными углами.

Внешнюю ограду электроустановок не рекомендуется присоединять к заземляющему устройству. Если от электроустановки отходят ВЛ 110 кВ и выше, то ограду заземлить с помощью вертикальных заземлителей длиной 2−3 м, установленных у стоек ограды. Установка таких заземлителей не требуется для ограды с металлическими стойками и с теми стойками из железобетона, арматура которых электрически соединена с металлическими звеньями ограды.

Для исключения электрической связи внешней ограды с заземляющим устройством расстояние от ограды до элементов заземляющего устройства, расположенных вдоль нее с внутренней, с внешней или обеих сторон, должно быть не менее 2 м. Выходящие за пределы ограды горизонтальные заземлители, трубы и кабели с металлической оболочкой и другие металлические коммуникации должны быть продолжены посредине между стойками ограды на глубине не менее 0,5 м. В местах примыкания внешней ограды к зданиям и сооружения, а также в местах примыкания к внешней ограде внутренних металлических ограждений должны быть выполнены кирпичные или деревянные вставки не менее 1 м.

Не следует устанавливать на внешней ограде электроприемники до 1 кВ, которые питаются непосредственно от понизительных трансформаторов, расположенных на территории электроустановки. При размещении электроприемников на внешней ограде их питание должно осуществляться через разделительные трансформаторы. Линия, соединяющая вторичную обмотку разделительного трансформатора с электроприемником, расположенным на ограде, должна быть изолирована от земли на расчетное значение напряжения на заземляющем устройстве.

Если выполнение хотя бы одного из указанных мероприятий невозможно, то металлические части ограды следует присоединить к заземляющему устройству и выровнять потенциалы так, чтоб напряжение прикосновения с внешней и внутренней сторон ограды не превышало допустимых значений. При выполнении заземляющего устройства по допустимому сопротивлению должен быть продолжен с внешней стороны на расстояние 1 м от нее и на глубине 1 м горизонтальный заземлитель. Этот заземлитель следует присоединять к заземляющему устройству не менее чем в четырех точках.

По требованиям ГОСТа и ПУЭ сопротивление заземляющего устройства от сезона года не должно превышать значений, приведенных в табл.2.3.

В заключении отметим, что при обеспечении допустимого напряжения прикосновения и тока через тело человека в качестве расчетного времени воздействия принимается сумма времени действия релейной защиты и полного времени отключения выключателя, автомата или других коммутационных аппаратов (см. табл.2.2).

2.4 Правила эксплуатации заземляющих устройств При эксплуатации заземляющих устройств коррозия, обрывы заземляющих проводников и другие причины могут привести к резкому увеличению сопротивления заземлителя. Оно может сопровождаться человеческими жертвами и ухудшением технических характеристик и надежности работы электротехнического оборудования. Рассмотрим некоторые эксплутационные требования ПУЭ к заземляющим устройствам.

Т, а б л и ц, а 2.3

Допустимое сопротивление Rз (Ом) при протекании тока промышленной частоты [ 17 ]

биосфера электромагнитный кабель замыкание

При сдаче в эксплуатацию заземляющих устройств электроустановок после монтажа должны быть представлены протоколы приемосдаточных испытаний этих устройств. Испытания должны производиться в соответствии с требованиями действующих «Норм испытания электрооборудования», утвержденных Главтехуправлением Минтопэенрго.

Каждый элемент установки, подлежащий заземлению, должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали посредством отдельного заземляющего проводника. Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких частей установки запрещается. Это вызвано тем, что при изъятии какого-либо элемента установки для его ремонта или замены произойдет разрыв цепи заземления для его ремонта или замены произойдет разрыв цепи заземления, вследствие чего один или несколько элементов установки окажутся незаземленными.

Заземление или зануление оборудования, подвергающегося частому демонтажу или установленного на движущихся частях, подверженных сотрясением, вибрациям, должно выполняться гибкими проводами.

Способы присоединения заземляющих проводников к заземляемым конструкциям, корпусам аппаратов, машин, к заземлителям, а также способы соединения заземляющих проводников между собой должны обеспечивать надежный контакт. Неудовлетворительное соединение может привести к нарушению функций, выполняемых устройством. Наибольшую надежность соединения обеспечивает сварка. Болтовое соединение применяется только в тех местах, где необходимо отсоединение от заземляющего устройства, например, за период ремонта или испытания.

Заземляющие проводники должны быть предохранены от коррозии, причем такая защита должна применяться не только для открыто проложенных заземляющих проводников, но и для заземляющих проводников, проложенных скрыто. В местах с особо агрессивной средой для проводников, проложенных скрыто, в качестве защиты оболочки. Для открыто проложенных проводников в качестве защиты от коррозии применяется окраска, одновременно используется как отличительная.

Присоединение сварочных агрегатов и других передвижных электроустановок к заземляющим проводникам допускается при их достаточном сечении. При использовании заземляющих проводников недостаточного сечения, например, для питания сварочных агрегатов с большими токами могут иметь перегорание заземляющих проводников, значительное падение напряжения в цепи заземляющего устройства и появление напряжения по отношению к земле на заземленных частях электрооборудования. Это напряжение, как правило, не опасно, но может служить причиной неприятных ощущений у работающего. Кроме того, использование заземляющих проводников РУ в качестве обратного рабочего провода для сварочных агрегатов и других передвижных установок может привести к ответвлению тока на металлические оболочки близлежащих контрольных кабелей, их повреждению и ложной работе релейной защиты. Ложная работа релейной защиты может быть обусловлена и появлением разности потенциалов между заземленными точками цепей защит при работе сварочных агрегатов и других передвижных установок.

Для контроля заземляющего устройства должны проводиться измерение его сопротивления и не реже, чем 1 раз в 10 лет, выборочная проверка со вскрытием грунта для осмотра элементов заземления, проверка наличия и состояния цепей между заземлителями и заземляемыми элементами, соединений естественных заземлителей с заземляющими устройством.

Измерение сопротивления заземляющих устройств С этой целью применяются различные приборы, например, прибор МС-8. должно проводиться:

после монтажа, переустройства и капитального ремонта этих устройств электростанций, подстанций и линий электропередачи;

при обнаружении на опорах ВЛ 110 кВ и выше следов перекрытий или разрушений изоляторов электрической дугой;

на подстанциях 35 кВ и ниже открытого типа — не реже 1 раз в 10 лет; в сетях 35 кВ и ниже у опор с разрядниками, ИП и разъединителями — не реже 1 раз в 5 лет; выборочно у 2% железобетонных и металлических опор в населенной местности, на участках ВЛ с наиболее агрессивными, оползневыми, или плохо проводящими грунтами — не реже, чем 1 раз в 10 лет. Все перечисленные измерения должны проводиться в периоды наибольшего просыхания грунта.

2.5 Расчет сопротивления растеканию заземляющих устройств

Основным параметром заземляющего устройства (ЗУ) является его сопротивление растеканию, равное отношение напряжения на заземлителе к току, стекающему с заземлителя в землю. Полное сопротивление ЗУ слагается из сопротивления растеканию R и сопротивления заземляющих проводников. При протекании тока промышленной частоты можно пренебречь индуктивным и активным падением напряжения вдоль металлических соединительных проводников небольшой протяженности. Величина R зависит от конструкции, геометрических размеров и удельного сопротивления грунта, в котором находится заземлитель.

Удельное сопротивление грунта з зависит от состава, влажности и температуры почвы, поэтому оно подвержено сезонным колебаниям. Наиболее стабильное значение R имеют заземлители, находящиеся ниже уровня вод и глубины промерзания.

При ориентировочных оценках сопротивления можно воспользоваться средними значениями удельных сопротивлений различных грунтов, приведенными в табл.2.4.

При более точных расчетах сопротивления растеканию заземлителей удельное сопротивление грунтов определяют специальными методами непосредственных измерений, например, метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). Анализ электрических параметров земли проводят путем интерпретации (истолкования) кривых ВЭЗ. Для этого экспериментально полученные кривые сравнивают с набором стандартных кривых, приведенных, например в [18], делают заключение об электрической структуре земли и находят эквивалентное удельное сопротивление грунта.

