Elektromagnetna kompatibilnost (Electromagnetic compatibility)

Elektromagnetna kompatibilnost Osnovni pojmovi, značenje i testiranje

Dipl.inž. Ivan Blagojević

I. Blagojević

Elektromagnetna kompatibilnost

UVOD

Od nastanka Zemlje i ţivota na njoj pa do modernog doba , slaba, prirodna niskofrekventna i visokofrekventna električna i magnetna polja, pored zemljinog statičkog magnetnog polja, su sačinjavala elektromagnetna polja na zemlji koja su nastajala od

atmosferskih praţnjenja i od Sunca . Ali od početka modernog doba to se promenilo jer je na Zemlji pored prirodnih polja nastajalo i dosta polja ko je je proizveo čovek tehnologijom tog doba. Počevši od nekih osnovnih kućnih uredjaja pa do mobilnih telefona nastali su ti novi oblici polja. U takvim uslovima se ukupni nivo elektromagnetskih smetnji povećao i sam tehnološki razvoj nije mogo da isprati normalan nivo smetnji tadašnjim standardi ma. Zbog toga je zahtevano da pri projektovanju elekt ronskih sistema pored osnovnih potreba

funkcionalnosti ureĎaja potrebno je obratiti paţnju i na dodatne zahteve koji se odnose na elektromagnetsku kompatibilnost (EMC). Elektromagnetna kompatibilnost (EMC-electromagnetic compatibility) je grana nauke koja proučava električno nenamerno poklapanje, širenje i prijem elektromagnetne energije u

odnosu na neţeljene efekte (elektromagnetskog mešanja, Electromagnetic interference or EMI) koje mogu izazvati takve energiJe. ene rgiJe. Cilj EMC je pravilan rad različitih uredjaja u istom elektromagnetnom okruţenju, kao i izbegavanje bilo kakvog uplitanja elektromagnetnih efekata. Da bi se ovo postiglo, EMC- sledi dve različite vrste pitanja. Pitanja EmisiJa u vezi sa

neţeljenim poklapanjem elektromagnetne energiJe od strane nekih izvora, i kontramere koJe treba preduzeti u cilju smanjenja takvih poklapanja k ako bi se izbeglo širenje preostalih energiJa u spoljnu sredinu. Pitanje Osetljivosti ili imuniteta koje se odnosi se na ispravan rad

električne opreme, označene kao ţrtve u prisustvu neplaniranih elektromagnetnih smetnji. Kada kaţemo da je neki ureĎaj elektromangeski k ompitabilan to znači da elektromagnetske smetnje koje taj ureĎaj stvara ne ometaju njegov normalan rad i ne ometaju ostale ureĎaje. Elektromagnetska kompatibilnost je sposobnost ureĎaja da rade bez meĎusobnog ometanja . Smetnje mogu nastati u samom ureĎaju, ili nastajati iz njegove okoline. Te smetnje mogu poremetiti rad nekih veoma bitnih ureĎaja koji se danas koriste kao što su npr : Navigacioni instrumenti, radari, TV i ra dio prijemnici...

2

I. Blagojević


IZVORI SMETNJI Kontinuirane smetnje

Kontinuirani, ili kontinualni talas ( Continuos Wave), mešanja nastaJe kada Izvor redovno emituJe u svom zadatom opsegu frekvenciJe. Ovaj tip je, naravno, podeljen u podkategoriJe u skladu sa frekvenciJskim opsegom, i kao celina se ponekad naziva i "DC na dnevnoJ svetlosti". Kod Audio frekvenciJa, od veoma niske frekvenciJe do oko 20 kHz. FrekvenciJe do 100 kHz ponekad mogu biti klasifikovane kao audio. Izvori smetnji su: - Mreţno zujanje iz napajanja jedinica, u blizini napaj anje instalaciJe, dalekovoda i trafostanica. - Audio procesne opreme, kao što su audio poJačala i zvučnika. - DemodulaciJa za visoke frekvenciJe nosioca talasa, kao što su FM radio -prenos. Kod Radiofrekvencijskih smetnji , FI, od 20 kHz do granica koJa se stalno povećava kako tehnologiJa gura ka više. Izvori smetnji su: - Beţični i prenosi radio frekvenciJa - TeleviziJa i radio priJemnici - IndustriJske, naučne i medicinske opreme - Digitalna obrada kola (na primer mikrokontroleri)

