Технические средства охраны

Электрические помехи. На промышленных объектах и вблизи них, где устанавливаются средства обнаружения, как правило, имеется большое количество источников электрических помех. К ним относятся мощные электрические промышленные установки и производственное оборудование, линии электропередач, контактные сети электрифицированного транспорта, сети охранного освещения, сварочные аппараты, высокочастотные установки, радиопередающие станции узлов связи и т.п. Применяемые при охране объектов средства обнаружения в основном обладают высокой чувствительностью и очень восприимчивы к электрическим помехам, которые вызывают ложные срабатывания.

Наиболее мощными источниками электрических помех промышленного происхождения являются:

–ЛЭП высоких напряжений;

–воздушные осветительные или промышленные линии государственной или местной электрической сети;

–контактные провода электрифицированных дорог;

–сварочные агрегаты;

–коллекторные машины и мощные электродвигатели;

–транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания;

–специальное оборудование (рентгеновские и ВЧ-установки). Источником мощных электрических помех природного проис-

хождения выступают атмосферные разряды. Спектр электрических помех от атмосферных разрядов может быть весьма широк, и в ряде случаев сигнал может пройти через весь тракт обработки сигнала и вызвать ложное срабатывание средства обнаружения.

Характерным источником помех являются блуждающие токи в земле, поэтому для надежной работы средств обнаружения важным является правильное заземление.

Электрические помехи могут проникать в средства обнаружения не только со стороны входа (чувствительного элемента), но и другими путями, а именно:

–через общие цепи питания;

–общие шины заземления и зануления;

71

elib.pstu.ru

–проводные линии, соединяющие выходы средств обнаружения

сустройством сбора и представления информации;

–паразитные емкостные и индуктивные связи;

–электромагнитное излучение источников помех.

Связь между источниками помех и чувствительными элементами, цепями питания и сигнальными линиями средств обнаружения может быть различного типа. При близком расстоянии характерна емкостная и индуктивная связь, особенно если при этом источниками помех является проводная система (наводки напряжения промышленной частоты от ЛЭП, воздушных осветительных линий, линий электрифицированного транспорта и т.п.). При больших расстояниях

иточечных излучателях основным видом связи является связь через электромагнитное излучение (излучение при коронировании на проводах и арматуре ЛЭП, разряды на изоляторах ЛЭП, работа реактивных нагрузок в сети, ртутных выпрямителей сварочных агрегатов

игрозовые разряды).

Инженерная практика выявила ряд видов внешних помех, наиболее часто приводящих к сбоям и отказам в работе средств обнаружения. В первую очередь это импульсные кратковременные (длительностью менее 1 мкс) и длительные (длительностью более 10 мс) возмущения напряжения в сети питания переменного тока. Затем следует неэквипотенциальность точек заземления, разряды электростатических зарядов, наводки от импульсных электрических и магнитных полей, наводки от напряжения промышленной частоты, наводки от высокочастотных электромагнитных излучений.

В этом перечне виды внешних помех перечислены в порядке убывания их вредного воздействия на средства обнаружения обычного исполнения и применения. Для средств обнаружения, работающих в необычных условиях (например, вблизи мощных радиопередающих станций), порядок в перечне может оказаться иным. Приведем некоторые количественные значения электрических помех.

Кратковременные импульсные помехи в сети питания появля-

ются вследствие включения и выключения различного рода активных и реактивных нагрузок, быстрых изменений токов нагрузки,

72

elib.pstu.ru

наличия нагрузок, возвращающих в сеть энергию, наводок от импульсных электрических и магнитных полей, влияния грозовых разрядов и т.п.

Зафиксированные потоки импульсных помех представляют собой группы одиночных импульсов и пачек импульсов. Под пачкой импульсов понимается часть потока импульсов, в которой длительность интервала времени между импульсами не превышает некоторого заданного значения. Длительность импульсов 0–200 мкс.

Природа возникновения одиночных и групповых импульсов по сей день не выяснена. Однако, судя по полученным временным соотношениям, можно предположить, что наличие нескольких импульсов (или пачек импульсов) в группе является следствием дребезга контактов коммутирующих устройств, а наличие нескольких импульсов

впачке, вероятно, является следствием многочисленных отражений

всети, представляющей собой сложную совокупность линий с распределенными параметрами.

