Pomiary emisjiPomiary emisji

Dr in ż. Paweł A. Mazurek

Wstęp do pomiarów

Podstawą systemu ochrony przed oddziaływaniempromieniowania w postaci pól elektromagnetycznych sąokresowe pomiary kontrolne umożliwiające określeniepoziomów oddziaływujących pól oraz ocena stwarzanegozagrożenia, na drodze porównania tych poziomów zzagrożenia, na drodze porównania tych poziomów zwartościami dopuszczalnymi.

2

Wstęp do pomiarów

Wyniki badań zależą mocno od warunków przy którychzostały wykonane pomiary i, w związku z tym, powinnyprzedtem zostać wyjaśnione następujące zagadnienia:

•normy brane za podstawę,•punkty pomiarowe,•stany pracy urządzenia,•stany pracy urządzenia,•rodzaj nadzoru funkcjonowania urządzenia,•przyłącza i sposób postępowania z nimi podczas prób,•układ pomiarowy wraz ze sposobem ułożenia kabli,•sposób postępowania z ekranami.

3

Metodyka pomiarowa

monitoring środowiskowy monitoring środowiskowy (zawodowy)

4

Metody pomiaru (monitoringu) natężeń pól elektromagnetycznych

Do parametrów związanych z widmem zaliczymy: częstotliwość, szerokość pasma

zajmowanego przez sygnał i rodzaj modulacji. Amplitudę charakteryzują natężenie

pola (w tym natężenie składowej elektrycznej E, składowej magnetycznej

H i ewentualnie gęstość mocy S) oraz modulacja (zależnie od rodzaju, modulacja

wpływa zarówno na widmo, jak i amplitudę). Polaryzacja pola niesie informację

o położeniu wektora E i H w przestrzeni i zmianach tego położenia. W systemach

radiokomunikacyjnych mamy do czynienia z polaryzacją liniową lub elipsoidalną,

a w przypadku polaryzacji liniowej: poziomą, pionową, lub coraz powszechnieja w przypadku polaryzacji liniowej: poziomą, pionową, lub coraz powszechniej

stosowaną w systemach telefonii komórkowej, polaryzacją ±45o. W przypadku

propagacji wielodrogowej czy też występowaniu wtórnych źródeł PEM (pól

elektromagnetycznych) musimy się liczyć z dużym nieuporządkowaniem

polaryzacyjnym pola elektromagnetycznego w miejscu pomiaru. Z punktu widzenia

monitoringu środowiska podstawowe znaczenie mają informacje o natężeniu pola

w określonych zakresach częstotliwości, najlepiej tożsamych z podanymi

w przepisach ochronnych.

5

W zależności od oczekiwanych rezultatów i możliwości technicznych stosuje się różne

techniki pomiaru. Metodą powszechnie stosowaną w pomiarach ochronnych (zarówno dla

celów BHP jak i ochrony środowiska) są pomiary szerokopasmowe miernikami

przystosowanymi do pomiarów w bezpośrednim otoczeniu źródeł (szeroko rozumiane pole

bliskie) jak i w polu dalekim. Zaletą takich pomiarów jest uzyskanie pojedynczego wyniku

odpowiadającemu wypadkowemu natężeniu PEM wszystkich źródeł z zakresu pomiarowego

sondy.

Pomiar emisyjności sprowadza się do pomiaru natężenia pola elektromagnetycznego na

kierunku maksymalnego promieniowania. Pomiaru dokonuje się dla obu polaryzacji:

poziomej i pionowej, szukając kierunku maksymalnego promieniowania.poziomej i pionowej, szukając kierunku maksymalnego promieniowania.

Na wartość natężenia pola elektrycznego mierzonego za pomocą anteny pomiarowej mają

wpływ:

•kształt i wymiary badanego urządzenia oraz rozłożenie w nim wewnętrznych źródeł

zaburzeń elektromagnetycznych,

•parametry elektryczne oraz rozmiary ziemi odniesienia, tzn. jej względnej

przenikalności elektrycznej,

•odległości pomiarowe,

•polaryzacja fali.

