1. Помеха – электромагнитное и электрическое возмущение, оказывающее вредное влияние на функционирование технической или биологической системы. Помехи различают на атмосферные и индустриальные.

Уровень помехи – оценивают в децибелах (дБ) по выражению:

Б (Белл),

где, Р_П – мощность электромагнитной помехи;

Р_Б – базовая мощность.

При использовании в выражении для У_П напряжений с учётом перехода в децибелы (1дБ = 0,1 Б (Белл)) получаем:

дБ.

Таким образом,

дБ,

где, U_П – напряжение электромагнитной помехи;

U_Б – базовое напряжение (часто 1 мкВ).

Например, если U_П = 1000 U_Б =10³ U_Б, то У_П = 20lg10³ = 60дБ, т.е. уровень напряжения помехи, превышено базовое напряжение в 1000 раз равен 60 дБ.

2. Помехоподавление – свойство системы снижать уровень помехи. Уровень помехоподавления также измеряют в децибелах.

Пример: Определение уровня помехоподавления фильтра для защиты от помех (Ф).

Уровень помехоподавления фильтра вычисляют по выражению:

дБ,

здесь U_П1 – напряжение помехи на входе фильтра;

U_П2 – напряжение помехи на выходе фильтра.

3. Нормы СанПиН 2.24.1191-03ю определяют длительность пребывания человека в магнитном и электрических полях.

Постоянное магнитное поле:

- до 10 мин - 24 кА/м;

- 11-60 мин - 16 кА/м;

- 61-480 мин - 8 кА/м.

Переменное электрическое поле частотой 50 Гц:

- в течение смены 5 кВ/м (для населения 0,5 кВ/м);

- 10 кВ/м - 180 мин;

- 20 - 25 кВ/м - 10 мин;

- 25 кВ / м - без защитных средств пребывание не допускается. Переменное магнитное поле частотой 50 Гц:

- До 1 часа за смену - 1600 А/м;

- 2 ч - 800 А/м;

- 4 ч - 400 А/м;

- 8 ч - 80 А/м.

Магнитное поле:

Электрическое поле:

Границы индивидуальной восприимчивости людей:

4. Электрическая энергия характеризуется тремя по­казателями: частотой, напряжением и формой его кривой. Частота напряжения является харак­теристикой баланса активной мощности. Если активная мощность, которую вырабатывают источники, не менее требуемой приемниками электрической энергии, то час­тота напряжения в электроэнергетической системе равна 50 Гц. В случае недостатка активной мощности частота напряжения в системе уменьшается и наступает устано­вившийся режим на пониженной частоте. Возможность установления режима объясняется тем, что асинхронные и синхронные электродвигатели, являющиеся основны­ми приемниками в промышленности, уменьшают свою потребляемую мощность при снижении частоты.

5. Напряжение в системе является показателем баланса реактивной мощности. Если в системе существует нехват­ка реактивной мощности, то напряжение у потребителей становится ниже номинального. При избытке реактив­ной мощности напряжение у потребителей превышает номинальное значение.

Реактивную мощность условно считают генерируемой и потребляемой.

Генерируемая реактивная мощность — реактивная мощность конденсаторов, перевозбужденных синхронных двигателей или перевозбужденных синхрон­ных генераторов.

Потребляемая реактивная мощность — реактивная мощность асинхронных электродвигателей или недовозбужденных синхронных машин.

6. Напряжение и форма его кривой в соответствии со стандартом на качество электрической энергии (ГОСТ 13109-97) характеризуется следующими показателями качества электроэнергии:

- отклонение частоты ;

- установившееся отклонение напряжения ;

- колебания напряжения;

-несинусоидальность напряжения;

- несимметрия фазных напряжений;

- провалы напряжения;

- перенапряжения.

7. Несимметрия напряжения оценивается по относитель­ному содержанию обратной и нулевой последовательнос­тей в фазном или линейном (междуфазном) напряжении. Несимметрия напряжения приводит к увеличению потерь в системе и увеличивает отклонения напряжения.

Отклонением частоты называют разность между дей­ствительным и номинальным (50 Гц) значением, т. е.

f = f — 50, Гц.

Нормально допустимые значения f составляют ±0,2 Гц, а предельно допустимые ±0,4 Гц.

8. Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентами искажения синусоидальности и гармо­нических составляющих. На рис. 2.2 приведена кривая напряжения, отличающаяся от синусоиды. Несинусои­дальную кривую, как доказывается в математике, можно разложить в ряд Фурье. Ряд Фурье представляет собой сумму синусоидальных кривых и постоянную величину.