Кдлительным импульсным помехам в сети питания относятся:

– провал (частичный) напряжения с глубиной (отклонением от

номинального);

–внезапное отключение (полный провал) – провал, при котором по крайней мере в одном полупериоде амплитуда напряжения становится меньше нижнего предельно допустимого номинального значения;

–перенапряжение, когда амплитуда напряжения по крайней мере в одном полупериоде становится больше предельно допустимого значения.

Длительные помехи в сети питания возникают по нескольким причинам. В первую очередь, это следствие работы автоматических сетевых прерывателей при перегрузках или кратких замыканиях. При этом перерывы питания могут длиться более 0,5 с. Длительные помехи могут быть вызваны также включением мощных асинхронных электродвигателей, пусковой ток которых существенно превышает ток установившегося режима; перегоранием плавких вставок; влиянием грозовых разрядов.

73

elib.pstu.ru

Импульсные помехи в линиях связи. Этот вид импульсных помех проявляется в линиях связи средств обнаружения со станционной аппаратурой сбора и обработки информации. Импульсные помехи в линиях связи между ТСО появляются главным образом из-за внешних наводок и неэквипотенциальности точек заземления корпусов ТСО.

Наибольшие значения амплитуд импульсов помех в системных линиях связи наводятся при грозовых разрядах. Другая по значимости причина наводимых в линиях связи помех – это наличие в окружающем пространстве импульсных полей, создаваемых различного рода источниками искусственного происхождения: электрическими аппаратами, высоковольтными установками и линиями передачи, радиопередающими устройствами и т.п. В этом случае амплитуды напряжения помех в линиях связи не столь велики, как при грозах, но частота следования таких помех существенно выше.

На выходах линий связи длиной до 100–300 м вследствие внешних наводок проходит поток импульсов напряжения и пачек импульсов различной амплитуды и длительности. Максимальное значение амплитуд достигает 10 В, а диапазон длительностей процессов занимает область от десятков наносекунд до единиц миллисекунд.

Средняя частота следования импульсов существенно зависит от общей электромагнитной обстановки на объекте, где установлены средства обнаружения, и может достигать десятков и даже сотен событий в секунду.

Пачки импульсных помех в линиях связи между ТСО, соединенными в комплексы, появляются и при коммутации цепей питания (включении или выключении) отдельных устройств комплекса. При этом максимальная амплитуда импульсов помех в линиях, подключенных к коммутируемому устройству, может достигать 10 В, в других линиях – около 1 В, длительность импульсов составит 60–400 нс, число импульсов в пачке 1–300.

Помехи в цепях заземления. Большую опасность для нормальной работы ТСО представляют помехи в цепях заземления. Важнейший источник таких помех – это разность потенциалов точек заземления средств обнаружения, соединенных в комплексы.

74

elib.pstu.ru

Разность потенциалов точек заземления обусловлена в первую очередь емкостной, индуктивной и резисторной связями земли (почвы или специальных контуров заземления) с сетью питания и облаками, несущими электрический заряд. Разность потенциалов вызывается также электрохимическими явлениями: выпрямительным эффектом, возникающим в результате контакта кристаллов, содержащихся в почве, с ее металлическими и рудными включениями; термоэлектрическими явлениями, обусловленными наличием температурных градиентов в металлических включениях и других элементах почвенного слоя.

Частотный спектр разности потенциалов весьма широк. Постоянная составляющая разности потенциалов на расстоянии примерно 60 м может в предельных случаях достигать 5 В, обычно она равна единицам и десяткам милливольт.

Электрическое и магнитное поля. Напряженность высокочас-

тотного электромагнитного поля излучения обычно не превышает 0,1 В/м, но в ряде случаев достигает 1 В/м (когда источник излучения расположен достаточно близко), а иногда – 10 В/м (например, при действии импульсного сигнала радиолокатора).

Амплитуда индукции импульсного магнитного поля при ударе молнии в радиусе от места измерения не далее 100 м может достигать значений 10 Гс (10–3 Тл). Соответствующая напряженность поля равна 0,8 А/м.

Влияние ЛЭП проявляется в наводке напряжения промышленной частоты и ее гармоники. Высшие гармоники обусловлены нелинейностью вольтамперных характеристик оборудования (силовые трансформаторы, двигатели и т.п.). Амплитуда гармоник уменьшается с увеличением их номера.

Высокочастотный характер имеет также излучение при коронировании на проводах и арматуре, а также частичные разряды на изоляторах. Все другие помехи от ЛЭП являются кратковременными. К ним относятся коммутационные процессы, а также короткие замыкания в линии, неплотные контакты в разъединителях, плохое качество заземления и т.д.

