1. Kata Pengantar
Dalam sistem tenaga listrik, dengan peningkatan kapasitas jaringan listrik dan tegangan transmisi, proteksi relai, kontrol jaringan listrik dan peralatan komunikasi berbasis komputer dan mikroprosesor banyak digunakan. Oleh karena itu, masalah kompatibilitas elektromagnetik dari sistem tenaga listrik telah menjadi sangat menonjol. Misalnya, peralatan listrik terintegrasi gardu induk yang mengintegrasikan fungsi proteksi relai, komunikasi dan SCADA biasanya dipasang di dekat peralatan tegangan tinggi gardu induk. Prasyarat untuk pengoperasian peralatan yang normal adalah dapat menahan interferensi elektromagnetik yang sangat kuat yang dihasilkan di gardu induk dalam kondisi operasi normal atau kecelakaan. Selain itu, karena sakelar tegangan tinggi modern sering diintegrasikan dengan peralatan kontrol dan proteksi elektronik, peralatan yang dikombinasikan dengan peralatan arus kuat dan arus lemah tersebut tidak hanya perlu diuji dengan tegangan tinggi dan arus besar, tetapi juga harus lulus uji kompatibilitas elektromagnetik. Ketika pemutus GIS dioperasikan, ia dapat menghasilkan tegangan transien cepat dengan frekuensi hingga beberapa megahertz. Tegangan berlebih yang cepat ini tidak hanya akan membahayakan isolasi transformator dan peralatan lainnya, tetapi juga menyebar ke luar melalui jaringan pentanahan, sehingga mengganggu operasi normal proteksi relai dan peralatan kontrol di gardu induk. Dengan peningkatan otomatisasi sistem tenaga, pentingnya teknologi EMC semakin jelas.
Menurut definisi Komisi Elektroteknik Internasional (1EC), kompatibilitas elektromagnetik (EMC) mengacu pada kemampuan peralatan atau sistem untuk bekerja secara normal di lingkungan elektromagnetiknya tanpa menyebabkan gangguan elektromagnetik yang tidak tertahankan pada apa pun di lingkungan tersebut. EMC adalah disiplin aplikasi komprehensif interdisipliner baru. Sebagai teknologi mutakhir, teknologi ini didasarkan pada teori dasar teknologi listrik dan radio, dan melibatkan banyak bidang teknis baru, seperti mikroelektronika, teknologi komputer, teknologi gelombang mikro, teknologi komunikasi dan teknologi jaringan, serta aplikasi material baru. Cakupan penelitian teknologi EMC sangat luas, mencakup hampir semua bidang aplikasi otomasi, seperti tenaga listrik, komunikasi, radio, transportasi, kedirgantaraan, militer, komputer, dan medis.
Semua jenis peralatan listrik dalam sistem tenaga yang sama saling terhubung erat dan berinteraksi satu sama lain melalui koneksi listrik atau magnet. Osilasi elektromagnetik yang disebabkan oleh perubahan mode operasi, kesalahan, operasi sakelar, dll. akan memengaruhi banyak peralatan listrik, yang akan memengaruhi kinerja kerja peralatan listrik ini, atau bahkan merusaknya. Semua ini menunjukkan bahwa masalah kompatibilitas elektromagnetik sistem tenaga telah menjadi masalah yang tidak dapat diabaikan.
2. Beberapa Konsep Kompatibilitas Elektromagnetik
1）Lingkungan Kompatibilitas Elektromagnetik (EME)
Istilah ini merujuk pada jumlah semua fenomena elektromagnetik yang ada di suatu tempat. Tempat tertentu adalah ruang, yang merujuk pada semua fenomena elektromagnetik termasuk semua waktu dan semua spektrum.
