Новосибирский государственный технический университет

Лаборатория электромагнитной совместимости

Лабораторная работа №4

Электромагнитные наводки на протяженные объекты

Новосибирск 2009

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

«Электромагнитные наводки на протяженные объекты»

Цель работы

Исследование электромагнитных и электростатических наводок на протяженные объекты, анализ экранирующих эффектов.

Задание к работе

1. Собрать схему, как указано на рисунке 1. Подав напряжение на объект 1, измерить наведенное напряжение на объекте 2.

2. Собрать схему, как указано на рисунке 2, заземлив объект 3. Подав напряжение на объект 1, измерить наведенное напряжение на объекте 2.

3. Собрать схему, как указано на рисунке 3. Подав напряжение на объект 1, измерить наведенное напряжение на объекте 2.

5. Подключите одну из жил силового кабеля к источнику высокого напряжения. Электростатическим вольтметром измерьте напряжение на остальных жилах. Одну из жил соедините с оболочкой и повторите измерение.

6. Замкните жилу кабеля на одном из концов с оболочкой. На противоположном конце между замкнутой жилой и оболочкой включите источник тока. К выводам одной из оставшихся жил подключите милливольтметр, проведите измерение тока в закороченной жиле и наведенного напряжения на отключенной жиле.

7. Заземлите одну из неподключенных жил с обеих сторон с оболочкой и повторите измерение наведенного напряжения и тока.

8. На основе справочных данных о параметрах кабеля определите аналитически электростатическую и электромагнитную наводки на отключенных жилах и сопоставьте результаты с экспериментальными. Составьте отчет о работе, содержащий расчетные и измерительные схемы, результаты измерений и расчетов, выводы по работе.

Основные понятия и положения

Электромагнитными экранами называют конструкции, предназначенные для ослабления электромагнитных полей, создаваемых какими-либо источниками в некоторой области пространства, не содержащих этих источников. В подавляющем случае электромагнитные экраны выполняются из металла: меди, алюминия, стали. Однако для защиты от постоянных и очень низкочастотных полей иногда применяются и ферриты. Если металлическая конструкция не предназначена специально для экранирования, но попутно с выполнением своих основных функций решает и эту задачу, то говорят, что она работает как экран, служит экраном и т.п.

Принцип действия электромагнитного экрана состоит в том, что, отражая и направляя поток электрической энергии, создаваемый источником поля, экран отводит его от защищаемой области пространства, не допускает в эту область.

Одновременно с выполнением своей основной функции электромагнитный экран может оказывать более или менее сильное нежелательное воздействие на источник поля и защищаемый объект.

Электростатическое влияние

Если в электростатическом поле тела с зарядом q1 поместить другое тело, то оно приобретает некоторый потенциал, отличный от нуля. Многие электроэнергетические (высоковольтные) установки создают значительные поля, поэтому потенциалы на незаземленных предметах могут составлять значительные величины. Связь между потенциалом U1 тела О1 и зарядами двух тел определяется отношением

, (1)

где ₁₁ и ₁₂– собственный и взаимный потенциальный коэффициенты, зависящие от геометрических характеристик тела. Аналогично можно записать для второго тела (объекта О2)

.

В системе заряженных n тел имеет место аналогичное взаимное влияние, поэтому в общем случае можно записать в матричной форме

. (2)

Обратная задача нахождения заряда по известному напряжению состоит в решении вышеприведенной системы линейных уравнений, т.е.

,

где  - коэффициенты электростатической индукции.

Заряды можно определить также через разности потенциалов всех тел, включая землю, тогда уравнение записывают в виде:

где С_ik – собственные и взаимные частичные емкости. Собственная емкость определяется как сумма коэффициентов электростатической индукции по строке, а взаимные берутся с обратным знаком.

Сильным источником электрического поля является линия электропередачи, поэтому вблизи нее изолированные протяженные предметы могут приобретать значительные потенциалы. Такой же эффект имеет место на ОРУ подстанций ВН.

При прохождении в одном коридоре ВЛ ВН и линий более низкого класса напряжения или линии связи, которые отключаются для проведения ремонтных работ или при их строительстве, последние могут быть электростатически индуцированы.

Определим потенциал на проводе, расположенном параллельно действующей ВЛ. Потенциальные коэффициенты и, следовательно, коэффициенты электростатический индукции определятся на основе метода зеркальных отражений:

Рис. 1. Пояснения к методу зеркальных отображений

,

Тогда, наведенный потенциал определится на основе матрицы частичных емкостей. В соответствии с принципом суперпозиции напряжение на проводе будет

Рис. 2. К определению потенциала на проводе

(3)

где С – элементы матрицы частичных емкостей.