автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обеспечение электромагнитной совместимости технических средств по импульсным помехам в судовых электротехнических системах

На правах рукописи

О*

Воршевский Александр Алексеевич

□ОЗ163435

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ > ПО ИМПУЛЬСНЫМ ПОМЕХАМ В СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Специальность 05 09 03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 4ЯНВ 2000

Санкт-Петербург 2007

003163435

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» (СПб ГМТУ) на кафедре электротехники и электрооборудования

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Коровкин Николай Владимирович

Ведущая организация - ФГУП НПО «Аврора»

Защита диссертации состоится 18 февраля 2008 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 228.03 Санкт-Петербургского государственного морского технического университета по адресу 190008, Санкт-Петербург, ул Лоцманская, 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Автореферат разослан 28 декабря 2007 г

доктор технических наук, с н с, Свядощ Евгений Александрович

доктор технических наук, профессор Фоминич Эдуард Николаевич

Ученый секретарь профессор

А П Сеньков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Импульсные помехи (ИП) являются наиболее значимым для современных судовых технических средств (ТС) видом помех, способным привести к выдаче ложных команд, изменениям информации, зависанию и даже к разрушению оборудования Подавляющее большинство современных судовых средств навигации, радиосвязи, автоматизации и управления содержит цифровые узлы или схемы, по принципу своего действия восприимчивые к ИП Нарушение нормальной работы оборудования ходового мостика непосредственно влияет на безопасность мореплавания Практика обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) на судах требует обязательного учета возникновения, распространения и воздействия ИП на всех этапах создания судовых ТС, при проектировании, постройке и сдаче судна.

Резолюция Международной морской организации ИМО А 813(19) требует обеспечения ЭМС судового электронного и электротехнического оборудования как важной составной части безопасности мореплавания Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море (Конвенция СОЛАС) в новой главе 5 ("Безопасность мореплавания") подчеркивает, что оборудование, устанавливаемое на судах, должно отвечать требованиям ЭМС

Цель работы. Разработка основ теории, методов и средств обеспечения ЭМС электронного и электротехнического оборудования в судовых электротехнических системах (СЭС) по импульсным помехам

Основными задачами исследования явились

- определение закономерностей возникновения и распространения ИП в СЭС,

- разработка вероятностных методов расчета амплитуд ИП,

- прогнозирование значений параметров ИП для типовых случаев,

- оценка восприимчивости судового электронного оборудования к ИП,

- разработка методов и средств снижения ИП в СЭС и защиты от них ТС,

- разработка методик измерений ИП и средств испытаний на помехоустойчивость,

- создание испытательной лаборатории для сертификации судовых ТС

Объект исследования. Импульсные помехи в СЭС

Предмет исследования. Процессы возникновения, распространения и воздействия ИП, методы и средства решения проблемы ЭМС по ИП в СЭС

Методы исследования Математическое моделирование импульсных процессов в цепях с распределенными и сосредоточенными параметрами Расчеты на ЭВМ в сочетании с натурными экспериментами на судах, на промышленных предприятиях и экспериментами на электродинамических моделях Генетический алгоритм при поиске экстремальных значений амплитуды ИП Вероятностные методы с применением функций со случайными аргументами и положений математической статистики Разработанный импульсный метод измерения параметров электромагнитных связей Применение разработанных средств испытаний

Научная новизна Разработана математическая модель расчета ИП в СЭС Предложен упрощенный метод оценки параметров ИП при детерминированных условиях коммутации Получены значения параметров помех для типовых случаев Разработаны методы определения вероятностных характеристик амплитуды ИП

Определены волновые параметры судовых электротехнических кабелей и параметры электромагнитных связей цепей для расчета ИП Определены уровни устойчивости образцов судового электронного оборудования к ИП Получены экспериментальные данные о параметрах ИП на судах

Практическая ценность Модели возникновения и распространения ИП, полученные теоретически и эксперимешипыго характеристики ИП обеспечивают исходными данными работы по стандартизации в области ЭМС Разработанные методы и средства обеспечения ЭМС по ИП позволяют достичь соответствия ТС заданным требованиям Разработанные методики измерения позволяют определять помеховую обстановку в СЭС, волновые свойства электрических сетей, электромагнитные связи цепей в реальных судовых условиях Разработанные имитаторы, методики их аттестации и методики проведения испытаний обеспечивают лаборатории России средствами испытаний на устойчивость к помехам Полученные научные и практические результаты применимы в учебном процессе подготовки специалистов по электротехническим и приборостроительным специальностям

Реализация результатов работы.

Разработанные предложения по совершенствованию требований Российского морского регистра судоходства (РМРС) по ЭМС учтены в новых публикациях «Правил классификации и постройки морских судов Часть IV Радиооборудование Часть V Навигационное оборудование», «Правил технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов»

Созданная испытательная лаборатория аккредитована РМРС с 1992 года (свидетельства 92038011, 98005011, 0200001 011, 0600998011) как технически компетентная в отношении испытаний по ЭМС в соответствии с требованиям РМРС

Методики испытаний на соответствие требованиям РМРС и ГОСТ Р 50746-2000 по ЭМС применены при проведении испытаний продукции, результаты испытаний и разработанные рекомендации по помехозащите внедрены на ФГУП НПО «Аврора»

Разработанные программы и методики аттестации имитаторов помех утверждены и применяются при аттестации испытательного оборудования в ФГУ «Тест-Санкт-Петербург»

Разработанные имитаторы ИП выпущены и поставлены в следующем количестве имитаторы ИИП-1000, ИИП-4000, ИИП-4000Д, ИИП-10000 по ГОСТ Р 513174 5 -более 100 шт, имитаторы пачек помех ИПП-4000 по ГОСТ Р 51317 4 4 - более 100 шт, имитаторы ИИП-4000КЗП, ИИП-2500У по ГОСТ Р 51317 4 12 - более 20 шт, имитаторы магнитного поля ИМП-1000 по ГОСТ Р 50649, ГОСТ 50652 - 10 шт

Разработанные средства испытаний поставлены и используются на следующих предприятиях "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ), г Москва, НПП "Прорыв", г Петрозаводск, ПГУ путей сообщения, г Санкт-Петербург, НИИ "Радио", г Москва, FF-Automation, г Хельсинки, ФГУП ЛО НИИР, г Санкт-Петербург, ВНИИ противопожарной обороны МЧС РФ, г Санкт-Петербург, ОАО «ЧНППП "ЭЛАРА"», г Чебоксары, ГУП "Гипротранссигналсвязь", г Санкт-Петербург, AHO НТЦ "Норма", г Санкт-Петербург, Санет-Петербургский электротехнический завод, ГУП «Омское производственное объединение "Иртыш"», г Омск, ПО "Квант", г Новгород, ООО "ТКС", г Санкт-Петербург, Красноярский ЦСМ и С, ГУ Сертификационный центр "ПРОДЭКС", г Москва, ГУП "Сертификационный испытательный центр", г Санкт-Петербург, НПП "ЭКРА",

г Чебоксары; НПКП "Стандарт-Сервис", г Ивано-Франковск, ФГУП ЦНИИ "Электроприбор", г Санкт-Петербург, ОАО "Радиоавионика", г Санкт-Петербург, ЗАО "Институт сотовой связи", г Москва, Государственный ПО "Боткинский завод", г Воткинск, ЗАО «Научно-производственное предприятие "ТОРМО"» г Екатеринбург, ФГУП "Нижегородский завод им МВ Фрунзе", г Нижний Новгород, ООО «НЕСАН», г Томск, ЗАО «Аргус-Спектр», г Санкт-Петербург, ООО НПФ "Гейзер", г Юбилейный Московской обл, ОАО «Пятигорский завод "Импульс"», ОАО «Фирма "ОРГРЭС"», г Москва, «Производственное объединение "Старт"», г Заречный Пензенской области, ООО "Инкотекс", г Москва, РУП "Белэлектромонтажналадка", г Минск, НТЦ "Механотроника", г Санкт-Петербург, ЗАО Инженерно-техническая фирма "Системы и технологии", г Владимир, ОАО "Чебоксарский электроаппаратный завод", ЗАО СНПО «Импульс», г Северодонецк, ООО "Телекарт-прибор", г Одесса, ООО НПО "Энергопром-инжиниринг", ОАО Завод измерительных приборов "Энергомера", г Невинномысск, ОАО "Морион", г Пермь, ФГУП НИИ "Полюс", г Москва, ФГУП НПО "Аврора", г Санкт-Петербург, ВНИИР, г Чебоксары, ООО "ПромАвтоматика", г Санкт-Петербург, ООО "Центр испытаний и экспертиз", г Екатеринбург, ООО "АББ Автоматизация", г Чебоксары, ФГУ "Воронежский ЦСМ", ОАО "Дивногорский завод низковольтной аппаратуры", г Дивногорск, ОАО РНИИ "Электронстандарт", г Санкт-Петербург, ООО "Росток-ВЦ", г Киев, ООО НПП "Югпромавтоматизация", г Ростов-на-Дону, ООО "ЭПОТОС", г Москва, ООО "Альянс-Профит" г Санкт-Петербург, ООО "ИТЦ", г Санкт-Петербург, ООО «Производственное объединение "ОВЕН"», г Москва, ООО "ЛЭМЗ-Электроника", г Санкт-Петербург, ВНИИ им Менделеева, г Санкт-Петербург, ЗАО "НЭСКО", г Нижний Новгород, ФГУП "ЭЗАН", г Черноголовка Московской области, ООО "Тест БЭТ", г Москва, ООО "СИСТЕЛ 2000", г Москва, ООО НПО "Мир", г 0мск-105, ООО "Инфотэкс Автоматика Телемеханика", г Екатеринбург, Центр "Укрчастотнагляд", г Киев, ТОО "КАЗЭКСПОАУДИТ", г Алматы, ФГУП «ГРЦ "КБ им акад В П Макеева"», г Миасс, ЗАО "Светлана-Оптоэлектроника",

г Санкт-Петербург, ФГУ "Нижегородский ЦСМ", г Нижний Новгород, ООО СЗНТЦИС "Регламентсерт", г Санкт-Петербург, "Томская электронная компания", г Томск, ОАО СКБ ВТ "Искра", г Санкт-Петербург, ООО НПФ "СВИТ", г Гатчина, ООО "Испытательный центр технических и программных средств железнодорожного транспорта", г Москва, ФГУП НПП "Алмаз", г Саратов

Разработанное устройство имитации помех УИП, ИНЛЖ103 3 362 001 используется в ОАО "НИИ ТМ" для испытаний ТС космического назначения

Комплект поставленного испытательного оборудования обеспечивает возможность проведения сертификационных испытаний по ЭМС на соответствие Правилам РМРС и ГОСТ Р 50746 в ФГУП "Электроприбор"

Созданная в ООО "ЭЛЕМКОМ" под руководством А А Воршевского испытательная лаборатория по электромагнитной совместимости аккредитована Российским Морским Регистром судоходства (№ 06 00998 011 до 21 062011 г), Российским Речным Регистром (№2621 до 20 02 2009 г), Минтрансом РФ (№ АКР0103-18 РМФ до 01 03 2011 г) и имеет лицензию Госатомнадзора России (СЕ-12-101-1578 до 10 02 2008 г) Разработанные методики испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС применяются при проведении испытаний судовых технических средств и оборудования атомных станций

Разработанная "Программа и методика испытаний по электробезопасности и электромагнитной совместимости электрооборудования, установленного на судне специального назначения', ИНЛЖ 001877 001 ПМ одобрена Российским Речным Регистром и применена при проведении испытаний оборудования на заказе ОАО «Судостроительный завод "Северная верфь"» Результаты проведенных испытаний электрооборудования на ЭМС на судне специального назначения и разработанные рекомендации позволили обеспечить требуемую помехоустойчивость систем судна

Разработанные на основе результатов проведенных научных исследований учебные программы дисциплин "Электромагнитная совместимость электрооборудования", "Электромагнитная совместимость судовых технических средств" впервые в России включены в учебные планы специальностей 1404, 1406 с 1988 года Созданная испытательная лаборатория, разработанные учебные лабораторные стенды по ЭМС, компьютерные мультимедиа программы "Испытания на помехоустойчивость", "Экранирование", "Наведенные напряжения", сайт www elemcom ru, опубликованные в СПб ГМТУ в соавторстве 3 учебных пособия по ЭМС, методические указания к лабораторным работам по ЭМС, первый в России учебник «Электромагнитная совместимость судовых технических средств» по направлениям 652900, 552600 обеспечивают учебный процесс по ЭМС дисциплинам и дают выпускникам СПб ГМТУ самые новейшие знания и умения в области электромагнитной совместимости

На защиту выносятся'

- разработанные упрощенные схемы замещения для расчета микросекундных ИП,

- гистограммы плотностей вероятностей амплитуды ИП,

- данные об амплитудах ИП в точке возникновения в СЭС,

- разработанные модели распространения ИП по кабелю, учитывающие потери в кабелях, волновые эффекты при распространении по сети, при переходе через распределительные щиты, участки неоднородности,

- значения параметров судовых кабелей и СЭС в целом, необходимые для расчетов ИП,

- оценки максимальной величины амплитуды ИП на удаленной от места возникновения помехи точке сети и условия их возникновения,

- определенные максимальные значения наведенных ИП в кабельной трассе с кабельными соединителями и токовводами,

- оценки эффективности фильтров для защиты от микросекундных и наносекундных ИП с учетом паразитных параметров элементов,

- импульсный метод измерения параметров связи кабелей, параметров трансформаторов и устройств гальванической развязки,

- предложения по совершенствованию документов РМРС,

- принципы и приоритеты, предлагаемые к использованию при проведении работ по обеспечению ЭМС,

- комплект имитаторов помех, разработанный для проведения испытаний на устойчивость к ИП

Апробация работы. Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете на кафедре электротехники и электрооборудования Основное содержание докладывалось на международных симпозиумах по ЭМС в г Вроцлав, Польша (1986, 1988, 1990), г Нагоя, Япония

(\989), г Вашингтон, США (1990), г Пекин, Китай (1992, 1997), г Бордо, Франция (1594), г Севдаи, Япония (1994, 2004), г Альбукерк, США (1996), г Токио, Япония (19)9), г Стамбул, Турция (2003), г Эйндховен, Нидерланды (2004), г Санкт-Пет?рбург, Россия (2003, 2005,2007), на всесоюзных и общероссийских конференциях по ЭМС, проведенных в г Рига (1985), г Вильнюс (1986), г Москва (1986), г Новороссийск (1990), г Санкт-Петербург (1993,1996, 1998, 2000, 2002, 2004, 2006), на заседаниях секции "ЭМС в техно- и биосфере" Дома ученых имени М Горького РАН (2006,2007)

Публикации Основные материалы диссертации отражены в 76 научных публикациях В том числе 23 статьи, 35 докладов в трудах симпозиумов, 18 тезисов докладов Тридцать три работы выполнены в личном авторстве, доля автора в остальных от 25% до 75% В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК для докторских диссертаций, опубликованы 5 статей 2 - в личном авторстве, 3 - в соавторстве с долей автора от 33 до 50%

Личный вклад. В диссертации излагаются результаты, вклад в которые автора был существенным на всех этапах, включая постановку задачи, проведение теоретического исследования и непосредственное участие в экспериментах в лаборатории и на судах

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из 182 наименований и приложений Основная часть работы изложена на 400 страницах текста, включающего 337 рисунков и 74 таблицы

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дан обзор истории работ в области ИП в России и за рубежом, показан вклад автора в разработку темы, приведена структура работы

В первой главе рассмотрены вопросы прогнозирования параметров ИП в точке возникновения Разработаны модели для расчета микросекундных и наносекундных переходных процессов при включении нагрузок Учтено влияние удаленных элементов СЭС на параметры импульсных помех и влияние кабеля между включаемой нагрузкой и выключателем Определены возможные параметры ИП при однофазных коммутациях, при коммутациях в трехфазной сети и ИП при однофазных замыканиях на корпус Даны результаты экспериментального исследования ИП в точке возникновения

Импульсные помехи представляют собой импульсы напряжения, наложенные на рабочее напряжение в сети и приложенные к техническим средствам симметрично или несимметрично ИП сопровождаются также импульсами тока Основными источниками ИП на судах являются штатные и аварийные коммутации, работа отдельных потребителей электроэнергии, внешние электромагнитные воздействия

При включении нагрузки возникает ИП амплитудой UH, длительность фронта которой может быть менее 10 не Импульс содержит как компоненты микросекундного диапазона длительностей (рис 1,а), так и длительностью в десятки-сотни наносекунд (рис 1,6)

Рис 1. Изменения напряжения в сети при включении нагрузки в масштабе а) - микросекундном, б) - наносекундном

Реальная судовая электротехническая система содержит большое количество элементов, соединенных кабелями в единую сеть Для точного расчета ИП требуется знание волновых параметров всех элементов и кабелей, их геометрическое расположение, данные о прокладке каждого кабеля в кабельных трассах Для оценки наиболее значимых параметров ИП (максимальной амплитуды, возможных длительности импульсов и длительности фронта) необходимы упрощенные методы расчета, не требующие полной информации о СЭС

Замыкание контактов выключателя Э приводит к возникновению переходного процесса и изменению напряжения в точке коммутации (рис 2,а) Параметры начального изменения напряжения в основном определяются сверхпереходной индуктивностью генераторов, волновыми сопротивлениями кабелей и параметрами включаемой нагрузки

Расчет изменения напряжения в наносекундном диапазоне длительностей может быть выполнен методом распространяющихся волн, при котором кабели замещаются длинными линиями с распределенными параметрами (волновое сопротивление Ъ, длина /, скорость распространения V), а другие потребители - волновыми сопротивлениями Ън

Моделирование влияния удаленных нагрузок на процесс возникновения ИП показало, что для микросекундных длительностей их можно заменить цепями с сосредоточенными параметрами, рассчитанными по приведенным в работе формулам Кабель с высокоомной нагрузкой может быть заменен ЯС-цепыо, параметры которой зависят от волнового сопротивления кабеля, нагрузки и длины кабеля Кабель с низкоомной нагрузкой может быть заменен ЯЬ-цепыо, параметры которой зависят от волнового сопротивления кабеля, нагрузки, источника помех и длины кабеля

В большинстве случаев волновое сопротивление удаленных от точки коммутации трансформаторов, асинхронных двигателей, реакторов, индуктивных элементов фильтров, как правило, больше волнового сопротивления кабелей При этом условии кабель увеличивает длительность фронта формируемой импульсной помехи При низком волновом сопротивлении нагрузки, что справедливо для низкоомной активной нагрузки типа мощного нагревателя, кабель приводит к возрастанию амплитуды формируемой помехи по сравнению с отсутствием кабеля Постоянно включенный в сеть конденсатор приводит к увеличению длительности фронта создаваемой при коммутации нагрузки импульсной помехи и снижению ее амплитуды Группа

радиально расходящихся от точки возникновения помехи кабелей разной длины с нагрузками на концах дает некоторый усредненный эффект по сравнению с одиночным кабелем Увеличение разброса в длине кабелей и увеличение их числа способствует сглаживанию переходной характеристики и приближению ее к обычной экспоненциальной кривой

Импульсные помехи микросекундной длительности могут быть приближенно оценены с помощью разработанной автором схемы замещения (рис 2,6), которая содержит индуктивность Ь=10 100 мкГн, отражающую индуктивность генераторов и кабелей, и сопротивление Я=5 50 Ом, определяемое волновыми сопротивлениями кабелей и нагрузок в СЭС Эквивалентная емкость С обычно не превышает 10 нФ и учитывается для расчета помех при включении конденсаторов с соизмеримой емкостью Сравнение результатов расчетов, выполненных по схеме замещения, с результатами экспериментов на судах показывает, что погрешность определения амплитуды и длительности микросекундных ИП не превышает 20%

