Transcript Filtre de protectie impotriva perturbatiilor, montate in imediata vecinatate a receptorului

Filtre de protectie impotriva perturbatiilor,
montate in imediata vecinatate a receptorului
ELEMENTE PENTRU
ANTIPARAZITARE
Filtre de antiparazitare, montate in imediata
vecinatate a sursei
Ecrane electromagnetice
CEM - Curs 6
1
Filtre de protectie impotriva perturbatiilor,
montate in imediata vecinatate a receptorului
ELEMENTE DE
ANTIPARAZITARE
Filtre de antiparazitare, montate in imediata
vecinatate a sursei
CEM - Curs 6
2
Atenueaza transmiterea perturbatiilor prin conductie;
Utilizarea lor presupune ca, pe cat posibil, componentele spectrale ale semnalului
util sunt separate de componentelor spectrale ale perturbatiilor;
Printr-o alegere corespunzatoare a frecventelor de taiere si a pantei flancurilor
functiilor de transfer ale filtrelor se obtine o atenuare selectiva a perturbatiilor fara o
influenta importanta asupra semnalului util;
CEM - Curs 6
3
Parametru caracteristic: atenuarea reala a filtrului
dependenta de frecventa
definita ca raportul de divizare al unui divizor de tensiune format din
componentele pasive ale filtrelor impreuna cu impedantele surselor si ale
receptoarelor;
Componentele de baza:
pentru curentul de lucru : impedantele longitudinale
pentru tensiunea de lucru : impedantele transversale
CEM - Curs 6
ambele cu comportare
preponderent reactiva.
4
Filtru elementar cu impedanta transversala
Zi
ZR
UP
UPR+ Uutil
Uutil
Zt=1/jC
U P 
aF  20 lg
 20 lg
U P R 
Z R Zt
Z R  Zt
ZR Zt
Z R  Zt
Zi 
CEM - Curs 6
5
Filtru elementar cu impedanta longitudinala
Zi
ZR
Zl=jL
UP
UPR+ Uutil
Uutil
a F  20 lg
U P 
Z  ZR  Zl
 20 lg i
U P R 
ZR
CEM - Curs 6
6
Filtru elementar cu circuit LC
Zi
Zl=jL
UP
ZR
Uutil
UPR+ Uutil
Zt=1/jC
aF  20 lg
U P 
 20 lg
U P R 
Z R Zt
Z R  Zt
Z R Zt
Z R  Zt
Zi  Zl 
CEM - Curs 6
7
OBSERVATII.
 factorul de atenuare al filtrului este dependent de frecventa
variatia sa se reprezinta grafic sub forma caracteristicii de frecventa aF=g(f)
atenuarea unuia si aceluiasi filtru poate prezenta caracteristici de frecventa foarte
diferite in functie de marimea impedantelor sursei si sarcinii
in cataloage se da atenuarea de insertie determinata pentru valori identice ale ZS
si ZR , de exemplu pentru sistemele adaptate, valori standard de 50 
CEM - Curs 6
8
SCHEMA PENTRU MASURAREA ATENUARII DE INSERTIE
(MASURATOARE CU SI FARA FILTRU) INTR-UN SISTEM DE 50 
ZS=50
US()
UP()
FILTRU
UPR()
ZR=50
ZS=50
US()
Z0=50

U0PR()
UP()
CEM - Curs 6
ZR=50
9
U PR ()
0
aF  20 lg
U PR ()
ATENUAREA DE INSERTIE
este o marime adecvata pentru aprecierea efectului de filtrare in sisteme adaptate
permite o comparare a filtrelor de acelasi tip ale diversilor producatori
nu poate fi utilizata pentru aprecierea efectului de filtrare in sistemele cu impedante
oarecare ale receptorului si emitatorului ( filtrele de retea). In astfel de sisteme
utilizatorul trebuie sa determine atenuarea reala a filtrului in fiecare caz concret
CEM - Curs 6
10
PERTURBATII CONDUCTIVE
TENSIUNI PERTURBATOARE
SIMETRICE
Apar intre conductorii de ducere
si de intoarcere ai traseelor de
alimentare sau de semnal.