Обычно в установившемся режиме ряд содержит сле­дующие величины:

Рис. 2.2. Кривая несинусоидального напряжения

где Um₁ — амплитуда синусоиды основной частоты f ₁ 50 Гц;

Um₃ — амплитуда составляющей с частотой f₃ = 3f ₁ 150 Гц;

Um₅ — амплитуда составляющей с частотой f₅ = 5f ₁ 250Гц;

— начальные фазы.

На кривой (рис. 2.2) имеют место составляющие ос­новной частоты и частоты 150 Гц. Последнюю называют третьей гармонической составляющей. Чаще всего третья гармоническая возникает из-за насыщения магнитопроводов силовых трансформаторов. Составляющие с часто­тами f > 50 Гц называют высшими гармоническими. Появ­ление их в кривых напряжения и тока крайне нежелатель­но, т.к. они:

1) вызывают увеличение потерь мощности и энергии в системе электроснабжения;

2) создают помехи для работы средств связи, автома­тики, защиты и телемеханики;

3) создают помехи бытовым приборам (телевидение, радио и др.).

9. Отклонение напряжения – вращающий момент асинхронных электродвигателей, в первом приближении, пропорционален квадрату приложенного напряжения, а синхронных – приложенному напряжению.

Срок службы ламп накаливания при повышении напряжения на 10 % сокращается в 2 раза, Кроме того, при снижении напряжения резко уменьшается их светоотдача.

При изменениях напряжения на зажимах электродвигателей изменяются вращающий момент, потребляемая мощность и срок службы изоляции обмоток. Повышение напряжения сети приводит к увеличению к. п. д. ламп. Но повышение напряжения влечет за собой резкое уменьшение срока службы ламп. У бытовыхнагревательных приборов снижение напряжения сети вызывает резкое уменьшение мощности, отдаваемой нагревательным прибором. Последнее приводит к значительному увеличению времени работы прибора и перерасходу электроэнергии на приготовление пищи и т. д. 

10. Несимметрия напряжения – напряжение обратной последовательности создаёт токи обратной последовательности, которые, в свою очередь, создают в машинах переменного тока магнитные поля, вращающиеся с синхронной скоростью в сторону, противоположную вращению ротора. Эти поля наводят в контурах роторов вращающихся машин токи с частотой равной или близкой к 100 Гц. В результате имеют место повышенные потери и нагрев роторов, вплоть до их повреждения.

Длительно-допустимое неравенство токов статоров электрических машин по указанному условию не должно превышать 1020 % в зависимости от их конструктивного исполнения: явнополюсные машины допускают большую нессиметрию токов, чем неявнополюсные.

Синхронные генераторы. Токи прямой последовательности создают маг- нитное поле, вращающееся синхронно с ротором, а токи обратной последова- тельности – магнитное поле, вращающееся с двойной синхронной частотой в противоположном направлении. Это вызывает появление вихревых токов и вибрацию частей машины.

Асинхронные двигатели. Ток обратной последовательности, накладываясь на ток прямой последовательности, вызывает дополнительный нагрев ротора и статора, что приводит к быстрому старению изоляции. Несимметрия напряже- ний приводит к появлению противодействующего момента и к уменьшению полезного момента.

11. Несинусоидальность напряжения – высшие гармоники тока создают повышенные потери мощности и электрической энергии во всех элементах электроэнергетических систем. Кроме того, указанные гармоники создают электромагнитные помехи в работе вторичных систем, а также систем связи.

Источниками несинусоидальности напряжения являются: статические преобразователи, дуговые сталеплавильные и индукционные печи, трансформаторы, синхронные двигатели, сварочные установки, газоразрядные осветительные приборы, офисная и бытовая техника и так далее.

Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования:

 Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, — учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю, пробиваются конденсаторы.

 В электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери.

Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения K_U = 10 % суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10...15 %.

 Возрастает недоучёт электроэнергии, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности.

 Неправильно срабатывают устройства управления и защиты.

 Выходят из строя компьютеры.

12. Перенапряжения в электроэнергетике – повышение электрических напряжений до значений, представляющих опасность для изоляции электроустановок. Перенапряжения делят на внутренние (коммутационные) и внешние (атмосферные). Первые возникают при переходных процессах, сопровождающих резкие изменения режима электроэнергетической системы (КЗ и их отключения, сброс нагрузки и т. п.). Атмосферные перенапряжения (следствие грозовых разрядов) подразделяются на перенапряжения «прямого удара», когда повышение напряжения на изоляции обусловлено непосредственно протеканием тока молнии через объект, и индуктированные, связанные с резкими изменениями электромагнитного поля, сопровождающими молнии.

13.

14.