Кабель между включаемой низкоомной нагрузкой и распределительным щитом снижает амплитуду помехи и увеличивает длительность ее фронта по сравнению с прямым включением нагрузки

Максимально возможная амплитуда ИП в точке возникновения при включении большинства нагрузок не превышает амплитудного значения номинального напряжения иш, при коммутации трехфазной батареи конденсаторов может достигать 2,4ит, а для некоторых условий - 4,4ит При включении трехфазной нагрузки из-за неодновременности замыкания контактов выключателя возникает несколько ИП Рассмотрены все варианты замыкания и размыкания контактов Однофазное дуговое замыкание на корпус может создать ИП более четырех амлитудных значений фазных напряжений с большой несимметричной составляющей

Амплитуда ИП в сети при отключении индуктивной нагрузки в основном определяется свойствами дуги между расходящимися контактами выключателя и при использовании существующих судовых коммутационных аппаратов не превосходит амплитуды фазного напряжения Генерируемая пачка импульсных помех содержит десятки-сотни импульсов, а длительность пачки может превышать 500 мкс Максимальная измеренная частота следования импульсов составляет 13 МГц Зафиксированы случаи перехода дуги в тлеющий разряд с последующим многократным зажиганием дуги и возвращением к тлеющему разряду

Длительность ИП при коммутациях принимает значения от долей до десятков микросекунд, а длительность фронта ИП — от 10 не до единиц микросекунд Максимальная амплитуда ИП в точке возникновения в СЭС с номинальным значением напряжения 380 В может достигать 1400 В Это значение превышает амплитуду импульса напряжения 1 кВ, рекомендуемого МЭК 60945 для испытаний судового оборудования на устойчивость к микросекундным ИП

Результаты проведенного экспериментального исследования ИП на судах различного водоизмещения и назначения (полярный ледокол «Красин», сухогруз «Сестрорецк», научное судно «Академик Александр Карпинский», плавбаза «Ленинский путь», плавучие краны «Богатырь», «Волгарь», буксиры «Дионисо» и «Ераклий») подтвердили справедливость принятых в настоящей работе допущений и правильность полученных теоретических выводов

сг, ©—

Яг ©-

Б /

-И

н„ 1ш

1,„ Н„

1,„ Н,„

нц

Я=|=С и |"н |

Н„

б)

Нз

а)

Рис 2 Схемы для расчета ИП а) - структура СЭС, учитывающая распределительные щиты второго и третьего уровня, б) - упрощенная схема замещения для расчета

микросекундных ИП

Во второй главе рассматриваются вероятностные характеристики амплитуды ИП, методы их определения, проводится прогнозирование распределения амплитуды ИП в СЭС методом статистических испытаний и результаты их экспериментального исследования, рассматривается подход к разработке требований к защищенности оборудования от ИП на основе вероятностных характеристик

Импульсные помехи в СЭС с точки зрения теории вероятности могут быть представлены как случайный импульсный поток со случайными временами появления и случайными величинами параметров каждого импульса Малая длительность ИП по сравнению с интервалом времени между коммутациями в судовой сети позволяет определить ИП в СЭС как поток с взаимно неперекрывающимися во времени импульсами (ординарный поток)

Случайный импульсный поток ИП в СЭС состоит из суммы потоков ИП, возникающих при коммутациях 1-го потребителя электроэнергии или электрической цепи Частота следования ИП Г связана с частотой ИП в отдельных потоках £

N

формулой Г = £ Г , где N - количество отдельных потоков, равное количеству 1=1

коммутируемых цепей и потребителей в СЭС Практически интерес представляют импульсы, параметры которых удовлетворяют неравенству А„>Апь где А„{ -фиксированная величина параметра, например, величина, допустимая для конкретного электронного оборудования

Частота следования импульсов, параметры которых удовлетворяют неравенству, может быть определена по формуле

ЦА > А = Г / р(Лп>1А; п п Г .

п

'пГ

где р(А„) - плотность вероятностей параметра А„

Для определения этой частоты необходимо знать частоту коммутаций в сети í и плотность вероятностей параметра Ап

При инженерных расчетах величины £ могут быть ориентировочно заданы, исходя из средних значений количества включений и выключений в единицу времени каждого типа судовых потребителей электроэнергии

Плотность распределения вероятностей параметра А„ выражается через плотность распределения р,(А„) для коммутации 1-й цепи или потребителя следующим образом

Таким образом, определив плотности вероятностей параметров ИП на шинах главного распределительного щита (ГРЩ) при включениях и отключениях каждого судового потребителя электроэнергии и электрических цепей, а также, зная частоту этих коммутаций, можно рассчитать вероятностные характеристики ИП, необходимые для обоснования требований к защищенности от ИП судового электронного и электротехнического оборудования

Основным параметром, определяющим степень опасности ИП для электронной техники, является амплитуда За показатель защищенности электронного оборудования также принимается максимальная амплитуда импульсов напряжения определенной формы, при воздействии которых оборудование работает без сбоев

При коммутациях в трехфазной сети одновременно возникают ИП, наложенные на фазные и линейные напряжения Амплитуды ИП на фазах связаны между собой полученными определенными соотношениями, что дает возможность сократить число величин, подлежащих статистическому исследованию или измерению В качестве базовых величин принимаются амплитуды ИП между фазами и корпусом, т к они учитывают как симметричную, так и несимметричную составляющие

Частота появления ИП, амплитуда которых превышает заданную величину, требуемая для разработки требований к защищенности оборудования от ИП, может быть определена путем проведения достаточного большого объема измерений на судах или расчетным путем на основе плотностей вероятностей амплитуды ИП, при включении типичных нагрузок

Амплитуда ИП при коммутации конкретной цепи или нагрузки зависит от волновых параметров сети и цепи (нагрузки), а также от угла коммутации а, последовательности коммутации контактов выключателя и от временных задержек между коммутацией контактов (углов Р и у) Углы а, |3, у и последовательность коммутации контактов при каждом включении или отключении цепи являются случайными величинами Аналитически получены выражения для расчета плотности распределения вероятностей амплитуды ИП для ряда случаев коммутации Плотности вероятностей амплитуды ИП при коммутациях нагрузок цепей, аналитическое определение которых затруднено, найдены методом статистических испытаний (методом Монте-Карло) Для получения каждого графика проведен расчет до 1000000 реализаций

Вероятностные характеристики амплитуды ИП определяются на ЭВМ для возможных вариантов коммутации нагрузок, рассмотренных в главе 1, с учетом возможного разброса момента замыкания и размыкания контактов выключателя (рис 3,а) Оценено влияние математического ожидания момента запаздывания замыкания контактов m(ß) и среднеквадратического отклонения a(ß), емкости сети Сс на плотности распределения вероятностей амплитуды ИП и статистические оценки амплитуды Получены десятки графиков соответствующих зависимостей (рис 3,6)

а) б)

Рис 3 Вероятностные характеристики ИП а) - плотности распределения вероятностей амплитуды ИП на фазах относительно корпуса для случаев включения

трехфазных емкостных цепей, б) - зависимости математического ожидания, среднеквадратического отклонения и максимальной амплитуды ИП от относительной емкости включаемой батареи конденсаторов

Экспериментальные вероятностные характеристики амплитуды ИП определяются путем измерения амплитуды при многократных включениях и выключениях нагрузок с последующей статистической обработкой результатов измерений, а также методом длительных пассивных измерений Для измерений амплитуды ИП в сети переменного тока используются регистратор VRI01 фирмы Fluke, цифровые осциллографы TDS 1022, TDS2024 фирмы Tektronix, анализаторы АИП-С Гистограмма плотности распределения амплитуды ИП определяется на основе массива результатов измерений методом статистической обработки Определены экспериментальные графики для сотен коммутаций конденсаторов, резистивных нагрузок, катушек индуктивности Подтверждены экспериментально теоретические выводы Оценено влияние тока отключаемой нагрузки и типа выключателя на вероятностные характеристики амплитуды ИП в сети и на отключаемой нагрузке Например, получено, что практически отсутствует корреляция между максимальным напряжением на катушке и максимальной амплитудой ИП в сети из-за того, что амплитуда ИП определяется процессом горения дуги, а максимальное напряжение на катушке - процессом после погасания дуги Получены графики для плотности распределения амплитуды ИП для однофазного замыкания на корпус и коммутации нагрузок на судах

Включение трехфазных активных нагрузок создает ИП со следующими вероятностными характеристиками m=(0,55-0,63)UHM, (Т=(0,16-0,21 )U(, м Причем

б»льшей величине временного разброса замыкания контактов соответствует меньшее зшчение га и большее значение а Полученные результаты справедливы также для слутая включения незаряженной емкостной трехфазной цепи, если положить ии м=иф м Включение трехфазной батареи конденсаторов с изолированной средней точк»й, заряженной при предшествующем отключении, дает т=(0,78-0,89)11® м, -0,62)ифщ, ^тл<2,36\1фи Наибольшая амплитуда ИП в сети наблюдается при коммутации заряженных емкостных цепей, включенных между фазами и корпусом при Сн»Сс т=1,7иф м,

м. ^ м~4,4иф м Однофазные замыкания на корпус создаю! несимметричные ИП до 1200 В, при этом на замыкаемой фазе т=(1,2-1,3)ифм, о=0,5иФ№ на остальных фазах т=(1,7-1,9)ифм, о=(0,6-0,8)иФМ Погрешность экспериментального определения характеристик не превышает 15% с доверитея,ной вероятностью 0,997

Натурные эксперименты подтвердили возможность появления на ГРЩ ИП с амплитудой до 1200 В Частота следования ИП с амплитудой более иФМ на обследованных судах не превышает одного раза в сутки

В судовой сети с номинальным напряжением 380 В на ГРЩ частота следования импульсных помех с амплитудой, превышающей 1000 В, составляет единицы в год и связана в основном с аварийными процессами, а частота появления импульсов с амплитудой более 2000 В близка к нулю Правила РМРС регламентируют устойчивость судового оборудования, устанавливая обязательные испытания наносекундными и микросекундными ИП амплитудой 2 и 1 кВ При обеспечении устойчивости оборудования к ИП с амплитудой 1 кВ возможен сбой в его работе с вероятностью порядка нескольких процентов при однофазных замыканиях на корпус или разрядах молнии При повышении требований по устойчивости судового оборудования до 2 кВ вероятность его сбоев приближается к нулю

После установки на судно электронного и электротехнического оборудования его работоспособность в условиях реальных ИП может быть проверена в многократно повторяемых режимах дуговых замыканий одной фазы сети на корпус или с помощью разработанных имитаторов ИП

В третьей главе определяется изменение параметров ИП при распространении в системе, учитывается распространение ИП вдоль кабельной трассы, распространение помех излучением, возникновение наведенных напряжений в кабельной трассе, приводятся результаты экспериментального исследования

При обеспечении ЭМС необходимо принимать во внимание не только параметры помех в месте возникновения, но и изменение параметров при распространении до восприимчивой к помехам аппаратуре Импульсные помехи распространяются от точки возникновения по общей сети питания, через элементы СЭС, такие как распределительные щиты, трансформаторы, фильтры, через гальванические развязки, электромагнитные связи кабелей в трассе (рис 4)

Распространение ИП по кабелям носит волновой характер, так как длительность фронта помех соизмерима со временем пробега электромагнитных волн по судовым кабелям

В начале главы дан обзор существующих современных методов расчета распространения помех, включая топологический подход Ваит-Ьш-ТезсЬе и супертеорию линий передачи ТЬБТ В работе поставлена задача получения упрощенных моделей, пригодных для оценочных расчетов при отсутствии полной информации о системе

ГРЩ

Рис 4 Распространения импульсных помех в СЭС от точки возникновения (точка включения нагрузки Н у ГРЩ) до электронного оборудования ЭО, где СК, ИК -соответственно силовой и информационный кабели, РЩ - распределительный щит, Т - трансформатор, Ф - фильтр, Д - датчик, ГР - устройство гальванической развязки

Полученные выражения, описывающие изменения напряжения при распространении, учитывают потери в кабелях, волновые эффекты при распространении по сети, при переходе через распределительные щиты, участки неоднородности, такие как разделка кабелей и изменение высоты прокладки, и позволяют определить амплитуду, длительность и фронт ИП на оборудовании, удаленном от источника ИП В частности, потери в проводниках приводят к появлению в переходной характеристике составляющей, описываемой интегралом

вероятности егсс

а потери в диэлектрике дают зависимость вида аг^(1/гд)

параметрами ее фронт

При формировании ИП в цепях с сосредоточенными описывается экспоненциальной функцией

В работе приведены необходимые для расчета значения параметров судовых кабелей, полученные теоретически и экспериментально, даны графики зависимостей волновых параметров от материала диэлектрика и геометрических особенностей кабелей Например, значение волнового сопротивления судового кабеля КНР уменьшается от 105 Ом для кабеля КНР с сечением 3x1 мм2 до 30 Ом для кабеля КНР с сечением 3x240 мм2 Постоянная тм уменьшается, постоянная тд изменяется мало, а их отношение т уменьшается от 250 до 10 при увеличении сечения кабеля от 3x1 мм2 до 3x240 мм2

Оценка погрешности моделей распространения наносекундных импульсов проводится путем расчета среднеквадратического отклонения теоретических кривых от экспериментальной кривой напряжения по 2500 точкам Сравнение расчетных кривых изменения напряжения на конце кабелей с экспериментами позволяет сделать вывод, что для кабелей длиной свыше 50 м более точный результат дает использование переходной характеристики затухания в металле, а для малых длин кабелей применима экспоненциальная зависимость Погрешность расчета ИП при распространении по кабелям длиной от 5 до 100 м не превышает 10% для симметричных помех и 20% для несимметричных помех

Наносекувдные ИП (5/50 не) при распространении в кабелях КНР длиной 100 м уменьшаются по амплитуде в 1,3-2,5 раза Увеличение длины кабеля и уменьшение

сечения приводит к уменьшению амплитуды и увеличению длительности фронта. Для кабеля длиной в несколько десятков метров длительность фронта импульса напряжения на дальнем конце растягивается до 0,1 мкс. С ростом длительности импульсов амплитуда на дальнем конце кабеля возрастает (рис. 5,а).

Микросекундные ИП (1/50 мкс) практически не изменяются за счет затухания по амплитуде при распространении по кабелям длиной до 100 м (рис. 5,6).

а) б)

Рис. 5. Распространение симметричных ИП по кабелю длиной 50 м: а) - напряжения на конце кабеля СМПВЭ 7x2,5 мм2 при подаче в его начало импульсов одинаковой амплитуды, но разных длительностей: 1 - 10 не; 2 - 30 не; 3 -

50 не; б) - напряжения на ближнем иБ и дальнем ид конце кабеля КНР 3x10 мм2

На судне волновое сопротивление кабелей изменяется из-за разделки кабеля, соединения различных кабелей в распределительном щите, а для распространения несимметричных ИП - также из-за изменения высоты прокладки кабеля над судовыми конструкциями. Полученные выражения позволяют оценить амплитуду напряжения на конце кабеля и в случае неоднородностей.

Наибольший вклад в изменение параметров ИП при распространении дают эффекты отражений и преломлений волн в точках изменения волнового сопротивления. Напряжение на удаленном оборудовании определяется также сопротивлением этого оборудования. На параметры наносекундных ИП оказывает влияние даже разделка кабеля (рис. 6). Переход волны напряжения с кабеля через щит на многочисленные отходящие от щита кабели, приводит к наиболее существенному уменьшению ИП. Принятая для судов радиальная структура СЭС является наилучшей с точки зрения снижения уровней помех при распространении. Проведенные на 6 судах натурные измерения распространения ИП между главным распределительным щитом (ГР1Д) и удаленным щитом позволяют оценить суммарный эффект от потерь в кабеле, от неоднородностей, отражений от нагрузок и преломлений волн на щитах. Наносекундные ИП, приходящие по кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом на ГРЩ и распространяющиеся далее на удаленный щит затухают более чем в 50 раз. Микросекундные ИП, возникающие на ГРЩ при включении конденсатора и распространяющиеся от ГРЩ до удаленного щита, уменьшаются до 0,4-0,8 от амплитуды в точке возникновения. Напряжение на удаленном оборудовании с высоким сопротивлением может в 2 раза превышать напряжение приходящей к нему по кабелю волны.

М9 ш

10

¡1241

Цт

и1

33 3 25 2 15

Ия=100х 10к

Л

......