Сущность ВЭЗ сводится к следующему. В землю с помощью двух электродов, А и В от источника питания подается электрический ток (рис. 2.7). Тогда электроды могут рассматриваться как точечные, начиная с расстояний, приблизительно в 5 раз превышающих протяженность их заглубленной части.

Т, а б л и ц, а 2.4.

Характеристика грунтов

Ток протекает от одного точечного электрода (А) к другому (В) и пронизывает различные слои земли. При этом ближе к электродам и к поверхности земли плотность тока возрастает, а с глубиной она уменьшается и стремится к нулю. Линии тока и эквипотенциальные поверхности показаны на рис. 2.7. Если поместить в пределах поля два электрода М и N, то разность потенциалов между ними? U будет связана с током I и удельным сопротивлением з формулой

где К — коэффициент, зависящий в случае однородности грунта только от взаимного расположения электродов и имеющий размерность длины Величины К и з не зависит от контактных или переходных сопротивлений электродов, но результаты измерений могут быть искажены из-за наличия сторонних полей, что необходимо учитывать при полевых измерениях. Если грунт неоднороден, то путем измерений I и U также можно определить 3. Однако, в этом случае коэффициент К будет зависеть от характера залегания пород, удельных сопротивлений этих пород, разноса электродов А, В, М и A. Найденное таким образом 3 принять называть кажущимся удельным сопротивлением к.

К однородной среде сопротивление к остаётся одним и тем же при любых расстояниях между электродами. В неоднородной среде к существенно зависит от их расположения. Зависимость к от расстояния между электродами называется кривой ВЭЗ и позволяет судить о строении исследуемого грунта.

Рис. 2.7. Расположение электродов при ВЭЗ

Рис. 2.8. Симметричная (а) и несимметричная (б) схемы измерения удельного сопротивления грунта методом ВЭЗ Для измерения 3 в энергосистемах широкое распространение получили приборы типа МС-08. С их помощью измерения производятся по симметричной (рис. 2.8, а) или несимметричной (рис. 2.8, б) схемам.

Для симметричной схемы:

Откуда. Таким образом, для симметричной схемы Аналогично для несимметричной схемы При известной величине 3 сопротивление растеканию R? рассчитывают различными путями, например, методами электростатической аналогии, зеркального изображения и средних потенциалов (см., например, [6, 18, 19]). Здесь лишь приведены формулы для определения R? для рода вертикальных, горизонтальных и смешанных заземлителей.

Для одиночного вертикального заземлителя длиной l и радиусом r0, верхний конец которого находится на уровне поверхности земли, сопротивление растеканию равно

е)

Рис. 2. 9. Расположение вертикальных заземлителей.

где L — суммарная длина проводников горизонтального заземления; h — глубина заложения заземлителей; r0 — их радиус; Аг — поправка, учитывающая взаимное коронирование проводников горизонтального заземлителя (табл. 2.6).

Таблица 2.6.

Значения Аг для некоторых видов заземлителей.

Сопротивление растеканию сложного заземлителя, включающего вертикальные и горизонтальные электроды, можно приближенно рассчитать по формуле:

где L — суммарная длина горизонтальных заземляющих электродов-полос; n, l — число и длина вертикальных электродов; S — площадь заземлителя; АГВ — коэффициент, значения которого приведены ниже.

Более точно величину R~ для сложного заземлителя подстанций и станций рассчитывают с помощью ЭВМ.

В ряде случаев в районах с высоким значением удельного сопротивления грунтов целесообразно использовать глубинные заземлители, представляющие собой вертикальные стержни, погруженные до уровня грунтовых вод. Их глубина достигает десятков метров, а по высоте грунт имеет неоднородности (различные слои имеют различные сз).

Сопротивление растеканию заземлителю может быть определено по формуле:

где сэк — эквивалентное удельное сопротивление грунта.

где сi — удельное сопротивление i-го слоя; li — мощность (высота) i-го слоя; - длина заземлителя (рис. 2.11).

2.6 Поведение заземляющих устройств при импульсных токах Сопротивление заземления при импульсных токах Rи может быть как больше, так и меньше сопротивления растеканию R~. Они связываются соотношением

Rи = бн R~,

где бн — коэффициент импульса заземлителя.

Величина бн зависит от формы кривой протекающего через заземлитель тока, его амплитуды, удельного сопротивления грунта сз и протяженности заземлителей. Случай бн < 1 имеет место при образовании зоны повышенной проводимости грунта вблизи заземлителя при протекании больших токов, случай бн > 1 — из-за влияния индуктивности протяженных заземлителей при небольших длинах фронта импульсов. Более подробно объясним эти обстоятельства.

l₁ с₁

l l₂ с₂

l₃ с₃

Рис. 2.11. К определению эквивалентного удельного сопротивления многослойного грунта.

При растекании с заземлителя большого импульсного тока с плотностью j в грунте с удельным сопротивлением сз образуется электрическое поле с напряженностью E = jсз. С увеличением Е проявляются полупроводниковые свойства грунта, приводящие к снижению сз. Поэтому по мере роста j в грунте его удельное сопротивление падает. Если плотность тока продолжает нарастать, то Е поля вблизи заземлителя достигает значения пробивной напряженности Епр и возникает искрообразование в грунте. Это существенно снижает падение напряжения вблизи заземлителя. При дальнейшем увеличении искровой разряд переходит в дуговой. Как видно из рис. 2.12, вблизи заземлителя, через который протекает большой ток, возникают четыре зоны:

1. дуговая;

2. искровая;

3. полупроводниковая;

4. «постоянной» проводимости.

В итоге падает эквивалентное удельное сопротивление грунта, а следовательно, импульсное сопротивление заземлителя.

При большой длине заземлителя он может быть замещен схемой, включающей индуктивность L, активное сопротивление R, проводимость G и емкость C на единицу длины.

Рис. 2.12. Схема процессов в грунте при протекании через заземлитель больших импульсных токов: 1 — дуговая зона; 2 — искровая зона; 3 — полупроводниковая зона; 4 — зона «постоянной проводимости».

Величина R значительно меньше сопротивления заземлителя, а емкость С может иметь заметное влияние лишь при высоких значения удельного сопротивления грунта и весьма кратковременных процессах. При сз < 5000 Ом· м, даже при импульсах с длиной фронта несколько микросекунд, емкость электродов относительно уровня нулевого потенциала С и, следовательно, емкостные токи пренебрежительно малы по сравнению с токами проводимости. В этом случае схема замещения протяженного заземлителя упрощается (рис. 2.13).

На фронте импульса индуктивность L заземлителя препятствует проникновению тока к удаленным его участкам, которые практически не влияют на отвод тока в землю. На сравнительно медленном спаде волны распределение напряжения вдоль заземлителя выравнивается, а сопротивление его уменьшается и стремиться к значению сопротивления растекания R~. Длительность переходного процесса в заземлителе оценивается постоянной времени

где l — длина заземлителя.

L L L

I_м д д д

Рис. 2.13. Упрощенная схема замещенного протяженного заземлителя.

В заземлителях для отвода тока молнии в землю наибольшее значение имеет величина сопротивления заземления в момент максимума тока молнии фф. Если фф >> T, то заземлители можно рассматривать как сосредоточенные. Если фф соизмерима с Т, то в таких заземлителях необходимо учитывать их протяженность.

При длине заземлителей l > 10 м бн можно высчитать с погрешностью не более 10% по формуле:

В табл. 2.7 приведены значения бн для некоторых заземлителей и при амплитудах токов (с длительностью фронта фф = 3 ч 6 мкс).

2.7 Вынос потенциала с контуров заземления электроустановок Опасный вынос потенциала может иметь место при контакте токоведущих контактов сети высокого напряжения с проводниками сетей более низкого напряжения. При однофазном коротком замыкании через заземляющее устройство подстанции может протекать ток, достигающий десятки килоампер. Такой ток на сопротивлении заземления подстанции вызывает падение напряжения Uз до нескольких киловольт по отношению к удаленной точке. Как отмечалось выше, для уменьшения напряжения шага Uш и прикосновения Uпр заземляющее устройство подстанции выполняют в виде сетки, чтобы обеспечить условия:

; .

