Механизмы генерации, классификация и характеристики помех

Механизмы генерации, классификация
и характеристики помех
Внешние источники помех
Естественные
Атмосферные
разряды
Разряды
статического
электричеств
а
Искусственные
Электромагнитные
процессы в
технических системах
ЭМИ ЯВ
Источники ЭМП различаются:
1. По природе происхождения:
естественные:
- разряды атмосферного электричества при локальной
грозовой деятельности в виде молний,
- разряды статического электричества между телами,
получившими заряды разной полярности.
искусственные:
- электроэнергетические, электротехнические,
радиотехнические и иные устройства,
использующие электрическую энергию в быту, на
производстве, для целей телекоммуникаций и т.д.
2. По воздействию
-внешние
-внутренние:
• напряжение питания с частотой 50 Гц;
• изменение потенциала в сетевых проводах питания
устройств электроники;
• изменение сигналов в проводах управления или
линиях передачи данных;
• высокочастотные или низкочастотные тактовые
сигналы;
• коммутационные процессы в индуктивностях;
• магнитные поля ходовых механизмов с накопителями
энергии;
• искровые разряды при замыканиях и размыканиях
контактов;
• резонансные явления при замыкании контактов.
3. По причине появления:
- Функциональные (периодические): преднамеренная
•
•
•
•
генерации и применение электромагнитных волн.
радио- и телепередатчики,
генераторы высокой частоты для промышленного
или медицинского применения,
микроволновые печи,
устройства радиоуправления
Для функциональных источников интенсивность
помех может быть точно установлена в соответствии
с мощностью передачи и указана как предел в
разрешении на эксплуатацию.
- Нефукциональные (апериодические, случайные):
имеют мало общего с первичной функцией источника
• автомобильные устройства зажигания,
люминесцентные лампы,
• сварочное оборудование,
• релейные и защитные катушки, электрический
транспорт,
• тиристорные выпрямители,
• контактные и бесконтактные переключатели,
• проводные линии и компоненты электронных узлов,
• переговорные устройства,
• коронные и частичные разряды,
• коммутации в сетях высокого напряжения
Для нефункциональных источников уровни помех
должны быть ниже граничных значений,
определяемых соответствующими нормативными
документами.
4. По излучаемому спектру частот
узкополосные: частотный спектр меньше ширины
полосы частот приёмной системы
Источники узкополосных помех являются
искусственными.
- радиопередатчики, которые на предоставленных им
частотах излучают больше мощности, чем
допустимо, или излучают высшие гармоники
вследствие нелинейности элементов;
- промышленные ВЧ – генераторы;
- электросеть 50 Гц.
Такие источники характеризуются амплитудой или
действующим значением помехи при
соответствующей частоте (линейчатый спектр).
широкополосные: частотный спектр превышает
ширину полосы частот приёмной системы. Обладают
спектром с очень плотно или даже бесконечно близко
расположенными друг к другу спектральными
линиями (непрерывный спектр).
• шумовые помехи (например, рябь на экране
телевизора, космические шумы) состоят из многих,
вплотную соседствующих или перекрывающихся
импульсов разной амплитуды, которые нельзя
разделить или описать аналитическими временными
функциями, хотя в совокупности шумовые помехи
следуют определённым статистическим
закономерностям.
• переходные помехи чётко отличаются одна от
другой и проявляются в виде импульсов. Моменты
появления помех могут быть распределены
случайным образом (помехи от короны и частичных
разрядов в изоляции оборудования, процессы при
выключении катушек реле) или быть периодическими
(помехи от тиристорных устройств).
Источники узкополосных помех
• передатчики устройств связи;
• генераторы высокой частоты;
• радиоприёмники, приборы с кинескопами,
вычислительные системы;
• линии электропередачи.
Источники широкополосных импульсных помех
• автомобильные устройства зажигания;
• коллекторные двигатели;
• воздушные линии и оборудование высокого
напряжения.
Источники широкополосных переходных помех
• - коммутация тока в индуктивных цепях;
• - переходные процессы в сетях высокого
напряжения;
• - электромагнитный импульс молнии;
• - разряды статического электричества;
• - ЭМИ ядерного взрыва.
