|
№
|
Земля
|
Масса
|
|
1
|
Защитный провод
|
Нейтральный провод
|
|
2
|
заземление
|
Масса схемы
|
|
3
|
Защитное заземление
|
Нулевая точка
|
|
4
|
Нулевой провод заземления
|
Сигнальная масса
|
|
5
|
Провод заземленной системы
опорного потенциала
|
Измерительная земля
|
|
6
|
Заземленный корпус
|
Нулевое напряжение (0 В)
|
Виды заземления
Естественное заземление.
Естественное заземление существует у конструкций и строений, которые
постоянно находятся в земле. Так как сопротивление данных конструкций ничем не
регулируется и к нему не предъявляется никаких требований, то данные
конструкции не используют для заземления электроустановок. Примером
естественного заземления может служить железобетонный фундамент строения.
Искусственное заземление.
Искусственным заземлением называют электрическое соединение узла
электросети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ЗУ).
ЗУ включает в себя проводящую часть или комплекс проводящих частей,
которые находятся в электрическом контакте с землей через проводящую среду
(заземлитель) и заземляющий проводник, который соединяет заземляемый элемент с
заземлителем. Зачастую заземлителем является металлический стержень или
специальная заземлительная конструкция.
Системы искусственного заземления
Все электроустановки разделяются на следующие типы:
- «Электроустановки
с напряжением больше 1кВ в сетях с глухозаземленной/эффективно заземленной
нейтралью» [17];
«Электроустановки
с напряжением больше 1 кВ в сетях с изолированной/заземленной с помощью
дугогасящий реактор/резистор нейтралью» [17];
«Электроустановки
с напряжением меньше 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью» [17];
«Электроустановки
с напряжением меньше 1 кВ в сетях с изолированной нейтриалью» [17].
Классификация
типов систем заземления используется в качестве основной характеристики электрической
сети [17]. Выделяются следующие системы заземления:
Для
электроустановок с напряжением меньше 1 кВ:система, в которой глухо заземлена
нейтраль источника питания, а проводящие открытые части электроустановки
соединены с глухозаземленной нейтралью источника с помощью защитных нулевых
проводников;C-система, в которой защитный и рабочий нулевые проводники
совмещены на всем протяжение в один проводник (Рисунок 1);
Рисунок
1
S-система,
в которой защитный и рабочий нулевые проводники на всем протяжение разделены
(Рисунок 2);
Рисунок
2
C-S-система,
в которой функции защитного и рабочего нулевых проводников, начиная от
источника питания, совмещены в одном проводнике или ее части (Рисунок 3);
Рисунок
3
система,
в которой изолирована от земли или заземлена с помощью приборов или устройств с
большим сопротивлением, нейтраль источника. Открытые части электроустановки
тоже заземлены (Рисунок 4);
Рисунок
4
система,
в которой глухо заземлена нейтраль источника питания, а проводящие открытые
части электроустановки заземлены при помощи ЗУ, которое электрически независимо
от глухозаземленной нейтрали (Рисунки 5 и 6).
Рисунок
5 Рисунок 6
В
этих названиях первая буква обозначается какая нейтраль в отношении источника
питания и земли: T - заземленная, I - изолированная.
Второй
буквой обозначают отношение состояние открытых проводящих частей к земле: T -
независимо от отношения открытых проводящих частей к земле, они заземлены; N -
они присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.
Все
последующие буквы обозначают совмещение или разделение функций нулевых рабочего
и защитного проводников в одном: S - проводник нулевой рабочий (N) и нулевой
защитный (PE) разделены; в другом C - функции нулевого защитного и нулевого
рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN); N - нулевой рабочий
(нейтральный) проводник; PE - защитный проводник (защитный проводник системы
уравнивания потенциалов);
Типы заземления
Сигнальная земля
Сигнальная земля служит для упрощения электрической схемы и для снижения
расходов на систему и устройства автоматики. Если в качестве общего провода для
разных цепей используется сигнальная земля, то появляется возможность
применения для всей электрической цепи одного общего источника питания.
Возможно обоюдостронее преобразование электрических цепей с общим проводом (без
земли).
Сигнальную землю делят на цифровую землю и аналоговую землю. Аналоговую
землю можно также разделить на землю аналоговых входов и аналоговых выходов.
Сигнальные земли подразделяются в зависимости от целей применения на
базовые и экранные.
Базовая сигнальная земля используется для отсчета и передачи сигнала в
электронной цепи, а также для привязки потенциала изолированной части
электрической цепи к земле системы автоматики.
Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экранирующих
перегородок, корпусов приборов и снятия статических зарядов с трущихся частей
транстпортерных лент, ремней электропривода и т.п.
Силовая земля
Общий провод в системе называют силовой землей если он соединен с
защитной землей и по нему протекает больший ток в сравнении с током передачи
сигнала.
Фундаментальный принцип подобного деления земель базируется на различии
уровней чувствительности к помехам как аналоговых и цифровых цепей, так
сигнальных и силовых.
Плавающая земля
Образование "плавающей" земли происходит, если общий провод
небольшой части системы электрически не соединяется с шиной защитного
заземления. Примеры таких систем служит автоматика: автомобиля, самолета или
космического корабля. Получить "плавающую" землю можно с помощью
DC-DC или AC-DC преобразователей, при условии, что вывод вторичного источника
питания в них не заземлен.
Защитное заземление
В основе защитного заземления лежат два принципа:
. Уменьшение разности потенциалов между заземляемым предметом и
другими проводящими предметами, с естественным заземлением, до безопасного
значения.
. Отвод утечки тока при контакте заземляемого проводящего предмета
с фазным проводом или при попадании фазного потенциала на заземленную
поверхность. Иными словами, происходит срабатывание предохранителя /устройства
защитного отключения (УЗО).
Следовательно, чтобы получить эффективность от заземления необходимо
использовать УЗО. Тогда при нарушении изоляции потенциал на заземленных
предметах не превысит безопасных величин, а неисправный участок сети будет
отключен в максимально короткие сроки.
Важно
помнить, что защитное заземление не является защитным занулением (Рисунок 7)
[42].
Рисунок
7 Параметры питания и заземления бортовой сети РЛС
Система
электропитания состоит из дизельной электростанции и щита распределения
питания, установленного в аппаратной кабине.
В
составе электростанции входят два агрегата электропитания, разделительный
трансформатор 380/220 В, коммутационное и другое оборудование. Питание
аппаратуры осуществляется трехфазным напряжением 220 В, 50 Гц с изолированной
нейтралью. Напряжение внешней сети может быть 380В 50 Гц с заземленной или
изолированной нейтралью. Питание автоматизированного рабочего места выполняется
через источники бесперебойного питания.
Если
объект измерения и измерительный преобразователь заземлены в различных точках
(например, при использовании двух различных силовых розеток), то заземленные
концы объединяются между собой по земляной шине, сопротивление которой,
примерно 0,1 Ом/м.
Термин
«заземление» используют, когда хотят к земле провести электрическое подключение
е какой-либо цепи или оборудования. Заземление применяется для выведения и
поддержания потенциала подключенной цепи или оборудования максимально близким к
потенциалу земли. Заземленная цепь образуется проводником и зажимом, благодаря
этому зажиму проводник подключен к электроду, который установлен в грунт.
Заземление
переносное
Заземления
переносные предназначаются для защиты людей, работающих на отключенных
токоведущих частях оборудования или электроустановки, от поражения
электрическим током в случае ошибочной подачи напряжения на отключенный участок
или при появлении на нем наведенного напряжения (Рисунок 8). Переносные
заземления применяются в тех частях электроустановки, в которых нет
стационарных заземляющих ножей.
