Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Пассивные помехоподавляющие элементы-фильтры

Помехоподавляющие фильтры представляют собой элементы для обеспечения затухания поступающей по проводам помехи. Целесообразное их применение предполагает, что спектральные составляющие полезного сигнала и помехи достаточно отличаются друг от друга. Это позволяет при соответствующих параметрах фильтра обеспечить селективное демпфирование помехи при отсутствии заметного искажения полезного сигнала. При этом собственно эффект демпфирования достигается делением напряжения. Поясним эго на простейшем примере.

Если в низкочастотный контур полезного сигнала (полезные величины на рис. 4.2, а) поступает высокочастотное напряжение помехи , то на полном сопротивлении приемника появляется составляющая напряжения помехи

(4.1)

Введение зависящего от частоты продольного полного со­противления (рис. 4.2, б), например, в форме ωL, представля­ющего для низкочастотного тока - очень малое, а для высоко­частотного тока - очень большое сопротивление, обеспечива­ет ослабление помехи, и составляющая, напряжения помехи снижается до

(4.2.)

Достигаемый эффект затухания можно характеризовать ко­эффициентом затухания - отношением падений напряжений на при наличии и без него:

. (4.3.)

Коэффициент затухания приводится, как правило, в виде логарифма отношения напряжений и выражается в децибелах:

. (4.4)

Согласно (4.3) эффект затухания зависит не только от , но и от полных сопротивлений и .

В общем случае, фильтр F любой структуры представляет собой четырехполюсник, объединяющий источник помехи и приемник.

91) Пассивные помехоподавляющие элементы – экраны.

Экранирование служит для ослабления электрических, магнитныхи электромагнитных полей, а именно для того, чтобы исключить проникновение и воздействие таких полей на элементы, блоки, приборы,кабели, помещения и здания, а также для того, чтобы подавить исходящие из электрических и электронных промышленных средств иустройств помехи, обусловленные полями. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности Е0, Н0 воздействующего поля до значений E1 H1 за экраном (рис. 4.23). Физически экранирование объясняется наведением на поверхности экраназаряда или индуктированием в нем тока, поле которых накладываетсяна воздействующее, ослабляя его. Тем самым как бы удаляется чувствительный приемник помехи от источника.На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота поля, электропроводность и магнитная проницаемость материала экрана, конфигурация и размеры экрана.

Для экранирования используют как немагнитные металлы, чащевсего медь, так и ферромагнитные материалы. Экранирующее действиеизвестных немагнитных материалов (r m = 1, r s = 0,6 ÷ 1) происходитиз-за магнитных полей, созданных вихревыми токами. При этом постоянное магнитное поле совсем не экранируется, а низкочастотное переменное ослабляется незначительно. Напротив, электрические поля такими экранами демпфируютсяочень хорошо.

Экраны из ферромагнитных материалов (r m >>1, r s <1) ослабляютэлектрические поля в области низких частот хуже, чем экраны из немагнитных, однако, в отличие от последних, они оказывают определенное ослабление постоянных магнитных полей. С повышением частотыдемпфирующее действие в отношении электрических и магнитных полей возрастает. Имеются различные экранирующие материалы и устройства, поставляемые в различных формах, в зависимости от решаемых задач.

-прикрепляемые болтами пластины и привариваемые тонкиестальные и медные листы для изготовления экранированных корпусов идля покрытия стен помещений;

-тонкая легкоразрезаемая и деформируемая фольга из мягкомагнитных сплавов с высокой магнитной проницаемостью для изготовления образцов и серийных приборов;

-металлические ленты и оплетки для кабелей;

-металлические плетеные шланги для дополнительного экранирования кабелей и кабельных жгутов;

-металлические сотовые структуры для воздухопроницаемыхэкранирующих элементов (например, для экранированных кабин);

-металлические сетки, проводящая прозрачная фольга и стекла снапыленным металлом для окон при комплексном высокочастотномэкранировании;

-наносимые на пластмассовые корпусы распылением серебряные,никелевые или медные покрытия;

-пластмассовые комбинированные материалы с проводящими добавками (металлическим порошком, нитями, например, из углерода ит.п.) для изготовления экранированных корпусов;

-тканые материалы со вплетенными нитями из нержавеющей стали для высокочастотной экранирующей одежды (коэффициент затухания достигает 30 дБ в области частот от 100 кГц до 40 ГГц).

Кабельные экраны предназначены для снижения влияния напряжений помех на кабели и излучений помех кабелями и проводами, а

также для того, чтобы обеспечить развязку помехосодержащих и чувствительных к помехам проводов при их прокладке в общих кабельныхтрассах, каналах или жгутах, если это необходимо по каким-либо внешним условиям.Кабельные экраны из хорошо проводящих материалов (медныеили алюминиевые оплетки) позволяют ослабить эти напряжения, однако при этом существенную роль играет заземление экрана.

