9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY: THE SCOPE OF THE PROB-

LEM AND MEANS OF ITS SOLUTION AT THE EARLY STAGES OF RA-

DIO ENGINEERING DEVELOPMENT (EXPERIENCE ACCUMULATED IN

RUSSIA)

ARTALA

USSIA

Saint Petersburg State Electrotechnical University “LETI”

The problem of electromagnetic compatibility

(EMC) is one of the oldest and at the same time one of

the most urgent problems of modern radio engineering.

In recent years interest in historical aspects of the EMC

has grown considerably.

The first transmitters and receivers for wireless

telegraphy (1895-1900) were rather primitive. The fre-

quency range of sending and receiving signals was

very wide. Therefore the EMC problem originated as

soon as wireless telegraphy (WT) was put into opera-

tion.

The EMC problem was made use of in the most

efficient way in the Navy. There are some objective

reasons for it, as the navy radio apparatus operates in

the most unfavorable conditions due to certain limits

on location in space and availability of a great amount

of electronic devices concentrated in the same place.

Therefore the naval officers became leaders in solving

the EMC problem and acquired an extremely valuable

experience in this field.

In 1900 prof. A. Popov the inventor of wireless

telegraphy was the first to introduce some problems of

EMC into the curriculum for naval officers who spe-

cialized in wireless telegraphy.

In 1904 requirements for EMC were included in

the contract on designing the WT system.

By 1905 in the Russian navy the following direc-

tions of the EMC problem had been known:

- EMC of WT facilities with other technical fa-

cilities of the ship;

- EMC of WT facilities for a single ship;

- EMC of WT facilities for a few ships;

- providing the WT facilities of the ship to

function successfully in the battle simultaneously with

WT facilities of the enemy ships.

The paper touches upon each of these directions

and gives some examples illustrating them.

For the first time during the Russian-Japanese war

(1904-1905) some new trends of EMC were elaborated

which are traditionally related to the later period of

time. For instance, among them there were EMC facili-

ties of communications jamming (COMJAM) as well

as communications intelligence (COMINT) and radio

communication.

In 1905 the Russian Navy ministry initiated estab-

lishing the state body responsible for solving the EMC

problem which was founded in 1912. It was a joint

(interdepartmental) radio telegraphy committee (JRTC)

which played an important role in the development of

radio engineering in Russia and in solving the EMC

problem.

On the basis of Russian experience the paper

shows the EMC problem was of systematic character

as early as it originated. The solution of the problem

was implemented in terms of complex approach in-

volving different directions of activities.

The main contribution to the solution of the EMC

problems at the early stage of radio engineering devel-

opment was mainly made by organizational methods.

Upgrading of radio apparatus and its technical appli-

ances was accompanied by redistribution of the role

and opportunities of technical and organizational

means providing EMC and their contribution to the

solution of the problem.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ

СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (АИИС

БЭЭ) КАК ИНСТРУМЕНТ РАЗВИТИЯ ИННОВАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Н.

В.К

ОРОВКИН

ОССИЯ

А.

К.

АМОНТОВ

ОССИЯ

В.

И.

ЛЫНЧИК

ОССИЯ

С.

В.

ОМАНОВ

ОССИЯ

В.

А.

УХАС

ОССИЯ

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, nikoaly.korovkin@gmal.com,

ОАО «Ленэнерго»,

Научно-производственное предприятие «Прорыв», proryv@karelia.ru

Аннотация. Рассмотрено развитие инновационных технологий и алгоритмов прогноза режимной на-

дежности в электроэнергетике в рамках активно-адаптивных сетей (Smart Grid). Сформулированы

задачи разработки показателей энергоэффективности электросетевых объектов в режиме реального

времени, задачи идентификации электротехнического оборудования, его диагностики, определения

остаточного ресурса, задачи поиска источника помех и противодействия электромагнитному терро-

ризму. Задачи, решаемые в работе, характерны и значимы для всех участников рынка производства,

поставок, распределения и потребления электроэнергии.