По
способу применения переносные заземления подразделяются на заземления для
применения на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) и в распределительных
устройствах (РУ)
Рисунок
8
Способы заземления
При организации заземления чаще всего применяются вертикальные
заземляющие электроды. В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают
стальные трубы, штыри/стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию,
имеющую большую длину при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор
связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт.
Несколько коротких электродов
При таком подходе в качестве заземляющих электродов применяются небольшие
(2-3 метра) стальные уголки/штыри. Для создания заземлителя они соединяются
вместе около поверхности грунта стальной полосой путем приваривания её к этим
элементам электро- или газосваркой (Рисунок 9).
Большая площадь контакта заземлителя с грунтом достигается большим
количеством электродов (многоэлектродный заземлитель).
Рисунок 9 Одиночный глубинный электрод (“обсадная труба”).
При таком подходе заземлителем является глубокий электрод (чаще всего
одиночный) в виде стальной трубы, размещенной в пробуриваемом в грунте
отверстии (Рисунок 10).
Электролитическое заземление
Электрод такого типа представляет собой трубу небольшой длины (обычно 2-3
метра) из нержавеющей стали, имеющей почти по всей длине перфорацию. Внутри
этой трубы находятся гранулы смеси солей (Рисунок 11).
Рисунок 10 Рисунок 11
Грунты для заземления
Факторы, влияющие на качество заземления
Сопротивление в основном зависит от двух условий:
· площадь (S) электрического контакта заземлителя с грунтом
· электрическое сопротивление (R) самого грунта, в котором
находятся электроды
Площадь контакта заземлителя с грунтом.
Чем больше будет площадь соприкосновения заземлителя с грунтом, тем
больше площадь для перехода тока от этого заземлителя в грунт.
Увеличить площадь контакта заземлителя с грунтом можно либо увеличив
количество электродов, соединив их вместе, либо увеличив размер электродов.
Электрическое сопротивление грунта (удельное).
Данная величина, определяет - как хорошо грунт проводит ток через себя.
Чем меньшее сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее/легче он будет
впитывать в себя ток от заземлителя.
Примерами грунтов, хорошо проводящих ток, является солончаки или сильно
увлажненная глина. Идеальная природная среда для пропускания тока - морская
вода.
Примером “плохого” для заземления грунта является сухой песок.
Существующие нормы сопротивления заземления.
Так
как идеала (нулевого сопротивления растеканию) достигнуть невозможно, все
электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых
нормированных величин сопротивления заземления, приведенных в ПУЭ 1.7 [42].
Сопротивление
заземляющего электрода.
На
Рисунке 12 показан заземляющий штырь. Его сопротивление определяется следующими
компонентами:
· (А) сопротивление металла штыря и сопротивление контакта
проводника со штырем;
· (Б) сопротивление контакта штыря с грунтом;
· (В) сопротивление поверхности земли протекающему току, иначе
говоря, сопротивление земли, которое часто является самым важным из
перечисленных слагаемых.
Рисунок 12
(А) Сопротивление штыря и его контакт с проводником. Так как
заземляющий штырь делается из хорошо проводящего металла, этим сопротивление
можно пренебречь.
(Б) Сопротивление контакта электрода с грунтом. При условии, что
электрод плотно вбит и на его поверхности нет краски, масла и подобных веществ,
то этим сопротивлением также можно пренебречь.
(В) Сопротивление поверхности грунта. Допустим электрод окружен
концентрическими слоями грунта одинаковой толщины. Ближний к электроду слой
имеет наименьшую поверхность, но наибольшее сопротивление. Следовательно, по
мере удаления от электрода поверхность слоя увеличивается, а его сопротивление
уменьшается. В итоге сопротивление становится незначительным. Та область, за
пределами которой сопротивлением слоев земли можно пренебречь, называется
областью эффективного сопротивления. Ее размер зависит от глубины погружения
электрода в грунт.
Влияние размеров электрода и глубины его заземления.
Рисунок 13
Влияние размера: при увеличении диаметра штыря происходит незначительное
снижение сопротивления, что хорошо заметно на Рисунке 13.
Минимальный
диаметр стального штыря равен 1,59 см, а медного или покрытого медью стального
штыря - равен 1,27 см [60].
На
практике минимальный диаметр 3 м штыря заземления равен:
· 1,27 см для обычного грунта,
· 1,59 см для сырого грунта,
· 1,91 см для твердого грунта или для штыря длиннее 10 футов.
Влияние
глубины заземления штыря: сопротивление заземления уменьшается с увеличением
глубины. Согласно стандарту NEC [60] штырь нужно заземлять минимум на 2,4 м,
чтобы обеспечить хороший контакт с землей (Рисунок 14). На практике штырь,
заземляют на 3м.
Рисунок
14
Влияние
удельного сопротивления грунта на сопротивление заземления электрода
Главным
фактором в определении необходимой глубины заземления штыря является удельное
сопротивление грунта. Оно сильно изменяется в зависимости от времени года и
местности. Это происходит в значительной степени из-за зависимости от
содержания в почве электропроводящих минералов и электролитов, которые
представлены водой с растворенными в ней солями.
Помехи, побочные электромагнитные излучения и наводки
Помехи от высоковольтного и силового оборудования
Повреждение интерфейсов цепей и оболочек кабелей, связывающих аппаратуру
на объекте с удаленной аппаратурой. Если цепи питания выходят за пределы
объекта - повреждение блоков питания (Рисунок 15).
Рисунок 15 Разности потенциалов между различными частями ЗУ
Повреждение интерфейсных элементов аппаратуры и оболочек кабелей, не
выходящих за пределы объекта (Рисунок 16).
Рисунок 16 Искажение изображения на дисплеях (ЭЛТ)
Низкочастотные помехи в каналах связи.
Грозовые потенциалы на элементах ЗУ.
Повреждение интерфейсов цепей и оболочек кабелей (как выходящих, так и не
выходящих за пределы объекта). Повреждение блоков питания (Рисунок 17).
Рисунок 17 Поля и наводки от грозовых разрядов.
Наводки в цепях кабелей − действуют примерно так же, как и помехи
из-за грозовых потенциалов. Возможно непосредственное воздействие полей на
аппаратуру (в основном − устройства на базе ЭЛТ).
Рисунок 18. Стандартный грозовой импульс
Заземление молниеотводов вблизи от трасс кабелей
Плохое заземление молниеотводов
Возможен вынос потенциала по цепям питания. Помехи от низковольтного
оборудования.
Помехи при коммутации реле и работе щеточных двигателей.
Ложные срабатывания, сбои и «зависания» цифровой аппаратуры.
Кратковременное ухудшение качества
каналов связи (Рисунок 19).
Рисунок 19 Низкое качество и прерывания напряжения питания.
В цепях питания происходят низкочастотные возмущения, основными
источниками являются:
. Резкие колебания нагрузки.
. Нештатные режимы работы энергосистем.
Рисунок 20. Влияние резкого изменения нагрузки на остальных потребителей
Нелинейные элементы в сетях электропитания.
Наличие в сети питания нелинейных элементов способно значительно искажать
формы кривых тока и напряжения. К таким элементам относятся сердечники трансформаторов,
работающие в режиме, близком к насыщению, импульсные блоки питания аппаратуры,
силовые полупроводниковые преобразователи и т.п.
Радиосредства.
Электромагнитное поле дифференцируется исходя из диапазона частот, на
низкочастотные и радиочастотные. Границей между ними обычно выступает частота
150 кГц.
Их источниками выступают радио и ТВ передатчики, а также радары. Так же
источниками могут выступать любые электрические приборы.
Зачастую общий уровень помех в радиочастотном диапазоне увеличивается за
счет атмосферных и космических радиошумов, шумов от корон, а также
радиочастотных шумов различной аппаратуры.
