Метод натурных испытаний

Методика определения ЭМО по результатам натурных испытаний должна предусматривать проведение измерений, достаточных для получения данных о максимальных уровнях электромагнитных помех, воздействующих на оборудование энергетического объекта (первичное оборудование, средства технологического управления, устройств РЗА и т. д.).

Очевидно, что наиболее тяжёлыми, хотя и редкими с точки зрения воздействия электромагнитных помех на оборудование являются случаи КЗ на «землю» или удар молнии в объект.

Воспроизвести на реальном объекте даже однократно такие случаи не представляется возможным, тем более, что уровень помех во вторичных цепях зависит от места КЗ или удара молнии. Следовательно, наиболее опасные случаи остаются за рамками эксперимента.

При воспроизведении реальных процессов на действующем оборудовании (разъединители, выключатели или другие коммутационные аппараты, включая электромеханические реле) выполняются измерения электромагнитных помех. По результатам таких измерений делается прогноз о возможном уровне максимальных помех и последствий их влияния на оборудование и в первую очередь устройства РЗА, системную автоматику.

К прямым измерениям относится долговременный мониторинг помех. Для этого в контролируемые цепи устанавливаются регистраторы помех, которые фиксируют уровень появляющихся помех в процессе эксплуатации и записывают в память компьютера. Теоретически время мониторинга не ограничено: кратковременный — от нескольких часов до нескольких суток, средней длительности — месяцы. Если за период измерения не зафиксировано протекание токов КЗ или токов грозовых разрядов по заземляющему контуру, то оценка ЭМО носит предварительный характер.

Оценка параметров заземляющих устройств Заземляющее устройство (ЗУ) предназначено для создания пути малого сопротивления для токов грозовых разрядов и коротких замыканий на землю.

Реализация заземления с малым переходным сопротивлением, хорошо выровненным потенциалом является залогом улучшения ЭМО на объекте.

Основным параметром, характеризующим заземляющее устройство, является его сопротивление растеканию на промышленной частоте. Для больших заземляющих устройств к нему добавляются сопротивления оснований электроаппаратов относительно опорной точки, для которой измерялось сопротивление растеканию. Другие параметры (шаговое напряжение, напряжение прикосновения) вводятся из соображений электробезопасности персонала.

Экспериментальные методы измерения сопротивления растеканию и сопротивлений оснований основаны на методе «амперметра-вольтметра». При этом часто применяют специальные приборы, представляющие собой, фактически, комбинацию амперметра, вольтметра и источника тока для прогрузки заземляющего устройства. Рассмотрим подробнее соответствующие методики измерения. Принципиальная схема измерений с помощью специальных приборов приведена на рис.

Измерение сопротивления растеканию. При измерениях токовый и потенциальный электроды следует располагать на территории, свободной от линий электропередачи и подземных коммуникаций. Расстояния от объекта (например, подстанции) до токового и потенциального электродов выбираются в зависимости от размеров заземляющего устройства (ЗУ) и характерных особенностей окружающей территории.

Если ЗУ имеет небольшие размеры, а вокруг него имеется обширная площадь, свободная от линий электропередачи и подземных коммуникаций, то расстояния до электродов выбираются следующим образом:

Здесь — наибольший линейный размер ЗУ, — расстояние от ЗУ до токового и потенциального электродов соответственно.

Рис. 5.

Индуцируемое прибором значение и есть искомое сопротивление.

Если ЗУ имеет большие размеры и отсутствует возможность размещения электродов, как указано выше, токовый электрод следует разместить на расстоянии r_эт? 3D. При этом чтобы сохранить требуемую точность измерений, приходится несколько усложнить их методику. Потенциальный электрод размещается последовательно на расстоянии, причем обязательно на той же линии, что и токовый электрод. Для каждого расположения потенциального электрода измеряется и заносится в таблицу значение сопротивления. Далее строится кривая зависимости значения сопротивления от расстояния от ЗУ до потенциального электрода. Если кривая монотонно возрастает и имеет в средней части горизонтальный участок (как показано на рис. 7.6а), за истинное значение сопротивления принимается значение при. Это означает, что потенциальный электрод находится в зоне нулевого потенциала, практически вне зон влияния ЗУ и токового электрода. Если кривая не монотонная, что является следствием влияния различных коммуникаций (подземных и надземных), помех и т. п., измерения повторяют в другом направлении от ЗУ.

