Управления и связи

СОВМЕСТИМОСТИ БЛОКОВ АВТОМАТИКИ,

ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ

Напряжения

Раздел 7. Схемы подключения аппаратуры. Требования ЭМС к подстанциям высокого

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЭКРАНИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ

Экранирование и защита фильтрами – наиболее эффективные схемно-технические способы борьбы с внешними и внутренними помехами. Эти мероприятия должны применяться одновременно и взаимно координироваться, поскольку каждое из них в отдельности не в состоянии обеспечить достаточную эффективность защиты.

Неэкранированные силовые и информационные кабели необходимо разносить на расстояние не менее 30 см.

Для ослабления влияния внешних полей на линии связи необходимо минимизировать площадь контура, образованного прямым и обратным проводами линии. Если линия представляет собой одиночный провод, а возвратный ток течет по некоторой заземляющей поверхности, то необходимо максимально приблизить провод к этой поверхности. Если линия образована двумя проводами, то их необходимо скрутить, образовав бифилляр (витую пару). Линии, выполненные из коаксиального кабеля, также отвечают требованию минимизации площади контура линии, однако при наличии цепи, шунтирующей протекание тока по возвратному проводу линии, восприимчивость к наводкам возрастает, особенно на низких частотах. Поэтому, если обратным проводом является оголенная оплетка коаксиального кабеля, ее следует изолировать.

Наилучшую защиту линий связи от электрического и магнитного полей обеспечивают специальные кабели типа экранированного бифилляра; трифилляра (три скрученные вместе провода, один из которых используется в качестве экрана); триаксиального кабеля (изолированного коаксиального кабеля, помещенного в электрический экран); плоского многопроводного кабеля, покрытого с обеих сторон медной фольгой.

Выводы по разделу

Наличие специальных средств защиты (экранирования, фильтров, ограничителей амплитуд импульсов напряжения и т. п.) существенно изменяет условия работы аппаратуры при наличии помех. Задача экранирования – ослабление электрических, магнитных и электромагнитных полей в тех областях пространства, где их появление может иметь нежелательные последствия. Экранирование и защита фильтрами должны применяться одновременно и взаимно координироваться, чтобы обеспечить достаточную эффективность защиты.

Способы борьбы с внешними помехами в цифровой и аналоговой технике включают: правильное с точки зрения ЭМС выполнение внешних связей, электромагнитное экранирование, заземление, фильтрацию, резервирование питания. Термином "земля" обозначают различные по назначению и техническому исполнению устройства, фиксирующие нулевой потенциал на "базовых" элементах электрической схемы, на экранах и на металлических корпусах аппаратуры. Функционально их подразделяют на следующие группы:

а) проводники, по отношению к которым производится отсчет напряжения питания, а также входных и выходных сигналов;

б) проводники, предназначенные для образования путей обратных сигнальных и питающих токов (с учетом аварийных токов короткого замыкания);

в) поверхности и соединения, предназначенные для электромагнитного экранирования всей аппаратуры или ее частей, восприимчивых к помехам или излучающим помехи;

г) система соединений частей электрической схемы или элементов конструкции аппаратуры, предназначенная для защиты персонала от поражения электрическим током.

Практически выполняемые заземления чаще всего одновременно выполняют несколько из перечисленных функций. Например, нулевой провод четырехпроводной сети питания трехфазным током служит и проводником, относительно которого измеряются фазные напряжения сети, и проводником для протекания токов нулевой последовательности в нормальных и аварийных режимах, а часто используется также и как средство заземления корпусов аппаратуры для защиты персонала. Ввиду противоречивости требований к различным группам заземлений такое совмещение функций часто приводит к ухудшению эффективности их действия. В частности, основное требование к "базовой" системе проводников, относительно которых измеряются сигналы, – это их эквипотенциальность. Но в случае, когда она одновременно предназначается и для пропускания возвратных токов, на активных и индуктивных сопротивлениях этих проводников возникает падение напряжения от протекания постоянных и переменных токов. Эквипотенциальность заземляющей системы нарушается, во входных и выходных цепях возникают помехи. При протекании аварийных токов эти паразитные сигналы могут достигать значений, представляющих опасность для элементов схемы и даже для обслуживающего персонала.