92) Средства ограничения уровней гармоник напряжений и токов.

Гармоники являются следствием работы электрооборудования с нелинейными характеристиками. Основной вклад в формирование гармоник вносит следующее оборудование:

Силовое электронное оборудование: частотные привода переменного тока, привода постоянного тока, источники бесперебойного питания UPS, выпрямители (шестифазные, по схеме Ларионова), конвертеры, тиристорные системы, диодные мосты, плавильные печи высокой частоты, компьютеры;

Сварочное, дуговое оборудование: дуговые плавильные печи, сварочные автоматы, освещение (ДРЛ-ртутные лампы, люминесцентные лампы);

Насыщаемые устройства: Трансформаторы, двигатели, генераторы, и т.д. Гармонические амплитуды на этих устройствах являются обычно незначительна по сравнению с элементами силовой электроники и сварочным оборудованием, при условии что насыщение не происходит.Сварочное, дуговое оборудование: дуговые плавильные печи, сварочные автоматы, освещение (ДРЛ-ртутные лампы, люминесцентные лампы).

Разработанный фильтр представляет собой однополюсную схему, способную гасить весь спектр пропускаемых гармоник (пример, для случая шестипульсного преобразователя гармоник начиная с пятой). Однако требуемая для осуществления этой цели емкость фильтра очень велика, и гораздо экономичнее подавлю гармоники малых порядков с помощью одноплечевого настроенного фильтра.

Настроенные фильтры. Фильтр одной частоты представляет с бой последовательную -цепочку (рис. 6.3,а), настроенную на частоту одной гармоники (обычно канонической гармоники малого порядка). Полное сопротивление такого фильтра

на резонансной частоте ƒ_n уменьшается до чисто активно сопротивления R.

Фильтры двойной настройки. При соответствующем выборе параметров вместо двух одночастотных фильтров (рис. 6.6, а) применяется фильтр двойной настройки. В районе резонанс­ных частот сопротивления двух одночастотных фильтров практически равны сопротивлениям схемы фильтра, настроенного на две частоты (рис. 6.6, б).

Фильтры с автоматической настройкой. По сравнению с фильтрами с фиксированной настройкой автоматически настраиваемые фильтры имеют ряд преиму­ществ:

- имеют меньшую емкость конденсаторов;

- применяемые конденсаторы могут иметь одновременно и большой температурный коэффициент емкости, и большую реак­тивную мощность в расчете на единицу массы и единицу стоимос­ти;

- из-за большой добротности потери мощности меньше. Первые два преимущества позволяют снизить стоимость конденсато­ров - наиболее дорогих элементов фильтра. Второе преимущество сни­жает стоимость резисторов и стоимость потерянной энергии.

Широкополосные фильтры. Широкополосный фильтр имеет следующие достоинства:

- меньшая чувствительность к изменениям температуры, отклонениям частоты, промышленным допускам при изготовле­нии элементов, потерям в емкостных элементах и т.п.;

- малое сопротивление широкому спектру гармоник, отсутствие необходимости разбивки фильтра на параллельные ветви, вызывающей затруднения при переключениях и обслуживании;

- удобство применения в случае, если использование настро­енных фильтров вызывает появление резонанса токов между проводимостями фильтра и системы на частотах гармоник, меньших нижней частоты настроенного фильтра, или на частотах гармо­ник, лежащих между настроенными частотами.Типы широкополосных фильтров - четыре типа гасящих фильтров: первого, второго, третьего порядков и С-типа.

Фильтр первого порядка применяется редко, так как для него требуется конденсатор большой мощности, а потери на основной частоте велики.

Фильтр второго порядка удобен в эксплуатации, но потери на основной частоте по сравнению с фильтром третьего порядка ве­лики.

Основным достоинством фильтра третьего порядка являются его малые потери энергии на основной частоте (по сравнению с фильтром второго порядка), связанные с увеличением полного со­противления на этой частоте, вызванным наличием конденсатора С₂. Емкость С₂ много меньше емкости С₁. По своей работе фильтр С-типа занимает положение между фильтрами второго и третьего порядка. Нормирование гармоник:

Средства ограничения уровней гармоник напряжений и токов. (еще один вариант ответа)

1. Источниками гармоник токов являются нелинейные нагрузки, подсоединенные к распределительной сети. Протекание гармоник токов по сети, имеющей некоторое полное сопротивление, приводит к появлению гармоник напряжений и соответственно к искажению формы питающего напряжения.

