2020-06-12
125
ЧАСТЬ 2 – ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ СИЛОВЫМИ ЦЕПЯМИ КИНОКОНЦЕРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В.В. Пилинский, М.В. Родионова, А.С. Чупахин
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»
Украина, 03056, г. Киев, пр. Победы, 37, НТУУ «КПИ», факультет электроники
Тел./факс: (044) 236-60-93, (044) 454-90-76; E-mail: pilinsky@ztri.ntu-kpi.kiev.ua, pww@ukr.net
Annotation – The article considered features of provision of the electromagnetic compatibility in the modern cinema and concert hall. This paper contains fundamental data on the problem of electromagnetic compatibility; information on existing emitters (power facilities; power supply) and susceptible devices of electromagnetic interferences. Some results of measurements of electromagnetic environment parameters in projection rooms are represented.
Key words – electromagnetic compatibility, electromagnetic environment, cinema and concert hall, emission, power supply.
ВВЕДЕНИЕ
Статья продолжает публикации по проблеме обеспечения электромагнитной совместимости технических средств в современном киноконцертном комплексе.
Основные нормативные документы по электромагнитной совместимости (ЭМС) оборудования киноконцертного комплекса указаны в статье [1].
Цель данной работы – анализ влияния силового и другого оборудования в составе современного киноконцертного комплекса на формирование электромагнитной обстановки (ЭМО).
Учет возможных факторов возникновения электромагнитных помех (ЭМП) и выбор совместимого оборудования должны начинаться на этапе проектирования системы. При этом следует располагать данными об общей электромагнитной обстановке в помещении, где расположено кинотехнологическое оборудование. Контроль ЭМО необходим также для обеспечения требований гигиены труда [2].
Об актуальности рассматриваемой проблемы свидетельствует формирование рабочей группы SC-05-05 Обществом инженеров акустиков AES для разработки стандартов ЭМС для профессионального звукового оборудования [3]. Информация по проблеме обеспечения ЭМС в профессиональном звуковом оборудовании, используемом в кинотеатрах, концертных залах, театрах, открытых концертных площадках в индустрии медиа развлечений (запись музыки, фильмов, видео) приведена в статье [4].
ИСТОЧНИКИ ЭМП В КИНОАППАРАТНОЙ
Одной из причин снижения производительности оборудования киноконцертного комплекса являются временные потери работоспособности вследствие восприимчивости узлов и устройств к электромагнитным помехам.
Как известно, оборудование киноконцертного комплекса включает в себя устройства, содержащие узлы и элементы различных типов – электронные, электромеханические, энергетические, которые в стационарных и нестационарных режимах работы являются источниками интенсивных электромагнитных помех.
В обобщенном виде источники, пути распространения и последствия воздействия ЭМП на радиоэлектронное и кинопроекционное оборудование представлены на рис. 1 [5].
Причиной образования электромагнитных помех является взаимное влияние активных и пассивных элементов узлов и устройств систем вторичного электропитания и оборудования киноконцертного комплекса в процессе их работы, которое может быть причиной сбоев и отказов этих устройств.
Причины возникновения помех в узлах и устройствах киноконцертного комплекса различные: периодическая импульсная или переменная нагрузка; нестационарные коммутационные режимы (включение, выключение, короткое замыкание и т.д.); коммутационные переходные процессы, возникающие при переключении транзисторов преобразователей, диодов высокочастотного выпрямителя и др. элементов; гармонические составляющие выпрямленного напряжения (тока), приводящие к искажению формы напряжения питающей сети и возникновению гармонических составляющих; наводки от внешних электромагнитных полей и др. факторы и явления приведенные на рис. 1.
Среди узлов и устройств киноконцертного комплекса, являющихся источниками электромагнитных помех, необходимо выделить в первую очередь источники вторичного электропитания (ИВЭП), а также электрооборудование и электромеханические устройства, имеющие в своем составе трансформаторы, электромеханические пускатели и реле, преобразовательные агрегаты с регуляторами и корректорами напряжения, выпрямительные и преобразующие узлы с емкостной и индуктивной реакциями и т.п.
