Рис. 1.23. Зависимости потенциала зарядов статического электричества человека от относительной влажности воздуха:

1 - при проходе по резиновому мету на расстояние б м; 2 - при поднятии пластикового пикета с верстака; 3 - при проходе по виниловому полу на расстояние 6 м; 4 - при вставании со стула

Рис 1.24. Расчетная схема на основе модели электростатического разряда стела человека:

а - модель электростатического разряда на основе двойной -цепочки; б - модель человеческого тела для электростатического разряда (активные сопротивления для простоты опущены)

В процессе накопления заряда статиче­ского электричества человеческое тело проявляет себя как конденсатор емкостью от 100 до 200 пФ. Если человек во время заряда изменяет свое положение, то меня­ется его емкость относительно окружающих предметов и соответственно потенциал. Например, когда человек поднимается со стула, его емкость уменьшается, а потен­циал увеличивается. Запасенная человеком энергия может превысить 1 мДж. Счита­ется, что при разряде статического элект­ричества человек обладает активным сопротивлением от 500 до 1500 Ом.

Схема замещения контура разряда с тела человека представлена в виде упро­щенной модели разрядной цепи (рис. 1.24), суть которой состоит в следующем. Модель основана на разделении составляющих тока с тела человека с параметрами , , и его руки с параметрами , , . Ука­занная - цепь руки вызывает появление первоначальных пиков тока.

Разряд статического электричества с тела человека является чрезвычайно быст­рым процессом. Иногда ток разряда состоит из весьма кратковременных предваритель­ных импульсов, наложенных на начальную часть основного, длительного тока.

Рис. 1.25. Типичный ток разряда оператора через имеющийся в его руке металлический ключ

Это поясняет рис. 1.25, где показана осциллограмма тока разряда с оператора, заряженного до потенциала 8 кВ. Полоса пропускания системы измерения состав­ляла 1 ГГц.

Предварительные кратковременные им­пульсы тока появляются в основном при небольших зарядных напряжениях.

При анализе действия разряда как источ­ника помех очень важно знать, есть ли пред­варительные пики тока. На рис. 1.26 показан спектральный состав полного импульса тока разряда статического электричества (суммы кратковременного и длительного токов). Наличие кратковременных составляющих тока увеличивает спектральную плот­ность в области высоких частот.

Рис. 1.26. Спектральный состав полного тока раз­ряда статического электричества:

П - плотность распределения амплитуд; 1 - дли­тельная составляющая; 2 - полный импульс

Отсюда следует, что первоначальные кратковремен­ные составляющие тока очень важны, так как большинство механизмов передачи помех являются высокочастотными.

Если зарядные потенциалы человека достигают значений, при которых возможен коронный разряд, то крутизна импульса тока разряда в значительной степени определяется скоростью приближения заряженного объекта к объекту разряда. Если сбли­жение происходит достаточно быстро, фронт импульса тока имеет большую крутизну.

---

Наиболее сильным воздействие разрядов статического электричества получается, когда в руке или на руке имеется металлический предмет (ключ, отвертка, проводящие брас­леты и т.д.). В этом случае крутизна тока, определяющая индуцированные напряже­ния помех, может достигать 100 А/нс.

Основными методами предотвращения вредного воздействия разрядов статического электричества и несанкционированного функционирования средств электроники являются исключение или ограничение накопления зарядов, отвод или нейтрализация неизбежно возникающих зарядов стати­ческого электричества, сведение к мини­муму полевых и разрядных воздействий.

1.8. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОМЕХИ, ВЫЗВАННЫЕ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ЗЕМЛИ

Протекание в энергосистемах токов, наведенных магнитным полем Земли, вызвано изменениями этого магнитного поля. Первоисточником токов является Солнце, с поверхности которого при определенных условиях в окружающее пространство выбрасывается огромное количество заря­женных частиц, суммирующихся с посто­янным потоком подобных заряженных час­тиц (солнечный ветер). Выбросы Солнцем заряженных частиц взаимосвязаны (хотя и не полностью) с циклом солнечных пятен. Иногда магнитные бури происходят из-за «дыр» в короне Солнца, создающих в его поверхности проколы. Наибольшие выбросы происходят при повышенной солнечной активности, а максимальный поток элект­ронов достигается во время фазы уменьше­ния солнечной активности.

Когда излучаемые Солнцем заряжен­ные частицы достигают Земли (по проше­ствии примерно трех дней с момента излу­чения), они отражаются магнитным полем нашей планеты. Взаимодействие между частицами и магнитным полем Земли при­водит к появлению в ионосфере и магнито­сфере кругового движения частиц вокруг магнитных полюсов. Токи, протекающие таким образом в ионосфере и магнито­сфере Земли, могут вызывать магнитные возмущения и бури длительностью в несколько часов.

По статистике наведенное геоэлектри­ческое поле имеет наибольшее значение напряженности в направлении восток - запад, так как северный магнитный полюс Земли находится в Гренландии.