Примеры нелинейных нагрузок:

промышленное оборудование (сварочные машины, электродуговые печи, индукционные печи и выпрямители);

преобразователи частоты для асинхронных двигателей или двигателей постоянного тока;

источники бесперебойного питания;

офисное оборудование (компьютеры, фотокопировальные машины, факсимильные аппараты и др.);

бытовые электроприборы (телевизоры, микроволновые печи, люминесцентные лампы);

некоторые устройства с магнитным насыщением (трансформаторы).

2.Стандарты, относящаеся к гармоникам в сетях, приследуют 3 цели:

1)снижение искажения синусоидальности токов и напряжений до значений, допустимых для электроэнергетических систем, их оборудования и устройства урпавления. Особенно уязвимыми в этом отношении являются конденсаторные батареи, системы сигнализации на звуковых частотах и устройства, использующие принцип коммутации в момент перехода напряжения через нуль;

2)Обеспечение потребителей электроэнергией с уровнем искажения синусоидальности напряжения, допустимым для электрооборудования и устройств, эксплуатируемых в их сетях

3)Снижение влияния электроэнергетических систем на другие системы, например телефонные коммуникации.

3. Фильтры служат для устранения гармонических составляющих и выделения основной составляющей тока (напряжения). Фильтры включаются на входе и на выходе преобразователей. Фильтры, выполненные только на реактивных элементах (индуктивностях и емкостях), называют пассивными.

Часто в состав этих фильтров входят и резисторы, демпфирующие колебания, возникающие в высокодобротных контурах. В данной главе рассматриваются только такие фильтры.

Входные (сглаживающие) фильтры служат для уменьшения вредного влияния преобразователей на питающую сеть. Кроме того, они защищают преобразователь от электромагнитных помех, передающихся из сети. Их часто называют сетевыми фильтрами.

Бывают емкостные, индуктивные, Г–образные:

Емкостной:

Недостатки фильтра − начальный бросок тока при включении, тяжелые условия работы вентилей выпрямителя и вредное влияние на питающую сеть из-за малого угла проводимости вентилей.

Преимущество фильтра – его простота.Для уменьшения начального броска тока применяется предварительный заряд конденсатора через зарядный резистор.

Индуктивный:

Индуктивные фильтры применяется в преобразователях средней и большой мощности, например, при питании двигателей постоянного тока от управляемых выпрямителей.

Г–образные:

Для повышения коэффициента сглаживания, уменьшения вредного влияния преобразователя на питающую сеть и улучшения переходного процесса включения применяют Г–образные фильтры.

Выходные фильтры улучшают форму выходного напряжения преобразователя. Выходные фильтры, улучшающие выходное напряжение преобразователей с выходом на постоянном токе называются сглаживающими.

Выходные фильтры, улучшающие выходное напряжение преобразователей с выходом на переменном токе называются выходными фильтрами переменного тока или просто выходными.

93 Экологическое влияние коронного разряда на окружающую среду Коронный разряд на линиях электропередачи создает помехи радио- и телевизионному приему, а также акустический шум. Ос­новная причина радиопомех и шума - стримерная корона на про­водах. Поскольку наиболее благоприятные условия для возникно­вения стримерной короны складываются при атмосферных осад­ках, когда значительно снижается начальная напряженность поля, наиболее сильные радиопомехи и акустический шум возникают при коронировании линий сверхвысокого напряжения во время дождя и снега. В хорошую погоду помехи возрастают по мере заг­рязнения проводов.
Радиопомехи Спектр частот излучения, создающего радиопомехи, охватыва­ет диапазон от 10 кГц до 1 ГГц. Помехи на частотах выше 30 МГц оказывают мешающее влияние на телеприем и возникают только при коронировании линий 750 кВ. Источниками помех в этом случае помимо короны на проводах служат частичные разряды в зазорах и трещинах изоляторов и корона на заостренных элемен­тах арматуры. В хорошую погоду корона на проводах практически не создает помех телевизионному приему
Интенсивность радиопомех характеризуется вертикальной составляющей напряженности электрического поля вблизи по­верхности земли (Е₂). Уровень радиопомех, дБ, определяется величиной
,

где Е₁ — базовая напряженность электрического поля, мкВ/м

Обычно за базовое значение принимают Е₁ = 1 мкВ/м, тогда

В качестве расчетной частоты по рекомендации Международ­ного комитета по радиопомехам принимается 0,5 МГц. Уровень полезного сигнала при этой частоте составляет примерно 60 дБ. Радиоприем считается удовлетворительным, если полезный сигнал превышает помехи на 20 дБ. Поэтому допустимый уро­вень радиопомех в хорошую погоду составляет 40 дБ, что дает Е =100 мкВ/м. Это значение напряженности электрического поля радиопомех принято в качестве допустимого на расстоянии 100 м от проекции на землю крайнего провода линии электропередачи напряжением 330 кВ и выше.
По мере удаления от линии уровень помех снижается. Между уровнями радиопомех Y₁ и Y₂ на расстояниях соответственно и существует зависимость
,

