 |
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Современное состояние НТД
Повсеместное внедрение микропроцессорной (МП) аппаратуры на энергетических и
промышленных объектах требует решения проблем электромагнитной совместимости
(ЭМС). Эти вопросы неоднократно поднимались на страницах нашего журнала (www.news.elteh.ru). Во многих материалах отмечалась необходимость соответствующей поддержки в виде нормативно-технической документации.
Сегодня наши постоянные авторы Михаил Вячеславович Матвеев и Михаил Борисович Кузнецов делают обзор доступной НТД в области ЭМС и отмечают основные особенности имеющихся
документов.
Михаил Матвеев, к.ф.-м.н., Михаил Кузнецов, к.ф.-м.н., ООО «ЭЗОП», г. Москва
В данной статье, говоря об ЭМС, мы будем, как правило, подразумевать ЭМС в электроэнергетике. Ситуация с ЭМС в этой отрасли
показательна в силу двух причин. Во-первых, в ней присутствуют,
пожалуй, все основные виды помех, рассматриваемые на сегодня в
стандартах и литературе. При этом в силу сравнительно близкого расположения источников и приемников помех опасность влияния помех
высока. Как показывает практика, уровни помех при КЗ, молниевых
разрядах, оперативных переключениях иногда оказываются достаточными для того, чтобы не только нарушить работу МП устройств
защиты и автоматики, но и вызвать повреждения традиционных
электромеханических устройств или даже повреждение изоляции
вторичных цепей. Во-вторых, в электроэнергетике накоплен значительный опыт решения проблем ЭМС на электрических станциях и
подстанциях.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭМС
Обеспечение ЭМС МП аппаратуры (МПА) достигается следующим
образом:
1. Обеспечивается определенный уровень помехоустойчивости аппаратуры, позволяющий применять ее в некоторой абстрактной «усредненной» электромагнитной обстановке, типичной для рассматриваемого класса объектов, в нашем случае – электростанций (ЭС) или подстанций (ПС). Соответственно возникает необходимость в нормировании как видов, так и амплитуды помех, способных воздействовать на МПА. Дополнительно нормируются процедуры
проверки соответствия аппаратуры требованиям устойчивости к
помехам. Понятно, что для применения на реальных объектах должна выбираться только аппаратура, удовлетворяющая требованиям
помехоустойчивости действующих стандартов.
2. Определяется электромагнитная обстановка (ЭМО) на данном
конкретном объекте. В реальности, ЭМО на ЭС и ПС может сильно
отличаться от «усредненной» ЭМО, принимаемой в стандартах
ЭМС. Иначе и не может быть, поскольку на ЭМО влияет множество
факторов – от особенностей проекта данной конкретной ЭС или
ПС до грозовой активности в регионе, величин токов КЗ, грунтовых
условий или даже недокументированных отклонений от проекта,
неизбежно возникающих в ходе строительных работ и последующей эксплуатации объекта. Необходима стандартизация методик,
оценки ЭМО на существующих объектах (преимущественно экспериментальными методами). Для проектируемых объектов необходимо описание расчетных методик, дающих проектировщику
возможность оценить (хотя бы приближенно) ЭМО еще до того, как
объект будет построен.
3. При необходимости производится улучшение ЭМО. Действительно, оценка ЭМО на существующем или проектируемом объекте
будет полезной при наличии четких рекомендаций по ее улучшению
до уровня, который позволяет применять аппаратуру, испытанную
согласно нормам ЭМС. Соответственно должны даваться типовые
решения, реализация которых позволяет обеспечить требуемое
улучшение ЭМО.
Отдельно следует отметить стандартизацию в части ограничения
эмиссии помех оборудованием. В настоящее время существуют нормы в части ограничения эмиссии помех, создаваемых электрон-
ными устройствами (в первую очередь в интересах предотвращения
загрязнения радиочастотного спектра). Естественно, возникает идея
ограничить аналогичным образом эмиссию помех силовым оборудованием – скажем, выключателями и разъединителями. Проблема,
однако, заключается в том, что уровень помех на ЭС или ПС определяется не столько особенностями тех или иных электроаппаратов,
сколько их взаимодействием в рамках единой сети. Поэтому, хотя
в некоторых случаях учет требований ЭМС при разработке силовых
электроаппаратов будет полезен, он вряд ли способен эффективно
решить проблему ЭМС сам по себе.
ДОКУМЕНТЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ МП АППАРАТУРЫ
На сегодняшний день выпущен ряд нормативных документов,
регламентирующих вопросы помехоустойчивости МПА.
Основные виды электромагнитных помех, на устойчивость к которым должна испытываться МПА, следующие:
- Микросекундные импульсные помехи большой энергии (ГОСТ Р 51317.4.5-99), возникающие при молниевых разрядах;
- Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц (ГОСТ Р 51317.4.16-2000), представляющие собой общие несимметричные напряжения, возникающие, например, как следствие протекания тока КЗ через заземляющее устройство;
- Колебательные затухающие помехи (ГОСТ Р 51317.4.12-99), возникающие при коммутационных операциях высоковольтными электроаппаратами;
- Магнитное поле промышленной частоты (ГОСТ Р 50648-94), возникающее как при штатной работе объектов (постоянно действующее поле), так и при КЗ (кратковременное поле);
- Импульсное магнитное поле (ГОСТ Р 50649-94), возникающее при молниевых разрядах;
- Наносекундные импульсные помехи (ГОСТ Р 51317.4.4-99), возникающие при коммутационных операциях как низковольтным оборудованием, так и быстродействующими высоковольтными аппаратами (например, элегазовыми);
- Радиочастотное электромагнитное поле (ГОСТ Р 51317.4.3-2006), возникающее как при штатной работе средств радиосвязи, так и при работе другой аппаратуры;
- Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями (ГОСТ Р 51317.4.6-99);
- Динамические изменения напряжения электропитания (ГОСТ Р 51317.4.11-99);
- Пульсации напряжения электропитания постоянного тока (ГОСТ Р 51317.4.17-2000);
- Электростатические разряды (ГОСТ Р 51317.4.2-99).
Кроме того, есть требования ЭМС к источникам питания (ГОСТ Р
51179-98) постоянным и переменным током для устройств телемеханики и требования ГОСТ 13109-97, определяющие нормы качества
электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения.
Хотя они не устанавливают требований к аппаратуре, эти стандарты
должны учитываться при оценке ЭМО на объектах.
В указанных ГОСТах определяются вид помехи, ее характеристики,
уровни в зависимости от класса жесткости испытаний на помехоустойчивость аппаратуры. Далее описываются методы проведения
испытаний и даются критерии, по которым интерпретируются результаты этих испытаний.
Конкретные требования к аппаратуре в зависимости от ее назначения и типов объектов, на которых она штатно размещается,
со степенями жесткости и критериями качества функционирования
перечисляются в государственных стандартах серии 51317-6.Х).
Практически все указанные ГОСТы являются слегка адаптированными версиями документов международной электротехнической
комиссии (МЭК).
ГОСТ 51317-6.5-2006
В качестве примера стандарта данной серии рассмотрим наиболее актуальный для электроэнергетики ГОСТ 51317-6.5-2006
«Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств,
применяемых на электростанциях и подстанциях», в котором регламентируются уровни помехоустойчивости МПА, устанавливаемой
на ЭС и ПС. Аналогичным документом для промышленных объектов
общего назначения является ГОСТ 51317-6.2. В указанном документе
собраны воедино требования к МП аппаратуре, определяемые с
учетом той жесткой электромагнитной обстановки, которой характеризуются ЭС и ПС. Наличие такого документа позволяет проектировщикам и эксплуатирующим организациям диктовать свои условия
поставщикам МПА, заставляя их сертифицировать свою продукцию
и повышать ее уровень помехоустойчивости.
К недостаткам ГОСТ 51317-6.5-2006 можно отнести следующие.
Во-первых, из рассмотрения выпадают такие уровни электромагнитных помех, как импульсные магнитные поля (ИМП). ИМП индуктируются токами молнии, протекающими по элементам системы молниезащиты и заземления. Отсутствие норм на уровни ИМП для объектов
электроэнергетики кажется более чем странным, в то время как ИМП
нормируются как для промышленных объектов в целом (ГОСТ 51317-
6.2), так и, например, для объектов атомной электроэнергетики (ГОСТ
Р 50746-2000). Зачастую на ЭС или ПС конструкции с молниеприемниками расположены вблизи мест размещения МПА (см. рис. 1), и
уровень ИМП вблизи аппаратуры может достигать 1000 А/м.
