電力系統(tǒng)電磁兼容/高等學校電力類教材

前言

　　序言　　電磁兼容是一門研究電磁環(huán)境的邊緣性學科，它是根據(jù)生產(chǎn)和科學研究的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。自從人類社會進人微電子時代以來，對電磁環(huán)境的要求日益提高。從而大大推進了電磁兼容學科的發(fā)展?！　‰娏ο到y(tǒng)是由一次、二次設備組成的特殊的電磁環(huán)境，其中存在著多種電磁騷擾和相互作用。當前電力系統(tǒng)正朝著電壓等級更高、容量更大、電力網(wǎng)絡更密集、系統(tǒng)更復雜、設備更先進的方向發(fā)展，導致電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁騷擾更嚴重、更復雜。另一方面，先進的電力系統(tǒng)采用了更多的自動化及其他電子及計算機等控制、測量、通信和保護系統(tǒng)，而以固態(tài)電子為基礎的先進設備和系統(tǒng)耐受電磁騷擾的能力更弱，更容易受外界電磁環(huán)境的影響。因此，電力系統(tǒng)中的電磁兼容問題日益突出，它不僅是影響電力系統(tǒng)安全可靠生產(chǎn)的一個十分重要的因素，而且涉及到電力設施的規(guī)劃、設計和運行的各個方面。甚至對電力水平和運行成本都產(chǎn)生影響。所以，它已引起電力系統(tǒng)設計、制造、運行各個部門的廣泛關注，在電力系統(tǒng)中某些單位的工作崗位招聘和職稱晉升時，電磁兼容方面的知識已作為考核的內容之一。因此，作為將來為電力系統(tǒng)服務的大學生，應當具備一些電磁兼容方面的基本知識。為此，在電氣工程類專業(yè)中開設電力系統(tǒng)電磁兼容課程是十分必要的。其目的在于使學生增強電磁兼容意識，掌握電磁兼容的基本原理和技術，更好地為電力系統(tǒng)和國民經(jīng)濟服務?！　‰姶偶嫒萆婕暗膶I(yè)領域很多，不同專業(yè)領域內的電磁環(huán)境、對電磁環(huán)境的要求，解決問題的側重點和方法都不盡相同。本教材的基本要求是，使學生具備電力系統(tǒng)電磁兼容方面的基礎知識和基本概念。在內容安排上則考慮電力系統(tǒng)的特點，把重點放在低頻（如諧波）和暫態(tài)騷擾上，同時吸收其他學科（如無線電、通信等）的有關知識。這些知識對于學習強電專業(yè)的學生來講。無疑是比較生疏的，因此只能介紹一些必要的基本概念，盡量避免過于繁瑣的數(shù)學和公式推導以及不適宜的概念延伸。　　為了使學生了解電力系統(tǒng)電磁兼容的全面而系統(tǒng)的知識，本書共十章，分為五大部分。分別講述騷擾源及騷擾效應（第二一六章）、騷擾的防護（第七章）、騷擾的測量（第八章）、抗擾度試驗（第九章）和輸變電工程的電磁環(huán)境問題（第十章）?！　¤b于電力系統(tǒng)電磁兼容的內容十分豐富，涉及面極廣，國內外相關的研究成果發(fā)展很快的特點，本教材在原有教材的基礎上，充分注意國內外最新研究成果，增加了GIS中的電磁兼容問題和輸變電工程的電磁環(huán)境問題兩部分內容，充實并完善了有關騷擾的防護方面的內容，同時還更新和充實了其他方面的內容。但是限于水平，書中謬誤、遺漏之處在所難免。在此，懇切希望使用本書的師生和讀者批評指教?！　”緯芍袊姍C工程學會電磁干擾專委會委員、清華大學博士生導師何金良教授主審，并提出了許多寶貴意見；廣東省電力公司種連宏高級工程師也對本書的編寫提供了支持和幫助，在此一并表示忠心的感謝?！　【幷摺　?003年11月

內容概要

本書是為高等學校電氣工程類專業(yè)所編寫的專業(yè)教材，亦可適用于同類專業(yè)的研究生選修課教材。本書全面，系統(tǒng)地介紹了電力系統(tǒng)電磁兼容的基本原理和方法，共分十章 ，包括電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境，騷擾源、騷擾效應、騷擾測量、騷擾的抑制方法及抗制度試驗等。    本書內容豐富、翔實，取材廣泛，文字通俗易懂，便于自學，除用作高等院校電氣工程類專業(yè)教材以外，亦可供工程技術人員參考之用。

