Современное состояние НТД, касающейся электромагнитной обстановки и электромагнитной совместимости

Современное состояние НТД, касающейся электромагнитной обстановки и электромагнитной совместимости.

к. ф.-м. н. , к. ф.-м. н. ,

Введение

Повсеместное внедрение микропроцессорной (МП) аппаратуры на энергетических и промышленных объектах и, соответственно необходимость решения проблем электромагнитной совместимости (ЭМС) МП аппаратуры требуют соответствующей поддержки в виде НТД. Здесь мы попытаемся дать обзор доступной нормативно-технической документации в области ЭМС, отметить основные особенности имеющихся документов. Оговоримся, что в данной статье, говоря об ЭМС, мы будем, как правило, подразумевать «ЭМС в электроэнергетике». Ситуация с ЭМС в электроэнергетике показательна в силу двух причин. Во-первых, в этой отрасли присутствуют, пожалуй, все основные виды помех, рассматриваемые на сегодня в стандартах и литературе. При этом, в силу сравнительно близкого расположения источников и приемников помех, опасность влияния помех высока. Как показывает практика, уровни помех при коротких замыканиях, молниевых разрядах, оперативных переключениях иногда оказываются достаточными для того, чтобы не только нарушить работу микропроцессорных устройств защиты и автоматики, но вызвать повреждения традиционных электромеханических устройств, или даже повреждение изоляции вторичных цепей. Во-вторых, в электроэнергетике накоплен значительный опыт решения проблем ЭМС на электрических станциях и подстанциях.

Обеспечение ЭМС МП достигается следующим образом:

1 – Обеспечивается определенный уровень помехоустойчивости аппаратуры, позволяющий применять ее в некоторой абстрактной «усредненной» электромагнитной обстановке, типичной для рассматриваемого класса объектов, в нашем случае – электростанций (ЭС) или подстанций (ПС). Соответственно, возникает необходимость в нормировании как видов, так и амплитуды помех, способных воздействовать на МП аппаратуру. Дополнительно нормируются процедуры проверки соответствия аппаратуры требованиям устойчивости к помехам. Понятно, что для применения на реальных объектах должна выбираться только аппаратура, удовлетворяющая требованиям помехоустойчивости действующих стандартов.

2 – Определяется электромагнитная обстановка (ЭМО) на данном конкретном объекте. В реальности, электромагнитная обстановка на ЭС и ПС может сильно отличаться от «усредненной» ЭМО, принимаемой в стандартах ЭМС. Иначе и не может быть, поскольку на ЭМО влияет множество факторов – от особенностей проекта данной конкретной ЭС или ПС до грозовой активности в регионе, величин токов КЗ, грунтовых условий или даже недокументированных отклонений от проекта, неизбежно возникающих в ходе строительных работ и последующей эксплуатации объекта. Соответственно, возникает необходимость стандартизации методик, применяемых для оценки ЭМО на существующих объектах (преимущественно – экспериментальными методами). Что же касается проектируемых объектов, то здесь существует необходимость описания расчетных методик, направленных на то, чтобы дать проектировщику возможность оценить (хотя бы приближенно) ЭМО на проектируемом объекте еще до того, как он будет построен.

3 – При необходимости производится улучшение ЭМО. Действительно, оценка ЭМО на существующем или проектируемом объекте будет полезной при наличии четких рекомендаций по ее улучшению до уровня, который позволяет применять аппаратуру, испытанную в соответствии с нормами ЭМС. Соответственно, должны даваться типовые решения, реализация которых как в условиях существующих объектов, так и в условиях нового строительства, позволяют обеспечить требуемое улучшение ЭМО.

Отдельно следует отметить стандартизацию в части ограничения эмиссии помех оборудованием. В настоящее время существуют нормы в части ограничения эмиссии помех, создаваемых электронными устройствами (в первую очередь, в интересах предотвращения «загрязнения» радиочастотного спектра). Естественно возникает идея ограничить аналогичным образом эмиссию помех силовым оборудованием – скажем, выключателями и разъединителями. Проблема, однако, заключается в том, что уровень помех на ЭС или ПС определяется не столько особенностями тех или иных электроаппаратов, сколько их взаимодействием в рамках единый сети. Поэтому, хотя в некоторых случаях учет требований ЭМС при разработке силовых электроаппаратов будет полезен, он вряд ли способен эффективно решить проблему ЭМС сам по себе.

Особенности НТД.

Документы определяющие требования к помехоустойчивости МП аппаратуры

На сегодняшний день выпущен целый ряд нормативных документов, регламентирующих вопросы, помехоустойчивости МП аппаратуры.