6

Aby określić wartość natężenia pola elektromagnetycznego wmiejscu umieszczenia anteny pomiarowej, konieczna jestznajomość funkcji przejścia wiążącej natężenie polaelektromagnetycznego z napięciem mierzonym na obciążeniuanteny. Powszechnie do pomiaróww zakresie częstotliwości od 30MHz do 1000MHz jako antenypomiarowejmożna wykorzystać

Metody pomiaru (monitoringu) natężeń pól elektromagnetycznych

MHz do 1000MHz jako antenypomiarowejmożna wykorzystaćstrojony dipol półfalowy. Dipol pomiarowy powinien być

dostrojony i dopasowany do przewodu antenowego za pomocą

specjalnego symetryzatora. Dodatkowo powinien mieć możliwość

obrotu w celu zapewnienia możliwości pomiaru w zasadziewszystkich możliwych polaryzacji promieniowania pola.

7

Wartość natężenia pola elektromagnetycznego jest wyrażona jako:

E = EO_dB + Kanteny

gdzie:EO_dB - odczytu z miernika, przy czym należy pamiętać że EO_dB jest takżesumą - wskazań ze skali (14) i z licznika tłumika (2);Kanteny - współczynnik antenowy, podany na wykresie – (np. jednym z takichjak nanastępnymslajdzie)

Procedura pomiaru

jak nanastępnymslajdzie)

Tak wyznaczoną wartość otrzymujemy w jednostkach dB względem 1µV/m(można przeliczyć na V/m). Dla każdego kolejnego pomiaru w innejczęstotliwości należy powtarzać opisaną procedurę kalibrująco-pomiarową.

8

Krzywe kalibracji anten

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

f [MHz]

Krzywe kalibracji anteny AD160

2

4

6

8

10

14

12

16

18

20

22

24

26 dB

245678 3

24

26 dB

300 340 400 440 500 540 600 640 700 740 800 850 900 950 1000

f [MHz]2

4

6

8

10

14

12

16

18

Krzywa kalibracji anteny AD 60

[dB]

AD 160 KUNA 4/50 AD 60

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

f [MHz]2

4

6

8

10

14

12

16

18

20

22

24

Krzywe kalibracji anteny KUNA 4/50

9

Mierniki pól ELF VLF

Sprawdzenie parametrów pola wymaga stosowania

szerokopasmowych mierników wartości skutecznej, często o

dwóch oddzielnych pasmach częstotliwości ELF i VLF. Mierniki tego

typu są stosunkowo łatwo dostępne na rynku, różnią się czasem

tylko skalą jednostek stosowaną do określenia pola

magnetycznego. Przykładowe relacje pomiędzy jednostkami

stosowanymi najczęściej do opisu wielkości pól magnetycznych

Przelicznik skal stosowany w miernikach natężeń pól magnetycznych

[A/m] [µT] [Gs]

Natężenie pola magnetycznego [A/m] 1 1,25 0,01Indukcja magnetyczna [µT] 0,8 1 0,01Indukcja magnetyczna [Gs] 80 100 1

stosowanymi najczęściej do opisu wielkości pól magnetycznych

prezentuje poniższa tabela.

10

Tracer EF90 jest miernikiem wartości skutecznej pola elektrycznegoprzystosowanym do pracy w zakresach ELF (30-2000 Hz) i VLF (2-500 kHz). Madwa zakresy pomiarowe, pozwalające mierzyć pola z zakresu 1 V/m - 20 kV/m,w zależności od wybranego pasma częstotliwości.

Tracer MR100SE jest miernikiem rzeczywistej wartości skutecznej polamagnetycznego,służącym do pracyw zakresachELF (5-2000Hz) i VLF (2-400

Pomiar natężenia pola elektrycznego i magnetycznego miernikami TRACER

magnetycznego,służącym do pracyw zakresachELF (5-2000Hz) i VLF (2-400kHz). Zakresy częstotliwości są nieco inne niż w przypadku miernika EF90.Miernik ma dwa zakresy pomiarowe, obejmujące indukcje od 0,1 nT do 2000µT.Podczas pomiaru uproszczonego miernik umieszcza się w polu tak, abypokazywał maksymalną wartość. Pomiar dokładny wykonuje się w trzechwzajemnie prostopadłych orientacjach miernika. Wartość pola wyznacza się

wtedy według wzoru:

11

Tracer

2223 ZYXD HHHH ++=

HX, HY i HZ są wynikami pomiarów w kolejnych, prostopadłych położeniach miernika.