75

elib.pstu.ru

Помехи от линий электрифицированного транспорта могут иметь как флуктуационный гладкий характер, так и импульсный. Гладкие помехи образуются при работе ртутных выпрямителей, при этом также образуются гармоники с частотой 300 Гц.

Значительные помехи возникают при работе электросварочного оборудования, которое является источником мощных импульсных помех, распространяющихся преимущественно двумя путями:

–по общим сетям питания в виде длинных серий импульсов – провалов напряжения сети, за счет падения напряжения на сопротивлении линии;

–в виде паразитных наводок через паразитные емкостные, индуктивные связи и электромагнитное излучение.

Помехи в цепи питания имеют вид провалов напряжения, имеющие сравнительно низкочастотный характер (во время возникновения электрической дуги) и хаотических, шумовых выбросов, положительных и отрицательных, имеющих сравнительно высокочастотные составляющие. Частотный спектр таких помех очень широк

ипростирается от десятков герц до сотен мегагерц. Защита от таких помех в цепях питания средств обнаружения осуществляется с помощью фильтров нижних частот.

Источником помех от автотранспорта в основном является система зажигания двигателя – контакты распределителя и искровые промежутки свеч. По нормам допустимых помех уровень их, измеряемый на расстоянии 10 м от автомобиля, не должен превышать 20 мкВ/м, начиная с частоты 150 кГц. Уровень помех ниже 150 кГц не нормируется. Уровень электрических помех резко убывает с ростом расстояния от источника помех, по экспоненциальному закону.

Длительность импульсов электрических помех при разряде молнии составляет от 30 до 1000 мс, в течение одного разряда может проходить до 10 импульсов. Максимум спектральной плотности импульсного разряда лежит в области от 5 до 50 кГц.

Для повышения помехозащищенности средств обнаружения от электрических помех в них применяется ряд устройств (фильтров, селекторов, ограничителей).

76

elib.pstu.ru

Помехи, обусловленные паразитными электромагнитными связями. Паразитная наводка – это передача напряжения из одного радиоустройства или его части на другое, не предусмотренная его схемой и конструкцией. Такая наводка возникает вследствие паразитной связи между ними, связи по электрическим цепям, появляющимся в устройстве независимо от желания конструктора. Паразитные наводки приводят к появлению на выходе элемента напряжений и токов, не соответствующих его основному назначению.

Между двумя электрическими цепями, находящимися на некотором расстоянии друг от друга, могут возникнуть электромагнитные связи:

–через электрическое поле,

–магнитное поле,

–электромагнитное поле излучения,

–провода, соединяющие эти цепи.

При малых расстояниях между электрическими цепями действуют все четыре вида связи, с увеличением расстояния в первую очередь исчезают связи через ближние электрическое и магнитное поля, во вторую очередь перестает влиять электромагнитное поле излучения, на большом расстоянии влияет только проводная связь.

Паразитная связь через ближнее электрическое поле рассматривается как емкостная связь через малую паразитную емкость, а паразитная связь через ближнее магнитное поле рассматривается как индуктивная связь через малую паразитную взаимоиндуктивность. На практике помехи, обусловленные паразитными электромагнитными связями, наиболее часто проявляются в кабельных линиях, соединяющих СО и средства сбора и обработки информации.

Аппаратурные помехи, определяемые процессами в самой аппаратуре вследствие ее несовершенства, имеют, как правило, несущественное значение, так как они по величине в 50–100 раз меньше помех от внешних источников. Однако это справедливо только в том случае, если приняты все меры к правильному построению схемы, обеспечена стабильная работа отдельных узлов и элементов, устранены пути появления паразитных наводок, колебаний питания и т.п.

77

elib.pstu.ru

Помехи аппаратурного происхождения имеют вид нормального флуктуационного процесса, спектральная плотность которого в полосе пропускания тракта обработки сигнала равномерна.

Помехи от посторонних объектов. Функцией средства обнару-

жения является обнаружение нарушителя – человека в контролируемом пространстве (запретная зона, режимное помещение). Однако СО, имеющие объемные зоны обнаружения (радиоволновые, емкостные, пассивные инфракрасные) могут реагировать на различные посторонние объекты, передвигающиеся на участках, примыкающих к зонам обнаружения, так как эти зоны не имеют строго ограниченных границ. Это могут быть мелкие животные, птицы и т.п., которые, пересекая зону обнаружения, воздействуют на чувствительный элемент и вызывают появление ложного сигнала. Сигналы на входе чувствительных элементов СО могут быть вызваны перемещением отдельных предметов, а также людей и транспорта за пределами зон обнаружения. Аналогичное действие оказывают на емкостные и радиоволновые средства обнаружения ветви деревьев, трава, кусты, которые при колебаниях под влиянием ветра вызывают изменение параметров чувствительных элементов этих средств.