Если кривая сопротивления плавно возрастает, но не имеет горизонтального участка (разница сопротивлений, измеренных при и более, чем на 10% превышает значение, измеренное при) и отсутствует возможность перемещения токового электрода на большее расстояние, можно использовать два следующих метода.

Метод 1. Проводятся две серии измерений при и. Кривые наносятся на один график. Точка пересечения кривых принимается за истинное значение сопротивления растеканию ЗУ (рис. 7.6 б).

Метод 2. Отличается тем, что в качестве потенциального и токового электродов используются существующие проводные коммуникации (кабели связи, отключенные ВЛ и т. п.).

Рис. 6 Зависимость измеренного потенциала от расстояния от потенциального электрода до токового: а — при достаточном удалении токового электрода от ЗУ, б — при недостаточном удалении токового электрода от ЗУ, — на расстояние 3D, 2 — на расстояние 2D

При проведении измерений в качестве вспомогательных электродов обычно применяют стальные стержни или трубы диаметром до 50 мм. Стержни должны быть очищены от краски, а в месте присоединения соединительных проводников и от ржавчины. Стержни забиваются или ввинчиваются в грунт на глубину 1,0- 1,5 м. В случае необходимости токовый электрод выполняется из нескольких параллельно соединенных электродов, размещаемых по окружности, с расстоянием между ними 1,0−1,5 м. Иногда в качестве токовых и потенциальных зондов используют заземляющие устройства других объектов, а для подачи тока и измерения потенциала используются те или иные существующие цепи.

Измерение сопротивлений оснований. Применяемые методы и приборы — те же, что при измерении сопротивления растеканию. В качестве примера рассмотрим, каким образом производится измерение сопротивлений оснований электроаппаратов на подстанции с открытым распределительным устройством (ОРУ).

Вблизи опорной точки (обычно — трансформатора, имеющего заземленную нейтраль) располагается источник тока промышленной или близкой частоты. Одна клемма генератора подсоединяется к заземленной нейтрали трансформатора. Вторая присоединяется к изолированному многожильному гибкому проводу, прокладываемому под ошиновкой по земле. Для измерения потенциала используется потенциальный зонд, как и при измерении сопротивления растеканию. Наглядная схема соединений показана на рис. 7.7.

Рис. 7 Измерение сопротивления основания электроустановки на подстанции: ЗУ — заземляющее устройство, ОПУ — пункт управления, Тр — силовой трансформатор, ТИ — точка измерения, ПЭ — потенциальный электрод, Iисточник тока, А — амперметр, V — вольтметр

После включения источника тока промышленной частоты в проложенном от него до точки измерения проводе кратковременно возбуждается значительный ток и производится измерение разности потенциалов между точкой измерения и потенциальным электродом. При известном токе источника тока определяется сопротивление основания.

.

Необходимо также выполнить контроль качества электрических связей между элементами заземляющего устройства.

В пределах заземляющего контура выбирается опорная точка. Связь остальных точек с опорной проверяется организацией токовой петли между заземлением проверяемого аппарата (конструкции) и опорной точкой. Измеряется потенциал проверяемой точки относительно удаленной земли (потенциального зонда). Частное от деления потенциала на ток прогрузки представляет собой сопротивление, которое может быть названо сопротивлением основания аппарата (конструкции) относительно опорной точки. Величина меньше 0,1 Ом свидетельствует о наличии хорошей связи с опорной точкой. Величина более 0,1 Ом объясняется дефектами ЗУ (малостью эффективного сечения заземлителей вследствие коррозии или конструктивных недоработок, недостаточным количеством или полным отсутствием металлосвязей). В этом случае должны проводиться мероприятия по улучшению состояния ЗУ.