X ZY

12

c

x

zy

ustawienia dźwiękowe

ustawienia trybów pomiarowych

wyłącznik miernika

zestaw filtrów

Mashek ESM100

podświetlenie skali

Metoda wyznaczania emisji pól elektrycznego i

magnetycznego wokół monitora

13

Miernik ESM-100 oraz program Graph ESM100

14

Miernik charakteryzuje zakres częstotliwości od 5 Hz do 400 kHz, zakresy pomiarowe 100mV/m – 100 kV/m i 1 nT – 20 mT oraz dokładność pomiarowa ± 5 % w każdym zakresie.Urządzenie posiada następujące podzakresy pomiarowe (system filtrów):• High frequencies 2 kHz do 400 kHz;• Low frequencies 5 Hz do 2 kHz;• Filtr tylko 50 Hz;• Filtr tylko 16,7 Hz;• Pełny zakres 5 Hz do 400 kHz.

Metodyka pomiaru

15

Terenowy monitoring

System mobilny System stacjonarny

16

Pola elektromagnetyczne w aspekcie ochrony zdrowia

Według zaleceń Międzynarodowej Organizacji Pracy pracodawca powinien:

- identyfikować źródła pól elektrycznych i magnetycznych,

- zbierać okresowo i przechowywać informacje o ekspozycji, jakiej podlegają

pracownicy,

- oceniać ryzyko wynikające z ekspozycji , opierając się na ustalonych w kraju

wartościach dopuszczalnych, na podstawie rzeczywistej wielkości ekspozycji z

uwzględnieniem wyników pomiarów wykonanych przez ekspertów, a tak że zgodnie

z aktualną wiedzą krajową i międzynarodową ,

17

z aktualną wiedzą krajową i międzynarodową ,

- uwzględniać przeciwdziałanie wypadkom powodowanym przez eksponowanie na

pola elektryczne i magnetyczne pracowników ze stymulatorami serca lub

podobnymi implantami medycznymi oraz zapewniać pracownikom specjalną

ochronę wynikającą z ich stanu zdrowia, np. w przypadku kobiet w ciąży,

- zapewnić ochronę przez: przeciwdziałanie ekspozycji niebezpiecznej, ostrzeganie i

rozsądne unikanie narażenia, oznakowanie źródeł pól oraz działania techniczne

zalecone przez ekspertów, zmniejszające nadmierną ekspozycję na silne pola,

przede wszystkim przez stosowanie ekranowania i środków ochrony indywidualnej.

Jeżeli nie można zastosować ekranowania, pracodawca powinien ograniczyć

dostęp personelu do obszaru, w którym mogą być przekroczone wartości

dopuszczalne, i zapewnić:

- ustalenie kontrolowanego dostępu,

- skrócenie czasu ekspozycji,

- ogrodzenie i oznaczenie znakami ostrzegawczymi bezpośredniego sąsiedztwa

źródeł silnych pól,

- wyraźne oznakowanie miejsc w których występują pola na tyle silne, że mogą

zakłócać pracę stymulatorów serca lub implantów medycznych.

Pola elektromagnetyczne w aspekcie ochrony zdrowia

18

zakłócać pracę stymulatorów serca lub implantów medycznych.

Krajowe zasady ochrony przed polami elektromagnetycznym i opierają się na

unikatowej (w skali światowej) koncepcji stref ochronnych, która została

opracowana w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy .

Znaki ostrzegawcze dla stref ochronnych i źródeł pola elektromagnetycznego PN-74/T-06260 i PN-93/N-01256/03

Zgodnie z tą koncepcją w otoczeniu źródeł pól wyróżnia się:

- obszar bardzo silnych pól elektromagnetycznych, w których nie wolno przebywać

zarówno pracownikom jak i osobom postronny m. Obszar ten jest nazywany strefą

pól niebezpiecznych, które mogą wywoływać niebezpieczne nagrzewanie tkanek,

- obszar pól elektromagnetycznych ekspozycji zawodowej, w którym mogą

przebywać jedynie pracownicy związani z obsługą źródeł pól, po przejściu

specjalistycznego przeszkolenia i badań lekarskich wykazujących brak

Pola elektromagnetyczne w aspekcie ochrony zdrowia

19

specjalistycznego przeszkolenia i badań lekarskich wykazujących brak

przeciwwskazań do zatrudnienia w zasięgu pól ekspozycji zawodowej. Obszar pól

ekspozycji zawodowej został podzielony (w zakresie częstotliwości większych niż 100

kHz) na dwie strefy: strefę zagrożenia i strefę pośrednią.