書籍目錄

序言1 緒論  1.1 電磁兼容的研究內容  1.2 EMC的發(fā)展概況  1.3 電力系統(tǒng)中的EMC問題2 電力系統(tǒng)諧波  2.1 電力系統(tǒng)的波形畸變  2.2 大功率可控硅整流器產(chǎn)生的諧波  2.3 可控硅調速器產(chǎn)生的勵磁電流  2.4 變壓器的非正弦勵磁電流  2.5 電力機車產(chǎn)生的諧波  2.6 電弧爐產(chǎn)生的諧波  2.7 市政生活用電中的諧波源3 諧波效應及諧波抑制  3.1 諧波諧振  3.2 諧波對一次設備的影響和危害  3.3 諧波對二次設備的影響和危害  3.4 諧波對用電設備的影響  3.5 減小諧波影響的技術措施  3.6 電力系統(tǒng)諧波的限值和標準4 變電所的哲態(tài)騷擾  4.1 概述  4.2 由開關操作引起的哲態(tài)騷擾  4.3 陰性耦合產(chǎn)生的騷擾  4.4 直流回路操作產(chǎn)生的哲態(tài)騷擾  4.5 電磁式電壓互感器對蜇態(tài)電壓的響應  4.6 電容式電壓互感器對蜇態(tài)電壓的晌應5 離頻輻射騷擾  5.1 單元偶極子產(chǎn)生的電磁場輻射  5.2 高壓變電所中的高頻輻射騷擾源  5.3 直流換流站產(chǎn)生的輻射騷擾  5.4 變電所開關操作產(chǎn)生的輻射騷擾  5.5 核電磁脈沖的輻射騷擾  5.6 雷擊變電站避雷針（線）時產(chǎn)生的輻射騷擾6 GIS中的電磁兼容問題  6.1 概述  6.2 GIS中開關操作的快速暫態(tài)過渡過程  6.3 GIS中的暫態(tài)地電位升高問題  6.4 GIS中開關操作等暫態(tài)過程產(chǎn)生的瞬態(tài)輻射騷擾7 變電提電磁騷擾的防護  7.1 電纜的屏蔽原理  7.2 變電民設計中應考慮的幾個問題  7.3 交流電源系統(tǒng)中的電磁暫態(tài)（電涌）防護  7.4 提高二次設備抗騷擾能力的措施  7.5 計算機受電網(wǎng)騷擾能力的措施  7.6 晶體管邏輯電路的騷擾容限8 騷擾信號的測量  8.1 諧波測量  8.2 穩(wěn)態(tài)波形的記錄  8.3 暫態(tài)波形的記錄  8.4 自動測試系統(tǒng)  8.5 輻射騷擾場強的測量9 抗擾度試驗  9.1 概述  9.2 低頻騷擾抗度試驗  9.3 傳導暫態(tài)和高頻騷擾的抗擾度試驗  9.4 靜電放電抗擾度試驗  9.5 磁場抗據(jù)度試驗  9.6 輻射電磁抗擾度試驗10 輸變電工程的電磁環(huán)境問題附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

