1. Pròleg
En el sistema elèctric, amb l'augment de la capacitat de la xarxa elèctrica i la tensió de transmissió, s'utilitzen àmpliament la protecció de relés, el control de la xarxa elèctrica i els equips de comunicació basats en ordinadors i microprocessadors. Per tant, el problema de compatibilitat electromagnètica del sistema d'alimentació s'ha tornat molt important. Per exemple, l'equip d'alimentació integrat de la subestació que integra funcions de protecció de relés, comunicació i SCADA s'acostuma a instal·lar prop de l'equip d'alta tensió de la subestació. La condició prèvia per al funcionament normal de l'equip és que pugui suportar les interferències electromagnètiques extremadament fortes generades a la subestació en condicions de funcionament normal o accident. A més, com que els interruptors moderns d'alta tensió sovint s'integren amb equips de control i protecció electrònics, l'equip combinat amb un equip de corrent tan fort i de corrent feble no només s'ha de provar amb alt voltatge i gran corrent, sinó que també ha de passar el electromagnètic. prova de compatibilitat. Quan s'utilitza el seccionador de GIS, pot generar una tensió transitòria ràpida amb freqüència de fins a diversos megahertz. Aquesta sobretensió transitòria ràpida no només posarà en perill l'aïllament del transformador i altres equips, sinó que també es propagarà cap a l'exterior a través de la xarxa de connexió a terra, interferint amb el funcionament normal dels equips de protecció i control de relés a la subestació. Amb la millora de l'automatització del sistema elèctric, la importància de la tecnologia EMC és cada cop més evident.
Segons la definició de la Comissió Electrotècnica Internacional (1EC), la compatibilitat electromagnètica (EMC) es refereix a la capacitat de l'equip o sistema de funcionar normalment en el seu entorn electromagnètic sense causar interferències electromagnètiques insuportables a res del medi ambient. EMC és una nova disciplina d'aplicació integral interdisciplinària. Com a tecnologia d'avantguarda, es basa en la teoria bàsica de la tecnologia elèctrica i de ràdio i implica molts camps tècnics nous, com ara la microelectrònica, la tecnologia informàtica, la tecnologia de microones, la tecnologia de la comunicació i la tecnologia de xarxes, així com noves aplicacions de materials. L'àmbit d'investigació de la tecnologia EMC és molt ampli i abasta gairebé tots els camps d'aplicació d'automatització, com ara l'energia, la comunicació, la ràdio, el transport, l'aeroespacial, l'exèrcit, la informàtica i la medicina.
Tot tipus d'equips elèctrics d'un mateix sistema d'alimentació estan estretament connectats i interactuen entre ells mitjançant connexió elèctrica o magnètica. L'oscil·lació electromagnètica causada pel canvi de mode de funcionament, fallada, funcionament de l'interruptor, etc. afectarà molts equips elèctrics, cosa que afectarà el rendiment d'aquests equips elèctrics o fins i tot els danyarà. Tot això indique que el problema de compatibilitat electromagnètica del sistema elèctric s'ha convertit en un problema que no es pot ignorar.
2. Diversos conceptes de compatibilitat electromagnètica
1) Entorn de compatibilitat electromagnètica (EME)
Es refereix a la suma de tots els fenòmens electromagnètics existents en un lloc determinat. Un lloc determinat és l'espai, que fa referència a tots els fenòmens electromagnètics, inclosos tots els temps i tot l'espectre.
2) Compatibilitat electromagnètica (EMC)
EMC es refereix a que l'equip o sistema pot funcionar normalment en el seu entorn electromagnètic i no causa interferències electromagnètiques a res a l'entorn. Com a disciplina, l'EMC es pot traduir com "compatibilitat electromagnètica". La capacitat EMC com a dispositiu o sistema es pot anomenar "EMC". A partir de la definició, es pot veure que l'EMC inclou dos aspectes: l'emissió electromagnètica generada per l'equip o sistema no afectarà la funció d'altres equips o sistemes; La capacitat anti-interferències de l'equip o sistema és suficient per evitar que la funció de l'equip o sistema es vegi afectada per altres interferències.
