Испытания комбинированных блоков питания на устойчивость к воздействию наносекундных импульсных помех

18 февраля 2015 в 00:39

Технические требования

В соответствии с [1], способность комбинированных блоков питания (в дальнейшем – блок, техническое средство или ТС) сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних электромагнитных помех с регламентируемыми значениями параметров, при отсутствии дополнительных защитных средств, не относящихся к принципу действия или построения ТС, называют устойчивостью к электромагнитной помехе.

При испытаниях на электромагнитную совместимость предполагают, что электромагнитные помехи воздействуют на ТС через пόрты – границы между ним и внешней электромагнитной средой (рис. 1).

Рис. 1 Пόрты технического средства

Действующим стандартом [6] предусмотрено несколько критериев качества функционирования, характеризующих работоспособность ТС при воздействии помех. В связи с тем, что все изделия, используемых в системах релейной защиты, при воздействии помех должны соответствовать критерию качества А, то есть продолжать функционировать без сбоев и не требовать вмешательства оператора после прекращения воздействия помех, рассматривать другие критерии здесь не будем..

Все ТС, используемые в схемах релейной защиты, согласно [2] должны подвергаться испытаниям на устойчивость к воздействию наносекундных импульсных помех (НИП), проводимым по [3]. Cчитают, что НИП возникают при срабатывании механических контактов выключателей, реле и контакторов.

При коммутации скорость изменения тока велика, поэтому в нормативной документации установлены высокие значения испытательного напряжения. Происходящий во время коммутации многократный пробой контакта приводит

к появлению множества переходных процессов с резкими скачками напряжения, что обуславливает испытание ТС не единичными импульсами, а пачками помех.

В стандарте [3] испытание на воздействие НИП предусматривает

подачу пачек импульсов наносекундной длительности на порты электропитания, заземления и сигналов ввода / вывода. Проверки со стороны земли и со стороны сигналов дополняют друг друга, что позволяет наиболее полно оценить помехоустойчивость ТС.

Существенными особенностями НИП являются малая длительность

фронта, высокая частота повторения (рис. 2) и низкая энергия. Низкие энергетические характеристики НИП вызывают обратимые сбои ТС, не приводя к их отказам.

Рис. 2 Осциллограммы напряжения и пачек НИП (по [4])

Поэтому ТС, содержащие элементы памяти (микропроцессоры, счетчики и т.п. ), а также аналоговые схемы, содержащие ёмкости и индуктивности должны проверяться на устойчивость к воздействию НИП.

Требования к устойчивости комбинированных блоков питания приведены в документации только для двух из всех выпускаемых отечественной промышленностью [6, 7, 8]:

- амплитуда импульсов – 2 кВ (для постоянного напряжения) и 4 кВ (для переменного напряжения);

- длительность фронта импульса - 5 нс;

- длительность импульса - 50 нс.

- степень жесткости испытании – 3 (для постоянного напряжения) и 4 (для переменного напряжения).

Испытательные импульсы подают на входные и выходные порты электропитания и порт вывода сигналов.

Стандарт [3] допускает использовать для испытаний портов ввода / вывода, управляющих, сигнальных и информационных портов ИТС импульсные помехи с амплитудой, равной половине амплитуды НИП, подаваемых на цепи электропитания.

Степень жесткости испытаний

Для удобства интенсивность воздействия помехи характеризуют условным номером (цифрой) и называют степенью жесткости испытаний [5].

Согласно требованиям, изложенным в стандарте [3] степень жесткости испытаний 3 соответствует типовой промышленной обстановке, для которой характерно:

- отсутствие подавления НИП в цепях силового электропитания и управления, которые переключают только с помощью реле (не контакторами);

- недостаточным разделением силовых цепей от других цепей, связанных с более жестким уровнем электромагнитной обстановки;

- недостаточным разделением между кабелями силового электропитания,

управления, сигнальными и коммуникационными;

- наличием системы заземления, использующей проводящие каналы, проводники заземления в кабельных желобах (соединенных с системой защитного заземления) и контура заземления.

Таким условиям отвечает электромагнитная обстановка предприятий энергетики и релейных помещений на подстанциях воздушных линий высокого напряжения.

Степень жесткости испытаний 4 применяют для ТС, используемых в условиях тяжелой промышленная электромагнитной обстановки, для которой характерно:

- отсутствие подавления НИП в цепях силового электропитания, управляющих и питающих цепях, которые переключают как с помощью реле, так и контакторов;

- отсутствие разделения цепей, связанных с более жестким уровнем электромагнитной обстановки, от других цепей;

- отсутствием разделения между кабелями силового электропитания, управления и кабелями ввода/вывода;

- использование общих многожильных кабелей для цепей управления и цепей ввода/вывода.

Описанным условиям отвечает электромагнитная обстановка наружного технологического оборудования, в котором не приняты меры снижения помех, а также электромагнитная обстановка силовых подстанций, коммутационного оборудования воздушных линий высокого напряжения.

В стандартах может быть предусмотрена специальная степень жесткости испытаний, которую обозначают * или х.

Метод испытаний

Для обеспечения сопоставимых результатов, испытания на помехозащищенность необходимо производить с использованием методов и испытательного оборудования, соответствующего требованиям, приведенных в стандартах испытаний.

Основное оборудование, используемое при испытаниях на воздействие НИП – испытательный генератор (рис. 3), требования к которому регламентированы в стандарте [3].

Рис. 3 Генератор НИП типа ИГН 4.1 м

Перед проведением испытаний необходимо проверит характеристики ИГ, для чего выход генератора подключают к осциллографу, ширина полосы пропускания которого должна быть не менее 400 МГц.