В проводных цепях различают синфазные и
противофазные помехи
CЗ – паразитные ёмкости относительно заземлённого корпуса;
Q1 – источник противофазных помех; Q2 – источник синфазных
помех;
Zq, Zs – полные сопротивления источника и приёмника помех;
iC1, iC2 и Uc1, Uc2 –токи и напряжения синфазных помех;
id и Ud –ток и напряжение противофазных помех.
Синфазные напряжения помех (несимметричные,
продольные) возникают между каждым проводом и
землёй (uc1, uc2) и воздействуют на изоляцию
проводов относительно земли. Они вызываются
главным образом
уравнительными токами в
заземлениях, а также магнитными полями.
В НД называются помехами общего типа.
Противофазные напряжения помех (симметричные,
поперечные)
возникают
между
проводами
двухпроводной линии (ud).
В НД называются помехами дифференциального
типа.
Характеристики воздействия молнии на
объекты
1. Максимальный ток Imax=2-200 кА
Повышение потенциала относительно
удаленной земли
Imaх= 200 кА; R=5 Ом; Umaх= 1МВ
2. Крутизна тока S=di/dt (S=2-200 кА/мкс)
Индуктирование напряжения в петлях
S=200 кА/мкс r= 25 м, l=20 м
а=0,4 см (60 см)
U= 128 В (19,2 кВ)
3. Заряд
Q   idt
(150-300 А.с )
Плавление металла в точках удара
При Q= 300 Кл плавятся алюминиевые стенки
толщиной до 5 мм

4. Интеграл W / R  i 2 dt
(2,5-10МДж/Ом )
Нагрев проводников, по которым протекает ток
молнии
При W/R= 10 МДж/Ом плавятся медные
провода сечением 10 мм2 и стальные
сечением 25 мм2
Разряды статического электричества
Это процессы выравнивания зарядов между отдельными
твердыми телами, жидкими и газообразными средами,
несущим разные электростатические заряды
а)
повреждение
или
разрушения
устройств
при
непосредственном воздействии тока или вызванных им
полей при касании рукой или инструментом,
б) повреждение элементов или создание помех за счет
индуцированного напряжения
Механизмы электризации
Электризация за счет индукции
Электризация трением
Наземный и внеатмосферный ядерные взрывы
1
2
1- высота взрыва 80 км
2- высота взрыва 190 км
Источник импульса
Молния на
расстоянии от
места удара, м
10
Е, кВ/м
Н, А/м
Tф, нс
частоты
Область
действия
100
Несколько
40
сотен
Несколько
160
тысяч
Десяткитысячи
1 кГц- 5 МГц
Локально,
несколько км
Разряд статического Коммутация на
ЭМИ ЯВ
ПС
электричества на
локальный
Континент.
расстоянии от
10 м от
(Н= 0-2 км)
(Н> 40 км)
канала разряда, см устройства
10
20
4
1
1-100
100
30-60
14
4
До 300
До 1000
До 130
0,2-20
10-50
До 1 ГГц
1-100 МГц
Локальная,
десятки
метров
Точечная,
несколько см
5-8
0,1-100 МГЦ
Региональная или
континентальная,
сотки км
Характеристики помех
Для целенаправленного планирования мероприятий
по обеспечению ЭМС должны быть известны:
• электромагнитная обстановка, характеризующаяся
амплитудными и частотными спектрами напряжений
и токов источников помех, напряжённостью поля;
• механизм связи и ее количественная оценка в виде
коэффициентов затухания или передаточных
функций;
• восприимчивость или чувствительность приёмника
помех, характеризующаяся пороговыми значениями
помех в функции от частоты или времени.
Для количественной оценки ЭМС пользуются
логарифмическими масштабами напряжений, токов,
напряжённостей поля, мощностей в относительных
единицах:
• Уровни помех определяют отношение величины к
постоянному базовому значению
Х = 20 lg (Х/Х0).
I0 =1 мкА, E0 =1 мкВ/м, Н0 =1 мкА/м, P0 = 1 пВт.
• Мера помех- логарифм отношения величин для
обозначения изменяемых свойств объекта (к-фа
передачи, усиления, ослабления). При этом берется
отношение величин на входе и выходе системы или
при наличие или отсутствии защитного устройства.
Х = 20 lg (Хвх/Хвых).