Протекание токов по заземляющему контуру Помехи при КЗ на землю в сетях с эффективно заземленной нейтралью. Протекание по заземляющему устройству (ЗУ) значительных токов КЗ в сетях высокого напряжения приводит к возникновению перепадов потенциалов в пределах ЗУ. Средний потенциал ЗУ относительно удаленной земли может превышать 5 кВ. Таким образом, значительные разности потенциалов оказываются приложенными к вторичным кабелям (как проходящим в пределах ЗУ объекта, так и выходящим за его пределы) и соответствующим входам аппаратуры. Кроме того, протекание токов КЗ в силовых ошиновках и по элементам ЗУ создает магнитное поле, амплитуда которого часто составляет сотни А/м. Это поле создает наводки на вторичные кабели в случае их сближения с трассой протекания тока КЗ. В реальности оба фактора часто действуют одновременно, вызывая значительные перенапряжения, опасные для аппаратуры и даже изоляции кабелей [24]. Магнитное поле при КЗ опасно и для самой аппаратуры, если последняя размещается вблизи ошиновок или пути растекания тока КЗ по элементам ЗУ. По результатам измерений [24] установлено, что при кз на подстанциях значения токов, протекающих по заземлённым оболочкам и жилам кабелей цепей вторичной коммутации могут достигать практически полного значения тока короткого замыкания. При этом возможны следующие виды термического воздействия на кабели вторичных цепей.

Повреждение изоляции кабеля. Допустимые по термической стойкости температуры для кабелей в ПВХ-изоляции составляют 150 °C, для кабелей в ПЭ изоляции — 120 С. Установленные по критерию допустимой температуры значения допустимых токов I_доп (кА) для оболочек и жил некоторых кабелей, используемых во вторичных цепях, приведены в табл. 7.5. Согласно этим данным допустимые токи много меньше или сравнимы с токами однофазного КЗ на подстанциях, что и создает угрозу термического воздействия на заземленные оболочки и жилы кабелей вторичных цепей.

Значения допустимых токов.

«Взрыв» кабеля. При значениях токов, протекающих по кабелям, много больших допустимых по термической стойкости, когда температура медной оболочки (жилы) кабеля превышает 300 °C, а алюминиевой — 200 С, возможно разрушение оболочки (жилы) кабеля — «взрыв» кабеля.

Выгорание контактов. При большом значении переходного сопротивления контакта заземления оболочки, экрана или жилы кабеля термическое воздействие в случае КЗ сводится к выгоранию контактов. Как правило, выгорание контактов происходит при протекающих по кабелям токах со значениями, меньшими допустимых по термической стойкости.

Перекрытие изоляции между кабелями. Проведенные обследования и расчеты заземляющих устройств показали, что при КЗ на подстанции относительная неэквипотенциальность (отношение падения напряжения по заземляющему устройству к потенциалу заземляющего устройства) достигает 40%. Таким образом, при однофазном КЗ на контур заземления (общий потенциал заземляющего устройства по нормам не должен превышать 10 кВ) падение напряжения по концам кабеля, отходящего от поврежденного оборудования, может достигать 4 кВ. При этом падение напряжения по кабелям, отходящим от удаленного от места замыкания оборудования, практически отсутствует. Расположение кабелей с нулевым падением напряжения рядом с кабелем, находящимся под напряжением в несколько киловольт, может привести к перекрытию между заземленными оболочками или жилами кабелей.

Коммутационные помехи Источниками коммутационных помех являются переходные процессы, происходящие в результате коммутации (включения или отключения) элементов электрической сети — линий, трансформатора, и т. д. мощных электродвигателей, электроприводов различных исполнительных механизмов электротранспорта, и даже люминесцентных ламп.

