Приложение А (справочное). Рекомендации по подключению электрического оборудования к эквиваленту сети питания

Приложение А
(справочное)

Рекомендации
по подключению электрического оборудования к эквиваленту сети питания

А.1 Введение

В настоящем приложении изложены рекомендации, относящиеся к использованию методов оценки ИРП, создаваемых электрическим оборудованием в полосе частот от 9 кГц до 30 МГц, и способы подключения оборудования к ЭСП при измерении напряжения ИРП на зажимах питания. Различные случаи, встречающиеся на практике, и соответствующие методы измерения для таких случаев представлены в таблице А.1.

В А.2 представлены случаи, когда распространение помехи от испытуемого ТС может происходить:

a) за счет наводки вдоль подключенных сетевых проводов (на эквивалентных схемах представлены параметрами и );

b) за счет излучения и связи с подключенными сетевыми проводами (на эквивалентных схемах представлены параметрами и ).

Преобладание кондуктивных или излучаемых составляющих ИРП будет в некоторой степени зависеть от размещения испытуемого ТС относительно опорного заземления (в частности, от способа подключения к опорному заземлению) и вида проводов между испытуемым ТС и ЭСП (экранированный или неэкранированный кабель).

А.2 Классификация возможных случаев

А.2.1 Хорошо экранированное ТС с недостаточной фильтрацией (см. рисунки А.1, А.2)

В этом случае преобладает кондуктивная составляющая ИРП, отображаемая током . Ток проходит от испытуемого ТС к эквиваленту сети питания. Соответственно, напряжение возрастает с увеличением емкости между экраном испытуемого ТС и опорным заземлением (см. рисунок А.1). Напряжение будет максимальным ( = = ), когда полное сопротивление линии возврата тока будет минимальным, если емкость будет непосредственно "закорочена" или за счет применения экранированных кабелей питания испытуемого ТС (см. рисунок А.2 и раздел А.3).

"Рисунок А.1 - Хорошо экранированное ТС с недостаточной фильтрацией (эквивалентная схема 1)"

"Рисунок А.2 - Хорошо экранированное ТС с недостаточной фильтрацией (эквивалентная схема 2)"

А.2.2 ТС с хорошей фильтрацией, но с неполным экранированием (см. рисунки А.3, А.4)

В этом случае ток ИРП, идущий к сети питания, уменьшается практически до нуля и преобладающим фактором по сравнению с напряжением на ЭСП, может быть излучение от щелей в неполном экране или выступающего проводника, действующего как антенна.

Этот эффект моделируется емкостью , включенной между ЭДС внутреннего источника помех и опорным заземлением. Ток проходит через емкость . Часть тока , которая проходит через емкость на опорное заземление, возвращается через емкость , а другая часть тока возвращается через ЭСП. Если провода питания не экранированы (см. рисунок А.3) и полное сопротивление емкости больше, чем полное сопротивление (Z) ЭСП (выполняется условие ), тогда ток почти равен току и напряжение почти равно .

Если емкость увеличивается и шунтирует сопротивление Z, то напряжение будет уменьшаться. В пределе, когда будет "закорочена" за счет влияния экранированных проводов питания испытуемого ТС (см. рисунок А.4), ток не проходит через сопротивление Z, и напряжение будет равно нулю.

"Рисунок А.3 - ТС с хорошей фильтрацией, но с неполным экранированием (эквивалентная схема 3)"

"Рисунок А.4 - ТС с хорошей фильтрацией, но с неполным экранированием (эквивалентная схема 4)"

А.2.3 Общий практический случай

На практике и экранирование и фильтрация всегда не идеальны. По этой причине два указанных выше фактора действуют одновременно и можно рассмотреть следующие случаи.

А.2.3.1 Подача питания через экранированные провода

Ток , вызванный эффектом излучения, протекает в цепи, замыкаемой через опорное заземление, внешние поверхности экрана ЭСП и провода сети питания. Поэтому на сопротивление Z не выделяется напряжение от этого тока.

Напряжение , существующее на сопротивлении Z, определяется исключительно током , инжектированным в провода сети питания и возвращающимся через внутренние поверхности экранов ЭСП и этих проводов. Тогда напряжение максимально:

.

"Рисунок А.5 - Общий случай подачи питания к ТС (эквивалентная схема 5)"

А.2.3.2 Подача питания через неэкранированные провода при наличии фильтра

Если испытуемое ТС снабжено эффективным фильтром низких частот (ФНЧ), а экран этого фильтра подключен непосредственно к экрану (корпусу) испытуемого ТС, то ток , идущий от источника в провода сети питания, будет отфильтрован.

Для случая, представленного на рисунке А.6, при условии, что , ток , обусловленный излучением, возвращается через сопротивление Z и провода сети питания. Тогда напряжение , существующее на сопротивлении Z, обусловлено только эффектом излучения.