Рис.3.1.Импульс тока молнии

а)

б)

Рис.3.4. Электрическая схема (а) и временные диаграммы тока и напряжения при ИКП (б)

15.

Рисунок 3.3 Распределение токов молнии при прямом ударе в объект

Указанные данные справедливы при кабельном подземном вводе электропитания. В случае воздушного ввода электропитания расчёт показывает, что при прямом попадании молнии с током I_imp = 200 кА (10/350 мкс) и при условии его равномерного распределения по четырём проводам системы TN-C, импульсные токи в каждом проводе будут иметь значения около 50 кА. Стекание этих токов на землю будет осуществляться в две стороны: через оборудование низковольтной стороны подстанции и элементы электроустановки объекта в примерном соотношении 1:1. Таким образом, в каждом проводе на вводе электропитающей установки объекта мы будем иметь ток величиной 25 кА. Приближенно, если нет данных, осуществляется так называемая квалифицированная оценка:

-50% от общего тока I_imp = 200 кА (10/350 мкс)- I_S1 = 100 кА(10/350) отводится в землю через заземляющее устройство системы внешней молниезащиты;

-50% от общего тока I_imp = 200 кА (10/350 мкс)- I_S2 = 100 кА(10/350) разделится равномерно (приблизительно по 17%) между наружными вводами в объект трёх основных видов коммуникаций: кабелями связи и передачи информации, металлическими трудопроводами и проводами ввода электрического питания 220/380 В. Величина тока проходящего через отдельные вводы обозначается как I_i, при этом: I_i = I_S2/n, где n равняется числу вводов. Для оценки I_V в отдельных жилах неэкранированного кабеля, ток в кабеле делится на количество проводов m: I_V = I_i/m. Для правильного выбора типа защитных устройств и их основных параметров целесообразно руководствоваться следующим правилом:

Расчёт необходимо производить, исходя из максимального значения грозового тока I_imp = 200 кА (10/350 мкс). Далее определить для каждого провода системы электропитания значение импульсного тока формы (10/350 мкс), который может в нём протекать и который способно гарантированно отвести защитное устройство класса I. После этого выбрать защитное устройство с некоторым запасом (20-30%), учитывая возможную неравномерность растекания токов по различным проводникам.

16. Отключение емкостных токов электрических цепей может сопровождаться повторными зажиганиями дуги в выключателе и многократными переходными процессами и перенапряжениями, а отключение малых индуктивных токов холостого хода трансформаторов - принудительным обрывом дуги в выключателе и колебательным переходом энергии магнитного поля трансформатора в энергию электрического поля его параллельных емкостей. 

17.

18. Принцип ограничения ИП с помощью устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) заключается в следующем. УЗИП подключается параллельно защищаемому элементу (ЗЭ). УЗИП должны обладать нелинейной характеристикой.

Рис. 3.7 Принцип действия УЗИП

На рис. 3.7 (а) приведена схема подключения УЗИП, а на рис. 3.7 (б) характеристики УЗИП. При приходе (ИП) сопротивление устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) резко уменьшается, а напряжение на ЗЭ ограничивается (оно возрастает всего лишь  в 1,72,5 раза). Ограничение тока от ИП в УЗИП осуществляется Z_УЗИП и сопротивлением питающей сети Z_C. Из рисунка видно, что характеристика U(I) УЗИП асимптотически приближается к уровню ограничения U_ОГР.

Таки образом, импульсное перенапряжение распределяется между сопротивлением питающей сети и нелинейным сопротивлением УЗИП.

Важным является понятие сопровождающего тока.

19. Сопровождающий ток – это ток промышленной частоты (или постоянный ток), который проходит через УЗИП после затухания ИП или ИКП. У ОПН и варисторов при нормальном рабочем напряжении сопровождающий ток мал и они успешно увеличивают своё сопротивление после прохождения ИП или ИКП.

Рис. 3.8 Понятие сопровождающего тока УЗИП

Принцип защиты электрических и электронных приборов от перенапряжений заключается в использовании защитных схем, способных быстро включаться и пропустить через себя большие токи (в ряде случаев до 100 кА) и создать низкий уровень остающихся перенапряжений.

Время срабатывания элементов защитных схем – наносекунды.

Указанные элементы осуществляют уравнивание потенциалов, т.е. организовывают искусственные КЗ активных проводов друг с другом и на землю.

Рис. 3.9 Защита операционного усилителя от ИП

Ключи S₁, S₂, S₃ соединяют входы А и В операционного усилителя (ОУ) между собой и с землёй. Это обеспечивает защиту ОУ от ИП и импульсных токов. Немаловажно правильное подключение УЗИП и защищаемое устройство (ЗУ).