Широкое распространение в свое время получили электромагнитные выпрямители для питания ксеноновых ламп, выполненные на ферромагнитных элементах – дросселях насыщения или магнитных усилителях.
Рис. 1
В настоящее время в киносети активно используют выпрямители для питания ксеноновых ламп мощностью от 250 до 10000 Вт и токами до 300 А. Электропитающее устройство для питания ксеноновых ламп характеризуется помехами в широкой полосе с разными уровнями и спектральным составом.
В блоке питания ксеноновой лампы для поджига используется высокочастотный источник импульсного высокого напряжения, для подпитки – маломощный источник постоянного тока – выпрямитель и для работы в нормальном режиме мощный стабилизированный выпрямитель. Блок поджига ксеноновой лампы – это высокочастотный, высоковольтный источник, который создает пакеты импульсов частотой 1 МГц и напряжением 30 кВ. Ксеноновая лампа, используемая в качестве источника света, также является интенсивным источником помех с широкополосным спектром.
Электромагнитные помехи распространяются от источника помех к приемнику двумя способами – кондуктивным (провода, шасси и корпуса устройств, шины заземления, экраны, оплётку и проч.) и через окружающее пространство.
Помехи могут проникать через ИВЭП и общий заземляющий контур кондуктивным способом по цепям электропитания. Например, высокочастотные помехи первичной сети проникают на выход ИВЭП через паразитные межобмоточные емкости разделительных трансформаторов, межвитковые емкости дросселей фильтров, соединительные провода. По этим цепям и заземляющему контуру также циркулируют токи от ключевых каскадов, которые создают импульсные помехи на входе и выходе ИВЭП [6].
Атмосферные и космические процессы – это следствие естественных процессов, происходящих в природе: грозовых разрядов, солнечной радиации, космических излучений, магнитных бурь. Наиболее существенные помехи могут возникать при грозовых разрядах, так как молния создает сильное электромагнитное поле, приводящее к значительному изменению напряжения в линиях электропередачи при нарушении их изоляции.
Результаты воздействия помех могут привести к выходу из строя или вызвать сбои в работе ИВЭП, кинотехнического оборудования и других технических средств (ТС) в составе киноконцертного комплекса.
В качестве примера на рис. 2 представлена структурная схема современного ИВЭП фирмы IREM, предназначенного для питания ксеноновых ламп мощностью от 1600 до 2000 Вт. Коэффициент пульсаций тока выпрямителя не превышает 5...6 %.
Рис. 2
Для питания электроакустического и кинотехнического оборудования в настоящее время применяют полупроводниковые выпрямители и ИВЭП импульсного типа (ИТ), оперирующие крутыми фронтами рабочих импульсов напряжения и тока в силовых цепях. Помехи, генерируемые ИВЭП ИТ, характеризуются высоким уровнем 70…120 дБ (в отдельных случаях до 140 дБ) относительно 1 мкВ, 1 мкВ/м, а также широким частотным спектром. Применение таких ИВЭП, наряду с уменьшением массы и габаритных размеров, приводит к генерации помех, усугубляя сложную электромагнитную обстановку [7].
В киноаппаратной размещено и другое силовое оборудование: главные распределительные щиты, вводно-распределительные устройства, щиты и щитки питания: освещения, противопожарных устройств, систем диспетчеризации и проч. Особого внимания требует проверка уровней напряженности поля в местах:
– непосредственной близости от шин (кабелей) питания 220 (380)В, 50 Гц;
– подключения оборудования к сети электропитания 220(380) В, 50Гц.
На рис. 3 (а – вид передней стены проекционной аппаратной; б - вид сверху) представлена распространенная схема расположения кинотехнологического оборудования в аппаратной современного многозального кинотеатра, описание перечня оборудования, указанного на данном рисунке, приведено в табл. 1.