Параметры этого высокочастотного процесса индивидуальны для каждого объекта и, более того, даже для каждой конкретной коммутации. ВЧ-токи и перенапряжения через системы шин распространяются по территории объекта. Они создают электромагнитные поля, способные вызывать наводки во вторичных кабелях и даже во внутренних цепях аппаратуры. Кроме того, проникновение коммутационных помех во вторичные кабели происходит через ТТ, ТН, фильтры присоединения ВЧ-связи и т. п. Особенно серьезна ситуация на компактных элегазовых подстанциях, где высоковольтное оборудование и подверженная влиянию электронная аппаратура размещаются очень близко друг к другу. В большинстве случаев на воздушных подстанциях уровни коммутационных помех во вторичных цепях невелики — порядка нескольких сотен вольт. Такой сравнительно низкий уровень объясняется высокими затуханиями помех «провод-земля» в низкочастотных кабелях энергообъектов. В то же время в высокочастотных кабелях, например в кабелях ВЧ-связи, отмечались помехи амплитудой выше 4 кВ, а амплитуды порядка 1−3 кВ являются типичными.

Следует отметить, что уровни коммутационных помех зависят от множества факторов, среди которых геометрия объекта, тип первичного оборудования, состояние заземляющего устройства, трассы прокладки вторичных цепей и т. п. Так, например, уровни коммутационных помех в цепях собственных нужд объектов не превышают обычно нескольких сот вольт. Однако в процессе измерений на некоторых объектах (внешне ничем не отличающихся от прочих) фиксировались помехи амплитудой более 1 кВ.

Экспериментальное определение импульсных помех в информационных цепях и цепях питания производится с помощью специальных приборов. Это могут быть как регистраторы импульсов (фиксирующие в широком диапазоне частот превышение заданного уровня импульсного сигнала), так и высокочастотные осциллографы, снабженные функцией автоматической записи сигнала. Полоса рабочих частот приборов должна быть как можно более широкой. В нее обязательно должен входить частотный диапазон 10 кГц — 200 МГц.

Регистраторы импульсов обычно намного дешевле и проще в эксплуатации, чем осциллографы. В то же время они позволяют получать лишь ограниченную информацию об амплитуде помех, в то время как осциллограф дает изменение помехи во времени.

Для экспериментального определения импульсных полей применяют приборы, к которым подключаются внешние широкополосные антенны. Связь между прибором и антенной осуществляется с помощью высокочастотного кабеля. Разумеется, должно обеспечиваться согласование высокочастотной цепи.

Все измерительное оборудование должно иметь максимально возможную устойчивость к измеряемым полям и помехам. Это означает, во-первых, достаточную степень экранирования корпуса прибора по высокой частоте. Во-вторых, необходима высокая степень изоляции измерительной схемы от цепей питания и заземления.

В случае, когда источники коммутационных помех известны (например, выключатели и разъединители на подстанции), перед началом измерений выбирают наиболее опасные с точки зрения влияния на информационные кабели и аппаратуру коммутации. Затем подключают приборы к цепям, в которых ожидаются высокие уровни коммутационных помех и проводят коммутационную операцию. После этого анализируют показания приборов, меняют, если необходимо, установки, и повторяют коммутационную операцию. Измерения проводят до тех пор, пока не будет получена полная картина полей и помех. Затем, если нужно, аналогичным образом проверяются другие коммутации.

Такой подход обычно применяют на подстанциях, где основные источники коммутационных помех — выключатели и разъединители — известны заранее, а влияние посторонних источников сведено к минимуму, поскольку подстанция расположена на отдельной охраняемой территории. В других условиях (например, в городской черте вблизи промышленных и энергетических объектов, линий питания электротранспорта и т. п.) некоторые источники коммутационных помех могут остаться незамеченными при первичном осмотре объекта. Поэтому здесь необходимо проводить регистрацию помех в наиболее важных информационных цепях в течение длительного времени (минимум несколько суток, включая будни и выходные). По результатам делаются выводы о наличии опасных помех и их возможных источниках. Такая работа является кропотливой и весьма трудоемкой, зато позволяет с достаточно высокой достоверностью сделать вывод о реальном уровне опасности со стороны импульсных помех.

