Высокочастотные помехи в электросети что это

Какие бывают помехи в электросети и как от них защититься

Вероятно, каждый читатель этой статьи обратил внимание на то, что большинство электрических приборов, работающих от бытовой сети, рассчитаны на напряжение 220 В/50 Гц. Отсюда вывод – именно такие параметры обеспечивает нам поставщик электроэнергии. К сожалению, это не совсем так. Мы можем предположить, что водопроводная вода совершенно чистая, однако опыт подсказывает, что в ней присутствуют примеси, ухудшающие вкус. Такие же «примеси», в виде дополнительных частот и импульсов, поступают к потребителю электроэнергии. Это и есть помехи в электросети.

Классификация помех

Все сетевые отклонения можно классифицировать по двум признакам: происхождению шумов и виду электромагнитной аномалии.

Причиной возникновения сетевых искажений являются:

• природные явления (гроза, ионизация воздуха сияниями и т.п.);
• техногенные влияния (аварии на линиях, коммутация мощных устройств и т. д.);
• электромагнитные волны природного и техногенного происхождения.

Перечисленные причины могут вызвать серию импульсных помех или волны гармонических искажений, наложенные поверх синусоидального тока.

Наличие импульсных токов в сети очень вредно сказывается на работе современных бытовых приборов, часто насыщенных электроникой. Если не применять приборы защиты, электронные устройства могут выйти из строя, не говоря уже о качестве их работы. Разумеется, чувствительное оборудование разработчики защищают внедрёнными схемами подавления помех, но нередко требуются дополнительные внешние приборы, например, бесперебойные источники питания, сетевые фильтры (рис. 1) и другие.

Рис. 1. Защитные импульсные фильтры

При радиочастотных помехах большинство бытовых приборов могут нормально работать. Но к ним чувствительны радиоприёмники, телевизоры и некоторые медицинские приборы. Впрочем, современная цифровая радиоэлектроника довольно хорошо защищена от таких искажений.

Понимание причин искажений в электрической сети помогает решать проблемы защиты оборудования, осознанно подходить к выбору оптимальных схем подавления шумов.

Классификация помех в электросети

Помехи, возникающие в электросети, негативно влияют на подключённую технику. Они способны за короткий промежуток времени привести к серьёзным неисправностям. Резкие скачки напряжения могут быть вызваны как воздействием природных явлений (молнии, магнитные поля), так и качеством линии к потребителю или оборудованием энергопоставляющей компании.

В зависимости от природы возникновения помехи могут быть двух видов:

• высокочастотные (ВЧ);
• импульсные.

Высокочастотные помехи появляются от электронных узлов работающего оборудования, включённого в сеть. Например, при работе холодильника, стиральной машины, и другой техники, имеющей в своей конструкции двигатели. В меньшей степени от приборов с импульсными блоками питания: телевизор, магнитофон, компьютер и т. п. ВЧ помехи присутствуют всегда и полностью убрать их невозможно. Хоть такого рода помехи и существуют, но негативное их влияние не велико.

Импульсные помехи проявляются в виде шумов, и могут быть как в виде одиночных импульсов, так и их последовательности. Параметры и форма импульсов обычно хаотичная, возникают они из-за резких перепадов тока и напряжения. Эти броски вызываются коммутационными процессами, связанными с запуском мощного оборудования или при возникновении короткого замыкания, а также магнитными полями.

Бороться с существующими отклонениями в работе электрической сети можно несколькими способами. Доступнее всего использовать стабилизаторы напряжения или защитные фильтры. Применение таких устройств в быту, не требует переделки или модернизации электролинии. Защищаемое оборудование подключается к ним через встроенную в них розетку, а они сами, через вилку непосредственно в сеть 220 в.

Источники помех

Искажать синусоиду переменного тока способны как природные явления, так и различные техногенное оборудование. В результате их действия происходят:

• кратковременные провалы напряжения;
• отклонения от номинальных частотных параметров;
• изменения гармоники электричества;
• колебания амплитуды тока;
• ВЧ шумы;
• импульсные всплески;
• синфазные помехи.

Остановимся вкратце на основных источниках, вызывающих перечисленные отклонения.

Провалы напряжения.

Данное явление является следствием работы коммутационных устройств в энергосистемах. Это случается при возникновении КЗ на линиях, в результате запусков мощных электромоторов и в других случаях, связанных с изменениями мощности нагрузки. Наличие таких кратковременных помех является неизбежностью при срабатывании защитной автоматики, и они не могут быть устранены поставщиком электроэнергии.

Изменения частотных характеристик.

Отклонение от заданной частоты происходит в результате значительного изменения тока нагрузки. В случае если уровень потребляемой энергии превосходит мощность генерируемых установок, происходит замедление вращения генератора, что ведёт к падению частоты. При заниженной нагрузке возрастает частота генерации.