Рис. 3.10 Правильное подключение УЗИП к ЗУ

Необходимо так включить ЗУ, чтобы на него не подавались напряжения на проводах с импульсными токами. Импульс тока 8/20 мкс, I_max = 15 кА, 2 провода (медь), длина каждого провода 1м, U_УЗОН = 1,5 кВ, U_ОСТ. = 5,5 кВ. Таким образом, при неправильном подключении УЗИП на ЗУ будет напряжение 5,5 кВ.

При выборе способов и устройств защиты от ИП необходимо хотя бы ориентировочно знать распределение токов молнии при прямом ударе молнии в объект.

21 Сформулируйте достоинства и недостатки подключения опн в различных точках электрических Сетей?

В общем случае возможны три варианта подключения ОПН: непосредственно за коммутационным аппаратом (но после трансформаторов тока релейной защиты) (рис. 3.38а); максимально близко к выводам защищаемого оборудования (рис. 3.38б) и параллельно контактам коммутационного аппарата (рис.3.38в).

Рисунок 3.38. Места подключения ОПН

Недостатком варианта (а) является возможность появления повышенных ИП или ИКП на оборудовании при большой длине кабельной линии W из-за падения напряжения на ней при прохождении импульсного тока. Поэтому первый вариант подключения ОПН целесообразен при длине линии до 50-60 метров. В противном случае более целесообразным является вариант (б). При этом необходимо учитывать ограничения о невозможности установки ОПН (и RC) непосредственно на зажимах ЭД (пыль, влага, повышенная опасность, пожароопасность и др.). Вариант (в) подключения ОПН предотвращает эскалацию перенапряжений. Установленный параллельно контактам коммутационного аппарата ОПН сработает раньше, чем ОПН с таким же U_ОСТ, но установленным у защищаемого электроприёмника. Это связано с тем, что ОПН при этом будет реагировать не на амплитуду волны напряжения, идущей со стороны нагрузки, как в первом варианте, а на разность напряжений между источником и нагрузкой. Таким образом, при этом варианте подключения ОПН напряжение на защищаемом электроприёмнике при ИП и ИКП будет меньше, чем напряжение на ОПН. Недостатком этого варианта является затруднения в эксплуатации и размещении ОПН в ячейке коммутационного аппарата, а также в недействии релейной защиты присоединения в случае повреждения ОПН. Повреждение ОПН вызовет отключение не одного присоединения, а всех присоединений, подключенных к данной секции или системе шин.

22 Основные условия выбора опн?

1. Выбор по длительно – допустимому напряжению U_НД.

Длительно – допустимое рабочее напряжение U_Н.Д – наибольшее переменное или постоянное напряжение, которое может быть приложено к выводам ОПН неограниченно долго. По U_Н.Д определяется класс напряжения, к которому относится ОПН. Напряжение U_Н.Д характеризует ОПН в непроводящем состоянии, т.е. при значении тока через ОПН в районе сотен микроампер, поэтому U_Н.Д должно быть не меньше наибольшего рабочего напряжения защищаемого ограничителем оборудования:

U_Н.Д  U_Н.Р (3.1).

Обычно принимают U_Н.Д.  1,7 U_НОМ, где U_НОМ – номинальное напряжение защищаемого устройства.

2. Выбор ОПН по защитному уровню.

Защитный уровень ОПН характеризует остающееся на нём напряжение U_ОСТ, т.к. это напряжение близко к напряжению на защищаемом электроприёмнике при ИП или ИКП. Остающееся напряжение U_ОСТ – это максимальное значение напряжения на выводах ОПН при действии импульсных перенапряжений. Для того, чтобы при ограничении напряжения с помощью ОПН не произошло превышение допустимого для защищаемого оборудования уровня перенапряжения, должно соблюдаться условие:

U_ОСТ  К_ДОП ·U_НР, (3.2)

где К_ДОП – допустимая кратность импульсных перенапряжений для защищаемого электрооборудования.

3. Выбор по энергоёмкости ОПН.

Энергоёмкость ОПН W_ОПН – это допустимое значение поглощаемой ОПН энергии при ИП или ИКП. Для правильного выбора по этому параметру необходимо определить энергию W, выделяющуюся при отключении защищаемого электроприёмника. Условие выбора по этому параметру выглядит так:

W_ОПН  W (3.3).

Как известно, наибольшие ИКП возникают при отключении устройств, нагрузка которых носит индуктивный характер, и имеет место явление среза тока. В этом случае условие (10.3) примет вид:

(3.4)

где, L_НГ – индуктивность нагрузки;

i_СЗ – ток среза.