Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Импульсные помехи в проблеме электромагнитной совместимости судового электротехнического и электронного оборудования 10
1.1. Характеристики помех 10
1.1.1. Помехи на судах 10
1.1.2. Виды электромагнитной помехи 13
1.1.3. Причины возникновения электромагнитных помех в судовых электроэнергетических системах 18
1.1.4. Пути распространения электромагнитных помех в судовых кабелях 19
1.2. Цели и основные задачи работ в области электромагнитной совместимости 24
1.3. Нормы и рекомендации по электромагнитной совместимости 25
1. 4. Выводы по главе 1 35
ГЛАВА 2. Математические модели распространения импульсных помех в судовых кабелях 37
2.1. Обзор методов расчета распространения импульсных помех в кабелях и постановка задач исследования 37
2.1.1. Обзор методов расчета распространения импульсных помех в кабелях 37
2.1.2. Постановка задач исследования 48
2.2. Математическая модель распространения импульсных помех в однородной линии 49
2.3. Математическая модель для расчета распространения импульсных помех в неоднородной линии 53
2.3.1. Метод бегущих волн для расчета напряжения импульса в неоднородной линии 53
2.3.2. Метод конечной разности для расчета напряжения импульса в неоднородной линии 57
2.4. Математическая модель для расчета наведенных напряжений 60
2.5. Выводы по главе 2 66
ГЛАВА 3. Расчет параметров кабелей и параметров импульсных помех при распространении в судовых кабелях 68
3.1. Расчет параметров судовых электротехнических кабелей, влияющих на распространение импульсных помех 68
3.1.1. Расчет первичных и вторичных параметров судовых электротехнических кабелей 68
3.1.2. Расчет коэффициентов конструктивных постоянных времени Топ и тод судовых электротехнических кабелей 73
3.1.3. Расчет параметров судовых электротехнических кабелей с разными высотами прокладки над конструкционными сталями 75
3.1.4. Расчет параметров электромагнитной связи судовых электротехнических кабелей 76
3.2. Расчет изменения импульсных помех при распространении в судовых электротехнических кабелях 79
3.2.1. Расчет изменения импульсных помех при распространении в однородных судовых электротехнических кабелях 79
3.2.2. Расчет изменения импульсных помех при распространении в неоднородных судовых электротехнических кабелях 83
3.2.2.1. Влияние разделки кабелей на распространение импульсных помех в кабеле 84
3.2.2.2. Влияние высоты прокладки кабелей на распространение импульсных помех в судовом кабеле 86
3.2.2.3. Перенапряжения на удаленном электронном оборудовании при коммутации конденсаторов в электрической сети 91
3.2.3. Расчет наведенных напряжений 94
3.3. Результаты испытания распространения импульсных помех по судовым кабелям 97
3.4. Выводы по главеЗ 112
ГЛАВА 4. Распространение импульсных помех через элементы судовой электроэнергетической системы ... 114
4.1. Распространение импульсных помех через фильтры 114
4.1.1. Моделирование распространения импульсных помех через сетевой фильтр 114
4.1.2. Расчет коэффициента вносимого затухания импульсных помех для фильтров 118
4.1.2.1. Распространение микросекундных помех через фильтр 118
4.1.2.2. Распространение наносекундных помех через фильтр 125
4.2. Распространение импульсных помех через трансформатор 133
4.2.1. Математическая модель распространения импульсных помех через трансформатор 133
4.2.2. Методика измерения параметров распространения трансформатора 144
4.2.3. Результаты измерения параметров распространения через
трансформатор 146
4.3. Распространение импульсных помех через гальваническую развязку 150
4.3.1. Метод испытания 150
4.3.2. Результаты испытания гальванической развязки ABA 6ТА00В 151
4.3.3. Результаты испытания гальванической развязки WAS5 VVC HF 153
4.4. Выводы по главе 4 155
Заключение 157
Список литературы 160
- Пути распространения электромагнитных помех в судовых кабелях
- Обзор методов расчета распространения импульсных помех в кабелях
- Расчет первичных и вторичных параметров судовых электротехнических кабелей
- Распространение микросекундных помех через фильтр
Введение к работе
Актуальность работы. Современное судно является сложной системой включающей в себя многие технические средства с различными функциями и принципами действия. При этом характерно широкое использование в них электротехнических и электронных элементов. Электромагнитные процессы, происходящие при работе каждого такого элемента, в той или иной мере влияют на процессы, протекающие в других элементах, и, в свою очередь оказываются подверженными влиянию с их стороны. Подчас это взаимное электромагнитное влияние может приводить к сбоям в работе отдельных технических средств и серьезным нарушениям нормального функционирования судна в целом. В электроэнергетических системах возникают наиболее сильные электромагнитные возмущения, распространяющиеся кондуктивно и пространственно. Непрерывно происходящие рост мощности судовых электротехнических устройств, повышение чувствительности устройств судовой радиоэлектроники и расширение использования бортовых средств вычислительной техники остро ставят проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) судовых технических средств.