Эти помехи несут опасность для высокочувствительных приемников, однако
уровни совпадения рабочих частот крайне редки. И основные сбои в работе
подобной аппаратуры связаны с неудовлетворительными экранирующими свойствами ее
корпуса или неправильной схемой заземления.
Электростатический разряд.
Электростатический разряд (ЭСР)− перераспределение заряда
между телами, имеющими различный электростатический потенциал. Аккумуляция
заряда создается при электризации трением; величины же зарядов зависят от
размеров, формы и электрических свойств, взаимодействующих тел. Также нельзя
сбрасывать со счетов влияние окружающей среды, особенно влажности.
Воздействие с аппаратурой происходит посредством попадания ЭСР на
металлические части аппаратуры. За счет того, что спектр импульса содержит
очень высокие частоты (длительность фронта − около 1 нс, следовательно,
частоты − порядка гигагерц), оказывается значительное воздействие на
внутренние узлы аппаратуры.
Действие на аппаратуру:
сбои в работе высокоскоростных цифровых узлов, а также цифровых
интерфейсных элементов;
при подаче на разъемы, клавиатуры, элементы индикации и т.п.
возможно физическое повреждение интерфейсных элементов.
Рисунок 21. Влияние ЭСР на отказ биполярных БИС (серия 1005)
Перекрёстные помехи в кабельных соединениях.
Электромагнитное влияние неэкранированных витых пар друг на друга
(работающих параллельно) приводит к образованию перекрестных помех в
структурированных кабельных (Рисунок 22).
Перекрёстные помехи на ближнем конце (NEXT) - это помехи двух
пар кабеля, измеряемые на том же конце кабеля, что и передатчик.
Перекрёстные помехи на дальнем конце (FEXT) - это помехи двух
пар кабеля, измеряемые на противоположном от передатчика конце кабеля.
Внешние перекрёстные помехи (AXT) - это помехи, вызванные
другими кабелями, проложенными близко к рассматриваемому кабелю.
Рисунок 22 Низкочастотные и высокочастотные излучения технических
средств.
Источниками излучений чаще всего являются токопроводящие цепи, содержащие
статические или динамические заряды. Носители информации могут попадать в цепи
непосредственно в процессе обработки информации, а также через паразитные
связи.
Вид излучения и характер распространения ЭМ-поля зависят от частоты
колебания поля и вида излучателя. Различают низкочастотные и высокочастотные
опасные излучения.
Низкочастотными считаются излучения звукового диапазона, источниками
которых являются цепи и устройства звукоусилительной аппаратуры.
К высокочастотным опасным излучениям относятся электромагнитные поля,
излучаемые цепями радиоэлектронных средств, по которым распространяются
высокочастотные сигналы, содержащие защищаемую информацию
Паразитные связи и наводки.
Выделяют три вида паразитной связи:
емкостная - образуется в результате воздействия электрического поля;
индуктивная - образуется в результате воздействия магнитного поля;
гальваническая - через общее активное сопротивление.
Емкостная паразитная связь возникает между любыми двумя элементами схемы:
радиоэлементами схемы и корпусом, проводами. При этом она пропорциональна
диэлектрической проницаемости среды, диаметру провода и обратно пропорциональна
расстоянию между проводами.
Переменный ток, протекающий по цепи А, создает магнитное поле, которое
достигает проводников цепи B и наводят на них ЭДС. Эта ЭДС создает в сети В
ток, а ток в свою очередь вызывает на нагрузке напряжение наводки - UН.
При этом отношение 
= Ua/UH называется
коэффициентом паразитной индуктивной связи.
Взаимная индуктивность двух цепей зависит от их конфигурации и взаимного
расположения. Естественно, она пропорциональна магнитному полю одной цепи,
силовые линии которого пронизывают другую цепь.
Гальваническая паразитная связь образуется посредством общего
сопротивления для нескольких цепей. Отношение r = UИ/UH
называется коэффициентом паразитной гальванической связи.
Блуждающие токи
Блуждающие токи - токи, возникающие в земле при её использовании в
качестве токопроводящей среды. Они образуются на территории прокладки
трамвайных и электрифицированных железнодорожных путей, обслуживание которых
происходит ненадлежащим образом. В редких случаях они являются следствием
аварийной утечки с линий электропередач (Рисунок 23).
Блуждающие ток вызывают коррозию металлических предметов, находящихся под
землёй или соприкасающихся с поверхностью земли.
Рисунок 23
Молниезащита
Во время разрядов молнии появляется сильное магнитное и
электростатическое поле, а также резко повышается потенциал земли в области
заземления молниеотвода при ударе молнии. Все эти явления приводят к
возникновению опасных для аппаратуры напряжений на кабелях промышленных сетей и
цепей питания, а так же огромное количество электромагнитных наводок и помех.
Наибольшая величина наводки получается при ударе молнии в близко расположенный
молниеотвод.
ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Результат анализа
Детальный анализ правовых документов и регламентов, которые относятся к
исследуемой области, позволяет нам найти определенные проблемы с возможностями
заземления и обеспечения электромагнитной защиты радиотехнических комплексов,
работающих в полевых условиях в среде теле- и радиовещания.
Тщательно изучив характер проблем, и применив их к автономным источникам
питания, работающим в комплексе с оборудованием теле- и радиовещания можно
выделить следующие, наиболее характерные и часто встречающиеся проблемы:
проблема выбора универсальных видов и типов заземления в различных
полевых условиях с разной погодой, влажностью и большим перечнем динамично
меняющихся внешних факторов, которые влияют как на весь комплекс в целом, так и
на каждый из компонентов оборудования в отдельности;
проблема выбора универсальных средств заземления, в связи с широким
спектром различных типов грунта в областях работы подобных комплексов;
проблема выбора универсальных средств защиты от электромагнитных влияний,
таких как: помехи, наводки, блуждающие токи, как естественные так и
искусственные, разряды молний, электростатические заряды, паразитные связи и
других;
проблема обеспечения стабильной и правильной коммутации
электрооборудования;
проблема использования одних и тех же видов средств заземления и
коммутации в различных температурных и погодных условиях.
Таким образом мы поставили перед собой задачу по составлению
универсальных рекомендаций в данном направление, основываясь на правовых документах
и регламентах, которые используются на практике как у нас в Российской
Федерации, так и в других странах за рубежом.
В качестве правовой базы, в течение долгого изучения, были выбраны
следующие документы, регламентирующие порядок заземления и защиты электронных
средств:
- DIN EN 60747-5-2 (VDE 0884)/DIN EN 60747-5-5
- TIA-942
- UL 1577
ГОСТ 9.602-2005
ГОСТ 12.2.007.0-75
ГОСТ 13109-97
ГОСТ Р 50007-92
ГОСТ Р 50397-92 (аутентичен ГОСТ 30372-95)
ГОСТ Р 50571 (МЭК-364)
ГОСТ Р 50648-94 (МЭК 1000-4-8-93)
ГОСТ Р 51317.4.2-99 (МЭК 61000-4-2-95)
ГОСТ Р 51317.4.3-99 (МЭК 61000-4-3-95)
ГОСТ Р 51317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-7:2002)
ГОСТ Р 51350-99
ГОСТ Р 52319-2005 (МЭК 61010-1:2001)
ГОСТ Р МЭК 60950-2002
ГОСТ Р ИСО/МЭК 50-2002
МЭК 62305
ПУЭ 7-е издание
СНиП 3.05.06-85
СО 153-34.21.122-2003
РД 34.21 122-87
УДК 004.056.53
Основываясь на данный перечень, и проверяя рекомендации
научно-практическим путем, мы собираемся составить ряд реальных практических
рекомендаций в области заземления и электромагнитной защиты радиотехнических
комплексов, находящихся в полевых условиях.