Применение бесперемоточного устройства (платтера) позволило отказаться от использования нескольких киноустановок (кинопроекторов, питающих выпрямительных устройств и др. комплектов оборудования киноустановки) для перехода с поста на пост, сегодня сеанс успешно проводится с использованием одной киноустановки. Это позволило: 1) сократить начальные расходы на закупку и монтаж оборудования; 2) выполнить эффективное физическое разделение (пространственный разнос) оборудования.
ИВЭПдля киноустановок могутустанавливаться отдельным блоком вне кинопроектора либо встраиваться в консоль кинопроектора, такая возможность предусмотрена в некоторых современных моделях киноустановок. Использованиевстроенного в консоль кинопроектора блока питания позволяет уменьшить наводки на чувствительное оборудование и линии, вследствие уменьшения длины силового кабеля питания ксеноновой лампы, но требует дополнительных мер экранирования корпуса самого кинопроектора. Часто информацию по проблеме ЭМС приводят в технических руководствах по эксплуатации оборудования, предоставляемой изготовителями электроакустического и кинотехнического оборудования, в частности, рекомендации по инсталляции киноустановки FP25 фирмы Kinoton с применением ферромагнитных колец изложены в [8].
ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭМО КИНОКОНЦЕРТНОГО КОМПЛЕКСА
Киноконцертный комплекс представляет собой сложную систему взаимовлияющего в аспекте обеспечения электромагнитной совместимости оборудования.
Обращаем внимание, что могут быть расхождения между результатами измерений, выполненных в испытательной лаборатории, и испытаниями систем и установок на месте их эксплуатации (in situ), что усугубляет решаемую задачу.
Учет возможных факторов возникновения ЭМП и выбор совместимого оборудования, как указано выше, необходимо выполнять на этапе проектирования системы.
Рис. 3
Для выяснения электромагнитной обстановки киноконцертного комплекса необходимо рационально подойти к выбору соответствующего метода – можно использовать методы, основанные на прямых измерениях, методы имитационного моделирования и расчётные методы. определения электромагнитной обстановки киноконцертного комплекса. Достоинство расчетных методов и методов имитационного моделирования состоит в том, что с их помощью можно прогнозировать электромагнитную обстановку на стадии проектирования нового объекта. Метод прямых измерений используют для выяснения ЭМО на действующих объектах, а также подлежащих реконструкции и в связи с модернизацией используемого оборудования.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ЭМО АППАРАТНЫХ
Важнейшей начальной стадией обеспечения ЭМС является оценка электромагнитной обстановки, в условиях которой будет функционировать система. При этом следует располагать данными об общей электромагнитной обстановке в помещении, где расположены объекты, т.к. соответствие отдельных устройств стандартам ЭМС не свидетельствует об электромагнитной совместимости системы в целом.
Для оценки электромагнитной обстановки киноконцертного комплекса необходимо исследовать причины возникновения и характер распространения ЭМП.
Современный киноконцертный комплекс – это сложное многофункциональное архитектурное строение с большим количеством помещений, однако аппаратная киноконцертного комплекса представляет наибольший интерес в аспекте ЭМС, т.к. здесь сосредоточена основная часть оборудования.
В табл. 1 представлены статистически обработанные предварительные результаты исследования электромагнитной обстановки в семи аппаратных киноконцертного комплекса: среднеарифметическое значение m и среднеквадратическое отклонение σ уровней напряженности электрического и магнитного полей, а также плотности потока энергии.
При оценке ЭМО использовались два измерительных прибора напряженности ближнего и дальнего поля: NFM 1 [9], МЕН-25 [10].
РЕКОМЕНДАЦИИ
Проблема обеспечения ЭМС технических средств в киноконцертном комплексе охватывает широкий комплект оборудования. Достоверное знание уровней и пространственного распределения электромагнитных полей от разных блоков – необходимое условие качественного и безопасного функционирования и эксплуатации оборудования.
Разумеется, оценка ЭМО не является самоцелью. По ее результатам разрабатываются и осуществляются защитные мероприятия. В зависимости от результатов обследования, они могут включать следующее.