Основные виды электромагнитных помех, на устойчивость к которым должна испытываться МП аппаратура следующие:

·  Микросекундные импульсные помехи большой энергии (ГОСТ Р 51317.4.5-99), возникающие при молниевых разрядах;

·  Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц (ГОСТ Р 51317.4.16-2000? помехи, представляющие собой общие несимметричные напряжения, в полосе частот от 0 до 150 кГц);

·  Колебательные затухающие помехи (ГОСТ Р 51317.4.12-99), возникающие при коммутационных операциях высоковольтными электроаппаратами;

·  Магнитное поле промышленной частоты (ГОСТ Р 50648-94), возникающее как при штатной работе объектов (постоянно действующее поле) так и при КЗ (кратковременное поле);

·  Импульсное магнитное поле (ГОСТ Р 50649-94), возникающее при молниевых разрядах.

·  Наносекундные импульсные помехи (ГОСТ Р 51317.4.4-99), возникающие при коммутационных операциях как низковольтным оборудованием, так и быстродействующими высоковольтными аппаратами (элегазовыми выключателями);

·  Радиочастотное электромагнитное поле ГОСТ Р 51317.4.3-2006) возникающее как при штатной работы средств радиосвязи, так и при работе другой аппаратуры;

·  Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями (ГОСТ Р 51317.4.6-99);

·  Динамические изменения напряжения электропитания (ГОСТ Р 51317.4.11-99);

·  Пульсации напряжения электропитания постоянного тока (ГОСТ Р 51317.4.17-2000);

·  Электростатические разряды (ГОСТ Р 51317.4.2-99);

Кроме того, есть требования ЭМС к источникам питания (ГОСТ Р 51179-98) постоянным и переменным током для устройств телемеханики, и требования ГОСТ 13109-97, определяющий нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

В указанных ГОСТ, определяются вид помехи, её характеристики, уровни помехи в зависимости от класса жёсткости испытаний на помехоустойчивость аппаратуры. Далее описываются методы проведения испытаний, и определяются критерии, по которым интерпретируются результаты этих испытаний.

Конкретные требования к аппаратуре, в зависимости от ее назначения и типов объектов, на которых она штатно размещается, со степенями жесткости и критериями качества функционирования перечисляются в государственных стандартах серии 51317-6.Х).

Практически все из указанных ГОСТов являются слегка адаптированными версиями документов международной электротехнической комиссии (МЭК).

В качестве примера стандарта данной серии рассмотрим наиболее актуальный для электроэнергетики ГОСТ-51317-6.5-2006 (Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях), в котором регламентируются уровни помехоустойчивости МП аппаратуры, устанавливаемой на электростанциях и подстанциях. Аналогичным документом для промышленных объектов общего назначения является ГОСТ-51317-6.2). В указанном документе собраны воедино требования к МП аппаратуре, определяемые с учётом той жёсткой электромагнитной обстановки, которой характеризуются ЭС и ПС. И хотя этот ГОСТ содержит неточности и недоработки (об этом подробнее будет сказано ниже), наличие такого документа позволяет уже проектировщикам и эксплуатирующим организациям диктовать свои условия производителям МП аппаратуры, заставляя сертифицировать свою продукцию и повышать её уровень помехоустойчивости.

К недостаткам ГОСТ-51317-6.5-2006, можно отнести следующее:

Во-первых, из рассмотрения выпадают такие уровни электромагнитных помех, как импульсные магнитные поля (ИМП). Импульсные магнитные поля индуцируются токами молнии, протекающими по элементам системы молниезащиты и заземления. Отсутствие норм на уровни ИМП для объектов электроэнергетики кажется более чем странным, в то время как ИМП нормируются как для промышленных объектов в целом (ГОСТ-51317-6.2), так и, например, для объектов атомной электроэнергетики (ГОСТ Р 50746-2000), в частности. Зачастую на ЭС или ПС конструкции с молниеприёмниками расположены вблизи мест размещения МП аппаратуры (см. Рисунок 1), и уровень ИМП вблизи аппаратуры может достигать 1000 А/м.