где k — коэффициент затухания, равный 1,6 в диапазоне частот 0,15-1 МГц

Зависимость между уровнем радиопомех и напряженностью электрического поля на поверхности проводов линейна и выража­ется эмпирической формулой

,
где Y₁ и Y₂ - уровни радиопомех, дБ, при напряженностях на проводах и кВ/см, - коэффициент, равный 1,8 при напряженностях поля на прово­дах 20-30 кВ/см
Увеличение радиуса проводов при неизменной напряженности поля на них приводит к росту уровня радиопомех, поскольку спад напряженности поля у провода в радиальном направлении при этом замедляется и создаются условия для развития более интен­сивной стримерной короны. Связь между уровнями радиопомех и радиусами проводов устанавливается эмпирической формулой
,
где r₂ и r₁ - радиусы проводов.
Радиопомехи практически не зависят от числа составляющих проводов расщепленной фазы, поскольку происходит взаимное электромагнитное экранирование проводов фазы.
Если известны уровень радиопомех Y₁ на нормированном рас­стоянии от линии и параметры Е₁ и r₁ тщательно исследованной базовой линии электропередачи, то уровень радиопомех при хоро­шей погоде Y₂ создаваемый другой линией, например проектиру­емой с параметрами Е₂ и r₂,может быть определен по обобщенной формуле
.

Акустический шум Акустический шум возникает главным образом в плохую пого­ду, когда усиливается интенсивность коронирования проводов. Звуковой эффект при этом имеет две составляющие: 1) шипение, соответствующее частоте 100 Гц и кратным ей частотам; 2) широ­кополосный шум. Первая составляющая обусловлена движением объемного заряда у проводов, что дважды за период создает волны звукового давления. Вторая генерируется стримерной короной.
Уровни громкости шумов в дБ (А) измеряются с применением корректирующих фильтров типа А, которые позволяют учесть фи­зиологические особенности органов слуха человека (псофометрическую характеристику).
Особенно интенсивный шум от короны возникает при сильном дожде, однако такой дождь сам создает шум, превышающий по громкости возможные акустические помехи от линии электропе­редачи. Поэтому более существенны помехи при моросящем дож­де, в туман, при мокрых проводах после сильного дождя. Уровень громкости в этих случаях на 5 - 6 дБ (А) ниже, чем в сильный дождь, но значительно превышает общий звуковой фон. Оценка акустического шума делается по условиям «влажных» проводов.

Для оценки громкости при дожде может быть использована эм­пирическая формула

,

где А - уровень громкости, дБ (А); r - радиус провода, см; Е_тах - максимальная напряженность поля на поверхности проводов, кВ/см; n - число проводов в рас­щепленной фазе; l - расстояние от крайней фазы, м.

В соответствии с действующими в РФ нормами для чистых районов допустимые напряженности на поверхности проводов ВЛ определяются акустическими помехами при диаметре проводов d > 3,26 см. В районах с промышленным загрязнением допустимые напряженности определяются радиопомехами при d = 2,7 ч 3,3 см и акустическим шумом при d > 3,3 см.
Нормативная база на радиопомехи и акустические шумы

Для решения задач электромагнитной совместимости линий электропередачи и радиоприемных устройств различного назначе­ния (т. е. для обеспечения их функционирования без ухудшения качественных показателей) важное значение имеют реальные уровни напряженности поля помех, создаваемых ВЛ.
Помехи от ВЛ могут возникать не только от короны на прово­дах, но и вследствие частичных разрядов и короны на изоляторах, пробоя или перекрытия дефектных изоляторов, короны на линей­ной арматуре и распорках проводов расщепленной фазы, а также из-за искрения между элементами линейной арматуры, распорок проводов и между изоляторами.
Снижению радиопомех от ВЛ и улучшению электромагнитной обстановки вдоль трасс способствует нормирование уровней ра­диопомех от ВЛ. Принятие норм создает юридическую основу вза­имоотношений между проектировщиками и владельцами радио­приемных средств и объектов. Нормирование радиопомех от ВЛ требует от проектировщиков и владельцев ВЛ принятия мер к тому, чтобы уровень радиопомех не превышал допустимых вели­чин в течение заданного процента годового времени.

В большинстве стран установлены национальные нормы на ве­личины напряженности поля помех, создаваемых воздушными линиями электропередач и высоковольтным оборудованием.

.