2）Kompatibilitas elektromagnetik (EMC)
EMC mengacu pada kemampuan peralatan atau sistem untuk bekerja secara normal di lingkungan elektromagnetiknya dan tidak menimbulkan gangguan elektromagnetik terhadap apa pun di lingkungan tersebut. Sebagai sebuah disiplin ilmu, EMC dapat diterjemahkan sebagai "kompatibilitas elektromagnetik". Kemampuan EMC sebagai perangkat atau sistem dapat disebut "EMC". Dari definisi tersebut, dapat dilihat bahwa EMC mencakup dua aspek: emisi elektromagnetik yang dihasilkan oleh peralatan atau sistem tidak akan memengaruhi fungsi peralatan atau sistem lainnya; Kemampuan anti-interferensi peralatan atau sistem cukup untuk mencegah fungsi peralatan atau sistem tersebut terpengaruh oleh gangguan lainnya.
3）Gangguan elektromagnetik (EMI)
Interferensi elektromagnetik mengacu pada fenomena elektromagnetik apa pun yang dapat mengurangi kinerja perangkat, peralatan, dan sistem atau merusak zat hidup. Terdiri dari sumber interferensi, saluran kopling, dan penerima. Menurut cara perambatan interferensi, interferensi elektromagnetik dibagi menjadi interferensi radiasi dan interferensi konduksi. Interferensi terpancar (RI) ditransmisikan melalui ruang dengan karakteristik dan hukum gelombang elektromagnetik, tetapi tidak semua perangkat dapat memancarkan gelombang elektromagnetik; Interferensi terkonduksi (CI) adalah interferensi yang merambat di sepanjang konduktor, yaitu, harus ada koneksi sirkuit lengkap antara sumber interferensi dan penerima.
4）Sensitivitas elektromagnetik (EMS)
Jika sensitivitasnya tinggi, anti-interferensinya rendah. EMS mencerminkan kemampuan anti-interferensi perangkat, peralatan, atau sistem dari berbagai sudut. Semakin rendah tingkat sensitivitas (tingkat saat kinerja menurun di awal), semakin tinggi sensitivitasnya, dan semakin rendah anti-interferensinya; Semakin tinggi tingkat anti-interferensinya, semakin tinggi pula tingkat anti-interferensinya, dan semakin rendah sensitivitasnya. Sensitivitas elektromagnetik dibagi menjadi sensitivitas radiasi dan sensitivitas konduksi. Saat ini, topik hangat penelitian kompatibilitas elektromagnetik (EMC) terutama mencakup karakteristik sumber interferensi elektromagnetik dan karakteristik transmisinya, efek berbahaya dari interferensi elektromagnetik, teknologi penekanan interferensi elektromagnetik, pemanfaatan dan pengelolaan spektrum elektromagnetik, standar dan spesifikasi kompatibilitas elektromagnetik, teknologi pengukuran dan pengujian kompatibilitas elektromagnetik, kebocoran elektromagnetik dan pelepasan elektrostatik, dll.
3. Mode EMI utama dan rute transmisi
Terbentuknya kompatibilitas elektromagnetik peralatan listrik terutama disebabkan oleh peningkatan peralatan listrik di semua lapisan masyarakat, penggunaan peralatan komunikasi nirkabel, peralatan listrik dan peralatan frekuensi tinggi secara luas di lingkungan sekitar, dan meningkatnya interferensi elektromagnetik antar peralatan. Menurut kompatibilitas elektromagnetik peralatan listrik, orang dalam industri mengetahui bahwa peralatan saling mengganggu, yaitu, beberapa peralatan tidak hanya rentan terhadap berbagai gangguan, tetapi juga mengganggu peralatan lain. Faktanya, banyak perangkat memiliki kompatibilitas elektromagnetik, tetapi interferensi di antara mereka belum terdeteksi dengan jelas, tetapi potensi ancaman ini telah memengaruhi pengoperasian peralatan listrik yang aman. Tentu saja, kompatibilitas elektromagnetik peralatan juga mencakup potensi bahaya keselamatan yang disebabkan oleh kebocoran elektromagnetik. Kebocoran elektromagnetik mengacu pada kebocoran informasi yang berguna. Meskipun itu adalah sinyal elektromagnetik yang lemah, bagi beberapa penyerang jahat, begitu mereka tertarik pada beberapa informasi, mereka dapat dengan mudah menggunakan cara modern untuk mencegat, memperkuat, mendekripsi, atau mendekode informasi.