В пачке импульсов контролируют длительность фронта импульса, длительность и частота повторения импульсов и частоту повторения импульсов, которая зависит от амплитуды выходного напряжения.

Наносекундные импульсы на ТС подают через:

- устройства связи/развязки (для портов электропитания постоянного или переменного тока). Устройство связи обеспечивает передачу НИП из одной цепи в другую, а устройство развязки предотвращает воздействие НИП на устройства и оборудование, не подвергаемое испытаниям;

- ёмкостные клещи (без гальванического подключения к контактам цепей, экранам кабелей и т.п.).

Стандартный метод испытаний на устойчивость к воздействию НИП предусматривает необходимость соблюдения определенных требований к рабочему месту для испытаний, проводимых в испытательной лаборатории, чего не было для рабочего места при испытаниях на устойчивость к воздействию магнитного поля промышленной частоты [12].

Рабочее место для испытаний на воздействие НИП (рис. 4) должно быть

Рис. 4 Рабочее место для испытаний на воздействие НИП А1 – испытательный генератор ИГ, А2 – устройство развязки,А3 – устройство связи или ёмкостные клещи, А4 – испытываемое изделие,1, 2 – пластины заземления, 3- линии связи, 4 – изолирующая подставка,5 – заземляющий провод, 6 – кабель от ИГ (длина <1 м)

оборудовано пластинами заземления, на которые устанавливают испытательное оборудование А1, А2, А3 и испытываемое изделие А4.

Стандартом установлены не только минимальные размеры пластины заземления (1 м х 1 м), но и её толщина (0,25 мм для пластин из меди или алюминия, 0,65 мм – для пластин из других металлов). Пластины должны быть соединены между собой и с защитным заземлением.

Пластина должна выступать за границы ТС не менее, чем на 0,1 м. При испытаниях ТС должно быть установлено на изолирующую пластину толщиной

(0,8±0,08) м. Такая пластина имитирует емкостную связь между ТС и землей на месте установки. Отметим, что наличие такой емкостной связи может быть достаточно для сбоя изделия.

Длина заземляющего провода 5 должна соответствовать указанной в документации на испытываемое ТС, а все остальные заземляющие проводники должны иметь минимально возможную длину. Никакие дополнительные заземления не допускаются.

Испытательная схема

При испытаниях на устойчивость к воздействию помех ТС должно работать в соответствии со своим назначением, поэтому блок БПК-5 включают в испытательную схему, используемую и при проверке его параметров. В схеме предусмотрены регулируемые источники напряжения АU и тока АI, регулируемая нагрузка AR и схема связи/развязки AS (рис. 5). Параллельно вольтметру РV2 подключают вход осциллографа.

Рис. 5 Схема подключения блока БПК-5 при испытаниях на воздействие НИП AG- испытательный генератор, AS – устройство связи-развязкиAU – источник напряжения, AI –источник ток, AR - нагрузка

Длина проводов от источников питания до испытываемого блока не должна превышать 1 м.

Как было сказано ранее, блок должен быть установлен на изолирующую прокладку, размещенную на пластине заземления.

Перед началом испытаний с помощью ЛАТР1 устанавливают на входе БПК-Т (контакты 1 и 2 соединителя «2») напряжение, равное (220 ± 11) В

В связи с тем, что канал тока при наличии напряжения на выходе в блоке БПК-5 блокируется схемой, то ЛАТР2 не включают. В блоках, где блокирование токового канала не предусмотрена, с помощью ЛАТР2 устанавливают значение тока, установленное в документации испытываемого изделия.

Свечение светодиода «РЗА» свидетельствует о работе блока БПК-5.

После этого с помощью испытательного генератора AG, на выход которого подключено устройство связи/развязки AS, подают пачки НИП в течение не менее 1 мин. Испытания повторяют несколько раз, в соответствие с указаниями в технической документации

Параметры НИП должны соответствовать приведенным в документации ТС.

Во время воздействия НИП и после их прекращения блок должен функционировать нормально, выходное напряжение блока не должно отклоняться за установленные пределы, а светодиод «РЗА» должен светиться непрерывно.

После окончания испытаний на воздействие НИП проводят визуальный контроль блока для выявления видимых повреждений и подвергают приемосдаточным испытаниям для проверки характеристик блока. Перечень контролируемых характеристик должен быть установлен в программе испытаний.

Литература

1. ГОСТ 30372-95 (ГОСТ Р 50397-92). Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.
2. ГОСТ 51317.4.1-2000. Совместимость технических средств электромагнитная.
Испытания на помехоустойчивость. Виды испытаний.
3. ГОСТ Р 51317.4.4-99. (МЭК 61000-4-4-95). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний.

4. Испытания по электромагнитной совместимости//[Электронный ресурс], режим доступа: http://www.smtu.ru/rus/elemcom/test_r.html

5. Степень жесткости испытаний //[Электронный ресурс], режим доступа: http://www.rza.org.ua/glossary/read/Stepen-zhestkosti-ispytanij.html

6. ДИВГ.436745.001 ТУ. Блоки питания комбинированные БПК-5. Технические условия

7. БКЖИ.656121.203 РЭ. Блоки питания типов БПНТ, БПНТ-1. Руководство по эксплуатации.

8. Захаров О.Г. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты. М.:НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2011, 102 с.

[Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»,

вып. 2 (146)].

9. ГОСТ 32137-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства для атомных станций. Требования и методы испытаний.
10. ГОСТ Р 51317.6.5-2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях. Требования и методы испытаний
11. РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997.

12. Захаров О.Г. Испытания комбинированных блоков питания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты//[Электронный ресурс], режим доступа: http://www.olgezaharov.narod.ru/2015/MPPCH.html