Во-вторых, в ГОСТ-51317-6.5-2006 не достаточно проработан вопрос нормирования устойчивости к кондуктивным помехам на промышленной частоте, возникающих при КЗ. ГОСТ-51317-4.16, регламентирующий эти помехи определяет максимальный уровень помехоустойчивости – 100 В. Такой уровень помех может быть легко превышен при КЗ на практически любой ЭС или ПС, да и на многих крупных промышленных объектах (включая нефтегазовую отрасль, например, электроприводные компрессорные станции). При КЗ на ЭС или ПС разности потенциалов между элементами заземляющего устройства могут достигать 1-2 кВ и даже выше. При этом, для цепей имеющих гальваническую связь с ЗУ объекта (например для цепей ТН и ТТ), разность потенциалов на частоте 50 Гц, возникающая между точкой заземления цепей и местом заземления самой аппаратуры, будет приложена к входам этой аппаратуры по схеме «провод-земля». И если изоляция кабелей способна, в большинстве случаев, выдержать такие перенапряжения, то сама МП аппаратура (испытанная по максимуму – на 100 В), ко входам которой могут быть приложены такие разности потенциалов, может работать со сбоями или даже быть повреждена. Конечно, производители МП аппаратуры для ЭС и ПС защищают её входы с помощью различных гальванических развязок (оптронов, разделительных трансформаторов). Однако, как представляется, в ГОСТ должны быть четко указаны нормы и методы испытаний аппаратуры в целом при воздействии таких помех.

В-третьих, в ГОСТ-51317-6.5-2006, требования к помехоустойчивости при воздействии магнитных полей промышленной частоты оказались несколько завышены и неконкретны: с одной стороны ГОСТ требует помехоустойчивость на уровне 5-й степени жёсткости (1000 А/м для кратковременных полей и 100 А/м для постоянно действующих), а с другой стороны – указывается, что это требование «применяют для технических средств (ТС), содержащих устройства, чувствительные к магнитным полям, например, элементы Холла, датчики магнитного поля и т. д.». Следует отметить, что в большинстве случаев 4-ой степени жёсткости бывает вполне достаточно, поскольку уровень кратковременных магнитных полей в релейных щитах, на главных щитах управления ЭС и ПС редко превышает 300 А/м. Более того, большинство МП аппаратуры РЗА, АСУ, АСКУЭ и связи, применяемой на ПС и ЭС испытаны фактически как раз по 4-ой степени жёсткости. При этом необходимо отметить, что для МП аппаратуры размещаемой непосредственно в ячейках ЗРУ 6-35 кВ даже требования к помехоустойчивости по 5-му классу жёсткости могут оказаться недостаточными, поскольку она находится в непосредственной близости от первичного оборудования и шин 6-35 кВ. Для такой аппаратуры должны выдвигаться особые требования.

Таким образом, должны быть разработаны дифференцированные требования к МП аппаратуре, учитывающие места её размещения на энергообъектах (отдельные требования для аппаратуры в релейных щитах и т. п., отдельные – для аппаратуры в машинных залах, в ЗРУ6-35 кВ, и т. п.).

Что, касается устройств, чувствительных к постоянно действующему магнитному полю, то указанное выше требование (о применении 5-й степени жёсткости для ТС, «содержащих устройства, чувствительные к магнитным полям, например, элементы Холла, датчики магнитного поля и т. д.») довольно размыто, особенно если приведён уровень 100 А/м для постоянно действующих полей. Точно определить есть ли в составе аппаратуры элементы «чувствительные к магнитным полям» часто затруднительно. Стоит напомнить, что максимальный уровень поля промышленной частоты, который «должен» выдерживать человек в течении 8 часов – 80А/м (хотя и это требование вероятно слишком жёстко для человека). Таким образом, для помещений, например релейных залов на ЭС и ПС, где нахождение персонала возможно в течение всего рабочего дня, не имеет смысла размещать аппаратуру устойчивую к воздействию поля напряжённостью 100 А/м, поскольку такое поле будет всё равно опасно для персонала.

Следует отметить, что часть указанных недочётов ГОСТ-51317-6.5-2006, была исправлены в Проекте СО «Методические указания по обеспечению электромагнитной совместимости на электросетевых объектах ЕНЭС», который, к сожалению, пока не выпущен.

Отдельно следует отметить общую проблему, заложенную в самих принципах испытания МП аппаратуры на помехоустойчивость. При аварийных режимах, молниевых разрядах, и даже во время штатной работы объекта, часто происходит одновременное воздействие нескольких электромагнитных помех. Так, например, при КЗ на аппаратуру будет воздействовать кратковременное магнитное поле промышленной частоты, колебательные затухающие помехи, низкочастотные кондуктивные помехи, и, возможно, колебательное затухающее магнитное поле. При этом воздействие может быть приложено сразу к нескольким портам аппаратуры. И даже если МП аппаратура устойчива к определённым уровням воздействия каждой помехи по отдельности, нет никакой гарантии (без проведения соответствующих испытаний), что аппаратура выдержит их одновременное воздействие. Существующие же процедуры испытаний предусматривают поочередную подачу помех (как по разным видам помех, так и по различным входам аппаратуры).

Если не принимать во внимание последнее замечание, то в целом, нормативные документы в части помехоустойчивости аппаратуры можно считать удовлетворяющими современным требованиям, хотя некоторые из стандартов нуждаются в существенной доработке.

