高频辐射骚扰.ppt

第五章 高频辐射骚扰,在电力系统中，辐射骚扰虽不普遍，但也不容忽视。如：高压变电所中的局部放电、雷击变电站避雷针(线)、开关操作以及直流换流站中换流阀导通和关断时都会产生高频电磁场辐射。一般来讲，辐射骚扰波及的范围广，传播的距离远。虽然辐射骚扰能量较小，但是往往对敏感度高的二次设备产生不可忽视的骚扰，辐射都和传导、耦合相伴而生，加强骚扰作用。,第一节 单元偶极子产生的电磁场辐射,为了阐明电磁辐射的基本规律，首先研究单元偶极子产生的电磁场。所谓单元偶极子是指一段载交流导线。尺寸远小于它产生的电磁波的波长。,图5-1 单元偶极子的电场和磁场相量图,如果把单元偶极子的中心作为直角坐标系的原点，且 沿Z轴方向放置，如图5-1所示。当偶极子上流过I 时，在距离为r处的电磁场强度相量按以下公式计算:,单元偶极子向外辐射的总功率为:电磁波在传播过程中会受到大地的影响。在地面的电场强度可按下公式计算:式中 大地导电率。,结论:,1.2.,3.辐射总功率 与 成反比，与 成正比，所以只有高频才能辐射出足够大的能量，这就是为什么骚扰源中只有高频分量才会考虑辐射骚扰的原因。4.地面场强 在很大程度上决定于大地的导电率。随 增加，减小。所以，电缆靠近地面受骚扰小。,第二节 高压变电所中的高频辐射骚扰源,高压变电所中的局部放电会产生电磁辐射，形成辐射骚扰源；变电所中的高频载波、对讲机等也会产生不容忽视的辐射骚扰。雷电现象以及大功率的发射机，如电台、通信等也会影响到变电所中的敏感设备。,一、电晕,电晕放电时不断形成流注，引起强烈的电流脉冲，这些电流脉冲将产生电磁波传播到空间.在工频交流电压下，由于每半周内都存在电晕的起始和熄灭阶段，故能辐射出大量电磁波，形成电磁骚扰。,电晕骚扰的强度决定于很多参数，其中有些参数与导线的几何特征有关。还有一些参数主要决定于周围环境，例如导线的表面状态和气候条件、海拔高度等。1.导线参数的影响 导线表面电场强度的提高导致骚扰强度的增加。采用分裂导线是降低电晕骚扰的重要措施之一。分裂导线产生的电晕骚扰强度和分裂导线的根数有关。,导线参数的影响可以用以下经验公式表示:式中:NP 当电场强度为E、导线半径为r 时的骚扰强度 dB/(V/m)；NP0 参考线路(E0，rO)的骚扰强度；a、b 系数，一般取2.5a4.5，b=40；f(n)与分裂导线根数有关的函数。,2.导线表面状态的影响当导线表面粗糙或有其它杂质或微粒附着时，都会形成流注的发源地而使起始电晕电压降低，电晕骚扰增强。导线表面油污是使电晕增强的重要因素。新架设的导线往往由于表面损伤而使新投入运行的变电所骚扰数值往往比较高。运行一段时间以后，导线老化。导线的老化可明显地降低骚扰强度.运行经验表明，新导线运行数月以后，骚扰强度大约下降6dB。经过45年后就可完成老化过程，骚扰强度可下降10l2dB。,3气象条件的影响 电晕骚扰与环境的气象条件关系很大。大气的温度、压力、湿度、雨量、风等都会影响电晕放电的强度。观察结果表明，随着昼夜季节的变化，电晕骚扰的强度呈周期性变化。在干燥的气候条件下，夜间的骚扰强度比白天低约58dB。大约在下午两点钟至四点钟之间达到最大值。在一年之中，冬季骚扰最小；春夏两季由于植物种子、大气中尘埃增加，昆虫活跃，使骚扰增大；秋季雨水冲洗导线表面，骚扰强度下降。,在气象条件中，雨水的影响最大。雨水可以冲掉导线表面的附着物，使电晕减弱，也可以形成水滴增加电晕骚扰源。图5-2为骚扰强度与雨量的关系曲线。4海拔高度的影响 海拔高度增加，电晕骚扰强度增加。除了导线以外，变电所中绝缘子以及高压电气设备上处于高电位的金具也会产生电晕或电火花，引起辐射骚扰。另外，高压设备中因接触不良而产生的电火花也能形成骚扰源。,图5-2 骚扰强度与雨量的关系曲线,二、绝缘子沿面放电引起的辐射骚扰,在干燥的状态下沿绝缘子串的电压分布是不均匀的，而且随着电压等级的提高，这种不均匀性愈加严重。在承受电压比较高的绝缘子上，可能产生局部的沿面放电。局部放电不仅腐蚀了绝缘子，也产生了辐射骚扰。污秽绝缘子表面的污秽层易形成不稳定的局部火花或电弧。这种局部放电产生的辐射骚扰中常常含有频率很高的分量。,对于清洁而干燥的绝缘子，可以通过加装均压环改善电压分布的办法来降低骚扰水平；对于污秽绝缘子则只能采用限制表面泄漏电流的方法加以控制。