Основную опасность может представлять вынос высокого напряжения за пределы контура заземления подстанции по заземленным оболочкам кабеля связи, силовых кабелей, железнодорожным рельсам, трубопроводам. Рекомендуется иметь изоляционные стыки в местах выхода протяженных проводников за пределы контура заземления распредустройства.

Как отмечено в [14], особую опасность могут создавать провода линий связи, заходящих на подстанцию сетей с глухим заземлением нейтрали. На таких подстанциях по требованиям правил электробезопасности все металлические корпуса аппаратуры заземляются через общий контур распредустройства и поэтому они в момент КЗ имеют потенциал, равный потенциалу заземляющего устройства.

а).

l

б).

l

в).

D

г).

d

l

a

д).

d l

d = 0,35 м Рис. 2.14. Виды заземлителей.

Таблица 2.7.

Значения коэффициента импульса для ЗУ различной конфигурации.

В то же время провода линий связи имеют практически нулевое напряжение по отношению к удаленной земле. По перечисленным причинам возникает опасность одновременного прикосновения к корпусу и проводу линии связи. Поэтому между всеми проводами линии связи и контура заземления подстанции предусматривают разрядники типа РБ. При возникновении КЗ эти разрядники срабатывают и защищают обслуживающий персонал. Однако при это возникает возможность выноса высокого напряжения с заземляющего контура подстанции через разрядники по проводам линий связи на значительное расстояние. Такое напряжение может оказаться опасным для обслуживающего персонала соседнего узла связи и абонентов.

Как показано в [11], в целях защиты от опасного гальванического влияния вследствие выноса высокого напряжения рекомендуется:

— устанавливать на выходящих за пределы подстанции фидерах связи изолирующие трансформаторы;

— включать комплекты разрядников и защитных промежутков на проходе воздушной или кабельной линий связи к подстанции;

— на соседнем узле связи дополнительно к п. 2 подключать разрядники между проводами линий связи и заземляющим устройством этого узла.

3. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ОТ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЛИЯНИЙ

3.1 Требования к защитным устройствам и способы защиты Развитие новых технологий в микроэлектронике привело к повсеместному использованию в схемах контроля, управления, сбора и обработки различной информации высокопроизводительных, экономичных и малогабаритных интегральных микросхем. Однако по мере усложнения этих схем и миниатюризации их элементов постоянно наблюдалось снижение их стойкости к внешним электромагнитным воздействиям, что требовало повышения надежности защиты. Применяющиеся ранее методы защиты от электромагнитных помех, вполне оправдавшие себя в работе со старой элементной базой, оказывались непригодными при переходе на современную элементную базу, и приходилось не только совершенствовать устройства защиты (разрядники, фильтры и т. п.), но и искать новые принципы построения защиты от внешних электромагнитных влияний. Например, схемы на электронных лампах имели уровень допустимых импульсных воздействий порядка нескольких сотен вольт, причем пробой межэлектродного промежутка внутри лампы чаще всего не приводил к ее повреждению, а лишь создавал сбои при работе. Схемы на полупроводниковых транзисторах имеют уровень допустимых напряжений уже порядка нескольких десятков вольт, причем после воздействия импульса, превышающего допустимый уровень, происходит, как правило, повреждение транзистора, требующее поиска поврежденного элемента и его замены. Для элементов интегральной микроэлектроники уровень допустимых напряжений может снижаться до единиц вольт, причем после повреждения хотя бы одного из многочисленных элементов вся интегральная чаще всего оказывается полностью непригодной для дальнейшей работы.

Одновременно со снижением уровня допустимых перенапряжений уменьшается и значения допустимых значений зарядов, проходящих при импульсных воздействиях через элементы схемы, а также и выделяемой при импульсах энергии, что требует ограничения не только амплитуды, но и длительности воздействующих импульсов. Для некоторых микросхем параметры разрушающего воздействия столь малы, что даже прикосновение руки человека, сопровождающееся разрядом электростатического заряда паразитной емкости тела человека относительно земли через электроды схемы, является для нее губительным (ГОСТ 29 191−91).

Подробная классификация источников опасных и мешающих влияний на электронную аппарату, а также характерные значения интенсивности их полей приведены в главе 1. Однако при оценке реальных воздействий на различную аппаратуру приходится учитывать не только исходные параметры полей, создаваемых внешними их источниками, но и параметры каналов прохождения помех к чувствительным элементам аппаратуры. Чаще всего влияния проникают через присоединенные к аппаратуре линии передач информации и линии электропитания и характеристики этих линий во многом определяют степень опасности помех. В других случаях поля проникают непосредственно к месту размещения чувствительности элементов, проходя сквозь несовершенные экраны, и наводят напряжения и токи в монтажных проводниках. Наличие специальных средств защиты (экранирования, фильтров, ограничителей амплитуд импульсов напряжения и т. п.) также существенно изменяет условия работы аппаратуры при наличии помех.

Типичные значения предельных воздействий, допустимых для различных видов электронной аппаратуры приведены в табл.3.1.

Т, а б л и ц, а 3.1.

Разрушающая импульсные воздействия на электронную аппаратуру (при длительности импульса 50 мкс)

Таким образом, основным фактором, определяющим требования к способам защиты и защитным устройствам, является элементная база защищаемого оборудования. Второй фактор — интенсивность потока опасных электромагнитных воздействий, которая оценивается обобщенно по характерным местам установки защищаемого оборудования.

В зависимости от наличия ниже перечисленных признаков условия эксплуатации ТС подразделяются на следующие классы:

КЛАСС 0

ТС установлены в специальном помещении;

Все введенные извне кабели снабжены от перенапряжений;

ТС подсоединены к эффективной системе заземления, на которой не оказывают существенного влияния энергетические установки и молниевые разряды, или снабжены автономными средствами электропитания.

КЛАСС 1

Все введенные извне кабели снабжены защитой от перенапряжений;

ТС подсоединены к заземляющей магистрали, на которую не оказывают существенного влияния энергетические установки и молниевые заряды. Электропитание электронного оборудования отдельно от электропитания другого оборудования;

Операции переключения могут создавать напряжения помех внутри помещения.

КЛАСС 2

Кабели, содержащие цепи электронного и электротехнического оборудования, разделены;

ТС подсоединены с помощью разделенных заземляющих шин и системе заземления энергетического оборудования, которая может подвергаться влиянию напряжений помех, образованных как самим оборудованием, так и молниевыми разрядами;

Электропитание ТС развязано от других питающих цепей, как правило, специальным питающим трансформаторами.

КЛАСС 3

Кабели, содержащие цепи электронного и электротехнического оборудования, проложены параллельно;

ТС подсоединены к общей с энергетическим оборудованием системе заземления, которая может подвергаться существенному влиянию помех, образованных как самим оборудованием, так и молниевыми разрядами;

Токи от коротких замыканий, операций переключения и молниевых разрядов могут образовывать в системе заземления напряжения помех с относительно большой амплитудой;

Защищенное электронное оборудование и менее чувствительное электрическое оборудование подсоединены к одной и той же сети электропитания;

Кабели межсоединений могут частично прокладываться за пределами здания с заземляющими шинами;

Оборудование содержит коммутирующие индуктивные нагрузки, не снабженные помехоподавляющими средствами.

КЛАСС 4

Многопроводные кабели содержат цепи электронного и электротехнического оборудования;

ТС подсоединены к системе заземления энергетического оборудования, которая может подвергаться влиянию помех, образованных самим оборудованием, так и молниевыми разрядами;

Токи от коротких замыканий, операций переключения в сетях электропитания и молниевых разрядов могут образовываться в системе заземления импульсных помех с относительно большими амплитудами;

Сеть электропитания может для электронного и электротехнического оборудования;

Кабели выходят за пределы здания, в том числе к высоковольтному оборудованию;

Отсутствует специально спроектированная заземляющая система для электронного оборудования.

КЛАСС 5

ТС подключены к наземным энергетическим линиям малонаселенных района;

Все кабели и линии снабжены первичной защитой от перенапряжений;

Электронное оборудование не имеет распределенной заземляющей системы;

Напряжение импульсов помех, вызванных короткими замыканиями и молниевыми разрядами, может быть экстремально высоки, если не применены средства защиты.