"Рисунок А.6 - Подача питания через неэкранированные провода при наличии фильтра (эквивалентная схема 6)"

А.2.3.3 Подача питания через неэкранированные провода (см. рисунок А.7)

Если исключить фильтр, изображенный на рисунке А.6, то ток от источника будет проходить по проводам питания испытуемого ТС (см. рисунок А.7).

По сравнению со схемой рисунка А.5 (где имеет максимально возможное значение при питании ТС без фильтра через экранированные провода) значение в схеме рисунка А.7 (питание ТС без фильтра через неэкранированные провода) существенно снизится.

Если , то справедливо соотношение

.

Ток будет таким же, как в предыдущих случаях, но так как проводники не экранированы, ток проходит также через сопротивление Z и провода сети питания. Тогда напряжение U на ЭСП будет обусловлено наложением токов и .

Если электродвижущие силы и создаются общим внутренним источником, эти токи синхронизированы и напряжение U зависит не только от модуля ЭДС, но и от фазы.

На некоторых частотах токи и могут быть противофазны и, если они имеют приблизительно одинаковые амплитуды, напряжение U будет очень мало, хотя токи и при этом могут быть весьма велики. Более того, если частота помехи меняется, то может меняться и разность фаз токов и , в результате чего напряжение U будет быстро и существенно изменяться.

"Рисунок А.7 - Подача питания через неэкранированные провода (эквивалентная схема 7)"

А.3 Методика заземления

Следует считать, что подключение испытуемого ТС к заземлению выполняют посредством соединения экрана проводов питания с опорным заземлением.

Это единственное корректное решение, при котором обеспечивается заземление, позволяющее различать два вида токов и , указанных выше. Такой подход можно использовать на всех частотах без исключения.

На частотах ниже 1,6 МГц можно получить практически тот же результат, если соединение с опорным заземлением выполняют коротким проводом (не более 1 м), проходящим параллельно сетевому проводу на расстоянии не более 10 см.

На частотах выше нескольких мегагерц такой упрощенный подход надо использовать с осторожностью, особенно на более высоких частотах. Рекомендуется во всех случаях использовать экранированные провода. На более высоких частотах может потребоваться учет полного сопротивления проводов.

А.4 Условия заземления

А.4.1 Общие положения

А.4.1.1 Общие правила

Из сказанного выше следует, что результат измерения напряжения на ЭСП существенно зависит от того, каким образом корпус испытуемого ТС соединен с заземлением. Поэтому необходимо детально определить условия этого соединения.

Принципиальное действие заземления состоит главным образом в разделении токов и и возможном противодействии влиянию этих токов на измерительную аппаратуру (которая измеряет напряжение U на сопротивлении Z). В предельном случае при непосредственном соединении корпуса испытуемого ТС с заземлением происходит шунтирование емкости , вследствие чего значения тока и напряжения будут максимальны. При этом ток , вызванный эффектом излучения, полностью проходит через эту короткозамкнутую цепь и напряжение будет равно нулю.

На основании сказанного можно сформулировать следующие правила.

Следует всегда применять непосредственное заземление ТС при испытании:

a) неизлучающего ТС (например, двигателя), т.к. в этом случае измерение дает максимальное значение напряжения помех, которое может существовать в условиях эксплуатации;

b) излучающего ТС с неполной фильтрацией, когда нет требования измерить напряжение, вызванное эффектом излучения, и нужно измерить только напряжение помех, обусловленное непосредственной наводкой на провода:

1) оценка эффективности фильтра (например, для схем развертки телевизионных приемников);

2) оценка в лабораторных условиях реальных помех, создаваемых ТС, излучение которых при нормальной работе будет подавлено за счет экранирования (например, трансформатор системы зажигания топлива для бойлеров).

А.4.1.2 Непосредственное заземление

Непосредственное заземление не должно применяться при испытании ТС в соответствии с перечислением b.1) А.4.1.1, а также для ТС с качественной фильтрацией, создающего значительное излучение (например, озонатор, медицинская установка с демпфированными колебаниями, дуговые сварочные агрегаты и т.п.).

Во всех этих случаях напряжение на ЭСП при непосредственном заземлении весьма мало, а без такого заземления напряжение помех может быть большим и неустойчивым. Чтобы избежать некорректных измерений, может потребоваться выполнить заземление через стандартизованные полные сопротивления для имитации реального полного сопротивления проводника защитного заземления, например, с помощью дросселя защитного заземления, который дополнительно обеспечивает некоторую развязку с некачественным соединением защитного провода и заземления (см. вторую часть таблицы А.2).

Примечание - Полное сопротивление такого "электрически длинного" провода в случае ТС класса защиты I обычно равно полному сопротивлению сетевой модели, принятому в качестве оконечной нагрузки для сетевых зажимов ТС, которое обеспечивается ЭСП (параллельно соединенные индуктивность 50 мкГн и резистор 1 Ом). При больших токах (чтобы избежать трудностей с отводом тепла) эквивалент может состоять только из индуктивности 50 мкГн.