Рисунок 1. Молниеотводная мачта, размещённая вблизи здания с МП аппаратурой.

Документы регламентирующие методы определения ЭМО

Несколько хуже обстоит дело с НТД, регламентирующей определение ЭМО. Единых государственных стандартов в данной области, фактически, нет. Поэтому основу нормативной документации составляют отраслевые нормативные документы уровня стандартов организаций (СТО, СО). Электроэнергетика в этом плане занимает передовые позиции.

В 2000 году вышел РД 153-34.0-20.525-00 [1], описавший методы определения параметров ЗУ на энергообъектах. Как известно, состояние ЗУ энергообъекта в значительной мере определяет ЭМО. В частности, от характеристик ЗУ будут существенно зависеть уровни таких помех как: кондуктивные помехи, микросекундные импульсные помехи, колебательные затухающие помехи, и т. п. В целом, документ довольно подробно описывает методы определения параметров ЗУ энергообъекта. В нём довольно подробно описано, как определять: сопротивление растеканию ЗУ объекта, удельное сопротивление грунта, сопротивление связи электроаппаратов с ЗУ, импульсное сопротивление заземлителей, импульсное сопротивление заземлителей молниеприёмников, как определять реальную схему прокладки заземлителей, напряжение прикосновения, и некоторые другие параметры заземляющего устройства. Некоторые из указанных параметров необходимы для определения свойств ЗУ как такового, и их знание позволяет ответить на вопрос о соответствии ЗУ требованиям ЭМС (хотя для полной оценки ЭМО указанные параметры не достаточны).

Однако, определение таких параметров, как, например, импульсное сопротивление заземлителя молниеприёмника, во многих случаях не дает достаточной информации для обеспечения ЭМС. По условиям ЭМС, в первую очередь необходимо узнать не то, какой потенциал будет на заземлителе молниеотвода, а какие импульсные перенапряжения будут приложены к изоляции вторичных цепей и входам МП аппаратуры. При этом методика определения указанных перенапряжений в РД 153-34.0-20.525-00 не приводится.

К недостаткам РД следует отнести и отсутствие требования измерения сопротивления связи (на низкой частоте) с общим ЗУ заземлителей всех электроаппаратов и конструкций на территории объекта. Кроме того, из приведённой цитаты «На подстанциях напряжением 220 кВ и выше рекомендуется дополнительно проверять сопротивление металлосвязи между заземлителем ОРУ и местом заземления нейтрали трансформатора» можно заключить, что для ПС 110 кВ и ниже, измерение сопротивления связи с ЗУ места заземления нейтрали можно не производить. Это, по меньшей мере, странно, поскольку токи КЗ на землю на ПС 110 кВ часто оказываются наибольшими по сравнению с ПС 220 кВ и выше. Соответственно, и требования к качеству связей в пределах должны быть выше.

Также к недостаткам, документа можно отнести неполный список приборов, с помощью которых возможно проведение измерений (указаны в основном приборы, производящиеся на территории СНГ), хотя к настоящему времени список таких приборов может быть заметно расширен. Более того, реклама приборов (а поскольку упоминаются не все приборы, представленные на рынке и внесенные в Государственный реестр средств измерения, то это, по сути, реклама) в нормативном документе кажется более чем странной. Некоторые из упоминаемых приборов к тому же устарели и сняты с производства. Более уместным смотрелось бы установление обязательных требований к метрологическим характеристикам приборов, без указания конкретных моделей.

Несмотря, на перечисленные недостатки, РД 153-34.0-20.525-00 является полезным методическим указанием для обследования ЗУ энергообъекта и составления паспортов ЗУ. Однако, наличие перечисленных выше недостатков, требует соответствующей корректировки указанного документа в случае его пересмотра или выпуска исправленной редакции.

Выпушенный в 2004 году отраслевой стандарт СО 34.35.311-2004 (Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях), был попыткой обобщить все, не описанные в РД 153-34.0-20.525-00 методы определения отдельных параметров ЭМО. Целью являлось создание документа описывающего как правильно определять ЭМО в целом на существующих энергообъектах. Согласно СО, работы, проводимые в соответствии с Методическими указаниями (собственно СО 34.35.311-2004), выполняет персонал специализированных организаций и испытательных электролабораторий, электростанций, электросетевых объектов, проектных, строительно-монтажных и наладочных организаций, имеющий необходимые технические средства и право на проведение соответствующих работ. Этим подразумевается, что при наличии соответсвующей материальной базы, указанный персонал может «вооружившись» СО 34.35.311-2004 грамотно определить ЭМО на энергообъекте. В итого, СО 34.35.311-2004 содержит большинство методик, позволяющих определить основные параметры ЭМО на энергообъекте.