Abstract. Development of the innovative technologies and algorithms of reliability forecast in power engi-

neering within the limits of Smart Grid is considered. The problem of creating of power network efficiency

indicators acting in real time is formulated. Problems of electrotechnical equipment identification, its diag-

nostics, definition of its residual resource, a search of the disturbances source and counteractions to electro-

magnetic terrorism are considered also. The problems discussed in the report are characteristic and signifi-

cant for all participants of energy market particularly in generation, delivery, distribution and consumption

of electric energy.

По данным Министерства энергетики России

(состояние на июнь 2011 года) доля энергетических

отраслей составляет около 30% ВВП России, 52%

федерального бюджета и 67% российского экспор-

та. С учетом этих цифр закономерным является и

вывод Министерства энергетики России о том, что

опережающее инновационное развитие ТЭК явля-

ется непременным условием и базой успеха модер-

низации экономики России в целом.

Какие инновационные технологии в ТЭК Рос-

сии сейчас рассматриваются как ключевые?

В условиях, когда уровень износа электросете-

вого оборудования составляет 69%, руководство

распределительного электросетевого комплекса

России (ОАО «Холдинг МРСК»), говоря об инно-

вационном развитии, выделяет три ключевых на-

правления, которые объединяются понятием «ум-

ной» сети:

1. Повышение «наблюдаемости» электросетей

за счет разработки новых способов мониторинга

состояния оборудования для более эффективного

расходования средств на обновление сетей.

2. Повышение управляемости (автоматизация

производственных процессов), что позволит элек-

тросетевым компаниям быстрее реагировать на

технологические нарушения.

3. Предоставление потребителям возможности

участвовать в управлении сетевой нагрузкой (в ча-

стности, благодаря внедрению современных при-

боров учета), что поможет им сэкономить на счетах

за электроэнергию, а энергетикам – получить эко-

номический эффект от сокращения резервов мощ-

ности.

С этими направлениями тесно связаны и зада-

чи Холдинга МРСК по повышению качества и на-

дежности электроснабжения, а также сокращению

потерь в электросетях, решение которых требует

внедрения инновационных технологий.

Как видно, все указанные направления и зада-

чи объединяет необходимость организации систе-

матического контроля за состоянием (мониторинга)

электрооборудования и энергосистемы в целом.

Фрагменты такой системы созданы в ряде то-

чек РЖД и на предприятиях Республики Карелия

[1–6] – это автоматизированная информационно-

измерительная система безопасности электриче-

ской энергии (АИИС БЭЭ). Сайт действующей сис-

темы: https://pqsystem.karelia.ru/ ). В настоящее

время завершается процедура ввода системы в

Государственный Реестр СИ РФ.

Хотя в российском законодательстве и норма-

тивных документах нет понятия «безопасность

электрической энергии», а применяются такие по-

нятия как «безопасность в электроэнергетике» и

«безопасность электроустановок», мы считаем, что

предложенное название наиболее точно отражает

суть системы. В настоящее время часто при обсуж-

дении проблем ТЭК России речь идет об энергети-

ческой безопасности [7], под которой понимается

состояние защищенности экономики государства и

его граждан от угроз надежному обеспечению топ-

ливом и электроэнергией.

Энергетическая безопасность характеризуется

тремя главными факторами:

- обеспечением экономики достаточным ко-

личеством энергоносителей надлежащего

качества (отметим здесь требование каче-

ства электроэнергии);

- рациональным использованием энергоре-

сурсов (другими словами, речь идет об

энергоэффективности);

- устойчивостью ТЭК к внешним техноген-

ным и природным угрозам (включает про-

гноз технического состояния и надежности

энергосистемы).

Мы рассматриваем АИИС БЭЭ как сегмент

интеллектуальной электроэнергетической системы

России, направленный на решение задачи энерге-

тической безопасности. В таком сегменте должны

выполняться функции: наблюдения (слежения),

оценки качества электрической энергии, прогноза

состояния безопасности и выработки предложений

по управлению.

В системе, развернутой в настоящее время в

Карелии, проверены лишь функции наблюдения

(слежения) и оценки качества электрической энер-

гии в интересах поставщиков и потребителей.