Опираясь на базовые рекомендации по строительству заземлителей стандарта
РД 34.21 122-87, а также на типизацию различных видов электроустановок,
представленных в ПУЭ, можно активно пробовать различные виды заземлителей в
комбинациях с электроустановками в каждой из возможных рабочих сред, где
гипотетически возможна работа в области теле- и радиовещания.
ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Теоретические основы решения
Защита от излученных и наведенных помех.
Проблема защиты от воздействия мощных электромагнитных помех состоит в
подавление возмущения в источнике ЭМИ (при наличии такой возможности),
повышении стойкости рецептора помех, и/или воспрепятствовании воздействия
источника помех на объект через среду распространения электромагнитной энергии.
Когда источник не управляем (например, молния, передатчики и т.д.), то основным
путем решения задачи защиты становиться управление свойствами рецептора или
изменения свойств среды распространения электромагнитной энергии.
Одним из общих подходов защиты состоит в установке некоторого
электромагнитного барьера между источником и рецептором помех. Для источников
вне системы, барьер может применяться на уровне систем. Для источников внутри
системы, чтобы управлять эмиссией, и один в рецепторе, чтобы управлять
восприимчивостью.
Устройства защиты интерфейсов используются для ослабления кондуктивных
электромагнитных возмущений от окружающей среды в цепи внутренней (относительно
экрана) области, и наоборот, ограничивают кондуктивную помехоэмиссию от
внутренних источников помех, в окружающую среду. Это предполагает, что
необходимо применять двунаправленные устройства защиты. Таким образом, только
совместное применения экранов и устройств защиты интерфейсов могут обеспечить
электромагнитную совместимость ТС и их защиту.
Основным требованием, предъявляемым к защитному элементу, является
обеспечение его минимального влияния на работу защищаемой цепи (устройства,
аппаратуры) при отсутствии ЭМИ.
Защита от воздействия ЭМИ организуется по ступенчатому принципу: грубая
защита снижает уровень мешающих напряжений в цепях ТС до определенных значений,
последующая ступень снижает уровень помех до приемлемого уровня.
Защита от помех, проникающих через входящие и исходящие интерфейсы, может
быть достигнута за счет ограничения по амплитуде путем короткого замыкания пути
проникновения помех на экран (устройства защиты напряжений), с помощью
ограничения по диапазону рабочих частот (фильтров) или комбинацией обоих
методов защиты.
Защита от воздействия ЭМИ строится по ступенчатому принципу: 1 ступень -
снижение амплитуды помехи до 1 кВ и менее (экраны, разрядники, ВОЛС); 2 ступень
- снижение амплитуды помехи до 100 В и менее, увеличение длительности фронта
(фильтры); 3 ступень - снижение амплитуды помехи до 0,1 В и менее
(высокочастотные диоды и т.п.).
Структурно-функциональные методы защиты заключаются в изменении
функциональных принципов построении устройства или их отдельных частей и
структуры используемых сигналов для повышения стойкости к воздействию ЭМИ за
счет используемой модуляции или кодирования сигнала, применения алгоритмических
методов и датчиков, фиксирующих начало действия ЭМИ, сигнал с которых является
командой для блокировании нежелательных эффектов, возникающих в устройстве.
Плавкие ограничители не рекомендуется для применения при защите от
мощного ЭМИ.
Ограничитель на основе нелинейного сопротивления рекомендуются для защиты
от мощного ЭМИ.
Для защиты цепей питания применяются развязывающие трансформаторы,
стабилизаторы напряжения и источники бесперебойного питания. В развязывающем
трансформаторе создаётся разрыв для синфазной помехи в контуре заземления
сигнального или силового кабеля. Индуктивная связь допускает нормальную
передачу дифференциального напряжения, в то время как гальваническая изоляция
препятствует прохождению синфазного напряжения через трансформатор. Особенное
внимание следует уделять качеству заземления трансформатора: если соединение с
шиной опорного напряжения отсутствует, то защитные свойства трансформатора полностью
теряются.
Сигнальные трансформаторы применяют, когда нужно обеспечить развязку от
постоянного тока до десятков мегагерц, передать низкоуровневые (менее 10 мВ)
аналоговые сигналы с минимальными искажениями и потерями, при наличии помех
общего вида на сигнальной линии связи.
Решением задач ЭМС, вызванных колебаниями, пульсациями напряжения или
даже прерыванием питания в линии с переменным током, является применение
стабилизаторов напряжения и источников бесперебойного питания.
На силовом входе оборудования, телефонных линиях или на других внешних
вводах рекомендуется использовать варисторы, при условии, что предшествует
более мощный ограничитель для того, чтобы снизить энергию мощных импульсов.
Варисторы на основе окиси металла (МОВ) всегда двунаправленные и удобны
для использования как основные и вторичные элементы защиты на силовых сетях
переменного тока. Максимальный пиковый ток варисторов должен определяться для
одиночных импульсов 8/20 и 10/1000 мкс. При установке варисторов следует
минимизировать индуктивность проводников, соединяющих варистор с остальными
элементами.
Газоразрядные трубки устанавливаются параллельно нагрузке, защищая ее от
мощных кондуктивных помех. Высокое сопротивление и низкая емкость (обычно менее
3 пФ) в непроводящем состоянии и высокая токопроводящая способность (несколько
кА) в проводящем состоянии при относительно малых размерах и стоимости -
отличительная черта данного типа ограничителей. Максимальное импульсное
напряжение зажигания разряда определяется при скорости изменения напряжения 100
кв/мкс и 1 кВ/нс или выше.
Для применения в высокочастотных цепях применение нашли искровые
разрядники и четвертьволновый закорачивающий шлейф в коаксиальном исполнении.
Применение подобных устройств требует тщательного согласования условий
применения, качества передачи полезного сигнала и воздействующих помеховых
сигналов. Относительно малые размеры отмеченных типов ограничителей позволяют
применять их в малогабаритной аппаратуре. При выборе типа коаксиального
ограничителя надо учитывать остаточное напряжение и его токонесущую
способность.
Эффективную защиту обеспечивает комбинация ограничителей (разрядников) с
нелинейными резисторами. Разрядники обеспечивают высокое сопротивление изоляции
в закрытом состоянии, а нелинейные резисторы ограничивают ток.
Таблица 2 - Характеристики различных ограничителей напряжения
|
Параметр
|
Газоразрядная лампа
|
Варистор
|
Супрессор
|
|
Ток утечки
|
Минимум (пикоамперы)
|
Небольшой (микроамперы)
|
Небольшой (микроамперы)
|
|
Остаточное напряжение
|
Высокое при зажигании, низкое
при ограничении
|
Низкое/среднее
|
Низкое
|
|
Ток
|
Большой (десятки килоампер)
|
Большой (порядка 10 кА)
|
Низкий (порядка 100 А)
|
|
Время отклика
|
Среднее/медленное (0,1-1
мкс)
|
Относительно быстрое (<25
нс)
|
Быстрое (<1
нс)
|
|
Сопровождающий ток
|
Есть
|
Нет
|
Нет
|
|
Проходная емкость
|
Низкая (1 пФ)
|
Средняя/высокая (500 пФ)
|
Высокая (1000 пФ)
|
|
Характер потери свойств
|
Незамкнутая цепь
|
Короткое замыкание
|
Короткое замыкание
|
Комбинированные схемы защиты состоят из основного и вторичного защитного
элемента или фильтра и содержат, по крайней мере, один последовательный элемент
для развязки основного и вторичного компонента. Первичный элемент играет роль
защиты от перегрузок, а вторичный - ограничивает напряжение.
Согласно требованиям (МЭК 1000-5-5) защитные устройства должны тестироваться
на воздействие разрядного тока импульсом 8/20 и 10/1000 мкс. Для зашиты от
молнии обычно используются 300 импульсов 10/1000 мкс, для мощного ЭМИ более
применимы 30 импульсов 10/1000 мкс. Импульсы для тестирования первичного
элемента должны также применяться для тестирования комбинированных схем зашиты.
