5.3.Разделительные элементы

Вторичные цепи подстанционного оборудования имеют по входам и выходам многочисленные кабельные соединения с основным оборудованием, расположенным на ОРУ. Например, только на одного измерительного трансформатора тока на щит приходит до 5 кабелей. Понятно, что по этим связям распространяются помехи, которые могут вызвать ложные срабатывания защит или даже повредить аппаратуру. Эффективное средство устранения такой опасности состоит в гальванической развязке внешних и внутренних контуров с помощью разделительных элементов, приведенных в табл. 5.3.

Во входных измерительных цепях и в цепях питания, телемеханики и связи чаще других используются разделительные трансформаторы, в выходных – электромеханические реле. В информационных и других блоках аппаратуры применяются оптронные развязки, твердотельные реле (электронные ключи в виде интегральных микросхем) и разделительные (буферные) электронные схемы.

Эффективность подавления помех в разделительных элементах определяется величиной паразитной емкости Cп. Поэтому при монтаже стараются разнести проводники входных и выходных контуров. Большую пользу приносит также включение конденсатора или ФНЧ на выходе разделительного элемента.

Т а б л и ц а 5.3

Характеристики разделительных элементов

Тип разделительного элемента	Обозначение на схеме	Емкость связи Cп, пФ	Время задержки, мс
Электромеханическое реле		До 5	0,5…20
Оптическая связь		До 1	10⁴…0,5
Твердотельное реле		5…10	0,5…20
Разделительный трансформатор		10…100	–

5.4 Электромагнитные экраны

Физическая сущность электромагнитного экранирования сводится к тому, что под действием источника электромагнитной энергии на стороне экрана, обращенной к источнику, возникают заряды, а в его стенках – токи, поля которых во внешнем пространстве по интенсивности близки к полю источника, а по направлению противоположны ему, в результате чего происходит взаимная компенсация полей. С позиции волновых представлений эффект экранирования возникает вследствие отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания энергии в металлической толще экрана.

Эффективность электрически замкнутого герметичного экрана в общем случае определяется как

, (5.5)

где составляющие ослабления энергии относятся соответственно к эффектам отражения (Эотр), поглощения (Эпогл) и внутреннего отражения (Эвн.отр) в экране. В большинстве случаев Эвн.отр ≈ 1.

Среднюю эффективность экранирования для реальных экранов можно рассчитать с помощью следующего выражения:

(5.6)

где δ – глубина проникновения, м; ρ – удельное сопротивление материала экрана, Ом_·м; ZE(H) – волновое сопротивление электрического (магнитного) поля; RЭ – эквивалентный радиус экрана, м; m – наибольший размер отверстия (щели) в экране, м; d – толщина материала экрана, м.

Эквивалентный радиус экрана определяется как

(5.7)

где Vэкр – внутренний объем экрана, м³.

Значения модулей полного волнового сопротивления среды электрической составляющей волны (электрическое волновое сопротивление) ZE и магнитного волнового сопротивления ZH определяются из выражений:

(5.8)

где β=2π/λ, или из графической зависимости, показанной на рис. 2.11.

Глубина проникновения представляет собой постоянную величину, характеризующую материал экрана и зависящую от частоты:

м, (5.9)

где ρ – удельное сопротивление материала экрана, Ом_·м; λ – длина волны в воздухе, м; f – частота, МГц; μr – относительная магнитная проницаемость материала экрана.

Отметим, что выражение (5.6) дает слабую зависимость эффективности экранирования от частоты и учитывает «просачивание» поля сквозь щели, которые всегда присутствуют в реальных конструкциях экранов, например в виде вентиляционных отверстий, перфорированных в корпусах приборов.

Широкое распространение получили также сетчатые экраны. У сетчатых материалов поглощение энергии в металле проволок очень мало и происходит, в основном, в результате отражения электромагнитной волны от поверхности. Параметрами сетки, определяющими ее качество как экрана, являются: шаг сетки, S, равный расстоянию между соседними центрами проволоки, диаметр проволоки, d, и удельная проводимость материала, ρ. Различают густые и редкие сетки. К первым относятся сетки, для которых S/d ≤ 4; у вторых S/d > 4.

Для сетчатых материалов за толщину экрана принимают эквивалентную толщину сетки dЭ= πr²_s/S, и формула для расчета коэффициента экранирования, например электрической составляющей поля, приобретает вид:

(5.10)

Пример расчета экрана. Листовая сталь толщиной 1,5 мм. Крепление – болты, шаг 10 см. Размер экрана 2 x 2 x 2 м. ρст = 10^-7 Ом_·м. Частота 30 МГц (λ=10 м).

Решение

Эквивалентный радиус: м; 2πRЭ/λ= 6,28 _{·1,24/10
= 0,78.}