Дальнейшие работы и наше видение иннова-

ционных технологий, инструментом развития кото-

рых является АИИС БЭЭ, проводятся нами по трем

направлениям:

1. Поиск и разработка интегральных показате-

лей энергоэффективности электросетевых объектов

и методов их измерения в режиме реального вре-

мени в рамках активно-адаптивных сетей (Smart

Grid).

При решении задач энергоэффективности це-

лесообразно применять общеизвестный порядок

действий: определение, измерение, анализ, улуч-

шение и управление.

Энергоэффективность при передаче энергии от

генератора к потребителю определяется показате-

лями потерь и качества электроэнергии. В контек-

сте рассмотрения поставок электроэнергии как то-

вара под энергоэффективностью следует, вероятно,

понимать снижение доли стоимости электроэнер-

гии в себестоимости готовой продукции за счет

увеличения качества электроэнергии. Понятия

энергоэффективности оборудования и класса энер-

гоэффективности, уместны, вероятно, лишь для

сети с известными показателями качества электро-

энергии.

Результатом этих разработок должны стать

выработка критериев повышения уровня энергоэф-

фективности электросетевых объектов и методов

их измерения в режиме реального времени в рамках

исполнения федерального закона № 261-ФЗ «Об

энергосбережении и о повышении энергетической

эффективности…».

2. Разработка алгоритмов прогноза в режиме

реального времени отказов технологического

оборудования и негативных факторов,

повышающих риск техногенных аварий. Работы

включают исследования возможностей

идентификации технического средства (ТС) в

реальной сети по совокупности показателей

качества электроэнергии и спектру гармоник тока и

поиска новых диагностических параметров,

характеризующих изменение состояния или режима

работы оборудования на основе мониторинга

реальной сети. Известно, что спектр гармоник тока

технического средства (ТС) в ряде случаев может

служить для целей его диагностики. Метод

диагностики энергетического оборудования по

анализу спектров тока и напряжения основан на

следующих положениях:

– любые возмущения в работе

электрооборудования приводят к модуляции

потребляемого тока и напряжения;

– напряжение, питающее ТС, не является

идеально синусоидальным, в спектрограммах

напряжения присутствуют гармоники,

обусловленные качеством питающего

напряжения. В свою очередь неисправности

электрооборудования также вызывают

соответствующие гармоники, но только в

спектре тока. Сопоставление гармоник

напряжения и тока дает возможность отличить

гармоники питающего напряжения и

гармоники тока, характерные для

неисправностей оборудования;

– гармоники тока, соответствующие различным

видам неисправностей, отличаются друг от

друга.

Таким образом, электрооборудование может

быть идентифицировано по совокупности

параметров генерируемых им гармонических

составляющих токов и напряжений, а появление в

спектре тока и напряжения характерных гармоник

позволяет однозначно идентифицировать

повреждения электрооборудования.

Проблема заключается в том, что в реальной

сети имеют место шумы, помехи от внешних

источников и суперпозиция гармоник тока и

напряжения, создаваемая всеми ТС в точке

измерения. Кроме того, вероятно, указанные

характеристики ТС могут изменяться в

зависимости от режима его работы и прочих

косвенных факторов.

3. Разработка алгоритма поиска источников

помех, обоснование и требования к измеряемым

параметрам для решения вопросов энергетической

безопасности и противодействия электромагнитно-

му терроризму.

Источниками электромагнитных помех в

энергосистемах являются электротехнические и

электроэнергетические устройства, основное

преобразование энергии в которых происходит при

форме тока, отличной от синусоидальной. Наиболее

часто источниками шума выступают электрические

машины, полупроводниковые коммутаторы и

выпрямители, дуговые и индукционные печи и др.

Кроме того, такими источниками могут быть

помехи, наведенные электромагнитным полем. В

этом случае решение задачи локализации источника

помехи помогает выявить наиболее уязвимый

участок в энергосистеме или дефекты в элементах

защиты. Несмотря на значимость проблемы, к

настоящему моменту не существует общего

алгоритма поиска помех в энергосистеме.