Выбор концепции защиты зависит в основном от важности защиты для данной
группы установок или оборудования и уровня стойкости оборудования в конкретных
установках.
С топологической точки зрения могут рассматриваться два возможных
подхода: глобальная защита одних или нескольких ТС, основанная на
топологических концепциях экранирования и распределенная защиты каждого ТС или
каждого устройства одной установки, которая включает приемы повышении стойкости
на уровне оборудовании.
Помимо сетевых помех возможны также электромагнитные наводки от стоящих
рядом мощных радиоустановок, телевизоров, радаров или диатермического
оборудования. Шунтирования входов и выходов усилителя специальными небольшими
емкостями, которые представляют большое сопротивление для ЭКГ-сигналов и малое
сопротивление (цепь замыкается накоротко) для радиочастотных сигналов.
Витая пара - изолированные проводники, которые для уменьшения
перекрестных наводок между проводниками попарно свиты между собой. Подобный
кабель, в отличие от параллельной пары проводов, состоит обычно из маленького
количества витых пар (иногда даже двух), отличается меньшим затуханием сигнала
при передаче на высоких частотах и малой чувствительностью к
электромагнитным наводкам.
Блуждающие токи, защита
Катодная защита - представляет собой электрохимическую защиту от коррозии,
основанную на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь. Эту
защиту обычно используют в комплексе с нанесением защитных покрытий.
Сдвиг потенциала защищаемого металлического объекта производится при
помощи внешнего источника постоянного тока (станции катодной защиты) или путем
соединения с протекторным анодом, изготовленным из более электроотрицательного
металла чем защищаемый объект. Тогда на всех участках начинает протекать
исключительно катодный процесс, в следствии того что поверхность защищаемого
образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной. А определяющий
коррозию анодный процесс перенесётся на вспомогательные электроды (Рисунок 23).
Рисунок 23
Электрический дренаж состоит в отводе блуждающих токов от металлических
оболочек кабелей к источнику этих токов.
Методы экранирования.
Из преподнесенного выше материал, о путях прохождения помехи, исходят
методы экранирования сигнального. Для ликвидации паразитной емкостной связи и
электростатических зарядов применяют электростатический экран в виде проводящей
трубки, охватывающей экранируемые провода, а для того чтобы защититься от магнитного
поля применяют экран из материала с высокой магнитной проницаемостью.
При условии, что точки заземления концов кабеля разнесены на большое
расстояние, между ними может существовать разность потенциалов,
характеризующаяся блуждающими токами в земле или помехами в шине заземления.
Рисунок 24. Правильное заземление экрана. Конденсатор используется для
ослабления высокочастотных помех
Рисунок 25. Заземление экрана длинного кабеля на высоких частотах
Заземление оплетки кабеля необходимо со стороны источника сигнала, только
так путь для прохождения тока помехи отсутствует. В ином случае, то есть
заземление со стороны приемника, ток помехи будет течь по пути, представленному
на штриховой линии, иными словами он будет проходить через емкость между жилами
кабеля, создавая на ней и, следовательно, между дифференциальными входами,
напряжение помехи.
Когда источник сигнала не заземлен (например, термопара), то экран можно
заземлять с любой стороны, по причине того, что не образуется замкнутый контур
для тока помехи.
При частотах более 1 МГц увеличивается индуктивное сопротивление экрана и
токи емкостной наводки приводят к значительному падению напряжения, которое
может передаваться на внутренние жилы через емкость между оплеткой и жилами.
Помимо всего прочего, при длине кабеля, сопоставимой с длиной волны помехи
(длина волны помехи при частоте 1 МГц равна 300 м, на частоте 10 МГц - 30 м)
возрастает сопротивление оплетки, что резко повышает напряжение помехи на
оплетке. Из всего вышеизложенного следует необходимость заземления кабеля не
только с обеих сторон, но и в нескольких местах. Подобные точки выбираются
исходя из расстояниями 1/10 длины волны помехи между одной и другой. Часть тока
при этом будет течь по оплетке кабеля.
Рисунок 26. Двойное экранирование длинного кабеля
В широком спектре частот используют двойной экран, так как он позволяет
более эффективен. Тогда внутренний экран заземляют со стороны источника
сигнала, чтобы исключить прохождение емкостной помехи по механизму, а внешний
экран уменьшает высокочастотный наводки.
Однако во всех случаях экран должен быть изолирован, чтобы предотвратить
случайные его контакты с металлическими предметами и землей.
Экраны кабелей для защиты от молнии
От магнитного поля молнии используют сигнальные кабели, проходящие по
открытой местности, они должны быть проложены в металлических трубах из
ферромагнитного материала, например, стали, не не нержавеющую. Эти трубы играют
роль магнитного экрана. Их прокладывают под землей, а в случае наземного
расположения их заземляют через каждые 3 метра. Так же необходимо экранировать
кабель и заземлить экран. Причем заземление экрана должно быть произведено с
минимальным сопротивлением на землю.
Радикальным решением проблемы защиты от молнии в зданиях является
использование оптоволоконного кабеля.
Заземление при дифференциальных измерениях
Рисунок 27. Заземление аналоговых входов через сопротивления для
уменьшения синфазной помехи
Как можно видеть из Рисунка 27 при отсутствии сопротивления у источника
сигнала при дифференциальном измерении образуется "плавающий вход".
Это чревато тем, что на плавающий вход может наводиться статический заряд от
атмосферного электричества или входного тока утечки операционного усилителя.
Эту проблему позволяют решить резисторы с сопротивлением от 1 МОм до 20 МОм
модулей аналогового ввода, соединяющие аналоговые входы с землей. Однако при
высоком уровне помех или большом сопротивлении источника сигнала сопротивление
20 МОм может оказаться недостаточным, в следствии чего возникает необходимость
использовать дополнительные внешние резисторы с сопротивлением до 1 МОм или
конденсаторы с таким же сопротивлением на частоте помехи (Рисунок 27).
Молниезащита и защита от перенапряжений
Молниезащита
должна соответствовать РД 34.21.122-87 "Инструкция по устройству
молниезащиты зданий и сооружений" [45], а для радиообъектов - инструкции.
Основными
факторами, оказывающими опасные влияния при ударе молнии, являются бросок
потенциала земли, возникновение высокой разности потенциалов между
токопроводящими частями, электромагнитное излучение.
Защитой
от этих факторов служат, соответственно:
возможно
более низкое сопротивление растеканию тока молнии молниезащитного заземления;
эквипотенциальное
соединение;
экранирование
конструкциями, представляющими из себя СОПП.
Молниезащита
может быть улучшена посредством проводящих покрытий крыши, соединенных с ОСС,
применения металлических покрытий фасадов.
Требования
к системе уравнивания потенциалов
В
связи с тем, что разработка главы 1.7 «Заземление и защитные меры
электробезопасности» ПУЭ 7 издания задерживается[42], ассоциация
"РОСЭЛЕКТРО-МОНТАЖ" разработала технический циркуляр, утвержденный
Госэнергонадзором [50].
В
соответствии с циркуляром:
«2.5.1.
В каждой электроустановке здания должна быть выполнена главная система
уравнивания потенциалов, соединяющая между собой следующие проводящие части:
защитный
проводник (РЕ- или PEN- проводник) питающей линии;
заземляющий
проводник, присоединенный к естественному или искусственному заземлителю;
металлические трубы коммуникаций, входящих в здание;
металлические
части централизованных систем вентиляции и кондиционирования;
при
наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические
воздуховоды следует присоединять к шине РЕ шкафов питания кондиционеров и
вентиляторов;
система
молниезащиты;
заземляющий
проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется, и
отсутствуют ограничения на присоединение цепей функционального заземления к
заземляющему устройству защитного заземления.» [50]
Соединение
указанных проводящих цепей между собой следует выполнять при помощи главной
заземляющей шины.
