ГОСТ Р 51317.4.12-99 (МЭК 61000-4-12-95) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к колебательным затухающим помехам. Требования и методы испытаний

     
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)

     
Сведения о КЗП. Выбор вида испытаний

А.1 Одиночные КЗП

Одиночные КЗП представляют собой переходные процессы в форме затухающих колебаний, возникающие в низковольтных линиях в результате переключений в электрических сетях и коммутации нагрузок, при авариях и пробоях изоляции в системах электроснабжения, и при молниевых разрядах. Указанные процессы являются наиболее распространенным видом помех в электрических сетях (высокого, среднего и низкого напряжения), а также в линиях передачи сигналов и управления.

Одиночные КЗП характерны как для жилых, так и для промышленных зон. Они пригодны для проверки помехоустойчивости ТС по отношению к колебательным переходным процессам, представляющим собой процессы, характеризующиеся малым временем нарастания импульса, которое составляет от 10 нс до долей микросекунды, и последующими колебаниями, длительность которых может составлять от 10 до 100 мкс. Время нарастания импульса и продолжительность колебаний могут изменяться в зависимости от параметров среды распространения помехи.

Распространение в линиях (электропитания и передачи сигналов) помех, имеющих резкий фронт и колебательный характер, сопровождается отражениями, обусловленными несогласованностью полных сопротивлений, подключением защитных устройств, линейных фильтров и т.д. При указанных отражениях возникают колебания, частота которых зависит от скорости распространения волны. Факторами, влияющими на характер процесса, являются также распределенные емкости таких элементов, как электродвигатели, обмотки трансформаторов и т.д. Фронт импульса имеет тенденцию к сглаживанию вследствие частотных характеристик линий, по которым распространяется помеха; этот фактор в большей степени влияет на импульсы с малым временем возрастания (порядка 10 нс) и в меньшей степени - на импульсы с временем возрастания порядка долей микросекунды.

В целом, как показывают результаты исследований, представительным для большинства условий эксплуатации является колебательный переходный процесс на портах ТС, имеющий время нарастания 0,5 мкс и частоту колебаний 100 кГц.

Другой причиной возникновения одиночных КЗП являются импульсные напряжения и токи молниевых разрядов, характеризуемые односторонней формой. При непрямом воздействии указанных разрядов на линии (вследствие индуктивной связи между линиями) их влияние пропорционально производной от первичного импульса. Механизм связи приводит, с учетом частотного спектра первичного импульса, к возникновению колебаний, характеристики которых, помимо условий распространения помехи по низковольтным электрическим линиям, зависят также от параметров устройств заземления и характеристик металлических конструкций, по которым распространялся ток молнии.

В отношении первичных импульсов, являющихся причиной возникновения одиночных КЗП, документы МЭК устанавливают стандартные параметры импульса 1/50 мкс. Испытания на устойчивость к одиночным КЗП с применением ИГ с малым выходным сопротивлением и испытания на устойчивость к стандартным импульсам 1/50 мкс (испытания на устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии) могут рассматриваться как взаимодополняющие друг друга.

Ниже приведены сведения о параметрах одиночных КЗП, относящиеся к проведению испытаний.

а) Частота повторения

Частота повторения КЗП непосредственно зависит от вероятности явлений, вызывающих появление КЗП. Указанная вероятность является большей для таких явлений, как переключения электрических нагрузок, и меньшей для возникновения аварийных ситуаций и молниевых разрядов. В реальных условиях частота повторения КЗП может изменяться от 1/с до 1/мес или 1/год. Для целей испытаний, учитывая, что существует предельное число воздействий, которые могут быть поданы на ИТС, частота повторения КЗП порядка 1/с может считаться приемлемой в отношении таких явлений, как переключения электрических нагрузок, имеющих большую вероятность возникновения.

Частота повторения КЗП при проведении испытаний может быть увеличена для сокращения продолжительности испытаний. Выбор частоты повторения должен быть осуществлен с учетом указанных в технической документации на ИТС параметров устройств защиты от импульсных помех, применяемых при проведении испытаний.

б) Фазовый угол

Аварийные нарушения функционирования ТС, вызванные воздействием одиночных КЗП на порты электропитания переменного тока, могут зависеть от фазового угла воздействия помехи по отношению к частоте сети электропитания. Если при воздействии КЗП возникает разряд в устройстве защиты от помех, то  электрический ток, проходящий от подключенного источника электропитания через устройство защиты, продолжается в течение и после окончания испытательного разрядного тока.