Автоматика регулирует распределение мощностей, вплоть до отключения нагрузок, однако частотные помехи в сети всё-таки присутствуют.

Гармоники.

Источником данного вида искажений является наличие в сетях оборудования с нелинейной вольтамперной характеристикой:

• преобразовательные и выпрямительные подстанции;
• дуговые печи;
• трансформаторы;
• сварочные аппараты;
• телевизоры;
• циклоконвертеры и многие другие.

Причиной гармонических искажений могут быть электродвигатели, особенно если они установлены в конце длинной линии.

Отклонение напряжения

Изменения стабильности потенциала происходит в результате периодических скачков потребляемого максимального тока. Источником изменения нагрузок являются устройства, регулирующие напряжение, например, трансформаторы с РПН.

График, иллюстрирующий кратковременное перенапряжение показан на рисунке 2 (Фрагмент А – изображает импульсный всплеск).

Рис. 2. Перенапряжение в сети

ВЧ помехи.

Создаются влиянием устройств работающих, в высокочастотном диапазоне. ВЧ помехи, вызванные действием приборов, генерирующих сигналы с высоким диапазоном частот, распространяются эфирно или через линии сети.

Импульсы напряжения.

Распространённые источники: коммутационные приборы в сетях и грозовые явления.

Несимметрия трехфазной системы.

Причиной таких помех часто являются мощные однофазные нагрузки как бытовые, так и промышленные. Они вызывают сдвиги углов между фазами и амплитудные несоответствия. Путём отключения питания мощных токопотребляющих устройств можно устранить проблему.

Фильтры общего назначения серии B

Фильтры серии В (рисунок 1) — надежные и компактные фильтры по доступной цене. Большой диапазон рабочих токов, хорошая добротность и богатый выбор типов присоединения обеспечивают широкую область применения этих устройств.

Рис. 1. Внешний вид фильтров серии B

Серия B включает в себя две модификации — VB и EB, технические характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики сетевых фильтров серии B

Электрическая схема фильтра приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Электрическая схема фильтра серии B

Ослабление сигнала помехи в дБ приведено на рисунке 3.

Рис. 3. Ослабление сигнала помехи фильтрами серии B

Способы защиты

К сожалению, мы не можем управлять качеством электросети, но защитить бытовую технику вполне реально. В зависимости от того к каким искажениям чувствителен конкретный электрический прибор, выбирают соответствующий способ защиты. Снизить уровни помех помогают различные внешние устройства, встроенные электрические схемы, а также экранирование элементов конструкций и заземления.

Пример подавления помех показан на рисунке 3.

Рис. 3. График, иллюстрирующий фильтрацию тока

Эффективными являются следующие внешние устройства:

• стабилизаторы напряжения;
• ИПБ;
• преобразователи частоты;
• регулируемые трансформаторы;
• сетевые фильтры и фильтрующие каскады (принципиальная схема простого фильтра изображена на рисунке 4).

Схема сетевого фильтра
Особую трудность вызывает подавление высокочастотных импульсных искажений в диапазоне нескольких десятков МГц. Часто для этих целей используют защиту, применяемую непосредственно к источнику помехи.

Использование стабилизаторов напряжений оправдано в случаях наличия регулярных провалов напряжений в домашней сети. При стабильно заниженном или завышенном токе лучше пользоваться трансформатором.

Высоким уровнем защиты компьютеров и другой чувствительной электроники обладают бесперебойники. На рисунке 5 показано фото источника бесперебойного питания для защиты компьютера.

Рисунок 5. ИБП

В этих устройствах реализовано несколько защитных функций, но главная из них – снабжение питанием приборов в течение нескольких минут, с последующим корректным их отключением. С целью достижения максимального уровня защиты логично отдать предпочтение бесперебойному блоку питания.

Применение сетевых фильтров

Переменное напряжение, поступающее из промышленной сети, характеризуется частотой сигнала 50 Герц. При включении приборов в розетку или запуске двигателей, в электросети проникают гармоники сигнала с частотой, менее 50 Герц или превышающей это значение. Такие гармоники оказывают влияние на работу импульсной техники, заставляя её работать в предельных режимах. Для отсечения паразитных частот используется фильтр питания. В качестве элементов фильтра применяются пассивные радиоэлементы:

• конденсатор;
• дроссель;
• варистор;
• самовосстанавливающийся предохранитель.

Конденсатор, подключается параллельно нагрузке. Он не пропускает постоянный ток, в то время как переменный проходит через него беспрепятственно. Чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше искажений синусоидального сигнала пройдёт через него. Характеризуется это временем разряда и заряда. Таким образом, при изменении частоты, меняется и реактивное сопротивление конденсатора.