3) Interferència electromagnètica (EMI)
La interferència electromagnètica es refereix a qualsevol fenomen electromagnètic que pot reduir el rendiment dels dispositius, equips i sistemes o danyar substàncies vives. Consta de font d'interferències, canal d'acoblament i receptor. Segons la forma de propagació de la interferència, la interferència electromagnètica es divideix en interferències de radiació i interferències de conducció. La interferència radiada (RI) es transmet a través de l'espai amb les característiques i lleis de les ones electromagnètiques, però no tots els dispositius poden irradiar ones electromagnètiques; La interferència conduïda (CI) és la interferència que es propaga al llarg del conductor, és a dir, ha d'haver una connexió de circuit complet entre la font d'interferència i el receptor.
4) Sensibilitat electromagnètica (EMS)
Si la sensibilitat és alta, l'anti-interferència és baixa. EMS reflecteix la capacitat anti-interferència de dispositius, equips o sistemes des de diferents angles. Com més baix sigui el nivell de sensibilitat (el nivell quan el rendiment es degrada al principi), més gran serà la sensibilitat i menor serà l'anti-interferència; Com més alt és el nivell d'anti-interferència, més alt és el nivell d'anti-interferència i menor és la sensibilitat. La sensibilitat electromagnètica es divideix en sensibilitat a la radiació i sensibilitat a la conducció. Actualment, els temes candents de la investigació de la compatibilitat electromagnètica (EMC) inclouen principalment les característiques de les fonts d'interferència electromagnètica i les seves característiques de transmissió, els efectes nocius de la interferència electromagnètica, la tecnologia de supressió d'interferències electromagnètiques, la utilització i gestió de l'espectre electromagnètic, la compatibilitat electromagnètica. estàndards i especificacions, tecnologia de mesura i prova de compatibilitat electromagnètica, fuites electromagnètiques i descàrregues electrostàtiques, etc.
3. Principals modes EMI i vies de transmissió
La formació de la compatibilitat electromagnètica dels equips d'alimentació es deu principalment a l'augment d'equips de potència en tots els àmbits de la vida, l'ús extensiu d'equips de comunicació sense fil, equips elèctrics i equips d'alta freqüència a l'entorn circumdant i la creixent interferència electromagnètica entre equips. . Segons la compatibilitat electromagnètica dels equips d'alimentació, els experts de la indústria saben que els equips interfereixen entre si, és a dir, alguns equips no només són vulnerables a diverses interferències, sinó que també interfereixen amb altres equips. De fet, molts dispositius tenen compatibilitat electromagnètica, però la interferència entre ells no s'ha detectat clarament, però aquestes amenaces potencials han afectat el funcionament segur dels equips elèctrics. Per descomptat, la compatibilitat electromagnètica dels equips també inclou els possibles perills de seguretat causats per fuites electromagnètiques. Les fuites electromagnètiques es refereixen a la filtració d'informació útil. Encara que són senyals electromagnètics febles, per a alguns atacants maliciosos, una vegada que estan interessats en alguna informació, poden utilitzar fàcilment mitjans moderns per interceptar, amplificar, desxifrar o descodificar la informació.
La interferència electromagnètica inclou principalment el següent:
1) Interferència harmònica
La influència i el dany dels harmònics en els equips primaris es mostren principalment en els aspectes següents: augmentar la pèrdua d'equips, augmentar l'augment de la temperatura i reduir la producció i la vida útil de l'equip; Augmentar la pèrdua dielèctrica i la descàrrega local en l'aïllament per accelerar l'envelliment de l'aïllament; Augmenta la vibració i el soroll del motor.
La principal influència dels harmònics en l'equip secundari és interferir amb el seu estat de treball normal, com ara la precisió de la mesura, la fiabilitat de l'acció, etc.
En cas d'avaria, la protecció a distància té un impacte més gran en la interferència dels harmònics als dispositius de protecció de relés. El relé d'impedància es configura segons la impedància d'ona fonamental del sistema. L'aparició d'harmònics, especialment el tercer harmònic, provocarà grans errors de mesura, i pot provocar la negativa o el mal funcionament en casos greus.
2) Funcionament de commutació en circuit primari
Es deu principalment al funcionament d'interruptors, seccionadors, etc. a la xarxa elèctrica, que provoca sobretensió de bancs de condensadors, transformadors sense càrrega, reactors, motors, etc., i interferències electromagnètiques del pantògraf.
3) Pertorbació per llamps
Quan el llamp colpeja la subestació de la xarxa elèctrica, el gran corrent drenarà a la xarxa de connexió a terra a través del punt de connexió a terra, cosa que augmentarà molt el potencial del punt de connexió a terra. Si el punt de connexió a terra del circuit secundari està a prop del punt d'impacte del llamp de gran corrent, el potencial del punt de connexió a terra del circuit secundari augmentarà en conseqüència, la qual cosa formarà una interferència de mode comú al mateix circuit secundari, causant sobretensió, que provocarà avaria d'aïllament dels equips secundaris en casos greus.