Для полупроводниковых элементов указанное явление возникает в зависимости от состояния проводимости во время воздействия КЗП устройств ИТС, которые содержат полупроводниковые элементы, и определяется такими параметрами полупроводниковых элементов, как характеристики восстановления и качество функционирования после пробоя.

в) Изменение полярности

Чувствительность полупроводниковых элементов к времени воздействия и полярности импульсов является одной из причин выбора переходных колебательных помех в качестве испытательных воздействий для оценки помехоустойчивости, так как указанные помехи могут нарушить функционирование полупроводниковых элементов с большей вероятностью, чем импульсы односторонней формы. Для изучения вопросов пробоя полупроводниковых элементов при различных условиях нагрузки и воздействия импульсных перенапряжений проводят соответствующие исследования. Приведенные ниже результаты относятся к воздействию импульсов различной полярности на полупроводниковые диоды. При подаче КЗП в момент времени, соответствующий максимальному значению обратного напряжения на полупроводниковом диоде, среднее напряжение пробоя составляет 1800 В. При подаче КЗП в моменты времени, соответствующие фазовым углам 30 и 90 град после начала проводимости, уменьшение среднего напряжения пробоя составляет 33 и 50% соответственно. Аналогичные исследования подтверждают, что значения напряжения пробоя в условиях приложения импульсных обратных напряжений в течение периода проводимости зачастую меньше, чем в условиях приложения тех же импульсных напряжений в период блокирования.

А.2 Повторяющиеся КЗП

Возникновение повторяющихся КЗП связано с переключением высоковольтных шин на открытых электрических подстанциях высокого и среднего напряжения и с операциями переключений в электрических сетях промышленных предприятий.

На электрических станциях включение и выключение высоковольтных шин приводит к малому времени нарастания переходного колебательного процесса, имеющему величину порядка нескольких десятков наносекунд. На величину максимального напряжения повторяющихся КЗП оказывают влияние отражения, обусловленные несогласованностью полных сопротивлений высоковольтных шин, по которым распространяются помехи. По этой причине результирующие напряжение и ток помехи в высоковольтных шинах характеризуются основной частотой колебаний, которая зависит от длины цепи и времени распространения.

Частота колебаний повторяющихся КЗП может изменяться приблизительно от 100 кГц до нескольких мегагерц для открытых электрических подстанций в зависимости от влияния параметров, указанных выше, и длины высоковольтных шин, которая может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен метров (максимальная длина может достигать 400 м). Поэтому частота повторяющихся КЗП, равная 1 МГц, может рассматриваться в качестве представительной для большинства условий эксплуатации и, вместе с тем, частота 100 кГц рассматривается как соответствующая условиям больших электрических подстанций высокого напряжения.

Частота повторения КЗП может изменяться от нескольких герц до нескольких килогерц в зависимости от расстояния между контактами разъединителя, т.е. при малом расстоянии между контактами частота повторения максимальна, а при расстоянии между контактами, близком к тому, при котором происходит прекращение электрической дуги, частота повторения минимальна и равна (для каждой фазы) удвоенной частоте сети.

Выбранные частоты повторения 40 и 400 Гц являются, следовательно, компромиссными значениями, учитывающими различную продолжительность помех, вероятность различных частот повторения и влияние энергии воздействующих помех на ИТС.

На промышленных предприятиях повторяющиеся КЗП могут генерироваться в результате коммутационных переходных процессов. Время нарастания импульса и частота колебаний повторяющихся КЗП, выбранные для проведения испытаний на помехоустойчивость, находятся в удовлетворительном соответствии с частотными характеристиками систем электроснабжения промышленных предприятий.

А.3 Выбор видов испытаний

Выбор вида испытаний (на устойчивость к одиночным или повторяющимся КЗП или тем и другим) осуществляют с учетом характеристик помех, определяющих электромагнитную обстановку при эксплуатации ТС.

Испытания на устойчивость к одиночным КЗП имитируют воздействие на ИТС одиночного переходного колебательного процесса с малыми вероятностью его появления и частотой повторения; указанные испытания позволяют проконтролировать взаимодействие между испытуемой цепью ИТС и окружающей электромагнитной обстановкой, но в меньшей степени обеспечивают обнаружение нарушений функционирования ИТС при воздействии помех.

Испытания на устойчивость к повторяющимся КЗП имитируют воздействие на ИТС периодически повторяющихся колебательных переходных процессов, что облегчает обнаружение нарушений функционирования ИТС в различных условиях применения.