200 400 600 22, Ом

а) б)

Рис 6 Результат расчета напряжения на конце кабеля идО) при разделке кабеля у нагрузки а) - изменение во времени, б) - зависимость амплитуды напряжения от волнового сопротивления участка разделки 2г при различных сопротивлениях

нагрузки

Многократные отражения волн на пути распространения из-за разделки и изменения высоты прокладки кабелей могут дать увеличение амплитуды ИП до 4 амплитуд падающей волны при высоком сопротивлении нагрузки С учетом того, что импульсная помеха на ГРЩ может достигать 1 кВ, напряжение ИП на удаленном потребителе может достигать 4 кВ, что требует повышения требований к устойчивости судового оборудования минимум до 2 кВ Проведенный генетическим алгоритмом поиск абсолютного экстремума дает еще большее максимально возможное напряжение на нагрузке (до 8 амплитуд падающей волны) при наличии неоднородностей кабеля перед ней с определенным сочетанием параметров Однако выполнение этих условий маловероятно

Импульсные помехи, обусловленные включением конденсатора, могут привести к четырехкратному перенапряжению на потребителе по отношению к фазному напряжению на ГРЩ Многократные отражения в кабеле могут дать увеличение перенапряжения на удаленном потребителе до 2 кВ

Наносекундные и микросекундные ИП могут быть отнесены по своему спектру к высокочастотным помехам Поэтому любой металлический корпус оборудования является для них хорошим экраном, обеспечивающим ослабление на несколько порядков В главе приведены удобные для практического использования графики определения коэффициентов экранирования различных металлов и обобщены представления о распространении помех излучением Главным путем проникновения ИП внутрь судового электронного оборудования остаются внешние кабели

Импульсные помехи, распространяющиеся по кабелю, наводят напряжения в соседних информационных кабелях Полученные решения уравнений позволяют определить параметры наносекундных наведенных ИП и прогнозировать их форму (рис 7) Параметры, необходимые для получения численных решений, определяются на основе геометрии трассы и кабелей

Решения, описывающие наведенные напряжения на ближнем и^ и дальнем и2Д конце кабеля, соседнего с кабелем-источником помех и5, описываются выражениями вида

и2Е (0 = ~ [и5 (0 - и5 О - 41,)] - 7 К- 4 [и, (I -.2х,)]

8 1„

2 Л

4 ^ 2 <и

"ад

°2Б

од

-од

зоо

а)

б)

Рис 7 Несимметричное импульсное напряжение на ближнем и2в (нагрузка 75 Ом) и дальнем и2д (без нагрузки) конце жилы кабеля КМПВЭ 37x1 мм2 длиной 10 м при подаче на соседнюю жилу импульса с фронтом длительностью 1 не а) — результат измерения, б) - результат расчета

Возникновение наведенных напряжений в кабельной трассе может рассматриваться как процесс распространения электромагнитных волн по волновым каналам многопроводной линии Этот процесс зависит от числа, взаимного расположения, материала и размера проводников, их удаленности от корпуса (земли), материала изоляции Распространение энергии в различных совокупностях параллельных проводников подразделяют на распространение по определенным волновым каналам Для однородного участка кабельной трассы распространение по каждому каналу происходит независимо В местах нарушения однородности происходит перераспределение между каналами Суть подхода заключается в преобразовании напряжений и токов на проводниках к напряжениям и токам в каналах, расчете их изменений при распространении и отражении от нагрузок на концах кабеля с последующим обратным преобразованием к напряжениям на проводниках в требуемой точке

По результатам расчета, амплитуда наведенного напряжения в цепи рецептора помех может достигать 0,3 амплитуд напряжения источника помех, а на нагрузке с высоким сопротивлением даже 0,6 Форма наведенного напряжения на ближнем и дальнем концах цепи рецептора зависит от параметров кабельной трассы и формы исходного импульса в кабеле-источнике помех

Для оценочных расчетов амплитуды микросекундных ИП, наведенных на проводнике неэкранированного кабеля из-за воздействия помех от соседнего кабеля длиной 1к, можно предложить следующие значения параметров связи емкость между кабелями С12<401к пФ, взаимная индуктивность по цепям кабель-земля

М12<200 1к нГн, взаимная индуктивность пар проводников кабелей Мц22<30 нГн Максимальное значение МП22 практически не зависит от длины 1к Для кабеля с экраном С12<0,1 1к пФ, М12<0,11к нГн, М1122<10 нГн Если цепь 2 расположена в кабеле с пожильным экранированием, то С12<0,041к пФ, а наведенное напряжение за счет магнитной связи меньше напряжения, вызванного протеканием наведенного тока по экрану Сопротивление экрана 11э<101к мОм Емкость жил кабеля на корпус зависит от расстояния от жил до корпуса и может быть положена С2<(20-200) 1к пФ, где наибольшее значение соответствует жилам кабеля с заземленным экраном

Значения параметров связи кабелей в трассе определяются расчетным путем или разработанным автором импульсным методом измерения (от 0,1 пФ, 1 нГн)

Полученные решения уравнений позволяют определить параметры наведенных импульсных напряжений и прогнозировать их форму Наведенные напряжения в соседнем неэкранированном кабеле двадцатиметровой трассы могут достигать 300 В на жилах и 10-30 В между жилами и практически не меняются при использовании кабельных соединителей в трассе Волновые эффекты распространения могут дать удвоение этих напряжений при неблагоприятном сочетании параметров нагрузок

При вводе кабелей в соединители, применяемые для повышения технологичности электромонтажных работ, кабели разделывают, в результате чего в кабельной трассе оказывается вставка, в которой частично отсутствуют повив и экранирование жил, возможно нежелательное сближение отдельных проводников различных кабелей Это приводит к возрастанию электромагнитных связей кабелей, возрастанию наведенных напряжений Определены параметры связей кабелей в соединителях СКМ, СКР, СКУ, соединительном ящике СЯ, разъемах ШР, 2РМ, РП14, РПО, устройстве УКО, в токовводах на основе кабеля КМЖ и оценено их влияние на амплитуду наведенных ИП В кабеле с одним наружным экраном и при наличии в трассе кабельных соединителей можно ожидать наведенные импульсные напряжения до 3 В на жилах относительно корпуса и до 0,4 В между жилами Соединительный ящик в трассе может увеличить эти напряжения соответственно до 5 и 3 В Наведенные напряжения между жилами кабелей с пожильным экранированием не превышают 0,4 В

В четвертой главе рассматривается воздействие ИП на электронное оборудование, распространение помех через сетевые фильтры, трансформаторы, устройства гальванические развязки, механизм проникновения ИП к восприимчивым узлам и компонентам ТС, стойкость компонентов электронного оборудования, помехоустойчивость цифровых и аналоговых устройств

Опыт испытаний на помехоустойчивость показывает, что около четверти образцов электронного оборудования, впервые предъявляемого на испытания по ЭМС, сбивается при воздействии наносекундных ИП Фиксируются изменения показаний отображающих индикаторов, зависание процессоров, формирование или выполнение ложных команд При воздействии микросекундных ИП в цепях питания у 7-9% впервые испытываемых изделий наблюдается разрушению вторичных источников электропитания или входных фильтров

Фильтр, трансформатор или специальный защитный элемент описываются некоторыми параметрами связи (передачи, распространения) Затухание помех характеризуется коэффициентом вносимого затухания К3, под которым понимают отношение напряжений помех на рецепторе (нагрузке) при отсутствии элемента на пути распространения помех Ш и при его наличии 112

Коэффициент вносимого затухания фильтра в реальных условиях эксплуатации зависит не только от параметров элементов фильтра, но и от сопротивления источника помех и сопротивления защищаемого оборудования Можно рекомендовать производить расчет распространения помех для наихудшего случая сочетания этих параметров

Реальные элементы фильтров обладают паразитными параметрами, ухудшающими свойства элементов на высоких частотах Для точных расчетов необходимо использовать полные схемы замещения элементов, параметры которых предлагается определять расчетным путем, путем измерения или использовать полученные в работе значения

Расчет прохождения ИП сводится к определению переходной характеристики при подаче ступеньки напряжения единичной амплитуды с последующим применением интеграла Дюамеля или к использованию Р8р1се-моделей

Микросекундные ИП по ГОСТ Р 51317 4 5 длительностью 50 мкс ослабляются пассивным ГС-фильтром с приемлемыми значениями индуктивности и емкости лишь в несколько раз, а фильтр с малыми значениями Ь и С дает увеличение помехи (рис 8) В целом пассивные фильтры мало эффективны для защиты от микросекундных импульсных помех Увеличение коэффициента затухания до значений, требуемых ГОСТ Р 50745 (4, 10, 50 раз) путем увеличения индуктивности и емкости приводит к чрезмерным габаритам и недопустимо большому падению напряжения на индуктивности при протекании тока основной частоты

а) б)

Рис 8 Зависимость коэффициента вносимого затухания микросекундных ИП от параметров ЬС-фильтра и от нагрузки при сопротивлении источника помех 2 Ом а) - нагрузка отсутствует, б) - сопротивление нагрузки изменяется при С=1 мкФ

Наносекундные ИП по ГОСТ Р 51317 4 4 длительностью 50 не могут быть ослаблены в требуемое ГОСТ Р 50745 число раз (10, 50, 200 раз) с помощью пассивных фильтров с малыми значениями паразитных параметров ЬС-фильтр в виде идеальной катушки индуктивности Ьф, устанавливаемой последовательно с защищаемой нагрузкой, и конденсатора Сф, устанавливаемого параллельно нагрузке, обеспечивает затухание наносекундных импульсных помех в 100 раз при Ьф>0,3 мГн, Сф>0,1 мкФ для стандартной нагрузки 50 Ом (рис 9,а)

С ростом паразитной емкости катушки индуктивности Ск коэффициент вносимого затухания индуктивного фильтра падает и при Ск > 10 пФ не превосходит 10 раз С ростом индуктивности выводов конденсатора Ьв коэффициент вносимого затухания емкостного фильтра уменьшается и при Ьв > 1нГн не превосходит 10 раз (рис 9,6)

Сф.нФ

10

Сф=100нФ.

Сф=10яФ|

0,1

1в=10

=10нГн

а|

=1 нГн

=0

10

а) б)

Рис 9 Распространение наносекундных ИП через ГС-фильтр а) - зависимость коэффициента вносимого затухания идеального ЬС-фильтра от емкости конденсатора

для различных индуктивностей катушки при нагрузке 50 Ом, б) - зависимость вносимого затухания наносекундных ИП при Ьф=100 мкГн с различной паразитной индуктивностью конденсатора (сплошные линии - Ьв=0 нГн, точки - Ьв=1 нГн, пунктир — Ьв=10 нГн) от паразитной емкости катушки Ск

Полученные графики позволяют быстро оценить значения параметров элементов фильтра, обеспечивающих требуемое затухание импульсных помех

Трансформаторы используются как в СЭС, так и в составе вторичных источников питания В самом общем случае каждый элемент обмотки трансформатора можно считать связанным с другими элементами этой же фазы и соседних обмоток Полные решения сориентированы в основном на поиск пространственного распределения напряжений вдоль обмоток, определения перенапряжений между витками и между секциями, что необходимо с точки зрения выбора изоляции обмоток, но не важно для целей оценки распространения импульсов через трансформатор

Расчет распространения микросекундных ИП через трансформаторы может выполняться на основе схем с сосредоточенными параметрами Значения параметров С)2, С2, и С5, необходимые для расчета, определяются импульсным методом Для низковольтных обмоток Ь8 имеет порядок 10~6 Гн, а С5 - Ю~10 Ф

В трансформаторах для симметричных составляющих ИП преобладает путь проникновения через магнитную связь между обмотками, а для несимметричных составляющих - через емкостную связь Несимметричные ИП проходят через трансформатор с небольшим ослаблением, не зависящим от коэффициента трансформации Симметричные напряжения передаются на вторичную обмотку с коэффициентом трансформации, вызывая симметричное напряжение на вторичной обмотке Экспериментально обнаружено также преобразование симметричного напряжения ип, приложенного на первичную обмотку, в несимметричное напряжение

на вторичной обмотке и2=(0,25-0,4)ип, что обусловлено конструкцией трансформатора. Первый слой первичной обмотки, связанный с выводом 1, наиболее удален от вторичной обмотки Последний слой обмотки, связанный с выводом 1' непосредственно примыкает к ней Это приводит к тому, что емкость С12 между первым слоем и вторичной обмоткой много меньше емкости С] 2 между последним слоем и вторичной обмоткой, что и приводит к появлению несимметричного напряжения на вторичной обмотке

и (С.;~С»2) 2 2 Си+С,2+С2'

где С2- емкость вторичной обмотки относительно корпуса.

Установлено, что многие устройства гальванической развязки не обеспечивают эффективной защиты оборудования от ИП из-за достаточно высокой проходной емкости Целесообразна разработка стандарта по ЭМС, распространяющегося на устройства гальванической развязки

ИП проникают внутрь ТС через электромагнитные связи цепей первичного питания и информационных цепей внутри ТС (рис 10,а) Магнитная связь определяется расположением цепи-источника импульсного тока внутри ТС и цепи-рецептора помех (цепи питания электронных узлов) Наведенное напряжение пропорционально скорости изменения тока помех ц в цепи первичного питания, т е большее наведенное напряжение дает ток с большей амплитудой и с более коротким фронтом Ток в цепи заземления экрана кабеля 13 также может дать дополнительную магнитную связь, определяемую взаимным расположением цепи заземления и цепи рецептора помех Электрическая связь характеризуется емкостью между цепями внутри ТС График, приведенный на рис 10,6, позволяют определить по известной емкости связи амплитуду напряжения, наведенного на шинах питания электронных узлов наносекундными ИП, действующими в питающей сети Рассмотренная модель проникновения ИП из сети питания в цепи питания чувствительных элементов через электромагнитные связи цепей внутри ТС позволяет прогнозировать наведенные напряжения

Порт ввода-вывода часто не имеет средств помехозащиты Несимметричные помехи, наведенные во внешних линиях связи, частично преобразуются в симметричные из-за неравенства входных сопротивлений ТС на зажимах ввода и воспринимаются ТС как полезный сигнал

Порт корпуса подвержен воздействию электромагнитного поля и электростатического разряда. В конечном итоге электрическое и магнитное поля вызывают наведенные напряжения во внутренних цепях ТС, которые воспринимаются как полезный сигнал

Воздействие помех в цепи заземления приводит к появлению напряжения помех на корпусе ТС, что эквивалентно воздействию несимметричных помех на портах питания и ввода-вывода относительно корпуса. Наносекундные ИП могут создать на проводнике заземления высокие падения напряжения Полученные зависимости амплитуды и длительности ИП на цепи заземления от индуктивности этой цепи позволяют прогнозировать эффект от воздействия наносекундных ИП в цепи заземления

В главе описывается также характер повреждения компонентов, даны некоторые характерные энергетические уровни их разрушения при воздействии ИП

Обобщенные данные по стойкости и помехоустойчивости элементов по отношению к ИП удобны для сравнения с прогнозируемыми значениями наведенных напряжений

а) б)

Рис 10 Проникновение ИП в информационные цепи через электромагнитные связи

внутри ТС а) - размещение узлов электронного устройства, б) - зависимости коэффициента затухания К3 наносекундной ИП 5/50 не и длительности наведенного ИП от емкости связи цепей внутри ТС при сопротивлении цепи 50 Ом

Наиболее восприимчивыми к ИП цепями являются цифровые микросхемы, которые изменяют свое состояние при появлении на шинах низковольтного питания ИП с амплитудой 2-3 В Помехоустойчивость цифровых устройств оценивают зависимостью вероятности сбоев от амплитуды импульсных помех с фиксированными длительностью, фронтом и полярностью Часто эта характеристика близка к пороговой и может быть описана пороговым значением амплитуды, при котором возникают постоянные сбои, и вероятностью сбоев при меньших амплитудах Значение порога для цифровых устройств, спроектированных без учета ЭМС, может составлять десятки-сотни вольт При правильном применении методов и средств помехозащиты цифровые устройства удовлетворительно работают при воздействии в питающей сети импульсов напряжения с амплитудой до нескольких тысяч вольт

Воздействие помех на аналоговые устройства чаще всего проявляется в появлении дополнительных отклонений выходных величин, увеличении погрешности обработки сигналов, снижении чувствительности устройства и невозможности обработки сигналов малых уровней

Устройства электроавтоматики, управляющие работой судовой электростанции, получают информацию для своей работы непосредственно от судовой сети, в которой могут возникать ИП с высокими амплитудами Поэтому при проектировании устройств электроавтоматики необходимо уделять особое внимание восприимчивости их входных цепей к ИП

Пятая глава посвящена практике обеспечения ЭМС В ней дается общий подход к обеспечению ЭМС, рассматриваются пути совершенствования требований по ЭМС, методы и средства подавления ИП, защиты электронного оборудования от ИП и особенности проектирования судовых систем

Обеспечение ЭМС подразумевает сопоставление уровней электромагнитных помех в месте установки ТС и устойчивости этих средств к помехам Общим принципом обеспечения ЭМС технических средств является определение совместимости каждой возможной в системе пары источник помех-рецептор Уровень помех, создаваемых источником или источниками на рецепторе, в общем виде является величиной случайной, так как зависит от режимов работы источников помех, режима работы электроэнергетической системы, от условий распространения помех, которые могут изменяться во времени Обычно помехи больших уровней появляются с меньшей вероятностью В главе 2 приведен способ определения вероятностных характеристик ИП Помехозащищенность или помехоустойчивость рецептора характеризуются плотностью распределения вероятности сбоев в работе рецептора в зависимости от напряжения помехи С ростом напряжения помех вероятность нарушения работы рецептора возрастает

Уровень помех снижается путем применения методов и средств подавления помех в источнике, внесения изменений в механизм связи Уровень помехоустойчивости повышают использованием методов и средств помехозащиты, повышением помехоустойчивости ТС

Добиться идеального решения ЭМС технически сложно и может быть экономически не оправдано Существуют источники помех, для которых невозможно точно указать максимальный уровень помех Например, разряд молнии или аварийный процесс способны создать экстремально большой уровень ИП Минимальный уровень помехоустойчивости носит также вероятностный характер В некоторых режимах ТС может обладать пониженной устойчивостью к помехам

Для ТС, связанных с безопасностью, а именно к таким ТС относится судовое оборудование ходового мостика, следует использовать подход минимизации вероятности сбоев, а не минимизации затрат Требования по ЭМС могут быть определены, если задаться значением допустимой вероятности сбоев и знать вероятностные характеристики помех и помехозащищенности ТС для различных вариантов применения методов и средств обеспечения ЭМС Во многих случаях обеспечение ЭМС превращается в своего рода искусство, требующее хорошего понимания физических процессов, знания существующих методов и средств, владения измерительным и испытательным оборудованием

Первым шагом в обеспечении ЭМС по фактору ИП являлась разработка требований к устойчивости судового оборудования к ИП Автор принимал непосредственное участие в научно-исследовательских работах по изучению возникновения и распространения ИП в СЭС, проводимых по заданию ЦНИИ судовой электротехники и технологии в 1970-1980-х годах с целью разработки таких требований Автор являлся также ответственным исполнителем, руководителем НИР по совершенствованию ЭМС требований, проводимых для РМРС в конце 1990-х — начале 2000-х годов

Соблюдение действующих требований РМРС к судовым ТС по эмиссии помех и помехоустойчивости является минимально необходимым условием обеспечения ЭМС Объединение отдельных ТС (блоков) в систему существенно изменяет характеристики ЭМС из-за появления дополнительных путей распространения помех и взаимодействий блоков между собой Близкое расположение мощного и чувствительного оборудования на судне, необходимость прокладки различных кабелей в одной кабельной трассе, появление многообразных электромагнитных

связей снижают помехоустойчивость системы по сравнению с отдельным ТС и требуют решения ряда дополнительных вопросов Обеспечение ЭМС для систем требует проверок по выявлению возможных сбоев при различных комбинациях работы оборудования

Основными направлениями совершенствования документов Российского Морского Регистра судоходства (РМРС) является следующее

- включение в Правила классификации и постройки морских судов раздела или приложения, содержащего порядок рассмотрения и решения вопросов ЭМС на стадии конструирования, изготовления и эксплуатации, общие требования по обеспечению ЭМС,

- корректировка требований по ЭМС в соответствии с новыми международными документами и стандартами,

- включение в руководства процедуры и методики проверки выполнения требований по ЭМС при постройке судна, в ходе швартовных и ходовых испытаний, а также при эксптуатации судна, включая случаи ремонта, замены оборудования, установки нового оборудования, проведения регламентных работ Предлагается, в частности, дополнить швартовные и ходовые испытания рядом дополнительных испытаний по ЭМС систем навигации и радиосвязи Испытания на устойчивость к наносекундным ИП амплитудой 2 кВ, подаваемым на щит питания оборудования ходового мостика, позволяют устранить ошибки монтажа, выявить некачественно изготовленное оборудование, повысив тем самым безопасность мореплавания

Снижение уровня помех, создаваемых источником, является важным направлением обеспечения ЭМС Принцип «Лучше не создавать помехи, чем потом с ними бороться» можно рекомендовать к использованию при проведении работ по помехоподавлению При з^ом рекомендуются следующие приоритеты а) полное исключение генерации помех в источнике, а при невозможности этого - б) снижение уровня помех внутренними средствами и только в последнюю очередь — в) применение внешних средств подавления помех Приведенные в работе примеры реализации такого подхода применительно к снижению уровней помех в СЭС при коммутациях нагрузок, работе полупроводниковых преобразователей, вторичных источников питания позволяют более эффективно применять указанные ниже методы и средства подавления помех

Основными путями снижения ИП в электрической сети при коммутациях можно назвать следующие

- проектирование СЭС таким образом, чтобы в них отсутствовали источники коммутационных импульсных помех с амплитудой большей удвоенного амплитудного значения фазного напряжения,

- устранение условий коммутации нагрузки, приводящих к появлению наибольших амплитуд помех, снижение скорости изменения токов и напряжений при коммутации,

- применение внешних помехоподавляющих устройств

Для снижения амплитуды ИП при включении батареи заряженных конденсаторов могут быть рекомендованы следующие меры

- устранение батарей конденсаторов с часто коммутируемых участков сети,

- разряд конденсаторов после отключения через дополнительные резисторы, что позволяет снизить максимальную амплитуду импульсов приблизительно в 2 раза,