Во-вторых, в ГОСТ 51317-6.5-2006 недостаточно проработан
вопрос нормирования устойчивости к кондуктивным помехам на
промышленной частоте, возникающим при КЗ. ГОСТ 51317-4.16,
регламентирующий эти помехи, определяет максимальный уровень
помехоустойчивости – 100 В. Такой уровень помех может быть легко
превышен при КЗ на практически любой ЭС или ПС, да и на многих
крупных промышленных объектах (включая нефтегазовую отрасль,
например, электроприводные компрессорные станции).
При КЗ на ЭС или ПС разности потенциалов между элементами
заземляющего устройства могут достигать 1–2 кВ и даже выше. При
этом для цепей, имеющих гальваническую связь с ЗУ объекта (например для цепей ТН и ТТ), разность потенциалов на частоте 50 Гц,
возникающая между точкой заземления цепей и местом заземления
самой аппаратуры, будет приложена к входам этой аппаратуры по
схеме «провод–земля». И если изоляция кабелей способна в большинстве случаев выдержать такие перенапряжения, то сама МПА
(испытанная по максимуму – на 100 В) может работать со сбоями
или даже быть повреждена. Конечно, производители МПА для ЭС и
ПС защищают ее входы с помощью различных гальванических развязок (оптронов, разделительных трансформаторов). Однако, как
представляется, в ГОСТе должны быть четко указаны нормы и методы
испытаний аппаратуры в целом при воздействии таких помех.
В-третьих, в ГОСТ 51317-6.5-2006 требования к помехоустойчивости при воздействии магнитных полей промышленной частоты
оказались несколько завышены и неконкретны: с одной стороны,
ГОСТ требует помехоустойчивость на уровне 5-й степени жесткости
(1000 А/м для кратковременных полей и 100 А/м для постоянно
действующих), а с другой стороны, указывает, что это требование
«применяют для технических средств (ТС), содержащих устройства,
чувствительные к магнитным полям, например, элементы Холла,
датчики магнитного поля и т.д.».
Следует отметить, что в большинстве случаев 4-й степени жесткости бывает вполне достаточно, поскольку уровень кратковременных
магнитных полей в релейных щитах, на главных щитах управления ЭС
и ПС редко превышает 300 А/м. Более того, большинство МПА РЗА,
АСУ, АСКУЭ и связи, применяемой на ПС и ЭС, испытано фактически
как раз по 4-й степени жесткости. При этом необходимо отметить,
что для МПА, размещаемой непосредственно в ячейках ЗРУ 6–35 кВ,
даже требования к помехоустойчивости по 5-й степени жесткости
могут оказаться недостаточными, поскольку она находится в непосредственной близости от первичного оборудования и шин 6–35 кВ.
Для такой аппаратуры должны выдвигаться особые требования.
Должны быть разработаны дифференцированные требования к
МПА, учитывающие места ее размещения на энергообъектах (отдельные требования для аппаратуры в релейных щитах, отдельные – для
аппаратуры в машинных залах, в ЗРУ 6–35 кВ и т.п.).
Что касается устройств, чувствительных к постоянно действующему магнитному полю, то указанное выше требование (о применении
5-й степени жесткости) довольно размыто, особенно если приведен
уровень 100 А/м для постоянно действующих полей. Точно определить, есть ли в составе аппаратуры элементы, «чувствительные к
магнитным полям», часто затруднительно. Стоит напомнить, что максимальный уровень поля промышленной частоты, который «должен»
выдерживать человек в течение 8 часов, не превышает 80 А/м. Таким
образом, например в релейных залах на ЭС и ПС, где персонал находится весь день, не имеет смысла размещать аппаратуру, устойчивую
к воздействию поля напряженностью 100 А/м, поскольку такое поле
будет всё равно опасно для персонала.
Следует пояснить, что часть указанных недочетов ГОСТ 51317-
6.5-2006 была исправлена в проекте СО «Методические указания по
обеспечению электромагнитной совместимости на электросетевых
объектах ЕНЭС», который, к сожалению, пока не выпущен.
Отдельно следует отметить общую проблему, заложенную в самих
принципах испытания МПА на помехоустойчивость. При аварийных
режимах, молниевых разрядах и даже во время штатной работы
объекта часто происходит одновременное воздействие нескольких
электромагнитных помех. Так, например, при КЗ на аппаратуру будут
воздействовать кратковременное магнитное поле промышленной
частоты, колебательные затухающие помехи, низкочастотные
кондуктивные помехи и, возможно, колебательное затухающее
магнитное поле. При этом воздействие может быть приложено
сразу к нескольким портам аппаратуры. И даже если МПА устойчива
к определенным уровням воздействия каждой помехи по отдельности, нет никакой гарантии (без проведения соответствующих
испытаний), что аппаратура выдержит их одновременное воздействие. Существующие же процедуры испытаний предусматривают
поочередную подачу помех (как по разным видам помех, так и по
различным портам аппаратуры).
