PERTURBATII SI INTERFERENTE ELECTROMAGNETICE

In fig. 3 este prezentat intregul spectru de frecvente, precizandu-se, acolo unde este cazul, gama de aplicatii specifice pentru intervalele de frecvente respective

Pentru spectrul frecventelor radio din aceasta figura sunt precizate benzile de operare in tabelul urmator:

Tabelul 1: Domeniile de operare ale frecventelor radio din fig. 3:

Indiferent de natura puterii retelei electrice (cu putere infinita sau cu putere finita), avem in vedere cateva probleme care apar cu privire la modul de generare si de propagare a semnalelor electrice de frecvente ridicate si care sunt comune acestor tipuri de retele. Aparitia flicker-ului, a impulsurilor electromagnetice, a zgomotelor, a modului de emitere a semnalelor de frecventa radio (a perturbatiilor, in general), precum si aparitia interferentelor electromagnetice datorate dispozitivelor semiconductoare de putere, sau liniilor telefonice sau de transmitere de date sunt cateva astfel de exemple. Modalitatile de analiza si de limitare vor fi insa dependente de puterea sistemului electroenergetic. Oricum, sursele de astfel de semnale vor duce atat la o scadere a calitatii energiei electrice la frecvente joase (cu ordinul armonicilor mai mic de 50), cat si a energiei electrice de inalta frecventa. Interdependentele reciproce dintre aceste semnale arata clar necesitatea luarii unor masuri adecvate pentru eliminarea sau limitarea la minimum a efectelor acestora.

1. SURSE DE SEMNAL DE FRECVENTE RIDICATE

1.1. IMPULSURI ELECTROMAGNETICE

Aparitia impulsurilor electromagnetice se datoreaza unor procese de comutatie ale dispozitivelor semiconductoare de putere si altor procese de comutatie, cu variatie de scurta durata, care apar frecvent in sistemele electroenergetice moderne. Este insa putin probabil ca un impuls electromagnetic sa rezulte din propagarea unui impuls de tip Dirac. Totusi analiza bazata pe metoda raspunsului tranzitoriu (care se bazeaza pe produsul de convolutie), poate da informatii utile despre functionarea interna a unei retele electrice, pentru diverse moduri de functionare. Analiza propagarii impulsurilor se bazeaza pe teoremele lui Kirchhoff in cazul circuitelor cu parametri concentrati, respectiv pe utilizarea ecuatiilor lui Maxwell in cazul circuitelor cu parametri distribuiti. In cazul circuitelor cu parametri distribuiti insa analiza este mai dificila deoarece modelele construite in aceste cazuri sunt in general axate pe configuratii simple, fiind de multe ori dificil de utilizat la structuri complicate de retea. Indiferent de tipul de retea o concluzie este importanta pentru ambele cazuri: adaugarea de noi sarcini in retea cauzeaza de obicei o amortizare mai rapida a acestora.

1. SEMNALE DE INALTA FRECVENTA

Surse de astfel de semnale sunt

A.    Convertoare electronice de putere cu ordinul pulsului foarte inalt

Astfel de situatii in practica sunt datorate necesitatii asigurarii unei puteri mari pentru anumiti consumatori, cum sunt de exemplu cuptoare pentru topirea aluminiului. Din cauza proceselor neuniforme de topire, semnale de frecventa radio pot aparea in sistemul electroenergetic in care cuptorul este conectat.

B. Descarcarile electrice, atat cele naturale cat si cele proiectate

Descarcarile naturale (sau neintentionate) sunt legate de procesele de strapungere a dielectricilor, de la condensatoarele sunt, cabluri, etc. Spectrele acestor descarcari cuprind in general o plaja larga de frecventa, care include aproape intotdeauna frecventele radio (cu valori depasind 100 kHz).

Descarcarile electrice proiectate se refera la proiectarea anumitor tipuri de echipamente, a caror functionare normala se realizeaza in zona frecventelor radio. Intra in aceasta categorie lampile fluorescente cu balast electronic, precum si anumite tipuri de aparate medicale (care radiaza energie pe frecventele radio). Intra de asemenea in aceasta categorie sarcinile care folosesc semnalele RF in functionarea lor normala, cum sunt transmitatoare radio de mare putere, ce introduc semnale RF in sistemele de distributie.

In toate aceste cazuri rolul important pentru modul in care se propaga energia corespunzatoare frecventelor radio revine fenomenelor de radiatie electromagnetica si cuplajelor electrostatice.

Din cauza greutatii modelarii componentelor sistemelor electroenergetice pentru semnale RF si a eventualelor bucle de rezonanta ce pot apare la frecventele radio, in practica sunt necesare teste care sa verifice compatibilitatea electromagnetica a echipamentelor in zona frecventelor radio. Spre exemplu radiatia corespunzatoare frecventelor radio poate penetra circuitele releelor de protectie, putand induce tensiuni in circuitele ohmice ale acestora. Standardul ANSI/IEEE C37.90.2 descrie testele care trebuie efectuate pentru a verifica functionarea corecta a releelor in medii cu semnale RF, verificandu-se in acest mod daca nu cumva sunt afectate caracteristicile releului in prezenta semnalelor RF.

Interferenta electromagnetica cu semnalele RF poate fi blocata prin utilizarea ecranarilor si a filtrelor pentru frecventele radio (fig. 4). Ecranele se realizeaza prin utilizarea unor materiale cu conductivitate mare (ex. Au, Ag, Cu).