Širokopo jasna buka moţe da bude rasporeĎena širinom jednog ili oba frekvenciska opsega, bez posebno naglašene frekvenciJe. Izvori smetnji su: - Sunčeva aktivnost - Kontinuirano operativni varnica praznine, kao što su luk zavarivača - CDMA (Code division multiple access) mobilne telefoniJe Pulsirajuce ili prolazne smetnje

Elektromagnetskom impuls, EMP, takoĎe ponekad nazivaju i Prolazni poremećai koj nastaJe - kada izvor emituJe impusl impusl energije kratkog trajanja. Energija Je obično širokog propusnog opsega po prirodi, mada to često izaziva prigušeni sinusni talas relativno uskog opsega koj utiče na ţrtvu. Izvori su podeljeni u izolovane i po ponavljanj u dogaĎaJa. -Izvori koj izoluju EMP dogaĎaje uključuJu: - Uključivanje akciJa električnih kola, uključuJući i induktivna opterećenja kao što su releJi solenoida ili električne motore. - Elektrostatički naboj (ESD), kao rezultat dva punjena predmeta koJi dolaze u neposrednoJ blizinu ili čak kontakt. - Munja elektromagnetskog impulsa (Lemp), iako Je obično kratak niz impulsa. - Nuklearni elektromagnetski impuls (NEMP), kao posledica nuklearne eksploziJe. - Ne-nuklearne elektromagnetskom impuls (NNEMP) oruţJa. - Strujnu vodovi

3

I. Blagojević


- Izvori koji ponavljaJu E MP dogaĎaj, ponekad kao redovni konstanti puls , uključuJu: - Elektromotori - Benzinski motor sistema za paljenje - Stalno prebacivanje akciJe digitalnih elektronskih kola.

PROSTIRANJE SMETNJI

Prostiranje smetnji moţe biti dvojako: - preteţno voĎenim talasom (duţ provodnika) i to su kondukcione smetnje - preteţno slobodnim talasom, i to su radijacione smetnje.

U praksi je često mešovito prostiranje. Primer kondukcionog prostiranja smetnji je preko mreţe za napajanje (impulsne smetnje nastale prilikom prekidanja jakih struja prodiru u računar i blokiraju mu rad). Primer radijacionog prostiranja su smetnje automobilskih motora na kućni radio ili televizijski prijemnik. MeĎutim, smetnje od automo bilskog motora ometaju radio aparat u tom istom automobilu i kondukciono (preko niskonaponske instalacije), i radijaciono (smetnje stiţu do antene radio aparata). Udar groma blizu dalekovoda stvara radijacione smetnje koje indukuju smetnje u dalekovodu. Te smetnje se dalje prenose kondukcionim putem. MeĎutim, direktan udar groma u dalekovod izaziva kondukcione smetnje. Vodovi i drugi provodnici koji su

vezani za ureĎaj spregnuti su sa samim ureĎajem(funkcionalno ili zbog parazitnih sprega). Osim toga, elektromagnetski su spregnuti sa okolnim prostorom i ponašaju se kao antene. Struje koje ureĎaj pobuĎuje u svim tim provodnicima stvaraju radijacione smetnje (kao predajne antene). ecipročno, u tim provodnicima se indukuju signali, kada se nalaze u polju smetn ji (ponašaju se kao prijemne antene), što utiče na ureĎaj. DELOVANJE SMETNJI I ZAŠTITA azličiti ureĎaji različito reaguju na smetnje. Elektroenergetski ureĎaji su vrlo imuni na njih i obično samo atmosferska praţnjenja (ili po intenzitetu slični elek tromagnetski impulsi nuklearne eksplozije) mogu izazvati probleme, kao što su poremećaji u radu (prekid usled delovanja zaštitnih sklopki ili raspad elektroenergetskog sistema) ili pregorevanje instalacija ili mašina. Elektronski ureĎaji su mnogo osetljivi ji. ji. Smetnje u naponu napajanja mogu dovesti do pada računarskih sistema. Smetnje indukovane u telekomunikacionim vodovima mogu dovesti do prekida veze. Elektrostatička praţnjenja, čak i na kućištu ure Ďaja mogu dovesti do pregorevanja elektronskih komponenti (dioda, tranzistora, integrisanih kola, pasivnih