Если не принимать во внимание последнее замечание, то в целом
нормативные документы в части помехоустойчивости аппаратуры
можно считать удовлетворяющими современным требованиям, хотя
некоторые из стандартов нуждаются в существенной доработке.
ДОКУМЕНТЫ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭМО
Несколько хуже обстоит дело с НТД, регламентирующей определение ЭМО. Единых государственных стандартов в данной области
фактически нет. Поэтому основу нормативной документации составляют отраслевые нормативные документы уровня стандартов
организаций (СТО, СО). Электроэнергетика в этом плане занимает
передовые позиции.
РД 153-34.0-20.525-00
В 2000 году вышел РД 153-34.0-20.525-00 «Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств», описавший методы определения параметров ЗУ на энергообъектах. Как известно, состояние ЗУ энергообъекта в значительной мере определяет
ЭМО. В частности, от характеристик ЗУ будут существенно зависеть
уровни таких помех, как кондуктивные помехи, микросекундные
импульсные помехи, колебательные затухающие помехи и т.п. В
целом документ довольно подробно описывает методы определения таких параметров ЗУ энергообъекта, как сопротивление
растеканию, удельное сопротивление грунта, сопротивление связи
электроаппаратов с ЗУ, импульсное сопротивление заземлителей,
импульсное сопротивление заземлителей молниеприемников, реальную схему прокладки заземлителей, напряжение прикосновения
и др. Некоторые из этих параметров необходимы для определения
свойств ЗУ как такового, и их знание позволяет ответить на вопрос
о соответствии ЗУ требованиям ЭМС (хотя для полной оценки ЭМО
этих параметров недостаточно).
Однако определение таких параметров, как, например, импульсное сопротивление заземлителя молниеприемника, во многих случаях не дает достаточной информации для обеспечения ЭМС.
По условиям ЭМС, в первую очередь необходимо узнать не то,
какой потенциал будет на заземлителе молниеотвода, а то, какие
импульсные перенапряжения будут приложены к изоляции вторичных
цепей и входам МПА. При этом методика определения указанных
перенапряжений в РД 153-34.0-20.525-00 не приводится.
К недостаткам РД следует отнести и отсутствие требования
измерения сопротивления связи (на низкой частоте) с общим ЗУ
заземлителей всех электроаппаратов и конструкций на территории объекта. Кроме того, из цитаты «На подстанциях напряжением
220 кВ и выше рекомендуется дополнительно проверять сопротивление металлосвязи между заземлителем ОРУ и местом заземления
нейтрали трансформатора» можно заключить, что для ПС 110 кВ и
ниже измерение сопротивления связи с ЗУ места заземления нейтрали можно не производить. Это по меньшей мере странно, поскольку
токи КЗ на землю на ПС 110 кВ часто оказываются наибольшими
по сравнению с ПС 220 кВ и выше. Соответственно и требования к
качеству связей в пределах ЗУ должны быть жестче.
Также к недостаткам документа можно отнести неполный список
приборов, с помощью которых возможно проведение измерений
(указаны в основном приборы, производящиеся на территории
СНГ), хотя к настоящему времени список таких приборов может
быть заметно расширен. Более того, реклама приборов (а поскольку
упоминаются не все приборы, представленные на рынке и внесенные в Государственный реестр средств измерений, то это, по сути,
реклама) в нормативном документе кажется более чем странной.
Некоторые из упоминаемых приборов к тому же устарели и сняты с
производства. Более уместным было бы установление обязательных требований к метрологическим характеристикам приборов без
указания конкретных моделей.
Несмотря на перечисленные недостатки, РД 153-34.0-20.525-00
является полезным методическим указанием для обследования ЗУ энергообъекта и составления паспортов ЗУ. Однако наличие пере-
численных выше недостатков требует соответствующей корректировки указанного документа в случае его пересмотра или выпуска
исправленной редакции.