Довольно подробно и практически без недостатков описаны способы имитации КЗ для получения значений разностей потенциалов между элементами ЗУ на промышленной частоте. Методика позволяет учитывать токи подпитки КЗ как от системы, так и от трансформаторов, расположенных на энергообъекте.

Даны рекомендации по методам определения электромагнитных полей радиочастотного диапазона, электростатических потенциалов, описаны методы расчёта магнитных полей промышленной частоты и импульсных магнитных полей.

Здесь, к сожалению встречаются ошибки и неточности, например в формуле пункта 2.6.6. (определение поля от токоограничивающих реакторов) в знаменателе первого члена в скобке записано (r2+x2-2rcosb), что не верно. Указанная скобка должна быть записана в следующем виде: (r2+x2-2rxcosb).

Даётся описание того, как проводить измерение помех в сетях переменного и постоянного тока.

А вот методика определения импульсных помех при коммутациях силового оборудования и коротких замыканиях на шинах распределительного устройства, описанная в 34.35.311-2004 в разделе 2.2 вызывает серьезные вопросы. Помеха во вторичных цепях возникает как результирующая единого процесса, включающего в себя:

1)  подъем потенциала на ЗУ,

2)  наводки на вторичные цепи,

3)  проникновение помех во вторичные цепи через конденсаторы связи, измерительное трансформаторы, и другое аналогичное оборудование.

4)  наводки в магистралях заземления, что может влиять как на импульсные разности потенциалов в пределах ЗУ, так и на уровень наводок на вторичные цепи.

Однако, из единого процесса авторами вычленяются только пункты 1) и 2). Причем даже эти пункты рассматриваются своеобразно: в различных разделах документа (2.2.2 и 2.2.3, соответственно). Результаты расчетов по каждому из этих пунктов сравниваются с нормами ПО ОТДЕЛЬНОСТИ, хотя в реальности на изоляцию и входы аппаратуры воздействует результирующая всех четырех факторов.

Но самое главное – что механизмы 3) и 4) вообще игнорируются. Следствием в некоторых случаях может быть неправильная оценка электромагнитной обстановки на объектах. Так, например, одной из организаций, работающих по СО 34.35.311-2004, проводилась оценка уровней помех при коммутациях на крупном энергообъекте. Согласно данной методике, рассматривались длинные кабельные трассы, проходящие параллельно ошиновкам. По результатам измерений был сделан вывод об отсутствии опасности для вторичного оборудования. В дальнейшем же, при коммутации разъединителем, произошло повреждение вторичного оборудования, осуществлявшего контроль изоляции выводов трансформатора. Данные цепи имели сравнительно небольшую длину. Но именно поэтому помехи, проникающие по механизму 3), не снизились до достаточно малого уровня вследствие затухания в цепях. Измерения коммутационных помех при реальных коммутациях подтвердили наличие опасности для вторичного оборудования. Таким образом, предлагаемая методика может приводить к неверным выводам. Справедливости ради надо сказать, что в документе предусмотрена возможность измерения помех при реальных коммутациях выключателями и разъединителями. Поэтому, до разработки более совершенных методик имитационного моделирования, представляется оправданным использование подхода, основанного на прямых измерениях. По крайней мере, прямые измерения помех при реальных коммутациях должны обязательно производиться при наличии сравнительно коротких (порядка нескольких десятков метров) цепей, связывающих измерительные трансформаторы, конденсаторы связи и другие аналогичные аппараты с МП аппаратурой. Такая ситуация, в частности, имеет место при реализации на объекте концепции «распределенного РЩ».

Методика определения импульсных помех при ударах молнии (раздел 2.3.) также не лишена недостатков. Это и отмеченное ранее раздельное рассмотрение помех, вызванных подъемом потенциала на ЗУ и наводками на вторичные цепи, и некоторые другие недостатки.

Описана методика определения разностей высокочастотных потенциалов, возникающих между элементами ЗУ при стекании ВЧ-составляющей тока КЗ. При этом, однако методика определения уровня помех, воздействующих на МП аппаратуру и её цепи, также не проработана.

В целом, СО 34.35.311-2004, довольно подробно, хоть и не без недостатков, описывает экспериментальные методы оценки ЭМО на энергообъектах.

А вот расчетных методик, позволяющих оценить ЭМО на только проектирующемся объекте (или объекте, на котором проводится реконструкция и/или расширение) в СО 34.35.311-2004 довольно мало. Этот факт значительно сужает область применения указанного документа, которая сводится в итоге только определению ЭМО на существующих объектах. Рекомендации, направленные на улучшение ЭМО, приводимые в документе, также не обладают полнотой, достаточной для использования документа как руководство для проектировщиков.