Требования к уровню испытательных воздействий изменяются в зависимости от места работы аппаратуры согласно табл.3.2.

Предполагается, что в условиях эксплуатации наибольшие амплитуды воздействующих на ТС импульсов перенапряжений при выполнении сформулированных для данного класса условий не будут превосходить указанных в последнем столбце таблицы значений испытательного напряжения. Для класса 0 ожидаемые в условиях эксплуатации амплитуды не превышают 25 В.

Таблица 3.2.

Амплитуда импульса напряжения 1/50 мкс на ненагруженном выходе испытательного генератора при испытаниях электротехнических, радиоэлектронных и электронных изделий, оборудования и аппаратуры (технических средств — ТС) при испытаниях на устойчивость к микросекундным импульсным помехам энергии (ГОСТ Р 50 007−92)

Из табл.3.2. видно, что наибольшее влияние на ожидаемую величину импульсных перенапряжений оказывают способ подводки питания к электронным схемам установки, способ их заземления, расположение контрольных и силовых кабелей; а также присутствие поблизости от этих кабелей высоковольтного оборудования.

3.2 Оценка величины тока или напряжения, наведенных внешним электромагнитным полем при медленных его изменениях

Часто размеры устройства, на котором создается наводка внешним электромагнитным полем, можно считать малым по сравнению с длиной электромагнитной волны влияющего поля. Более точно это условие формулируется следующим образом: наибольший габаритный размер металлической конструкции, улавливающий наводку, не превышает одной шестой наименьшей длины волны возможного излучения. В этих случаях можно найти величину, наведенного тока или напряжения, рассматривая электрическую и магнитную составляющие поля отдельно, причем часто удается ограничиться рассмотрением только одного электрического или только магнитного поля. Кроме того, допустимо считать эти поля квазистатическим, т. е. не учитывать их волновую природу.

Рассмотрим влияние квазистатического магнитного поля на электрический контур (рис. 3.1). Обозначение: L — индуктивность замкнутой петли, образованной проводниками контура; R — активное сопротивление контура; Ln — диаметр проводников, образующих контур; r — эквивалентный радиус контура; S — площадь контура.

H U E

R

Рис. 3.1. К расчету напряжения Рис. 3.2. К расчету напряжения помехи, помехи, наведенной медленно наведенной медленно изменяющимся изменяющимся электрическим магнитным полем в одиночном витке полем в протяженном проводнике ЭДС, наводимая в контуре внешним магнитным полем с напряженностью H, определится в соответствии с законом электромагнитной индукции:

e (t) = S0dH/dt.

В том случае, когда падение напряжения на индуктивности конура от вызванного действия этой ЭДС тока i больше падения напряжения на сопротивление R, т. е. Ldi/iR, изменение тока по времени, а следовательно, и наведенное напряжение на R повторяют изменения влияющего магнитного поля, нормального к плоскости витка. Если, наоборот, основания доля напряжения приходится на сопротивление R, то наведенный ток i (t) = S0dH/dt*(1/R) и соответственно напряжение на R, будут изменяться пропорционально производной от напряжения влияющего на поля.

Теперь обратимся к рассмотрению влияния квазистатического электрического поля на проводник, расположенный вдоль силовой линии поля (рис. 3.2). Будем считать, что вблизи одного из концов проводника расположена перпендикулярно этому проводнику проводящая плоскость, имеющая нулевой потенциал, и нагрузка в виде активного сопротивления R подключена между этим концом и плоскостью. Обозначим: h — длина проводника; C0 — емкость проводника относительно поверхности нулевого потенциала; Jn — диаметр проводника; с = 3*108 — скорость распространения электромагнитных волн. Процесс образования наводки в этой схеме можно представить следующим образом. При увеличении влияющего поля происходит заряд или разряд емкости проводника. Если отсоединить нагрузку от проводника и оставить его изолированным от плоскости нулевого потенциала, то его емкость зарядится до напряжения, равного среднему значению потенциала поля вдоль длины проводника, т. е. до значения Unn = E * h/2.

При подключенной нагрузке через нее потечет ток разряда емкости С0. При больших значениях сопротивления нагрузки, когда падение напряжения на сопротивлении R больше, чем на емкости проводника С0, можно считать, что вся наведенная полем ЭДС

e (t) = E*h/2 (3.2)

выделяется на нагрузке. В этом случае форма импульса наведенного напряжения повторяет форму импульса влияющего поля.

Если сопротивление нагрузки R мало по сравнению с сопротивлением емкости С0, то через нагрузку R будет протекать ток

i (t) = С0*h/2*dE/dt (3.3)

где С0 = h/(c*Z0), Z0 = 60{ln (2h/dn)-2}.

В этом случае форма импульса напряжения на сопротивление R, будет пропорциональна производной импульса напряженности влияющего поля.

Из приведенных формул следует, что при малых значениях сопротивления нагрузки скорость изменения магнитного поля мало влияет на величину наведенного тока и на напряжении на R. При большом сопротивлении нагрузки (в режимах близких к холостому ходу) напряжение на нагрузке будет тем больше, чем выше скорость изменения или частота магнитного поля.

При воздействии электрического поля, наоборот, увеличение наведенного напряжения на нагрузке с ростом скорости изменения поля имеет при малых сопротивлениях нагрузки, а в режимах, близких к холостому ходу, эта зависимость слаба.

3.3 Применение экранов для повышения электромагнитной совместимости электронной аппаратуры Задача экранирования — ослабление электрических, магнитных и электромагнитных полей в тех областях пространства, где их появление может иметь нежелательные последствия. Для аппаратуры автоматики, обработки информации и связи актуальной задачей является экранирование ее электрических схем от внешних электромагнитных полей, возникающих при работе электроэнергетических установок, радиопередающих устройств или при грозовых разрядах.

Экран в простейшем виде представляет собой металлический лист, устанавливаемый между источником поля и защищаемым устройством. Электрическая компонента поля наводит на поверхности экрана заряды, поле которых компенсирует за экраном внешнее поле, а магнитная составляющая индуцирует в теле экрана токи, магнитное поле которых направлено навстречу внешнему полю. На эффективность экранирования влияют: конфигурация и размеры экрана, его электропроводность и магнитная проницаемость, а также частота или скорость изменения поля. Количественно эффективность экрана оценивается коэффициентом экранирования S — отношением амплитуды напряженности поля в определенной точке защищаемого пространства при наличии экрана к амплитуде этого поля в той же точке при отсутствии экрана. Для электростатического экрана, в частности SE = E3 /E1, а для магнитного SH = H3 /H1, где E1 и H1 — напряженности электрического и магнитного поля при отсутствии экрана, а E1 и H1 -при его наличии.

Часто коэффициент экранирования выражают в децибелах. В этом случае

SE= 20*lg (E3 /E1), SH = 20*lg (E3 /E1).

Расчет коэффициентов экранирования даже для простейшей конфигурации экрана — плоской поверхности в общем случае требует рассмотрения процессов отражения электромагнитных волн от внешней поверхности экрана, преломления в экран, затухания волны при прохождении сквозь экран и преломление волны на внутренней поверхности экрана.

Основной характеристикой среды, в которой распространяется электромагнитная волна, является волновое сопротивление среды

ZB = E/H.

Величина, обратная коэффициенту экранирования, называется затуханием поля

A = 20*lg (l/S).

Для плоской электромагнитной волны, движущейся вдали от источника излучения, эту величину можно рассчитывать по формуле

(3.4)

где — угловая частота поля; и — магнитная и диэлектрическая проницаемость среды; - удельная проводимость среды.

Для воздуха можно пренебречь проводимостью, тогда. Для металла экрана, наоборот, допустимо пренебречь членом j, тогда .

Отражение от первой поверхности плоского экрана, размеры которого по сравнению с длиной волны, дает затухание

Aзат = 20*lg (ZВ/(4*ZЭ)), (3.5)

Где ZЭ — сопротивление экрана.

Подставив в выражение (3.5) формулы для Z воздуха и Z металла, видим, что затухание поля при первом отражении наиболее сильное при высокой проводимости металла экрана и при низкой магнитной проводимости.