СО 34.35.311-2004
Выпущенный в 2004 году отраслевой стандарт СО 34.35.311-2004
«Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях»
был попыткой обобщить все неописанные в РД 153-34.0-20.525-00
методы определения отдельных параметров ЭМО.
Целью являлось создание документа, описывающего, как правильно определять ЭМО в целом на существующих энергообъектах.
Согласно СО, работы, проводимые в соответствии с Методическими
указаниями, выполняет персонал специализированных организаций
и испытательных электролабораторий, электростанций, электросетевых объектов, проектных, строительно-монтажных и наладочных
организаций, имеющий необходимые технические средства и право
на проведение данных работ. Этим подразумевается, что при наличии
соответствующей материальной базы указанный персонал может,
вооружившись СО 34.35.311-2004, грамотно определить ЭМО на
энергообъекте. В итоге СО 34.35.311-2004 содержит большинство
методик, позволяющих определить основные параметры ЭМО на
энергообъекте.
Довольно подробно и практически без недостатков описаны способы имитации КЗ для получения значений разностей потенциалов
между элементами ЗУ на промышленной частоте. Методика позволяет
учитывать токи подпитки КЗ как от системы, так и от трансформаторов,
расположенных на энергообъекте.
Даны рекомендации по методам определения электромагнитных
полей радиочастотного диапазона, электростатических потенциалов, описаны методы расчета магнитных полей промышленной
частоты и импульсных магнитных полей. Здесь, к сожалению,
встречаются ошибки и неточности. Например, в формуле пункта
2.6.6. (определение поля от токоограничивающих реакторов) в
знаменателе первого члена в скобке записано (r2 + x2 – 2r · cosb), что
не верно. Указанная формула должна быть записана в следующем
виде: (r2 + x2 – 2rx · cosb).
Дается описание того, как проводить измерение помех в сетях
переменного и постоянного тока. А вот методика определения импульсных помех при коммутациях силового оборудования и коротких
замыканиях на шинах распределительного устройства, описанная
в СО 34.35.311-2004 в разделе 2.2, вызывает серьезные вопросы.
Помеха во вторичных цепях возникает как результирующая единого
процесса, включающего в себя:
1. Подъем потенциала на ЗУ.
2. Наводки на вторичные цепи.
3. Проникновение помех во вторичные цепи через конденсаторы
связи, измерительные трансформаторы и другое аналогичное
оборудование.
4. Наводки в магистралях заземления, что может влиять как на импульсные разности потенциалов в пределах ЗУ, так и на уровень
наводок на вторичные цепи.
Однако из единого процесса авторами вычленяются только первых
два пункта. Причем даже они рассматриваются своеобразно: в различных разделах документа (2.2.2 и 2.2.3 соответственно). Результаты
расчетов по каждому из этих пунктов сравниваются с нормами по
отдельности, хотя в реальности на изоляцию и входы аппаратуры
воздействует результирующая всех четырех факторов.
Но самое главное, что последние два механизма вообще игнорируются. Следствием в некоторых случаях может быть неправильная
оценка электромагнитной обстановки на объектах.
Так, например, одной из организаций, работающих по СО
34.35.311-2004, проводилась оценка уровней помех при коммутациях на крупном энергообъекте. Согласно данной методике,
рассматривались длинные кабельные трассы, проходящие параллельно ошиновкам. По результатам измерений был сделан
вывод об отсутствии опасности для вторичного оборудования. В
дальнейшем же, при коммутации разъединителем, произошло повреждение вторичного оборудования, осуществлявшего контроль
изоляции выводов трансформатора. Данные цепи имели сравнительно небольшую длину. Но именно поэтому помехи, проникающие по механизму 3, не снизились до достаточно малого уровня
вследствие затухания в цепях. Измерения коммутационных помех
при реальных коммутациях подтвердили наличие опасности для
вторичного оборудования.
Таким образом, предлагаемая методика может приводить к неверным выводам. Справедливости ради, надо сказать, что в документе предусмотрена возможность измерения помех при реальных
коммутациях выключателями и разъединителями. Поэтому до разработки более совершенных методик имитационного моделирования
представляется оправданным использование подхода, основанного
на прямых измерениях. По крайней мере, прямые измерения помех
при реальных коммутациях должны обязательно производиться
при наличии сравнительно коротких (порядка нескольких десятков
метров) цепей, связывающих измерительные трансформаторы,
конденсаторы связи и другие аналогичные аппараты с МПА. Такая
ситуация, в частности, имеет место при реализации на объекте концепции «распределенного РЩ».
