Приложение F (справочное). Снижение перенапряжений за счет качественного заземления и оптимальной прокладки кабелей

Приложение F
(справочное)

Снижение перенапряжений за счет качественного заземления и оптимальной прокладки кабелей

Перенапряжений можно избежать многими способами, реализуемыми на обеспечение ЭМС: надлежащие кабельные соединения, надлежащий выбор кабелей с низким импедансом, надлежащий выбор кабельных трасс (маршрутизация кабелей) и положительным воздействием системы заземления. В настоящем приложении F.1 приведены практические примеры реализации этих принципов для заземления и кабельных соединений.

F.1 Общие принципы

Во-первых, четкое различие должно быть сделано между цепями для рассматриваемого сигнала или питания с одной стороны, и цепями по которым протекают токи возмущений. Связь между этими цепями определяется импедансом передачи ., который должен быть выбран таким образом, чтобы снизить до приемлемого уровня передаваемые возмущения.

Второе важное понятие это параллельный проводник заземления (РЕС). Этот проводник обеспечивает путь для токов возмущения. В качестве него может быть использован кабельный экран или даже броня кабеля, которая не предназначена для использования в качестве экрана, но все же обеспечивает хорошую защиту, если ее присоединить должным образом.

Третье понятие касается корпуса ЭМС для защиты электронного оборудования от всевозможных электромагнитных возмущений. Пример такого обеспечения приведен ниже.

F.2 Корпус ЭМС

На рисунке F.1 приведен принцип корпусного обеспечения ЭМС. Основное действие этого корпуса ЭМС обеспечить путь для возмущений или токов общего режима, достигающих оборудования через кабели. У этого пути должен быть низкий импеданс передачи относительно оборудования. С этой целью, все кабельные экраны тщательно и полностью соединяются с задней панелью. Питание подается через фильтр F также смонтированный в этой панели; фильтр должен обеспечить путь для тока общего режима к задней панели. Сетевой фильтр, который используется в корпусе, может также содержать защитные устройства от импульсных перенапряжений. Другие неэкранированные кабели должны также входить через соответствующие и правильно смонтированные фильтры. Переднюю сторону корпуса ЭМС можно оставить открытой. Никакие кабели или другие проводники не должны входить в корпус через переднюю открытую сторону.

Рисунок F.1 - Обеспечение электромагнитной совместимости электронного оборудования с токами в кабелях обычного вида

F.3 Обеспечение защиты соответствующими кабельными соединениями

В качестве примера применения соответствующих методов выполнения кабельных соединений на снижение взаимодействий ниже описывается эксперимент, который был выполнен на стороне высокого напряжения (ВН) подстанции. Приведенные результаты являются обобщающими и могут также быть применены ко многим другим установкам, где могут произойти взаимодействия между системами: телекоммуникации, радиостанции, компьютеры и т.д.

Автоматический выключатель (СВ на рисунке F.2) соединяет преобразователь ВН со сборными шинами на 150 кВ. Первый пробой на стороне ВН вызывает крутой передний фронт. Многократные отражения в системе ВН искажают этот передний фронт, превращая его в интенсивную высокочастотную волну воздействия (приблизительно 400 кГц, 250 А). Контур для высокочастотного (HF) источника тока включает - вывод ВН, паразитную емкость трансформатора относительно его металлических частей; и путь возврата тока к системе ВН через землю.

Рисунок F.2 - Влияние коммутационных перенапряжений обычного вида

Первоначально температурный датчик был смонтирован наверху трансформатора рисунок F.2. Температурный сигнал к диспетчерской передается по двухпроводной линии. Действие СВ привело к возникновению напряжения общего режима в несколько киловольт между проводами (в точке D на рисунке F.2) и соседней землей в диспетчерской. Это перенапряжение вызвало настоящие проблемы в конкретной установке.

Замыкание автоматического выключателя СВ вызывает кольцевую волну с крутым передним фронтом в системе ВН. Эта волна может также быть сгенерирована конденсаторным разрядом. Во вторичном контуре A-B-C-D из-за протекания тока ; возникает большое напряжение U между точками D и С в диспетчерской. Дополнительные проводники, заземленные в точке А или В на трансформаторе и в точке С в диспетчерской, существенно уменьшают напряжение возмущения.

В эксперименте эти два провода для температурного датчика были заменены кабелем, проложенным по той же самой трассе. Кабель был накоротко присоединен вверху трансформатора рисунок F.2. Основной возмущающий ток был сгенерирован конденсаторным разрядом HF источника на выходе ВН; этот источник производит подобные возмущения и без повторного включения СВ. На этой установке было измерено возмущающее напряжение 2,3 кВ в диспетчерской между точками D и С на рисунке F.2, из-за взаимной индукции между основным устройством цепи и цепью A - D-земля в С-земля около точки В.

Единственный вывод в кабеле был тогда соединен между точкой А и С (заземленный и в точке А и В точке С); это привело к четырехкратному сокращению возмущающего напряжения (см. рисунок F.3). Грубо намотанная стальная броня кабеля использовалась в качестве экрана, и была заземлена в точках А и С рис. F.2. Это понизило возмущающее напряжение еще больше.

Рисунок F.3 - Измерение напряжения в диспетчерской на кабеле, закороченном на первичной стороне трансформатора. Токи обычного вида для различных параллельных заземляющих проводников между точками А и С.

Наконец этот кабель (броня, все еще соединенная в точке А), был проложен в стальном кабелепроводе, заземленном в точках В и С. Полученное возмущение напряжения в конфигурации (d) было уменьшено до 1В, от начальных 2,3 кВ, полученных для конфигурации (а).

Этот эксперимент дает единственное решение, - это применение брони, и применение брони усиленное действием кабелепровода в качестве параллельного проводника заземления (РЕС). В приведенном случае импеданс заземленного контура уменьшается, что показывает увеличение тока через РЕС (рисунок F.3). Импеданс передачи РЕС-проводника уменьшается намного быстрее и до такой степени, что самое низкое напряжение, измеренное в этих четырех случаях, произошло в последнем случае (d) при включении самого большого тока.