А.4.1.3 Отсутствие заземления

При отсутствии какого-либо заземления напряжение на ЭС обусловлено сложением токов и . Измерение можно считать выполненным только в том случае, когда один из этих токов уменьшается до нуля, или когда испытуемое ТС очень хорошо экранировано, но имеет неполную фильтрацию (например, двигатели), или когда ТС имеет очень хорошую фильтрацию, но создает излучение (например, телевизионный приемник, озонатор и т.п.).

Примечание - Если при анализе (для ТС класса защиты I) необходимо уменьшить ток а полное сопротивление (согласно примечанию в А.4.1.2) несущественно, то в контур проводника заземления можно установить ВЧ дроссели с большим полным сопротивлением (индуктивность 1,6 мГн).

Обычно измерение дает возможность определить полное значение ИРП, не позволяя произвести какое-либо разделение составляющих по их физической природе. При этом результаты справедливы только для тех условий, которые существовали во время испытания. Эти условия должны быть четко определены. Должны быть указаны значения емкости различных элементов испытуемого ТС относительно опорного заземления (например, емкость линии передачи от антенны в случае ТВ приемника).

Кроме того, измерение на одной произвольной частоте могут не быть репрезентативными, если на этой частоте токи и находятся в противофазе. В этом случае необходимо провести измерения в некоторой полосе частот.

А.4.2 Классификация типовых условий испытаний

В таблицах А.1 и А.2 обобщены различные условия испытаний и указаны виды ТС, испытываемые в этих условиях. В таблицах также указана физическая природа напряжения ИРП U, измеряемого на сопротивлении эквивалента сети питания (Z). Приведены рекомендации, которые необходимо выполнить при проведении измерений.

А.5 Подключение ЭСП в качестве пробника напряжения

Измерения кондуктивных ИРП от испытуемых ТС с большими рабочими токами могут вызывать трудности.

Для полосы частот от 9 до 150 кГц (и до 30 МГц) существуют ЭСП с номинальным током приблизительно 25 А.

ЭСП для полосы частот от 150 кГц до 30 МГц (индуктивность 50 мкГн и параллельно ей резистор 50 Ом), как правило, имеют номинальный ток до 200 А.

ТС с более высоким номинальным значением тока можно испытывать, используя ЭСП в качестве пробника напряжения. Такое альтернативное решение также полезно при измерении на месте эксплуатации ТС, если на этот метод имеется ссылка в применяемом стандарте, распространяющемся на продукцию.

"Рисунок А.8 - Конфигурации испытаний с применением ЭСП"

Таблица А.1

Метод подключения	ТС и его характеристики					Измеряемая величина	Детали, касающиеся измерений
	Примеры ТС	Важнейшие характеристики
		Заземление	Излучение	Фильтрация
	Двигатели, бытовые электроустановки		Слабое		Умеренная	Реальная помеха (уменьшенная), обусловленная только инжектируемым током	Уровень ИРП зависят# от значения емкости Необходимо точно задать положение установки относительно заземления или указать значение
						Реальная помеха, обусловленная только током излучения
	Озонаторы Медицинские установки Дуговая сварка ТВ приемники (развертка)		Сильное		Очень хорошая	Реальная помеха, обусловленная только током излучения
		Без заземления			Умеренная	Полная помеха от совмещения двух вышеуказанных воздействий и
						Два воздействия и на определенных частотах могут быть в противофазе	Измерение следует повторить, меняя частоту
		Заземление подключено			Очень хорошая	Реальная помеха, существующая при наличии провода заземления типовой длины	Положение установки относительно заземления должно быть выбрано так, чтобы

Таблица А.2

Метод подключения	Тип ТС	Измеряемая величина	Примеры ТС	Детали, касающиеся измерений
	Неизлучающие установки с зажимом заземления	Максимальная реальная помеха (емкость "закорочена")	Все двигатели с зажимом заземления
	Излучающие установки (когда требуется измерить только помехи от тока, проходящего в сеть питания)	Проверка эффективности экранирования	ТВ приемники, Мед. установки, Озонаторы, Дуговая сварка
		Реальная помеха от установки, которая при типовых условиях эксплуатации должна быть хорошо экранирована	Трансформаторы, система зажигания масляных горелок. Часть экранированной сборки, испытываемая отдельно
	Установки с плохой фильтрацией (когда требуется измерить только помехи, создаваемые излучением)	Проверка эффективности экранирования	ТВ приемники, ВЧ промышленные установки	Положение установки относительно заземления должно быть выбрано так, чтобы
		Реальная помеха от установки, которая при типовых условиях эксплуатации должна быть снабжена эффективным фильтром	Люминесцентные светильники