Электромагнитные аномалии в сетях электроснабжения

Еще в 1970-1980 годах некоторыми отече­ственными специалистами были проведены экспериментальные исследования по установ­лению реального функционирования элект­рической сети общепромышленного назначе­ния ~220 В/ ~380 В с частотой 50 Гц.

В до­кументации на многие виды аппаратуры и некоторые источники питания указывалось (и в ряде случаев указывается и в наши дни), что напряжение электрической сети общего назначения на зажимах у потребителя не долж­но выходить за границы ±10% от номиналь­ного значения. В действительности, в отдель­ные моменты времени напряжение сети зна­чительно выходит за указанные значения. Было отмечено, что кратковременные перенапряже­ния и импульсные помехи имеют амплитуду 5−500 В и длительность от долей до десятков микросекунд. В отдельных случаях импульс­ные помехи могут достигать величины 1000 В и более с фронтами нарастания до 10 нс. Про­валы напряжения могут составлять 15−30 % и более от номинального напряжения при дли­тельности от полупериода до 15−30 периодов промышленной частоты.

Число сетевых им­пульсных помех зависит от характера производства. В частности, на одном из машиност­роительных предприятий за сутки были за­фиксированы следующие данные по помехам: зафиксировано импульсных помех с ампли­тудой более 5 В около 6400, из которых при­мерно 1000 имели амплитуду выше 100 В, при­чем средний период следования импульсов был порядка 25−27 с.

В настоящее время сети электропитания (электроснабжения) постоянно подвергаются воздействию дестабилизирующих факторов и поэтому не обеспечивают должного качест­ва электроэнергии. Исследования, проведен­ные мировыми производителями электронной техники (по данным Bell Laboratory, США), показали, что, например, компьютер в сред­нем сталкивается с аномалиями электропита­ния более 120 раз в месяц. В 75% случаев эти аномалии становятся причинами сбоев, а в 25% случаев они могут привести и приво­дят к более серьезным отказам и повреждени­ям техники.

Указанные аномалии являются следствием таких явлений, как включения-вы­ключения или работа в повторно-кратковре­менных режимах мощных потребителей типа станочного и штамповочного оборудования, лифтов, транспортеров, сварочного оборудо­вания, срабатывания устройств аварийной за­щиты и т. д. Свою лепту вносят сами импульс­ные источники питания, если не приняты должные меры по обеспечению их ЭМС. В этом контексте можно упомянуть коммер­ческие (бытовые) электронные и электротех­нические устройства: персональные компью­теры, аудио-, теле- и видеотехнику, стираль­ные машины, кондиционеры, СВЧ-печи и т. п.

Типовые аномалии электропитания за ру­бежом (данные Bell Laboratory):

а) пониженное напряжение − до 87%;

б) импульсные перенапряжения − 7,4%;

в) несанкционированные отключения элект­ропитания − 4,7%;

г) повышенное напряжение − около 0,7%.

Эти отклонения в сети электропитания счи­таются НЧ-помехами. В соответствии с ГОСТ Р 51317.2.5-2000 установлены категории и ви­ды ЭМП, по которому все перечисленные вы­ше аномалии в сетях электроснабжения в об­щем виде классифицируются как низкочас­тотные электромагнитные помехи.

Реальное положение дел с энергоснабже­нием констатируют и нормативные докумен­ты. Например, ГОСТ Р 51317.2.4-2000, ГОСТ Р 51317.2.5-2000, ГОСТ 13109-97 и другие вы­нуждены нормировать неблагоприятные для потребителей параметры низкочастотных помех для коммерческих и производствен­ных зон с малым энергопотреблением, а также для производственных зон.

Величины перена­пряжений в сети электропитания переменно­го тока могут достигать больших значений – от 1 до 4 кВ. Это требует применения эф­фективных защитных устройств и элементов-подавителей перенапряжений на входе им­пульсного ИВЭ. Нормативные документы трактуют эти перенапряжения как высокочастотные кондуктивные помехи.

Особый вид аномалии создают бытовые и промышленные силовые устройства, пита­ющиеся выпрямленным током. Речь идет об искажении формы кри­вой потребляемого тока. В настоящее время существенный "вклад" в эту аномалию вносят AC/DC-преобразователи из-за нали­чия в них фильтрующих конденсаторов большой емкости на выходе сетевого вы­прямителя. Образующиеся при этом гармо­ники также попадают в категорию низкочас­тотных электромагнитных помех. В норматив­ных документах, в частности в отечественных ГОСТ Р 51417.2.5-2000 и ГОСТ 13109-97, даны допустимые уровни ЭМС по содержанию раз­ных гармоник.