Потери на поглощение в металле проводника при толщине экрана d дают затухание

где о — магнитная проницаемость вещества экрана; - глубина скин-слоя, определяемая, как расстояние, которое должна пройти электромагнитная волна в металле, чтобы ослабнуть в е раз. Как видно из этой формулы, потери на поглощение растут с увеличением толщины экрана, магнитной проницаемости и удельной проводимости материала экрана, а также частоты помехонесущего поля.

Потери на отражение внутри экрана (от его внутренних поверхностей) можно оценить по формуле Суммарное затухание поля после прохождения сквозь экран определится суммированием затуханий от всех видов потерь

.

Хотя электрические и магнитные поля отражаются от внешней и от внутренней поверхности экрана по-разному, суммарный эффект после прохождения сквозь экран одинокая для обоих полей. При этом наибольшее отражение имеет место для электрического поля на внешней, а магнитного — на внутренней поверхности экрана.

Приведенные формулы имеют общий характер, однако, в частных случаях можно воспользоваться допущениями, аналогичными сформулированным при рассмотрении величин наводок на проводниках, расположенных во внешнем электромагнитным поле, а именно — считать поля квазистационарными. Это допустимо при двух условий: а) габаритные размеры экрана должны быть существенно меньше длины волны поля; б) — глубина проникновения поля в материал экрана при той частоте, с которой изменяется поле, должна быть намного больше толщины экрана.

При этих условиях оказывается возможным при расчетах влияния поля использовать эквивалентные схемы, составленные из элементов с сосредоточенными параметрами.

Рассмотри в качестве примера важный для практических приложений случай — расчет поля, наводимого во внутренней полости замкнутого экрана внешним квазистационарным электрическим полем. Возьмем экран прямоугольной формы, расположенный на поверхности, имеющей нулевой потенциал (рис3.3,а). Над этой поверхностью а)

б) Рис. 3.3. Электростатический экран в медленно меняющемся электрическом поле: а) наведенные внешним полем заряды; б) эквивалентная схема для оценки поля, проникающего внутрь экрана.

Имеется однородное электрическое поле, источником которого будем условно считать слой зарядов, расположенных равномерно на некоторой плоскости, параллельной плоскости нулевого потенциала. Пока напряженность влияющего поля не изменяется, экран обеспечивает полное отсутствие поля как в толще самого экрана, так и во внутреннем его объеме, поскольку заряды, наведенные внешним полем, располагаются на его поверхности таким образом, чтобы потенциал всех точек экрана был одинаков.

Однако при изменении внешнего поля будет происходить перенапряжение зарядов по поверхности экрана, т. е. по стенкам экрана потечет ток, создающий напряжение на сопротивлении стенок (при медленных изменениях поля оно будет активный характер). За счет этого появится разность потенциалов между верхней и нижней стенками внутренней полости экрана, следовательно, внутри экрана появится электрическое поле. Эквивалентная схема для расчета наведенного на верхнюю часть экрана потенциала приведена на рис. 3.3,б. При расчетах величин емкости верхней части экрана относительно нижней его части, а также сопротивления стенок с учетом распределения тока поверхности экрана рекомендуются формулы, полученные для экрана сферической формы (6):

,

где D — высота экрана; d — толщина его стенок; - удельная проводимость материал экрана.

С увеличением скорости изменения внешнего электрического поля растет скорость перемещения наведенных на экран зарядов, а следовательно, возрастает и ток в экране, что увеличивает проникновение поля внутрь экрана. Однако с ростом изменения внешнего поля начинает проявляться скин-эффект, заключающийся в том, что в стенках экрана вытесняется на его наружную поверхность, а поле внутри экрана ослабляется. Толщина скин-слоя в стенках экрана определяется выражением:. Пока толщина стенки экрана меньше толщины скин-слоя, зависимость отношения внутреннего поля к внешнему от частоты имеет вид

.

При d > эта зависимость имеет вид:

.

Эти формулы показывают, что эффективность экранирования поля уменьшается по мере роста частоты до тех пор, пока толщина скин-слоя не станет во много раз меньше толщины стенки экрана. В реальных конструкциях экранов дополнительное снижение качества экранирования с ростом частоты наблюдается из-за наличия различных отверстий и щелей на его поверхности.

Если экран сделан из магнитного материала, то скин-эффект усиливается, и это улучшает эффективность этих материалов обычно ниже электропроводности алюминия электростатических экранов. В ответвленных конструкциях поверхность экрана, из этих же соображений, покрывают тонким слоем золота.

Рассмотрим теперь влияние низкочастотного магнитного поля на прямоугольную тонкостенную камеру из хорошо проводящего материала (рис3.4). При постоянном поле его напряженность внутри камеры будет такой же, как и снаружи, однако это не вызовет индукции или напряжений в проводниках, расположенных внутри экрана, если они неподвижны. При изменении внешнего поля в стенках индуцируются токи, как показано на рисунке. Они частично компенсируют внешнее поле внутри экрана.

На стенке, перпендикулярной линиям поля, соседние петли вихревых токов стремятся скомпенсироваться, поэтому наибольшие токи сосредоточены около краев экрана на стенках, расположенных продольно линиям поля. Они образуют виток с током, магнитное поле которого направлено навстречу внешнему полю. Если бы экран с током скомпенсировало бы внешнее поле внутри экрана. Наличие активного сопротивления у стенок экрана приводит к затуханию наведенного в стенках тока с постоянной времени T = L/R, где L — индуктивность петли тока; R — ее активное сопротивление, из-за чего компенсация внешнего поля внутри экрана оказывается неполной. С помощью эквивалентной схемы, изображенной на рис. 3.4.б, можно оценить величину поля, проникающего внутрь экрана. Из рассмотрения этой схемы можно сделать заключение, что с ростом частоты изменения внешнего поля эффективность экранирования магнитного поля возрастает. На низких частотах, когда > d, эффективность экранирования определяется выражением:

.

Рис. 3.4. Экран в медленно изменяющемся магнитном поле: а) наведенные внешним полем токи в стенках экрана; б) эквивалентная схема для оценки поля, проникающего внутрь экрана.

Для одновитковой катушки сопротивление определяют по формуле:

а последовательная индуктивность

.

На больших частотах, когда глубина скин-слоя меньше толщины стенок: << d, эффективность экранирования дополнительно растет

где; - относительная магнитная проницаемость ферромагнитного материла стенки.

Как показывают расчеты, этими формулами можно пользоваться и для других конфигураций экранов: прямоугольных, эллиптических, цилиндрических и т. д.

Таким образом, в отличии от экранирования электрического поля, эффективность экранирования магнитного поля при низких частотах очень мала и возрастает с увеличением частоты. Однако наличие разного рода отверстий в реальных магнитных экранах приводит к тому, что рост эффективности происходит лишь до некоторого значения частоты, за которым эффект проникновения поля сквозь отверстия начинает доминировать, и внутреннее поле снова усиливается. Поэтому свойства реальных экранов зависит от способа соединения стенок друг с другом, способа выполнения дверок и отверстий в стенках экрана. Во всех случаях желательно обеспечить минимальное омическое сопротивление в местах стыковки отдельных частей экрана, минимальные зазоры между накладными деталями минимальные размеры отверстий в стенках экрана.

3.4 Рекомендации по обеспечению Электромагнитной совместимости блоков автоматики, управления и связи Способы борьбы с внешними помехами в цифровой и аналоговой технике включают: правильное, с точки зрения ЭМС, выполнение внешних связей, электромагнитное экранирование, заземление, фильтрацию, резервирование питания.

Термином «земля» обозначают различные по назначению техническому исполнению устройства, фиксирующие нулевой потенциал на «базовых» элементах электрической схемы, на экранах и металлических корпусах аппаратуры. Функционально их подразделяют на следующие группы [1]:

а) проводники, по отношению к которым производится отсчет напряжения питания, а также входных и выходных сигналов;

б) проводники, предназначенные для образования путей обратных сигнальных и питающих токов (с учетом аварийных токов короткого замыкания);

в) поверхности и соединения, предназначенные для электромагнитного экранирования всей аппаратуры или ее частей, восприимчивых к помехам или излучающим помехи;

г) система соединений частей электрической схемы или элементов конструкции аппаратуры, предназначенная для защиты персонала от поражения электрическим током.