«2.5.2.
Главная заземляющая шина может быть выполнена внутри вводного устройства или
отдельно от него. Внутри вводного устройства в качестве заземляющей шины
следует использовать шину РЕ. При отдельной установке главная заземляющая шина
должна быть расположена в доступном, удобном для обслуживания месте, вблизи
вводного устройства электроустановки здания. РЕ- проводник (PEN- проводник)
питающей линии должен быть подключен к шине РЕ заземляющего устройства, которая
соединяется с главной заземляющей шиной при помощи проводника, проводимость
которого должна быть не менее проводимости РЕ (PEN) проводника питающей линии.
При выполнении главной заземляющей шины как внутри вводного устройства, так и
при отдельной установке, ее проводимость должна быть не менее проводимости PEN-
проводника питающей линии.
.5.3.
Главная заземляющая должна быть как правило медной. Допускается выполнение
главных заземляющих шин из стали. Применение главных заземляющих шин из
алюминия не допускается.
.5.4.
Если здание имеет несколько обособленных вводов, главная заземляющая шина
должна быть выполнена для каждого вводного устройства. При наличии одной или
нескольких встроенных ТП главная заземляющая шина должна устанавливаться возле
каждой подстанции. Эти шины должны быть соединены между собой при помощи
проводника системы уравнивания потенциалов, проводимость которого должна быть
не менее половины проводимости наибольшего PEN-проводника линий, питающих
здание.
Для
соединения могут быть использованы так же сторонние проводящие части,
обеспечивающие непрерывность цепи и обеспечивающие необходимую проводимость.
.5.5.
Замечания автора: на объектах связи целесообразно применять главную заземляющую
шину, конструктивно выполненную отдельно от вводного устройства; технические
требования к системе уравнивания потенциалов должны быть повышены (см. 3.1,
3.2); относительно нескольких вводов (см. 3.4)» [50].
Устройства
защитного отключения
Попадание
фазного напряжения на металлический корпус в следствии нарушения изоляции
является стандартным случаем неисправности электрооборудования. Следующие
варианты возможны в зависимости от реализованных защитных мер:
1. Отсутствует УЗО, корпус прибора не заземлен:
Прикосновение к корпусу прибора может оказаться смертельно опасным, так
как корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это никак не будет
обнаружено.
. Отсутствует УЗО, корпус прибора заземлен.
Предохранитель сработает и отключит цепь, при условии что ток утечки по
цепи фаза-корпус-заземлитель достаточно велик (превышает порог срабатывания
предохранителя, защищающего эту цепь). Наибольшее действующее напряжение
(относительно земли) на заземленном корпусе составит Umax=RG·IF,
где RG − сопротивление заземлителя, IF
− ток, при котором срабатывает предохранитель, защищающий эту цепь. Этот
вариант весьма небезопасен, в следствии того, что при высоком сопротивление
заземлителя и больших номиналах предохранителей потенциал на заземленном
проводнике может достигать довольно значительных величин. Например, при
сопротивлении 4 Ом и предохранителе номиналом 25 А потенциал может достигать
100 вольт.
. УЗО установлено, корпус прибора не заземлен.
Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом, что не будет
обнаружено до тех пор, пока не возникнет путь для прохождения тока утечки. В
самом худшем случае при касании прибора человеком одновременно с предметом,
имеющим естественное заземление, утечка пройдет через тело человека. Так как
УЗО сразу отключит участок сети с неисправностью, как только возникла утечка,
то человек получит лишь краткосрочный удар.
. УЗО установлено, корпус заземлен.
Этот вариант самый безопасный так как реализованы два защитных
мероприятия, в комплексе дополняющих друг друга. При попадании фазного
напряжения на заземленный проводник ток течет с фазного проводника через
нарушение изоляции в заземляющий проводник и далее в землю. УЗО немедленно
обнаруживает эту утечку, даже если та весьма незначительна и быстро отключает
участок сети с неисправностью. Еще одним неоспоримым преимуществом является то,
что отказ одной из защитных устройств не приведет к полной неработоспособности
системы защиты.
Выносное заземляющее устройство
Особенностью выносного заземляющего устройства является то, что
заземлитель расположен за пределами площадки развертывания оборудования, или
сосредоточен в какой-то конкретной её точке, отсюда это устройство получило
свое второе название - сосредоточенное.
Рисунок 28
Основным недостатком выносных заземляющих устройств является их
особенность, отдаленность заземлителя от заземляемо объекта, в следствие чего
на всей или на части защищаемой территории коэффициент прикосновения а1=1.
В связи с чем заземляющие устройства этого типа используются лишь при малых
токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал
заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения Uпр.доп
(с учетом коэффициента напряжения прикосновения, учитывающего падения
напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек, a2).
Основным преимуществом выносных заземляющих устройств является
возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим
сопротивлением грунта.
Контурное заземляющее устройство
Особенностью контурного заземляющего устройства является то, что
электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на
которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. За
счет того, что электроды распределяются на площадке по возможности равномерно
это устройство, получило название - распределенное.
Рисунок 29
Выравнивание потенциалов на защищаемой территории до значений
эквивалентных таким, что максимальное напряжение прикосновения и шага не превышали
допустимых, является одним из ключей к безопасности при использовании подобных
устройств, помимо уменьшения потенциала заземлителя. Все это достигается за
счет соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой
территории.
ГЛАВА 4. ПРОЦЕСС ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ
Описание объекта исследования: Дизельный генератор
Спецификации:
Таблица 3
|
Модель
|
DF-2400M
|
|
Номинальная мощность
|
160/176 кВт
|
|
Номинальное напряжение
|
200/220 V 400/400 В
|
|
Номинальная сила тока
|
577/577 А 289/289 А
|
|
Частота
|
50/60 Гц
|
|
Коэффициент мощности
|
0,8 (сдвиг фаз)
|
|
Количество фаз
|
Три фазы (четыре провода)
|
|
Изоляция
|
Тип F
|
|
Дополнительная мощность
|
100/110 В 1,5 кВА х 2
|
|
Степень защиты
|
IP66
|
Данный генератор рассчитан на работу практический в любых температурных
условиях. Тип F означает, что изоляция сделана из пропитанных лент на
модифицированном компаунде, обладающим нагревостойкими функциями типа F,
предельная температура которого при длительной работе может достигать значения
до 150 градусов по Цельсию. Степень защиты IP66 означает, что данное устройство
обладает полной защитой от пыли и защитой от кратковременного затопления. При
использовании данного генератора в специально оборудованном прицепе риск выхода
из строя данного генератора крайне мал. Однако он подвержен электромагнитным
воздействиям, а так же нуждается в должном заземлении.
Заземление
Генератор дизельный, также как и его сопутствующее оборудование имеет
точки подключения для проводников, которые будут выполнять роль заземления. В
первую очередь всегда нужно убеждаться в том, что вся система, в том числе и
электрическая ее составляющая, удовлетворяет локальным и государственным
нормам, правилам, регламентам и стандартам. Система должна удовлетворять и
потребностям установки.
Стоит
обратить внимание что ПУЭ (седьмое издание) [42] включает в себя указания для
заземления широкого спектра систем, используемых повсеместно.
В
случае, если планируется использовать генератор электроэнергии в качестве
резервного источника питания, то предварительно стоит узнать по каким
стандартам работает местный поставщик электроэнергии.