Gangguan elektromagnetik terutama mencakup hal-hal berikut:
1) Interferensi harmonik
Pengaruh dan bahaya harmonisa pada peralatan primer terutama ditunjukkan pada aspek-aspek berikut: meningkatkan kerugian peralatan, meningkatkan kenaikan suhu, dan mengurangi output dan umur peralatan; Meningkatkan kerugian dielektrik dan pelepasan lokal dalam isolasi untuk mempercepat penuaan isolasi; Meningkatkan getaran dan kebisingan motor.
Pengaruh utama harmonisa pada peralatan sekunder adalah mengganggu kondisi kerja normalnya, seperti akurasi pengukuran, keandalan tindakan, dan lain-lain.
Jika terjadi gangguan, proteksi jarak memiliki dampak yang lebih besar terhadap interferensi harmonik pada perangkat proteksi relai. Relai impedansi diatur sesuai dengan impedansi gelombang fundamental sistem. Munculnya harmonik, terutama harmonik ketiga, akan menyebabkan kesalahan pengukuran yang besar, dan dapat menyebabkan penolakan atau maloperasi dalam kasus yang serius.
2) Operasi sakelar di sirkuit primer
Hal ini terutama disebabkan oleh pengoperasian pemutus arus, pemisah, dll. dalam jaringan listrik, yang menyebabkan tegangan berlebih pada bank kapasitor, transformator tanpa beban, reaktor, motor, dll., dan gangguan elektromagnetik dari pantograf.
3) Gangguan petir
Ketika petir menyambar gardu induk di jaringan listrik, arus yang besar akan mengalir ke jaringan pentanahan melalui titik pentanahan, yang akan sangat meningkatkan potensi titik pentanahan. Jika titik pentanahan sirkuit sekunder dekat dengan titik sambaran petir arus besar, potensi titik pentanahan sirkuit sekunder akan meningkat, yang akan membentuk interferensi mode umum di sirkuit sekunder yang sama, yang menyebabkan tegangan berlebih, yang akan menyebabkan kerusakan isolasi peralatan sekunder dalam kasus yang serius.
4) Interferensi pada rangkaian sekunder itu sendiri
Interferensi pada sirkuit sekunder itu sendiri utamanya dihasilkan oleh induksi elektromagnetik. Banyak perangkat sirkuit terpadu digital dari peralatan daya terpadu di gardu induk atau pembangkit listrik diwujudkan oleh sistem mikrokomputer chip tunggal. Karena perangkat pada papan sirkuit tercetak (PCB) dalam sistem tersebut ditenagai oleh catu daya DC, dan terdapat banyak kumparan induktansi besar di sirkuit DC, saat melakukan switching, tegangan berlebih akan muncul di kedua ujung kumparan, yang akan menginduksi tegangan induksi dan arus induksi yang tidak kondusif bagi pengoperasian normal peralatan sekunder, yang menyebabkan interferensi pada perangkat pada PCB, sehingga mengganggu pengoperasian normal sistem mikrokontroler.
Interferensi elektromagnetik dapat ditransmisikan dari sumber interferensi ke peralatan sensitif melalui dua cara, yaitu konduksi dan radiasi. Konduksi dibagi menjadi kopling konduktif kopling langsung, kopling kapasitif kopling medan listrik dan kopling induktif. Radiasi terutama kopling elektromagnetik. Interferensi yang dihasilkan oleh medan magnet disebabkan oleh induktansi timbal balik antara konduktor. Ketika arus di sirkuit sekunder tiba-tiba berubah, fluks magnet dari tautan silang ke sirkuit sekunder juga berubah, dan kemudian tegangan interferensi diinduksi. Semakin besar amplitudo dan frekuensi arus transien di sirkuit primer, semakin kuat hubungan magnetik antara sirkuit primer dan sirkuit sekunder, dan semakin besar interferensi yang disebabkan oleh kopling induktif. Interferensi sistem tenaga terutama ditransmisikan ke peralatan tegangan rendah melalui TA, CVT dan kabel transmisi, diikuti oleh kopling radiasi frekuensi tinggi. Bentuk kopling utama adalah kopling konduktif dan induktif.