Практически выполняемые заземления чаще всего одновременно выполняют несколько из перечисленных функций. Например, нулевой провод четырехпроводной сети питания трехфазным током служит и проводником, относительно которого измеряются фазные напряжения сети, и проводником для протекания токов нулевой последовательности в нормальных и аварийных режимах, а часто используется так же и как средство заземления корпусов аппаратуры для защиты персонала. Ввиду противоречивости требований к различным группам заземлений такое совмещение функций часто приводит к ухудшению эффективности их действия. В частности, основное требование к «базовой» системе проводников, относительно которых измеряются сигналы, — это их эквипотенциальность. Но в случае, когда она одновременно предназначается и для пропускания возвратных токов, на активных и индуктивных сопротивлениях этих проводников возникает падение напряжения от протекания постоянных и переменных токов. Эквипотенциальность заземляющей системы нарушается, во входных и выходных цепях возникают помехи. При протекании аварийных токов эти паразитные сигналы могут достигать значений представляющих опасность для элементов схемы и даже для обслуживающего персонала.

Топология заземляющих проводников может представлять собой сплошную поверхность, магистральную, радиальную или смешанную систему соединенных проводников. Сплошная поверхность обеспечивает наилучшую эквипотенциальность ввиду низких значений активного и индуктивного сопротивлений, Она же наиболее эффективна и как электромагнитный экран. Поэтому заземляющие проводники в виде сплошной поверхности находят широкое применение в многослойных платах печатного монтажа и в экранированных конструкциях (см. рис. 3.4). На подстанциях высокого напряжения принцип поверхностного и заземляющего электрода реализуется путем укладки под землёй сетки из металлических стержней, соединённых между собой с вертикальными (заземлителями), число и длина которых определяются, исходя из нормированных значений сопротивления заземления.

Магистральная система заземляющих проводников (рис. 3.5) наиболее экономична, но создаёт наибольшие помехи в каналах связи при протекании возвратных токов, в особенности — тока источников питания и токов короткого замыкания питающей сети. Ослабить помехи можно путём размещения наиболее энергоёмких потребителей вблизи от источника питания. В каналах связи большой протяжённости (междугородные кабельные линии связи) приходится для ослабления помех, создаваемых протеканием по экранирующим оболочкам кабеля токов, наведённых внешними источниками, применять частотно — избирательные цепи, пропускающие сигналы звуковой частоты и запирающие сигналы промышленной частоты, а также использовать различные способы кодирования полезного сигнала.

Радиальная система соединения заземляющих проводников (рис. 3.6) имеет меньше общих участков для протекания обратных сигнальных токов и токов питающей сети, но требует большей длины заземляющих проводников. На практике приходится применять смешанную систему соединений, при построении которой требуется творчески использовать достоинства каждой их вышеперечисленных. При этом следует избегать возникновения замкнутых контуров (петель) в соединении заземляющих проводников, поскольку в каждой петле внешние импульсные поля наводят токи помех. Другое важное требование заключается в том, чтобы отдельные подлежащие заземлению системы проводников (земля логической части изделия, корпус, т. е. защитноэкранирующая система, а также нейтраль питающей сети) соединялись между собой только в одной точке. Эта точка именуется опорным узлом заземления.

Если аппаратура состоит из нескольких блоков, каждый из которых имеет свой опорный узел, то соединение опорных узлов следует выполнять топологически в виде разветвлённого дерева (без петель). Также полезно знать, в каких случаях не производить защитное заземление, не нарушая при этом техники безопасности. Защитное заземление можно не производить в следующих случаях [2]:

а) Если устройства питается от сети напряжения не выше 500 В и не находится при этом в помещении, в котором нет условий повышенной или особой опасности. В таких помещениях относительная влажность не должна превышать 60%, а температура — не более 30С, не должно быть токопроводящих полов, исключена возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землёй устройством или конструкциям, с одно стороны, и к металлическим корпусам незаземлённых устройств — с другой;

б) Если устройства питается от разделяющего или понижающего трансформатора, играющего роль разделяющего. Трансформаторы должны удовлетворять специальным техническим требованиям в отношении повышенной надежности конструкции и повышенных испытательных напряжений. Вторичное напряжение трансформаторов не должно превышать 380 В. Корпус трансформаторов должен быть заземлен;

в) Если устройство питается от сети переменного тока напряжением 38 В и ниже или постоянного тока 110 В и ниже;

г) Если система питания устройств содержит систему защитного отключения, которая обеспечивает автоматическое отключение всех фаз питания устройства с полным временем отключения с момента возникновения однофазного замыкания не более 0,2 с;

д) Если устройство обслуживается с изолированных площадок, которые выполнены таким образом, что прикосновение к представляющим опасность незаземленным частям устройства может быть только с площадки;

е) Если электроприёмники в устройстве, питающиеся от сети переменного тока напряжением более 38 В или постоянного тока напряжением более 110 В, снабжены двойной изоляцией. При этом в электроприёмниках должны быть две независимые и рассчитанные на номинальное напряжение ступени изоляции, выполненные таким образом, что повреждение одной их них не приводит к появлению потенциала на доступных прикосновению металлических частях.

3.5 Схема подключения аппаратуры, не имеющей информационных связей с другими устройствами Рекомендуемая схема подключения к сети питания и к заземлителю аппаратуры, не имеющей проводных линий связи с другими устройствами, показана на рис. 3.7.

Питание подаётся от распределительного щита РЩ по фицеру питания Ф. Контактор К позволяет отключать три фазы питающей сети (нулевой провод не прерывается). На распределительном щите имеется узел заземления ОУ, соединений с заземлителем здания, в котором он установлен. Заземлетелем может служить сварной каркас здания или подземная водопроводная система, однако, предпочтительнее иметь автономный электрод заземления в виде прута диаметром не менее 15 мм, забитого в землю на глубину 3 — 4 м, или в виде закопанного металлического листа площадью 1,5 — 2 м. Длина соединительного проводника от заземлителя до узла заземления не должно превышать 15 м, а его сопротивление — 3 Ом. К узлу ОУ РЩ рекомендуется также подсоединить проводом 2 нуль сети (нейтраль). Фидер Ф должен представлять собой экранированный кабель со сплошной или гибкой (плетёной) оболочкой или, что более предпочтительно — быть заключён в жёсткую стальную трубу. Этот экран, с одной стороны, присоединяется проводом металлизации 3 к узлу ОУ РЦ, а с другой проводом металлизации 4 к узлу ОУ на проводящем корпусе аппаратуры. Если кабель имеет только гибкий экран — оплётку, то рекомендуется узлы ОУ дополнительно соединить проводом металлизации 5, 6 и 7 радиальным или магистральным способом подсоединяются проводящие корпуса сетевого фильтра СФ, вторичного источника питания ВИП и логического блока. Если сетевой фильтр расположен вне корпуса аппарата, то кабель между ним и вторичным источником питания также должен быть экранирован. К опорному узлу ВИП проводами металлизации 8 и 9 подсоединяются выходной зажим ВИП «общая шина» и междуобмоточный электростатический экран силового трансформатора Т.

Все проводники металлизации должны иметь возможно меньшее активное и индуктивное сопротивления. При тяжёлой электромагнитной обстановке питания распределительного щита РЩ рекомендуется подводить от отдельного, не имеющего другой нагрузки разделительного трансформатора, установленного не далее 30 м. от РЩ.

3.6 Схема подключения аппаратуры, состоящей из комплекса блоков В этом параграфе рассматривается схема подключения аппаратуры, представляющей собой набор отдельных блоков, размещенных в пределах одной стойки или в нескольких механических скрепленных между собой стойках таким образом, что линии связи между блоками не выходят за пределы общего корпуса стоек.