Упоминание конкретных марок и типов приборов, рекомендуемых к использованию при определении параметров ЭМО, также не является достоинством документа. Такой документ должен содержать чёткие требования к измерительным приборам (как это сделано в международных стандартах), а не рекламу образцов, по тем или иным причинам «понравившихся» авторам документа.

Таким образом, СО 34.35.311-2004 нуждается в доработке. В частности, должны быть исправлены допущенные опечатки и ошибки, и, в первую очередь должны быть более детально проработаны методы определения помех при коммутационных операциях и молниевых разрядах. Должны быть чётко определены параметры используемых приборов для оценки ЭМО. Документ должен быть существенно расширен за счёт включения расчётных методик определения ЭМО. При этом рекомендации по улучшению ЭМО и решению проблем ЭМС целесообразно выпустить отдельным документом, а из СО 34.35.311-2004 соответствующий раздел (в случае редакции документа) исключить.

Указанными двумя документами (РД 153-34.0-20.525-00 и СО 34.35.311-2004), в основном и исчерпывается список НТД, регламентирующих методы оценки ЭМО. Следует, однако заметить, что в настоящее время ФСК готовит новые стандарты в этой обрасти, в частности – касающиеся расчетного определения ЭМО.

Документы, регламентирующие методы решения проблем ЭМС и улучшения ЭМО

Современное положение (когда существующие промышленные объекты подвергаются реконструкции и переоснащению, и ведётся активное проектирование и строительство новых объектов) давно требует появления документов, позволяющих учесть вопросы ЭМС уже при проектировании объекта.

Одним из первых документов в электроэнергетике, где была сделана попытка описания того, как решать проблемы ЭМС, был РД 34.20.116-93. В нем описывались основные требования к вторичным цепям, способу их прокладки, способам ослабления помех, возникающих при коммутационных операциях в высоковольтной сети и при молниевых разрядах. Основные рекомендации документа (например, касающиеся ограничения допустимых расстояний от молниеотводов до вторичного оборудования) остаются актуальными и сегодня. Их строгое соблюдение в ходе реализации проектов ЭС и ПС во многих случаях могло бы предотвратить возникновение серьезных проблем в эксплуатации. Так, например, весьма распространённое у проектировщиков, но нарушающее требования РД 34.20.116-93 [2], решение размещать молниеотводы а стойках между трансформаторами или реакторами разных фаз на ПС 500 и 330 кВ, не раз приводило к повреждениям МП аппарутры при молниевых ударах в такие молниеприемники. Это не удивительно, поскольку при таком расположении расстояние от заземлителей молниеприёмников до вторичных цепей (подходящих к трансформаторам или реакторам) редко превышает 5 метров. При молниевом разряде возникнут опасные разности потенциалов, приложенные ко входам МП аппаратуры и изоляции её цепей, что и приведёт к повреждению.

Однако, вопросы обеспечения ЭМС в целом в этом документе рассмотрены не были.

Попытки сделать это в СО 34.35.311-2004 также оказались не совсем удачными. Некоторые рекомендации оказались неконкретными. Их применение без специальной подготовки персоналом, не имеющим комплексных знаний по ЭМС, может зачастую приводить к обратным результатам. Вот цитата: «Применяют экранированные кабели с заземлением экранов с обеих сторон». Это всё что написано про заземление экранов кабелей. Но при КЗ возможен чрезмерный нагреем кабелей, экраны которых заземлены с двух сторон. Хотя в Приложении Д СО 34.35.311-2004 и приведено указание на расчёт нагрева, однако не ясно происхождение формулы для определения допустимого тока. Очевидно, что для разных типов кабелей максимальный допустимый ток будет разным и определяющим в этом случае будет именно допустимый нагрев кабеля, а не ток, протекающий по экрану. Но самое главное - нет указаний на принятие дополнительных мер по ограничению такого нагрева. А ведь именно подобные рекомендации и являются конечным результатом оценки ЭМО.

Ещё один пример не достаточно конкретных рекомендаций: «Для ограничения уровня помех на входе устройств устанавливают специальные средства ограничения перенапряжений». Рекомендация, написанная в таком общем виде, может быть выполнена таким образом, что не только не решит до конца проблему ЭМС МП аппаратуры, но и приведёт к сбоям в работе аппаратуры. Например, при установке в цепи ТН разрядников 1-го класса, помехи при коммутационных операциях амплитудой до 3-4 кВ могут не подавляться, а вот при сравнительно длительном превышении уровня помех над уровнем срабатывания разрядника (например при молниевом разряде) произойдёт искажение рабочего сигнала (в этом случае включение разрядника способно «срезать» до четверти волны напряжения, что может быть воспринято аппаратурой РЗА как аварийный режим). Подобные рекомендации должны быть в обязательном порядке снабжены пояснениями, указывающими в какие цепи рекомендуется устанавливать средства ограничения перенапряжений на основе варисторов, а в какие могут быть установлены разрядники, какой уровень срабатывания и уровень защиты должен быть у указанных устройств защиты, и т. п. Без этой информации рекомендации будут не полными, их невозможно будет применить персоналу без специальной подготовки в области ЭМС.