4. Langkah-langkah untuk menekan gangguan elektromagnetik
Dalam sistem apa pun, pembentukan EMC harus memenuhi tiga kondisi dasar (disebut tiga elemen interferensi elektromagnetik): keberadaan sumber interferensi, keberadaan unit penerima yang sensitif terhadap sumber interferensi, dan keberadaan saluran untuk menggabungkan energi dari sumber interferensi ke unit penerima.
Menurut jenis dan karakteristik gangguan elektromagnetik, metode perisai, penyaringan, dan pentanahan umumnya diadopsi untuk menekan gangguan elektromagnetik.
4.1 Penekanan saluran transmisi interferensi
4.1.1 Perisai dapat dibagi menjadi perisai medan listrik, perisai medan magnet, dan perisai elektromagnetik. Secara umum, perisai elektromagnetik digunakan untuk mencegah interferensi yang dihasilkan oleh medan elektromagnetik bolak-balik. Perisai memiliki dua tujuan: a. untuk membatasi kebocoran energi elektromagnetik yang terpancar dalam peralatan ke luar; b. Mencegah interferensi radiasi eksternal memasuki peralatan dan mengganggu operasi normal peralatan.
a. Metode perisai medan listrik
Cara paling sederhana adalah dengan membumikan sumber induktif dan induktor dengan sekat logam untuk menekan kopling kapasitif parasit dan mewujudkan pelindung medan listrik. Untuk gangguan medan listrik yang kuat, lebih baik menggunakan penutup logam dengan konduktivitas tinggi untuk pentanahan.
b. Metode perisai medan magnet
Medan magnet dibagi menjadi medan magnet frekuensi rendah dan medan magnet frekuensi tinggi, dan tindakan yang berbeda harus diambil untuk medan magnet yang berbeda. Untuk medan magnet frekuensi rendah, bahan konduktivitas magnetik tinggi dapat digunakan sebagai pelindung untuk mewujudkan pelindung medan magnet, tetapi komponen yang dilindungi tidak boleh memiliki celah dalam arah yang sejajar dengan medan magnet untuk menghindari kebocoran magnetik. Untuk medan magnet frekuensi tinggi, karena adanya komponen medan listrik dan komponen medan magnet, pelindung medan listrik dan pelindung medan magnet harus dilakukan secara bersamaan. Namun, perlindungan medan magnet frekuensi tinggi dari bahan feromagnetik dibatasi hingga di bawah 100kHz. Untuk medan magnet frekuensi yang lebih tinggi, tindakan khusus harus diambil. Untuk mencegah kebocoran magnetik dari celah dan lubang, celah harus dikurangi atau kedalaman celah harus ditingkatkan sebanyak mungkin. Lubang harus ditutup dengan penutup logam. Jika ada poros logam yang menonjol, poros tersebut harus diarde dengan andal atau peredam pandu gelombang harus dipasang.
Bila medan magnet yang akan dilindungi sangat kuat, material pelindung akan jenuh. Begitu jenuh terjadi, efektivitas pelindung akan hilang. Dalam kasus ini, pelindung dua lapis dapat digunakan, dan lapisan pertama terbuat dari material permeabilitas rendah, yang tidak mudah jenuh; lapisan kedua terbuat dari material permeabilitas tinggi, tetapi mudah jenuh. Lapisan pelindung pertama terlebih dahulu melemahkan medan magnet hingga kekuatan yang sesuai, sehingga lapisan pelindung kedua tidak akan jenuh, dan material permeabilitas tinggi dapat memberikan efek pelindung sepenuhnya.