Резолюция ИМО А813 (19), правило 17 новой главы 5 СОЛАС, стандарты МЭК 60533 и МЭК 60955 требуют обеспечения электромагнитной совместимости судового электронного и электротехнического оборудования, как необходимого условия обеспечения безопасности судна. Электромагнитная совместимость судовых систем зависит от помехоустойчивости отдельного оборудования, уровней создаваемых помех и путей их распространения от источников к оборудованию.
Для обеспечения электромагнитной совместимости необходимо принимать во внимание не только параметры помех в месте возникновения, но и изменение параметров при распространении до восприимчивой к помехам аппаратуры. Вопросы распространения импульсных помех по судовым кабелям и через средства защиты на судне требуют детального исследования.
Цепь работы. Целью работы является определение изменения параметров импульсных помех (ИП) при распространении в судовых электроэнергетических системах.
С учетом поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
Разработка методов оценки параметров ИП при распространении в судовых кабелях.
Определение значения параметров судовых кабелей, необходимых для расчета распространения импульсных помех.
Определение изменения параметров ИП при распространении через кабели, трансформаторы, фильтры и гальванические развязки.
Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены с использованием следующих методов исследования:
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ j БИБЛИОТЕКА
Метод распространяющихся (бегущих) волн.
Моделирование распространения ИП в частотной и временной областях
Использование пакетов Mathcad, Matlab при решении уравнений, моделировании процессов и математической обработке результатов экспериментов.
Генетический алгоритм для определения максималы ;ой амплитуды импульса на нагрузке неоднородной линии.
Использование SPICE моделей элементов ЭЭС.
Импульсный метод для измерения параметров трансформаторов, параметров электромагнитной связи кабелей и проверки эффективности экранирования помехоподавляющего покрытия кабелей.
Натурные эксперименты для проверки разработанных математических моделей.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты, которые выносятся на защиту:
Разработана математическая модель распространения наносекундных ИП в судовых электротехнических кабелях с учетом затухания и неоднородностей.
Впервые получено значение параметров судовых кабелей, необходимых для расчета распространения наносекундных ИП.
Определено влияние параметров кабелей, их прокладки на распространение. Впервые получены зависимости параметров помех от разделки кабелей, неоднородностей кабельной трассы.
Определены максимально возможные амплитуды ИП на судовом электронном оборудовании с учетом эффектов распространения.
Определена эффективность экранирования помехоподавляющего покрытия кабеля.
- Получены зависимости коэффициента вносимого затухания фильтра для
наносекундных ИП от паразитных параметров элементов фильтра.
Практическая ценность и реализация работы.
- Полученные теоретически и экспериментально значения параметров кабелей
используются для расчета распространения ИП в кабельной трассе.
- Методика проверки эффективности экранирования помехоподавляющего
покрытия и результаты измерений используются при разработке новых видов
покрытий кабелей в ФГУП РФ ЦНИИ КН " Прометей".
Измеренные параметры трансформаторов позволяют рассчитывать распространение ИП через них.
Зависимости коэффициента вносимого затухания фильтров от параметров элементов предлагается использовать при проектировании средств помехо-защиты.
