Повышение помехозащищенности аппаратуры ОПС при воздействии помех из сети электропитания.
Одной из задач, стоящих перед инженерно техническим персоналом, занимающимся эксплуатацией средств охранно-пожарной сигнализации (ОПС), является обеспечение работоспособности аппаратуры в заданных условиях внешней среды. Среди разного рода воздействий (помех), источником которых является внешняя среда, следует выделить помехи из распределительных сетей напряжением 0,38 кВ, от которых осуществляется электропитание аппаратуры ОПС. Мгновенные значения тока или напряжения могут изменяться в результате удара молний, любого повреждения в сети и оперативных переключений. Помехи, как известно, могут при водить к ложным срабатываниям аппаратуры, снижению достоверности информации и надежности охраны объектов, то есть эффективности функционирования.
Снижение количества ложных срабатываний достигается обеспечением электропитания охраняемых объектов, в соответствии с ПУЭ, по 1-й категории надежности с автоматическим переходом на резерв при отключениях и провалах напряжения в сети. Однако это связано с рядом организационных трудностей и осложняется не возможностью постоянного автономного питания аппаратуры.
Электропитание аппаратуры ОПС осуществляется от электрических распределительных сетей общего назначения напряжением 380/220 В, частотой электрической энергии для приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения, регламентируются ГОСТ 13109-67. Допустимые границы отклонений напряжения от номинального значения, согласно ТУ на аппаратуру ОПС, составляет от +10 до 15%, что соответствует ГОСТ 13109-67. Как показывают исследования качества электрической энергии, ГОСТ 13109-67 часто нарушается. Отклонение напряжения достигает от +16 до 25% от номинального значения.
В электрических распределительных сетях общего назначения напряжением 380/220 В, кроме медленных процессов отклонения и колебания напряжения, происходят возмущения напряжения (помехи), при которых напряжение превышает пределы, установленные ГОСТом. Помехи подразделяют на кратковременные (импульсные), длительностью от сотых долей единиц периода, и длительные, длительностью от единиц до нескольких периодов частоты 50 Гц.
Длительные помехи проявляются в виде провалов и перенапряжений.
Провал напряжения процесс изменения переменного напряжения, при котором, по крайней мере, в одном полупериоде, амплитуда напряжения становится меньше нижнего предельно допустимого значения 11п.
Перенапряжение процесс изменения переменного напряжения, при котором, по крайней мере, в одном полупериоде, амплитуда напряжения становится больше нижнего предельно допустимого значения.
Внезапное отключение (полный провал) провал, при котором, по крайней мере, в течение одного полупериода, напряжение равно нулю.
Длительность процесса (провала или перенапряжения) интервал времени между серединой полупериода, в котором амплитуда напряжения вышла за пределы 11п 11в и серединой полупериода, в котором амплитуда напряжения стала номинальной.
Такие помехи в сети питания возникают по нескольким причинам. В первую очередь, вследствие работы автоматических сетевых прерывателей при пере грузках или коротких замыканиях. Перерывы питания могут составлять более 0,5 с. Длительные помехи могут быть вы званы также включением мощных асинхронных электродвигателей, перегоранием плавких вставок, влиянием грозовых разрядов.
Перенапряжения происходят значительно реже, ем провалы напряжения. Они не приводят к ложным срабатываниям аппаратуры ОПС. Возникновение длительных помех одновременно на нескольких фазах сети событие боле редкое, чем на одной фазе. На электрических подстанциях большое количество перерывов питания происходит в процессе поиска места короткого замыкания фидера, когда производится неоднократное включение и отключение питания с целью локализации места повреждения.
Воздействие импульсных помех на входы питания приводит к отказам аппаратуры ОПС (выходу из строя комплектующих электрорадиоэлементов). Эффективным средством защиты аппаратуры ОПС в этом случае являются фильтры.
Амплитуда кратковременной импульсной помехи является случайной величиной, поскольку зависит от многих факторов: импеданса нагрузки (например, индуктивности обмотки электродвигателя) при ее подключении к сети, момента коммутации по отношению к фазе напряжения, величины энергии, запасенной в нагрузке при ее отключении от сети.
Импульсные и длительные помехи в распределительной сети возникают вследствие ее повреждений (нарушение изоляции, обрыв проводников, короткое замыкание и т.д.), а также при срабатывании устройств автоматического включения резерва (АВР).
Действие помех в сети электропитания проявляется в изменении (уменьшении или увеличении) амплитуды напряжения в течение 106 1,5 с.
Воздействие помех из сети электропитания проявляется:
— в изменении чувствительности аппаратуры;
— в кратковременном или длительном нарушении работоспособности аппаратуры;
— в возникновении переходных процессов на пультовых контактах. Последствия действия помех из сети электропитания зависят как от типа используемой аппаратуры, так и от структуры рубежа сигнализации.
При оборудовании объектов техническими средствами ОПС, рациональный вы бор изделий с определенными показателями помехозащищенности позволяет обеспечить допустимый уровень ложных срабатываний по сети электропитания. Для обеспечения необходимого уровня помехозащищенности, аппаратура ОПС должна удовлетворять требованиям, приведенным в таблице 1.
Для того чтобы правильно выбрать параметры помехозащищенности аппаратуры ОПС, используемой для охраны объекта, необходимо оценить длительность прерывания (или провала) электропитания в линии при возникновении короткого замыкания (КЗ) в одной из отходящих от трансформаторной подстанции (ТП) линий.
Для оценки длительности прерывания питания (таблица 2) необходимо знать номинальную мощность трансформатора, от которого осуществляется питание охраняемого объекта, и номинальные токи плавких вставок, используемых для защиты отходящих от ТП линий. Расчет производится для КЗ в отходящей линии, для защиты которой используется плавкая вставка с наибольшим номинальным током.