Топология заземляющих проводников может представлять собой сплошную поверхность, магистральную, радиальную или смешанную систему соединенных проводников. Сплошная поверхность обеспечивает наилучшую эквипотенциальность ввиду низких значений активного и индуктивного сопротивлений. Она же наиболее эффективна и как электромагнитный экран. Поэтому заземляющие проводники в виде сплошной поверхности находят широкое применение в многослойных платах печатного монтажа и в экранированных конструкциях. На подстанциях высокого напряжения принцип поверхностного заземляющего электрода реализуется путем укладки под землей сетки из металлических стержней, соединенных между собой и с вертикальными электродами – заземлителями, число и длина которых определяются исходя из нормированных значений сопротивлений заземления.

Магистральная система заземляющих проводников наиболее экономична, но создает наибольшие помехи в каналах связи при протекании возвратных токов, в особенности – тока источников питания и токов короткого замыкания питающей сети. Ослабить помехи можно путем размещения наиболее энергоемких потребителей вблизи от источника питания. В каналах связи большой протяженности (междугородные кабельные линии связи) приходится для ослабления помех, создаваемых протеканием по экранирующим оболочкам кабеля токов, наведенных внешними источниками, применять частотноизбирательные цепи, пропускающие сигналы звуковой частоты и запирающие сигналы промышленной частоты, а также использовать различные способы кодирования полезного сигнала.

Радиальная система соединения заземляющих проводников имеет меньше общих участков для протекания обратных сигнальных токов и токов питающей сети, но требует большей длины заземляющих проводников. На практике приходится применять смешанную систему соединений, при построении которой требуется творчески использовать достоинства каждой из вышеперечисленных. При этом следует избегать возникновения замкнутых контуров (петель) в соединении заземляющих проводников, поскольку в каждой петле внешние импульсные поля наводят токи помех. Другое важное требование заключается в том, чтобы отдельные, подлежащие заземлению системы проводников (земля логической части изделия, корпус, т. е. защитно-экранирующая система, а также нейтраль питающей сети) соединялись между собой только в одной точке. Эта точка именуется опорным узлом заземления.

Если аппаратура состоит из нескольких блоков, каждый из которых имеет свой опорный узел, то соединение опорных узлов следует выполнять топологически в виде разветвленного дерева (без петель). Также полезно знать, в каких случаях допускается не производить защитное заземление, не нарушая при этом правил техники безопасности. Защитное заземление можно не производить в следующих случаях:

а) если устройство питается от сети напряжением не выше 500 В и находится при этом в помещении, в котором нет условий повышенной или особой опасности. В таких помещениях относительная влажность не должна превышать 60 %, а температура – не более 30^◦ С, не должно быть токопроводящих полов, исключена возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей устройствам или конструкциям, с одной стороны, и к металлическим корпусам незаземленных устройств – с другой;

б) если устройство питается от разделяющего или понижающего трансформатора, выполняющего роль разделяющего, то трансформаторы должны удовлетворять специальным техническим требованиям в отношении повышенной надежности конструкции и повышенных испытательных напряжений. Вторичное напряжение трансформаторов не должно превышать 380 В. Корпус трансформаторов должен быть заземлен;

в) если устройство питается от сети переменного тока напряжением 36 В и ниже или постоянного тока 110 В и ниже;

г) если система питания устройств содержит систему защитного отключения, которая обеспечивает автоматическое отключение всех фаз питания устройства с полным временем отключения с момента возникновения однофазного замыкания не более 0,2 с;

д) если устройство обслуживается с изолированных площадок, которые выполнены таким образом, что прикосновение к представляющим опасность незаземленным частям устройства может быть только с площадки;

е) если электроприемники в устройстве, питающиеся от сети переменного тока напряжением более 36 В или постоянного тока напряжением более 110 В, снабжены двойной изоляцией. При этом в электроприемниках должны быть две независимые и рассчитанные на номинальное напряжение ступени изоляции, выполненные таким образом, что повреждение одной из них не приводит к появлению потенциала на доступных прикосновению металлических частях.