- сетевые фильтры на входе часто включаемых потребителей должны содержать

катушки индуктивности между конденсаторами и сетью, что позволяет снизить амплитуду импульсных помех и скорость изменения напряжения при включении в сеть,

- батареи конденсаторов большой переключаемой емкости должны включаться полупроводниковыми ключами в моменты времени равенства напряжения на конденсаторе и в сети

Применение помехоподавляющих устройств в сети менее эффективно, чем подавление помех непосредственно в источнике Установка конденсаторов в какой-либо точке сети снижает напряжение помех в этой точке, однако увеличивает токи помех в кабеле, что может привести к увеличению напряжений, наведенных в соседних кабелях трассы Включение самого участка сети с установленными конденсаторами может привести к появлению ИП больших амплитуд Увеличение емкости сети относительно корпуса приводит к увеличению амплитуды ИП при однофазных замыканиях Подавление коммутационных ИП в сети возможно также с помощью нелинейных элементов, применяемых для защиты от грозовых перенапряжений

При проведении работ по повышению помехоустойчивости и помехозащите оборудования рекомендуются следующие подходы

- защита от помех на всех путях их воздействия по портам питания, корпуса, ввода-вывода и порту заземления,

- защита от всех видов помех кондуктивных и излучаемых, симметричных и несимметричных, непрерывных и импульсных, высокочастотных и низкочастотных, широкополосных и узкополосных,

- защита на дальних подступах выделение зон для установки ТС, снижение уровней помех на входе в каждую зону путем применения средств помехозащиты,

- учет паразитных параметров реальных элементов,

- контроль конструкции и реализации размещения узлов и элементов, экранирования, электрических контактов конструктивных элементов, минимизации индуктивности цепей заземления,

- повышение устойчивости к помехам внутренними методами использование специальных схемных решения цепей ТС, выбор параметров используемых сигналов, выбор методов и алгоритмов обработки сигналов

Использование принципа «Лучше обеспечить устойчивость самого ТС к помехам, чем защищать его от помех» позволит во многих случаях сэкономить средства, затраченные на обеспечение ЭМС

Приведенные в работе конкретные данные по средствам помехозащиты, характеристикам помехозащитных элементов, рекомендации по выбору и прокладке кабеля, по конструкции кабельных соединителей и токовводов, экранированию и заземлению, рассмотренная процедура организации работ по обеспечению ЭМС, включая конкретные технические аспекты, могут непосредственно использоваться при проведении работ по ЭМС на судах

Многолетний опыт работ по ЭМС позволяет сказать, что наиболее действенным подходом к обеспечению ЭМС являются фундаментальные знания в этой области Только понимание физических процессов и механизма действия средств обеспечения ЭМС позволяет принять грамотное и эффективное решение Механическая установка фильтров, конденсаторов в цепях ТС может привести к противоположному результату В большинстве практических случаев прямая и полная реализация

известных приемов и средств по ЭМС оказывается затруднительной или невозможной Обеспечение ЭМС требует рассмотрения возможных вариантов решений, прогнозирования их эффективности, принятия компромиссов с существующей конструкцией и размещением ТС

Насущной необходимостью является внедрение в учебные планы электротехнических специальностей университетов страны курсов по ЭМС

Предлагаемая структура ЭМС знаний (табл 1) призвана помочь в овладении искусством ЭМС Автором опубликован учебник «Электромагнитная совместимость судовых технических средств», разработаны и внедрены в учебный процесс в Санкт-Петербургском морском техническом университете дисциплины «Электромагнитная совместимость судовых технических средств», «Электромагнитная совместимость электрооборудования», базирующиеся на этой структуре

Таблица 1

Структура необходимых для обеспечения ЭМС знаний_

Точка зрения на проблему Знания в области ЭМС

Объект Источник Связь Рецептор

Физический процесс Возникновение Распространение Воздействие

Обеспечение ЭМС Подавление Выбор и размещение Защита

Стандартизация Нормы эмиссии Рекомендации по размещению Требования к помехоустойчивости

Испытания Измерения эмиссии помех Проверка монтажа и конструкции Испытания на помехоустойчивость

Три основных объекта, анализируемых в ЭМС, а именно — источник помех, рецептор помех и механизм связи, позволяют разделить материал на три основных части, которые рассматриваются с различных точек зрения

Понимание физики процессов в объектах (возникновение, распространение и воздействие помех) является базой для всех других уровней подхода к проблеме Только овладение этими знаниями позволяет разрабатывать рекомендации по ЭМС и прогнозировать результат их применения, дает понимание смысла тех или иных требований, позволяет избежать ошибок при проведении экспериментальных работ Уровень практики обеспечения ЭМС (подавление помех, выбор и прокладка кабелей, размещение оборудования, защита от помех) дает набор методов и средств решения проблемы Знание подхода к стандартизации в области ЭМС и содержания основных нормативных документов оказывает значительную помощь при разработке требований по ЭМС для конкретного заказа, требований к приобретаемому оборудованию К стандартизации тесно примыкают знания и умения по испытанию

ТС на соответствие требований стандартов Методы и средства измерения эмиссии помех, испытаний на помехоустойчивость, методики проверки выполнения требований по ЭМС крайне важны при проведении работ по обеспечению ЭМС В большинстве случаев только экспериментальная проверка может подтвердить электромагнитную совместимость ТС и систем на судне

В шестой главе описываются техническое и методическое обеспечение испытаний, средства имитации ИП, особенности измерения параметров ИП, созданная испытательная лаборатория технических средств по электромагнитной совместимости и обобщается многолетний опыт проведения испытаний оборудования на устойчивость к помехам

При проведении испытаний на устойчивость к помехам необходимы испытательные генераторы, имитирующие помехи с параметрами, близкими к реальным

Первым в СССР производителем имитаторов ИП для испытаний цифровой вычислительной техники на помехоустойчивость был СКБ вычислительных машин, г Вильнюс За рубежом аналогичные разработки выполнены фирмами Noise Laboratoiy (Япония) и Schañher (Швейцария) Вопрос был мало изучен, и прорабатывались различные варианты Первыми международными базовыми стандартами на устойчивость к импульсным помехам явились МЭК 801-4, МЭК 801-5 В СССР были внедрены стандарты предприятий и руководящие документы, требующие испытаний устройств числового программного управления на устойчивость к ИП Аналогичные требования готовились для испытания судового оборудования Разработанный автором «имитатор импульсных помех с длительностью импульсов до 100 мкс» изготовлен на ЛНПО «Электромаш», г Ленинград в начале 1980-х годов мелкой серией и начал использоваться для проведения испытаний числового программного управления (ЧПУ) По разработанной документации были изготовлены такие же имитаторы в ЦНИИ «Морфизприбор», г Ленинград, для испытаний судового оборудования, а также на ряде других предприятий В конце 1980-х годов под руководством автора разработаны имитаторы ИП, соответствующие МЭК 801-4, МЭК 801-5 (позднее ГОСТ 29156-91 и ГОСТ 50008-92), и начато единичное производство имитаторов С 1992 года имитаторы импульсных помех ИИП-2000, ИИП-4000, имитаторы пачек помех ИПП-2000, ИПП-4000 постоянно выпускаются ООО «ЭЛЕМКОМ» К настоящему времени выпущены и используются в испытательных лабораториях различных предприятий России, Украины, Белоруссии, Казахстана, Финляндии более 200 приборов этих типов ООО «ЭЛЕМКОМ» является вторым в СССР и первым в России производителем комплекта имитаторов помех, необходимого для проведения испытаний на помехоустойчивость в соответствии с современными Российскими и международными стандартами Имитаторы выполнены на отечественной элементной базе по оригинальным на момент разработки схемам и аттестуются ФГУ "Тест-С -Петербург" как испытательное оборудование Основные подходы к разработке имитаторов помех, схемные решения приведены в данной главе Технические характеристики некоторых разработанных приборов представлены в табл 2

Таблица 2

Основные технические характеристики имитаторов ИП

Имитатор импульсного магнитного поля ИМП-1000 позволяет проводить испытания по ГОСТ Р 50649, ГОСТ Р 50652, создавая в катушке со стороной 1 м испытательное импульсное магнитное поле до 1000 А/м и колебательное затухающее магнитное поле до 100 А/м. Имитатор импульсных помех ИИП-1000 предназначен для создания ИИ в электрических цепях с целью испытаний корабельных технических средств в соответствии с требованиями по импульсным коммутационным перенапряжениям. Устройство имитации помех УИП предназначено для испытаний изделий космической техники. Имитаторы импульсных помех ИИП-300, ИПП-200 используются для испытаний автомобильного оборудования.

Разработанные имитаторы обеспечивают лаборатории России средствами испытаний на устойчивость к ИП.

Измерение параметров импульсных токов и напряжений требуется при оценке помеховой обстановки в электрической сети, при аттестации имитаторов ИП при проверке эффективности средств помехозащиты, а также при измерении эмиссии ИП, требуемой некоторыми стандартами. В главе дан обзор и рекомендации по выбору измерительных приборов, по способам подключения к исследуемым цепям, включая

использование делителей, токосъемников Рассматриваются искажения формы импульсов, трудности и ошибки при проведении измерений Например, показано, что при измерении амплитуды наносекундных ИП даже с помощью штатных делителей осциллографа возможно получение завышенных результатов из-за возникновения колебаний на фронте импульса Наиболее точные результаты измерения ИП достигаются при применении делителей коаксиальной конструкции и, в частности, при использовании разработанного автором делителя ДНИ-1000 Обычный делитель НР9258 дает завышение на 8%, а штатный делитель Р2200 - на 18% при штатной длине заземляющего проводника 15 см Увеличение длины заземляющего проводника может привести к погрешности более 30% Поэтому при измерениях наносекундных ИП необходимо использовать делители коаксиального типа и принимать во внимание необходимость минимизации длины между делителем и корпусом источника импульсного напряжения Обнаружен также эффект влияния импульсного электромагнитного поля на штатные делители При расположении рядом с делителями проводников, находящихся под импульсным напряжением, возможно появление наведенного напряжения, которое воспринимается как полезный сигнал амплитудой более 1 В Такую же наводку может дать соседний делитель, подключенный для наблюдения импульсного напряжения с высокой амплитудой и расположенный рядом с рассматриваемым делителем

Разработанные автором измерительные приборы применялись на начальном этапе получения данных о параметрах ИП на судах Регистраторы ИП преобразовывали значения параметров ИП в сигнал, удобный для вывода на носитель информации Анализаторы амплитуды подсчитывают количество импульсов, параметры которых имеют значения, превышающие заданные пороги Различные схемы пороговых устройств для анализатора проверены автором при разработке средств фиксации редкоповторяющихся ИП Разработанные автором анализаторы импульсных помех АИП-С, изготовленные в ЦНИИ «Морфизприбор» и «Счетчики импульсных напряжений для регистрации в сети питания ИП», изготовленные в ЛНПО «Электромаш», использовались для определения помеховой обстановки на судах и на промышленных предприятиях

На базе кафедры электротехники и электрооборудования Санкт-Петербургского государственного морского технического университета создана лаборатория для испытаний технических средств по требованиям ЭМС Оснащение лаборатории испытательным оборудованием осуществлено ООО «Элемком» В настоящее время лаборатория имеет аккредитацию в системах сертификации ГОСТ Р, РМРС, Российского речного регистра, Минтранса РФ, лицензию Госатомнадзора. Испытательное оборудование дает возможность проводить испытание на устойчивость ко всем основным видам помех, требуемых отечественными и международными стандартами Измерительное оборудование позволяет измерять эмиссию различных видов помех и помеховую обстановку в лабораториях и на судах

С первой аккредитации РМРС (первое свидетельство 92 038 01 от 30 12 1992 г) созданная под руководством автора испытательная лаборатория провела испытания на электромагнитную совместимость более 700 образцов различного оборудования Многолетний опыт испытаний на ЭМС по требованиям РМРС позволяет сделать вывод, что из впервые предъявленных на испытание технических средств около половины не выдерживают испытания Этот процент значительно ниже для продукции, разрабатываемой и выпускаемой производителями, продукция которых

неоднократно предъявлялась на испытания и которые учитывают в последующих разработках полученный опыт

Наносекундные ИП почти в четверти случаев первичных испытаний изделий приводят к сбоям Установка помехоподавляющего фильтра в цепи питания, разнесение силовых и информационных узлов изделия в корпусе, экранирование внешних связей, правильное выполнение соединения экранов кабелей с корпусом, установка оптронной развязки межд\ блоками системы практически всегда позволяет повысить помехоустойчивость до требуемой величины Микросекундные ИП в цепях питания могут привести даже к разрушению вторичных источников электропитания и входных фильтров Установка варисторов в большинстве случаев решает задачу защиты от этого вида помех

Проведение испытаний судовых систем на помехоустойчивость после установки на судно до настоящего времени не входит в программу швартовных испытаний Между тем как наносекундные ИП в сети питания с амплитудой 2 кВ приводили к самопроизвольному изменению показаний системы управления курсом, к сбросу показаний измерителя ветра на обследованном судне Указанные сбои могли представлять опасность для мореплавания Установка дополнительных фильтров, выполнение качественного заземления всех частей корпусов обеспечили требуемую помехоустойчивость

Проведенные эксперименты подтверждают необходимость проверки помехоустойчивости систем после установки на судно

Во многих случаях достаточно простыми помехозащитными мероприятиями удается довести оборудование до соответствия требованиям по помехоустойчивости и помехоэмиссии Опыт общения с разработчиками и изготовителями судового оборудования подтверждает крайнюю необходимость во внедрении дисциплины по ЭМС в учебные пчаны электротехнических и приборостроительных специальностей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Импульсные помехи, возникающие в СЭС при штатных и аварийных коммутациях, содержат компоненты как микросекундного диапазона длительностей, так и длительностью в десятки-сотни наносекунд Наносекундные ИП могут быть рассчитаны методом распространяющихся волн на основании приведенных в работе выражений Микросекундные ИП предлагается рассчитывать с помощью разработанных упрощенных схем замещения, в которых волновые свойства сети эквивалентированы цепями с сосредоточенными параметрами Величина погрешности расчета амплитуды и длительности помех по сравнению с результатом эксперимента не превышает 20%

2 Импульсные помехи в СЭС с точки зрения теории вероятности могут быть представлены как случайный импульсный поток со случайными временами появления и случайными величинами параметров каждого импульса Частота появления ИП, амплитуда которых превышает заданную величину, может использоваться для разработки требований к защищенности оборудования от ИП Искомая характеристика может быть определена путем проведения большого объема измерений амплитуды ИП на судах или на основе полученных методом статистических испытаний гистограмм плотностей вероятностей амплитуды ИП

3 Амплитуда ИП в точке возникновения в СЭС с номинальным напряжением 380 В может достигать 1400 В Это значение превышает амплитуду импульса напряжения, рекомендуемого МЭК 60945 для испытаний судового оборудования на устойчивость к ИП (1 кВ) Длительность ИП принимает значения от долей до десятков микросекунд, а длительность фронта ИП может быть от 10 не до единиц микросекунд Частота следования ИП с амплитудой более амплитудного значения фазного напряжения на обследованных судах не превышает одного раза в сутки

4 Электромагнитные процессы в СЭС в наиболее общей форме рассматриваются с тччки зрения электромагнитной топологии с использованием формулы Ваит-Ьш-ТегсЬе Моделирование распространения сигналов по многопроводным линиям может быть выполнено на основе супертеории линий передачи Разработанные упрощенные модел-д распространения ИП по кабелю пригодны для оценочных расчетов при отсутствии полной информации о системе Полученные решения учитывают потери в кабелях, волновые эффекты при распространении по сети, при переходе через распределительные щиты, участки неоднородности, такие как разделка кабелей и изменение высоты прокладки кабелей Сравнение результатов расчетов и измерений амплитуды ирц распространении ИП по кабелям длиной от 5 до 100 м показывает, что погрешность расчета не превышает 10% для симметричных помех и 20% для несимметричных помех Требуемые для моделей распространения помех параметры судовых кабелей определяются расчетом по приведенным в работе формулам или путем измерения по разработанной методике

5 Потери при распространении в кабеле уменьшают наносекундные ИП по амплитуде в 1,3-2,5 раза при длине кабеля 100 м, но практически не изменяют амплитуды микросекундных ИП Наибольший вклад в изменения параметров импульсных помех при распространении дают эффекты отражений и преломлений волн в точках изменения волнового сопротивления

6 Многократные отражения волн на пути распространения из-за разделки и изменения высоты прокладки кабелей могут дать увеличение амплитуды помехи до 4 амплитуд падающей волны при высоком сопротивлении нагрузки Генетический алгоритм поиска экстремума дает еще большее максимально возможное напряжение на нагрузке (до 8 амплитуд падающей волны) при наличии неоднородностей кабеля перед ней с определенным сочетанием параметров Однако такое сочетание условий маловероятно Многократные отражения в кабеле теоретически могут дать перенапряжения на удаленной нагрузке до 7,5 амплитуд фазного напряжения электропитания Требование к устойчивости судового оборудования к микросекундным ИП должно быть установлено на уровне не менее 2 кВ

7 Распространяющиеся по кабелю ИП наводят напряжения в соседних информационных кабелях Полученные решения уравнений позволяют определить параметры наносекундных наведенных ИП и прогнозировать их форму По результатам расчета амплитуда наведенного напряжения в цепи рецептора помех может достигать 0,3 амплитуд напряжения импульса в цепи источника помех, а на нагрузке с высоким сопротивлением - даже 0,6 Амплитуда микросекундных ИП, наведенных на кабеле в трассе, может быть оценена на основе приведенных в работе значений параметров связи Наведенные ИП в соседнем неэкранированном кабеле могут достигать 300 В на жилах и 10-30 В между жилами и практически не меняются

при использовании кабельных соединителей Волновые эффекты распространения могут дать удвоение этих напряжений В кабеле с одним наружным экраном и при наличии в трассе кабельных соединителей можно ожидать наведенные ИП до 3 В на жилах относительно корпуса и до 0,4 В между жилами Соединительный ящик может увеличить эти напряжения соответственно до 5 и 3 В Наведенные ИП между жилами кабелей с пожильным экранированием не превышают 0,4 В

8 Микросекундные ИП ослабляются ЬС-фильтром с приемлемыми значениями индуктивности и емкости лишь в несколько раз, а фильтр с малыми значениями Ь и С дает увеличение помехи Наносекундные ИП могут быть ослаблены в десятки-сотни раз с помощью фильтров, выполненных на элементах с малыми значениями паразитных параметров При паразитной емкости катушки индуктивности более 10 пФ или паразитной индуктивности конденсатора более 1 нГн коэффициент вносимого затухания фильтра не превосходит 10 раз Приведенные графики позволяют быстро оценить значения параметров элементов фильтра, обеспечивающих требуемое затухание ИП Необходимо учитывать возможное снижение коэффициента при реальных значениях параметров сети и защищаемого оборудования

9 Трансформаторы пропускают несимметричные ИП с небольшим ослаблением, не зависящим от коэффициента трансформации Симметричное напряжения может преобразовываться в несимметричное на вторичной обмотке до 40%, что может быть рассчитано на основе предложенной модели Параметры трансформаторов, необходимые для расчета, предлагается определять импульсным методом по разработанной методике Средства гальванической развязки предлагается проверять на помехоустойчивость и вносимое затухание в соответствии с разработанной методикой Целесообразна разработка стандарта по ЭМС, распространяющегося на устройства гальванической развязки

