2.2. Кратковременные импульсные помехи в сети питания

Кратковременные импульсные помехи в сети питания ЦТС появляются вследствие включения и выключения различного рода активных и реактивных нагрузок, быстрых изменений токов нагрузки, наличия нагрузок, возвращающих в сеть энергию, наводок от импульсных электрических

и магнитных полей, влияния грозовых разрядов и т. п.

Результаты широкополосных измерений кратковременных импульсных помех в сети питания переменного тока приведены в ряде работ. Так, например, . Полозок исследовал помехи в сети питания узлов дальней связи [38]. Исследования проводились путем записи помех на кинопленку с экрана осциллографа и последующей статистической обработки. Полоса пропускания аппаратуры составляла МГц.

Зафиксированные потоки импульсных помех представляли собой группы одиночных импульсов и пачек импульсов.

Под пачкой импульсов понимается часть потока импульсов, в которой длительность интервала времени между импульсами не превышает некоторого заданного значения. Функции распределения интервалов удовлетворительно аппроксимировались экспоненциальным законом распределения с медианой [значением случайной величины при котором равной 100-200 мкс. Медиана функции распределения периода следования импульсов в пачке была менее 1 мкс. Функция распределения длительности пачек также удовлетворительно аппроксимировалась экспоненциальным законом с медианой, не превышающей Амплитуда импульсов достигала 45дБ/В. Функция распределения амплитуд удовлетворительно аппроксимировалась логарифмическим нормальным законом с медианой, равной примерно 30 дБ/В.

Природа возникновения одиночных и групповых импульсов не выяснялась. Однако, судя по полученным временным соотношениям, можно предположить, что наличие нескольких импульсов (или пачек импульсов) в группе является следствием дребезга контактов коммутирующих устройств, а наличие нескольких импульсов в пачке, вероятно, является следствием многочисленных отражений в сети, представляющей собой сложную совокупность линий с распределенными параметрами.

В [39] приведены результаты исследований импульсных помех в сетях питания таких объектов, как вычислительные центры (ВЦ), лабораторные помещения конструкторского бюро электронного профиля (КБ) и цеха приборостроительного завода (ПЗ). Исследования проводились с помощью автоматического регистратора импульсных помех типа РИП-1 [40] и цифровых вольтметров типа Полученные данные сведены в табл. 2.1. На рис. 2.1-2.3

Таблица 2.1. Значения параметров импульсных помех в распределительных электрических сетях 380/220 В

(см. скан)

Рис. 2.1. Распределение амплитуд импульсных помех в электрической сети конструкторского бюро (а), механического цеха (б), сборочного цеха (в)

(см. скан)

Рис. 2.2. Функции распределения глубин (а), длительностей (б) и вольт-секундных площадей (в) провалов

приведены для иллюстрации формированные гистограммы плотности распределения амплитуд импульсных помех для некоторых из обследованных объектов. Было также установлено, что амплитуды и длительности помех практически не коррелированы.

Рис. 2.3. Уровень помех за счет гармонических и комбинационных составляющих частоты 50 Гц в сети напряжением 380 В (п — номер гармоники)

По-видимому, амплитуда зависит в основном от фазы напряжения сети в момент коммутации, параметров коммутирующего аппарата и его нагрузки, а длительность — от топологии сети и мест взаимного расположения коммутирующего аппарата и измерительного прибора. При сравнении частоты следования и распределения амплитуд импульсов помех положительной и отрицательной полярностей (объем выборки составлял по 1000 реализаций помех каждой полярности) существенной разницы не было отмечено. Исследования показали также, что значительная часть импульсов в пачках имеет длительность менее (т. е. меньше разрешающей способности применявшейся аппаратуры).

Поиски функций, подходящих для аппроксимации функции распределения амплитуд, показали, что удовлетворительные результаты дает экспоненциальная функция вида

где -амплитуда импульса помехи; — порог чувствительности измерительного прибора.

Функция (2.1) удобна для решения прикладных задач, но физического обоснования пока не имеет. Необходимо также иметь в виду, что функция проверялась по ограниченному объему экспериментальных данных и не может считаться универсальной.

Аналогичные исследования импульсных помех, при которых были получены схожие результаты, проводились впоследствии в сетях питания цехов машиностроительных заводов [41, 42] и АСУ металлургических заводов [43].

Обобщая все полученные результаты, можно сделать некоторые выводы. Импульсные кратковременные помехи

в сети питания переменного тока представляют собой поток одиночных импульсов напряжения и пачек импульсов. Количество импульсов обеих полярностей примерно одинаково.

Помехи можно характеризовать обычными для импульсной техники параметрами: амплитудой, длительностью (импульсов, пачек импульсов, интервалов между импульсами, фронтов), вольт-секундной площадью и др. Следует, однако, иметь в виду, что все эти параметры здесь являются случайными величинами.

Поток импульсов (пачек импульсов) нестационарен в течение суток. Количество помех на разных объектах колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч за сутки. Амплитуда импульсов в отдельных случаях достигает максимальных значений-1-1,5 кВ. Функцию распределения амплитуд импульсов допустимо аппроксимировать экспоненциальным или логарифмическим нормальным законами распределения.

Длительности импульсов и пачек импульсов занимают область от десятков наносекунд до сотен микросекунд. Распределение длительностей интервалов между событиями допустимо аппроксимировать экспоненциальным законом распределения. Средние значения амплитуд, длительностей и интервалов существенно разнятся от объекта к объекту и зависят от насыщенности объекта потребителями электроэнергии и частоты их коммутации, а также топологии и физического исполнения распределительных сетей питания.

Определенный интерес представляют и результаты измерений импульсных помех, появляющихся в сети питания при преднамеренном включении и выключении того или иного потребителя электрической энергии. Так, например, при коммутации цепей питания устройств вычислительного комплекса третьего поколения была зарегистрирована максимальная амплитуда импульсов в сети примерно 200 В [44]. При этом наибольшие амплитуды были получены от перфокарточных устройств ввода-вывода. Как и можно было ожидать, амплитуда огибающей пачки импульсов оказалась случайной величиной, поскольку она зависит от мгновенного значения напряжения в сети в момент коммутации. Длительности импульсов занимали область значений от нескольких десятков наносекунд до двух микросекунд. Количество импульсов в пачках колебалось от двух до двухсот. Наблюдались также и одиночные импульсы.

При коммутации цепей питания металлорежущих станков с программным управлением были зарегистрированы импульсы помех в сети с максимальным значением амплитуды до