Masuri suplimentare pentru reducerea interferentei electromagnetice in aceste cazuri se refera la pamantarea miezurilor trafo, adaugarea de bobine de soc (pe linie) si de miezuri de ferita (crescand in acest fel inductanta la bornele sursei de putere), izolarea circuitelor afectate de semnale RF de cele mai putin afectate (acolo unde este posibil de realizat) prin cresterea lungimii circuitului, folosirea optocuploarelor prin care se izoleaza semnalele de comanda de semnalele din alte circuite. Standardul ANSI 377 limiteaza emisia datorata echipamentelor cu curenti purtatori pe liniile de transmisie a energiei din echipamentele de comunicatii mobile.

1.3. ZGOMOTE

Zgomotul este un termen care se refera la fenomene probabilistice, el insemnand de fapt un proces stochastic (tensiunea sau curentul reprezinta o marime stochastica). Descrierea zgomotului se poate face cu trei functii stochastice principale (functia de timp, v(t), spectrul ei de frecventa, V( ω), functia de densitate de probabilitate a procesului) si alte doua functii care descriu procesele stochastice in general si zgomotele electrice in particular (prima si respectiv a doua functie caracteristica).

Sursa principala de zgomot in sistemele de putere o constituie arcul electric. El poate apare intentionat (la furnale, lampi cu arc, aplicatii cu plasma) dar si neintentionat (la strapungerea dielectricilor, la strapungerea aerului in cazul unui spatiu insuficient intre partile conductoare la circuitele de IT, sau la anumite conectari gresite, etc.). Zgomotul apare de asemenea in procesele de comutatie ale convertoarelor electronice de putere, care duc la schimbari rapide ale tensiunilor sau curentilor. Natura zgomotului care apare este datorata atat conductiei electrice cat si radiatiei electromagnetice. Zgomotul de conductie in linia de putere datorat proceselor de comutatie ale convertoarelor de putere este cu cateva ordine de marime mai mare decat zgomotul radiat in spatiul inconjurator. Dulapurile metalice utilizate pentru amplasarea convertoarelor de putere reduc si mai mult zgomotul de radiatie.

Exista o clasificare a tipurilor de zgomot care tine seama de conductoarele implicate:

(a) Modul normal (sau transversal), in care sunt implicate numai conductoarele fazelor. Zgomotul normal (se mai numeste si diferential) se refera la cazul cand tensiunile de linie sunt contaminate de zgomot, fara insa a fi implicati si conductorii de masa. El rezulta din sarcini de tip arc conectate intre linii. Transmisia zgomotului normal trebuie sa tina seama de capacitatile parazite intre componentele sistemului si cuplajelor mutuale dintre circuite care pot apare. In cazul convertoarelor de putere transmisia este realizata prin linia de intrare la sistemul utilitar si prin reteaua pentru latura de c.c. la sarcina in convertorul de putere (fig. 5).

(b) Modul comun (sau longitudinal) se refera la cazul in care oricare conductor din cele puse la masa este implicat, ceea ce inseamna ca tensiunile de faza (sau faza neutru) pot contine zgomot. Zgomotul de mod comun poate apare de asemenea din arc, dar si datorita efectului de proximitate al conductoarelor puse la masa de conductoarele ce contin zgomot, sau din conectarea incorecta a conductoarelor de siguranta si de referinta pentru masa. Transmisia zgomotului de mod comun se realizeaza in intregime prin capacitati parazite si prin campuri parazite electrice si magnetice. Astfel de capacitati parazite exista intre diferitele componente ale sistemului electroenergetic si intre componentele sistemului si masa (fig.5).

Zgomotul de mod comun este greu de eliminat deoarece problemele zgomotului de mod comun sunt asociate cel mai des eu semnalele de comunicatii si de date, care sunt semnale de nivel foarte mic (de ordinul mW lor cel mai des), comparativ cu semnalele din sistemele electroenergetice de putere (de ordinul kW lor sau al MW - lor).

La instalatiile de calculatoare si alte tipuri de sarcini care utilizeaza echipamente de procesare a datelor si semnalelor, cu nivel extrem de scazut al semnalului, alegerea incorecta a masei de referinta poate duce la abateri ale tensiunii, care va distorsiona si interfera cu semnalele care folosesc masa de referinta ca un punct de tensiune de referinta 'zero'. In anumite aplicatii de canale de date s-au folosit optocuploare, prin care s-a incercat o izolare a liniilor de date de circuitele de putere (fig.6).

Optocuplorul este un tranzistor sensibil la lumina ce poate fi trigerat de o fotodioda. Izolatia intre fotodioda si tranzistor este foarte buna si dispozitivul se poate utiliza pentru a izola atat liniile de date cat si circuitele de masa.

Singura solutie reala pentru diminuarea efectelor zgomotului de mod comun este evitarea folosirii masei de referinta pentru transportul curentului electric. In S.U.A. Codul Electric National contine standarde cu privire la folosirea de conductoare pentru neutru, pentru pamantare in conditii de siguranta si pentru conductoarele de masa de referinta.

O distinctie intre pamant si masa la echipamentele de curenti tari si la cele electronice este necesara in vederea evitarii pericolelor de electrocutare si a eliminarii interferentelor.