10 Модель проникновения ИП из сети питания в цепи питания чувствительных элементов через электромагнитные связи цепей внутри ТС позволяет прогнозировать напряжения на элементах Наведенное напряжение пропорционально скорости изменения напряжения и тока помех в цепи первичного питания Приведенные графики позволяют определить по известной емкости связи амплитуду напряжения, наведенного на шинах питания электронных узлов наносекундными ИП Приведенные зависимости амплитуды и длительности ИП на цепи заземления от индуктивности этой цепи позволяют прогнозировать эффект воздействия на ТС При правильном применении методов и средств помехозащиты цифровые устройства удовлетворительно работают при воздействии в питающей сети ИП с амплитудой до нескольких тысяч вольт

11 Соблюдение действующих требований РМРС к судовым ТС по эмиссии помех и помехоустойчивости является минимально необходимым условием обеспечения ЭМС Существующие требования не содержат исчерпывающего алгоритма обеспечения ЭМС на системном уровне Разработанные предложения по совершенствованию документов РМРС частично учтены в новых редакциях документов РМРС В перспективе предлагается дополнить швартовные и ходовые испытания рядом дополнительных испытаний по ЭМС систем навигации и радиосвязи В частности, испытания на устойчивость систем к наносекундным ИП амплитудой 2 кВ на судне позволяют выявить некачественно изготовленное

оборудование и ошибки его монтажа, что дает возможность своевременно устранить Дефекты и обеспечить безопасность мореплавания

12 Приведенные в работе принципы и приоритеты, предлагаемые к использованию при проведении работ по обеспечению ЭМС, призваны дать разработчикам судового оборудования алгоритм в принятии решений в области ЭМС Рекомендации по выбору средств защиты, по проектированию кабельных соединителей, токовводов содержат конкретные предложения по применению существующих изделий и конструированию перспективных Процедура планирования работ по ЭМС на судах, обобщенные технические меры обеспечения ЭМС учитывают рекомендации международных документов и могут быть использованы проектными организациями

13 Разработанные имитаторы ИИП-2000, ИИП-4000, ИИП-2500У, ИИП-1000, ИПП-2000, ИПП-4000 к настоящему времени выпущены ООО «ЭЛЕМКОМ» в количестве более 200 штук и используются в испытательных лабораториях различных предприятий России, Украины, Белоруссии, Казахстана, Финляндии Имитаторы выполнены на отечественной элементной базе по оригинальным схемам и аттестуются территориальным органом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии ФГУ «Тест-Санкт-Петербург»

14 Рассмотренные в работе особенности, методы и средства измерений могут использоваться при проведении испытаний ТС на соответствие требованиям по ЭМС, определении помеховой обстановки, проверке эффективности средств защиты от помех и при калибровке имитаторов помех В частности, показана возможность и условия появления погрешности до 30% при измерении амплитуды наносекундных ИП Ряд разработанных и изготовленных средств измерений (делитель ДНИ-1000, токосъемник) поверены и используются при аттестации имитаторов ИП

15 Испытательная лаборатория, созданная на базе кафедры электротехники и электрооборудования СПб ГМТУ и оснащенная испытательным оборудованием ООО «Элемком», аккредитована в системах сертификации ГОСТ Р, РМРС, Российского речного регистра, Минтранса РФ, имеет лицензию Госатомнадзора Лаборатория провела испытания более 700 образцов различного оборудования на ЭМС Приведенная статистика результатов и использованных путей обеспечения ЭМС позволяет утверждать, что в подавляющем числе случаев возможна доработка изделий до требуемой устойчивости к ИП Испытания на судах подтверждают необходимость проверки помехоустойчивости систем после установки на судно

16 Крайняя необходимость во внедрении дисциплины по ЭМС в учебные планы электротехнических и приборостроительных специальностей подтверждается опытом общения с разработчиками и изготовителями судового оборудования в ходе проведения испытаний на ЭМС Разработанные учебные программы дисциплин по ЭМС внедрены в учебный процесс в СПбГМТУ с конца 1980-х годов, учебные пособия для их обеспечения изданы в 1987-1989 годах Новый учебник «Электромагнитная совместимость судовых технических средств», в который включены основные результаты научной работы автора, опубликован в 2006 году и предлагается для использования при обучении ЭМС в высших учебных заведениях

Основные публикации по теме диссертации

1 Воршевский, A.A. Импульсные напряжения в электроэнергетических системах / А А Воршевский, В Г Паршин // Судостроение - 1987 - № 9 -С 30-31

2 Вилесов, Д.В. Проблема электромагнитной совместимости судовых технических средств / Д В Вилесов, А А Воршевский, О В Евдокимов, В Г Паршин // Судостроение -1990 -№ 1 -С28-30

3 Аполлояский, С.М. Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения /СМ Аполлонский, Д В Вилесов, А А Воршевский // Электричество - 1991 -№4 -С 1-6

4 Воршевский, А.А Возникновение, распространение и воздействие импульсных помех в судовых электроэнергетических системах / А А Воршевский// Судостроение -2007 -№4 С46-48

5 Воршевский, A.A. Обеспечение электромагнитной совместимости судовых технических средств в условиях импульсных помех / А А Воршевский // Морской Вестник - 2007 - №3 (23) - С 46-48

6 Воршевский, А А. Трехфазный анализатор амплитуды импульсных помех / А А Воршевский // Тез докл 3-й Всесоюзной науч -техн конф «Помехи в цифровойтехнике-82» - Паланга, 1982 -С30-32

7 Воршевский, А А. Измерение импульсных искажений напряжения на судах // А А Воршевский // Тр Ленингр кораблестроит ин-та Судовая электроника -Л, 1983 -С34-39

8 Воршевский, А.А Испытание электронного и электротехнического оборудования на защищенность от импульсных помех и провалов напряжения в питающей сети / А А Воршевский, Д В Вилесов // Тез докл Всесоюзной науч -техн конф «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств в подвижных объектах» - Рига, 1985 -С 104-106

9 Воршевский, А А. Методы оценки амплитуды наведенных импульсных помех в судовых информационных кабелях / А А Воршевский, Д В Вилесов // Тез докл ВНТК «Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике» -Вильнюс 1986 - С 90-92

10 Воршевский, А.А Имитатор с широким диапазоном регулирования параметров и формы имитируемых импульсных помех / А А Воршевский // Тез докл Всесоюзной науч -техн конф «Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике» -Вильнюс, 1986 - С 23-25

11 Worshevsky, A.A. Параметры кратковременных переходных напряжений в судовой электрической системе (Parameters of short time voltage transients in shipboad electrical system) International EMC symposium, Wroclaw, Poland, 1986 -P 874-882

12 Worshevsky, A.A, Wilesov, D.V. Импульсный метод измерения электрической и магнитной связи (Impulse technique of measurements of magnetic and electric couplmg) Proceeding of 9 International Wroclaw Symposium on EMC, Wroclaw, Poland, 1988 -P 477-481

13 Воршевский, A.A. Приборное обеспечение испытаний электронного оборудования на электромагнитную совместимость / А А Воршевский, Д В Вилесов // Тр науч -техн конф по кораблестроению «Перспективы и проблемы судовой электротехники и электроники» - Варна, 1989 - С 27-30

14 Воршевский, АЛ. Аппаратура для испытаний электронного оборудования на электромагнитную совместимость по цепям питания / А А Воршевский // Тез докл ВНТК «ЭМС судовых технических средств» -JI Судостроение, 1990 -С 141-142

15 Worshevsky A., Wilesov V., Saluleev V. Влияние кабельных соединителей на электромагнитую связь электрических цепей (Influence of cable connectors on EM coupling of electrical circuits) Proceeding of 10 International Wroclaw Symposium on EMC, Wroclaw, Poland, 1990 - P 306-309

16 Worshevsky, А. Анализ стандартов по устойчивости к импульсным помехам (Analysis of impulse noise immunity standards) Proceedmg of IEEE International Symposium on EMC, Washington, USA, 1990 - P 504-506

17 Worshevsky, А А. Цифровое моделирование импульсных помех в электрической системе во временной области (Digital simulation of pulse noise in electrical system in time domain) Proceeding of International Symposium on EMC, Beijing, China, 1992 - P 140-142

18 Worshevsky, A.A Сертификация продукции по ЭМС в системе сертификации ГОСТ в России (EMC certification of products in GOST certification system m Russia) Proceeding of International Symposium on EMC, Sendai, Japan, 1994 -P 466-468

19 Worshevsky, A.A. ЭМС/ЭМИ деятельность в России (EMC/EMP activity m Russia) Proceeding of International Symposium on electromagnetic environment, Bordeaux, France, 1994 - P 101-105

20 Worshevsky, A., Kopnenko, V., Theiler, Т., Dikvall, Т., Lovstrand, K.G. Сравнительные ЭМИ испытания шкафа мобильной связи в двух ЭМИ лабораториях (Comparative EMP Testing of a mobile communications shelter at two EMP test laboratories) The World of Electromagnetics Albuquerque, New Mexico, USA, 1996 - P 383

21 Воршевский, А А. Испытание блоков бесперебойного питания и средств защиты от помех в соответствии с ГОСТ Р 50745-95 / А А.Воршевский сб докл 5-й Российской науч -техи конф «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов» — Санкт-Петербург, 1998 - С 513—519

22 Worshevsky A A., Worshevsky, A.A. Расчет затухания импульсных напряжений в фильтрах (Calculation of surge attenuation in filters) Proceedings of International Symposium on EMC Tokyo, Japan, 1999 -P 48-50

23 Вилесов, Д.В. К формированию требований по обеспечению электромагнитной совместимости судового оборудования / Д В Вилесов, А А Воршевский • сб докл 6-й Российской науч -техн конф «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов» — Санкт-Петербург, 2000 -С 345-353

24 РД 31 64 26-00 Нормы и правила обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) на морских подвижных объектах и методы комплексной оценки ЭМС Москва, 2000 - 104 с

25 Worshevsky, A.A. Требования по электромагнитной совместимости к судовому оборудованию (Electromagnetic compatibility requirements for shipboard equipment) Proceedings 2001 of St Petersburg Chapter, St Petersburg ETU (LETI) Publishing House, 2001-P 102-105

26 Вилесов, ДВ. Изменения требований к судовому оборудованию по электромагнитной совместимости / Д В Вилесов, А А Воршевский, В Б Мачуль-ский • сб докл 7-й Российской науч -техн конф «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов» - Санкт-Петербург, 2002 - С 164-169

27 Worshevsky, А А. Требования по помехоустойчивости к оборудованию, отвечающему за безопасность (Immunity requirements for safety determining equipment) Proceedings of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility Istanbul, Turkey, 2003 - P TU-A-P1-13

28 Vodopjanov, G., Worshevsky, А. ЭМС стандартизация в России (EMC Standardization in Russia) Proceedings of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility Istanbul, Turkey, 2003 -P WE-P-I4 3

29 Агафонов, AM. Создание испытательного импульсного и затухающего колебательного магнитного поля / А М Агафонов, А А Воршевский сб науч докл 5-го Международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии - Санкт-Петербург, 2003 - С 296-298

30 Воршевский, А.А. Определение гармоник потребляемого тока и фликера, создаваемого электрооборудованием, альтернативным методом / ААВоршевский // Технологии ЭМС -2004 -№ 1 -С 29-35

31 Воршевский, А.А. Факторы, определяющие изменение параметров импульсных помех, при распространении по кабелю / А А Воршевский, Фам Тхань Хьет сб докл 8-й Российской науч -техн конф «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов» - Санкт-Петербург, 2004 -С 129-133

32 Воршевский, А.А. Перенапряжения на удаленном электронном оборудовании при коммутации конденсаторов в электрической сети / А А Воршевский сб докл 8-й Российской науч -техн. конф «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов» - Санкт-Петербург, 2004 - С 117-120

33 Kouprienko, V., Worshevsky, А. ЭМС и высокоэнергетические установки в Санкт-Петербургском регионе (EMC and high energy test facilities in Saint-Petersburg region) Proceedings of 2004 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility "EMC Europe 2004", Eindhoven, The Netherlands, September 6-10, 2004 -P W8 2

34 Worshevsky, А. Эффекты распространения импульсных помех в электрической системе (Effects of pulse noise propagation m electrical system) Proceedings of 2004 International Symposium on Electromagnetic Compatibility Sendai, Japan, June 1-4, 2004 -P 4E4

35 Worshevsky, A.A. ЭМС требования Российского морского регистра судоходства для электронного, электротехнического оборудования и систем (Russian register of shipping EMC requirements for electrical and electronic equipment and systems) Proceedings of 6th International Symposium on EMC and Electromagnetic Ecology Saint-Petersburg, Russia, 2005 -P 324-327

36 Agafonov, A., Worshevsky, А. Измерения импульсных напряжений в ЭМС (Pulse voltage measurement m EMC) Proceedings of 6th International Symposium on EMC and Electromagnetic Ecology Saint-Petersburg, Russia, 2005 -P 187-189

37 Worshevsky, A.A., Pham, Т.К., Nguen, M.D. Распространение импульсных помех в судовых электрических кабелях с неоднородностью параметров (Propagation of pulse noise in shipboard electrical cables with nonuniform parameters) Proceedings of Asian-Pacific Conference on environmental electromagnetics Dalian, China, 2006 -P 710-713

38 Worshevsky, A.A, Nguen, M.D. Вероятностные характеристики импульсных напряжений, вызванных коммутацией индуктивной нагрузки (Probability characteristics of pulse voltages caused by arc process of inductive load switchings) Proceedings of 7th International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology Saint-Petersburg, Russia, 2007 P 64-66

39 Воршевский, A.A. Испытания на электромагнитную совместимость электронного оборудования, расположенного на ходовом мостике судна / А А Воршевский, П А Воршевский, А М Агафонов // Технологии ЭМС - 2007 -№2(21) -С 10-21.

40 Воршевский, А А. Электромагнитная совместимость судовых технических средств по импульсным помехам, возникающим, распространяющимся и воздействующим в судовой электроэнергетической системе / А А Воршевский // Технологии ЭМС - 2007 - № 3 (22) - С 23-32

ИЦ СПбГМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 8 11 2007 Зак 3498 Тир 120 2,0 печ л

Принятые сокращения

Введение

1. Прогнозирование параметров импульсных помех в точке возникновения

1.1. Модели для расчета переходных процессов при включении нагрузок

1.2. Влияние удаленных элементов СЭС на параметры импульсных помех

1.2.1. Особенности структуры СЭС, влияющие на формирование импульсной помехи

1.2.2. Расчет начального процесса формирования импульсной помехи

1.2.3. Анализ влияния кабеля с нагрузкой методом распространяющихся волн

1.2.4. Влияние группы кабелей с нагрузками, подключенных радиально

1.2.5. Упрощенное представление влияния кабеля с нагрузкой

1.2.6. Проверка упрощенных схем для включения конденсатора и резистора

1.3. Влияние кабеля между включаемой нагрузкой и выключателем

1.4. Параметры импульсных помех при однофазных коммутациях

1.4.1. Включение нагрузок

1.4.2. Включение конденсаторов

1.4.3. Отключение нагрузки

1.4.4. Люминесцентные лампы как источник импульсных помех

1.5. Параметры импульсных помехи при коммутациях в трехфазной сети

1.6. Импульсные помехи при однофазных замыканиях на корпус

1.7. Экспериментальное исследование импульсных помех в точке возникновения

1.7.1. Определение параметров сети для расчета микросекундных импульсных помех

1.7.2. Измерения параметров импульсных помех в лабораторных условиях

1.7.2.1. Лабораторные установки для экспериментального исследования импульсных помех

1.7.2.2. Включение нагрузок и конденсаторов

1.7.2.3. Отключение индуктивных нагрузок

1.7.3. Результаты натурных измерений параметров импульсных помех на судах

1.8. Выводы

2. Определение вероятностных характеристик амплитуды импульсных помех

2.1. Общие положения

2.2. Методы определения вероятностных характеристик импульсных помех

2.3. Прогнозирование распределения амплитуды импульсных помех в СЭС методом статистических испытаний

2.4. Экспериментальное исследование вероятностных характеристик импульсных помех

2.4.1. Определение вероятностных характеристик ИП при активных экспериментах

2.4.2. Определение вероятностных характеристик ИП на судах

2.5. О разработке требований к защищенности оборудования от ИП

2.6. Выводы

3. Изменение параметров импульсных помех при распространении в системе

3.1. Общий подход к расчету распространения импульсных помех в СЭС

3.2. Распространение импульсных помех вдоль кабельной трассы

3.2.1. Методы расчета распространения импульсных помех в однородной линии во временной области

3.2.1.1. Описание кабеля как длинной линии

3.2.1.2. Частотные характеристики кабеля

3.2.1.3. Временные характеристики

3.2.1.4. Временные характеристики с учетом потери в диэлектрике

3.2.2. Параметры судовых кабелей для расчета распространения импульсных помех

3.2.2.1. Основные параметры кабеля, важные для расчета распространения помех

3.2.2.2. Значения параметров для судовых кабелей

3.2.3. Изменение параметров симметричных импульсных помех при распространении по судовому кабелю

3.2.3.1. Изменение параметров импульсных помех при распространении в однородных судовых электротехнических кабелях без учета влияния нагрузки

3.2.3.2. Изменение параметров импульсных помех при распространении с одного кабеля на другой

3.2.3.3. Изменение параметров импульсных помех при достижении нагрузки

3.2.4. Расчет распространения импульсных помех по неоднородной линии

3.2.4.1. Метод распространяющихся волн для расчета напряжения импульса в неоднородной линии

3.2.4.2. Представление неоднородной линии в виде цепочки с сосредоточенными параметрами

3.2.4.3. Метод конечной разности для расчета распространения импульсных помех в неоднородной линии

3.2.5. Изменение параметров импульсных помех при распространении по неоднородной линии

3.2.5.1. Влияние неоднородности на концах кабеля на параметры импульсных помех

3.2.5.2. Влияние участка с измененным волновым сопротивлением с произвольным расположением на распространение импульсных помех в судовом кабеле

3.2.5.3. Влияние участков с непрерывным изменением волнового сопротивления на распространение импульсных помех в судовом кабеле

3.2.6. Влияние многократных отражений на параметры микросекундных импульсных помех и перенапряжений, возникающих при коммутации конденсаторов вСЭС

3.3. Распространение помех излучением

3.3.1. Теоретические основы распространения излучением

3.3.2. Элементарные источники электромагнитного поля

3.3.3. Распространение плоских электромагнитных волн

3.3.4. Поверхностный эффект

3.3.5. Основы экранирования электромагнитного поля

3.4. Возникновение наведенных напряжений в кабельной трассе

3.4.1. Общий подход к расчету наведенных напряжений в кабельной трассе

3.4.2. Методы расчета наведенных микросекундных импульсных помех

3.4.2.1. Электрическая (емкостная) связь

3.4.2.2. Магнитная (индуктивная) связь

3.4.2.3. Электрическая и магнитная связь в экранированных кабелях

3.4.3. Влияние кабельных соединителей и кабельных вводов на параметры наведенных напряжений

3.4.4. Оценка максимально возможных амплитуд наведенных импульсных помех 198 3.5 Экспериментальное исследование распространения импульсных помех в кабельной трассе

3.5.1. Методика измерения параметров кабеля и экспериментального исследования распространения волн вдоль кабеля

3.5.2. Результаты измерения параметров кабелей

3.5.3. Результаты экспериментального исследования распространения импульсных помех вдоль по кабелю

