Помехозащищенность цифровых реле

Элементная база микропроцессорных систем характеризуется очень малыми мощностями полезных сигналов. Энергия помех может во много раз превышать энергию полезных сигналов. Они могут вызвать не только отказы, но и сбои в работе защиты. Проблема помехоустойчивости постоянно обостряется, т к непрерывно снижается отношение энергии полезного сигнала и помехи, а частота появления помех растет. Кроме того быстро растет число микропроцессорных устройств на объектах с большим уровнем помех. Причины возникновения помех очень разнообразны, любое изменение токов и напряжений в электрической цепи можно рассматривать как источник помех.

Основные источники помех:

1. КЗ в сети. Когда по заземляющему устройству протекают большие токи. При этом происходит подъем потенциала на заземляющем устройстве, возникает разность потенциалов между разными аппаратами, точки грунта тоже приобретают разные потенциалы. Эта разность может достигать значений 1-2 кВ, а при наличии дефектов заземляющих устройств до десятков киловольт. Длительность этого процесса может достигать нескольких сотен миллисекунд. При этом в начальной стадии КЗ в токах могут наблюдаться большие высокочастотные составляющие.
2. Грозовые разряды на опорах, порталах и т.д., срабатывание разрядников и ОПН. Так как грозовой разряд имеет высокочастотный характер, то сопротивление элементов заземляющего устройства оказываются выше, поскольку токи молний могут достигать десятков кА, то это приведет к еще большим перепадам потенциалов, чем при КЗ. Положение усугубляется тем, что заземление молниеотводов производится вблизи кабельных каналов и лотков.

3 Коммутационные помехи при операциях с выключателями и разъединителями. Амплитуда таких помех обычно лежит в пределах нескольких сот вольт, но могут достигать значений 4-5 кВ.

4. Другие помехи (от ошиновок при КЗ (низкочастотных), от портативных раций, электромеханических реле).

Различают:

1) По характеру протекания во времени различают помехи:

1- импульсные

2- флуктуационные помехи

3- гармоническая помеха.

В особую группу выделяют длительные помехи, которые не отфильтровываются обычными фильтрами (более 1 периода промышленной частоты)

Длительная помеха – провалы, подъемы, исчезновение напряжения. Для защиты от этих помех служат источники гарантированного питания.

2) По виду воздействия можно разделить:

Симметричные и несимметричные.

Напряжение симметричной помехи приложено между проводами. Ее часто называют поперечной, дифференциальной или помехой нормального вида.

Несимметричная помеха- между проводом и землей. Ее часто называют синфазной продольной, или помехой общего вида.

3) По методу проникновения в микропроцессорную систему:

1. Наводки обусловленные емкостными связями;

2. Электромагнитные наводки;

3. Обусловленные наличием заземляющих контуров;

4. Помехи по цепям питания.

Таким образом можно говорить о гальваническом, электростатическом и индуктивном пути проникновения помех.

1. Гальваническая связь - непосредственная связь в цепи приемника полезного сигнала с цепью источника помех. Это связь возникает из-за наличия общего проводника.

Zз – сопротивление заземляющего контура.

Для уменьшения этой помехи надо снижать сопротивление заземляющего контура, однако это может быть неэффективно для ВЧ помех, когда начинает сильно проявляться индуктивность заземляющего контура. Кардинальное решение заземление слаботочных цепей в одной точке.

2. Электростатическая емкостная связь возникает главным образом в схемах с большим сопротивлением. Наиболее неблагоприятным случаем является близкое расположение проводников разных цепей на значительном расстоянии.

С – распределенная емкость, но рассредоточенная для анализирования. Зависит от удаленности цепей и длины совм. пролегания.

Эффективным способом борьбы является витая пара проводов и применение электростатических экранов. Скрутка способствует выравниванию емкостей между проводами, а экранированные уменьшают емкость связи как таковую.

Чаще всего проявляется эта связь при КЗ на землю. При междуфазных КЗ внешнее поле мало из-за близкого расположения проводов и равенства 0 сумме фазных токов. При КЗ на землю образуется контур протекания току больших геометрических размеров, наводя помехи в близко расположенных цепях. Уровень помехи определяется разностью взаимоиндукции проводов слаботочной цепи по отношению к сильноточному контуру. Для борьбы с этими помехами используются те же мероприятия что для предыдущего.

Методы борьбы с помехами разнообразны. Наиболее эффективный путь – многократное превышение мощности полезного сигнала над мощностью помехи. Наиболее распространенные методы борьбы с помехами сводятся к ослаблению гальванических, емкостных и электромагнитных связей.

Рекомендации

1. предусматривать раздельную прокладку цепей разного назначения.

2. увеличивать расстояния между отдельными цепями и уменьшать протяженность совместного пролегания цепей.

3. для соединения отдельных узлов микропроцессорных систем использовать экранированные провода и кабели.

4. применять витые пары проводов.

5. применять разделительные трансформаторы с экранной обмоткой, сетевые фильтры, оптроные развязки и т.д.