Таблица 1
| № поз. на рис.3 | Наименование | Тип | Напряжен. электр. поля, мкВ/м | Напряжен. магн. поля, мкТл | Плотность потока энергии, мкВт/см2 | |||
| Диапазон частот | ||||||||
| 60 кГц - 350 МГц | 100 кГц - 10 МГц | 0,3-3 ГГц | ||||||
| m | σ | m | σ | m | σ | |||
| 1 | Громкоговоритель контрольный | TSS SCR-8 | 103,4 | 2,23 | 0,3 | 0,03 | ||
| 2, 5 | Темнитель света НИКФИ | РОА-04 | 310 | 9,21 | 3,15 | 0,25 | 1,8 | 0,16 |
| 3, 4 | Распределительное устройство НИКФИ | РУК-7 | 310 | 8,23 | 3,15 | 0,28 | ||
| 6 | Шкаф монтажный | 300 | 6,78 | 3,15 | 0,2 | |||
| 7 | Розетка с заземляющим контактом | 150 | 3,12 | 1,3 | 0,11 | |||
| 8 | Компьютер | 260 | 7,18 | 2,76 | 0,25 | 2,4 | 0,17 | |
| 9 | Система бесперемоточного показа Kinoton | ST400E | 115 | 3,87 | 1,6 | 0,14 | ||
| 10 | Блок питания IREM (непрерывная работа при номинальной нагрузке) | N3-80 | 370 | 11,05 | 4,4 | 0,4 | 2,5 | 0,14 |
| 11 | Кинопроектор 35 мм Kinoton (непрерывная работа с протягиванием пленки при вкл. лампе) | FP25 | 350 | 10,36 | 4 | 0,48 | 2,5 | 0,18 |
| 12 | Бра | НБО-06-60 | 90 | 4,06 | 0,31 | 0,029 | ||
| 13 | Система автоматизации кинопоказа | Panalogic | 180 | 3,66 | 2,26 | 0,24 | 2,2 | 0,1 |
| 14 | Стол монтажный Kinoton | MT2000 | 290 | 7,76 | 2,26 | 0,19 | ||
| 15 | Дистанционный пульт управления универсальный | ПДУ УН | 200 | 5,61 | 2 | 0,21 | ||
| 16 | Стол фильмопроверочный | РСФ | 280 | 8,87 | 1,88 | 0,23 | ||
| 17*) | 19" стойка для оборудования PROEL STUDIO | 48U | 54 | 4,6 | 0,25 | 0,027 | 0,6 | 0,04 |
| 18 | Усилитель мощности, 2х500Вт / 8 Ом Neva Audio | PA-2000 AG |
|
|
|
|
|
|
| 19 | Усилитель мощности, 2х1000Вт / 8 Ом Neva Audio | NA-3200 AG | ||||||
| 20 | Усилитель мощности, 2х275Вт / 8 Ом Neva Audio | PA-1000 AG | ||||||
| 21 | Кроссовер для заэкран. АС dbx | 223EX | ||||||
| 22 | CD- проигрыватель | Sherwood | ||||||
| 23 | 7 - канальный монитор Panastereo | CX230EX | ||||||
| 24 | Процессор цифровой Dolby | CP 650 | ||||||
| 25 | Процессор цифровой DTS | DTS-6D | ||||||
| Примечание: *) В стойке для оборудования размещено также оборудование № 18-25 | ||||||||
1. Рациональная реализация заземляющего устройства, включая:
– приведение систем заземления и выравнивания потенциалов в зданиях и помещениях киноконцертного комплекса в соответствие с требованиями;
– разделение заземляющих проводников для информационной техники и устройств, способных
создавать значительные помехи;
– установку вертикальных заземлителей для устройств грозозащиты, разрядников и ограничителей перенапряжения;
– обеспечение растекания тока молнии на безопасном расстоянии от цепей питания и чувствительных цепей, а также мест расположения аппаратуры;
– восстановление поврежденных и прокладку недостающих заземляющих электродов;
– разрыв ненужных связей (например, между элементами грозозащиты и фильтрами присоединения ВЧ-связи, кабельными каналами и т.п.).