4.1.2 Penyaringan
Teknologi penyaringan merupakan tindakan yang efektif untuk menyaring gangguan daya. Gangguan yang disebabkan oleh polusi daya merupakan yang paling umum. Dengan pesatnya perkembangan teknologi elektronik, penerapan catu daya switching semakin populer. Oleh karena itu, dari perspektif menghilangkan gangguan elektromagnetik yang dihasilkan oleh catu daya switching, filter EMI juga harus dipertimbangkan. Desain filter EMI berbeda dari filter tradisional. Selain meredam gangguan elektromagnetik frekuensi tinggi sebanyak mungkin, juga diperlukan untuk membuat catu daya, impedansi beban, dan impedansi elemen yang sesuai dari filter sedekat mungkin pada frekuensi cut-off, dan mengikuti dua prinsip dasar: a. Induktansi seri filter harus dihubungkan ke catu daya impedansi rendah atau beban impedansi rendah; B. Kapasitor paralel filter harus dihubungkan ke catu daya impedansi tinggi atau beban impedansi tinggi. Dengan cara ini, efek aplikasi praktis dari filter EMI dapat ditingkatkan.
Metode pemasangan filter yang benar juga penting. Misalnya, saat filter dipasang pada papan sirkuit, interferensi elektromagnetik langsung masuk ke filter, yang akan mengurangi efek penyaringan, sehingga filter harus dilindungi.
4.1.3 Pembumian
Grounding merupakan salah satu persyaratan teknis dasar untuk rangkaian, peralatan, dan sistem kerja, dan juga salah satu metode paling dasar untuk mencegah interferensi. Karena grounding dapat membuat arus interferensi dalam rangkaian kembali ke tanah, maka grounding yang benar dapat secara efektif menekan pengaruh sinyal interferensi pada peralatan lain.
Tiga metode dasar pentanahan, penyaringan, dan pelindungan dapat meningkatkan kompatibilitas elektromagnetik peralatan elektromagnetik, yang dapat diterapkan secara terpisah atau saling melengkapi. Misalnya, pentanahan peralatan yang andal dapat mencegah interferensi elektrostatik dan mengurangi persyaratan pelindungan peralatan; Pelindungan elektromagnetik yang baik dapat secara efektif mencegah interferensi radiasi elektromagnetik, dan persyaratan untuk rangkaian filter dapat dilonggarkan dengan tepat. Mempertimbangkan efek keseluruhan, pentanahan yang baik dapat mengurangi energi frekuensi interferensi; Pelindungan dapat mengisolasi jalur kopling radiasi elektromagnetik dan mengurangi energi radiasi; Penyaringan dapat melemahkan energi interferensi yang ditransmisikan melalui catu daya.
4.2 Pemisahan waktu
Aturan pembagian waktu adalah menyalakan perangkat yang mengganggu dan perangkat yang terganggu pada periode waktu yang berbeda untuk menghindari penggunaan perangkat yang mengganggu secara bersamaan dalam periode waktu yang sama.
4.3 Langkah-langkah manajemen frekuensi
Manajemen frekuensi meliputi kontrol frekuensi, modulasi frekuensi, transmisi digital, dan konversi fotolistrik. Kontrol frekuensi berarti bahwa peralatan dengan frekuensi yang sama dalam peralatan tidak boleh digunakan bersama-sama, dan perhatian harus diberikan pada interferensi frekuensi ganda di antara keduanya. Teknologi modulasi frekuensi adalah menggunakan frekuensi untuk memodulasi peralatan dua kali untuk menghindari frekuensi interferensi. Transmisi digital mengacu pada konversi sinyal analog menjadi sinyal digital untuk transmisi, sehingga berbagai interferensi dapat dicegah semaksimal mungkin. Perusahaan dapat mencoba teknologi konversi fotolistrik dan transmisi fotolistrik jika memungkinkan, karena sinyal fotolistrik memiliki rasio signal-to-noise dan kemampuan anti-interferensi yang sangat tinggi.
4.4 Pemisahan spasial
Pemilihan lokasi dan lokasi, isolasi bangunan alami, kontrol sudut pemasangan peralatan, kontrol arah vektor medan listrik dan medan magnet. Artinya, teknologi penghindaran dan pemblokiran harus diadopsi, isolasi alami yang dibentuk oleh bangunan harus digunakan secara wajar, lokasi dan arah pemasangan yang tepat harus dipilih, dan gangguan yang disebabkan oleh peralatan dengan kompatibilitas elektromagnetik yang buruk harus dikendalikan semaksimal mungkin. Misalnya, saat memasang monitor, arah braket pemancar dan penerima harus dipilih secara wajar, dan harus sejauh mungkin dari lift, TV, dan komputer.