W strefie zagrożenia można przebywać przez czas ograniczony, krótszy niż 8 h na

dobę. Czas przebywania zależy od natężenia pola na stanowisku pracy. W strefie

pośredniej czas przebywania nie podlega ograniczeniom w ramach zmiany roboczej,

- obszar bezpiecznych pól elektromagnetycznych, które są słabsze niż pola

ekspozycji zawodowej i przy bezpośrednim, długotrwałym oddziaływaniu na

organizm ludzki (ogółu ludności) nie powodują zmian w stanie zdrowia. Są to pola

dla człowieka bezpieczne. Obszar, w którym te pola występują , nazywa się strefą

pól bezpiecznych.

Wydane przepisy stały się podstawą do stworzenia sprawnie funkcjonującego

Pola elektromagnetyczne w aspekcie ochrony zdrowia

20

Wydane przepisy stały się podstawą do stworzenia sprawnie funkcjonującego

systemu nadzoru nad warunkami pracy w polach elektromagnetycznych. Przyjęte

w polskich przepisach ograniczenia w zakresie dopuszczalnych wartości

granicznych należą do jednych z najbardziej rygorystycznych na świecie.

Przykład oznakowania pionów pomiarowych i stref ochronnych w otoczeniu źródła

pola elektromagnetycznego

21

Stanowisko zgrzewania rezystancyjnego

22

Wyniki pomiarów natężeń pola magnetycznego

wokół zgrzewarki rezystancyjnej.

Częstotliwość 50 Hz – 1 kHz.

Podstawą systemu ochrony środowiska i ludności przed oddziaływaniem promieniowania nie jonizującego w postaci pól elektromagnetycznych są okresowe pomiary kontrolne umożliwiające określenie poziomów oddziaływujących pól oraz ocena stwarzanego zagrożenia, na drodze porównania tych poziomów z wartościami dopuszczalnymi.

Oddziaływania pól elektromagnetycznych

poziomów z wartościami dopuszczalnymi.

Powszechnie stosuje się metody pomiarowe oparte na bezpośrednim pomiarze przy pomocy

mierników natężeń pól, w punktach wyznaczonych na podstawie charakterystyki stanowiska

pracy. Podstawowym punktem pomiarów jest miejsce przebywania pracownika.

Bezpieczeństwo pracyRozporządzenie Ministra Pracy i Polityki

Społecznej z dnia 29.11.2002r w

sprawie dopuszczalnych stężeń i natężeń

czynników szkodliwych dla zdrowia w

środowisku pracy. Dz.U. nr 217 z dnia

18.12.2002r. poz.1833)

24

Bezpieczeństwo pracyRozporządzenie Ministra Pracy i Polityki

Społecznej z dnia 29.11.2002r w

sprawie dopuszczalnych stężeń i natężeń

czynników szkodliwych dla zdrowia w

środowisku pracy. Dz.U. nr 217 z dnia

18.12.2002r. poz.1833)

25

Ochrona środowiskaRozporządzenie Ministra Środowiska

z dnia 30 października 2003 r w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania

tych poziomów (Dz.U. Nr 192 z 2003r, poz. 1883)

26

Rekomendacja UE

27

Badania EMISYJNOŚCI (promieniowej)

28

Metody pomiaru mocy promieniowanej(Metoda Fromy) – użyteczna w przypadku urządzeń

promieniujących przez obudowę (korpus) Moc wypromieniowana przez badane urządzenie umieszczone nad doskonale

przewodzącą ziemią jest proporcjonalna do sumy kwadratów prądów

wzbudzonych w ziemi płynących radialnie w kierunku źródła – można je

zmierzyć mierząc prąd płynący w impedancji uziemienia urządzenia (analogia

do przeciwwagi w antenie).