elemenata, štampanih ploča). adijacione smetnje mogu onemogućiti prijem radio, televizijskih ili radarskih signala a jake radijacione smetnje mogu čak oštetiti osetljive ulazne stepene prijemnika. Oštećenja nastaju zbog proboja komponenti usled jakog električnog polja (npr. u kondenzatorima ili kod inverzno polarizovanih pn spojeva), ili termičkih efekata (npr. pregorevanje otpornika usled velikog zagrevanja ili poremećaj u strukt uri poluprovodničkih komponenti). Elektronski ureĎaji sa cevima izdrţavaju mnogo veće smetnje od tranzistorskih, a bipolarni tranzistori su obično otporniji od tranzistora sa

4

I. Blagojević


efektom polja. Komponente koje su projektovane za manje snage ili napone osetljivije su od

jačih komponenti. Prilikom ocene delovanja smetnji na ureĎaj ( elektromagnetna susceptibilnost ) razlikuju se sledeći slučajevi: a) ureĎaji izdrţavaju smetnju bez ikakvog poremećaja u radu, b) smetnja izaziva poremećaj, posle toga ureĎaj nastavlja ponovo da radi (npr. sam s e resetuje ili se ponovo uspostavi sinhronizacija),

c) ureĎaj ostaje blokiran pa je potrebna intervencija da bi ureĎaj nastavio rad, d) dolazi do trajnog oštećenja ureĎaja koji zahteva opravku. Signali, koje kondukcionim ili radijacionim putem, emituje neki ureĎaj mogu predstavljati i opasnost, ne u sistemu ometanja drugih ureĎaja, već u sistemu kompromitovanja samog ureĎaja. Na primer, elektronski mlaz katodne cevi stvara u svojoj okolini polje na osnovu koga se moţe rekonstruisati slika sa ekrana i ta ko špijunirati sa rastojanja od nekoliko metara (npr., iz susedne prostorije). Drugi primer je emitovanje signala iz lokalnog oscilatora televizijskog prijemnika. Ovaj oscilator se nalazi blizu ulaznih

antenskih priključaka prijemnika, pa delić tog signala i zrači antena. Osetljivim prijemnikom podešenim na učestalost lokalnog oscilatora to polje se moţe detektovati, što je jedan od načina otkrivanja neprijavljenih tv prijemnika. Slična opasnost postoji i od otkrivanja računarskih ureĎaja u brojnim postroje njima. Jedan od načina smanjenja smetnji je pravilan izbor veza izmeĎu komponenti ureĎ aja kao i sam izbor komponenti i sklopova. Glavna mera zaštite od radijacionih smetnji (emitovanja radijacionih smetnji) je oklapanje. Zadatak oklopa je da u štićenom prostoru što više smanji polje. Teorijski, oklop je šuplje metalno telo u kome se nalazi štićena komponenta ili ureĎaj. Praktično, oklopi se prave od limova debljine obično reda veličine 1 mm. Limovi se na sastavima moraju dobro spojiti. Delovi oklopa se mogu napraviti i tako da se skidaju. Rastavljiva veza se ostvaruje zavrtnjima k oji se moraju postaviti dovoljno gusto da se osigura dobro naleganje. Oklopi neminovno imaju otvore kroz koje prolaze razni

vodovi za napajanje, komunikaciju i slično. Ovi otvori, realno smanjuju efikasnost zaštite. EMC KONTROLA

Štetna de jstava elektromagnetnog mešanja predstavljaju neprihvatljiv rizik u mnogim oblastima tehnologiJe i neophodno Je da se kontrolišu takve smetnje i da se smanji rizik na prihvatljiv nivo. Kontrola elektromagnetne interferenciJe (EMI) i osiguranje EMC obuhvata niz srodnih disciplina: -

Karakterišu pretnju.

-

Postavljanje standarda za emisiJe i osetljivost nivoa.