4) Interferència del propi circuit secundari
La interferència del propi circuit secundari es genera principalment per inducció electromagnètica. Molts dels dispositius de circuits integrats digitals dels equips de potència integrats en subestacions o centrals elèctriques es realitzen mitjançant sistemes microordinadors d'un sol xip. Com que els dispositius de la placa de circuit imprès (PCB) del sistema s'alimenten amb font d'alimentació de CC i hi ha moltes bobines d'inductància grans al circuit de CC, en canviar, apareixerà sobretensió als dos extrems de la bobina, que indueix tensió induïda i corrent induïda que no afavoreixen el funcionament normal de l'equip secundari, causant interferències als dispositius de la PCB, interferint així amb el funcionament normal del sistema de microcontroladors.
La interferència electromagnètica es pot transmetre des de la font d'interferència a l'equip sensible de dues maneres, és a dir, conducció i radiació. La conducció es divideix en acoblament directe acoblament conductor, acoblament capacitiu de camp elèctric i acoblament inductiu. La radiació és principalment acoblament electromagnètic. La interferència generada pel camp magnètic és causada per la inductància mútua entre conductors. Quan el corrent al circuit secundari canvia de sobte, el flux magnètic de l'enllaç creuat al circuit secundari també canvia i, a continuació, s'indueix la tensió d'interferència. Com més gran sigui l'amplitud i la freqüència del corrent transitori al circuit primari, més forta serà la connexió magnètica entre el circuit primari i el circuit secundari, i més gran serà la interferència causada per l'acoblament inductiu. La interferència del sistema d'alimentació es transmet principalment a equips de baixa tensió mitjançant cables TA, CVT i transmissió, seguit de l'acoblament de radiació d'alta freqüència. Les principals formes d'acoblament són l'acoblament conductor i inductiu.
4. Mesures per suprimir les interferències electromagnètiques
En qualsevol sistema, la formació d'EMC ha de complir tres condicions bàsiques (anomenades tres elements d'interferència electromagnètica): l'existència de fonts d'interferència, l'existència d'unitats receptores sensibles a les fonts d'interferència i l'existència de canals per acoblar l'energia de les fonts d'interferència a unitats receptores.
Segons el tipus i les característiques de la interferència electromagnètica, generalment s'adopten mètodes de blindatge, filtrat i connexió a terra per suprimir la interferència electromagnètica.
4.1 Supressió del canal de transmissió d'interferències
4.1.1 El blindatge es pot dividir en blindatge de camp elèctric, blindatge de camp magnètic i blindatge electromagnètic. En general, s'adopta un blindatge electromagnètic per evitar les interferències generades per camps electromagnètics alternatius. El blindatge té dues finalitats: a. limitar la fuita d'energia electromagnètica irradiada en l'equip cap a l'exterior; b. Evitar que les interferències de radiació externa entrin a l'equip i interfereixin amb el funcionament normal de l'equip.
a. Mètode de blindatge de camp elèctric
La mesura més senzilla és posar a terra la font inductiva i l'inductor amb una partició metàl·lica per suprimir l'acoblament capacitiu paràsit i realitzar un blindatge de camp elèctric. Per a una forta interferència de camp elèctric, és millor utilitzar una coberta metàl·lica d'alta conductivitat per a la connexió a terra.
b. Mètode de blindatge de camp magnètic
El camp magnètic es divideix en camp magnètic de baixa freqüència i camp magnètic d'alta freqüència, i s'han de prendre diferents mesures per a diferents camps magnètics. Per a camps magnètics de baixa freqüència, es poden utilitzar materials d'alta conductivitat magnètica com a blindatge per aconseguir el blindatge del camp magnètic, però els components blindats no han de tenir buits en la direcció paral·lela al camp magnètic per evitar fuites magnètiques. Per al camp magnètic d'alta freqüència, a causa de l'existència del component del camp elèctric i el component del camp magnètic, cal que el blindatge del camp elèctric i el blindatge del camp magnètic es realitzin simultàniament. Tanmateix, la protecció del camp magnètic d'alta freqüència dels materials ferromagnètics es limita a menys de 100 kHz. Per a camps magnètics de freqüència més alta, s'han de prendre mesures especials. Per tal d'evitar fuites magnètiques dels buits i forats, s'han de reduir els buits o augmentar la profunditat de l'espai tant com sigui possible. Els forats s'han de tapar amb cobertes metàl·liques. Si hi ha eixos metàl·lics que sobresurten, han d'estar connectats a terra de manera fiable o s'han d'instal·lar atenuadors de guia d'ones.