Результаты исследования распространения импульсных помех через гальванические развязки ABA 6ТА00В и WAS5 WC HF использованы при выборе средств защиты в ФГУП НПО" Аврора".
Апробация работы. Представленные в диссертации материалы были апробированы в докладах на восьмой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости (Санкт-Петербург, 2004), международных конференциях по электромагнитной совместимости в Санкт-Петербурге (06.2005) и в Таиланде (08.2005), на заседании секции ЭМС Дома Ученых имени М. Горького (03. 2006).
Публикации по работе. По теме диссертация опубликовано 4 научные работы в трудах российских и международных научно-технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литература, включающего 88 наименований
Объем работы - 165 страниц, в том числе 18 таблиц и 125 рисунков
Пути распространения электромагнитных помех в судовых кабелях
ЭМП описываются отклонениями от нормальных значений параметров состояния электрических цепей (напряжений и токов) и электромагнитного поля в рассматриваемом пространстве (напряженности электрического и магнитного полей)[14]. В зависимости от видов электромагнитных процессов и специфической восприимчивости рассматриваемых рецепторов для описания ЭМП выбираются конкретные количественные показатели -параметры помех. ЭМП подразделяются на импульсные, периодические и постоянные в зависимости от характера их протекания во времени. Распространенным видом ЭМП в СЭЭС являются импульсные искажения напряжения. Импульсная помеха напряжения ии рассматривается как разность между мгновенными значениями напряжения и при помехе и неискаженного в ее отсутствии нормального напряжения инорм,т.е.
Импульсные помехи напряжения описываются следующими параметрами (рис. 1.4): амплитудой (/#, длительностью /#, длительностью фронта t0, а в случае пачки импульсов (см. рис.4, в) - частотой следования пачек /п, длительностью пачек Ти и частотой следования импульсов в пачке /И. Аналогично описываются ЭМП при импульсах тока и напряженностей электрического и магнитного полей. Кратковременные провалы напряжения и перенапряжения в питающей сети характеризуются глубиной провала и амплитудой перенапряжения, которые определяются так же, как и амплитуда импульса. Периодические ЭМП (и, і, Е, Н) описываются параметрами частотных характеристик в нужных диапазонах спектра частот (низких, средних и высоких). При этом значения переменных выражаются либо в физических единицах (А ,В, ...), либо в децибелах. В частности, расчет напряжения в децибелах производится по формуле: Периодические искажения (в основном напряжения) описывается также обычными параметрами несинусоидальных периодически изменявшееся величин (коэффициент амплитуды, несинусоидальности). ЭМП одразделяются также по длительности их действия (длительные, непродолжительные, кратковременные), по регулярности возникновения, по диапазонам частот. Параметры кондуктивных ЭМП рассматриваются для определенных цепей, по которым они достигают рецепторов. Так, напряжения помехи могут быть симметричными и несимметричными. Параметры полевых помех определяются для конкретных сочетаний пространственных координат их источников и рецепторов. Выбор характеристик ЭМП, существенных дли решения задач ЭМС, определяется исследованиями их воздействий на различные виды оборудования (рецепторы). Основными источниками периодических ИП в СЭЭС являются ПП параметров электрической энергии: выпрямители, инверторы, преобразователи частоты и регуляторы переменного напряжения. Принцип действия ПП предполагает периодические переключения цепей, которые приводят к возникновению регулярно повторяющихся переходных процессов нарастания и спадения тока в системе с активно-реактивными элементами. Если удельная мощность ПП невелика (доли процента от мощности генераторов в СЭЭС), то генераторы можно считать в этом случае идеальными источниками напряжения. При относительной мощности ПП, начиная от единиц процентов падение напряжения на внутреннем сопротивлении генераторов при переходных процессах изменения тока сопровождающих работу ПП, становится заметным. При этом и в напряжении сети тоже возникают