Зачастую
заземление может организовываться и предоставляться самой сетевой
электрокомпанией, так как само по себе оно не является удовлетворяющим для
работы генератора. В противном случае, поставщик электроэнергии должен
подтвердить возможность заземления через него. Так как неисправность сетевого
кабеля может повлечь за собой отключение всего заземления в целом. В связи с
данным фактом для большинства дизельных генераторов появляется необходимость в
независимом проводнике заземления. Основываясь на стандарты и регламенты тип и
размер проводника заземления должен определяться типом почвы (его удельным
сопротивлением) в месте размещения генератора и также требованиям к силе тока
повреждения, которой будет достаточно для нормального функционирования защитной
системы.
Рекомендуется
вкапывать все проводники не менее, чем на один метр, поскольку типы почв, их
удельное сопротивление и влажность могут в достаточной мере различаться. В
подобном случае невозможно абсолютно точно дать рекомендации по поводу
количества электродов заземления и их типа.
Еще
одним не менее важным фактором является сезонное изменение водяного горизонта,
а также влажности почвы в целом и в отдельных местах, так как данные факторы
сильно влияют на удельное сопротивления земли и в свою очередь на сопротивления
проводника, обеспечивающего заземление.
Предварительно,
до запуска генератора следует финально установить и проверить заземлитель. Вне
зависимости от системы защиты генераторной установки измеренное сопротивление
не должно превышать 20 Ом.
Рисунок
30. Независимое заземление установки для низковольтной комбинации PE
Рисунок
31. Низковольтное зануление сети с четырехполюсником
Рисунок
32. Заземление электрокомпании
Дополнительные
варианты организации заземления:
Генератор
необходимо заземлить выносным заземляющим устройством или посредством
гальванической развязки, в случае наличия общей шины заземления. Желательно
произвести заземление в той же точке, куда заземлены остальные приборы, во
избежание разности потенциалов при нескольких точках заземления на одной шине.
Выносное
устройство заземления необходимо установить в грунт на глубину достаточную для
нормального заземления всех устройств, соответствующую расчету сопротивления
грунта, учитывая его удельное сопротивление, сопротивление электрода и
состояние грунта. В случае необходимости подготовить грунт для лучшей
электропроводности посредствам добавления в грунт солей, увлажнения грунта или
большего углубления электрода.
При
необходимости, возможно использование контурного заземляющего устройства, для
повышения проводимости.
Все
устройства, подключенные к генератору необходимо также заземлить в одной точке.
В случае с теле- и радиотехническим оборудованием возможно отдельное заземление
оного во избежание формирования помех в высокочувствительном теле- и
радиооборудование.
Варианты
по обеспечению электромагнитной защиты:
Во
избежание наводок и возникновения перекрестных помех необходимо коммутировать
оборудование витой парой, не допуская образования прямой линии из проводов. Так
же желательно использование проводов двойного экранирования при коммутации.
При
самом благоприятном раскладе, лучше всего использовать оптоволоконные кабели
для коммутации, в связи с тем, что они меньше всего подвержены различного рода
электромагнитным влияниям. Из существенных недостатков данной реализации помимо
цены, является тот факт, что оптоволоконные провода крайне хрупкие и
вероятность повредить их в результате неаккуратного обращения или в
экстремальных условиях очень велика.
Во
избежание образования помех, стоит подключать оборудование к генератору через
сетевой фильтр. При возможности также использовать стабилизаторы напряжения.
Данные решения помогут избежать повреждений, вызванных возможной
нестабильностью электросети, в связи с условиями эксплуатации генератора электроэнергии.
Для
предотвращения электромагнитного воздействия генератора на другое оборудования,
генератор следует эксплуатировать в специально оборудованном, экранированном
отсеке прицепа или иного модуля транспортировки. Таким образом большая часть электромагнитных
импульсов будет поглощена экраном и не нанесет вред ни людям, ни оборудованию.
В подобном случае, использование экранирования будет существенно улучшать
уровень передаваемого сигнала теле- и радиовещательным оборудованием.
Оценка
Соответствие стандартам
Все приведенные выше рекомендации соответствуют стандартам, установленным
на территории Российской Федерации в настоящий момент, таким как:
НПДТ-90
ГОСТ 10032-80
ГОСТ 9.602-2005
ГОСТ 12.2.007.0-75
ГОСТ 13109-97
ГОСТ Р 50571 (МЭК-364) Комплекс ГОСТов
ГОСТ Р 50648-94 (МЭК 1000-4-8-93)
ГОСТ Р 50649-94 (МЭК 1000-4-9-93)
ГОСТ Р 51317.4.2-99 (МЭК 61000-4-2-95)
ГОСТ Р 51317.4.3-99 (МЭК 61000-4-3-95)
ГОСТ Р 51317.4.4-99 (МЭК 61000-4-4-95)
ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95)
ГОСТ Р 51317.4.6-99 (МЭК 61000-4-6-95)
ГОСТ Р 51317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-7:2002)
ГОСТ Р 52319-2005 (МЭК 61010-1:2001)
ГОСТ Р МЭК 60950-2002
ГОСТ Р ИСО/МЭК 50-2002
МЭК 62305
ПУЭ 7-е издание
СНиП 3.05.06-85
СО 153-34.21.122-2003
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выпускная квалификационная работа была выполнена на основании переработки
и анализа многочисленных стандартов Российской Федерации, Европейского Союза и
Америки. По настоящее время стандарты по заземлению и электромагнитной
совместимости достаточно косвенно касаются области теле- и радиовещания, в
связи со спецификой данного направления. Несмотря на это, комплексный разбор
международных стандартов позволяет сделать лист рекомендаций по заземлению и
электромагнитной защите в этой области. Устройства, которые используются в
данном направлении, каждое в частности может быть определено тем или иным
международным стандартом.
Целью данной выпускной квалификационной работы было проанализировать
международные стандарты и на простом примере разработать список рекомендаций по
заземлению для радиотехнических комплексов, работающих в полевых условиях в
сфере теле- радиовещания.
В течение решения данной цели были изучены и проанализированы многие
стандарты, а в частности:
) Технический циркуляр 11/2006 ассоциации «Росэлектромонтаж»;
) Электроустановки зданий. Выбор и монтаж электрооборудования.
Заземляющие устройства и защитные проводники. ГОСТ Р 50571.10-96;
) Правила устройства электроустановок. 7-е издание;
) Заземление и выравнивание потенциалов аппаратуры ВОЛП на
объектах проводной связи. М.: Минсвязи России, 2000. РД 45.155-2000;
) Комплекс документов ГОСТ Р 50571 (МЭК-364);
) Единая система защиты от коррозии и старения. Подземные
сооружения. Общие технические требования. ГОСТ 9.015-74;
) Инструкция по проектированию комплексов электросвязи. Общие требования
и нормы по заземлению оборудования, кабелей и металлоконструкций. РД
45.091.195-90.
На основании исследования, которое проводилось, сформировались следующие
выводы:
. Стандарты, существующие на данный момент в мире могут быть
применимы практический во всех областях своих направлений, однако в качестве
рекомендаций нельзя доверяться лишь одному стандарту, необходимо подходить
комплексно и адаптировать разные регламенты под определенные ситуации;
. Сформированные рекомендации можно свободно использовать в
качестве основы для коммутации, заземления и защиты оборудования от
электромагнитных воздействий в области теле- и радиовещания на радиотехнических
комплексах, работающих в полевых условиях.