Питание аппаратуры подводится так же, как и в предыдущей схеме. Соединения между сетевыми фильтрами, вторичными источниками питания и логическими блоками в каждом устройстве внутри стойки выполняются так же, как и для устройства в одиночном корпусе, за одним исключением: общая шина вторичного питания всей логической системы присоединяется к системе земель только в одном месте. В общем случае это соединение осуществляется в блоке, который имеет наибольшее число проводных каналов связи с другими блоками, например, в блоке процессора. Разводка первичного питания осуществляется шинами, проложенными в специальных экранированных отсеках стойки. В этих же отсеках располагается шина «корпус», присоединяемая к опорному узлу стойки. При наличии нескольких стоек наиболее эффективный способ ослабления взаимных помех между силовыми и сигнальными цепями — укладка каждой из них в специальном, экранированный от соседнего отсека металлического распределительного короба, корпус которого служит одновременно экраном для кабелей и шиной «корпус» для всех блоков аппаратуры.

3.7 Практические рекомендации по выполнению экранирования аппаратуры

Экранирование и защита фильтрами — наиболее эффективные схемно-технические способы борьбы с внешними и внутренними помехами. Эти мероприятия должны применяться одновременно и взаимно координироваться, поскольку каждое из них в отдельности не в состоянии обеспечить достаточную эффективность защиты.

Как устройства аналоговой обработки информации, так и цифровые машины нуждаются в тщательном экранировании своих схем с помощью металлических корпусов — экранов. Следует не выпускать из виду не только основные функциональные узлы устройства, но и другие его части: соединительные кабели, разъёмные соединения, фильтры, пульты, органы управления, устройства отображения информации и т. д. Для эффективного экранирования в широком диапазоне частот элементы каркаса и обшивки корпуса должны быть очищены от декоративной и антикоррозионной окраски в местах их стыковки, а съёмные элементы корпуса должны присоединяться металлизирующими проводниками или конструкциями. На поверхностях стыковки желательно иметь специальное электропроводящее покрытие, обладающее износостойкостью и стойкостью к коррозии, например, слой никеля, покрытый оловом. Крепление стенок к каркасу должно осуществляться винтами с межцентровыми интервалами не более 20 см с применением высокочастотных прокладок. Дверцы должны иметь фиксаторы и контактные ножи из бериллиевой бронзы. Отверстия в пультах и панелях должны быть минимального размера. Следует отдавать предпочтение органам управления и индикаторам, вставляемым в пульт, в металлических, а не пластмассовых корпусах.

Неэкранированные силовые и информационные кабели необходимо разносить на расстоянии не менее 30 см. При отсутствии экранирующего распределительного короба приходится экранировать отдельные линии связи. Экранирующая оплётка или фольга заземляется только в одном месте, чтобы предотвратить протекание по экрану токов, вызванных неэквипотенциальностью точек заземления. Если заземлён только передатчик или только приёмник, то экран линии связи заземляется на опорном узле этого заземлённого устройства. Если заземлены и передатчик, и приёмник, предпочтительнее заземлить экран на опорном узле передатчика. Впрочем, если длина экранированного кабеля превышает 5−10 м, то паразитные ёмкости экрана на землю становятся достаточно малым сопротивлением для этих токов, и заземление в нескольких точках становится допустимым. Электрический экран не следует использовать в качестве обратного провода для сигнальных токов.

Для ослабления влияния внешних полей на линию связи необходимо минимизировать площадь контура, образованного прямым и обратным проводами линии. Если линия представляет собой одиночный провод, а возвратный ток течёт по некоторой заземляющей поверхности, то необходимо максимально приблизить провод к этой поверхности. Если линия образована двумя проводами, то их необходимо скрутить, образовав бифиляр (витую пару). Линии, выполненные из коаксиального кабеля, также отвечают требованию минимизации площади контура линии, однако, при наличии цепи, шунтирующей протекание тока по возвратному проводу линии, восприимчивость к наводкам возрастает, особенно на низких частотах. Поэтому, если обратным проводом является оголённая оплётка коаксиального кабеля, её следует изолировать.

Наилучшую защиту линий связи от электрического и магнитного полей обеспечивают специальные кабели типа экранированного бифиляра, трифиляра (три скрученные вместе провода, один их которых используется в качестве экрана), триаксимального кабеля (изолированного коаксиального кабеля, помещенного в электрический экран), плоского многопроводного кабеля, покрытого с обеих сторон медной фольгой. Для полной реализации защитных свойств таких линий необходимо обращать особое внимание на качество экранирования и коаксиальность концевых разделок и разъёмов в местах стыковки линии с аппаратурой.

3.8 Защита от проникновения мешающих и опасных воздействий по цепи питания

В предыдущих параграфах описаны механизмы возникновения и количественные оценки импульсов помех и перенапряжений, наблюдаемых в распределительной сети 380/220 В переменного тока. Для надёжной работы большей части электронной аппаратуры (осциллографов, измерительных приборов, схем управления и переработки информации, в том числе и ЭВМ, и т. д.) необходимо обеспечить защиту от этих воздействий с помощью специальных устройств защиты, включаемых между распределительным щитом электропитания и сетевыми вводами аппаратуры. В ряде случаев аналогичные устройства защиты подключаются и на вводах кабелей связи. Принцип действия этих устройств защиты заключается либо в ограничении по амплитуде напряжения в защищаемой сети, либо в совместном использовании этих эффектов.

Подавление высокочастотных импульсов помех производится с помощью фильтров низких частот, включаемых последовательно с защищаемой схемой. Фильтры обычно представляют собой Г-, Т-, или Побразные LCзвенья, включаемые в разрыв фазных и нулевого проводов питания. При этом на величину индуктивности накладывается ограничение: падение напряжения на ней от нормального тока нагрузки не должно превышать допустимых значений. В то же время нежелательно и наличие в фильтре больших ёмкостей, поскольку при их включениях и отключеньях могут возникать большие броски тока и скачки напряжения. Эти ограничения совместно с требованиями минимизации габаритов и стоимости фильтров затрудняют обеспечение необходимого снижения нижней границы пропускаемых фильтром частот. Для преодоления этих противоречивых требований в фильтрах применяют так называемые режекторные дроссели. В этих дросселях обмотки индуктивности, включаемые в разные фазы сети питания, располагаются на общем магнитном сердечнике таким образом, что прямой и обратный токи нагрузки создают в нём встречные магнитные потоки. Благодаря этому индуктивное сопротивление рабочему току снижается на один — два порядка. В то же время для токов помех, распространяющихся по каналу нулевой последовательности (фазные провода, как один эквивалентный прямой провод и земляной — как обратный), направление магнитных потоков оказывается согласным и для них дроссель представляется большим индуктивным сопротивлением. При этом важно минимизировать проходную паразитную ёмкость обмоток дросселя и ёмкость между входными и выходными цепями фильтра.

На рис. 3.8.и 3.9. представлены варианты схем трёхфазного и однофазного сетевого фильтров, а на рис. 3.10. — их частотные характеристики. Из рис. 3.10. видно, что в диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц фильтры с указанными параметрами обеспечивают затухание сигнала помех не менее, чем на 40 дБ.

Трёхфазный фильтр размещен в металлическом кожухе, разбитом на два экранированных отсека. В сетевом отсеке расположены конденсаторы CI по I мкФ, обеспечивающие ослабление симметричных помех. В нагрузочном отсеке расположены такие же конденсаторы С4, конденсатор малой ёмкости С3 (0,06 мкФ), с нулевого провода на корпус, режекторный дроссель, выполненный на ферритовом кольце без зазора, и зарядные резисторы R. Переход из отсека в отсек выполнен через проходные конденсаторы С2 (0,035 мкФ). Конденсатор С3 служит для ослабления скачков тока в фазах питающей цепи при включении аппаратуры. Сопротивления R снимают заряд с ёмкостей при отключении фильтра от сети.