периодические импульсные помехи. Причиной возникновения непериодических коммутационных импульсных помех являются переходные процессы при нормальных и аварийных коммутациях в судовых электроэнергетических системах. Основными источниками помех могут быть названы следующие коммутации: - включение потребителей электроэнергии (нагрузок); - включение и отключение конденсаторов; - выключение индуктивных цепей; - аварийные замыкания. Кабели, проложенные между различным оборудованием, являются основным маршрутом для помех, как проникающих в устройства, так и исходящих из них. Собственно кабели, конечно, являются пассивными компонентами. Однако применение отдельных типов кабелей может способствовать удовлетворению требований ЭМС для систем и аппаратов [55]. Выбор кабеля - важнейший аспект системного проектирования с позиций ЭМС. Точно так же важно в системном контексте, что будет сделано с кабелем при его установке. Расположение, направление и завершение - все это будет влиять на передачу помех от кабеля или к нему и может иметь существенное влияние на общие показатели системы. Проектировщик аппаратуры должен определить тип кабеля для различных интерфейсов для того, чтобы удовлетворить требования ЭМС для аппаратуры; проектировщик системы должен быть уверен, что это полностью выполнено и следует применить наилучший вариант установки. Импульсные помехи могут быть распространяться в кабелях по следующим путям: - По цепи " провод - провод" - симметрично; - По цепи " провод - корпус" - несимметрично; - Импульсные помехи, наведенные в кабелях. При возникновении в силовых кабелях импульсных помех они наводятся и в цепях близких кабелей. Симметричный ток (электропитание) Одним из наиболее важных аспектов ЭМС является понимание различия между различными путями связи. Базовое положение этого различия состоит в том, что два различных пути прохождения сигнала могут существовать в одном и том же наборе проводников. Один из них предусмотрен разработчиком - сигнал и его возвратный ток, шина питания и ее возвратный ток, по которому протекает полезный сигнальный ток, называется симметричным, поскольку отмеченные токи текут в противоположных направлениях. Другой путь - паразитная цепь, которая формируется между рабочей цепью и структурой, в которой она расположена. Это так называемый несимметричный помехи, поскольку в этом случае токи во всех проводниках текут в одинаковом направлении. Рис. 1:5 иллюстрирует различные пути связи для некоторого обобщенного устройства с магистралью электропитания и сигнальными линиями. Стрелки на рисунке показывают помехоэмиссию; их направление может быть изменено на противоположное при рассмотрении помехоустойчивости. Симметричные помехи: Во всех случаях желаемый или преднамеренный сигнальный ток внутри кабеля протекает в симметричной цепи. То есть два проводника в кабеле предназначены для передачи соответствующих сигналов: один несет «прямой» ток, а другой - «возвратный». Проектировщик аппаратуры распределяет на каждом конце кабеля контакты соединителя для каждого проводника, а источник и нагрузка подключаются к кабелю через эти контакты. Если бы цепь находилась в полной изоляции, то в проводниках протекали бы только токи, которые соответствовали полезным сигналам [2, 56]. Это описание в полной мере относится и к силовым и к сигнальным цепям. Примером таких токовых пар может служить фаза сети питания и нейтраль, цепи плюса и минуса источника постоянного тока, каждый сигнальный провод и проводник с нулевым потенциалом в шине, в которых внутренний проводник имеет парный наружный в виде оплетки. Является или нет цепь «балансной», при которой напряжение является симметричным относительно земли или некоторого другого опорного уровня, не относится к классификации симметричной помехи, хотя это важно в других случаях. Важным моментом является то, что ток в одном проводнике из пары согласован и соответствует току в другом проводнике. В трехфазной сети электропитания симметричные помехи не отвечает на вопрос, будет ли нагрузка балансной для фазы; в трехфазном кабеле питания токи симметричной помехи в сумме всегда равны нулю.