-

DizaJn za poštovanje standarda. Testiranje za pridrţavanje standarda .

-

Za kompleksni deo opreme, moţe se zahtevati proizvodnja posvećena EMC planu kontrole

sumiraJući primenu iznad i specifikaciJu dodatnih neophodnih dokumenata.

5


I. Blagojević

KARAKTERIZACIJA PRETNJE

KarakterizaciJa problema zahteva razumevanje: -

Smetnje izvor i signala.

-

SpoJni put do ţrtve.

-

Priroda ţrtve i električni uslovi u smislu značaJa kvar a.

Rizici izazvani pretnjama se obično statističke prirode, rada o opasnostima karakterizaciJi i standardima zasniva se na smanjenju smanjenju verovatnoće remećenja EMI na prihvatljiv nivo, a ne njegove sigurne eliminaciJe.

ZAKONI I PROPISI

Regulativa i tela za standardizaciju Spisak EMC direktiva

Nekoliko meĎunarodnih organizacija rade na promovisanju meĎunarodne saradnje o standardizaciji (harmonizacija), uključujući i objavljivanje različitih EMC standarda. Gde postoji mogućnost za standard razvijen od strane jedne organizacije organizacije da moţe biti biti us vojen sa malo ili nikakve promene od strane drugih organizacija. Ovo pomaţe na primer, da se usklade nacionalni standardi širom Evrope. U Stan dardne ogranizacije se podrazumevaju : 

International Electrotechnical Commission (IEC) MeĎunarodna elektrotehnička komisija, koja ima nekoliko odbora koji rade puno radno vreme u vezi EMC pitanja. A to su : -

Technical Committee 77 ( TC77) ,koji radi (EMC) kod veza izmdju opreme i

-

mreţa. Comité International Spécial des Perturbations adioélectriques (CISPR) MeĎunarodni Specijalni komitet za radio smetnje

-

The Advisory Committee on Electromagnetic Compatibility (ACEC) Savetodavni komitet za Elektromagnetnu kompatibilnost



International Organization for Standardization (ISO) MeĎunarodna organizacija za standardizaciju

Malo više poznatije organizacije u svetu su : EVROPA



Comité Européen de Normalisati on (CEN) Evropski komitet za standardizaciju Comité Européen de Normalisation Electrotechniques (CENELEC) Evropski komitet za elektrotehničku standardizaciju (CENELEC)



European Telecommunications Standards Institute (ETSI ) Evropski institut za



standarde u telekomunikacijama 6


I. Blagojević



The British Standards Institution (BSI) Britanska institucija za standardizaciju



The Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE)

Udruţenje za električne, elektronske i informacione tehnologije (Nemačka) AMERIKA 

The Federal Communications Commission (FCC). Savezna komisija za komunikacije



The Society of Automotive Engineers (SAE) Društvo automobilske tehnike

ZAKONI

UsklaĎenost sa nacionalnim ili meĎunarodnim standardima obično zahteva zakone od strane pojedinih nacija . azličite nacije mogu zahtevati usaglašenost sa različitim standardima. Po evropskom zakonu, proizvoĎači elektronskih ureĎaja se savetuju da pokrenu EMC-testove kako bi se uskladili sa obaveznim CE označavanjem (CE-labeling CE-labeling)). Nesmetano korišćenje električnih ureĎaja za sve kupce bi trebalo da bude osiguran i jačine elektromagnetnog polja treba da se čuvaju na minimalni nivo. EU direktive 2004/108/EC (prethodno 89/336/EEC) na EMC najavljuje p ravila za distribuciju električnih ureĎaja u Evropskoj uniji. Dobar pregled EME i EMI ograničenja zahteva je data u listi EMC direktiva. (List of EMC directives) directives)

UZEMLJENJE I ZAŠTITA Uzeml jenje jenje i zaštita imaju za cilj da skrenu EMI (elektromagnetsko mešanje) od ţrtve

pruţajući alternativni put niske impedanse . Tehnike uključuju: - Oklopljena kućišta . - Oklopljene linije. - Uzemljenje, ili uzemljenje šeme kao što je Zvezda za uzemljenje za audio opremu,

ili ground planes (uzemljenje za električno provodljive površine) za RF. OSTALE OPŠTE MEE - Odvojeni ulazi kablova (liniski filter, signalni filter) koristeći F prigušnicu ili C elemenat . - Tehnike Prenosne linije ili Dalekovoda za kablove i ţice, kao što je uravnoteţeni diferencijalni signal sa povratnom spregom i podudaranje impedanse. - Izbegavanje struktura Antena, kao što su kruţne strujne petlje,

mašinski rezonantne strukture, neuravnoteţene impedanse kablova i loše uzemljena zaštita.