Наибольшая интенсивность геомагнит­ных возмущений наблюдается обычно

ночью в виде северного и южного сияний. Однако возможны многочисленные исклю­чения в отношении времени и места появ­ления магнитных бурь.

В случае, если энергосистема распола­гается в зоне северных или южных сияний, и удельное сопротивление грунта доста­точно велико, то под действием магнитного поля Земли ТНМПЗ (частота составляет порядка нескольких миллигерц), могут иметь значительные амплитуды.

Токи, наведенные в электроустановках магнитным полем Земли, оказывают на них существенное влияние, если выполняется хотя бы одно из следующих условий:

• большое удельное сопротивление грунта;

• система соединена с заземлителями с низким сопротивлением растеканию тока, по крайней мере, в двух точках; обычно это имеет место, если сеть выполнена с эффек­тивно или глухо заземленной нейтралью. В этих случаях длинные ВЛ подвергаются действию сравнительно больших токов в несколько десятков ампер на фазу.

---

Главные результаты действия токов, наведенных магнитным полем Земли, сле­дующие:

• может наблюдаться быстрое насыще­ние магнитопровода силовых трансформаторов. Как следствие, возможно поврежде­ние трансформаторов из-за их перегрева, искажение напряжений и токов линий, а также потоков реактивной мощности в системе;

• появление гармонических составля­ющих токов и напряжений. Следствием этого может быть неправильная работа устройств управления и релейных защит. Кроме того, может повреждаться оборудо­вание, работающее с изолированной нейтралью.

Проблемы такого рода явились причиной повреждений в США и Канаде нескольких силовых трансформаторов и одного масш­табного нарушения электроснабжения. На рис. 1.27 приведен пример изменения напряженности электрического поля во времени, вызванное изменением магнит­ного поля Земли. Это изменение магнит­ного поля явилось причиной нарушения электроснабжения системы ГидроКвебек в Канаде.

Рис. 1.27. Результаты измерений индукции магнитного поля Земли а провинции Оттава (Канада) и соответствующие расчетные напряженности электрического поля , (для Квебека)

Был отмечен интересный факт: большее по амплитуде изменение напряженности магнитного поля тремя часами позже вызвало появление меньшего электричес­кого поля вследствие меньшей скорости его изменения. Последующие возмущения маг­нитного поля и связанное с ними электрическое поле также вызвали сбои в работе энергосистем в ряде мест всей США и Канады. В результате в энергосистеме про­изошло несколько нежелательных отключе­ний трансформаторов и линий электропе­редачи.

На рис. 1.28. приведены осциллограммы более ранних измерений магнитного поля Земли в Финляндии. Осциллограммы возмущений в сети переменного тока, вызванные этими полями, показаны на рис. 1.29.

Рис. 1.28. Взаимосвязь токов в заземляющем проводе силового трансформатора напряжением 400 кВ (Фин­ляндия) с магнитным полем Земли:

а - изменение индукции геомагнитного поля на ПС «Нурмияарве» в северном направлении; б - соответству­ющие токи в заземляющем проводнике трансформатора 400 кВ на ПС «Раума»; в - то же на ПС «Пиртикоски» (измерения проводились 24 и 25 марта 1991 г.)

Рис. 1.29. Токи в заземляющем проводе силового трансформатора напряжением 400 кВ, вызванные измене­ниями магнитного поля Земли (Финляндия):

а - ток в линии переменного тока 400 кВ, подходящей к ПС «Раума» с севера; б - ток в линии переменного тока 400 кВ, подходящей к ПС «Раума» с юга; в - ток в нейтрали трансформатора ПС «Раума» (измерения проводились 24 марта 1991 г.)

Глава вторая

КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ И СПОСОБЫ ИХ ОСЛАБЛЕНИЯ

2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ СВЯЗИ

Все модели, описывающие связь элект­ромагнитного поля с автоматическими и автоматизированными системами техноло­гического управления электротехничес­кими объектами, могут быть построены с применением теории антенн. Основу этой теории составляют уравнения Максвелла, представляемые в форме, наиболее часто используемой для реализации численных методов расчета.

---

Данная теория основана на том при­нципе, что любой ток является источником поля (задача излучения) и любое поле может быть источником тока (задача при­ема), который, в свою очередь, является источником излучаемого поля.

Указанный подход приводит к появле­нию интегральных уравнений, описываю­щих поведение проводящего тела, подвер­женного воздействию падающей волны электромагнитного поля. Данные уравне­ния в общем случае не имеют аналитиче­ского решения и требуют применения чис­ленных методов.

Теория антенн является одной из наибо­лее общих и строгих из используемых тео­рий для решения задач определения пара­метров механизмов связи и поэтому содер­жит мало допущений, а именно:

• электропроводящее тело имеет раз­меры, много меньшие длины волны;

• тело обладает абсолютной проводи­мостью.

Однако расчеты с применением данной теории требуют больших затрат времени и значительных объемов памяти компьютера.