Импульсные помехи при работе электромеханических устройств Высокочастотный процесс в ряде случаев сопровождается низ…

Параметры пачек импульсов для различных степеней тяжести испытаний (длительность нагружения 1 мин).

Рис. 10 Принципиальная схема имитатора помехи в виде пачки импульсов

Имитация широкополосных мощных помех Мощные импульсы перенапряжений возникают вследствие грозовых разрядов, коммутационных операций в электроэнергетических системах и т. д. Их имитация осуществляется классическими импульсами грозовых и коммутационных перенапряжений (двойная экспоненциальная функция), используемыми при испытаниях изоляции высокого напряжения (рис. 7.11 а). Так как определение длительностей фронта Т_ф импульса Т_и несколько затруднительно, на практике определяют время нарастания Т_н по точкам 30 и 90%, умножая его на 1,67:

.

Длительность импульса для упрощения определяется чаще всего как длительность импульса по рис. 7.11 б, что вполне допустимо ввиду того, что и из-за больших допусков.

Обычные временные параметры: грозовой импульс 1,2/50: =1,2 мкс ±30%; =50 мкс ±20%.;коммутационный импульс 10/700: =10 мкс ±30%; =700 мкс ±20%.

Формы кривых напряжения на рис. 11 сильно идеализированы. Реальные грозовые перенапряжения часто обнаруживают ступеньки на фронте или могут складываться из нескольких следующих друг за другом импульсов (многокомпонентные молнии) и иметь большую крутизну.

Рис. 11 Определение длительности фронта и длительности импульса, а также времен нарастания перенапряжений: а — длительность фронта и время спада; б — время нарастания и время спада

Генераторы для получения импульсов, подобных изображенным на рис. 11а, ранее реализовывались как одноступенчатые контуры с относительно большим внутренним сопротивлением и часто применялись для испытания изоляции (рис. 12). При срабатывании ключа ИП (искровой промежуток, вакуумное реле, тиристор и т. д.) конденсатор-накопитель энергии С_н перезаряжается через демпфирующий резистор R_д на емкость нагрузки С_наг.

Рис. 12 Однокаскадная импульсная цепь для воспроизведения напряжений грозовых разрядов и коммутационных импульсов

Время нарастания определяется при как Т_н=2,2 R_д С_наг.

Затем конденсаторы С_наг и С_н разряжаются через резистор R_р с постоянной времени.

.

Вышеприведенное справедливо для высокоомных испытуемых объектов с малой емкостью. У приборов с устройствами защиты от перенапряжений (разрядники с инертным газом и ограничители перенапряжений на основе ZnO, защитные диоды, конденсаторы фильтров) испытание изоляции в комбинации с защитными устройствами нерационально, так как защитные элементы ограничивают испытательное напряжение низкими значениями, и требуемого нагружения изоляции не происходит. В этом случае много важнее вопрос, могут ли защитные элементы выдержать ток при мощных перенапряжениях, получаемых от источников с низким сопротивлением. Для этого был разработан гибридный генератор, который у высокоомных испытуемых объектов создает напряжения требуемых форм, у низкоомных (например, после срабатывания защиты от перенапряжений) возбуждает близкий к встречающемуся на практике ток короткого замыкания Т_ф/Т_и = 8/20 мкс (рис.13).

Рис. 13. Определение временных параметров импульсов: а — длительность фронта Т_ф и время спада Т_и; б — время нарастания Т_н; в — импульс тока 8/20мкс

Так же как при импульсах напряжения вначале определяют время нарастания Т_н и умножают его на 1,25:

Т_ф=1,25Т_н.

Различные коэффициенты по сравнению с (7.1) получаются вследствие определения длительности фронта импульса (прямая, аппроксимирующая фронт, проходит через 10% вместо 30%).

Длительность импульса Т_и отличается от длительности импульса Т'_и на коэффициент 1,25, т. е.

Т_и = 1,25 Т'_и.

