Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

 «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 

Энергетический  институт

Специальность - 140203 Релейная защита и 

автоматизация электроэнергетических систем

Кафедра - ЭСC 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

Экраны  как средство помехоподавления 

по дисциплине «Электромагнитная совместимость» 
 
 
 
 

 Выполнил:

 студент группы 9А77    ____________________________       Дмитриев Д.О.

                                                          (подпись/дата)                         
 

Проверил 

преподаватель.                 ____________________________      Старцева Е.В.  

                                                          (подпись/дата) 
 
 
 

Томск 2010

Оглавление

1. Введение 3

2. Принцип действия экранов 4

3. Материалы для изготовления экранов 7

4. Экранирование приборов и помещений 9

5. Экраны кабелей 12

6. Краткие сведения об оценке ЭМО 15

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 17 
 

 

1. Введение

     Современная аппаратура РЗА, АСУ ТП, АСКУЭ и связи, основанная на микроэлектронных и микропроцессорных элементах, имеет широкие функциональные возможности, обеспечивает простоту и гибкость настройки,  и обладает рядом других преимуществ. При этом устойчивость к электромагнитным помехам такой аппаратуры, как правило, ниже, чем, например, у традиционных электромеханических устройств РЗА. Электрические процессы в высоковольтном оборудовании на электрических станциях (ЭС) и подстанциях (ПС) являются источниками мощных электромагнитных помех. Кроме того, опасные помехи генерируются при молниевых разрядах, работе радиосредств,  электростатических разрядах и т.п. Совокупность уровней помех, характерных для любой конкретной  ЭС (ПС), называется электромагнитной обстановкой (ЭМО).

Основными  источниками помех на ЭС и ПС являются:

1. Короткие замыкания в сетях высокого напряжения.
2. Ток молнии, стекающий на ЗУ ЭС (ПС) при разрядах в ее молниеприемники и грозотросы подходящих ВЛ, а также импульсный ток, протекающий при срабатывании высоковольтных разрядников и ОПН. 
3. Переходные процессы в первичной сети, возникающие при коммутациях первичного оборудования (разъединителей, выключателей), а также в аварийных ситуациях.
4. Работа электромеханических устройств (реле, контакторов, электромагнитов и т.п.), тиристорных преобразователей и других устройств, способных порождать высокочастотные переходные процессы.
5. Токи, протекающие по силовым цепям в нормальном режиме работы ЭС (ПС). Генерируемое при этом магнитное поле может представлять опасность для нормальной работы электронной аппаратуры.   
6. В некоторых случаях вследствие особенностей конструкции ЭС (ПС) происходит постоянное  протекание тока через элементы ЗУ ЭС (ПС).
7. Электростатические потенциалы, воздействие которых на аппаратуру происходит в момент электростатического разряда. 

 

 

2. Принцип действия экранов

     Экран - устройство, используемое для уменьшения электромагнитного поля, проникающего в защищаемую область.

     Экранирование служит для ослабления электрических, магнитных и 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 и устройств помехи, обусловленные полями. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности Е₀, Н₀ воздействующего поля до значений Е₁, Н₁ за экраном (рис. 1). Физически экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктированием в нем тока, после которых накладывается на 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 уточнения  этих общих положений будем исходить из того, что экранирование осуществляется частично поглощением энергии поля материалом экрана (коэффициент затухания  a_SA, обусловленный поглощением), а частично - отражением падающей волны (коэффициент затухания a_SR, обусловленный отражением).

     

Рис. 1. Экранирование токовых контуров от внешних электрических и магнитных полей:

а —  принципиальное расположение контуров 1,2 и экрана S; б — граница между условиями ближнего (нижняя левая часть) и дальнего (верхняя правая часть) полей.

     Результирующий  коэффициент затухания можно определить как :

 

     При этом не учитываются многократные отражения  от стенок экрана и помещения.

     Для установления существенных взаимосвязей между этими коэффициентами затухания  и характеристиками магнитного поля, а также размерами экрана и  свойствами его материала удобно воспользоваться понятием полных сопротивлений  по аналогии с распространением волн в электрически длинной двухпроводной  линии.