29

Wyznaczenie współczynnika K – eksperymentalnie

zastępując urządzenie badane unipolem λ/4, do

którego doprowadza się znaną moc z generatora i

mierzy prąd IU (lub UU na rezystancji RU)

Pomiar natężenia promieniowanego pola

Jeżeli przyjmiemy że źródło promieniuje izotropowo, a

promieniowanie odbywa się w swobodnej przestrzeni, to natężenie

pola można wyznaczyć ze wzoru:

30

Rzeczywiste źródła nie promieniują izotropowo, a i propagacja nie

odbywa się z reguły w warunkach swobodnej przestrzeni. W efekcie

do punktu obserwacji dociera więcej niż jedna fala, a natężenie pola

zależy od kierunku do źródła.

Spowodowało to konieczność unifikacji warunków pomiarów

Klasyczne pomiary emisji promieniowanej wykonuje się w zakresie częstotliwościod 30 MHz do 1000 MHz, stosując miernik zakłóceń z detektorem wartości quasi-szczytowej lub średniej. Miernik zakłóceń powinien spełniać wymaganiaokreślone w publikacji CISPR 16. W zależności od relacji odległości pomiaryrealizujemy w polu bliskim lub dalekim. Wymaga to wykorzystaniaróżnych

Obiekt testowany

odbiornik pomiarowy

przedwzmacniacz

tłumik

antena pomiarowa

realizujemy w polu bliskim lub dalekim. Wymaga to wykorzystaniaróżnychdodatkowych akcesoriów pomiarowych. W przypadku pomiaróww polu dalekimwykorzystywany jest system anten pomiarowych – zamontowanych na maszcie,dla pola bliskiego wykorzystywany jest układ sond pola bliskiego dla składowejmagnetycznej i elektrycznej.

Obiekt testowany

odbiornik pomiarowy

przedwzmacniacz

sondy pola E i Htłumik

31

Zakres częstotliwości 30 MHz - 1 GHz

Powyżej częstotliwości 30 MHz coraz bardziej na pierwszyplan wysuwa się bezpośrednie promieniowanie energiizakłócającej przez obiekt badany. Z tego względu wartościgraniczne zakłóceń od 30 MHz w górę są określane jakomaksymalne wartości natężenia pola, które wytwarza obiektbadany w ustalonej od niego odległości. Wymaga się przytym zawsze realizacji pomiaru w pomieszczeniu o podłodzetym zawsze realizacji pomiaru w pomieszczeniu o podłodzeodbijającej całkowicie promieniowanie elektromagnetyczne,wskutek czego natężenie pola w antenie odbiorczej może byćprawie dwukrotnie większe niż w przypadkupromieniowania źródła bez takiej podłogi. Wartościgraniczne wartości mierzonych zostały ustalone przyzałożeniu, że istnieje 100% odbicie fal od podłogi.

32

Otwarty poligon pomiarowy OATS (Open Area Test Site)

33

OATS – wymagania ogólne

• Poligon powinien być położony na obszarze o możliwie niskim

poziomie tła elektromagnetycznego (sygnały zakłócające).

• Teren płaski, z dala od budynków i konstrukcji metalowych.

• Bez napowietrznych linii zasilających i telekomunikacyjnych.

• Najlepiej w zagłębieniu (kotlinie).

Wyposażenie stanowiska:

34

Wyposażenie stanowiska:

• Płaszczyzna odniesienia

• Stół obrotowy (zdalne sterowanie)

• Maszt antenowy (zdalne sterowanie)

• Anteny

• Odbiornik pomiarowy

Poligon pomiarowy

obiekt badany

wysokość antenyh= 1÷4 m odbiornik

pomiarowy

polaryzacje anteny V i H

wysokość stołu obrotowego 0,8 m

360°

ferryty

odległość pomiarowa D = 3 lub 10 m

1m

ziemia odniesienia

obiekt

badany

d2=d1+2mW=d1+1m

W

d2

d1

35

Metodyka pomiaruOdległość między EUT a masztem pomiarowym przyjęto jako 3, 10 lub

30m

• Stolik obrotowy powinien zapewnić umieszczenie EUT na wysokości

1m nad powierzchnią płaszczyzny odniesienia i umożliwić obrót EUT o

360o wokół osi

• Dla dużych urządzeń dopuszcza się pomiary bez użycia stolika

obrotowego – wokół urządzenia przemieszcza się wtedy antenę

pomiarową

36

pomiarową

• Pomiar emisyjności sprowadza się do określenia maksymalnego

natężenia pola (pomiar detektorem quasi szczytowym Q-peak)