7


I. Blagojević

SUZBIJANJE EMISIJA

Dodatne mere za smanjenje emisije su: - Izbegavajte nepotrebne operacije prebacivanja.

Potrebna promena treba da se uradi što je tehnički moguće sporije . - Bučna kola (sa dosta prebaciv anja aktivnosti) treba da budu fizički odvojena od ostatka dizajna. - Visoki pikovi se mogu izbeći korišćenjem metode

proširenog spektra. - Harmonijski filteri talasa. - Dizajn za rad na niţim niţim signalnim nivoima, čime se smanjuje emisiona energija.

EMC TESTIRANJE

Testiranje je obavezano da se potvrdi da odreĎeni ureĎaj zadovoljava potrebne standarde. To se deli na testiranje emisija i testiranje osetljivosti. F fizičko testiranje prototipova se najčešće obavlja u radio -frekvencijskim anehoičkim sobama odnosno komorama.

(radio-frequency anechoic chamber ) slika ispod.

Otvoreno testiranje sajtova (Open-air test sites, or OATS), su referentni sajtovi u mnogim standardima. One su posebno korisne za ispitivanje emisije opreme velikih sistema.

Ponekad računarska Elektromagnetiska simulacija se koriste za testiranje virtuelnih modela. Kao i sve u skladu testiranja, vaţno je da oprema za testiranje, uključujući i testiranje u komori ili sajtu ili bilo kom softveru, softveru, bude pravilno kalibrisana kalibrisana i odrţavana. Tipično, s obzirom seriju testova za odreĎeni deo opreme zahteva se EMC-test plan i kao nastavak test izveštaj ( Test report). Slika ispod, otvoreno testiranje.

8


I. Blagojević

TESTIRANJE OSETLJIVOSTI

Ispitivanje osetljivosti izbačenih terena obično podrazumeva velike snage izvora F ili EM energije impulsa i antena koje zrače za usmeravanje energije na potencijalne ţrtve ili ureĎaje koji se testiraju (DUT-device under test). Testiranje osetljivosti provodnog napona i struja obično podrazumeva signale velike snage ili puls generatore i druge elektro materijale ili neki drugi tip transformatora za ubrizgavanje test signala.

Prolazni imunitet se koristi za testiranje imuniteta DUT protiv dalekovoda, poremećaja uključujući talase, udare groma i prebacivanje buke. U motornim vozilima slični testovi se obavljaju na baterijii i signalanim linijijama. Ispitivanje elektrostatičkog praţnjenja se obično izvodi sa piezo spark generatorima (ESD Pistol- electrostatic discharge pistol).

Visoko energetski impulsi, kao što je munja ili nuklearna EMP -simulacije, mogu da zahtevaju current clamp ili klešta za jake energetske impulse, ili veliku antenu koja potpuno okruţuje DUT .

Current clamp ESD Pistol

9

I. Blagojević


TESTIRANJE EMISIJE

Emisije se obično mere za ozračene snage polja i gde je to potrebno za sprovodnu emisiju kablova i zica. Induktivna (magnetna) i kapacitivna (električna) jačina polja je dejstvo u blizini polja i vaţna je samo ako je uredjaj koj se ispituje (DUT) dizajniran za bliske kontakte sa drugim električnim ureĎa jima. Obično se analizator spektra (spectrum analyzer) koristi za merenje nivoa emisije DUT

preko širokog opsega frekvencija (frekvencijski domen) Specijalizovani analizatori spektra se nazivaju EMI analyzers.