Особенно сильное влияние оказывает проезд транспорта и пролет самолетов на сейсмические СО, так как колебания почвы под воздействием этих объектов распространяются на большие расстояния.

Передвижение людей или проезд транспорта в непосредственной близости от помещения, заблокированного радиоволновыми СО («Конус», «Дон»), может вызвать ложный сигнал, если стены (окна) помещения радиопрозрачны. Оказывает влияние перемещение людей за пределами заблокированного помещения и на работу емкостных СО в том случае, если стены помещения слишком тонкие, а объект охраны (сейф, стеллаж) расположен непосредственно у стены.

Помехи, обусловленные взаимным воздействием средств обна-

ружения. При эксплуатации комплексов ТСО средства обнаружения работают совместно друг с другом на небольшом расстоянии, и их зоны обнаружения зачастую перекрываются. При этом не исключено

78

elib.pstu.ru

взаимное влияние одного СО на другое как через близко расположенные чувствительные элементы, так и по цепям питания, сигнальным и контрольным линиям. Связь между средствами обнаружения может быть как электрического характера, так и механического (например, при совместном использовании емкостного и радиолучевого средств обнаружения на периметре колебание полотна антенной системы емкостного СО может вызвать изменение диаграммы направленности радиолучевого СО и появление помех на его входе).

Обеспечение совместимости различных средств обнаружения является важной и сложной проблемой, поэтому очень важно при составлении технических заданий на проектирование комплекса ИТСО учитывать рекомендации специалистов.

2.Оценка помеховой обстановки на объектах охраны

Сцелью повышения устойчивости работы СО к различным дестабилизирующим факторам, выявления причин возникновения отказов и неисправностей и совершенствования качества их эксплуатации в каждом подразделении ТСО (группе ТСО, мастерской ТСО) организуется плановая работа по сбору, учету, обработке и анализу статистических данных, определяющих устойчивую и надежную работу средств обнаружения.

В результате проведения работ должны быть решены следующие основные задачи:

– установление причин возникновения ложных сигналов, внеплановых регулировок и пропусков сигналов;

– определение закономерностей возникновения отказов;

– установление влияний условий и режимов эксплуатации на надежность СО;

– совершенствование системы технического обслуживания.

На сегодняшний день еще не все специалисты ТСО понимают важность и необходимость сбора, обработки и анализа статистических данных по эксплуатационной надежности и помехоустойчивости СО в интересах принятия эффективных мер по улучшению этих

79

elib.pstu.ru

важнейших эксплуатационных показателей ТСО. Идея системного подхода заключается в том, чтобы оперативно или в плановом порядке устранять причины неустойчивой работы СО, доходя до самой сути проблемы, принимать эффективные и своевременные меры по повышению помехоустойчивости и эксплуатационной надежности СО.

Для оценки эксплуатационной надежности и помехоустойчивости СО используются следующие количественные категории:

– оценка эксплуатационной надежности производится на осно-

ве следующих параметров:

•среднее время наработки на отказ;

•среднее время, необходимое для замены отказавшего СО на исправный на месте его эксплуатации.

•помехоустойчивости:

•среднее время наработки на один ложный сигнал за год;

•среднее время наработки на регулировку за год (межподстроечное время).

При этом ложным сигналом считается выдача системой СО на систему сбора информации или станционный аппарат сигнала тревоги при отсутствии в зоне его обнаружения нарушителя (человека).

Помехи имеют нерегулярный характер появления. Их интенсивность и величина могут достигать больших значений, а в другие периоды времени помехи могут вообще отсутствовать. Все это существенно затрудняет их поиск, наблюдение за ними и локализацию источников помех.

Целесообразно искать источник помех в период их наибольшей активности, если это позволяет обстановка и условия эксплуатации радиоэлектронных средств – «приемников помех». Одним из вспомогательных приемов является прием повышения интенсивности помех (если это возможно) созданием условий, при которых потенциальный источник помех создает помехи и наблюдаются ложные срабатывания.

Наблюдение помех и измерение их параметров выполнять трудно вследствие их случайной природы. Если полезные сигналы в по-

80

elib.pstu.ru