3.5.4. Влияние разделки кабеля на распространение ИП по кабелям

3.5.5. Исследование наведенных напряжений в кабельной трассе

3.5.6. Результаты исследования кабельных соединителей

3.5.7. Результаты исследования кабельных вводов 226 3.6. Выводы

4. Воздействие импульсных помех на электронное оборудование

4.1. Общие положения

4.2. Распространение помех через сетевые фильтры

4.2.1. Определение коэффициента вносимого затухания

4.2.2. Паразитные параметры элементов фильтра

4.2.3. Распространение импульсных помех через фильтр

4.2.4. Распространение наносекундных помех через фильтр

4.3. Распространение импульсных помех через трансформаторы

4.3.1. Общий подход к расчету распространения импульсных помех через трансформатор

4.3.2. Упрощенные модели расчета напряжения на вторичной обмотке

4.3.3. Методика измерения параметров трансформатора, необходимых для расчета распространения импульсных помех

4.3.4. Результаты экспериментального исследования трансформаторов

4.4. Распространение помех через гальванические развязки

4.4.1. Методика испытания

4.4.2. Результаты испытания помехоустойчивости гальванической развязки ABA 6ТА00В

4.4.3. Результаты испытания гальванической развязки WAS5 WC HF

4.5. Механизм проникновения помех к восприимчивым узлам и компонентам ТС

4.6. Стойкость компонентов электронного оборудования

4.7. Помехоустойчивость цифровых устройств

4.8. Помехоустойчивость аналоговых устройств

4.9. Выводы

5. Практика обеспечения электромагнитной совместимости

5.1. Общий подход к обеспечению ЭМС

5.2. Совершенствование требований по ЭМС

5.2.1. Системы сертификации и организации по стандартизации в области электромагнитной совместимости

5.2.2. Стандарты по электромагнитной совместимости

5.2.3. Основополагающие документы и требования по электромагнитной совместимости судового оборудования

5.2.4. Разработка требований по ЭМС для Российского Морского Регистра судоходства

5.3. Снижение уровней помех в электроэнергетической системе

5.3.1. Общий подход к подавлению помех

5.3.2. Подавление кондуктивных помех от вторичных источников питания

5.3.3. Снижение коммутационных импульсных помех в электрической сети

5.3.4. Снижение напряжений, вызванных разрядом молнии

5.3.5. Разделение питания источников и рецепторов помех

5.4. Защита электронного оборудования от импульсных помех

5.4.1. Общий подход к защите от помех и повышению помехоустойчивости

5.4.2. Защита по порту питания

5.4.2.1. Помехозащитные трансформаторы

5.4.2.2. Сетевые и входные фильтры

5.4.2.3. Защита от мощных импульсных помех

5.4.3. Защита по порту ввода-вывода

5.4.3.1. Симметрирование и гальваническая развязка

5.4.3.2. Выбор и прокладка кабелей

5.4.3.3. Особенности входных цепей технических средств

5.4.4. Защита по порту корпуса

5.4.5. Заземление

5.5. Особенности проектирования судовых систем 341 5.5.1.Организация работ по обеспечению ЭМС

5.5.2. Технические меры обеспечения ЭМС на судах 5.6. Выводы

6. Техническое и методическое обеспечение испытаний

6.1. Имитация импульсных помех при испытаниях

6.1.1. История производства имитаторов импульсных помех в СССР и России

6.1.2. Имитация импульсных помех как часть испытаний оборудования на помехоустойчивость

6.1.3. Имитатор пачек помех ИПП

6.1.4. Имитатор импульсных помех ИИП

6.1.5. Имитатор импульсных помех ИИП-4000Д

6.1.6. Имитатор импульсных помех ИИП-2500У

6.1.7. Имитатор магнитного поля ИМП-1 ООО

6.1.8. Имитатор импульсных помех ИИП-1 ООО

6.2. Измерения параметров импульсных помех

6.2.1. Средства измерения в области электромагнитной совместимости

6.2.2. Измерение напряжений и токов во временной области

6.3. Испытательная лаборатория технических средств по электромагнитной совместимости

6.4. Проведение испытаний оборудования на устойчивость к помехам

6.4.1. Общие требования к организации испытаний

6.4.2. Испытания на устойчивость к импульсным помехам

6.4.3. Опыт проведения испытаний в лаборатории и на судах

6.5. Выводы

Импульсные помехи (ИП) в электротехнических системах являются одним из самых значимых факторов для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). Под импульсными помехами (импульсными искажениями напряжения, импульсными коммутационными перенапряжениями) подразумеваются импульсы напряжения, наложенные на рабочее напряжение в сети и приложенные к техническим средствам симметрично или несимметрично. ИП сопровождаются также импульсами тока. Подавляющее большинство современных судовых средств навигации, радиосвязи, автоматизации и управления содержат цифровые узлы или схемы, по принципу своего действия восприимчивые к импульсным помехам. Нарушение нормальной работы оборудования ходового мостика непосредственно влияет на безопасность мореплавания.

Образцы цифровых средств, разработанных в 1970-1980-е годы сбивались при включении и выключении внешних устройств, паяльника или освещения [75]. Наш опыт испытаний показывает, что даже в настоящее время около четверти образцов электронного оборудования, впервые предъявляемого на испытания по ЭМС, сбивается при воздействии наносекундных импульсных помех. Фиксируются изменения показаний отображающих индикаторов, зависание контроллеров и процессоров, формирование или выполнение ложных команд. При воздействии микросекундных импульсных помех в цепях питания у 7-9% впервые испытываемых изделий наблюдается разрушению вторичных источников электропитания и входных фильтров.

Первым шагом в обеспечении ЭМС по фактору ИП являлась разработка требований к устойчивости судового оборудования к импульсным помехам. Автор принимал непосредственное участие в научно-исследовательских работах по изучению ИП в судовых электротехнических системах (СЭС), проводимых по заданию ЦНИИ судовой электротехники и технологии в 1970-1980-х годах с целью разработки таких требований. Автор являлся также ответственным исполнителем, руководителем НИР по совершенствованию ЭМС требований, проводимых для Российского морского регистра судоходства (РМРС) в конце 1990-х - начале 2000-х годов.

Соблюдение действующих требований РМРС к судовым ТС по эмиссии помех и помехоустойчивости является минимально необходимым условием обеспечения ЭМС. Объединение отдельных ТС (блоков) в систему существенно изменяет характеристики ЭМС из-за появления дополнительных путей распространения помех и взаимодействий блоков между собой. Близкое расположение мощного и чувствительного оборудования на судне, необходимость прокладки различных кабелей в одной кабельной трассе, появление многообразных электромагнитных связей снижают помехоустойчивость системы по сравнению с отдельным ТС и требуют решения ряда дополнительных вопросов. Обеспечение ЭМС для систем может потребовать проверок по выявлению возможных сбоев при различных комбинациях работы оборудования. Необходимо учитывать взаимное электромагнитное влияние и между системами судна.

Резолюция Международной морской организации ИМО А.813(19) устанавливает общий подход к электромагнитной совместимости судового электронного и электротехнического оборудования, как важной составной части обеспечения безопасности мореплавания. В документе констатируется необходимость разработки стандартов и их внедрения с целью сделать обязательным испытание всего судового оборудования на ЭМС. Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море (Конвенция СОЛАС) в новой главе 5 ("Безопасность мореплавания") подчеркивает, что все навигационное оборудование, устанавливаемое на судах, должно быть типа, одобренного национальной Администрацией, и отвечать технико-эксплуатационным требованиям, принятым ИМО. Все навигационное оборудование и системы должны отвечать требованиям электромагнитной совместимости. Ставится задача обеспечения безусловной качественной и надежной совместной работы судовых систем в условиях судовой электромагнитной обстановки.

Решение проблемы ЭМС по импульсным помехам требует обязательного рассмотрения источников ИП, рецепторов ИП и связи между ними. Возможен подход к этим объектам на разных уровнях, с различных точек зрения. Понимание физики процессов в объектах (возникновение, распространение и воздействие помех) является базой всех других уровней решения проблемы. Только такой подход позволяет разрабатывать рекомендации по ЭМС и прогнозировать результат их применения, дает понимание смысла тех или иных требований, позволяет избежать ошибок при проведении экспериментальных работ. Уровень практики обеспечения ЭМС (подавление помех, выбор и прокладка кабелей, размещение оборудования, защита от помех) дает набор методов и средств решения проблемы. Знание подхода к стандартизации в области ЭМС и содержания основных нормативных документов оказывает значительную помощь при разработке требований по ЭМС для конкретного заказа, требований к приобретаемому оборудованию. К стандартизации тесно примыкают знания и умения по испытанию ТС на соответствие требований стандартов. Методы и средства измерения эмиссии помех, испытаний на помехоустойчивость, методики проверки выполнения требований по ЭМС крайне важны при проведении работ по обеспечению ЭМС. В большинстве случаев только экспериментальная проверка может подтвердить электромагнитную совместимость ТС и систем на судне. Настоящая диссертационная работа рассматривает проблему ЭМС по импульсным помехам на всех перечисленных уровнях.

Результаты измерений кратковременных переходных процессов в ЭЭС кораблей США впервые представлены в открытой печати Cannova S.F. в статье [145]. В СССР наибольшой вклад в изучение ИП в промышленных сетях внес Гурвич И.С. (СКБ ВМ, г. Вильнюс), который опубликовал важную работу в области защиты ЭВМ от внешних помех [75]. Организованные им в 1970-1980-х годах конференции «Помехи в цифровой технике» [106-108] являлись Всесоюзными форумами, где специалисты обменивались результатами последних исследований в области ЭМС, и где неоднократно удавалось участвовать с докладами автору [41,45,52]. Основоположником направления ЭМС в судовых ЭЭС с полной уверенностью можно назвать Вилесова Д.В. (ЛКИ, г. Ленинград), под руководством которого проводились работы по исследованию дуговых замыканий на корпус (Благинин В.А.), по влиянию полупроводниковых преобразователей (Гальперин В.Е.), по исследованию импульсных искажений напряжения (Воршевский A.A.), наведенных импульсных напряжений в трассах (Сухоруков С.А., Мусина Н.Ю.) и в соединителях (Самулеев В.В.). Результаты этих работ использованы при разработке требований к судовому оборудованию и включены в учебные пособия [21,22,23]. Вилесов Д.В. организовал первую Всесоюзную конференцию «ЭМС судовых технических средств», секретарем которой довелось участвовать автору. Вопросами импульсных перенапряжений и ЭМС на судах занимались Иванов Е.А., (ЛЭТИ, г. Санкт-Петербург) [81], Глухов O.A. (Марийский ГТУ, г. Йошкар-Ола) [55], Губанов Ю.А. (НПО «Аврора», г. Санкт-Петербург) [74], Свядощ Е.А. (ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова, г. Санкт-Петербург) [120], Цидикян Г.Н. (ЦНИИ СЭТ, г. Санкт-Петербург) [136]. Важные теоретические работы в области ЭМС проводились также в Государственном политехническом университете, г. Санкт-Петербург [152], в Военном инженерно-техническом университете (ВИТУ), г. Санкт-Петербург [135]. Автор принимал участие во всех симпозиумах по ЭМС, проводимых в Санкт-Петербурге, что позволило использовать весь опыт, накопленный в области ЭМС, при решении поставленных в работе задач.

Возникновение ИП в СЭС, модели для расчета переходных процессов в наносекундном и микросекундном диапазонах длительностей при нормальных и аварийных коммутациях, значения параметров ИП на судах рассмотрены в главе 1. Доказана возможность учета влияние удаленных элементов СЭС на параметры формируемых микросекундных ИП упрощенными схемами с сосредоточенными параметрами. Рассмотрены особенности структуры СЭС, влияющие на параметры ИП, проведен расчет начального процесса формирования ИП методом распространяющихся волн, исследовано влияние группы кабелей с нагрузками, подключенных радиально, оценено также влияние кабеля между включаемой нагрузкой и выключателем. Приведены значения параметров ИП в точке возникновения при однофазных и трехфазных коммутациях, при однофазных замыканиях на корпус. Результаты подтверждены экспериментами в лаборатории и на судах.

Вероятностные характеристики ИП на судах рассмотрены в главе 2, где даны методы их определения, приведены распределения амплитуды ИП в СЭС, полученные аналитически и методом статистических испытаний. Результаты экспериментального определения вероятностных характеристик ИП в СЭС и береговых сетях подтверждают работоспособность методов расчета. В главе приводится подход к разработке требований по ИП на основе их вероятностных характеристик. Приоритет автора в получении приведенных в главах 1 и 2 результатов подтверждается публикациями [19, 20, 21,45, 169, 178] и выступлениями с докладами на международных симпозиумах по ЭМС в г. Вроцлав, Польша [180], г. Вашингтон, США [167], г. Пекин, Китай [173].

Наиболее объемная глава 3 посвящена распространению ИП в СЭС, включая распространение вдоль по кабельным трассам и через электромагнитные связи цепей. Рассматриваются и сравниваются различные методы расчета распространения ИП с акцентом на расчетах во временной области. Предлагаемые для расчета модели опробованы на конкретных примерах. Приведены значения параметров судовых кабелей, важные для расчета распространения помех, и изменения параметров ИП при распространении по кабелю с учетом затухания, преломления на щитах и отражений от нагрузки. Дано решение для распространения ИП по неоднородной линии методом распространяющихся волн, методом конечной разности и для упрощенной схемы замещения. Изменение параметров ИП при распространении по неоднородной линии рассмотрено для сравнения всеми методами путем моделирования для различного сочетания параметров линии. Исследовано влияние неоднородности на концах кабеля, участка с измененным волновым сопротивлением, участков с непрерывным изменением волнового сопротивления и многократных отражений на параметры ИП. Определены максимально возможные амплитуды ИП на удаленном потребителе с использованием генетического алгоритма поиска экстремума. Приведено обобщение метода расчета распространения помех излучением. Дан наиболее общий подход к расчету наведенных напряжений в кабельной трассе и приведен наиболее удобный метод расчета наведенных микросекундных импульсных помех с учетом влияния кабельных соединителей и кабельных вводов на параметры наведенных напряжений. Дана оценка максимально возможных амплитуд наведенных импульсных помех. Большое место занимают результаты экспериментального исследования. Приведена разработанная методика измерения параметров кабелей, кабельных соединителей и результаты измерений. Экспериментально оценена погрешность моделей затухания в кабеле, влияние разделки кабеля на распространение ИП по кабелям, приведены параметры электромагнитной связи цепей в кабельных трассах, в кабельных соединителях, токовводах. Оценены возможные параметры наведенных напряжений. Личный вклад автора в приведенные результаты подтверждается работами [16, 31], докладами на международных симпозиумах по ЭМС [166, 171].

Распространение ИП через сетевые фильтры, трансформаторы, устройства гальванической развязки, проникновение в электронное оборудование и воздействие на чувствительные цепи рассмотрены в главе 4. Приведены рассчитанные коэффициенты вносимого затухания наносекундных и микросекундных ИП для сетевых фильтров с учетом паразитных параметров элементов. Дана методика определения параметров трансформатора и устройств развязки, необходимых для расчета распространения через них ИП. Приведены возможные изменения параметров ИП. Дано теоретическое объяснение преобразования симметричных ИП в несимметричные при прохождении через трансформатор. Приведены результаты экспериментального исследования распространения ИП через трансформаторы и устройств гальванической развязки АВА 6ТА00В, ^УА85 ^УС НР, а также рассчитанные графики для определения прохождения наносекундных ИП в цепи питания чувствительных к ним элементов. Вклад автора в приведенные результаты подтверждается публикациями [23, 49], докладом на международном симпозиуме по ЭМС в г. Токио, Япония [164].

Глава 5 посвящена практике обеспечения ЭМС и рассматривает вопросы стандартизации, разработки требований к судовому оборудованию на уровне оборудования и систем, методы помехоподавления и помехозащигы, организацию и технические аспекты работ по обеспечению ЭМС на судах. Даны направления совершенствования документов РМРС и конкретные предложения, частично уже учтенные в последних публикациях документов. Приведены принципы и приоритеты в работе по обеспечению ЭМС, конкретные методы и средства защита от ИП, включающие защиту по порту питания, ввода-вывода, по порту корпуса и заземления, даны характеристики элементов для непосредственного применения разработчиками электронного оборудования, проектировщиками судов и специалистами по ЭМС, даны конкретные предложения по применению существующих изделий и конструированию перспективных, приведена процедура планирования работ по ЭМС на судах, обобщенные технические меры обеспечения ЭМС, учитывающие рекомендации международных документов. Результаты этого направления работы представлены в публикациях [3, 17, 18, 24, 24, 26, 47] и докладах международных симпозиумов в США, Японии, Турции, России [167,174,175,177, 182].

Техническое и методическое обеспечение проведения испытаний (глава 6) включает методы и средства имитации ИП, методы и средства измерения, методики проведения испытаний, анализ их результатов, организацию испытательной лаборатории. Описаны разработанные под руководством автора имитаторы импульсных помех ИИП-2000, ИИП-4000, ИИП-2500У, ИИП-1000, имитатор магнитного поля ИМП-1000, имитаторы пачек помех ИПП-2000, ИПП-4000, которые выпущены ООО «ЭЛЕМКОМ» в количестве более 200 штук, что обеспечило проведения испытаний на устойчивость к ИП во многих лабораториях России, Украины, Белоруссии, Казахстана, Финляндии. Имитаторы выполнены на отечественной элементной базе по оригинальным схемам и аттестуются Тест-Санкт-Петербург как средства испытаний. Приведены подходы, методы и средства измерений для использования при проведении испытаний технических средств на соответствие требованиям по ЭМС, определении помеховой обстановки на объекте, проверке эффективности средств подавления и защиты от помех и при калибровке имитаторов помех. Кратко описана созданная испытательная лаборатория, аккредитованная в системах сертификации ГОСТ Р, Российского морского регистра судоходства, Российского речного регистра, Минтранса РФ и имеющая лицензию Госатомнадзора. Дан анализ результатов испытаний более 700 образцов различного оборудования на устойчивость к ИП в лаборатории. По результатам экспериментов на судах рекомендуется проверка на устойчивость к наносекундным ИП в ходе швартовных испытаний для устранения ошибок монтажа, выявления некачественно изготовленного оборудование. Констатируется острая необходимость включения в учебные планы специальностей по электротехнике, автоматике, приборостроению дисциплин по ЭМС и приводится опыт разработки и преподавания автором этой дисциплины в СПб ГМТУ с конца 1980-х годов [38, 42]. Рекомендуется к использованию учебник, в котором результаты настоящей работы доведены до практического использования в учебном процессе [48]. Полученный опыт также опубликован в трудах международных симпозиумов, прошедших в г. Черри Хил, США [168], г. Нагоя, Япония [170], г. Рим, Италия [172], г. Пекин, Китай [179], г. Санкт-Петербург, Россия [181].

Приложения содержат адреса ЭМС сайтов в Интернет, описания испытательного оборудования, разработанного под руководством автора, предложения по совершенствованию требований РМРС по ЭМС, методику проведения испытаний судового оборудования, паспорт созданной испытательной лаборатории, свидетельства об аккредитации.

Полученные результаты охватывают все стороны проблемы обеспечения ЭМС по импульсным помехам: их возникновение, распространение, воздействие, подавление, выбор и размещение кабелей с соединителями, защиту от помех, стандартизацию, испытания и измерения. Разработаны и производятся имитаторы ИП по доступной для предприятий цене. Созданная лаборатория оснащена наиболее полным в Санкт-Петербурге комплектом испытательного оборудования, позволяющего проводить любые требуемые испытания по ЭМС. Накопленный опыт используется при доработке судового оборудования до соответствия требованиям по ЭМС и передается студентам в ходе преподавания дисциплины ЭМС на кафедре электротехники и электрооборудования Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (СПб ГМТУ).