Необходимо разработать метод определения

местоположения помехи при частично известной

схеме сети и измерениях напряжений в узлах в

рамках мониторинга показателей качества

электроэнергии в режиме реального времени [8].

Желательно, чтобы метод работал при условии, что

не менее 70% параметров электросети известны.

Это условие реализуется в подавляющем

большинстве практических случаев.

Литература

1. В.А.Тухас, О системах мониторинга качества

электрической энергии для управления качеством

электрической энергии в электроэнергетике // Док-

лад на Пленарном заседании и Труды Седьмого

Международного симпозиума по электромагнитной

совместимости и электромагнитной экологии,

Санкт-Петербург, июнь 2007 г, с. 17-20.

2. Tukhas V.A., Eintrop S.A. System of Monitoring

Power Quality Parameters in Real Time, 9

Interna-

tional Conference Electrical Power Quality and Utiliza-

tion (EPQU ’07), Barcelona, Spain, 9-11 October 2007.

3. В.А. Тухас, А.В. Цапенко, О безопасности элек-

троэнергии, связанной с ее качеством. Информаци-

онно-технологический подход. // Энергонадзор и

энергобезопасность, 2007, №4, с.65-67.

4. Золотая медаль «За единство измерений» за стра-

тегические инновации в разработке и внедрении

средств измерения и систем мониторинга качества

электроэнергии», Специализированная выставка-

конкурс средств измерений и испытательного обо-

руд. «Метрология», г. Москва, 15-16 мая 2007 г.

5. В.А. Тухас, Инновации в разработке и внедрении

средств измерений и систем мониторинга качества

электрической энергии // Доклад на XI научно-

практической конференции-выставке Метрология

электрических измерений в электроэнергетике, г.

Москва, апрель 2008 г.

6. В.А.Тухас, Цапенко А.В. Информационно-

технологический аспект обеспечения энергетиче-

ской безопасности в электроэнергетике // Доклад на

VII всероссийском энергетическом форуме «ТЭК

России в ХХI веке, г. Москва, 8-11 апреля 2009 г.

7. Н.Г. Кутьин, "ТЭК в условиях кризиса: обеспе-

чение безопасности и надежности" ("Советник

Президента" Информационно-аналитическое изда-

ние №68 2009).

8. Н.В. Коровкин, Р.В. Приходченко, В.А. Тухас,

Проблемы поиска источника помех в электросетях

общего назначения – М.: Технологии ЭМС, 2011,

№1, с. 50-58.

КОНЦЕПЦИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

СОВМЕСТИМОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, СТРОИТЕЛЬСТВЕ И

ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ И ПОДВИЖНЫХ УСТАНОВОК,

А ТАКЖЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ И ПОСТАВКЕ ДЛЯ НИХ ТЕХНИЧЕСКИХ

СРЕДСТВ

А.

М.

ИШНЕВСКИЙ

ОССИЯ

А.

И.

ОРШКОВ

ОССИЯ

В.

П.

ОПЧЕНОВ

ОССИЯ

Е.

А.

ВЯДОЩ

ОССИЯ

ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова», e.a.sviadosch@gmail.com

Аннотация. Предложен новый концептуальный подход к обеспечению ЭМС, комплексно увязы-

вающий все этапы создания установок с высоким уровнем насыщения электротехническим и радио-

электронным оборудованием и поставки на них технических средств. Концепция реализуется сис-

темной интеграцией производственных процессов. Это позволяет при согласовании заданий на раз-

работку установок оптимизировать параметры их ЭМС применительно к тем промышленным объек-

там, для которых они создаются.

Abstract. In the paper a new EMC implementation concept covering all stages in design and construction of

units that incorporate a large amount of electric systems and radio-electronic devices, and including the sup-

ply set of equipment is proposed. The concept is based on the system integration of production processes.

This approach gives an ability to optimize the EMC parameters during the finalization of equipment design

specifications with regard to industrial objects they are intended for.

В соответствии с Федеральным законом о тех-

ническом регулировании, электромагнитная совмес-

тимость (ЭМС) относится к одному из основных

факторов риска, связанного с причинением вреда

жизни или здоровью граждан и имуществу. Пробле-

мы обеспечения ЭМС находятся также в числе пер-

вых разрабатываемых регламентов технического

регулирования ЕврАзЭС.