Таим образом, как уже было отмечено выше, СО 34.35.311-2004, хоть и подробно регламентирует методы определения ЭМО, всё же не может быть использован как пособие для проектировщиков по обеспечению ЭМС.

Отдельно следует отметить, что сам статус рассматриваемого документа в настоящее время не определён. СО является отраслевым стандартом организации, которая уже прекратила своё существовании – РАО ЕЭС. Это, кстати, относится и к РД 34.20.116-93, РД 153-34.0-20.525-00, СО 153-34.21.122-2003.

Другой группой документов, в которой рассмотрены вопросы решения проблем ЭМС являются государственные стандарты серии ГОСТ-50571 (электроустановки зданий). Хотя как следует из названия – эти документы рассматривают только часть интересующей нас проблемы.

Указанные документы достаточно подробно регламентируют отдельные вопросы ЭМС. В первую очередь указанные стандарты определяют, как выполнять системы электроснабжения зданий с МП аппаратурой и как выполнять системы уравнивания потенциалов (ГОСТ Р 50571.20-2000 и ГОСТ Р 50571.22-2000), как защищать аппаратуру от перенапряжений (ГОСТ Р 50571.19-2000), определяются максимальные импульсные перенапряжения, прикладываемые к изоляции, и т. п..

Так, например, в ГОСТ Р 50571.20-2000 вводится требование использования для чувствительного оборудования схем электроснабжения TN-C-S или TN-S, а не TN-C, что особенно важно для электроснабжения МП аппаратуры на ЭС и ПС. Однако в условиях энергообъектов выполнение положений документа не всегда обеспечивает защиту от возможных выбросов напряжения при КЗ в сетях выше 1 кВ. Причиной выброса является протекание значительной части тока КЗ в сетях выше 1 кВ по заземленному с двух сторон PEN-проводнику. Возникающее при этом падение напряжения вдоль проводника может привести к увеличению разности потенциалов между нулевым и фазным проводником по сравнению с той, которая была приложена в начале кабеля. Применение схемы TN-C-S не избавляет от риска повреждения аппаратуры, особенно в случаях, если ТСН расположен на значительном удалении от ЩСН (где и происходит разделение PEN-проводника на N - и PE - проводники). Этот вопрос является одним из актуальных для проектировщиков.

В документах серии ГОСТ-50571 хоть и описаны способы уравнивания потенциалов внутри зданий, но нет чётко описанного алгоритма или методики выбора той или иной системы уравнивания потенциалов, для различных ситуаций.

Вообще эти документы, содержащие в целом, правильные рекомендации, по отдельным вопросам ЭМС, не дают общей картины решения проблем ЭМС. Так, например, даже при выполнении в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50571.21-2000 (Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации) системы уравнивания потенциалов в ОПУ на ПС, неоптимальное соединение этой системы с ЗУ ПС может привести в случае КЗ в высоковольтной сети к протеканию части тока КЗ внутри ОПУ. При этом МП аппаратура может быть повреждена магнитными полями промышленной частоты.

В рассматриваемой серии стандартов не освещен вопрос защиты аппаратуры по входам информационных цепей, выходящих за пределы зданий. Так, например, если цепи связи заходят в здание с радиомачты (или другого объекта с молниеприёмниками), или проходят вблизи конструкций с молниеприёмниками, то молниевый разряд может привести к повреждению как указанных цепей, так и аппаратуры в здании даже если всё требования стандартов серии 50571 для такого здания соблюдены. Тоже самое можно сказать и о воздействии таких помех как электростатические разряды, кратковременные магнитные поля промышленной частоты от внешних (находящихся вне пределов зданий) источников, импульсные магнитные поля и т. п.

Следует заметить, что вопросы защиты МП аппаратуры, по входам цепей связи, заходящих с радиомачт или других конструкций с молниеприёмниками, то некоторые вопросы рассмотрены в ВСН 1-93 (Инструкция по проектированию молниезащиты радиообъектов).

К недостаткам ГОСТ указанной серии следует отнести то, что порой неточный перевод приводит к бессмысленным и малопонятным рекомендациям. Так например, рекомендация «прокладывать кабели так, чтобы свести к минимуму закрытые участки для совместных контуров, формируемых силовыми и сигнальными кабелями» кажется абсурдной, если не читать стандарт, с которого сделан перевод. В данном случае неверно переведено слово «closed», и рекомендация должна звучать так «прокладывать кабели так, чтобы свести к минимуму участки совместной прокладки силовых и сигнальных кабелей». И подобных примеров в переводных ГОСТах множество.