Помехи могут возникать не только во внешней по отношению к защищаемой аппаратуре сети, но и при коммутациях элементов самой аппаратуры, особенно — электродвигателей и реле. Помимо рассмотренных ранее мер защиты — экранирования, фильтрации, применения искрогасящих цепочек, эти помехи можно ослабить специальными способами коммутации. Первый из них заключается в обеспечении включения нагрузки в момент перехода напряжения через нуль, а в отключения — в момент, когда ток нагрузки равен нулю. Она состоит из последовательно соединённых с нагрузкой Zн диода D1 и контакта P1, зашунтированных контактом Р2. Схема управления контактами обеспечивает замыкание и размыкание контактов Р1 и Р2 в следующей последовательности. Включение нагрузки начинается с замыкания контакта Р1

при положительной полуволне напряжения сети, когда диод находится в запертом состоянии. Ток в нагрузке начинает течь только с момента перехода напряжения с положительной на отрицательную полуволну, когда отпирается диод. Подъём напряжения на нагрузке при включении происходит вследствие этого плавно, без возбуждения колебаний и скачков тока. В течение последующей отрицательной полуволны напряжения производится замыкание контакта P2, шунтирующего. Отключение производится в обратном порядке: в отрицательный полупериод размыкается контакт P2. Ток в нагрузку продолжает поступать через отпёртый диод и контакт P1 до тех пор, пока ток, меняя полярность, не достигнет нулевого значения. В этот момент диод запирается, и ток в нагрузке прекращается. В положительный последующий полупериод напряжения производится размыкание контакта P1. Схема управления действием контактов может быть реализована на аналоговых или логических элементах различными способами. Вместо механических контактов можно использовать бесконтактные переключающие элементы: семисторы, тиристоры и т. п.

Второй способ снижения помех при коммутации — это расположение коммутирующих элементов схемы не перед нагрузкой, а позади нагрузки, как показано на рис. 3.12. В этом случае паразитные ёмкости самих элементов нагрузки и подводящей сети, расположенные в основном со стороны ввода питания, не включаются толчком, создавая колебательный переходный процесс в подводящей линии, а перенапряжения при обрыве индуктивных токов нагрузки проникают во внешнюю сеть ослабленными за счёт фильтрующего действия самой отключаемой индуктивности.

3.9 Защита кабелей связи от токов короткого замыкания в линиях электропередачи

Короткие замыкания в линиях электропередачи сопровождаются протеканием больших несимметричных токов, индуцирующих перенапряжения в соседних линиях связи и линиях электропередачи низких классов напряжения. Перенапряжения могут достигать нескольких киловольт и иметь длительность от сотых долей до нескольких секунд — в зависимости от установок релейной защиты повреждённой линии.

Кроме электромагнитной индукции, перенапряжения могут возникать также и за счёт подъёма потенциала заземлителей и примыкающих к ним участков земли в местах втекания токов короткого замыкания. Оба механизма способны создать в сети, подверженной влиянию, напряжения, опасные для обслуживающего персонала и для подключенной к ней аппаратуры, а в тяжёлых случаях — достаточные для пробоя изоляции, подверженной влиянию сети.

Некоторые меры защиты, описанные в предшествующих параграфах, например, защитные разрядники, способны снизить перенапряжения и опасные токи и, таким образом, уменьшить риск повреждения элементов защищаемой сети. Однако длительный характер этих перенапряжения создаёт риск повреждения самих устройств защиты от перегрева при длительном протекании тока. Поэтому для создания условий стойкости защищаемой сети от влияния токов к.з., помимо перечисленных выше мер, требуются дополнительные меры защиты. Их можно разделить на две группы:

Устройства защиты, которые предотвращают попадания избыточной энергии в уязвимые части системы либо путём её отвода (разрядники), либо путём разрыва цепи (предохранители, токовые реле);

Использование в защищаемой сети оборудования с подходящей электрической прочностью изоляции и достаточной пропускной способностью по току.

К первой группе устройств защиты, как отмечено выше, относятся разрядники, включаемые между проводом линии и землёй или между парой проводов, защищаемой линии. В двухпроводных линиях связи ограничение перенапряжений между проводами особенно важно, поскольку в этом канале происходит передача информации с наибольшей плотностью и с минимальными уровнями напряжения сигнала, что обусловлено большей стойкостью этого канала к внешним помехам. Установка в таких линиях разрядников между проводами двухпроводной линии и землёй связана с опасностью возникновения больших перенапряжений в канале проводов — провод при неодновременном срабатывании разрядников. Можно показать, что для расчёта синфазной помехи в канале провод — провод справедлива эквивалентная схема, показанная на рис. 3.13. при симметрии схемы (когда R1=R2 и R31=R32) напряжение помехи

Рис. 3.14. Схема подключения трехпроводного разрядника.

между проводами остаётся равным нулю при любом напряжении, наведённом между проводами и землёй. Однако, если под действием напряжения провод-земля сработает один из разрядников FS1 или FS2, то симметрия канала провод — провод нарушается, и напряжение между проводами резко возрастает. Срабатывание второго разрядника затрудняется подъёмом напряжения на заземляющем проводнике вследствие срабатывания первого разрядника и протекания тока по сопротивлению R12.

1.Совместимость технических средств измерения, контроля и управления промышленными процессами электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам. Общие положения. ГОСТ 29 073–91, М.: Госстандарт, 1992.

2. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Технические требования и методы испытаний. ГОСТ 29 191–91 (МЭК 801−2-91), М.: Госстандарт, 1992.

3. Вернадский В. И. Научная мысль как планетное явление. Под ред. А. Л. Яншина, М.: Наука, 1991, 271 с.

4. Вернадский В. И. Несколько слов о ноосфере. Успехи современной биологии, 1944, № 18. Вып. 2. С. 113−120.

5. Казимировский Э. С. Планета в космической плазме, Л.: Гидрометеоиздат, 1990, 181 с.

6. Бургсдорф В. В., Якобс А. И. Заземляющие устройства электроустановок, М.: Энергоатомиздат, 1987, 400 с.

7. Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е, М.: Энергоатомиздат, 1985, 640 с.

8. Костенко М. В., Богатенков И. М., Михайлов Ю. А., Халилов Ф. Х. Заземление в сетях высокого напряжения и средства защиты от перенапряжений. Учеб. пособие, Л.: ЛПИ, 1983, 22 с.

9. Тиходеев Н. Н. Отчет НИИПТ по НИР «Исследование по проблеме «электромагнитная экология» за 1994 г. ОЭЭП РАН, СПб, 1995, 65 с.

10. Техника высоких напряжений. Под ред. М. В. Костенко.

Высшая школа, 1973. 590 с.

11. Правила защиты устройств проводной связи, железнодорожной сигнализации и телемеханики от опасного и имеющего влияния линий электропередачи. Ч. 1. М.: Энергия 1966. 38 с. Ч. П. М.: Связь, 1972, 54с.

12. Carson J.R. Wave Propagation in overhead Wires with ground Return. //The System Techn. Journ. 1926, Vol.5, Pp 539−554.

13. Костенко М. В. Взаимные сопротивления между воздушными линиями с учетом поверхности эффекта в земле// Электричество, 1965, № 10. С. 29−34.

14. Костенко М. В. Влияние электрических сетей высокого напряжения на техно и биосферу. Учебное пособие. Л.: ЛПИ. 1981. 55 с.

15. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике. М.: Энергоатомиздат, 1995, 405 с.

16. ГОСТ 12.1.038−82. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов.

17. ГОСТ 12.1.030−81. Электробезопасность. Защитное заземление.

18. Коструба С. И. Измерения электрических параметров земли и заземляющихся устройств. 2-е изд., перераб. и доп. Энергоатомиздат, 1983.

19. Целебровский Ю. В. Заземляющие устройства электроустановок высокого напряжения. Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во Новосибирского электротехнических института. 1987.

20. Михайлов Е. В. Помехозащищенность информационно-измерительных систем. — М.: Энергия, 1975. 104 с.

21. Гурвич И. С. Защита ЭВМ от внешних помех. М.: энергоатомиздат, 1984. 224 с.

22. Вэнс Э. Ф. Влияние электромагнитных полей на экранированные кабели. — М.: Радио и связь, 1982. 118 с.

23. Рикетс Л. У. Бриджес Дж. Ж., Кайлетта Дж. Электромагнитные импульс и методы защиты. — М.: Атомиздат, 1979. 327 с.

24. Мыров Л. А., Чепиженко А. З. Обеспечение стойкости связи и ионизирующим и ионизирующим и электромагнитным излучением. М.: Радио и связь, 1988. 295 с.