Quan el camp magnètic que s'ha de protegir és molt fort, el material de blindatge estarà saturat. Un cop es produeix la saturació, es perdrà l'eficàcia de blindatge. En aquest cas, es pot utilitzar blindatge de doble capa i la primera capa està feta de material de baixa permeabilitat, que no és fàcil de saturar; La segona capa està feta de material d'alta permeabilitat, però és fàcil de saturar. La primera capa de blindatge atenua primer el camp magnètic a una força adequada, de manera que la segona capa de blindatge no es saturarà i el material d'alta permeabilitat pot donar un joc total a l'efecte de blindatge.
4.1.2 Filtrat
La tecnologia de filtratge és una mesura eficaç per filtrar les interferències de potència. Les interferències causades per la contaminació elèctrica són les més freqüents. Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia electrònica, l'aplicació de la font d'alimentació de commutació és cada cop més popular. Per tant, des de la perspectiva d'eliminar la interferència electromagnètica generada per la commutació d'alimentació, també s'ha de tenir en compte el filtre EMI. El disseny del filtre EMI és diferent del filtre tradicional. A més d'atenuar la interferència electromagnètica d'alta freqüència tant com sigui possible, també cal que la font d'alimentació, la impedància de càrrega i la impedància de l'element corresponent del filtre siguin tan properes com sigui possible a la freqüència de tall i segueixi dos principis bàsics. : a. La inductància en sèrie del filtre s'ha de connectar a una font d'alimentació de baixa impedància o una càrrega de baixa impedància; B. El condensador paral·lel del filtre s'ha de connectar a la font d'alimentació d'alta impedància o a la càrrega d'alta impedància. D'aquesta manera, es pot millorar l'efecte d'aplicació pràctica del filtre EMI.
El mètode d'instal·lació correcte del filtre també és important. Per exemple, quan el filtre s'instal·la a la placa de circuit, la interferència electromagnètica entra directament al filtre, cosa que reduirà l'efecte de filtratge, de manera que el filtre s'ha de protegir.
4.1.3 Posada a terra
La connexió a terra és un dels requisits tècnics bàsics per al treball de circuits, equips i sistemes, i també un dels mètodes més bàsics per evitar interferències. Com que la posada a terra pot fer que el corrent d'interferència del circuit torni a terra, la connexió a terra correcta pot suprimir eficaçment la influència del senyal d'interferència en altres equips.
Els tres mètodes bàsics de connexió a terra, filtratge i blindatge poden millorar la compatibilitat electromagnètica dels equips electromagnètics, que es poden implementar per separat o complementar-se mútuament. Per exemple, la connexió a terra fiable dels equips pot evitar les interferències electrostàtiques i reduir els requisits de blindatge dels equips; Un bon blindatge electromagnètic pot prevenir eficaçment la interferència de radiació electromagnètica i els requisits dels circuits de filtre es poden relaxar adequadament. Tenint en compte l'efecte general, una bona connexió a terra pot reduir l'energia de la freqüència d'interferència; El blindatge pot aïllar el camí d'acoblament de la radiació electromagnètica i reduir l'energia de la radiació; El filtratge pot atenuar l'energia d'interferència transmesa a través de la font d'alimentació.
4.2 Separació temporal
La regla de temps compartit és encendre el dispositiu interferit i el dispositiu interferit en diferents períodes de temps per evitar l'ús simultània de dispositius interferents en el mateix període de temps.
4.3 Mesures de gestió de la freqüència
La gestió de la freqüència inclou control de freqüència, modulació de freqüència, transmissió digital i conversió fotoelèctrica. El control de freqüència significa que els equips amb la mateixa freqüència a l'equip no s'han d'utilitzar conjuntament, i s'ha de prestar atenció a la interferència de doble freqüència entre ells. La tecnologia de modulació de freqüència és utilitzar la freqüència per modular l'equip dues vegades per evitar la freqüència d'interferència. La transmissió digital es refereix a la conversió de senyals analògics en senyals digitals per a la transmissió, de manera que es poden prevenir en la màxima mesura diverses interferències. Les empreses poden provar la conversió fotoelèctrica i la tecnologia de transmissió fotoelèctrica si poden, perquè els senyals fotoelèctrics tenen una relació senyal-soroll molt alta i una capacitat anti-interferència.