Варистор или нелинейный резистор, это полупроводниковый прибор с нелинейной вольт-амперной характеристикой. В зависимости от уровня приложенного сигнала его сопротивление изменяется. При нормальной работе варистор характеризуется высоким сопротивлением и не оказывает влияния на проходящий сигнал. Если происходит скачок напряжения, то его сопротивление уменьшается, входная цепь шунтируется и весь пиковый ток проходит через него. Подключается он, как и конденсатор параллельно нагрузке.

Виды фильтров питания

Фильтр питания, сглаживая скачки напряжения и искажения частоты, нередко используется в качестве удлинителя с возможностью подключения нескольких устройств одновременно. В продаже можно встретить различного вида и разного ценового диапазона фильтры. Главными требованиями предъявляемым к ним является уменьшение величины различного вида помех и соблюдение безопасности использования. Различаются они в первую очередь по своим характеристикам:

• рабочее напряжение;
• максимальная мощность;
• способы защиты;
• рабочее напряжение;
• дополнительные возможности.

Значение максимальной мощности показывает, какую нагрузку одновременно может выдержать фильтр. Используемые радиоэлементы фильтра определяют способ защиты. Дополнительные возможности заключаются в подсветке клавиши выключения, количестве розеток, наличия выходов для подключения телефонных приборов, USB выходов, при этом фильтры выпускаются с проводом на разную длину. Фильтры питания выпускаются в диэлектрических корпусах, стойких к нагреву и ударам.

Выбор фильтра для защиты

Использование некачественного сетевого фильтра не только не улучшает параметры питающего напряжения, но и приводит к возникновению короткого замыкания или пожара. Перед приобретением потребуется определиться защиту какую он должен выполнять, будет ли использоваться как удлинитель, общую пиковую мощность устройств, планируемую к подключению. Выбирать следует из известных производителей продукция которых сертифицирована и безопасна.

1. Defender DFS 501. Лучший выбор. Устройство имеет шесть розеток с заземляющим контактом мощностью 10А, два порта USB со стабилизированным напряжением пять вольт. Розетки выполнены с защитными шторками защищают подключённые приборы от короткого замыкания, перегрузки, паразитного высокочастотного сигнала. Длина провода составляет два метра. Кроме всего, прибор снабжён индикатором состояния.
2. Pilot S 014. Экономное решение с надёжным контактом в розетке. Включает основные элементы защиты, индикацию работы. Имеет шесть розеток рассчитанных на 10А. Длина провода 5 метров.

1. Sven SV-0231018GR Pro. Комплектуется сразу восемью розетками с контактом заземления. Корпус выполнен из ABS пластика. Кроме, стандартной индуктивно-ёмкостной защиты, имеет в схеме варистор и автоматически восстанавливающийся предохранитель. Длина провода 1,8 метра.
2. Daesung MC2345. Хоть и имеет только четыре розетки, но зато каждая оснащена выключателем и рассчитана на ток 16 ампер. Состоит из высококачественного медного кабеля длиною пять метров. Замечательно справляется с защитой от перегрузки. Корпус из поликарбоната, немаркий. Производитель даёт 5 лет гарантии, при этом проводит не ремонт, а замену на новый.
3. ЭРА USF-5es-1.5m-B. Защитный фильтр состоит из 5 розеток. Предохраняет от повреждения проводку и технику вследствие скачка напряжения в сети. Ток нагрузки составляет 10А. Все электропроводные части выполнены из меди. Длина провода полтора метра.

Методы измерения

Можно ли увидеть сетевые искажения?

С помощью приборов можно не только увидеть наличие помех, но и оценить их величину и определить природу появления. Существуют специальные высокоточные приборы для измерения различных отклонений в сетях. Наиболее распространённым из них является обычный осциллограф.

У прибора имеется дисплей (экран), на котором отображается осциллограмма измеряемого тока. Оперируя различными режимами осциллографа можно с высокой точностью определять характер и уровень шумов.

Пример осциллограммы показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Осциллограмма сетевого тока

На осциллограмме видно как основной сигнал окружают паразитные токи, которые необходимо отсекать. Анализируя характер искажений можно выбрать способ их подавления. Часто бывает достаточно применить сетевой фильтр для того, чтобы избавиться от типичных помех, влияющих на работу устройств.

Высокочастотные помехи в электросети

Не секрет, что срок службы любого электроприбора во многом зависит от качества напряжения в сети. Колебания, импульсы, падение напряжения способствуют снижению эффективности работы устройств и их преждевременному выходу из строя.

Одним из неблагоприятных факторов, оказывающих негативное воздействие на электроприборы, являются сетевые помехи, возникающие в силу разных причин. В электросети наблюдаются импульсные и высокочастотные помехи. Импульсными помехами сопровождается включение и выключение электротехники. Они представляют достаточно серьезную опасность для электронных компонентов, чувствительных к перепадам напряжения. В отличие от импульсных, высокочастотные помехи постоянно присутствуют в сети, и полностью нейтрализовать их невозможно. При этом они передаются не только по проводам, но и по эфиру.