其常用的方法有：(1)加大泄漏路径，使爬距大于按绝缘要求设计的长度；(2)使用有机合成材料绝缘子。这种绝缘子的伞裙用硅橡胶制成，具有良好的憎水性能，可以有效地限制表面泄漏电流；(3)绝缘子表面涂硅油，增加其憎水性。,第三节 直流换流站产生的辐射骚扰,直流换流站中的换流阀起着交流和直流相互转换的作用。在可控硅整流器导通瞬间，由于电流和电压的突变,在回路中产生高频振荡，以电磁波的形式向外辐射能量；这种现象不仅骚扰无线电接收设备，而且骚扰换流站内的敏感设备，如载波通信系统、计算机系统等,是直流高压系统中的重要骚扰源。,现场实测表明，换流站产生的辐射骚扰具有很宽的频率范围。其值可从几十千赫直到上百兆赫。为了减少对外界的骚扰，通常换流站的阀厅都设有十分良好的电磁屏蔽。但是，高频电流可以经过穿墙套管传到户外母线，然后进入电气设备以及输电线路，并通过它们向周围空间辐射电磁波。电磁波沿输电线路传播时衰减较小，可以传播相当远的距离。根据现场实测，在距离换流站20多公里的直流输电线路下面100kHz的骚扰场强约为80dB。,第四节 变电所开关操作产生的辐射骚扰,变电所中隔离开关切合空载母线会产生高频振荡.这种高频振荡除了通过传导、耦合方式直接骚扰二次系统以外，当频率足够高时还会发射电磁波，形成辐射骚扰。,在345kV及500kV变电所大量的实测结果表明，辐射骚扰的频率在0.5100MHz的范围内。在频率为20MHz附近的辐射电磁场强度最大。辐射电场强度的幅值为15kV/m；磁场强度的幅值为15A/m。脉冲持续时间由几纳秒至1毫秒；上升前沿为几纳秒至1微秒。,第五节 核电磁脉冲的辐射骚扰,核爆炸产生的巨大破坏力是人所共知的。当地面或低空核爆炸时，强大的冲击波(气流)和热效应的破坏作用居主导地位；在电离层以外(数百公里)高空核爆炸所产生的电磁脉冲对电力系统则是很大的威胁。,核电磁脉冲(又称NEMP，即Nuclear Electromagnetic Pulse)的产生是一个复杂的物理过程；目前有各种不同的解释。有一种说法认为:当核爆炸发生在距地面数百公里以外的高空时，射线穿过稀薄的大气层，和空气中的分子相碰撞，由于康普顿效应的结果产生自由电子。自由电子在地磁场的作用下作螺旋加速运动，从而产生辐射电磁场。其电场强度以极快的速度上升，上升前沿达到20ns。衰减时间约1s左右。,NEMP在地面上的电场强度约为地面核爆炸区内场强的l/l001/10。其波形可以用双指数函数表示为:式中 E05.2104 V/m;T16.710-7 S；T23.810-9 S。图5-8为NEMP电场强度的典型波形。,图5-8 NEMP电场强度的典型波形,NEMP的波及范围很广,在地面上的影响范围决定于爆炸点的高度，最大可达几百万平方公里。NEMP以波的形式向地面辐射。所有裸露在地面上的金属导体都将受到感应。架空线路和变电所受到直接影响。由于地面场强高达每米几十千伏，所以，在架空线路及其它接收天线上可以产生很高的感应电势。它不仅能够击穿变电所中一次设备的绝缘，而且对二次系统的敏感元件形成极强的电磁骚扰，甚至将其打坏。,第六节 雷击变电站避雷针(线）时产生的辐射骚扰,在我国一般地区，年平均雷暴日为40个。雷电流为一非周期性冲击波，其幅值与气象、自然条件有关。在我国实测到的雷电流幅值最大可达200kA以上，大多低于100kA。雷电流的波头和波尾时间皆为随机变量。根据实测结果，波头大约在14s左右，波长约在40s左右。,雷击变电站避雷针（线）时，除产生传导骚扰外，还产生严重的辐射骚扰。闪电放电时，其电流是随时间而非均匀变化的。一次闪电往往由几个短脉冲放电组成。脉冲电流陡度很大,向外辐射电磁波.闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬态电磁脉冲极其敏感的现代电子设备，在一定范围内造成微电子设备的损坏、甚至引起火灾。,闪电产生的瞬态脉冲电磁场会在空间一定范围内产生电磁作用。它是在三维空间范围内对一切电子设备发生作用.在闪电通过的避雷针附近，这种空间的瞬变脉冲电磁场的作用更加强烈些。当闪电发出的脉冲磁场超过2.410-4T时，集成电路将发生永久性损坏，对于超大规模集成电路就更不用说了。,