NESIMETRICE
Apar intre conductorii de ducere si
intoarcere si un conductor de
referinta
CEM - Curs 6
11
SCHEMA ECHIVALENTA A UNEI SURSE DE PERTURBATII CU
SURSE DE TENSIUNE ECHIVALENTE PENTRU TENSIUNILE
PERTURBATOARE SIMETRICA SI NESIMETRICA
U(2)0nesim
L1
Usim
U(2)nesim
U(1)0sim
+
N
U(1)nesim
U(1)0nesim
PE
CEM - Curs 6
12
ANTIPARAZITAREA UNEI SURSE DE PERTURBATII CARE PRODUCE
PERTURBATII DE MOD NORMAL SI DE MOD COMUN PRIN
CONDENSATOARE DE ANTIPARAZITARE SI BOBINE MONTATE IN AMONTE
U(2)0nesim
L
L1
CX
U(1)0sim
CY
L
N
CY
U(1)0nesim
PE
CEM - Curs 6
13
Condensatoare
pentru filtre
utilizate in curenti
tari
Condensatoare de tip X (CX) – se monteaza intre
conductoarele active (de ducere si de intoarcere) ale
circuitelor de alimentare si pot sa aiba capacitati oricat
de mari
De tip X1
De tip X2
(valori de varf >1.2 kV)
(valori de varf <1.2 kV)
Condensatoarele de tip Y (CY) sunt conectate intre
conductoarele de alimentare si conductorul de
protectie PE
Deoarece ele sunteaza izolatia electrica a unui
aparat, valoarea capacitatii este limitata si necesita
o siguranta ridicata in exploatare
CEM - Curs 6
14
FRECVENTE DE REZONANTA ALE FILTRELOR
Utilizarea simultana a componentelor reactive (bobine si condensatoare) intr-un
filtru
da nastere la un sistem oscilant care in apropierea frecventei proprii de
rezonanta duce la atenuare negativa, adica la o amplificare de insertie
produce fenomene de rezonanta datorita combinarii dintre reactantele
proprii ale emitatoarelor si receptoarelor si componentele reactive ale
filtrelor
CEM - Curs 6
15
Aceste probleme pot fi solutionate prin:
Deplasarea rezonantelor proprii intr-un domeniu de frecventa fara
probleme (filtre in cascada)
Amortizarea rezonantelor cu ajutorul unor rezistoare
Utilizarea unor bobine si condensatoare cu pierderi marite
CEM - Curs 6
16
Frecvente proprii de rezonanta ale inductivitatilor din filtre
|Zt|
20dB/decada
CP
Capacitate
parazita
Bobina
ideala
fr
lgf
Pana la valoarea frecventei proprii de rezonanta, fl, bobina actioneaza ca o
inductivitate , peste aceasta valoare se face simtita prezenta capacitatilor parazite
intre spire Cp
Printr-o constructie care sa asigure capacitati parazite cat mai mici, se poate
contracara acest efect.
CEM - Curs 6
17
Frecvente proprii de rezonanta ale condensatoarelor din filtre
Condensato
r ideal
|Zt|
20dB/decada
LP
Inductivitate
parazita
fr
lgf
Pana la valoarea frecventei proprii de rezonanta, fC condensatoarele actioneaza ca
niste capacitati pure, peste aceasta valoare curentul va fi limitat de inductivitatile
parazite ale conductoarelor de legatura si ale armaturilor.
Inductivitatea parazita la condensatoarele bobinate cu contact frontal se datoreaza
conexiunilor, ceea ce obliga consumatorul la utilizarea unor conductoare de legatura
cat mai scurte.
CEM - Curs 6
18
OBSERVATIE. Rezonantele filtrelor si rezonantele proprii ale elementelor
componente ale acestora se pot atenua prin utilizarea unor materiale magnetice si
dielectrice cu pierderi. Aceasta se poate obtine:
macroscopic
prin miezuri combinate
prin miezuri din ferita cu spire in scurtcircuit din material rezistiv
prin proprietatile intrinseci ale materialului (linii de transmisie cu pierderi)
Permeabilitatea complexa
(pentru fero si ferimagnetici)
Permitivitatea complexa
(pentru dielectrici)
CEM - Curs 6
19
DIELECTRICI CU PIERDERI
In dielectrici, la alimentarea in c.a. apar pierderi de polarizare (datorate oscilatiilor
periodice ale ionilor si dipolilor- macroscopic pot fi considerate pierderi prin frecare )
care pot depasi de cateva ori pierderile datorate conductivitatii reziduale.
Permitivitatea complexa relativa
 '
''
''
  j  r  j
0 0
0
0
Permitivitatea relativa obisnuita
Rezistenta de pierderi in c.a.
(masura a cresterii efective a capacitatii in
prezenta unui dielectric)
(conductanta de pierderi)
CEM - Curs 6
20
SCHEMA ECHIVALENTA A UNUI CONDENSATOR CU PIERDERI
G  G 0" 
 C0
"
0
C  C0r  C0
'
0
U()
I()
In domeniul frecventa:
I()  Y()U()  G()  jC()U()
Factor de pierderi:
tgC 
Pierderi active in dielectric:
"
'
P  U 2CtgC
CEM - Curs 6
21
MATERIALE FERO SI FERIMAGNETICE(FERITE) CU PIERDERI
Materialele feromagnetice prezinta pierderi active in camp magnetic alternativ
produse de curentii turbionari, de fenomenele de remagnetizare si de vascozitatea
magnetica.
