Стабильная и безотказная их эксплуатация энергетических объектов невозможна без обеспечения надежной работы установленного на них вторичного оборудования, что в свою очередь предполагает электромагнитную совместимость (ЭМС) оборудования с электромагнитной обстановкой (ЭМО) на объекте. Проведение работ по обследованию ЭМО и ЭМС на энергообъектах является обязательным условием на этапах их проектирования и технического перевооружения.
Воздушные линии электропередачи и открытые распределительные устройства подстанций, находящиеся под напряжением, являются источниками электромагнитных помех, которые потенциально опасны для нормального функционирования разного рода технических средств, размещенных непосредственно на данных энергообъектах, а также на примыкающих к ним объектах промышленного и иного назначения. Установленные на подстанциях устройства РЗА, АСУ ТП, противопожарные системы, системы видеонаблюдения и др. подвергаются электромагнитным воздействиям, возникающим при коротких замыканиях, переключениях первичного оборудования, ударах молнии, работе высокочастотной связи и пр. и пр.
Поэтому стабильная и безотказная эксплуатация энергетических объектов невозможна без обеспечения надежной работы установленного на них вторичного оборудования, что в свою очередь предполагает электромагнитную совместимость (ЭМС) оборудования с электромагнитной обстановкой (ЭМО) на объекте. Таким образом, достаточно обеспечить электромагнитную совместимость, и можно не бояться возникновения повреждений либо неправильного функционирования вторичного оборудования из-за электромагнитных помех. Но это в теории, на практике все оказывается не так просто. Почему? С одной стороны, решение задачи усложняет многообразие имеющих место электромагнитных помех, с другой, существуют определенные сложности в проведении точного теоретического анализа электромагнитной обстановки.
Кратко об электромагнитных помехах
Как уже было выше отмечено, имеется множество электромагнитных помех, которые могут снизить качество функционирования технических средств на энергетических объектах. Однако не все из них оказывают существенное влияние на работу систем, поэтому мы ограничимся рассмотрением только самых важных с точки зрения обеспечения стабильности работы энергообъектов. К числу наиболее существенных электромагнитных помех на предприятиях энергетической сферы нужно отнести помехи, связанные с аварийными потенциалами на элементах заземляющих устройств; коммутационные помехи и помехи от молниевых разрядов.
Помехи из-за аварийных потенциалов связаны с дефектами заземляющей системы энергообъекта, построенной без учета требования ЭМС. Как известно, проводные коммуникации могут связывать точки на расстоянии десятков и сотен метров, а для аппаратуры беспроводной связи — многих километров. В итоге перепад потенциалов между различными точками ЗУ может оказаться значительным, что в свою очередь, скорее всего, вызовет повреждение изоляции вторичных цепей и МП аппаратуры. Поэтому обязательным этапом при определении ЭМО на территории энергообъекта и оценке ЭМС устанавливаемых технических средств является обследование заземляющей системы ПС, включающей в себя как искусственные, так и естественные заземлители. В ходе работ оценивается качество ЗУ всей подстанции: электрические связи (по элементам системы заземления, экранам и броне кабелей, элементам сети СН) ячеек с ОПУ, между РУ 220 кВ, РУ 110 кВ, а также связи автотрансформаторов.
Коммутационные помехи представляют собой импульсные помехи, которые возникают при выполнении коммутационных операций в сетях высокого напряжения — как правило, это одиночные импульсы с амплитудой до нескольких киловольт. Образующиеся при коммутациях импульсы перенапряжения в сочетании с высокочастотными токами мгновенно распространяются по территории энергообъектов, а возникающие при этом импульсные электромагнитные поля вызывают наводки во вторичных и внутренних цепях кабелей и аппаратуры со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поэтому измерение электромагнитных помех коммутационного характера также в обязательном порядке включают в комплексную оценку ЭМО каждого энергообъекта.
Что касается помех от молниевых разрядов, то поражение объекта молнией носит вероятностный характер и в немалой степени зависит от характеристик грозовой активности в регионе. Тем не менее данный вид помех нельзя сбрасывать со счетов, поскольку при ударе молнии вблизи от аппаратуры или ее проводных коммуникаций уровни помех могут значительно превышать уровень помехоустойчивости МП-аппаратуры РЗА, противопожарной автоматики, АСУ ТП, АИИС КУЭ и связи. Это нередко приводит к повреждениям вторичных цепей и подключенного к ним МП оборудования.