Пример. Необходимо оценить длительность прерывания питания на охраняемом объекте, электропитание которого осуществляется от трансформатора мощностью 250 кВА. Номинальные значения токов плавких вставок, используемых для защиты трех отходящих от ТП линий, равно 50, 80, 150 А. Линия, используемая для электропитания охраняемого объекта, имеет номинальный ток плавкой вставки, равный 50 А.
Решение. Длительность прерывания электропитания определяем для самого неблагоприятного случая КЗ в отходящей линии, защищаемой предохранителем с плавкой вставкой, но минимальным током 150 А. По таблице 1 находим для трансформатора мощностью Р=250 кВА и для плавкой вставки Iном=150 А длительность пребывания электропитания tпор составляет 50 мс.
Таким образом, длительность прерывания (провала напряжения) электропитания на охраняемом объекте в самой неблагоприятной ситуации (КЗ в отходящей линии с номинальным током плавкой вставки 150 А) не превышает 50 мс.
При возникновении КЗ во внутренней проводке здания наибольшая помехозащищенность аппаратуры ОПС достигается при питании аппаратуры непосредственно от вводного распределительного устройства. С этой целью рекомендуется использовать шины щита эвакуационного (аварийного освещения), а при его отсутствии шины групповых щитов рабочего освещения.
Групповые ложные тревоги могут возникать, во-первых, в результате воздействия длительных помех из сети электропитания на источник питания системы передачи извещения (ИП СПИ), установленный на АТС, или на объектовую аппаратуру. Количество поступивших ложных тревог за висит от места возникновения аварии в системе электроснабжения. Если она произошла в электроснабжающих сетях, сигнал тревоги поступает с охраняемых объектов всего района. Аварии в питающих линиях напряжением 6 10 кВ обусловливают срабатывание АВР, установленного на распределительный пункт (РП), что ведет к прерыванию питания охраняемых объектов, питающихся от данного РП. При авариях на ТП возможны срабатывания аппаратуры ОПС, установленной на охраняемых объектах и подключенных к данной ТП. При прерывании электропитания ИП СПИ по всем пультовым номерам данной СПИ выдается сигнал "Тревога". В этом случае определить причину групповой тревоги нетрудно. После установления ее причины объекты повторно берутся под охрану.
Во-вторых, групповые ложные тревоги на пульте централизованного наблюдения (ПЦН) могут возникнуть при проведении регламентных работ на кроссе АТС, в распределительных шкафах, коробках и на других объектах.
Воздействие длительных помех из сети электропитания, проведение регламентных работ или ремонтных работ на кроссе АТС или телефонных линиях могут не приводить к возникновению тревог по всем пультовым номерам. Тревоги могут объединяться в группы (пачки по несколько пультовых номеров на одном или разных пультах), в этом случае бывает довольно сложно определить истинную причину их возникновения. Иногда одновременно возникают по две три тревоги с разных объектов.
Восприимчивость аппаратуры к импульсным помехам связана с наличием индуктивной связи цепей вторичного питания с первичной обмоткой 220 В, паразитной емкостью между проводами первичного питания и аппаратурой.
Для уменьшения влияния импульсных помех может использоваться экранирование между первичной и вторичной обмотками силового трансформатора и участков сети питания, находящихся внутри аппаратуры. Эффективным средством защиты аппаратуры от импульсных помех являются сетевые фильтры нижних частот на вводах первичного питания.
Фильтр (рис.1) содержит по одному LC звену в фазовом и нулевом проводах. Индуктивность каждой из встречно включенных обмоток режекторного дросселя составляет 2 мГн. Емкость конденсатора С1 равна 0,44 мкф, емкость конденсатора С2 равна 0,01 мкф. Параллельно конденсатору С1 включен разрядный резистор сопротивлением 1 МОм. Обмотки дросселя, выполненные из медной ленты размером 0,3×10 мм, намотаны на общем ферритовом сердечнике М 2000 Ш12×15. Емкости С1 и С2 представляют собой два параллельно соединенных комбинированных помехоподавляющих конденсатора типа К75 37. В фильтре нет проводного монтажа, все соединения выполнены непосредственно на выводах комплектующих деталей.
Габариты фильтра 50x50x135 мм, масса не более 0,8 кг. Прямоугольные импульсы длительностью 1 мкс в направлении "сеть — устройство" снижаются в 27 35 раз.
Схема подключения фильтра к аппаратуре ОПС дана на рисунке 2. Исследования показали, что аппаратура ОПС устойчива к воздействию кратковременных импульсных помех из сети питания (амплитуда до 1000 В, длительность 1 мкс, форма импульсов прямоугольная). Однако при работе аппаратуры на объектах возможно воздействие импульсных помех, выходящих за пределы указанных пара метров. Поэтому на объектах, подверженных сильному влиянию помех из сети питания, рекомендуется использовать сетевой фильтр.
В заключение необходимо сказать следующее. Надежность функционирования аппаратуры ОПС зависит от многих факторов: технической укрепленности объекта, помех из сети электропитания, световых, ультразвуковых помех и др. Помехи из сети электропитания являются одним из основных факторов, влияющих на надежность работы аппаратуры. Действие помех обусловливает выдачу сигнала "Тревога" с восстановлением или без восстановления работоспособности рубежа сигнализации. Восприимчивость аппаратуры ОПС к помехам из сети сигнализации может быть вызвана тремя причинами:
— нерациональным структурным построением рубежной сигнализации;
— низкой помехозащищенностью аппаратуры ОПС;
— высоким уровнем помех из сети электропитания.
О.Я. Рыбаков