Aceste pierderi in miez pot sa depaseasca cu mult pierderile in infasurarile bobinelor
filtrelor.
Permeabilitatea complexa relativa:
 '
' '
' '

j
 r  j
0 0
0
0
Permeabilitatearelativa obisnuita
(masura a cresterii efective de inductivitate
in prezenta materialului feromagnetic)
Rezistenta corespunzatoare pierderilor in
fier
CEM - Curs 6
22
SCHEMA ECHIVALENTA A UNEI BOBINE CU PIERDERI
L  L0r
I()
R Fe 
" L0
0
In domeniul frecventa:
 1
1 
I()  I RFe  I L  U()Y()

 U ( )
 R Fe jL 
U()
Factor de pierderi:
Pierderi active in dielectric:
" jL
tg P 

' R Fe
P  I 2Ltg P
CEM - Curs 6
23
PRINCIPII CONSTRUCTIVE ALE CONDENSATOARELOR
cele mai des utilizate mijloace de antiparazitare
eficacitatea lor de antiparazitare e cu atat mai mare cu cat
inductivitatea lor proprie e mai mica
rezistenta interna de IF a sursei de perturbatii este mai mare
Inductivitatea proprie depinde de
Lungimea conexiunilor;
Modul de montaj;
Constructia interna.
CEM - Curs 6
24
TIPURI CONSTRUCTIVE
Condensator bipolar
Condensator tripolar
Condensator cu patru borne (condensator de trecere necoaxial) se utilizeaza atat
pentru perturbatii de mod comun cat si pentru cele de mod comun
CEM - Curs 6
25
Condensator de trecere coaxial( de tip bobinat) : se utilizeaza numai in cazul
perturbatiilor de mod comun
Condensator de trecere de tip disc
CEM - Curs 6
26
Condensatoare de antiparazitare multiple
Condensator triplu (XYY)
L1
L1
PE
PE
N
N
Condensator dublu (XY)
L1
L1
PE
PE
N
CEM - Curs 6
N
27
PRINCIPII CONSTRUCTIVE ALE BOBINELOR DE FILTRARE
isi gasesc utilizarea in cazul in care impedanta interna IF a unei surse este prea mica
(in special pentru perturbatii nesimetrice la care capacitatile condensatoarelor Y nu
trebuie sa depaseasca o anumita valoare)
eficacitatea lor de antiparazitare e cu atat mai mare cu cat capacitatea proprie este
mai mica
La curenti mici capacitatea poate fi redusa prin bobinaj in galeti multistrat
La curenti mari, prin bobinarea pe muchie a unei platbenzi de cupru
CEM - Curs 6
28
in cazul atenuarii perturbatiilor de mod comun, se dovedeste foarte avantajoasa
constructia cu compensare de curent
W1
I

I
W2
La acelasi sens de infasurare, fluxurile magnetice datorate curentului de lucru ale
celor doua infasurari identice se compenseaza aproape complet, astfel incat
premagnetizarea datorita curentului de lucru este neglijabila.
Cresterea de inductivitate obtinuta prin utilizarea unui miez din material
feromagnetic are un efect pozitiv asupra actiunii de antiparazitare numai in
situatia in care miezul nu este premagnetizat pana la saturatie datorita curentului
de lucru.
CEM - Curs 6
29
la frecvente peste 1MHz se utilizeaza inele de ferite introduse pe conductoare sau
miezuri magnetice toroidale prin care se infasoara conductoarele de masura
LP
I()
RFe
U()
CEM - Curs 6
30
FILTRE LC
se utilizeaza pentru antiparazitarea si protectia la perturbatii a aparatelor mono
si trifazate
reprezinta filtre trece-jos pentru retele de joasa tensiune 220V/380V care lasa sa
treaca nestanjenit numai semnalul de 50Hz
atenuarea se mentine sau scade in functie de impedantele de intrare si de iesire
ale sistemului in care sunt introduse
prin montarea in cascada a mai multor dispozitive de antiparazitare
dimensionate pentru domenii de frecventa diferita, se pot realiza lanturi de filtre
pentru cabine ecranate, care functioneaza pana la 35GHz
CEM - Curs 6
31
Dr1
Dr2
L
CY
CX
RD
PE
CY
N
EXEMPLU DE FILTRU DE RETEA MONOFAZAT PENTRU PERTURBATII
DE MOD NORMAL SI DE MOD COMUN
RD rezistor de descarcare pentru condensatorul CX
Dr1 bobina cu compensare de curent pentru perturbatii de mod comun
Dr2 bobina cu compensare de curent pentru perturbatii de mod normal
CEM - Curs 6
32
FILTRE CU PIERDERI
Se construiesc pentru situatii in care apare o amplificare de insertie datorata unor
combinatii nepotrivite ale functiilor de transfer ale filtrelor;
In aceasta categorie intra:
Inelele de ferita;
Filtrele cu componente disipative;
Ecranele tubulare de rejectie a interferentei electromagnetice;
Liniile de pierderi
CEM - Curs 6
33
Linii cu pierderi cu
conductor interior axial
Linii cu pierderi cu
conductor interior spiralat
CEM - Curs 6
34
DESCARCATOARE DE SUPRATENSIUNI
Servesc pentru limitarea supratensiunilor tranzitorii provocate de actiunea
traznetului, de deconectarea consumatorilor inductivi, de descarcarile electrostatice,
de impulsurile electromagnetice nucleare.