     В зависимости от расстояния х приемника  помехи  от  источника (рис. 1, а) и частоты f в ближней или дальней областях (рис. 1, б) для определения коэффициентов затухания а_SA и а_SR, дБ, пригодны следующие выражения:

     для магнитного поля в ближней зоне (х<с/2πf) коэффициент отражения

     для электрического поля в этой зоне (х<с/2πf)

     для электрического поля в дальней зоне (х> с/2πf)

а коэффициент поглощения как для ближней, так и дальней зон

где - относительная магнитная проницаемость материала, его электропроводность, отнесенная к электропроводности меди (d_Cu = 5,8-10⁷ См/м); f_б = 1 Гц - базовая частота; d - толщина экрана, отнесенная к

 d_б = 1 мм; х_б = 1 м.

     Кроме того, выражения, заключенные в квадратные скобки формул (2.4)-(2.7), характеризуют влияние свойств материала экрана и его толщины на коэффициент затухания, и при f = 1 Гц ординаты функций (2.4)-(2.7) представляют собой значения а_SA и а_SR.

     Зависимость результирующего коэффициента a_S от частоты при наличии магнитного поля для ближней зоны представлена на рис. 2. Эта зависимость получается суммированием а_SA и а_SR в соответствии с (2.3).

     Зависимости а_SA , a_SR и a_s от частоты для дальнейшей зоны в соответствии с (2.6) и (2.7) и для ближней зоны в соответствии с (2.6) и (2.7) представлены на рис. 3.

     Следует подчеркнуть, что спад коэффициента a_SB согласно (2.5) для ближней зоны происходит не на 10, как в остальных случаях, а на 30 дБ при увеличении частоты на порядок.

     Эффективность экранирующих устройств ориентировочно может быть оценена следующим образом. Бели a_s не выше 10 дБ, то экранирование, как правило, недостаточно. При 10 < a_s < 30 дБ удовлетворяются минимальные требования по экранированию.

Рис. 2.

a_S=a_SA+a_SR(1), a_SA(2) и a_SR(3) от частоты f для магнитного поля в ближней зоне.

Рис. 3. Принципиальные зависимости коэффициентов затухания от частоты для электромагнитного поля в дальней зоне и для электрического в ближней зоне;

1 – a_S=a_SA+a_SR; 2 – a_SA; 3 – a_SR(3) для электромагнитного поля в дальней зоне (1.6); 4— a_SR для электрического поля в ближней зоне (2.5).

     Для многих случаев достаточно, если 30 < a_S < 60 дБ. Если 60 <a_s < 90 дБ, то имеет место хорошее экранирование, а при 90 < a_s < 120 дБ можно говорить о предельно хорошем экранировании.

     Принципиально следует иметь в виду, что эффективность  экранирования зависит от наличия  дефектов и отверстий в стенке экрана (трещин, дверных, вентиляционных и оконных проемов, кабельных  вводов и отверстий для элементов  обслуживания и сигнализации), а также то, что внутри экранированных объемов могут возникать резонансные эффекты, так как любой корпус прибора с проводящими стенками можно рассматривать как объемный резонатор.

3. Материалы для изготовления экранов

     Для экранирования используют как немагнитные  металлы, чаще всего медь, так и  ферромагнитные материалы. Экранирующее действие известных немагнитных материалов происходит из-за магнитных полей, созданных вихревыми токами. При этом постоянное магнитное поле совсем не экранируется, а низкочастотное переменное ослабляется незначительно. Это видно также из (2.4) и рис. 2. Электрические поля такими экранами демпфируются очень хорошо [см. (2.5), (2.6) и рис. 3].

     Экраны  из ферромагнитных материалов ослабляют электрические поля в области низких частот хуже, чем экраны из немагнитных, однако, в отличие от последних, они вызывают определенное ослабление постоянных магнитных полей. С Повышением частоты демпфирующее действие в отношении и электрических, и магнитных полей возрастает, что следует из (2.7) и рис. 2 и 3.

     Имеются различные экранирующие материалы  и устройства, поставляемые в различных  формах, в зависимости от решаемых задач.

     Как пример можно рассмотреть следующие  варианты:

     – прикрепляемые болтами пластины и привариваемые тонкие стальные и медные листы для изготовления экранированных корпусов и для покрытия стен помещений;

     – тонкая легкоразрезаемая и деформируемая фольга из мягко- магнитных 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 воздухопроницаемых экранирующих элементов (например, для экранированных кабин);

     – металлические сетки, проводящая прозрачная фольга и стекла с напылённым металлом для окон при комплексном высокочастотном экранировании;

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

     – пластмассовые комбинированные материалы с проводящими добавками (металлическим порошком, нитями из углерода) для изготовления экранированных корпусов;

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