Обзор методов расчета распространения импульсных помех в кабелях
Основные результаты диссертации могут быть сформулированы следующим образом: 1. В судовой электроэнергетической системе в переходных режимах возникают импульсные помехи, отличающиеся формой и значениями описывающих их параметров. При проведении работ по ЭМС необходимо принимать в внимание особенности распространения ИП в судовой сети. 2. Анализ международных документов и Российского Морского Регистра судоходства показывает, что наблюдается сближение требований МЭК, МАКО и Российского Регистра судоходства к судовому оборудованию по электромагнитной совместимости. Специальные рекомендации по защите от импульсных помех по путям распространения не сформулированы. Необходимо учитывать распространение наносекундных импульсных помех 5/50 не по ГОСТ Р 51317-4-4 и микросекундных импульсных помех 1/50 мке по ГОСТ Р 51317-4-5. 3. Отсутствующие в технической документации вторичные параметры кабелей, коэффициенты конструктивных постоянных времени распространения импульсных напряжений и токов определяются методом расчета или измерения. Коэффициент затухания а судовых кабелей КНР достигает максимального значения 0,001747 (неп/км) для кабеля КНР сечением 3 1мм2 и ми-нимального значения 0,000364 (неп/км) для сечения 3 240мм . Результат расчета постоянных времени Топ и Тод показывает, что при увеличении сечений кабелей с 1мм до 240мм изменение коэффициента Год меньше чем изменение коэффициента Топ- Коэффициенты Топ = 9,7186.10"7(с/км2), год -3,9071.10"9(с/км2) для кабеля КНР 3x1 мм2, а гоп = 4,3928.10"8 (с/км2), год = 4,0869.10" (с/км") для кабеля КНР 3x240мм . Полученные параметры электротехнических судовых кабелей могут применяться для расчетов распространения импульсных помех по судовым кабелям. 4. Разработанные математические модели позволяют определить зна чения параметров импульсных помех при распространении по судовым кабе лям. Параметры импульсных помех при распространении в судовых кабелях зависят от потери в кабеле, отражения от нагрузки и многократных отражений от точек изменений волнового сопротивления вдоль цепи распространения. Многократные отражения волн на пути распространения из-за разделки кабелей дают увеличение амплитуды помехи до 4 амплитуд падающей волн. Результат моделирования распространения импульсных помех по кабелям с неоднородностями показывает, что увеличение волнового сопротивления вдоль пути распространения может дать увеличение амплитуды помехи до 4 амплитуд падающей волн при сопротивлении источника 50 Ом и до 6 амплитуд при сопротивлении источника 5 Ом. Изменение волнового сопротивления кабеля по ступенчатому периодическому закону из-за прокладки кабелей через системы шпангоутов судна не вызывает увеличение амплитуды помехи на нагрузке. 5. Математическая модель расчета наведенных напряжений позволяет оценивать параметры наведенных напряжений импульсов и прогнозировать их форму. Амплитуда наведенного напряжения в цепи рецептора помех может достигать 0,3 амплитуд напряжения импульса в цепи источника помех. 6. На судне амплитуда напряжения на удаленной нагрузке может достигать 4 амплитуд напряжения электропитания. Многократные отражения в кабеле могут дать увеличение перенапряжения до 7,5 амплитуд напряжения электропитания. Необходимо увеличить требования к устойчивости судового оборудования к микросекундным импульсным помехам до 2 кВ. 7. Результаты моделирования распространения импульсных помех через фильтры предлагается использовать для выбора LC - фильтров для защиты электрооборудования. LC - фильтры мало эффективны для защиты от микросекундных помех. Затухание импульсных помех превышает 5 раз только при индуктивности L более 10 мГн и емкости С близкой к 10 мкФ. Распространение наносекундных импульсных помех через фильтр в значительной степени определяется паразитными параметрами элементов фильтра. Затухание наносекундных импульсных помех для индуктивного фильтра превышает 10 раз только при индуктивности L фильтра большей 0,1 мГн и паразитной емкости меньшей 3 пФ. 8. В технической документации на трансформаторы