Методические материалы для ЭМС

Электромагнитная совместимость технических средств (ЭМС) – способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средством (ГОСТ 30372-95). Измерение электромагнитной совместимости — актуальная и востребованная услуга на сегодняшний день.

Необходимость учёта ЭМС (расчет электромагнитной совместимости, измерение электромагнитной совместимости) обусловлена массовым внедрением микропроцессорной техники на объектах энергетики – электростанциях и подстанциях. В начале 90-х годов XX века оказалось, что при всём удобстве эксплуатации микропроцессорные устройства релейной защиты, автоматики, телемеханики, связи, учёта электроэнергии и пр. работают неправильно, либо отказывают вследствие влияния сильноточных и высоковольтных электрических цепей объектов энергетики и работы системы молниезащиты.

Впервые требования к обеспечению ЭМС при проектировании были сформулированы в действующем и в настоящее время документе РД 34.20.116-93 «Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех». Этот документ по ЭМС относится ко всем объектам электроэнергетики – электростанциях, подстанциях, переключательных пунктах всех собственников, не только электростанций и предприятий электрических сетей, но и заводских, и тяговых подстанций напряжением 110 кВ и выше.

РД 34.20.116-93 предписывает выполнение мероприятий по обеспечению ЭМС при проектировании, причём выбор защитных мероприятий по вновь вводимым объектам должен осуществляться на основе проектных расчётов с последующей проверкой по результатам натурных измерений достаточности принятых проектных решений и качества их практической реализации строительно-монтажными организациями. Для реконструируемых объектов выбор защитных мероприятий должен осуществляться на основе расчетов и предварительных испытаний.

Таким образом, для любого объекта электроэнергетики комплекс мероприятий по обеспечению ЭМС включает:

— предпроектное обследование (для реконструируемых объектов);

— проектирование с учётом требований по обеспечению ЭМС, включая выполнение расчётов основных видов помех – оценки влияния высоковольтного оборудования объекта электроэнергетики и системы молниезащиты на низковольтное микропроцессорное оборудование вторичных систем;

— опытное определение обеспечения ЭМС, являющееся частью приемо-сдаточных испытаний объекта, выполняется в объёме предпроектного обследования.

Общим для электростанций и подстанций магистральных и распределительных сетей напряжением выше 6 кВ документом по ЭМС является СО 34.35.311-2004 «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях». В соответствии с данным документом проводится обследование электромагнитной обстановки на объектах электроэнергетики, в том числе:

— измерение напряжений переменного тока частоты 50 Гц на контрольных кабелях при однофазных и двухфазных коротких замыканиях (кондуктивных помех);

— измерение напряжений импульсных помех на контрольных кабелях, возникающих при коммутациях и коротких замыканиях высоковольтного оборудования (кондуктивных импульсных помех);

— измерение напряжений излучаемых импульсных помех на контрольных кабелях, возникающих при коммутациях и коротких замыканиях высоковольтного оборудования (наведённых импульсных помех);

— измерение наведённых импульсных помех, возникающих при ударах молний в молниеотводы;

— измерение кондуктивных импульсных помех от токов молний;

— измерение напряжённости электромагнитных полей радиочастотного диапазона в местах установки микропроцессорной аппаратуры;

— измерение электростатического потенциала тела человека (оператора) в помещениях, где установлена микропроцессорная аппаратура;

— измерение напряжённости магнитного поля промышленной частоты в местах установки микропроцессорной аппаратуры в нормальных режимах и при коротких замыканиях;

— измерение напряжённости импульсного магнитного поля в местах установки микропроцессорной аппаратуры при протекании токов молний по молниеотводам и токоотводам молниеприёмников зданий и сооружений;

— регистрация помех в цепях питания микропроцессорной аппаратуры переменного и постоянного тока.

СО 34.35.311-2004 дополнительно к РД 34.20.116-93 вводит ещё два этапа комплекса мероприятий по обеспечению ЭМС:

— периодическую проверку электромагнитной обстановки с периодичностью не реже 1 раза в 12 лет;

— внеплановую проверку электромагнитной обстановки в случаях неправильной работы или повреждении микропроцессорных устройств из-за воздействия электромагнитных помех.

Данные проверки электромагнитной обстановки проводятся в полном объёме обследования электромагнитной обстановки в соответствии с СО 34.35.311-2004.

СО 34.35.311-2004 также определяет требования к составу лабораторного оборудования, необходимого для проведения измерений электромагнитной обстановки.