Вопросы обеспечения ЭМС технических

средств отработаны достаточно глубоко как в науч-

но-техническом, так и нормативном аспектах. Слож-

нее дело обстоит с обеспечением ЭМС подвижных и

стационарных установок (далее – установки), что

связано с многовариантностью решения этой задачи,

обусловленной взаимовлиянием проектных решений

установок и конструктивных решений создаваемых

для них технических средств.

Указанное обстоятельство обусловило необхо-

димость нового концептуального подхода, при кото-

ром процесс обеспечения ЭМС связан со всеми эта-

пами жизни установки, а именно, её проектировани-

ем, строительством и эксплуатацией, а также с раз-

работкой и поставкой для неё технических средств.

Такой подход требует системной интеграции произ-

водственных процессов, выполняющихся в ходе все-

го жизненного цикла создания промышленных объ-

ектов. Это направление реализуется применением

современных информационных технологий. Систем-

ная интеграция производственных процессов позво-

ляет упростить и конкретизировать действия по дек-

ларированию соответствия установок требованиям

технических регламентов и подойти к оценке (под-

тверждению) соответствия промышленного объекта

в целом установленным требованиям безопасности

при исключении или минимизации процедур, тре-

бующих расчета уровня допустимого риска и экс-

пертных оценок.

На установках с высоким уровнем насыщения

электротехническим и радиоэлектронным оборудо-

ванием, выявление фактических источников элек-

тромагнитных помех и путей их распространения

является одной из наиболее трудоемких задач при

обеспечении ЭМС. Она не может быть решена спе-

циализированными заводскими лабораториями, по-

скольку к их компетенции относится лишь проведе-

ние испытаний по мере сдачи вновь разработанных

систем. Кроме того, для выявления источников элек-

тромагнитных помех требуется дорогостоящая, бы-

стро морально устаревающая аппаратура. Предъяв-

ление к оборудованию жестких (экстремальных)

требований, обеспечивающих отсутствие ограниче-

ний к взаимному расположению технических

средств на установке неэффективно, поскольку при-

водит к резкому усложнению и удорожанию этого

оборудования.

Предлагаемый концептуальный подход к обес-

печению ЭМС позволяет при согласовании заданий

на разработку установки оптимизировать параметры

её ЭМС применительно к тем промышленным объ-

ектам, для которых они создаются, и регламентиро-

вать порядок обеспечения ЭМС на всех стадиях соз-

дания этих установок, включая систему оценки эф-

фективности принимаемых технических решений.

Это позволяет решить задачу обеспечения эффек-

тивной совместной работы всего оборудования при

наименьших затратах с учетом того, что показатели

помехоэмиссии и помехочувствительности отдель-

ных элементов оборудования не являются сдаточны-

ми параметрами для промышленного объекта в це-

лом. Знание реально достигнутых параметров ЭМС

технических средств, а также их составных частей,

позволяет оптимизировать решение проблемы ЭМС

путем рационального сочетания мероприятий, реали-

зуемых проектным предприятием, заводом-

строителем и разработчиками оборудования.

Предлагается концепция координации работ по

обеспечению ЭМС, выполняемых проектными пред-

приятиями и заводами-строителями промышленных

объектов, а также разработчиками и поставщиками

оборудования, в течение всего цикла создания этих

объектов.

Несмотря на то, что новая методология преду-

сматривает, проведение работ обеспечению ЭМС в

течение всего цикла создания установки, это не при-

водит к увеличению суммарных затрат на обеспече-

ние ЭМС, так как проверки её технических средств

по параметрам ЭМС, реализуемые с помощью мо-

бильных аппаратурных комплексов, совмещаются с

её сдаточными испытаниями.

Предложенная концепция и принципиальная

технология обеспечения ЭМС установок успешно

реализована на объектах морской техники.