Reprezinta rezistoare puternic neliniare care in domeniul tensiunilor de lucru au
valori foarte mari si se poate considera ca, practic nu exista, iar in timpul
supratensiunilor capata valori foarte mici.
Impreuna cu impedanta sursei de perturbatii se formeaza un divizor de tensiune cu
raport de divizare neliniar, care reduce supratensiunile la valori sub rigiditatea
dielectrica a componentei ce trebuie protejata.
CEM - Curs 6
35
RS
uP(t)
iP(t)
u’P(t)
RV
ZR
RV=f(u’P(t))
Tipurile de descarcatoare depind de
tensiunea de amorsare
amplitudinea impulsului de curent
rezistenta de izolatie la tensiunea maxima de functionare
rezistenta reziduala la trecerea curentului de impuls
comportarea dinamica la amorsare
CEM - Curs 6
36
VARISTOARE
sunt rezistoare neliniare dependente de tensiune realizate din oxid metalic (in
special ZnO)
Timpi de comutatie de ordinul nanosecundelor
caracteristica curent –tensiune : I=KU
K este un factor care tine cont de geometria discurilor
 >25 este un exponent dependent de material
CEM - Curs 6
37
Caracteristica exponentiala
Caracteristica dublu
logaritmica
I
Log I
Zona
de
lucru
U
Log U
CEM - Curs 6
38
Schema echivalenta
LP
CP
RV
Inductivitatea parazita se datoreaza inductivitatii
conexiunilor si a fenomenului de refulare a
curentului
Capacitatea parazita este cuprinsa intre 100 si
cateva zeci de mii de pF, valorile mai mari
corespunzand la tensiuni de lucru mai mici si
capacitate mare de disipare a curentului de impuls
Capacitatea proprie ridicata impiedica introducerea varistoarelor in sistemele de
inalta frecventa
In ceea ce priveste protectia la supratensiuni, capacitatea mare a varistoarelor se
dovedeste avantajoasa atat timp cat nu este anihilata de inductivitatea conexiunilor.
CEM - Curs 6
39
ECLATOARE
Acopera un domeniu foarte larg de tensiuni de amorsare, fiind utilizate atat in
sistemele electroenergetice la protectia impotriva loviturii directe de traznet, cat si
in retelele de telecomunicatii.
u [V]
1200
Tensiune de amorsare
dinamica
600
Tensiune de amorsare statica
Cadere de tensiune in arc
1
2
3
CEM - Curs 6
4
t [s]
40
AVANTAJE
capacitate mare de trecere a curentului
influenta neglijabila, rezistiva si capacitiva, in regim normal de functionare a
circuitului
DEZAVANTAJE
la pante mari ale tensiunii aplicate, imediat inaintea amorsarii, tensiunea poate
ajunge la valori foarte mari si s-ar putea sa nu fie suportata de obiectul de protejat
 alegerea unui descarcator cu caracteristica de impuls
tensiunea necesara pentru mentinerea arcului este atat de redusa incat la
circuitele de curent continuu, dupa stingerea fenomenului tranzitoriu, arcul nu se
mai stinge  inserierea unui descarcator ’soft’
CEM - Curs 6
41
OPTOCUPLOARE SI CABLURI DIN FIBRA OPTICA
+
Receptor
Emitator
(sursa)
Folosirea unui optocuplor pentru rejectia semnalelor de mod comun – pentru tensiuni
pana la 10kV
Circuit de
comanda
LED
Trigger
Schimtt
Cablurile optice permit acoperirea unor
diferente de potential pana in domeniul
megavoltilor
CEM - Curs 6
42
TRANSFORMATOARE DE SEPARARE
permit separarea galvanica a circuitelor de curent alternativ
sunt folosite si pentru intreruperea buclelor de pamantare, rejectia tensiunilor de
mod comun
Emitator
(sursa)
Receptor
capacitate
parazita
Emitator
(sursa)
La frecvente inalte
determina scaderea
rejectiei modului comun
Receptor
UCM
ZP
CEM - Curs 6
43