вторичного источника питания отсутствуют данные о величинах межобмоточной емкости Сп, емкости обмотки трансформатора относительно корпуса Q, индуктивности рассеяния Ls и емкости обмотки Cs, необходимые для расчета распространения импульсных помех через трансформатор. Параметры средств помехоза-щиты и трансформаторов предлагается определять импульсным методом. В результат экспериментов определено, что для трансформаторов питания электронных средств С2 = 4 - 60 пФ, С и = 35 - 1200 пФ, Ls 10 5 - 10 7 Гн и Cs = 60 - 300 пФ. Значения параметров С2, Сп, Cs и Ls для силовых трансформаторов больше, чем для трансформаторов питания радиоэлектронных устройств. Для судового силового трансформатора ТСВМ-4-74, 4кВА значения параметров составляют Си - 1,2 нФ, С2 = 0,43 нФ, Cs - 121 пФ и Ls = 0,535 мГн. Методика определения и измеренные параметры средств защиты и трансформаторов предлагается использовать для расчета распространения импульсных помех через элементы судовой электроэнергетической системы и выбора средств помехозащиты. 9. Эффективность использования средств гальванических развязок предлагается определять экспериментально в соответствии с разработанной методикой. Результаты испытания средств защиты подтверждают работоспо собность методики. В частотности определено, что гальваническая развязка ABA 6ТА00В не соответствует требованиям испытаний по эмиссии и устой чивости. Гальваническая развязка при своей работе создает недопустимые помехи амплитудой до 5 В и частотой около 900 кГц. Приложенные на вход ные зажимы несимметричные напряжения 1,8 - З В в частотном диапазоне 20 - 50 МГц вызывают недопустимые отклонения выходного напряжения. Зарегистрированы изменения напряжения от +9 В до -9 В. Гальваническая развязка WAS5 VVC HF соответствует требованиям испытаний по эмиссии и устойчивости. Исследованные гальванические развязки не обеспечивают эффективной защиты оборудования от радиочастотных помех. Вносимое затухание несимметричных помех, распространяющихся через устройство развязки, составляет только 1,1-3 раза в диапазоне частот 18 - 50 МГц. 10. Разработанная методика испытания эффективности экранирования помехоподавляющего покрытия кабелей импульсным методом и результаты испытания образца кабеля предлагается использовать для разработки новых видов кабелей., 11. Дальнейшие исследования по распространению импульсных помех в СЭЭС предлагается развивать в направлении разработки системных методов проектирования судов, учитывающих полученные в работе результаты. Предлагается также ввести в Правила Морского Регистра судоходства требования по испытанию устойчивости к ИП судового оборудования и систем после установки на судне в ходе швартовных испытаний.
Расчет первичных и вторичных параметров судовых электротехнических кабелей
Результаты моделирования распространения импульсных помех че рез фильтры предлагаются использовать для выбора LC - фильтров для за щиты электрооборудования. LC - фильтры мало эффективность для защиты от микросекундных помех. Затухание импульсных помех превышает 5 раз только при индуктивности L более 10 мГн и емкости С близкой к 10 мкФ. Распространение наносекундных импульсных помех через фильтр в значи тельной степени определяется паразитными параметрами элементов фильт ра. Затухание наносекундных импульсных помех для индуктивного фильтра превышает 10 раз только при индуктивности L фильтра больше 0,1 мГн и паразитной емкости меньшей 3 пФ. В технической документации на трансформаторы вторичного источ ника питания отсутствуют данные о величинах межобмоточной емкости Cj2, емкости обмотки трансформатора относительно корпуса С2, индуктивности рассеяния Ls и емкости обмотки Cs, необходимые для расчета распростране ния импульсных помех через трансформатор. Параметры средств помехоза щиты и трансформаторов предлагается определять импульсным методом. В результат экспериментов определено, что для трансформаторов питания электронных средств С2 = 4 - 60 пФ, С12 = 35 - 1200 пФ, Ls 10 5 - 10 7 Гн и Cs = 60 - 300 пФ. Значения параметров С2, С]2, Cs и Ls для силовых транс 155 форматоров больше, чем для трансформаторов питания радиоэлектронных устройств. Для судового силового трансформатора ТСВМ-4-74, 4кВА значения параметров составляют Сп - 1,2 нФ, С2 = 0,43 нФ, Q = 121 пФ и Ls = 0,535 мГн. Измеренные параметры средств защиты и трансформаторов предлагается использовать для расчета распространения импульсных помех через элементы судовой электроэнергетической системы. 