Кроме того, СО 34.35.311-2004 определяет требования к программному обеспечению, используемому для проведения пересчёта испытательных уровней помех к уровням помех, возникающих при коротких замыканиях и коммутациях высоковольтного оборудования, ударах молний. В качестве примера стандарт рекомендует использовать программы ОРУ-М. Для подстанций, собственником которых является ОАО «ФСК ЕЭС», дополнительно к перечисленным документам по ЭМС обязательными для применения являются следующие стандарты ОАО «ФСК ЕЭС»:

— СТО 56947007-29.240.10.028-2009 «Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ»;

— СТО 56947007-29.240.043-2010 «Руководство по обеспечению электромагнитной совместимости вторичного оборудования и систем связи электросетевых объектов»;

— СТО 56947007-29.240.044-2010 «Методические указания по обеспечению электромагнитной совместимости на объектах электросетевого хозяйства»;

— СТО 56947007-29.130.15.114-2012 «Руководящие указания по проектированию заземляющих устройств подстанций напряжением 6-750 кВ».

СТО 56947007-29.240.043-2010 подробно описывает работы, выполняемые на каждом этапе комплекса мероприятий по обеспечению ЭМС, а также дополнительно к РД 34.20.116-93 и СО 34.35.311-2004 вводит ещё три этапа:

— требование к поставляемому на электросетевой объект оборудованию – применение сертифицированных технических средств на помехоустойчивость в соответствии с ГОСТ 51317.6.5-2006;

— авторский надзор за выполнением проектных решений по ЭМС при производстве строительно-монтажных работ;

— выполнение ремонтных работ по устранению выявленных недостатков ЭМС и не требующих разработки проектной документации.

Кроме того, СТО 56947007-29.240.043-2010 при проектировании требует выполнять расчёты напряжённости электромагнитного поля в местах установки микропроцессорного оборудования, а СТО 56947007-29.240.044-2010 обязывает для выполнения всех расчётов электромагнитной обстановки использовать конкретное специализированное программное обеспечение:

— ОРУ-М – для расчёта кондуктивных помех и определения токов в экранах, броне и оболочках кабелей;

— Interferences – для расчёта наведённых импульсных помех;

— ЭМП ВЛ – для расчёта напряжённости электромагнитных полей от высоковольтной ошиновки и магнитных полей тока молнии;

— Реактор МП – для расчёта напряжённости магнитных полей от однофазных реакторов без ферромагнитного сердечника.

Стандарты ОАО «ФСК ЕЭС» подробно описывают перечень расчётов, выполняемых при проектировании с учётом ЭМС, перечень проектных мероприятий по обеспечению ЭМС для подстанций разнообразного исполнения (открытое, закрытое, комплектное элегазонаполненное). В том числе при проектировании на основе выполнения расчётной оценки электромагнитной обстановки решаются вопросы по компоновке объекта, молниезащите, заземлению, выбору уровней помехоустойчивости микропроцессорного оборудования, применению различных типов кабельной канализации (экранированные кабели, кабельные каналы, металлорукава, металлические короба, трубы и т.д.), строительных решений по организации полов, применению устройств защиты от импульсных перенапряжений.

Наиболее эффективным проектным мероприятием по обеспечению ЭМС является изменение компоновки объекта (расположение элементов объекта, трассировка кабелей, выполнение молниезащиты и заземления). При этом процесс проектирования с учётом ЭМС становится итерационным – оптимальная электромагнитная обстановка на проектируемом объекте достигается последовательным выполнением следующих действий:

– разработка исходной версии компоновки объекта, с учётом формальных требований РД 34.20.116-93, СТО 56947007-29.240.043-2010, СТО 56947007-29.240.044-2010 по допустимым расстояниям приближения вторичных кабелей и микропроцессорного оборудования к источникам помех – высоковольтному оборудованию, ошиновке, элементам системы молниезащиты и заземления;

– расчёт электромагнитной обстановки исходной компоновки объекта с использованием программ ОРУ-М, Interferences, ЭМП ВЛ и Реактор МП;

– разработка предложений по изменению компоновки объекта по результатам расчётной оценки электромагнитной обстановки;

– реализация предложений по изменению компоновки, при этом часто возможности реализации предложений ограничены смежными вопросами – землеотвода, отходящими инженерными коммуникациями, при реконструкции – вопросами демонтажа и необходимости сохранения части застройки территории объекта;

– повторный расчёт изменённой электромагнитной обстановки после изменения компоновки объекта, разработка предложений по её изменению, реализация предложений по изменению, снова повторный расчёт изменённой электромагнитной обстановки и т.д. до достижения оптимальной с точки зрения ЭМС электромагнитной обстановки на объекте.

На крупном объекте электроэнергетики (например, подстанции 500 кВ) описанный итерационный процесс разработки мероприятий по обеспечению ЭМС продолжается длительное время (годы), в течение всего времени проектирования объекта. Если строительство объекта предусматривается этапами, с проведением строительных работ на действующем объекте, то мероприятия по обеспечению ЭМС должны разрабатываться для каждого этапа строительства, а их эффективность должна подтверждаться обследованием электромагнитной обстановки, которое нужно проводить по окончании каждого этапа строительства.