Итогом данной выпускной квалификационной работы можно считать следующие
рекомендации в области заземления и электромагнитной защиты радиотехнических
комплексов, работающих в полевых условиях, в области теле- и радиовещания:
. Любое устройство радиотехнического комплекса необходимо должным
образом заземлять;
. В первую очередь заземлению подлежит автономный источник
электроэнергии;
. Заземлять автономный источник электроэнергии следует на основе
следующих нормативных документов: ПУЭ (7 издание), РД 45.091.195-90; ГОСТ
10032-80 и НПДТ-90;
. Заземление следует осуществлять должны образом, выбирая
максимально подходящий для этих целей грунт, обладающий достаточным удельным
сопротивлением, влажностью и электропроводностью;
. Для заземления стоит использовать заземляющий контур, каждый
электрод из которого необходимо вкапывать в землю не менее чем на метр, для
обеспечения максимальной электропроводности;
. В случае необходимости можно подготавливать грунт солями или
иными способами, позволяющими повысить электропроводность;
. Все прочее оборудование также стоит заземлять на общую землю
методом гальванической развязки, исключением могут быть лишь
высокочувствительные приборы теле- или радиовещания, для которых можно
организовать отдельную сигнальную землю;
. Все заземление должно быть произведено в одной точки;
. Перед запуском автономного источника электроэнергии необходимо
проверить электроды на соответствие стандартам сопротивления, вне зависимости
от того, какой защитой обладает сам источник;
. Всю коммутацию необходимо выполнять экранированными проводами по
меньшей мере витой парой, для избежания появления помех и наводок;
. В случае, если в грунте существуют блуждающие токи, необходимо
применять катодную защиту;
. При подключение приборов к источнику электроэнергии следует
использовать фильтры и стабилизаторы напряжения, таким образом максимально
нейтрализуя помехи по электросети, а так же возможности повреждения
оборудования от перебоев в электроснабжение;
. По возможности эксплуатировать источник электроэнергии в
специальном экранированном отсеке, для избежания формирования источником
негативных электромагнитных импульсов, способных повлиять ан работу прочего
оборудования;
. В случае, если на месте есть поставщик электроэнергии,
необходимо узнать у него, есть ли возможность заземлиться с помощью его сетей
электроэнергии;
. Максимально по возможности использовать фильтры и экраны для
предотвращения любых электромагнитных импульсов;
. В случае возможности выбора электросети, стоит выбирать
трехфазные сети необходимой мощности, с обязательным защитным заземлением;
. Рекомендуется использовать устройства защитного отключения и
систему уравнивания потенциалов, в случае, если такая возможность имеется;
. Не при каких обстоятельствах не использовать простую, длинную,
неэкранированную коммутацию;
. При работе в зонах повышенной опасности использовать в качестве
дополнительных элементов безопасности сети варисторы, газоразрядники и
разделительные трансформаторы;
. Использовать средства защиты от поражения электрическим током.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
[1] Асеев, Г.Г. Особенности расчета заземляющих систем промышленных
комплексов в районах Крайнего Севера / Г.Г. Асеев // Промышленная
энергетика-1982. -№8.-С. 39-43
[2] ВСН 1-93 Инструкция по проектированию молниезащиты радиообъектов.
М.: 1993
[3] Горшков А.В. Анализ состояния находящихся в эксплуатации
заземляющих устройств с точки зрения требований электробезопасности и
термической стойкости кабелей вторичных цепей. Автореферат диссертации. М.:
МЭИ, 1999.
[4] ГОСТ 12.2.007.0-75
[5] ГОСТ 13109-97
[6] ГОСТ 29156 (МЭК 801-4-88)
[7] ГОСТ 29191-91 (МЭК 801-2-91)
[8] ГОСТ 30331.3-95 (МЭК 364-4-41-92)
[9] ГОСТ 30372-95
[10] ГОСТ 9.015-74.
[11] ГОСТ 9.602-2005
[12] ГОСТ Р 50007-92
[13] ГОСТ Р 50008-92
[14] ГОСТ Р 50397-92
[15] ГОСТ Р 50571 (МЭК-364) Комплекс ГОСТов
[16] ГОСТ Р 50571.10-96 (МЭК 364-5-54-80)
[17] ГОСТ Р 50571.2-94 (МЭК 364-3-93)
[18] ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96)
[19] ГОСТ Р 50571.3-94 (МЭК 364-4-41-92)
[20] ГОСТ Р 50648-94 (МЭК 1000-4-8-93)
[21] ГОСТ Р 50649-94 (МЭК 1000-4-9-93)
[22] ГОСТ Р 51317.4.2-99 (МЭК 61000-4-2-95)
[23] ГОСТ Р 51317.4.3-99 (МЭК 61000-4-3-95)
[24] ГОСТ Р 51317.4.4-99 (МЭК 61000-4-4-95)
[25] ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95)
[26] ГОСТ Р 51317.4.6-99 (МЭК 61000-4-6-95)
[27] ГОСТ Р 51317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-7:2002)
[28] ГОСТ Р 51350-99
[29] ГОСТ Р 52319-2005 (МЭК 61010-1:2001)
[30] ГОСТ Р ИСО/МЭК 50-2002
[31] ГОСТ Р МЭК 60950-2002
[32] Демин, Ю.В. Коррозийное состояние заземляющих устройств В Л и
подстанций / Ю.В. Демин, Ю.В. Целебровский // Электрические станции. 1972.
-№10. -С.61-63.
[33] Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД
34.21.122-87
[34] Карякин Р.Н. Заземляющие устройства электроустановок. Справочник.
М.: "Энергосервис", 1998.
[35] Молниезащита объектов связи. Рекомендации. Авторы Белоголов А.Б.,
Смирнов Г.В. СПб: Ростелеком ТЦМС-3, 1997.
[36] МЭК 62305-1
[37] МЭК 62305-2
[38] МЭК 62305-3
[39] МЭК 62305-4
[40] Никольский, К.К. Использование графитированных и угольных стержней
и труб для заземлений / К.К. Никольский // Материалы науч. техн. совещ. М.:
ВИНИТИ, 1959.-С. 3-10.
[41] Оллендорф, Ф. Токи в земле / Ф. Оллендорф. М.: ГНТИ, 1932. - 215
с.
[42] Правила устройства электроустановок. Издание 7
[43] ПУЭ 6-е издание
[44] РД 34.21 122-87
[45] РД 45.091.195-90
[46] РД 45.155-2000.
[47] РД 45.ХХХ-97
[48] СНиП 3.05.06-85
[49] СО 153-34.21.122-2003
[50] Технический циркуляр 11/2006 ассоциации «Росэлектромонтаж»
[51] УДК 004.056.53
[52] Шишигин, Д.С. AUTOCAD приложение для расчета молниезащиты и
заземления объектов электроэнергетики / Д.С. Шишигин // Автоматизация в
промышленности. - 2014. - No 9. - C. 28−32.
[53] Штейн, С.И. Заземление в районах вечной мерзлоты / С.И. Штейн //
Бюл. ЦНИИ МЦМ ССР. М.: Металлургиздат, 1956. - вып. 24(77). - С. 21-24.
[54] Bowker, А. Engineering Statistics Prentice / А Bowker, G. Lieberman. -Englewood Cliffs: Hall. Inc, N.J., 1959. 115 p.
[55] DIN EN 60747-5-2 (VDE 0884)/DIN EN 60747-5-5
[56] Dwight, H.B. Calculations of resistances to ground /
H.B. Dwight // Electr. Engeng. 1936. - №12. - p. 16-22.
[57] European Telecommunication Standart. Earthing and
bonding of telecommunication equipment in telecommunication centres. ETSI,
1994.
[58] Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock "Grounds for
Grounding: A Circuit to System Handbook" Wiley 2010
[59] Kopecky V. Erfahrungen in der Pruefung von inneren
Blitzschutzanlagen. Berlin:Verlag Technik, 1998.
[60] NEC (1987, 250-83-3)
[61] RaabV. Ueberspannungsschutz in Verbraucheranlagen.
Berlin: Verlag Technik, 1998.
[62] Recommendation K 35. Bonding configuration and
earthing at remote electronic sites. ITU-T, 1996