　　在不具備TN-S系統(tǒng)的供電環(huán)境中，可將FN-C系統(tǒng)改造成TN-C-S系統(tǒng)。民用供電系統(tǒng)多采用TN-C系統(tǒng)即三相四線制，改造時，以建筑物進戶處為分界點，將PE線和N線分開，并重復接地，接地點和建筑物主接地端子聯(lián)在一起，PE線和N線分開后就不能再合并，中性導體N線按相線來處理，一般情況下不允許N線再重復接地。在整個建筑物內，應以TN-S型式供電。從安全角度考慮，相線接地后，雖然PEN、PE線都有可能竄人危險的故障電壓，但TN-S優(yōu)于了N-C系統(tǒng)。為了消除或減輕這一不安全因素，實施等電位連接是解決人身和設備安全的最佳方案?！　?）各個防護接地系統(tǒng)（TT系統(tǒng)）　　TT電力系統(tǒng)有一個直接接地點，電氣設施的外露可導電部分接至電氣上與電力系統(tǒng)的接地點無關的接地極?！　?）非接地系統(tǒng)（IT系統(tǒng)）　　n電力系統(tǒng)的帶電部分與大地間不直接連接，而電氣設施的外露可導電部分則是接地的?！　」霉╇娋W(wǎng)若是以IT或IT系統(tǒng)向建筑物供電時，ITU建議采用隔離變壓器將TT／ⅡT系統(tǒng)改造成FN-S系統(tǒng).?！　〗ㄖ飸坎捎肨N-s接線方式供電。建筑物施工結束后。要檢查中性導體N線和防護導體PE線的絕緣，不論是永久連接的或插頭、插座連接的設備中，不允許N線和PE線在任何地方相連或相碰。　　注：接地類型中第一個字母說明電源對地的關系，T表示中性點直接接地。Ⅱ表示所有帶電部分對地銫緣，第二個字母說明外露導電部分對地的關系。T表示外露導電部分直接接地。N表示負載采用棱零防護；第三個字母表示工作零線與防護線的關系，C表示工作零線與防護線合一，s表示工作零線與防護線嚴格分開。　　7．3．2．4　等電位聯(lián)接　　過電壓防護的基本原理是在瞬態(tài)過電壓發(fā)生的瞬間，在被防護區(qū)域內的所有金屬部件之間應實現(xiàn)一個等電位。等電位是用連接導線或過電壓防護器，將處在需要防霄的空間內的防霄裝置、建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來的導體物、電氣和電訊裝置粹連接起來（應使連接導線盡可能地短，可采用墾幽或網(wǎng)型結構將被防護的裝置連接到一條德等位連接帶上），以保證籌電位，方法如下?！　?）在那些自然連接不能保證電氣貫通的地方用連接導線連接；　　2）在那些不允許用連接導線的地方。采用過電壓防護器跨按（選用一些響應速度快的元件）；　　3）必須盡可能在靠近進戶點處對外來導體做等電位連接。預計大部分雷電流將流過這些連接點?！　?）電力線路的所有導體本身應做直接或非直接等電位連接。相線應只通過電涌防護器連按到避霄按地裝置上。在FN系統(tǒng)中。PE線或PEN線應直接連接到避霄按地裝置上?！　≡诮⒘擞蛇B接導線和電涌防護器組成的等電位連接網(wǎng)絡后。當網(wǎng)絡出現(xiàn)電涌過電壓甚至受到霄擊時，可以認為在極短的時間內形成了一個等電位島，這個等電位島對于遠處的電位差可高達敷十萬伏，而島內由于實現(xiàn)了等電位連接，所有導電部件之間不會產(chǎn)生有害的電位差，在防范人身電擊、爆炸和火災等用電安全措施中起重要作用?！　≡诠こ虒嵺`中，有些廠家要求將電子設備的信號地或直流地單獨接地，這是不符合等電位安全要求的。電子設備為了防止電磁騷擾，其直流地或信號地與外殼已連接在一起。若設備由220v交流電源供電，按規(guī)程其外殼應接在防護地PE線上，而實踐中，各類計算機都把直流地和外殼連在一起，即和PE線連接在一起，外界提供了分離的信號線和防護線，但是計算機卻把它們連接在了一起，所以說單獨接地沒有實際意義。按IEC標準。一個蔑筑物內只允許有一個接地系統(tǒng)。即建筑物內各種用途的接地極都應納入等電位連接范圍而形成一個共同接地系統(tǒng)?！　×硗?，當電氣接地裝置和防霄接地裝置共用和相連時，必須安裝過電壓防護器?！　?．3．2．5　屏蔽　　屏蔽是利用各種金屬屏蔽體來阻擋和衰減施加在電子設備上的電磁騷擾或過電壓能量。屏蔽具體可分為建筑物屏蔽、設備屏蔽和各種線纜（包含管道）的屏蔽，也可分為建筑物屏蔽和室內屏蔽，把設備屏蔽和線纜屏蔽歸為室內屏蔽?！　?）建筑物的屏蔽　　建筑物的屏蔽是利用建筑物的鋼筋、金屬構架、金屬門窗、地板等，把它們相互連接在一起。并與地網(wǎng)有可靠的電氣連接，形成初級屏蔽網(wǎng)。其主要目的是對建筑物內微電子設備進行電磁輻射防護。霄電電磁輻射可以影響到1km以外的微電子設備，所以本建筑、遠處的建筑物或空中發(fā)生霄擊。都會產(chǎn)生霄電脈沖侵入建筑物中。因此，對有大量重要微電子設備的房間要采取屏蔽措施，使這些儀器處于無騷擾的環(huán)境中。　　屏蔽的有效性不僅與房間加裝的屏蔽網(wǎng)和儀器金屬外殼——屏蔽體本身有關，還與微電子設備的電源線和信號線接口過電壓的防護、等電位連接和接地籌措施有關?！　?）室內屏蔽　　室內屏蔽是指設備屏蔽和線纜屏蔽。　　設備的屏蔽應在對電子設備耐壓水平調查的基礎上，按Izc劃分的防霄區(qū)施行多級屏蔽，屏蔽的效果首先取決于初級屏蔽網(wǎng)的衰減程度，其次取決于屏蔽層對于入射電磁波的反射損耗和吸收損耗程度，而這又取決于屏蔽層厚度（最好接近電磁波的波長）、網(wǎng)孔密度（密度越大，則可靠程度越高）、屏蔽材料。在屏蔽中，要特別注意對各種“洞”的密封。除門、窗外。重點對入戶的金屬管道、通信線路、電力線纜人口做好屏蔽?！　「鞣N線纜均要采取屏蔽措施，金屬絲編織網(wǎng)、金屬軟導管、硬導管均可用于屏蔽線纜。對線纜的屏蔽應注意以下事項?！　、倨帘喂芫€的接地：一般要求人戶線在人戶前應埋入地中水平距離10m以上。如條件不允許時，應盡可能加長人戶屏蔽層長度，且應在前后兩端做良好接地。測量結果表明。電線（纜）屏蔽屢一端按地時可將高頻騷擾電壓降低一個數(shù)量級，兩端接地時可降低兩個數(shù)量級?！　、陔娎|連接器的屏蔽：良好的連接器，當它的插頭與插座配合好以后，其屏蔽效果應等于或優(yōu)于所連接同等長度屏蔽電纜的屏蔽效果，最佳辦法是沿電纜的周邊把屏蔽層與連接器沿周長連接起來，實現(xiàn)沿周長360度的連接，或使用盡可能短的附加連接線將連接器兩端電纜屏蔽相連接，或利用擂頭的備用芯將兩端屏蔽相連按。　　……

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