Импульсные и высокочастотные помехи отличаются друг от друга по времени воздействия и частоте. При возникновении импульсных помех наблюдается рост амплитуды напряжения до 4-6 тысяч вольт в течение 1 микросекунды. Высокочастотные помехи не классифицируются по амплитуде напряжения и времени воздействия.

Защитить электроприборы от воздействия помех можно посредством стабилизаторов напряжения, сетевых фильтров и источников бесперебойного питания.

Как избавиться от помех в электросети?

Существует два наиболее распространенных вида помех в электросетях: импульсные и высокочастотные. Импульсные помехи бывают техногенного и природного характера.

Каковы причины возникновения помех в электрической сети?

Причиной возникновения сетевых искажений являются: природные явления (гроза, ионизация воздуха сияниями и т. п.); техногенные влияния (аварии на линиях, коммутация мощных устройств и т.

Что такое высокочастотные помехи?

В отличие от импульсных, высокочастотные помехи постоянно присутствуют в сети, и полностью нейтрализовать их невозможно. При этом они передаются не только по проводам, но и по эфиру. Импульсные и высокочастотные помехи отличаются друг от друга по времени воздействия и частоте.

Что такое сетевые помехи?

Под сетевыми помехами в подавляющем большинстве случаев понимаются паразитные высокочастотные составляющие сетевого напряжения, которые на экране осциллографа представляют собой «зазубрины» и «иголки» на 50-ти герцовой синусоиде (иголки – это те же зазубрины, но более высокого спектра).

Высокочастотные помехи в электросети что это

Существует два наиболее распространенных вида помех в электросетях: импульсные и высокочастотные. Импульсные помехи бывают техногенного и природного характера. Возникновение импульсных помех происходит из-за воздействия явлений природного характера, например при молниевом разряде вблизи электропроводки.

Техногенные помехи возникают, например, при одновременном включении в сеть большого числа потребителей. Причиной техногенных помех могут быть также аварии на подстанции.

Высокочастотные помехи как правило, возникают по тем же причинам, что и импульсные. Устранить их невозможно, так как их появление в сети обусловлено включением в электросеть большого количества бытовых электроприборов.

Разница между импульсными и высокочастотными помехами заключается в частоте и времени воздействия. К импульсным помехам относят кратковременное повышение амплитуды напряжения до величины в 4000-6000 Вольт. Время воздействия составляет до 1 микросекунд. Электронные устройства не рассчитаны на воздействие напряжения такой величины и не могут обеспечить нужную защиту для оборудования. Для стандартизации этого явления Международной электротехнической комиссией введен специальный норматив для имитации импульсных помех.

Высокочастотные помехи не определяются по времени и амплитуде. Диапазон частот от 100 Гц до 30 МГц. Импульсный сигнал искажает входное напряжение 220В и частотой 50 Гц и это влияет на работу телевидения, мониторов, аудиоаппаратуры, других электрических приборов.

Способы защиты

Возникновение помех в электрической сети может произойти в любой момент, что приведет за собой неприятные моменты и потери. Например, если работаешь за компьютером, то важные текстовые данные могут исчезнуть. Чтобы этого избежать, необходима защита от подобных явлений.

Отличным решением в этом случае будет защита с помощью источника бесперебойного питания (ИБП). После того как электросеть отключилась, батарея остается работоспособной не менее десяти минут. Этого будет вполне достаточно, чтобы сохранить все важные документы и программы. Также такой источник питания служит защитой от перепадов напряжения.

Защита от помех в сети может осуществляться и более дешевым способом: применение сетевых фильтров. Такое устройство сможет спасти приборы, которые подключены в электросеть, от отключений питания и помех. Защита такими способами позволит уберечь приборы и помеха в сети им будет неопасна.

Методы измерения

Измерение шумов в сети осуществляется специальными приборами. Но если таких приборов нет, то следует применять дополнительные конкретные меры.

Как правило, прибор, которым необходимо измерить помехи в электросети, будет питаться от того же источника, измерение которого необходимо произвести. Если неправильно подключить провода, то возникнут погрешности при снятии показаний. На рисунке ниже изображена схема подключения прибора, с помощью которого будет осуществляться измерение:

Чтобы измерить помехи используют и осциллограф. При наличии запоминающей трубки, прибор способен будет сделать измерение. О том, как пользоваться осциллографом мы рассказывали в отдельной публикации.

Теперь вы знаете, из-за чего возникают помехи в электросети и как защититься от них. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!

Опубликовано 03.02.2017 Обновлено 18.01.2021 Пользователем Александр (администратор)