Методика определения импульсных помех при ударах молнии
(раздел 2.3) также не лишена недостатков. Это и отмеченное
ранее раздельное рассмотрение помех, вызванных подъемом
потенциала на ЗУ и наводками на вторичные цепи, и некоторые
другие недостатки.
Описана методика определения разностей высокочастотных
потенциалов, возникающих между элементами ЗУ при стекании
ВЧ-составляющей тока КЗ. При этом, однако, методика определения уровня помех, воздействующих на МПА и ее цепи, также не
проработана.
В целом СО 34.35.311-2004 довольно подробно, хоть и не без
недостатков, описывает экспериментальные методы оценки ЭМО
на энергообъектах.
При этом расчетных методик, позволяющих оценить ЭМО на только
проектирующемся объекте (или объекте, на котором проводится реконструкция и/или расширение), в СО 34.35.311-2004 довольно мало. Этот
факт значительно сужает область применения указанного документа,
которая сводится в итоге только к определению ЭМО на существующих
объектах. Рекомендации, направленные на улучшение ЭМО, приводимые в документе, также не обладают полнотой, достаточной для
использования документа как руководства для проектировщиков.
Упоминание конкретных марок и типов приборов, рекомендуемых
к использованию при определении параметров ЭМО, тоже не является достоинством документа. Такой документ должен содержать
четкие требования к измерительным приборам, как это сделано в
международных стандартах.
Таким образом, СО 34.35.311-2004 нуждается в доработке. В частности, должны быть исправлены допущенные опечатки и ошибки и в
первую очередь более детально проработаны методы определения
помех при коммутационных операциях и молниевых разрядах, четко
определены параметры используемых приборов для оценки ЭМО.
Разделы, касающиеся расчетного определения ЭМО и улучшения
ЭМС, из документа, как представляется, необходимо исключить. Они
должны быть предметами отдельных документов.
Указанными двумя документами (РД 153-34.0-20.525-00 и СО
34.35.311-2004) в основном и исчерпывается список НТД, регламентирующих методы оценки ЭМО. Следует, однако, заметить, что
в настоящее время ФСК готовит новые стандарты в этой области, в
частности касающиеся расчетного определения ЭМО.
ДОКУМЕНТЫ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
ПРОБЛЕМ ЭМС И УЛУЧШЕНИЯ ЭМО
Современное положение (когда существующие промышленные
объекты подвергаются реконструкции и переоснащению и ведется
активное проектирование и строительство новых объектов) давно
требует появления документов, позволяющих учесть вопросы ЭМС
уже при проектировании объекта.
РД 34.20.116-93
Одним из первых документов в электроэнергетике, в котором была
сделана попытка описания того, как решать проблемы ЭМС, являет-
ся РД 34.20.116-93 «Методические указания по защите вторичных
цепей ЭС и ПС от импульсных помех». В нем излагаются основные
требования к вторичным цепям, способу их прокладки, способам
ослабления помех, возникающих при коммутационных операциях в
высоковольтной сети и при молниевых разрядах.
Основные рекомендации документа (например, касающиеся ограничения допустимых расстояний от молниеотводов до вторичного
оборудования) остаются актуальными и сегодня. Их строгое соблюдение в ходе реализации проектов ЭС и ПС во многих случаях могло бы
предотвратить возникновение серьезных проблем в эксплуатации. Так,
например, весьма распространенное у проектировщиков, но нарушающее требования РД 34.20.116-93 решение размещать молниеотводы
на стойках между трансформаторами или реакторами разных фаз на
ПС 500 и 330 кВ не раз приводило к повреждениям МПА при молниевых
ударах в такие молниеприемники. Это не удивительно, поскольку при таком расположении расстояние от заземлителей молниеприемников
до вторичных цепей (подходящих к трансформаторам или реакторам)
редко превышает 5 метров. При молниевом разряде возникнут опасные разности потенциалов, приложенные ко входам МПА и изоляции
ее цепей, что и приведет к повреждению.
Однако вопросы обеспечения ЭМС в целом в этом документе
рассмотрены не были.
СО 34.35.311-2004
Попытки сделать это в СО 34.35.311-2004 «Методические указания
по определению электромагнитных обстановки и совместимости на
ЭС и ПС» также оказались не совсем удачными. Некоторые рекомендации оказались неконкретными. Их применение без специальной
подготовки персоналом, не имеющим комплексных знаний по ЭМС,
может зачастую приводить к обратным результатам.