Общепринятые временные параметры импульса тока: Т_ф = 8 мкс ± 20% и Т_и = 20 мкс ± 20% или Т_н = 6,4 мкс ± 20% и Т_и = 16 мкс ± 20%.

Следует отметить, что у импульсного тока 8/20 мкс форма кривой может быть не апериодической и содержать участок противоположной полярности с амплитудой до 30%.

Рис. 14 Гибридный генератор (принципиальная схема)

Основная схема гибридного генератора показана на рис. 7.14. В противоположность обычным высокоомным контурам, у которых фронт импульса формируется RС-цепью из демпфирующего сопротивления и емкости нагрузки, формирование импульса происходит при помощи L/R-звена. В этом случае время нарастания напряжения холостого хода в импульсе рассчитывается как.

.

а постоянная времени спада.

.

Генератор импульсных токов 10/350, 8/20 и 8/80 мкс При ударах молнии в объекты и последующем срабатывании защитных устройств (разрядников, защитных промежутков ограничителей перенапряжений и т. д.) или перекрытии изоляции формируется импульс тока, близкий по форме к испытательному импульсу 8/20 мкс, амплитуда которого может составлять от нескольких килоампер до 200 кА.

Международной электротехнической комиссией и Европейским Союзом установлены нормы для испытательных токов 10/350 мкс, 8/20 мкс.

Устройство и работа генератора. Основным элементом генератора является емкостной накопитель энергии — блок конденсаторов, разделенный на три группы номинальным напряжением 100 кВ каждая. Все группы конденсаторов через зарядные резисторы R₃ заряжаются напряжением положительной или отрицательной полярности (рис. 7.14). Блок конденсаторов содержит три стартовых разрядника СР и шунтирующий разрядник ШР, а также сменные резисторы R_и и катушки индуктивностей L_и для формирования испытательных импульсов. Для управления разрядниками в состав генератора введены генераторы импульсных напряжений ГИН-1 и ГИН-2.

Для запуска генератора от ГИН-1 подается импульс напряжения на стартовые разрядники. В момент достижения током максимального значения от ГИН-2 подается импульс высокого напряжения на шунтирующий разрядник, и разрядный ток из колебательного режима переходит в апериодический. Время включения ГИН-2 регулируется линией задержки ЛЗ.

Испытательный ток передается в испытуемый объект непосредственно (объект подключается к зажимам, А и В) или через кабельный трансформатор, подключаемый к этим же зажимам, ко вторичной обмотке которого присоединяется испытуемый объект.

Для осциллографирования и контроля тока, протекающего через испытуемый объект, в блоке нагрузки размещены шунт и пояс Роговского. Тело шунта является полувитком первичной обмотки пояса Роговского. Вторичная обмотка намотана на ферритовом сердечнике. Она нагружена на резистор, который вместе с индуктивностью вторичной обмотки образует интегрирующую цепь.

Параллельно испытуемому объекту подключен делитель напряжения для измерения падения напряжения на нагрузке. Делитель напряжения снабжен устройством для компенсации индуктивной составляющей напряжения на объекте.

Стартовые разрядники выполнены многозазорными, работающими в атмосферном воздухе. Для их синхронной работы использованы развязывающие LC-элементы, не показанные на рис. 15. Шунтирующий разрядник ШР также представляет собой воздушный многозазорный коммутатор.

Рис. 15 Принципиальная электрическая схема генератора

Кабельный трансформатор изготовлен из пяти витков кабеля высокого напряжения. Жила образует первичную обмотку, а пять отрезков оболочки, соединенные параллельно, — вторичную. Диаметр трансформатора равен 1,2 м. Генератор обеспечивает следующие нормированные параметры.

Импульс тока 10/350 мкс:

• — амплитуда тока — от 10 до 200 кА;
• — длительность фронта импульса — 10 мкс (+/-10%);
• — длительность импульса — 350 мкс (+/-10%);
• — переносимый заряд — до 100 Кл;
• — удельная энергия — до 10 МДж/Ом.

Осциллограммы этого тока в разных масштабах времени показаны на рис. 16.