3. Эффективность использования средств гальванических развязок предлагается определять экспериментально в соответствии с разработанной методикой. Результаты испытания средств защиты подтверждают работоспособность методики в частотности, что гальваническая развязка ABA 6ТА00В не соответствует требованиям испытаний по эмиссии и устойчивости. Гальваническая развязка при своей работе создает недопустимые помехи амплитудой до 5 В и частотой около 900 кГц. Приложенные на входные зажимы несимметричные напряжения 1,8 - З В в частотном диапазоне 20 - 50 МГц вызывают недопустимые отклонения выходного напряжения. Зарегистрированы изменения напряжения от +9 В до -9 В. Гальваническая развязка WAS5 VVC HF соответствует требованиям испытаний по эмиссии и устойчивости. Гальванические развязки не обеспечивают эффективной защиты оборудования от радиочастотных помех. Вносимое затухание несимметричных помех, распространяющихся через устройство развязки, составляет только 1,1-3 раза в диапазоне частот 18-50 МГц. Основные результаты диссертации могут быть сформулированы следующим образом: 1. В судовой электроэнергетической системе в переходных режимах возникают импульсные помехи, отличающиеся формой и значениями описывающих их параметров. При проведении работ по ЭМС необходимо принимать в внимание особенности распространения ИП в судовой сети. 2. Анализ международных документов и Российского Морского Регистра судоходства показывает, что наблюдается сближение требований МЭК, МАКО и Российского Регистра судоходства к судовому оборудованию по электромагнитной совместимости. Специальные рекомендации по защите от импульсных помех по путям распространения не сформулированы. Необходимо учитывать распространение наносекундных импульсных помех 5/50 не по ГОСТ Р 51317-4-4 и микросекундных импульсных помех 1/50 мке по ГОСТ Р 51317-4-5. 3. Отсутствующие в технической документации вторичные параметры кабелей, коэффициенты конструктивных постоянных времени распространения импульсных напряжений и токов определяются методом расчета или измерения. Коэффициент затухания а судовых кабелей КНР достигает максимального значения 0,001747 (неп/км) для кабеля КНР сечением 3 1мм2 и ми-нимального значения 0,000364 (неп/км) для сечения 3 240мм . Результат расчета постоянных времени Топ и Тод показывает, что при увеличении сече 9 9 ний кабелей с 1мм до 240мм изменение коэффициента Год меньше чем изменение коэффициента Топ- Коэффициенты Топ = 9,7186.10"7(с/км2), год -3,9071.10"9(с/км2) для кабеля КНР 3x1 мм2, а гоп = 4,3928.10"8 (с/км2), год = 4,0869.10" (с/км") для кабеля КНР 3x240мм . Полученные параметры электротехнических судовых кабелей могут применяться для расчетов распространения импульсных помех по судовым кабелям. 4. Разработанные математические модели позволяют определить зна чения параметров импульсных помех при распространении по судовым кабелям. Параметры импульсных помех при распространении в судовых кабелях зависят от потери в кабеле, отражения от нагрузки и многократных отражений от точек изменений волнового сопротивления вдоль цепи распространения. Многократные отражения волн на пути распространения из-за разделки кабелей дают увеличение амплитуды помехи до 4 амплитуд падающей волн.
Распространение микросекундных помех через фильтр
При подаче одинакового испытательного импульсного тока к жилам кабелей наведенное напряжение в измерительной катушке, создаваемое кабелем без экрана на много больше напряжение, создаваемое кабелем с поме-хоподавляющим покрытием. Например при импульсном токе 960 А и 1920 А наведенное напряжение, создаваемое кабелем без экрана, соответственно 1000 мВ и 2300 мВ, а создаваемое кабелем с помехоподавляющим покрытием: 96 мВ и 600 мВ.
