Оглавление
1 Электромагнитные помехи 6
1.1 Основные понятия 6
1.2 Природа электромагнитных помех 7
1.3 Связь через общее полное сопротивление 8
1.4 Уменьшение связи через общее полное сопротивление 9
1.5 Магнитная связь 12
1.6 Симметричные цепи 13
1.7 Экранирование 15
1.8 Емкостная связь 18
1.9 Гальваническая развязка 19
1.10 Фильтры 21
2 Разработка волоконно-оптического измерительного тракта 24
2.1 Отечественный и зарубежный опыт 24
2.2 Волоконно-оптический измерительный тракт 30
2.3 Выбор оптоволокна 32
2.4 Выбор лазерного диода и фотодиода 40
2.5 Разработка передатчика 45
2.6 Разработка приёмника 51
2.7 Создание опытного образца 53
3 Исследование характеристик волоконно-оптического измерительного тракта 54
3.1 Моделирование работы передатчика 54
3.2 Моделирование работы приемника 57
3.3 Экспериментальная установка для исследования характеристик волоконно-оптического измерительного тракта 59
3.4 Исследование амплитудно-частотной характеристики ВОИТ 60
3.5 Исследование фазо-частотной характеристики ВОИТ 62
4 Испытание волоконно-оптического измерительного тракта 64
4.1 План эксперимента 64
4.2 Ход эксперимента 65
4.3 Выявление источника высокочастотныхпомех 66
5 Результаты и перспективы развития волоконно-оптического измерительного тракта 71
Заключение 73
Список литературы 74
Приложения 75
Введение
В настоящее время при проведении измерений в электроэнергетики персонал сталкивается с широким спектром проблем, которые препятствуют получению достоверных данных с измерительных приборов, к ним относятся: высокий уровень электромагнитных помех на территории электроэнергетических объектов источниками которых в основном являются силовые трансформаторы, электростатические поля от ошиновок подстанций, несогласованность элементов измерительной сети, перенапряжения в питающей и измерительной сети, проведение измерений под высоким потенциалом.
Существуют различные способы борьбы с указанными проблемами, экранирование, устранение связи через общий проводник, использование активных и пассивных фильтров. Хотя традиционно используемые способы и позволяют эффективно бороться с указанными проблемами, они не являются совершенными, поэтому необходимо искать новые решения позволяющие с меньшими затратами и более эффективно проводить измерения в высоковольтной электроэнергетике.
В энергетике активно начинают применяться технологии с использованием оптоволокна. К ним относятся оптические трансформаторы тока и напряжения, использование оптоволокна для организации связи между энергетическими объектами, передачи данных в системах автоматизированного управления объектами и цепях релейной защиты.
Целью данной работы является разработка волоконно-оптического измерительного тракта с передачей аналогового сигнала, для проведения измерений импульсов высокого напряжения.
Электромагнитные помехи
Основные понятия
Электромагнитная совместимость — это способность электрооборудования удовлетворительно функционировать в условиях электромагнитных воздействий со стороны окружающей среды, а также не оказывать недопустимого воздействия на эту окружающую среду, которая включает в себя другое электрооборудование [CITATION Шум04 \l 1049 ].
В области электромагнитной совместимости обращают внимание как на воздействие излучаемых, так и наводимых помех (кондуктивных), распространяющихся по питающим и контрольным цепям, а также восприимчивость оборудования к воздействию помех (помехоустойчивость). При этом характеристики электромагнитной совместимости оборудования могут быть определены в диапазоне от 0 до 400 ГГц. Взаимосвязь основных понятий электромагнитной совместимости приведена на Рис. 1 .1.
Рис. 1.1 Различные аспекты электромагнитной совместимости.
Природа электромагнитных помех
Источники электромагнитных помех можно разделить на естественные и искусственные.
К естественным источникам можно отнести:
Разряды статического электричества;
Удары молний;
Электромагнитные возмущения в атмосфере.
К искусственным относятся:
Переходные процессы при коммутациях силовыми выключателями и разъединителями;
Переходные процессы при коротких замыканиях, срабатывании разрядников или ограничителей перенапряжений;
Электрические и магнитные поля промышленной частоты от силового электрооборудования станций и подстанций;
Переходные процессы, возникающие в заземляющих устройствах, обусловленные токами короткого замыкания;
Электромагнитные помехи наблюдаются во всем спектре частот. Это электростатические и электромагнитные помехи внешнего поля, помехи от переменного тока линий электропередач промышленной частоты, низкочастотных коммуникационных систем, радио- и телевизионных передатчиков, влияющие на аналоговые измерительные приборы, осциллографы и измерительные мосты. К этому можно добавить влияния переходных процессов в различных электрических цепях, чьи широкополосные высокочастотные излучения охватывают большие участки спектра. В зависимости от того, являются электромагнитные помехи следствием преднамеренного применении электромагнитных волн или они являются паразитными, различают функциональные и нефункциональные источники помех.
Функциональные источники - это, радио и телепередатчики, которые распространяют электромагнитные волны через передающие антенны в окружающую среду в целях передачи информации. К этой группе относятся также все устройства, которые излучают электромагнитные волны не для коммуникативных целей, например генераторы высокой частоты для промышленного применения, микроволновые печи, устройства радиоуправления и т. д.
К нефункциональным источникам относятся релейные и защитные катушки, выпрямители тока, проводные линии, атмосферные разряды, коронные разряды линий электропередачи, коммутационные процессы в сетях высокого напряжения, разряды статического электричества, быстро меняющиеся напряжения и токи при проведении электрофизических экспериментов, технологическом использовании мощных импульсов тока или напряжения и т. д.
Соблюдение электромагнитной совместимости функциональных источников является относительно простой задачей, в то время как выявление нефункциональных источников помех оказывается сложной проблемой. Их существование обнаруживается в процессе поиска причины нештатной работы приёмно-передающих систем. Поэтому идентификация нефункциональных источников помех является важной задачей при обеспечении ЭМС. Только когда установлены источники помех и их механизмы связи, обеспечение электромагнитной совместимости становится выполнимой задачей[ CITATION Хар07 \l 1049 ].