Таким образом крайне важно обеспечить на энергообъектах электромагнитную обстановку, при которой уровни разного рода электромагнитных воздействий не превышали бы допустимых значений. Для этого необходимо проведение работ по обследованию ЭМО и ЭМС на энергетических объектах на этапах проектирования, технического перевооружения (реконструкции) и ввода их в эксплуатацию. Соответствующие работы регламентированы отраслевыми стандартами (включая стандарт ОАО «ФСК ЕЭС» по обеспечению экологической безопасности электросетевых объектов — СТО 56947007-29.240.043-2010) и проводятся с привлечением специализированных организаций, оснащенных соответствующим оборудованием и имеющих в своем штате опытных специалистов в области обеспечения ЭМС.
Оценка ЭМО и ЭМС на энергетических объектах
Для решения проблемы электромагнитной совместимости на этапах проектирования или реконструкции энергообъекта проводится профессиональная оценка электромагнитной обстановки. Дополнительно также обеспечивается надлежащий контроль над состоянием электронной аппаратуры с учетом ее устойчивости к электромагнитным помехам — микропроцессорные устройства должны обладать требуемыми уровнями помехоустойчивости (проходить испытания на помехоустойчивость в соответствии с классами жесткости), которые предусмотрены соответствующими государственными и отраслевыми нормативно-техническими документами.
Определение реальной электромагнитной обстановки (ЭМО) проводят расчетными и экспериментальными методами; также осуществляют комплекс измерений на электромагнитную совместимость. По завершении разрабатывают рекомендации по обеспечению/улучшению ЭМС МП аппаратуры.
На практике сложностей в решении перечисленных задач немало. В частности, не так просто провести точный анализ электромагнитной обстановки. Тут и проблемы со сбором и анализом исходных данных — чаще всего удается получить только часть нужной для анализа информации; отсутствующие данные приходится восстанавливать путем разного рода измерений. Например, информацию по системе заземления получают путем измерения сопротивления ЗУ ПС растеканию тока; измерения удельного сопротивления грунта и др. Кроме того, оценку помех на объекте (определение разностей потенциалов на ЗУ обследуемой части подстанции, которые будут приложены к изоляции вторичных кабелей и/или входам МП аппаратуры, и др.) зачастую возможно провести только с применением методик имитационного моделирования и/или расчетными методами, поскольку напрямую измерить соответствующие помехи на объекте практически невозможно.
Наконец, на стадии проектирования строительства или реконструкции объекта просто невозможно учесть все влияющие на возникновение помех в дальнейшем факторы: непредсказуемые дефекты монтажных работ, недокументированные изменения конструкции объекта в ходе реконструкции или строительства, коррозию заземлителей и т.п. Поэтому в реальности, как правило, не удается ограничиться первичной оценкой ЭМО — дополнительно по завершении строительства/реконструкции проводится еще одна полномасштабная диагностика ЭМО, призванная учесть все непредсказуемые факторы, которые привели к недокументированным изменениям в ходе строительно-монтажных работ. В итоге по результатам испытаний на электромагнитную совместимость осуществляется не только разработка технических решений по обеспечению ЭМС на стадии проекта, но также выдаются рекомендации по проведению итогового контроля с перечнем необходимых обследований и измерений.
В качестве заключения
Таким образом решение проблемы электромагнитной совместимости требует комплексного двухэтапного подхода. На первом этапе, выполняемом при проектировании строительства или реконструкции энергообъекта, производится приближенная оценка электромагнитной обстановки экспериментально-расчетными методами. Второй этап работ проводится по завершении строительства или реконструкции и заключается в выполнении комплекса измерений и имитационного моделирования вспомогательных расчетов с последующей разработкой и реализацией дополнительных мероприятий по обеспечению ЭМС.
Андрей Бизяев,
руководитель электролаборатории
компании «ЭлектроСвязь»
ЗАО «ЭлектроСвязь» — российский системный интегратор, работающий на рынке проектирования и строительства объектов связи (слаботочных систем) и систем электроснабжения. «ЭлектроСвязь выполняет для своих заказчиков весь комплекс работ, связанных со слаботочными системами и системами электроснабжения — от проектно-изыскательных работ до согласования и сдачи готового объекта в эксплуатацию. Также компания предоставляет услуги сертифицированной электролаборатории, включая оценку электромагнитной обстановки (ЭМО) и проведение комплекса измерений по электромагнитной совместимости (ЭМС).