Следует отметить, что в Постановлении Правительства РФ от 16.02.2008 №87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» и других нормативных документах, определяющих состав проектной документации, отсутствует требование выполнения отдельного раздела проектной документации «Мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости». Однако заказчики проектной продукции в технических заданиях на проектирование часто требуют наличие такого раздела, где приводятся все сведения о применённых в проекте мероприятиях по обеспечению ЭМС. В таком случае состав раздела проектной документации по ЭМС принимается в соответствии с СТО 56947007-29.240.10.028-2009.

Таким образом, жизненный цикл обеспечения ЭМС объекта электроэнергетики включает:

1) для реконструируемого объекта – предпроектное обследование электромагнитной обстановки, для объекта нового строительства – вертикальное электрическое зондирование грунта на площадке строительства на глубину не менее 100 м (выполняется в составе инженерно-геофизических исследований инженерно-геологических изысканий);

2) выполнение проектной документации с учётом требований ЭМС, включая расчётную оценку электромагнитной обстановки на объекте после окончания строительства и разработку соответствующих мероприятий по обеспечению ЭМС. Для обеспечения прохождения экспертизы проектной документации (особенно сметной части) в ведомостях объёмов проектной документации обязательно учитывается не только микропроцессорное оборудование с заданными уровнями помехоустойчивости, экранированные кабели и прочие элементы кабельной канализации, но и специальное оборудование и материалы, необходимые для обеспечения ЭМС – элементы заземления, ЭМС-зажимы, разъёмы кабелей, ЭМС-шкафы, прокладки, антистатические напольные покрытия, устройства защиты от импульсных перенапряжений и т.д.;

3) прохождение государственной или негосударственной экспертизы проектной документации;

4) подготовка конкурсной документации на закупку и собственно закупка микропроцессорного оборудования с заданными в проектной документации уровнями помехоустойчивости, элементов кабельной канализации и специального оборудования и материалов, необходимых для обеспечения ЭМС;

5) разработка рабочей документации, учитывающей все проектные мероприятия по обеспечению ЭМС и конкретный тип закупленного оборудования;

6) контроль полноты объёма поставки на объект микропроцессорного оборудования с заданными уровнями помехоустойчивости, элементов кабельной канализации и специального оборудования и материалов, необходимых для обеспечения ЭМС;

7) авторский надзор за выполнением проектных решений по ЭМС при производстве строительно-монтажных работ;

8) обследование электромагнитной обстановки при проведении пуско-наладочных работ, устранение выявленных недостатков ЭМС;

9) плановая проверка электромагнитной обстановки с периодичностью не реже 1 раза в 12 лет и внеплановая проверка электромагнитной обстановки в случаях неправильной работы или повреждении микропроцессорных устройств из-за воздействия электромагнитных помех;

10) выполнение ремонтных работ по устранению выявленных недостатков ЭМС и не требующих разработки проектной документации.

При выполнении поэтапной реконструкции объекта при проектировании (п. 2 жизненного цикла обеспечения ЭМС) расчётная оценка электромагнитной обстановки и разработка мероприятий по обеспечению ЭМС выполняется для каждого этапа реконструкции, п. 6-8 жизненного цикла обеспечения ЭМС повторяются на каждом этапе реконструкции.

В соответствии с действующими нормативными документами, работы по обеспечению электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики являются продолжительными во времени, должны проводиться в течение всего времени существования объекта, начиная от выбора площадки под новый объект и заканчивая выводом его из эксплуатации. Поскольку работы по ЭМС требуют наличия специализированной электротехнической лаборатории и программного обеспечения, кадрового обеспечения инженерами-электриками по специальности «Техника высоких напряжений» и смежным специальностям, имеющими опыт расчёта переходных процессов в электрических цепях и электромагнитных полей, работы по ЭМС целесообразно отдавать на подряд в специализированные организации, имеющие соответствующий опыт работы, персонал, лабораторию и программное обеспечение.

Несмотря на наличие всеобъемлющей нормативной базы по ЭМС, выполнение требований ЭМС, как правило, предусматривается на объектах ОАО «Российские сети» (объединяющего ОАО «ФСК ЕЭС» и ОАО «Холдинг МРСК»), иногда предусматривается на крупных объектах генерации и практически никогда не предусматривается на прочих объектах электроэнергетики (электромагнитная совместимость в электроэнергетике) – заводских и тяговых подстанциях, маломощных объектах генерации. В связи с массовой заменой устаревшего электромеханического оборудования вторичных систем на данных объектах на микропроцессорное без учёта требований ЭМС, в ближайшие несколько лет ожидаются массовые отказы микропроцессорного оборудования на таких объектах.