Таким образом, в электроэнергетике нет сегодня документа – «пособия для проектировщика», регламентирующего все вопросы решения проблем ЭМС. Насколько известно, в настоящее время в ФСК ведутся работы по выпуску СО «Методические указания по обеспечению электромагнитной совместимости на электросетевых объектах ЕНЭС». Насколько новый документ сможет улучшить положение – будет ясно после его выхода.

НТД по вопросам ЭМС в смежных областях

А вот в нефтегазовой отрасли ситуация с документами, позволяющими решать проблемы ЭМС как на стадии проектирования, так и при реконструкции существующих объектов, оказалась в последнее время несколько лучше. Например, вышедший недавно руководящий документ по молниезащите содержит детализированные решения по защите от вторичных проявлений молниевых разрядов.

также не стоит на месте: выходит «Положение по обеспечению электромагнитной совместимости производственных объектов . В документе описаны основные принципы проектирования объектов с учётом ЭМС. Однако документ содержит и серьезные пробелы и неточности. Например, в нем нет конструктивных рекомендаций, по выполнению системы уравнивания потенциалов, например, между ГПА и зданиями с МП аппаратурой. Рекомендации, касающиеся экранированию кабелей неоптимальны по условиям ЭМС. В документе слабо рассмотрены вопросы решения проблем ЭМС на уже существующих объектах.

В любом случае, эти документы пока не получили широкого распространения и отражают специфику именно нефтегазовой отрасли, что не всегда применимо для объектов в других отраслях.

Молниезащита

Отдельно следует отметить и вопросы молниезащиты и защиты от вторичных проявлений молниевых разрядов, как раздел ЭМС. Изначально молниезащита не была напрямую связана с вопросами ЭМС и рассматривалась в основном как защита от первичных проявлений молнии. Однако, с появлением и повсеместными внедрением чувствительной МП аппаратуры, вопросы её защиты от вторичных проявлений молниевых разрядов (импульсные перенапряжения, импульсные магнитные поля) стали актуальными. Ранее использовавшийся РД 34.21.122-87 [3] не рассматривал вопросы ЭМС, а во вновь выпущенном СО 153-34.21.122-2003 [4], хоть и была сделана эта попытка, но ее вряд ли можно считать удачной. В тоже время, использование или даже просто перевод, выпушенного международной электротехнической комиссией стандарта по молниезащите МЭК-62305 [5], позволил бы значительно продвинутся в направлении стандартизации вопросов ЭМС, по крайней мере, в части защиты аппаратуры от вторичных проявлений молниевых разрядов. Однако, поскольку указанный вопрос был подробно рассмотрен в статье [4], вышедшей в Новостях Электротехники - 2(50) 2008, здесь на этом останавливаться не будем.

Заключение

Таким образом, мы видим, что на сегодня существуют документы, более или менее удовлетворительно регламентирующие требования к помехоустойчивости аппаратуры и методы определения ЭМО на существующих объектах. Эти документы, однако, нуждаются в существенной доработке. Что же касается ситуации с документами, адресованными проектировщикам (по расчетному определению ЭМО и способам ее улучшения), то здесь ситуация существенно хуже. Возможно, выпуск новых нормативных документов в ближайшее время будет способствовать ее улучшению.

Резюмируя всё вышесказанное можно сделать следующие выводы:

Нормативная база, касающаяся вопросов ЭМО и ЭМС нуждается в дальнейшем совершенствовании, как в части устранения недостатков уже существующих документов, так и выпуска новых. При решении реальных проблем ЭМС должны учитываться не только положения различных нормативных документов, но и сведения, известные в отечественной и зарубежной технической литературе, а также опыт и «ноу-хау», накопленные за последние десятилетия. Все это предъявляет высокие требования к персоналу, привлекаемому для проведения подобных работ. В ряде случаев безусловную пользу принесла бы разработка типовых технических решений, проработанных по условиям ЭМС и готовых к реализации в рамках проектов конкретных объектов.

Литература.

РД 153-34.0-20.525-00, Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств, РАО ЕЭС РД 34.20.116-93, Методические указания по защите вторичных цепей ЭС и ПС от импульсных помех, РАО ЕЭС РД 34.21.122-87, Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений СО 153-34.21.122-2003, Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций IEC 62305.- Lightning Protection Инструкция по устройству молниезащиты добавила проблем проектировщикам, М. Кузнецов, М. Матвеев, С. Носков, Новости Электротехники, 2(50) 2008.