CC BY
127
УДК: 621.31.002
КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ НА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И ЭНЕРГООБЪЕКТАХ
Корчагин В.А., аспирант,
ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,
г. Москва
Одной из основных сложностей на пути внедрения на энергообъектах цифровой аппаратуры защиты, автоматики, управления, сигнализации и связи является необходимость обеспечения ее электромагнитной совместимостью (ЭМС) с электромагнитной обстановкой (ЭМО). В статье рассмотрены методы оценки электромагнитной обстановки на энергообъектах, на основании которых сделан вывод, что при оценке ЭМО следует, в первую очередь, применять методы, основанные на натурных измерениях.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость (ЭМС), электромагнитная обстановка (ЭМО), оценка заземляющего устройства (ЗУ)
Одной из основных сложностей на пути внедрения на энергообъектах цифровой аппаратуры защиты, автоматики, управления, сигнализации и связи является необходимость обеспечения ее электромагнитной совместимостью (ЭМС) с электромагнитной обстановкой (ЭМО). Острота проблемы объясняется сравнительно низкой помехоустойчивостью цифровой аппаратуры, с одной стороны, и недостаточным вниманием к проблеме ЭМС при проектировании многих объектов, с другой.
Как правило, ЭMO на энергообъектах определяется следующими факторами [1]: потенциалы на элементах заземляющею устройства (ЗУ) при коротких замыканиях и грозовых разрядах; наводки на информационные цепи и цепи питания при грозовом разряде; импульсные поля и помехи при коммутациях силового электрооборудования; высокочастотные импульсные поля и помечи при коммутациях электрооборудования малой мощности (реле, контактоpы, щетки электродвигателей и т.п.); низкочастотные электрические и магнитные поля при штатных и аварийных режимах работы силового электрооборудования; провалы, прерывания и выбросы напряжения питания при коммутации мощных потребителей и авариях; высокочастотные поля от мощных
полупроводников выпрямителей и конверторов, а также различных радиопередатчиков, включая портативные радиостанции; электростатический разряд.
Набор параметров, контролируемых в ходе оценки ЭМО, должен позволять прогнозировать уровни основных видов помех.
Результаты проверки эксплуатационного состояния ЗУ с точки зрения ЭМС должны позволять выполнить оценку следующих величин: максимальных значений потенциалов точек ЗУ; максимальных значений разностей потенциалов между точками ЗУ при коротких замыканиях и (желательно) грозовых разрядах.
В нормативной документации для оценки состояния ЗУ обычно используется понятие сопротивления растеканию, или просто сопротивления ЗУ. Смысл понятия сопротивления растеканию с точки зрения ЭМС очень прост. Рассмотрим, например, кабель связи, соединяющий рассматриваемый объект с удаленным узлом связи. При коротком замыкании с возвратом тока в энергосистему к кабелю будет приложен потенциал, близкий к произведению сопротивления растеканию на ток КЗ. Согласно ПУЭ, этот потенциал может достигать 5—10 кВ.
Не меньшее значение имеют перепады потенциала в пределах единого ЗУ. Ясно, что перепады потенциалов в пределах ЗУ будут воздействовать на кабели управления и сигнализации, проходящие по территории объекта. Для характеристики перепадов потенциала в пределах ЗУ традиционно используются понятия напряжения шага и напряжения прикосновения. Эти понятия введены из соображений электробезопасности персонала и не учитывают специфики ЭМС.
На практике часто используется метод, заключающийся в прогрузке током от генератора аппаратов и конструкций, присоединенных к ЗУ объекта. Второй полюс присоединяется к некоторой опорной точке в пределах ЗУ. Обычно в качестве такой точки выбирается нейтраль одного из трансформаторов. В этом случае можно говорить, что моделируется КЗ в пределах объекта с возвратом ока к нейтрали собственного трансформатора. Измеряется потенциал прогружаемого аппарата (конструкции) относительно удаленной земли. Легко понять, что при измерениях сопротивлений растеканию и сопротивлений оснований имитируются два предельных случая коротких замыканий: с полным возвратом тока в систему; с полным возвратом тока к нейтрали одного из собственных трансформаторов объекта.
Результаты измерений сопротивлений оснований на подстанции KC-220 Смоленскэнерго показывают, что некоторые электроаппараты и конструкции имеют повышенное сопротивление основания, что свидетельствует об их
неудовлетворительной связи с ЗУ объекта. Потенциалы таких аппаратов относительно релейного щита, к которому подходит большая часть вторичных кабелей, могут составлять десятки и даже сотни кВ. В то же время сопротивление растеканию ЗУ невелико. Аналогичная картина наблюдается и на большинстве других обследованных энергообъектов. Основной причиной подобных недостатков является коррозия заземлителей, приводящая к уменьшению их эффективного поперечного сечения и даже полному разрыву отдельных металлических связей. Свою лепту вносят также некачественная сварка и недостатки проекта.