2. Корректная прокладка цепей по условиям обеспечения ЭМС:
– раздельная прокладка информационных и силовых цепей;
– организация экранирования (с двух- или односторонним заземлением экранов в зависимости от условий на объекте);
– применение информационных кабелей с высокой степенью симметрии («витая пара»);
– прокладка трасс кабелей в обход областей с высокими уровнями электромагнитных полей;
– применение барьерных заземлителей, шин выравнивания потенциала и т.д. [11];
– использование (там, где это оправдано) оптической развязки.
3. Модернизация систем питания:
– установка стабилизаторов, разделительных трансформаторов и устройств резервирования питания;
– использование источников бесперебойного питания, выпрямителей с низким уровнем помех;
– разделение цепей заземления и зануления (переход с системы TN-C на системы TN-S и TN-C-S);
– уменьшение токов утечки [12];
В приведенных рекомендациях не исчерпывается всё разнообразие решений, направленных на снижение уровней помех, воздействующих на аппаратуру. Более того, специфика киноконцертных объектов, как правило, такова, что уровень действующих на аппаратуру помех не может быть снижен до очень малых значений без больших затрат. Поэтому для чувствительной аппаратуры в составе киноконцертного комплекса должен обеспечиваться высокий уровень собственной помехоустойчивости.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведенных измерений в аппаратной свидетельствуют о сложной электромагнитной обстановке, формируемой различным оборудованием в составе киноконцертного комплекса. Существует необходимость разработки общих рекомендаций, методов и приемов измерения и оценки ЭМО непосредственно на рабочем месте. Для решения задач и обеспечения ЭМС киноконцертного комплекса необходим системный подход с использованием современных компьютерных методов моделирования ЭМО, что будет отражено в последующих публикациях.
[1] Пилинский В.В., Прядко А.М., Родионова М.В., Чупахин А.С., Швайченко В.Б. Особенности обеспечения электромагнитной совместимости современного киноконцертного комплекса. Часть 1 – Основные регламентирующие документы // Техническая электродинамика. – Тематический выпуск ²Проблемы современной электротехники², Ч. 6.- 2008. – С. 115-120.
[2] Державні санітарні норми і правила захисту населення від впливу електромагнітних випромінювань - К.: Держстандарт України.- 1996.- 28с.
[3] Report of the SC-05-05, Working Group on Grounding and EMC Practices of the SC-05 Subcommittee on Interconnections // Journal Audio Engineering Society. – 2002. – Vol. 50. – № 11. – P. 932-933 / http://www.aes.org/journal/sample_issue/
[4] Armstrong K., Waldron T. AES-X13 and interference-free pro-audio systems // IEEE International Symposium. ²EMC 2002². – 2002. – Vol. 1. – P. 434 – 439.
[5] Пилинский В.В. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом для электронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов – К.: КПИ, 1985.- 104 с.
[6] Мкртчян Ж.А. Основы построения устройств электропитания ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1990. – 208 с.
[7] Енергозабезпечення електронної апаратури/ В.В. Пілінський, М.В. Родіонова, О.І. Рибін та ін. – К.: Вища школа., 1994. – 258 с.
[8] Operating manual FP25D Projector / http://www.kinomedia.net/docs/index.php
[9] Документация на измерительный прибор напряженности ближнего поля NFM 1. – Берлин. – 16 с.
[10] Uniwersalny szerokopasmowy mernik natezenia pola electromagnetycznego, Typ MEH-25. – Politechnika wroclawska: Wroclaw (Poland).
[11] Матвеев М.В. Электромагнитная совместимость цифровой аппаратуры на энергетических и промышленных объектах: контроль и улучшение электромагнитной обстановки // Новости электротехники. – 2007. – №2. – С. 34–42.
[12] Уилльямс Т., Амстронг К. ЭМС для систем и установок: Пер. с англ. – М.: Технологии, 2004. – 508 с.
Рекомендовано к публикации:
проф., д.т.н. В.Я. Жуйковым