Коэффициент экранирования Кэ помехоподавляющего покрытия равно отношению амплитуд наведенных напряжений, создаваемых кабелем без экрана и кабелем с помехоподавляющим покрытием при подаче одинакового импульсного тока. На рис. 3.66 приведен график зависимости коэффициента экранирования помехоподавляющего покрытия от значения тока в жилах кабелей. Результат испытаний показывает, что значение коэффициента экранирования быстро уменьшается при увеличении тока от 500 А до 960 А и мало изменяется при токе больше 960 А. 1. Отсутствующие в технической документации вторичные параметры кабелей, коэффициенты конструктивных постоянных времени распространения импульсных напряжений и токов, определяются методом расчета или измерения. Коэффициент затухания а судовых кабелей КНР достигает максимального значения 0,001747 (неп/км) для кабеля КНР сечением З 1мм2 и минимального значения 0,000364 (неп/км) для сечения 3x240мм2. Результат расчета постоянных времени Топ и т0д показывает, что при увеличении сече-ний кабелей с 1мм до 240мм , изменение коэффициента год меньше чем из-менение коэффициента хоп. Коэффициенты г эп = 9,7186.10" (с/км ), Тод = 3,9071.10 9(с/км2) для кабеля КНР 3x1 мм2, а гоп = 4,3928.10 8 (с/км2), год = 4,0869.1 (Г (с/км") для кабеля КНР 3x240мм . Полученные параметры электротехнических судовых кабелей могут применяться для расчетов распространения импульсных помех по судовым кабелям. 2. Разработанные математические модели позволяют определить значения параметров импульсных помех при распространении по судовым кабелям. Параметры импульсных помех при распространении в судовых кабелях зависят от потери в кабеле, отражения от нагрузки и многократных отражений от точек изменений волнового сопротивления вдоль цепи распростране- ния. Многократные отражения волн на пути распространения из-за разделки кабелей дают увеличение амплитуды помехи до 4 амплитуд падающей волн. Результат моделирования распространения импульсных помех по кабелям с неоднородностями показывает, что увеличение волнового сопротивления вдоль пути распространения может дать увеличение амплитуды помехи до 4 амплитуд падающей волн при сопротивлении источника 50 Ом и до 6 амплитуд при сопротивлении источника 5 Ом. А изменение волнового сопротивления кабеля по ступенчатому периодическому закону из-за прокладки кабелей через системы шпангоутов судна не вызывает увеличение амплитуды помехи на нагрузке. 3. Математическая модель расчета наведенных напряжений позволяет оценивать параметры наведенных напряжений импульсов и прогнозировать их форму. Амплитуда наведенного напряжения в цепи рецептора помех может достигать 0,3 амплитуд напряжения импульса в цепи источника помех. 4. На судне амплитуда напряжения на удаленной нагрузке может достигать 4 амплитуд напряжения электропитания. Многократные отражения в кабеле могут дать увеличение перенапряжения до 7,5 амплитуд напряжения электропитания. Необходимо увеличить требования к устойчивости судового оборудования к микросекундным импульсным помехам до 2 кВ. 5. Разработанная методика испытания эффективности экранирования помехоподавляющего покрытия кабелей импульсным методом и результаты испытания образца кабеля предлагается использовать для разработки новых видов кабелей. Помехоподавляющие фильтры представляют собой элементы для обеспечения затухания поступающей по проводам помехи. Целесообразное их применение предполагает, что спектральные составляющие полезного сигнала и помехи достаточно отличаются друг от друга. Это позволяет при соответствующих параметрах фильтра обеспечить селективное демпфирование помехи при отсутствии заметного искажения полезного сигнала. При этом собственно эффект демпфирования достигается делением напряжения. Поясним это на простейшем примере. Для проверки эффективности фильтров по защите от импульсных помех и для проверки возможности удовлетворения требованиям ГОСТ Р 50745 [20, 31] только с помощью фильтров проведено моделирование распространения импульсных помех через фильтр. Коэффициент вносимого затухания К импульсных помех определяется как отношение амплитуды импульсного напряжения Uи на нагрузке Z// при отсутствии фильтра Ф (рис. 4.1а) к амплитуде импульсного напряжения Uн при наличии фильтра Ф (рис. 4.16).
Похожие диссертации на Методы оценки параметров импульсных помех при распространении в судовых электроэнергетических системах