Расчетное определение потенциалов на элементах ЗУ требует учета ряда факторов: влияния неравномерности распределении потенциала по ЗУ на величины токов, стекающих с его элементов; активной и реактивной составляющих импедансов отдельных заземлителей; влияния поля провода с током КЗ на распределение токов в элементах ЗУ; реальной схемы ЗУ; сечений заземлителей; реальных параметров почвы с учетом сезонных изменений; при грозовом разряде нужно использовать аппарат гармонического анализа и учитывать нелинейность характеристик грунта. Результаты пробных расчетов показывают, что учет перечисленных факторов позволяет обеспечить приемлемую точность определения потенциалов. Относительно правдоподобная информация о сечениях заземлителей имеется лишь для новых объектов, где влияние коррозии еще незначительно. Известны, однако, случаи повышения сопротивления оснований из-за некачественной сварки. Поэтому даже для новых объектов проведение натурных измерений необходимо.
Существующие методы оценки потенциалов на элементах ЗУ и помех во вторичных кабелях носят приближенный характер. Так, использование специальных генераторов импульсов для имитации грозовых разрядов неточно из-за влияния поля провода с током на распределение тока в земле и заземлителях. Ограничения расчетных методов рассмотрены выше. Поэтому до последнего времени при оценке грозозащиты в основном проверялось выполнение требований существующей нормативной документации [2], основанных на эмпирических данных и расчетах. Обследование энергообъектов показывает, что часто имеют место грубые нарушения существующих требований. Например, расстояние от элементов грозозащиты до кабельных каналов часто составляет менее 1 м, причем в некоторых случаях молниеотводы заземляются прямо на металлоконструкции кабельных каналов.
Результаты измерений показывают, что наиболее опасным источником коммутационных помех на энергообъектах является работа разъединителей.
Для измерения импульсных помех при работе разъединителей использовался осциллограф с максимальной частотой дискретизации 1 ГГ ц. Это обеспечило хорошую повторяемость результатов при многократных коммутациях одного и того же разъединителя. При использовании низкочастотных осциллографов наблюдается разброс результатов по причине потери отдельных максимумов кривой. Максимальные зафиксированные уровни помех при работе разъединителей составляют более 5 кВ. Типичные значения намного меньше - порядка нескольких сотен кГц до десятков МГц.
В процессе измерения коммутационных помех от разъединителей были зафиксированы импульсные помехи при срабатывании электромеханических устройств типа реле, контакторов, приводов выключателей и т.п. Из-за своего высокочастотного характера (сотни МГ ц), такие помехи легко проникают через индуктивные и емкостные связи. Поэтому их можно обнаружить практически в любых цепях, включая цепи межмашинного обмена цифровой информацией. Амплитуда таких помех сравнительно невысока (сотни вольт), однако сама возможность появления заметных помех в коротких цепях, проходящих внутри помещений, вызывает определенные опасения.
Обычно силовое электрооборудование создает помехи на промышленной частоте и ее гармониках. Исключением можно считать работу мощных полупроводников выпрямительных и преобразовательных устройств, создающих также и высокочастотные помехи. Как правило, низкочастотные электрические и магнитные поля не представляют серьезной угрозы для микропроцессорной аппаратуры. Исключением являются, пожалуй, лишь экраны на базе ЭЛТ. Кроме того, есть данные о негативном влиянии таких полей на здоровье персонала [3].
Для измерения полей при нормальной работе объекта могут использоваться существующие приборы (например, ИПМ, ИПЭ). Поля при КЗ определяются расчетным путем. При этом рекомендуется учитывать искажение поля за счет влияния земли с учетом конечной проводимости последней.
Для оценки электромагнитной обстановки на энергообъектах следует, в первую очередь, применять методы, основанные на натурных измерениях. Эффективное использование расчетных методов для существующих объектов требует знания геометрии ЗУ и эффективных поперечных сечений заземлителей. Определение реальной схемы ЗУ, в принципе, возможно. Однако определение эффективных поперечных сечений заземлителей без масштабного вскрытия грунта пока недоступно. Для своевременного отслеживания изменений ЭМО необходимо проведение
периодического контроля ЭМО на объектах (раз в 3-5 лет) и внеочередного при реконструкциях.
Литература
1. Guide on EMC in Power Plants and Substations CIGRE Publ. 124, 1997.
2. РД 34.20.116—93 «Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех», готовится новая редакция. М.: РАО «ЕЭС России».
3. Электромагнитное загрязнение окружающей среды и здоровье населения России. М.: «Российская ассоциация общественного здоровья», 1997.