Za sprovedene emisije tipični pretvarači su LISN (Line Impedance Stabilisation Network)

stabilisana mreţa liniske impedanse, takoĎe ponekad nazivana i AMN (Artificial Mains Network) veštačka osnovna mreţa i RF current clamp. Za merenje emisi je je zračenja koriste se antene kao pretvarači. Emisije zračenja mora da se

meri u svim pravcima oko ureĎaja koji se testira (DUT). GTEM ćelije za testiranje elektromagnetne kompatibilnosti u opsegu DC do 18 GHz omogućavaju ispitivanje emisije i imunosti na RF smetnje u jedinstvenom, fiksnom i potpuno oklopljenom okruţenju . GTEM ćelija je verzija standardne TEM (transverzalne elektromagnetske) ćelije sa proširenim opsegom učestanosti i omogućava generisanje visoko homogenih elektromagnetnih polja. Obzirom da sami

zidovi ćelije sa unutrašnje strane predstavljaju trakasti vod, koji je izolovan

metalom sa spoljne strane, moguće je generisanje visoko uniformnog polja za testiranje imunosti ispitnog objekta na RF smetnje, odnosno detekcija emisije samog ispitnog objekta bez ikakve dodatne antene. U zavisnosti od veličine ispitnog objekta postoji

više različitih modela GTEM ćelija.

10

I. Blagojević


ZAKLJUČAK Tokom razmatranja i pisanja ovog članka ustanovio sam da je sama rec elektromagnetna kompatibilnost slabo poznata meĎu običnim ljudima ali isto tako znam da svi ti ljudi se svakodnevno susreću sa pojmom EMC -a jer su u svakodnevnom kontaktu sa izvorima zračenja. Iskreno se nadam da će moje pisanje i objašnjenja u vezi ovoga malo skrenuti paţnju ljudima o štetnim uticajima elektromagnetnog zračenja i da će tako uspeti barem onoliko koliko su u mogućnosti da zaštite sebe i svoju okolinu. Za vreme studiranja na Elektronskom fakultetu u Nišu posebno me je zainteresovala ova grana elektrotehnike koja se bavi ţaštitom ljudi i njihove okoline. Pošto sam bio zapošljen zapošljen (od 2006 do 2008) u firmi koja je usko vezana za kontrolu kvaliteta i štetnih zračenja (http://www.kvalitet.co.rs/) mogu da kaţem da imam neko predznanje kako ovo treba da se ispita, k ontroliše i dovede na prihvatljiv n ivo za našu okolinu. Hvala [[Википедија на српском језику]] na objavljivanju članka. Ivan Blagojevic dipl.ing.elektronike

11

I. Blagojević


SADŢAJ UVOD___________________________________________________________________________________2 IZVORI SMETNJI________________________________________ SMETNJI__________________________________________________________________________3 __________________________________3 Kontinuirane smetnje___________________________________________ smetnje____________________________________________________________________3 _________________________3 Pulsirajuce ili prolazne smetnje___________________________________________________________3 PROSTIRANJE SMETNJI_____________________________________ SMETNJI____________________________________________________________________4 _______________________________4

DELOVANJE SMETNJI I ZAŠTITA___________________________________________________________4 EMC KONTROLA____________________________________ KONTROLA_________________________________________________________________________5 _____________________________________5 KARAKTERIZACIJA PRETNJE____________________________________________ PRETNJE_______________________________________________________________6 ___________________6 ZAKONI I PROPISI______________________________________ PROPISI________________________________________________________________________6 __________________________________6 ZAKONI_________________________________________________________________________________7

UZEMLJENJE I ZAŠTITA ____________________________________________________________________7 OSTALE OPŠTE MEE____________________________________________________________________7 SUZBIJANJE EMISIJA ______________________________________________________________________8 EMC TESTIRANJE_________________________________________________________________________8 TESTIRANJE OSETLJIVOSTI_______________________ OSETLJIVOSTI____________________________________________________________ _________________________________________9 ____9 TESTIRANJE EMISIJE_________________________________________________ EMISIJE_____________________________________________________________________10 ____________________10

ZAKLJUČAK__________________________________________________________________________11

12

Elektromagnetna kompatibilnost (Electromagnetic compatibility)

Recommend Documents