6.5. Выводы

1. Разработанные автором в конце 1970-х - в начале 1980-х годов несколько вариантов имитаторов импульсных помех, способные создавать импульсы с переключаемой длительностью и фронтом, позволили оценить значимость параметров импульсов на результат испытаний. Определено, что длительность фронтов испытательных импульсов должна бьггь минимально возможной, а длительность импульсов незначительно влияет на уровень, при котором возникают сбои в работе цифровой техники, но важна для оценки энергетического воздействия на вторичные источники питания.

2. Разработанный «имитатор импульсных помех с длительностью импульсов до 100 мкс» изготовлен на ЛНПО «Электромаш», г. Ленинград в начале 1980-х годов мелкой серией и использовался для проведения испытаний устройств числового программного управления на том же предприятии. По разработанной документации были изготовлены такие же имитаторы в ЦНИИ «Морфизприбор», г. Ленинград для испытаний судового оборудования, а также на экспериментальном НИИ металлорежущих станков ЭНИМС, г. Москва и в СКТБ автоматизации тяжелого металлорежущего оборудования, г. Новосибирск для испытаний станков с числовым программным управлением.

3. ООО «ЭЛЕМКОМ» является вторым в СССР после СКБ ВМ (г. Вильнюс) и первым в России предприятием, начавшим производство комплекта имитаторов помех, необходимого для проведения испытаний на помехоустойчивость в соответствии с Российскими и международными стандартами. Имитаторы импульсных помех ИИП-2000, ИИП-4000, ИИП-2500У, ИИП-1000, имитаторы пачек помех ИПП-2000, ИПП-4000 к настоящему времени выпущены в количестве более 200 штук и используются в испытательных лабораториях различных предприятий России, Украины, Белоруссии, Казахстана, Финляндии. Имитаторы выполнены на отечественной элементной базе по оригинальным схемам.

4. Рассмотренные в работе подходы, методы и средства измерений могут использоваться при проведении испытаний технических средств на соответствие требованиям по электромагнитной совместимости, определении помеховой обстановки на объекте, проверке эффективности средств подавления и защиты от помех и при калибровке имитаторов помех.

5. Измерение параметров импульсных токов и напряжений требуется при оценке помеховой обстановки в электрической сети, при аттестации имитаторов импульсных помех, при проверке эффективности средств помехозащиты, а также при измерении эмиссии импульсных помех, требуемой некоторыми стандартами (ГОСТ 28751).

Цифровые осциллографы фирмы Tektronix внесены в Государственный реестр средств измерений и могут быть рекомендованы при проведении сертификационных измерений. Высокая частота дискретизации (1 ГГц и выше) уменьшает возможность пропуска исследуемого сигнала.

6. При измерении амплитуды наносекундных импульсных напряжений с помощью обычных штатных делителей осциллографа возможно получение завышенных результатов до 18% из-за возникновения колебаний. Увеличение длины заземляющего проводника может привести к погрешности более 30%. При расположении рядом с делителями проводников, находящихся под импульсным напряжением, возможно появление наведенного напряжения, которое воспринимается, как полезный сигнал амплитудой более 1 В. Наиболее точные результаты измерения импульсных напряжений достигаются при применении делителей коаксиальной конструкции и, в частности, при использовании разработанного автором делителя ДНН-1000.

7. Перед выполнением измерений импульсных помех необходимо заземлить корпус прибора и проверить помехозащищенность измерительной системы в целом путем подачи на зажимы цепей питания и на закороченную входную цепь импульса в напряжения (тока) относительно корпуса.

8. Разработанный датчик тока разъемный широкополосный ДТРШ с полосой 500 Гц-5 МГц и проходным сопротивлением 10 мВ/А используются при аттестации имитаторов импульсных помех.

9. Разработанные автором регистрирующие и анализирующие измерительные приборы применялись на начальном этапе получения данных о параметрах импульсных помех на судах. Анализаторы импульсных помех АИП-С изготавливались в ЦНИИ «Морфизприбор», а «Счетчики импульсных напряжений для регистрации в сети питания импульсных помех» в ЛНПО «Электромаш». Различные схемы пороговых устройств на основе мультивибраторов, туннельного диода, тиристора, проверенные автором и опубликованные в литературе, могут быть рекомендованы для использования при разработке средств фиксации редкоповторяющихся импульсных процессов.

10. Испытательная лаборатория, созданная на базе кафедры электротехники и электрооборудования Санкт-Петербургского Морского технического университета и оснащенная испытательным оборудованием ООО «Элемком», аккредитована в системах сертификации ГОСТ Р, Российского морского регистра судоходства, Российского речного регистра, Минтранса РФ, имеет лицензию Госатомнадзора.

11. Система электропитания лаборатории обеспечивает полную гальваническую развязку цепей питания измерительных приборов, имитаторов помех и испытуемого оборудования. Имитаторов помех имеют аттестаты территориального органа федерального агенства по техническому регулированию и метрологии - ФГУ «Тест-С.Петербург» и обеспечивают возможность проведения испытаний на соответствие требованиям отечественных и международных стандартов по ЭМС. Лаборатория имеет квалифицированный персонал, имеющий базовое образование и аттестованный в установленном порядке на право проведения испытаний технических средств по требованиям ЭМС.

12. Методика испытаний на помехоустойчивость, приведенная в приложении, используется для проведения испытаний судового оборудования.

13. Созданная под руководством автора испытательная лаборатория провела испытания более 700 образцов различного оборудования на электромагнитную совместимость. Около половины впервые предъявленных на испытание технических средств не выдерживали испытания на помехоустойчивость. Наносекундные импульсные помехи почти в четверти случаев испытаний приводили к изменениям показаний отображающих индикаторов, зависанию контроллеров и процессоров, к формированию или выполнению ложных команд. Установка помехоподавляющего фильтра в цепи питания, разнесение силовой и информационной узлов изделия в корпусе, экранирование внешних связей, правильное выполнение соединения экранов кабелей с корпусом, установка оптронной развязки между блоками системы практически всегда позволяет повысить помехоустойчивость до требуемой величины. Микросекундные импульсные помехи в цепях питания для менее чем 10% изделий приводят к разрушению вторичных источников электропитания и входных фильтров. Установка варисторов в большинстве случаев решает задачу защиты от этого вида помех.

14. Опыт общения с разработчиками и изготовителями судового оборудования подтверждает крайнюю необходимость во внедрении дисциплины по ЭМС в учебные планы электротехнических и приборостроительных специальностей. В СПб ГМТУ с конца 1980-х годов проводится обучение по ЭМС для дневных и вечерних форм образования. Автором разработаны учебные программы дисциплин по ЭМС, читаются лекции с 1980-х годов и изданы учебные пособия в 1987-1989 годах и новый учебник в 2006 году.

15. Проведенные эксперименты подтверждают необходимость проверки помехоустойчивости систем после установки на судно. Помехоустойчивость системы может быть ниже устойчивости к помехах отдельного оборудования, входящего в систему, из-за появления дополнительных связей через кабельную трассу, особенностей монтажа и заземления. Испытания на устойчивость к наносекундным импульсным помехам на судне позволяют устранить ошибки монтажа, выявить некачественно изготовленное оборудование, повысив тем самым безопасность мореплавания. Испытания на устойчивость систем ходового мостика к наносекундным импульсным помехам амплитудой 2 кВ рекомендуются для включения в программу швартовных испытаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Импульсные помехи, возникающие в СЭС при штатных и аварийных коммутациях, содержат как компоненты микросекундного диапазона длительностей, так и длительностью в десятки-сотни наносекунд. Наносекундные ИП могут быть рассчитаны методом распространяющихся волн на основании приведенных в работе выражений. Микросекундные ИП предлагается рассчитывать с помощью разработанных упрощенных схем замещения, в которых волновые свойства сети эквивалентированы цепями со сосредоточенными параметрами. Величина погрешности расчета амплитуды и длительности помех по сравнению с результатом эксперимента не превышает 20%.

2. Импульсные помехи в СЭС с точки зрения теории вероятности могут быть представлены как случайный импульсный поток со случайным временем появления и случайными величинами параметров каждого импульса. Частота появления ИП, амплитуда которых превышает заданную величину, может использоваться для разработки требований к защищенности оборудования от ИП. При этом величину амплитуды ИП в трехфазной сети следует определять между фазой и корпусом. Искомая характеристика может быть определена путем проведения достаточного большого объема измерений амплитуды ИП на различных типах судов или расчетным путем на основе полученных методом статистических испытаний гистограмм плотностей вероятностей амплитуды ИП при включении нагрузок.

3. Амплитуда ИП в точке возникновения в СЭС с номинальным значением напряжения 380 В может достигать 1400 В. Это значение превышает амплитуду импульса напряжения, рекомендуемого МЭК 60945 для испытаний судового оборудования на устойчивость к ИП (1 кВ). Длительность ИП принимает значения от долей до десятков микросекунд, а длительность фронта ИП может быть от 10 не до единиц микросекунд.

Амплитуда ИП в сети при отключении нагрузки в основном определяется свойствами дуги между расходящимися контактами выключателя и при использовании существующих судовых коммутационных аппаратов не превосходит амплитудного значения фазного напряжения. Генерируемая при отключении индуктивной нагрузки пачка импульсных помех содержит десятки-сотни импульсов, а длительность пачки может превышать 500 мкс. Максимальная зафиксированная частота следования импульсов составляет 13 МГц. Полученные экспериментально гистограммы плотности распределения амплитуды ИП при изменении тока, типа выключателя позволяют оценить влияние условий отключения катушки на амплитуду ИП.

Натурные эксперименты подтвердили возможность появления на судах импульсных помех с амплитудой до 1200 В. Частота следования ИП с амплитудой более амплитудного значения фазного напряжения на обследованных судах не превышает одного раза в сутки.

4. Электромагнитные процессы в ЭЭС, включая воздействие электромагнитных полей, в наиболее общей форме рассматриваются с точки зрения электромагнитной топологии с использованием формулы Ваит-Гш-ТезсЬе. Моделирование распространения сигналов в по многопроводным линиям может быть выполнено на основе супертеории линий передачи, которая не имеет ограничений к ТЕМ моде. На практике получение данных об электромагнитной топологии требуют неоправданно большого объема работы. Разработанные упрощенные модели распространения импульсных помех по кабелю пригодны для оценочных расчетов при отсутствии полной информации о системе. Модели позволяют определить количественно влияние различных факторов на распространение помех и получить решение для заданной точки во временной области. Модели пригодны для расчета распространения симметричных и несимметричных импульсных помех. Полученные решения учитывают потери в кабелях, волновые эффекты при распространении по сети, при переходе через распределительные щиты, участки неоднородности, такие как разделка кабелей и изменение высоты прокладки кабелей при проходе через системы шпангоутов. Сравнение результатов расчетов и измерений амплитуды при распространении ИП по кабелям длиной от 5 до 100 м показывает, что погрешность расчета не превышает 10% для симметричных помех и 20% для несимметричных помех. Требуемые для моделей распространения помех параметры судовых кабелей определяются расчетом по приведенным в работе формулам или путем измерения по разработанной методике.

5. Потери при распространении в кабеле уменьшают наносекундные ИП по амплитуде в 1,3-2,5 раза при длине кабеля 100 м, но практически не изменяют амплитуды микросекундных ИП, только увеличивая длительность их фронта.

Наибольший вклад в изменения параметров импульсных помех при распространении дают эффекты отражений и преломлений волн в точках изменения волнового сопротивления. Напряжение на удаленном оборудовании определяется также сопротивлением этого оборудования по цепи подключения кабеля., в частности на оборудовании с высоким сопротивлением амплитуда ИП может в 2 раза превышать напряжение приходящей по кабелю волны. Переход волны напряжения с кабеля через щит на многочисленные отходящие от щита кабели, приводит к существенному уменьшению импульсных помех.

Проведенные на 6 судах натурные измерения распространения импульсных помех между ГРЩ и распределительным щитом позволяют оценить суммарный эффект от потерь в кабеле, от неоднородностей, отражений от нагрузок и преломлений волн на щитах. Наносекундные импульсные помехи, приходящие по кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом на ГРЩ и распространяющиеся далее на удаленный щит затухают более чем в 50 раз. Микросекундные импульсные помехи, возникающие на ГРЩ при включении конденсатора и распространяющиеся от ГРЩ до удаленного щита, уменьшаются только до 0,4-0,8 от амплитуды в точке возникновения.

6. Многократные отражения волн на пути распространения из-за разделки и изменения высоты прокладки кабелей могут дать увеличение амплитуды помехи до 4 амплитуд падающей волн при высоком сопротивлении нагрузки. Генетический алгоритм поиска экстремума дает еще большее максимально возможное напряжение на нагрузке (до 8 амплитуд падающей волн) при наличии неоднородностей кабеля перед ней с определенным сочетанием параметров. Однако такое сочетание условий маловероятно.

Многократные отражения в кабеле теоретически могут дать перенапряжения на удаленной нагрузке до 7,5 амплитуд фазного напряжения электропитания. Требование к устойчивости судового оборудования к микросекундным импульсным помехам должно быть установлено на уровне не менее 2 кВ.

7. Импульсные помехи, распространяющиеся по кабелю, наводят напряжения в соседних информационных кабелях. Полученные решения уравнений позволяют определить параметры наносекундных наведенных импульсных напряжений и прогнозировать их форму. По результатам расчета, амплитуда наведенного напряжения в цепи рецептора помех может достигать 0,3 амплитуд напряжения импульса в цепи генератора помех, а на нагрузке с высоким сопротивлением даже 0,6. Форма наведенного напряжения на ближнем и дальнем конце цепи рецептора зависит от параметров кабельной трассы и формы исходного импульса в кабеле-источнике помех.

Амплитуда микросекундных импульсных помех, наведенных на кабеле из-за воздействия помех от соседнего кабеля, может быть оценена на основе приведенных в работе значений параметров связи. Наведенные напряжения в соседнем неэкранированном кабеле двадцатиметровой трассы могут достигать 300 В на жилах и 10-30 В между жилами и практически не меняются при использовании кабельных соединителей. Волновые эффекты распространения могут дать удвоение этих напряжений при неблагоприятном сочетании параметров нагрузок. В кабеле с одним наружным экраном и наличии в трассе кабельных соединителей можно ожидать наведенные импульсные напряжения до 3 В на жилах относительно корпуса и до 0,4 В между жилами. Соединительный ящик может увеличить эти напряжения соответственно до 5 и 3 В. Наведенные напряжения между жилами кабелей с пожильным экранированием не превышают 0,4 В.

8. Коэффициент вносимого затухания фильтра в реальных условиях эксплуатации зависит не только от параметров элементов фильтра, но и от сопротивления источника помех и сопротивления защищаемого оборудования. Необходимо учитывать возможное снижение коэффициента при реальных значениях параметров сети и защищаемого оборудования. Микросекундные импульсные помехи ослабляются пассивным LC-фильтром с приемлемыми значениями индуктивности и емкости лишь в несколько раз, а фильтр с малыми значениями L и С дает увеличение помехи. Наносекундные импульсные помехи могут быть ослаблены в десятки-сотни раз с помощью фильтров, выполненных на элементах с малыми значениями паразитных параметров. Однако при паразитной емкости катушки индуктивности более 10 пФ или паразитной индуктивности конденсатора более 1нГн коэффициент вносимого затухания фильтра не превосходит 10 раз. Приведенные графики позволяют быстро оценить значения параметров элементов фильтра, обеспечивающих требуемое затухание импульсных помех.

9. Трансформаторы пропускают несимметричные импульсные помехи с небольшим ослаблением, не зависящим от коэффициента трансформации. Необычным, ранее не учитываемым эффектом является преобразование симметричного напряжения, приложенного на первичную обмотку, в несимметричное напряжение на вторичной обмотке вплоть до 40%, которое может быть рассчитано на основе предложенной модели. Параметры трансформаторов, необходимые для расчета, предлагается определять импульсным методом по предложенной методике.

Средства гальванической развязки предлагается проверять на помехоустойчивость и вносимое затухание в соответствии с разработанной методикой. Результаты испытания средств защиты подтверждают работоспособность методики. Гальваническая развязка ABA 6ТА00В по результатам испытаний была забракована. Установлено, что испытанные гальванические развязки не обеспечивают эффективной защиты оборудования от импульсных помех. Целесообразна разработка стандарта по ЭМС, распространяющегося на гальванические развязки.

10. Модель проникновения импульсных помех из сети питания в цепи питания чувствительных элементов через электромагнитные связи цепей внутри ТС позволяет прогнозировать напряжения на элементах. Наведенное напряжение пропорционально скорости изменения напряжения и тока помех в цепи первичного питания. Приведенные графики позволяют определить по известной емкости связи амплитуду напряжения, наведенного на шинах питания электронных узлов наносекундными импульсными помехами. Несимметричные помехи, приложенные на порт ввода-вывода, частично преобразуются в симметричные из-за неравенства входных сопротивлений ТС и воспринимаются ТС как полезный сигнал. Воздействие помех в цепи заземления приводит к появлению напряжения помех на корпусе ТС, что эквивалентно воздействию несимметричных помех на портах питания и ввода-вывода относительно корпуса. Приведенные зависимости амплитуды и длительности импульсного напряжения на цепи заземления от индуктивности этой цепи позволяют прогнозировать эффект от воздействия наносекундных помех. При правильном применении методов и средств помехозащиты цифровые устройства удовлетворительно работают при воздействии в питающей сети импульсов напряжения с амплитудой до нескольких тысяч вольт.

11. Соблюдение действующих требований Российского морского регистра судоходства к судовым ТС по эмиссии помех и помехоустойчивости является минимально необходимым условием обеспечения ЭМС. Существующие требования не содержат исчерпывающего алгоритма обеспечения ЭМС на системном уровне. Технические средства, получившие сертификат соответствия Европейским требованиям по ЭМС или отвечающие ГОСТ Р 51317.6.2-99, могут не соответствовать требованиям по ЭМС, предъявляемым к судовому оборудованию.

Основными направлениями совершенствования документов Российского морского регистра судоходства является следующее.

- Включение в Правила классификации и постройки морских судов раздела или приложения, содержащего порядок рассмотрения и решения вопросов ЭМС на стадии конструирования, изготовления и эксплуатации, общие требования по обеспечению ЭМС.

- Корректировка требований по ЭМС в соответствии с новыми международными документами и стандартами.

- Включение в руководства процедуры и методики проверки выполнения требований по ЭМС при постройке судна, в ходе швартовых и ходовых испытаний, а также при эксплуатации судна, включая случаи ремонта, замены оборудования, установки нового оборудования, проведения регламентных работ.

Предлагается, в частности, дополнить швартовные и ходовые испытания рядом дополнительных испытаний по ЭМС систем навигации и радиосвязи. Испытания на устойчивость к наносекундным импульсным помехам амплитудой 2 кВ, подаваемых на щит питания оборудования ходового мостика на судне, позволяют устранить ошибки монтажа, выявить некачественно изготовленное оборудование, повысив тем самым безопасность мореплавания.

12. Приведенные в работе принципы и приоритеты, предлагаемые к использованию при проведении работ по обеспечению ЭМС, призваны дать разработчикам судового оборудования алгоритм в принятии решений в области ЭМС. Рекомендации по выбору средств защиты, по проектированию кабельных соединителей, токовводов содержат конкретные предложения по применению существующих изделий и конструированию перспективных. Процедура планирования работ по ЭМС на судах, обобщенные технические меры обеспечения ЭМС учитывают рекомендации международных документов и могут быть использованы проектными организациями.