Рис. 16 Осциллограммы тока 10/350 мкс

Импульс тока 8/20 мкс:

• — амплитуда тока — от 10 до 200 кА;
• — длительность фронта импульса — 8 мкс (+/-10%);
• — длительность импульса — 20 мкс (+/-10%).

Осциллограмма этого тока показана на рис. 17.

Рис. 17 Осциллограмма импульса тока 8/20 мкс

Импульс тока 8/80 мкс:

• — амплитуда тока — от 10 до 100 кА;
• — длительность фронта импульса — 8 мкс (+/-10%);
• — длительность импульса — 80 мкс (+/-10%).

Осциллограммы этого тока показаны на рис. 18.

Рис. 18 Осциллограммы тока 8/80 мкс

Наибольшая амплитуда испытательных токов определяется индуктивностью объекта испытаний. Схема с кабельным трансформатором используется для получения испытательных токов амплитудой от 50 до 200 кА при индуктивности объекта испытаний до 0,2 мкГн. При подключении объекта испытаний (индуктивность объекта — до 2 мкГн) без кабельного трансформатора амплитуда испытательных токов изменяется в диапазоне от 10 до 50 кА.

Имитация разрядов статического электричества Для имитации разрядов статического электричества требуются накопитель статического электричества (конденсатор), источник постоянного высокого напряжения, резистор и разрядный электрод (рис. 19). Конденсатор С_н, заряженный от источника постоянного напряжения требуемой полярности до необходимого напряжения, разряжается через резистор и электрод РЭ на испытуемый объект. Электрод подводится к испытуемому объекту, пока напряжение пробоя уменьшающегося воздушного промежутка не станет равным напряжению на С_н и не возникнет искровой разряд. Для имитации разрядов с тела человека сопротивление R_p должно составлять приблизительно 1 кОм, разрядов с малогабаритной мебели — 10−50 Ом.

Рис. 19 Принципиальная схема имитатора разрядов статического электричества: С_н — конденсатор-накопитель энергии; R_р — сопротивление разряда; РЭ — электрод

При имитации разрядов статического электричества возникают и другие трудности. Из-за статистической природы искра не всегда имеет одинаковую временную характеристику; напряжение пробоя разрядного промежутка зависит от атмосферного давления и температуры (иными словами, от плотности воздуха). По этой причине часто осуществляют постоянное соединение источника с испытуемым объектом и подключают источник высокого напряжения при помощи срабатывающего с должной воспроизводимостью коммутатора-реле (рис. 7.20). В качестве коммутаторов пригодны реле, заполненные водородом или элегазом под давлением. Худшими характеристиками обладают вакуумные реле из-за сильного дребезга контактов. Имитаторы с высоковольтными реле отличаются лучше воспроизводимой формой импульса тока, но имитируют параметры искры разряда статического электричества во многих отношениях с худшим качеством, чем простая схема, показанная на рис. 19.

Рис. 20 Имитатор разрядов статического электричества с высоковольтным реле

Оценка помех при грозовых разрядах Ток молнии обычно составляет десятки и даже сотни килоампер, т. е. часто значительно превосходит ток КЗ. Подробно картина возникновения грозового разряда рассмотрена в главе 3.

Оценка помех от молний (как аварийных потенциалов, так и наводок в кабельных коммуникациях) представляет собой сложную задачу. Сложность экспериментального определении очевидна: молниевый разряд в непосредственной близости от интересующего объекта — явление достаточно редкое. Это касается как разрядов молнии между двумя облаками, так и между облаком и землей. В последнем случае разряд обычно приходится на возвышающиеся над землей деревья или искусственные сооружения. На территории больших предприятий часто устанавливают специальные молниеотводные мачты, имеющие связь с общим заземляющим устройством.