4.4 Separació espacial
Selecció d'emplaçament i ubicació, aïllament d'edificis naturals, control d'angle d'instal·lació d'equips, control de direcció vectorial de camp elèctric i camp magnètic. És a dir, s'ha d'adoptar la tecnologia d'evitació i desbloqueig, s'ha d'utilitzar raonablement l'aïllament natural format pels edificis, s'ha de seleccionar la ubicació i la direcció d'instal·lació adequades i s'ha de controlar la interferència causada per equips amb poca compatibilitat electromagnètica. màxima extensió. Per exemple, en instal·lar el monitor, s'ha de seleccionar raonablement la direcció del suport de transmissió i recepció i ha d'estar el més lluny possible de l'ascensor, la televisió i l'ordinador.
5. Continguts principals de la recerca EMC
Els continguts principals de la compatibilitat electromagnètica del sistema d'alimentació inclouen:
5.1 Avaluació de l'entorn electromagnètic
El nivell d'interferència electromagnètica (amplitud, freqüència, forma d'ona, etc.) a què pot estar sotmès l'equip durant el funcionament s'estimarà mitjançant mesura o simulació digital. Per exemple, el vehicle de prova de compatibilitat electromagnètica mòbil s'utilitza per mesurar diverses interferències generades per línies o subestacions de transmissió d'alta tensió, o el camp electromagnètic transitori que es pot generar es simula digitalment mitjançant un programa de càlcul de transitori electromagnètic. L'avaluació de l'entorn electromagnètic és una part important de la tecnologia EMC i la base del disseny anti-interferència.
5.2 Camí d'acoblament EMI
Esbrineu el camí pel qual la interferència electromagnètica generada per la font d'interferència arriba a l'objecte interferit. La interferència es pot dividir en interferències conduïdes i interferències radiades. La interferència conduïda es refereix a la interferència causada per la interferència electromagnètica que es propaga a través de línies elèctriques, cables de connexió a terra i línies de senyal a l'objecte. Per exemple, la interferència generada per la font d'impuls del llamp transmesa a través de la línia elèctrica. La interferència de radiació es refereix a la interferència transmesa a equips sensibles a través de l'espai de la font electromagnètica. Per exemple, la interferència de ràdio o la interferència de televisió generada per la corona de la línia de transmissió pertany a la interferència de tipus radiació. L'estudi de la forma d'acoblament d'interferències és de gran importància per formular mesures antiinterferències i eliminar o suprimir les interferències.
5.3 Avaluació de la immunitat electromagnètica
Estudieu la capacitat de diversos equips i mesuradors sensibles del sistema d'alimentació, com ara la protecció de relés, dispositius automàtics, sistema informàtic, instruments de mesura d'energia elèctrica, per suportar interferències electromagnètiques. En general, la prova s'utilitza per simular la possible interferència en el funcionament i provar si l'equip provat causarà un mal funcionament o danys permanents quan l'equip estigui el més a prop possible de les condicions de treball. La immunitat de l'equip depèn del seu principi de funcionament, la disposició del circuit electrònic, el nivell de senyal de treball i les mesures anti-interferències preses. Amb l'àmplia aplicació de diversos sistemes d'automatització i sistemes de comunicació en sistemes d'alimentació, i amb la tendència d'integrar equips de corrent fort i equips de corrent fort, com avaluar la capacitat d'aquests equips per suportar interferències, estudiar mètodes de prova pràctics i efectius i formular Els estàndards d'avaluació es convertiran en un tema important de la tecnologia de compatibilitat electromagnètica en els sistemes elèctrics.
6. Observacions finals
Amb l'àmplia aplicació dels equips d'automatització del sistema d'alimentació i el progrés de la tecnologia, el problema de compatibilitat electromagnètica és cada cop més destacat. És urgent promoure la tecnologia de compatibilitat electromagnètica existent i madura, establir un sistema de prova i prova perfecte i estàndards d'inspecció i estudiar nous problemes i noves direccions de compatibilitat electromagnètica en la tecnologia d'aplicació del sistema elèctric. En el disseny i l'aplicació de l'enginyeria d'automatització, es poden eliminar les interferències electromagnètiques i es pot millorar l'estabilitat i la fiabilitat dels equips si es considera completament la compatibilitat electromagnètica dels equips i s'adopten diverses mesures tècniques i mètodes de gestió.