Цитата: «Применяют экранированные кабели с заземлением экранов с обеих сторон». Но при КЗ возможен чрезмерный нагрев кабелей,
экраны которых заземлены с двух сторон. Хотя в Приложении Д СО
34.35.311-2004 и приведено указание на расчет нагрева, однако не
ясно происхождение формулы для определения допустимого тока.
Очевидно, что для разных типов кабелей максимальный допустимый
ток будет разным и определяющим в этом случае будет именно допустимый нагрев кабеля, а не ток, протекающий по экрану. Но самое
главное – нет указаний на принятие дополнительных мер по ограничению такого нагрева. А ведь именно подобные рекомендации и являются
конечным результатом оценки ЭМО.
Еще один пример недостаточно конкретных рекомендаций: «Для
ограничения уровня помех на входе устройств устанавливают специальные средства ограничения перенапряжений». Рекомендация, написанная в таком общем виде, может быть выполнена таким образом,
что не только не решит до конца проблему ЭМС МПА, но и приведет к
сбоям в работе аппаратуры. Например, при установке в цепи ТН разрядников 1-го класса помехи при коммутационных операциях амплитудой
до 3–4 кВ могут не подавляться, а вот при сравнительно длительном
превышении уровня помех над уровнем срабатывания разрядника
(например, при молниевом разряде) произойдет искажение рабочего
сигнала (в этом случае включение разрядника способно «срезать» до
четверти волны напряжения, что может быть воспринято аппаратурой
РЗА как аварийный режим). Подобные рекомендации должны быть
в обязательном порядке снабжены пояснениями, указывающими, в
какие цепи рекомендуется устанавливать средства ограничения перенапряжений на основе варисторов, а в какие могут быть установлены
разрядники, какой уровень срабатывания и уровень защиты должен
быть у указанных устройств защиты, и т.п. Без этой информации рекомендации будут неполными.
Таким образом, как уже было отмечено выше, СО 34.35.311-2004,
хоть и подробно регламентирует методы определения ЭМО, всё же
не может быть использован как пособие для проектировщиков по
обеспечению ЭМС.
Серия ГОСТ Р 50571
Другой группой документов, в которой рассмотрены вопросы
решения проблем ЭМС, являются государственные стандарты серии
ГОСТ P 50571 («Электроустановки зданий»). Хотя, как следует из названия, эти документы рассматривают только часть интересующей
нас проблемы.
Указанные стандарты достаточно подробно регламентируют отдельные вопросы ЭМС. В первую очередь в них указано, как выполнять системы электроснабжения зданий с МПА, системы уравнивания
потенциалов (ГОСТ Р 50571.20-2000 и ГОСТ Р 50571.22-2000), как защищать аппаратуру от перенапряжений (ГОСТ Р 50571.19-2000), как
устанавливаются требования к прочности изоляции цепей, и т.п.
Так, например, в ГОСТ Р 50571.20-2000 вводится требование использования для чувствительного оборудования схем электроснабжения TN-C-S или TN-S, а не TN-C, что особенно важно для электроснабжения МПА на ЭС и ПС. Однако в условиях энергообъектов выполнение
положений документа не всегда обеспечивает защиту от возможных
выбросов напряжения при КЗ в сетях выше 1 кВ. Причиной выброса
является протекание значительной части тока КЗ в сетях выше 1 кВ по
заземленному с двух сторон PEN-проводнику. Возникающее при этом
падение напряжения вдоль проводника может привести к увеличению
разности потенциалов между нулевым и фазным проводником по сравнению с той, которая была приложена в начале кабеля. Применение
схемы TN-C-S не избавляет от риска повреждения аппаратуры, особенно в случаях, если трансформатор собственных нужд расположен
на значительном удалении от ЩСН (где и происходит разделение
PEN-проводника на N- и PE-проводники). Этот вопрос является одним
из актуальных для проектировщиков.
В документах серии ГОСТ Р 50571, хоть и указаны способы
уравнивания потенциалов внутри зданий, но нет четко описанного
алгоритма или методики выбора той или иной системы уравнивания
потенциалов, для различных ситуаций.