Для оценки помех от разряда молнии иногда используют генератор импульсов, описанный выше. Производится имитация разряда молнии на молниеотводную мачту или портал ВЛ. При этом производится измерение импульсных полей в месте размещения аппаратуры, импульсных помех в различных цепях, а также импульсных потенциалов на элементах ЗУ. Полученные значения затем пересчитываются к ожидаемым значениям токов в стволе молнии. Примерная схема таких измерений приведена на рисунке 21 для измерения потенциала элемента заземляющего устройства при ударе молнии.

Рис. 21 Измерение молниевого потенциала с помощью генератора импульсов: 1 — токовый электрод, 2 — точка возможного удара молнии, 3 — конструкция, потенциал которой требуется определить, 4 — потенциальный электрод, ЗУ — заземляющее устройство, А — измеритель импульсов тока, V — измеритель импульсов напряжения, Г — генератор импульсов

Для данного вида испытаний внутреннее сопротивление генератора может быть снижено.

При выполнении подобных испытаний имеется два серьезных источника погрешностей. Во-первых, существует опасность искажения формы импульса за счет влияния сравнительно длинных линий, ведущих к токовому и потенциальному электродам. Действительно, спектр импульса лежит в диапазоне от десятков кГц до десятков МГц, и, следовательно, линия протяженностью несколько десятков метров является уже электрически длинной. С другой стороны, токовый электрод должен располагаться достаточно далеко, чтобы не вносить искажений в распределение потенциала вблизи точки измерения.

Во-вторых, на этих частотах велико индуктивное влияние провода с током генератора на распределение токов в заземлителе и цепях измерения. Действительно, в реальности удар молнии обычно происходит сверху вниз или под некоторым небольшим углом к вертикали, в то время как провод генератора располагается горизонтально над землей.

При разряде молнии в объект оцениваются следующие виды воздействия тока молнии:

• · полевые наводки на кабелях и воздействие импульсных магнитных полей на оборудование;
• · термическое воздействие тока молнии на заземляющие проводники и оболочки и экраны кабелей;
• · обратное перекрытие с земли на жилы кабелей.

Оценка импульсных помех Помехи данного типа возникают при коммутациях при протекании ВЧ-токов по ошиновке подстанции. Электромагнитные поля от этих токов взаимодействуют с кабелями цепей вторичной коммутации, в результате этого взаимодействия в них наводятся импульсные помехи.

Наибольший уровень полевых помех может быть при возникновении кз на ОРУ. Однако, так как при коммутациях первичного оборудования на подстанции при определенных условиях уровень полевых помех может быть выше допустимого, то определение помех проводится и для этих случаев.

Определение помех проводится в несколько этапов.

• · Проводится определение наиболее опасных видов коммутаций
• · На объекте проводятся имитации коммутационных процессов и контрольного провода, проложенного по трассе прокладки вторичных кабелей.
• · Определяются реальные характеристики объекта — коэффициент экранирования соседними кабелями К_взаим, коэффициент экранирования собственным экраном К_экр. На действующих объектах проводятся измерения помех на кабелях защитой на контрольном проводе при реальных коммутациях и сравнение полученных результатов с результатами расчетов.
• · Определение максимальных значений помех расчётным путём.

Контрольный провод прокладывается по трассе прокладки кабелей от оборудования до терминалов защит по земле рядом с кабельным каналом. В провод, подвешенный на высоте 1 м от земли, подается ток от генератора ВЧ импульсов. На щите проводятся измерения напряжений в проводе и контрольных кабелях. При наличии у кабелей экранов измерения повторяются при заземлении их со стороны щита, со стороны оборудования и с обеих сторон.

В результате проведенных измерений на подстанциях и станциях различного класса напряжения было установлено, что уровень полевых импульсных помех при коммутациях и коротких замыканиях может превысить допустимое для микропроцессорных устройств РЗиА в том случае, если трасса прокладки кабелей цепей вторичной коммутации проходит под системой, шин или вблизи и ее кабели проложены в кабельных лотках на поверхности земли. При прокладке кабелей в кабельных каналах, как правило, коэффициент экранирования от импульсных электромагнитных полей не менее 20 и уровень полевых помех не превышает 1 кВ.