13. Разработанные имитаторы импульсных помех ИИП-2000, ИИП-4000, ИИП-2500У, ИИП-1000, имитаторы пачек помех ИПП-2000, ИПП-4000 к настоящему времени выпущены ООО «ЭЛЕМКОМ» в количестве более 200 штук и используются в испытательных лабораториях различных предприятий России, Украины, Белоруссии, Казахстана, Финляндии. Имитаторы выполнены на отечественной элементной базе по оригинальным схемам и аттестуются территориальным органом федерального агенства по техническому регулированию и метрологии ФГУ «Тест-Санкт-Петербург» на основе результатов измерений, выполняемым по утвержденным методикам первичной аттестации.

14. Рассмотренные в работе особенности, методы и средства измерений могут использоваться при проведении испытаний технических средств на соответствие требованиям по ЭМС, определении помеховой обстановки, проверке эффективности средств защиты от помех и при калибровке имитаторов помех. В частности, показана возможность и условия появления погрешности до 30% при измерении амплитуды наносекундных ИП. Ряд разработанных и изготовленных средств измерений (делитель ДНН-1000, токосъемник) поверены и используются при аттестации имитаторов импульсных помех.

15. Испытательная лаборатория, созданная на базе кафедры электротехники и электрооборудования Санкт-Петербургского Морского технического университета и оснащенная испытательным оборудованием ООО «Элемком», аккредитована в системах сертификации ГОСТ Р, Российского морского регистра судоходства, Российского речного регистра, Минтранса РФ, имеет лицензию Госатомнадзора. Лаборатория провела испытания более 700 образцов различного оборудования на ЭМС. Приведенная статистика результатов и использованных путей обеспечения ЭМС позволяет утверждать, что в подавляющем числе случаев возможна доработка изделий до требуемой устойчивости к импульсным помехам.

Проведенные испытания на судах подтверждают необходимость проверки помехоустойчивости систем после установки на судно. Испытания на устойчивость к наносекундным импульсным помехам на судне позволяют устранить ошибки монтажа, выявить некачественно изготовленное оборудование, повысив тем самым безопасность мореплавания. Испытания на устойчивость систем ходового мостика к наносекундным импульсным помехам амплитудой 2 кВ рекомендуются для включения в программу швартовных испытаний.

16. Крайняя необходимость во внедрении дисциплины по ЭМС в учебные планы электротехнических и приборостроительных специальностей подтверждается опытом общения с разработчиками и изготовителями судового оборудования в ходе проведения испытаний на ЭМС. Разработаные учебные программы дисциплин по ЭМС внедрены в учебный процесс в СПбГМТУ с конца 1980-х годов, учебные пособия для их обеспечения изданы в 1987-1989 годах. Новый учебник «Электромагнитная совместимость судовых технических средств», в который включены основные результаты диссертационной работы автора, опубликован в 2006 году и предлагается для использования при обучении ЭМС в высших учебных заведениях.

1. Агафонов, А.М. Требования к оборудованию по устойчивости к помехам / А.М.Агафонов, А.А.Воршевский // Тез. докл. 3-й Всероссийской науч.-техн. конф. «Устройства и системы энергетической электроники». Москва, 2001. - С.73-74.

2. Андреев, В.А. Временные характеристики кабельных линий связи / В.А.Андреев. -М.: Радио и связь, 1986. 104 с.

3. Анисимов, Я.Ф. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. Л.: Судостроение, 1990. - 264 с.

4. Аполлонский, С.М. Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения / С.М.Аполлонский, Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский // Электричество. 1991. -№ 4. - С.1-6.

5. Аполлонский, С.М. Электромагнитные поля в экранирующих оболочках / С.М.Аполлонский, В.Т.Ерофеенко. -Мн.: Университетское, 1988. 246 с.

6. Базуткин, В.В. Расчеты переходных процессов и перенапряжений / В.В.Базуткин, Л.Ф.Дмоховская. -М.: Энергоатомиздат, 1983 328 с.

7. Барнс, Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами / Дж.Барнс. -М.: Мир, 1990.

8. Богач, В.Г. Регулирование напряжения в судовых ЭЭС с мощными тиристорными преобразователями // В.Г.Богач, Д.В.Вилесов, В.Е.Гальперин // Судостроение. -1979.-№ 12. С.28-30.

9. Болдырев, В.Г. Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем / В.Г.Болдырев, В.В.Босаров, В.П.Булеков, С.Б.Резников. М.: Энергоатомиздат, 1995.-352 с.

10. Болотин, И.Б. Измерения в переходных режимах короткого замыкания / И.Б.Болотин, Л.З.Эйдель. Л.: Энергия, 1981. - 192 с.

11. Брунав, Я.П. Судовые электрические сети / Я.П.Брунав, Ю.Г.Татьянченко. Л.: Судостроение, 1982. - 200 с.

12. Векслер, Г.С. Подавление электромагнитных помех в цепях электропитания / Г.С.Векслер, В.С.Недочетов, В.В.Пилинский и др. Киев: Тэхника, 1990. - 167 с.

13. Взаимное влияние в судовых кабельных линиях при воздействии импульсных напряжений и токов: Отчет по НИР Х-24 / Ленингр. кораблестроит. ин-т. Per. 01840070217; Инв. 02860065951.-Л., 1985.-219 с.

14. Вилесов, Д.В. Импульсные искажения напряжения в судовых электроэнергетических системах / Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский // Тр. ЛКИ; Вып.123. Л., 1977. -С.34-37.

15. Вилесов, Д.В. Теоретическое определение вероятных характеристик амплитуд импульсных искажений напряжения в судовых электроэнергетических системах / Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский // Тр. ЛКИ: Судовая и энергетическая электроника. -Л., 1981. С.18-25.

16. Вилесов, Д.В- Возникновение и распространение импульсных помех в СЭЭС / Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский, В.Е.Гальперин, С.А.Сухоруков: учеб. пособие; Ленингр. кораблестроит. ин-т. Л., 1987. - 90 с.

17. Вилесов, Д.В. Измерения и испытания в области электромагнитной совместимости/ Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский, В.Е.Гальперин, С.А.Сухоруков: учеб. пособие; Ленингр. кораблестроит. ин-т. Л., 1989. - 64 с.

18. Вилесов, Д.В. Обеспечение электромагнитной совместимости в судовых электроэнергетических системах / Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский, В.Е.Гальперин, С.А.Сухоруков: учеб. пособие; Ленингр. кораблестроит. ин-т. Л., 1988. - 64 с.

19. Вилесов, Д.В. Проблемы электромагнитной совместимости в электроэнергетике / Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский // Сб. Института повышения квалификации энергетики. СПб., 1997. - С.34-37.

20. Вилесов, Д.В. Проблема электромагнитной совместимости судовых технических средств / Д.В.Вилесов, А.А.Воршевский, В.Г.Паршин // Судостроение. 1990. -№ 1. - С.28-30.

21. Вилесов, Д.В. Приближенный способ определения реактивной мощности в нелинейной электрической цепи. Проблемы нелинейной электротехники / Д.В.Вилесов, В.Е.Гальперин. Киев: Наукова думка, 1984. С.38-40.

22. Влияние конструкций электросоединительных устройств на электромагнитные параметры цепей судовых кабелей: Отчет по НИР Х-197 / Ленингр. кораблестроит. ин-т. Per. 0189.0129419. Л., 1988. - 149 с.

23. Водопьянов, Г.В. Проблемы стандартизации в области электромагнитной совместимости технических средств радиосвязи / Г.В.Водопьянов, В.С.Кармашев // Технологии ЭМС (электромагнитной совместимости). 2003. - № 4. - С.40—46.

24. Волин, М.Л. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре / М.Л.Волин. -М.: Радио и связь, 1981. 296 с.

25. Воршевский, A.A. Аппаратура для испытаний электронного оборудования на электромагнитную совместимость по цепям питания / А.А.Воршевский // Тез. докл. ВНТК «ЭМС судовых технических средств». Л.: Судостроение, 1990. - С.141-142.

26. Воршевский, A.A. Измерение импульсных искажений напряжения на судах // А.А.Воршевский// Тр. Ленингр. кораблестроит. ин-та: Судовая электроника. Л., 1983. - С.34-39.

27. Воршевский, A.A. Новые стандарты и нормативные документы по электромагнитной совместимости / А.А.Воршевский // Вест. Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности 2001. - № 3 (39). - С.114—124.

28. Воршевский, A.A. Об опыте преподавания курса электромагнитной совместимости в техническом вузе / А.А.Воршевский: Сб. докл. Международного симпозиума по ЭМС. СПб., 1993. - С.783-784.

29. Воршевский, A.A. Определение гармоник потребляемого тока и фликера, создаваемого электрооборудованием, альтернативным методом / А.А.Воршевский // Технологии ЭМС. 2004. - № 1. - С.29-35.

30. Воршевский, A.A. Трехфазный анализатор амплитуды импульсных помех /

31. A.А.Воршевский // Тез. докл. 3-й Всесоюзной науч.-техн. конференции «Помехи в цифровой технике-82». Паланга, 1982. - С.30-32.

32. Воршевский, A.A. Электромагнитная совместимость в судовых электроэнергетических системах: метод, указания к лабораторным работам // А.А.Воршевский,

33. B.И.Савин; СПбГМТУ. СПб., 1996. - 47 с.

34. Воршевский, A.A. Магнитное поле и ПЭВМ / А.А.Воршевский, А.М.Агафонов: сб. докл. 6-й Российской науч.-техн. конф. «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов». Санкт-Петербург, 2000. - С.491^-92.

35. Воршевский, A.A. Методы оценки амплитуды наведенных импульсных помех в судовых информационных кабелях / А.А.Воршевский, Д.В.Вилесов // Тез. докл. ВНТК «Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике». Вильнюс. 1986. - С.90-92.

36. Воршевский, A.A. Электромагнитная совместимость судовых технических средств/ А.А.Воршевский, В.Е.Гальперин; СПбГМТУ. СПб., 2006. - 317 с.

37. Воршевский, A.A. Распространение импульсов напряжения через трансформаторы питания / А.А.Воршевский, Д.В.Вилесов, С.А.Сухоруков, Т.В.Добровольская: сб. науч. тр. НКИ. Николаев, 1983. - С.55-60.

38. Воршевский, A.A. Импульсные напряжения в электроэнергетических системах / А.А.Воршевский, В.Г.Паршин // Судостроение. 1987. -№ 9. - С.30-31.

39. Воршевский, А.А. Задачи электромагнитной совместимости судового электронного и электротехнического оборудования / А.А.Воршевский // Тез. докл. ВНТК «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств». М.: Радио и связь, 1986.-С.116-117.

40. Воршевский, А.А. Имитатор с широким диапазоном регулирования параметров и формы имитируемых импульсных помех / А.А.Воршевский // Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. «Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике». Вильнюс, 1986. - С.23-25.

41. Геллер, Б. Импульсные процессы в электрических машинах / Б.Геллер, А.Веверка. М.: Энергия, 1973. - 440 с.

42. Глебович, Г.В. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов / Г.В.Глебович, А.В.Андрианов, Ю.В.Веденский и др. М.: Радио и связь, 1984. -256 с.

43. Глухов, О.А. Оптимальная коммутация силовых электрических цепей / О.А.Глухов; Марийский гос. техн. ун-т. Йошкар-Ола, 2000. - 168 с.

44. ГОСТ 13661-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Пассивные помехоподавляющие фильтры и элементы. Методы измерения вносимого затухания. 01.01.1993, М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. 12 с.

45. ГОСТ 30372-95, ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. 15.05.1996, М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.- 12 с.

46. ГОСТ Р 50745-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Системы бесперебойного питания. Устройства подавления сетевых импульсных помех. Требования и методы испытаний.28.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. -Юс.

47. ГОСТ Р 50746-2000. Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства для атомных станций. Требования и методы испыта-ний.08.12.2000, М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 31 с.

48. ГОСТ Р 51317.4.11-99 (МЭК 61000-4-11-94). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний. 28.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2001 .-11 с.

49. ГОСТ Р 51317.4.1-2000 (МЭК 61000^4-1-2000). Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Виды испытаний.0112.2000, М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 11 с.

50. ГОСТ Р 51317.4.12-99 (МЭК 61000-4-12-97). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к колебательным затухающим помехам. Требования и методы испытаний.24.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. -27 с.

51. ГОСТ Р 51317.4.15-99 (МЭК 61000-4-15-97). Совместимость технических средств электромагнитная. Фликерметр. Технические требования и методы испытаний. 24.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. 14 с.

52. ГОСТ Р 51317.4.2-99 (МЭК 61000^1-2-95). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний. 24.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. 19 с.

53. ГОСТ Р 51317.4.3-99 (МЭК 61000-4-3-95). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний. 28.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. 23 с.

54. ГОСТ Р 51317.4.4-99 (МЭК 61000-4-4-95). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний. 24.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. -17 с.

55. ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний. 28.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 25 с.

56. ГОСТ Р 51318.22-99 (СИСПР 22-97). Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от оборудования информационных технологий. Нормы и методы испытаний. 22.12.1999, М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. 37 с.

57. Губанов, Ю.А. Влияние помех в системах электроснабжения на безопасное функционирование электронных систем / Ю.А.Губанов, В.В. Войтецкий, Н.Г. Москалев // Электрическое питание. СПб., 2004. - №1. - С.58-61.

58. Гурвич, И.С. Защита ЭВМ от внешних помех / И.С.Гурвич. М.: Энергоиздат, 1984. - 224 с.

59. Дмоховская, Л.Ф. Инженерные расчеты внутренних перенапряжений в электропередачах / П.Ф.Дмоховская. М.: Энергия, 1972. - 288 с.

60. Дьяков, А.Ф. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике / А.Ф.Дьяков, Б.К.Максимов, Р.К.Борисов и др.; Под ред.А.Ф.Дьякова. М.: Энергоатомиздат, 2003.- 768 с.

61. Жежеленко, И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпред-приятий / И.В .Жежеленко. М.: Энергоатомиздат, 1984 - 160 с.

62. Зельдин, Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре / Е.А.Зельдин. Л.: Энергоатомиздат. (Ленингр. отд.), 1986280 с.

63. Иванов, Е.А. Обеспечение безопасности при эксплуатации ЭЭС / Е.А.Иванов // Судостроение. 1983. -№ 8. -С.31-32.

64. Измерители радиопомех / Под ред. И.А.Фастовского. М.: Связь, 1973. - 152 с.

65. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г.С.Найвельта. М.: Радио и связь, 1986. - 576 с.

66. Каганов, З.Г. Волновые явления в электрических машинах / З.Г.Каганов; Сибирское отделение АН СССР. Новосибирск. - 1964. - 373 с.

67. Калантаров, П.Л. Расчет индуктивностей / П.Л.Калантаров, Л.А.Цейтлин. М.:-Энергия, 1970.-380 с.

68. Кармашев, B.C. Электромагнитная совместимость технических средств: Справочник / В.С.Кармашев. М.: Научно-технический производственный центр «Норт», 2001.-401 с.

69. Качество электрической энергии на судах: справочник / В.В.Шейнихович, О.Н.Кли-манов, Ю.И. Пайкин, Ю.Я. Зубарев. Л.: Судостроение, 1988. - 160 с.

70. Князев, А.Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств / А.Д.Князев. М.: Радио и связь, 1984. - 336 с.

71. Костенко, М.В. Волновые процессы и перенапряжения в подземных линиях / М.В.Костенко, Н.И.Гумерова. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 232 с.

72. Костенко, М.В. Электроэнергетика. Электромагнитная совместимость: учеб. пособие / М.В.Костенко, Ю.А.Михайлов, Ф.Х.Хамилов. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1997. - 103 с.

73. Костенко, М.В. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения / М.В.Костенко, Л.С.Перельман, Ю.П.Шкарин. Л.: Энергия, 1973.-272 с.

74. Кравченко, В.И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи / В.И.Кравченко, Е.А.Болотов, Н.И.Летунова. М.: Радио и связь, 1987. - 256 с.

75. Кужекин, И.П. Молния и молниезащита / И.П.Кужекин, В.П.Ларионов, Е.Н.Прохоров. М.: Знак, 2003. - 330 с.

76. Лоханин, А.К. Расчет перенапряжений в катушечных обмотках трансформаторов / А.К.Лоханин // Электричество. 1967. -№ 4. - С. 17-22.

77. Лярский, В.Ф. Электрические соединители: справочник / В.Ф.Лярский, О.Б.Мура-дян. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

78. Михайлов, A.C. Измерения параметров ЭМС РЭС / А.С.Михайлов. М.: Связь, 1980.-200 с.

79. Мырова, Л.О. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям / Л.О.Мырова, А.З.Чепыженко. М.: Радио и связь, 1988.-296 с.

80. Назаров, A.B. Нейросетевые алгоритмы прогнозирования и оптимизации систем /

81. A.В.Назаров, А.И.Лоскутов. СПб.: Наука и техника, 2003. - 384 с.

82. Осовский, С. Нейронные сети для обработки информации / С.Осовский. М.: Финансы и статистика, 2002. - 344 с.

83. Ott, Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах / Г.Отт. М.: Мир, 1979.-318 с.

84. Панин, В.З. Измерение импульсных магнитных и электрических полей /

85. B.З.Панин, Б.М.Смирнов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 218 с.

86. Певницкий, В.П. Статистические характеристики индустриальных радиопомех / В.П.Певницкий, Ю.В.Полозок. М.: Радио и связь, 1988. - 248 с.

87. Петровский, В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: учеб. пособие для вузов / В.И.Петровский, Ю.Е.Седельников. М.: Радио и связь, 1986.-216 с.

88. Половой, И.Ф. Перенапряжения на электрооборудовании высокого и сверхвысокого напряжения / И.Ф.Половой, Ю.А.Михайлов, Ф.Х.Халилов. Л.: Энергия., 1975. -255 с.

89. Полонский, Н.Б. Конструирование электромагнитных экранов для радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1979. - 216 с.106107108109110111112113114,115.116.117.118.119.120.

90. Помехи в цифровой технике-74: сб. материалов науч.-техн. конф. / Литовский институт НТИ и ТЭИ; Отв. Редактор И.С.Гурвич. Вильнюс, 1974. - 232 с.

91. Помехи в цифровой технике-78: сб. материалов науч.-техн. конф. «Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике»; Отв. редактор И.С.Гурвич. Вильнюс: Республиканский дом техники, 1978. - 140 с.

92. Помехи в цифровой технике-86 // Материалы Всесоюзной науч.-техн. конф. «Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике». Вильнюс, 1986. - 151 с.

93. A.c. 1524139. СССР. Помехозащитная трансформаторная вставка / В.Е.Гальперин, С.А.Сухоруков, А.Н.Марьянский и др. Опубл. в БИ № 43, 1989. 8 с.

94. Пат. РФ № 2051466. Помехоподавляющее устройство / В.А.Базанов, В.Е.Гальперин,

95. B.Е.Черепенин. Опубл. в БИ № 36, 1995 г. 8 с.

96. Правила классификации и постройки морских судов / Российский морской регистр судоходства. СПб., 2007 - 395 с.

97. Правила технического наблюдения за постройкой морских судов и изготовлением материалов и изделий для судов: В 4 ч. Ч.З, 4 / Российский морской регистр судоходства. СПб., 2007 - 342 с.