Эти документы, содержащие в целом правильные рекомендации
по отдельным вопросам ЭМС, не дают общей картины решения проблем ЭМС. В рассматриваемой серии стандартов не освещен вопрос
защиты аппаратуры по входам информационных цепей, выходящих
за пределы зданий. Так, например, если цепи связи заходят в здание с радиомачты (или другого объекта с молниеприемниками) или
проходят вблизи конструкций с молниеприемниками, то молниевый
разряд может привести к повреждению как указанных цепей, так и
аппаратуры в здании, даже если все требования стандартов серии
50571 для такого здания соблюдены. То же самое можно сказать и
о воздействии таких помех, как электростатические разряды, кратковременные магнитные поля промышленной частоты от внешних
(находящихся вне пределов зданий) источников, импульсные магнитные поля и т.п.
Следует заметить, что некоторые вопросы защиты МПА при наличии цепей связи, заходящих с радиомачт или молниеотводов,
рассмотрены в ВСН 1-93 «Инструкция по проектированию молниезащиты радиообъектов».
К недостаткам ГОСТов указанной серии следует отнести то, что
порой неточный перевод приводит к бессмысленным и малопонятным
рекомендациям. Например, рекомендация «прокладывать кабели так,
чтобы свести к минимуму закрытые участки для совместных контуров,
формируемых силовыми и сигнальными кабелями» кажется абсурдной, если не читать стандарт, с которого сделан перевод. В данном
случае неверно переведено слово «closed» и рекомендация должна
звучать следующим образом: «прокладывать кабели так, чтобы свести
к минимуму участки совместной прокладки силовых и сигнальных
кабелей». И подобных примеров в переводных ГОСТах множество.
Таким образом, в электроэнергетике нет сегодня документа –
«пособия для проектировщика», регламентирующего все вопросы решения проблем ЭМС. Насколько известно, в настоящее время
в ФСК ведутся работы по выпуску СО «Методические указания по
обеспечению электромагнитной совместимости на электросетевых
объектах ЕНЭС». Насколько новый документ сможет улучшить положение, станет ясно после его выхода.
МОЛНИЕЗАЩИТА
Отдельно следует отметить вопросы защиты от вторичных проявлений молниевых разрядов как раздел ЭМС. Изначально молниезащита не была напрямую связана с вопросами ЭМС и рассматривалась в основном как защита от прямого удара молнии. Однако
с появлением и повсеместным внедрением чувствительной МПА
вопросы ее защиты от вторичных проявлений молниевых разрядов
(импульсные перенапряжения, импульсные магнитные поля) стали
актуальными.
Ранее использовавшийся РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» не рассматривал вопросы
ЭМС, а во вновь выпущенном СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция
по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных
коммуникаций», хоть и была сделана эта попытка, но ее вряд ли можно
считать удачной.
В то же время использование или даже просто перевод выпущенного международной электротехнической комиссией стандарта по
молниезащите МЭК-62305 позволил бы значительно продвинуться в
направлении стандартизации вопросов ЭМС, по крайней мере в части
защиты аппаратуры от вторичных проявлений молниевых разрядов.
Однако, поскольку указанный вопрос был подробно рассмотрен в
статье «Инструкция по устройству молниезащиты добавила проблем
проектировщикам» («Новости ЭлектроТехники» № 2(50) 2008), здесь
на этом останавливаться не будем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом мы видим, что на сегодня существуют документы,
более или менее удовлетворительно регламентирующие требования
к помехоустойчивости аппаратуры и методы определения ЭМО на
существующих объектах. Однако они нуждаются в существенной доработке. Что же касается ситуации с документами, адресованными
проектировщикам (по расчетному определению ЭМО и способам ее
улучшения), то здесь ситуация существенно хуже. Возможно, выпуск
новой нормативно-технической документации в ближайшее время
будет способствовать ее улучшению.
Резюмируя всё вышесказанное, можно сделать следующие выводы:
1. Нормативная база, касающаяся вопросов ЭМО и ЭМС, нуждается
в дальнейшем совершенствовании как в части устранения недостатков
в существующих документах, так и в выпуске новых.
2. При решении реальных проблем ЭМС должны учитываться не
только положения различных нормативных документов, но и сведения
из отечественной и зарубежной технической литературы, а также
опыт и «ноу-хау», накопленные за последние десятилетия. Всё это
предъявляет высокие требования к персоналу, привлекаемому для
проведения подобных работ.
3. В ряде случаев безусловную пользу принесла бы разработка
типовых технических решений, проработанных по условиям ЭМС и
готовых к реализации в рамках проектов конкретных объектов.
| 
|