5. Isi utama penelitian EMC
Isi utama kompatibilitas elektromagnetik sistem tenaga meliputi:
5.1 Penilaian lingkungan elektromagnetik
Tingkat interferensi elektromagnetik (amplitudo, frekuensi, bentuk gelombang, dll.) yang mungkin dialami peralatan selama pengoperasian harus diperkirakan melalui pengukuran atau simulasi digital. Misalnya, kendaraan uji kompatibilitas elektromagnetik bergerak digunakan untuk mengukur berbagai interferensi yang dihasilkan oleh saluran transmisi tegangan tinggi atau gardu induk, atau medan elektromagnetik transien yang mungkin dihasilkan disimulasikan secara digital melalui program perhitungan transien elektromagnetik. Penilaian lingkungan elektromagnetik merupakan bagian penting dari teknologi EMC dan dasar dari desain anti-interferensi.
5.2 Jalur kopling EMI
Cari tahu jalur yang dilalui oleh interferensi elektromagnetik yang dihasilkan oleh sumber interferensi untuk mencapai objek yang terganggu. Interferensi dapat dibagi menjadi interferensi terhantar dan interferensi terpancar. Interferensi terhantar mengacu pada interferensi yang disebabkan oleh interferensi elektromagnetik yang menjalar melalui kabel listrik, kabel pentanahan, dan kabel sinyal ke objek. Misalnya, interferensi yang dihasilkan oleh sumber impuls petir yang ditransmisikan melalui kabel listrik. Interferensi radiasi mengacu pada interferensi yang ditransmisikan ke peralatan sensitif melalui ruang sumber elektromagnetik. Misalnya, interferensi radio atau interferensi televisi yang dihasilkan oleh korona saluran transmisi termasuk dalam interferensi jenis radiasi. Mempelajari cara penggandengan interferensi sangat penting untuk merumuskan tindakan anti-interferensi dan menghilangkan atau menekan interferensi.
5.3 Evaluasi kekebalan elektromagnetik
Mempelajari kemampuan berbagai peralatan dan meteran sensitif dalam sistem tenaga listrik, seperti proteksi relai, perangkat otomatis, sistem komputer, instrumen pengukuran energi listrik, untuk menahan gangguan elektromagnetik. Umumnya, pengujian digunakan untuk mensimulasikan kemungkinan gangguan dalam pengoperasian dan menguji apakah peralatan yang diuji akan menyebabkan maloperasi atau kerusakan permanen saat peralatan sedekat mungkin dengan kondisi kerja. Kekebalan peralatan bergantung pada prinsip kerjanya, tata letak sirkuit elektronik, level sinyal kerja, dan tindakan anti-interferensi yang diambil. Dengan penerapan luas berbagai sistem otomasi dan sistem komunikasi dalam sistem tenaga listrik, dan dengan tren mengintegrasikan peralatan arus kuat dan peralatan arus kuat, cara mengevaluasi kemampuan peralatan ini untuk menahan gangguan, mempelajari metode pengujian yang praktis dan efektif, dan merumuskan standar evaluasi akan menjadi topik penting teknologi kompatibilitas elektromagnetik dalam sistem tenaga listrik.
6. Penutup
Dengan meluasnya penerapan peralatan otomasi sistem tenaga listrik dan kemajuan teknologi, masalah kompatibilitas elektromagnetik menjadi semakin menonjol. Sangatlah mendesak untuk mempromosikan teknologi kompatibilitas elektromagnetik yang ada dan matang, membangun sistem pengujian dan standar inspeksi yang sempurna, dan mempelajari masalah baru dan arah baru kompatibilitas elektromagnetik dalam teknologi aplikasi sistem tenaga listrik. Dalam desain dan penerapan rekayasa otomasi, interferensi elektromagnetik dapat dihilangkan dan stabilitas serta keandalan peralatan dapat ditingkatkan jika kompatibilitas elektromagnetik peralatan sepenuhnya dipertimbangkan dan berbagai tindakan teknis dan metode manajemen diadopsi.