Другой, широко используемой является теория линий (TЛ). Эта теория основыва­ется на следующих допущениях:

• диаметр проводников и расстояние между ними (или между проводником и землей) меньше длины волны;

• между токами, протекающими по различным элементам линии, отсутствует взаимное влияние, наведенные токи не вли­яют друг на друга посредством излучения (предполагается, что линия более или менее прямолинейна).

С помощью теории линий можно полу­чить быстрое и точное решение задач, свя­занных со взаимодействием кабелей и линий.

Частным случаем двух достаточно общих теорий является третья, более простая, ква­зистатическая теория, или теория цепей (ТЦ), иногда также известная как теория Кирхгофа или теория Ленца, так как ее осно­вой являются законы Кирхгофа и Ленца.

Эта теория требует для своего примене­ния выполнения следующих ограничений:

• длина цепи много меньше длины волны, т.е. отсутствует эффект распростра­нения (волновой эффект);

• ток остается неизменным в пределах каждого элемента цепи.

При выполнении этих условий цепь может быть представлена сосредоточен­ными элементами (не имеющими размеров), соединенными последовательно или парал­лельно в сеть, состоящую из узлов и ветвей, для которой составляются уравнения Кирх­гофа. Магнитный поток, пересекающий контур, учитывается введением сосредото­ченного элемента в виде индуктивности.

Все эти допущения ограничивают рас­пространение (по крайней мере, количест­венно) полученных выводов теории цепей длинные цепи (длина которых сравнима с длиной волны). Для таких цепей требу­ется либо обращение к более общим тео­риям, либо использование эмпирических законов или законов статистики.

Одним из основных преимуществ тео­рии цепей является простота вычислений, для которых не требуется применения чис­ленных методов. Вследствие этого меха­низм связи может быть рассмотрен при небольших размерах цепи. Более того, отпа­дает необходимость в расчете электромаг­нитных полей и построении соответствую-^: шей модели, а источник электромагнитных долей всегда представляется в виде тока или напряжения. Таким образом, модель может быть использована для описания непосред­ственного контакта с источником возмуще­ния (источником тока или напряжения, вве­денным непосредственно в сеть) или кос­венного взаимодействия посредством элект­рического или магнитного поля.

---

По указанным причинам большинство механизмов передачи помех описывают с помощью теории цепей..

2.2. УПРОЩЕННЫЕ МОДЕЛИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ И МЕТОДЫ ИХ СНИЖЕНИЯ

Существуют два способа передачи воз­мущений от источника к приемнику: пря­мой электрический контакт между источ­ником и приемником или через электромаг­нитное поле (отдельно электрическую или ' магнитную составляющие, или через их совместное воздействие).

Таким образом, может быть сделано: первое разделение (классификация) способов передачи помех: гальванические (кондуктивные) связи и связи излучением (поле­вые связи).

Однако, когда возмущение воздействует на приемник посредством гальванической связи, его воздействие на чувствительные цепи может происходить по-разному, в зависимости от типа сопротивления цеп(активное или реактивное, собственное или взаимное), по которому протекает ток. Иногда при передаче возмущения проис­ходит комбинация различных физических механизмов воздействия. В дальнейшем будем использовать понятие связь через общее полное сопротивление. При очень низких частотах или при чисто активном характере сопротивления данный способ взаимосвязи может быть назван также связью через активное сопротивление.

Способы взаимосвязи без гальванического контакта будем подразделять на три категории в зависимости от того, могут ли электрическая и магнитная составляющие магнитного поля рассматриваться отдельно или необходимо совместное рассмотрение электрической и магнитной составляющих.

Таким образом, может быть предложена следующая классификация видов передачи возмущений:

• связь через общее полное сопротив­ление (в том числе связь через активное сопротивление);

• индуктивная, или магнитная связь (магнитное поле в ближней зоне);

• емкостная, или электрическая связь (электрическое поле в ближней зоне);

• связь излучением, или электромаг­нитная связь (поле в дальней зоне).

Теория цепей может быть применена для рассмотрения только трех первых видов взаимосвязи. Четвертый способ тре­бует для своего рассмотрения применения одной из более общих теорий.

В действительности ни один из указан­ных видов связи не существует в отде­льности, однако обычно в диапазоне низ­ких или средних частот один из них прева­лирует над остальными.

Для всех механизмов связи возможно определить передаточную функцию между источником энергии и оборудованием, под­верженным помехе, или приемником.

Передаточная функция может представ­лять собой полное сопротивление, полную проводимость или безразмерную величину,

Рис. 2.1. Схема замещения источника возмущения ( ) и приемника

( ) электромагнитного взаимодействия с элементами связи и

в зависимости от приложенной величины (тока или напряжения) и результата ее действия на цепь.

---

Смотрите также файлы

• Санитарлы-қорғаныс аймақты анықтау және зиянды қоспалардың атмосферада сейілуін есептеу.docx

• шпоры саясаттану.docx

• все формулы вышмат.doc

• Алгебра 1 семестр.pdf

• ЭОиУП A416 5В070200 каз Тузелбаев.pdf