На основании нового концептуального подхода

предложен порядок организации работ, обеспечи-

вающий реализацию CALS-технологий. Это позво-

ляет при согласовании заданий на разработку техни-

ческих средств оптимизировать их параметры ЭМС

применительно к тем объектам, для которых они

создаются, и регламентировать порядок обеспечения

ЭМС на всех стадиях создания установок с повы-

шенным уровнем насыщения электротехническим и

радиоэлектронным оборудованием, включая систему

оценки эффективности принимаемых технических

решений.

THE CONCEPT OF ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY

IMPLEMENTATION IN DESIGN, CONSTRUCTION AND OPERATION OF

FIXED AND MOBILE UNITS AS WELL AS DURING DEVELOPMENT AND

SUPPLY OF EQUIPMENT

А.

М.

ISHNEVSKY

USSIA

А.

ORSHKOV

USSIA

OPCHENOV

USSIA

Е.

А.

VYADOSHCH

USSIA

Krylov Shipbuilding Research Institute, e.a.sviadosch@gmail.com

In accordance with the Federal law on technical

regulations the electromagnetic compatibility (EMC) is

considered to be one of the main risk factors affecting

the health and property of people. The EMC tasks are

also among the first-priority issues in technical regula-

tions developed by EurAsEC.

The EMC problems for equipment have been stud-

ied and elaborated in depth including scien-

tific/engineering and regulatory aspects. EMC of mobile

and fixed units (further referred to as units) is a more

challenging task due to multi-variant solutions and mu-

tual influence of the unit/outfit equipment design.

In view of this situation a new conceptual approach

is required to relate EMC tasks to all phases of the unit

life cycle, viz. design, construction and operation includ-

ing development and supply of outfit equipment. This

approach calls for the systematic integration of produc-

tion processes and monitoring of the whole development

and life cycle. These efforts should be based on ad-

vanced IT tools. The systematic integration of produc-

tion processes makes it possible to simplify and specifi-

cally formulate the actions needed to declare the compli-

ance with technical regulations as well as to address

(confirm) the safety of the whole unit as per regulations

thus minimizing the risk assessment and expert evalua-

tion procedures.

One of the most labor and time-consuming EMC

tasks for the units heavily outfitted with electric and elec-

tronic instrumentation is to identify actual sources of elec-

tromagnetic emissions and the ways of emission propaga-

tion. Specialized workshop laboratories are not able to

cope with this task because they are intended for tests to

deliver newly developed systems. In addition, for finding

the sources of electromagnetic emissions it is required to

have costly instrumentation which quickly becomes out-

dated. Specification of strict (extreme) requirements to

eliminate restrictions regarding mutual arrangement of

equipment is not efficient in solving this problem because

it results in higher costs of such equipment.

This approach enables optimization of EMC pa-

rameters during finalization of equipment design specifi-

cations with regard to specific units and to regulate EMC

assurance procedures at all stages of the unit develop-

ment including the system for judging the efficiency of

adopted technical solutions. This is instrumental for en-

suring efficient con-current operation of all equipment at

minimum cost taking into consideration that electromag-

netic emission interference and susceptibility parameters

are not treated as acceptance criteria for the overall unit

in general. If the actual EMC parameters of equipment

and their components are known, it is possible to find

optimum EMC solutions based on a rational combination

of measures implemented by designers, builders and

OEMs.

The proposed concept is intended for coordination

of EMC efforts between design companies, shipyards

and equipment manufacturers throughout the develop-

ment cycle.

In spite of the fact that the new philosophy envis-

ages continuous EMC efforts throughout the unit devel-

opment cycle the total cost of the EMC effort is not to be

increased because EMC tests will be performed with

portable instrumentation systems and combined with

delivery tests.

The proposed concept and technology has been suc-

cessfully proven in shipbuilding.

Based on the new concept the EMC management

procedure is suggested involving CALS technologies.

This enables optimization of EMC parameters during

finalization of equipment design specifications with re-

gard to specific units and to regulate EMC assurance

procedures at all stages of development for the units with

a large amount of electric and electronic instrumentation

including the systems to assess the adopted engineering

solutions.

Секция 1

ЭМС ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Section 1

EMC OF ELECTRICAL POWER EQUIPMENT