• Wypadkowe natężenie pola w punkcie obserwacji jest wektorową

sumą promienia bezpośredniego i odbitego – możliwość sumowania lub

odejmowania natężenia fali bezpośredniej i odbitej

• Dla znalezienia maksimum – przemieszczanie anteny góra dół – zmiana

różnicy dróg promienia bezpośredniego i odbitego

Anteny

Do pomiarów na poligonie pomiarowym normy zalecają stosowanie:

•strojonego dipola półfalowego - dla zakresu częstotliwości od 30 do 1000 MHz,

37

•strojonego dipola półfalowego - dla zakresu częstotliwości od 30 do 1000 MHz,

•dipola półfalowego o wymiarach odpowiadających połowie długości fali o

częstotliwości 80 MHz - dla zakresu częstotliwości od 30 MHz do 80 MHz.

Niektóre normy dopuszczają również stosowanie innych anten np.:

- biconical - dla zakresu częstotliwości od 30 MHz do 300 MHz,

- log periodic - dla zakresu częstotliwości od 300 MHz do 2 GHz.

ANTENY

System pomiarowy

39

Ograniczenia w stosowaniu OATS

• Warunki atmosferyczne – konieczność stosowania osłon dielektrycznych (drogo…)

• Niemożliwość odizolowania od tła elektromagnetycznego

40

Rozwiązanie problemów (częściowe…)

Komora bezodbiciowa

– z podłogą przewodzącą

– pełna

41

TEM cell

Test room

EMC tests

Jedną z bardziej znanych metod jest prowadzenie badań w ekranowanych komorachbezodbiciowych (ang. anechoic and shielded chamber), które pozwalają na znaczneuniezależnienie się od warunków zewnętrznych, zarówno klimatycznych jaki elektromagnetycznych.Komory bezodbiciowe są to pomieszczenia w kształcie prostopadłościanu wyposażone wekrany ograniczające wpływ zewnętrznych pól elektromagnetycznych pochodzących ześrodowiska elektromagnetycznego oraz wewnętrzne powłoki (absorbery w.cz.)pochłaniające energię promieniowania wytwarzanego wewnątrz komory w celu uniknięciaodbić fal elektromagnetycznych i wycieków emisji na zewnątrz. Przy zachowaniu

Komory bezodbiciowe

odpowiedniego poziomu skuteczności ekranowania oraz pochłaniania fal przez absorberyuzyskuje się przestrzeń o znanych i kontrolowanych warunkach propagacji falelektromagnetycznych.O przydatności komory bezodbiciowej decydują jej rozmiary i minimalna częstotliwość

pomiarowa. O minimalnej częstotliwości pomiarowej decyduje rozmiar elementówpochłaniających energię elektromagnetyczną - wysokość klinów. Uzyskanie w komorzebezodbiciowej wymaganego tłumienia fal elektro-magnetycznych o częstotliwości 30MHz wymaga zastosowania klinów o wysokości 5 m. Odpowiada to połowie długościfali.

46

Komora bezodbiciowa

Wyróżnia się trzy rodzaje komór bezodbiciowych:

komory z wyłożonymi wszystkimi ścianami ekranowanego pomieszczenia, z podłogą włącznie

(ang. full anechoic chambers),

komory z wyłożonymi wszystkimi ścianami z pozostawieniem metalowej podłogi

(ang. semi-anechoic chambers),

komory o częściowym wyłożeniu materiałem pochłaniającym (niektóre części ścian kabiny).

47

Komorę TEM (Transverse ElectroMagnetic) typu Crawforda stanowi odcinekprostokątnej linii współosiowej zakończonej po obu stronach transformatoramizapewniającymi dopasowanie impedancji falowej tej linii do impedancjiobciążających. Wewnętrzny przewodnik (septum) jest metalową płytą, dziękiktóremu w części przestrzeni roboczej, w której podczas pomiarów jest umieszczanebadane urządzenie (EUT), uzyskuje się prawie jednorodny rozkład polaelektrycznego. Wprowadzenie urządzenia do przestrzeni pomiarowej komorypowoduje zmianę rozkładu pola elektrycznego i magnetycznego.Komora jest szerokopasmowymprzetwornikiem o liniowej charakterystyce

Komora typu TEM

Komora jest szerokopasmowymprzetwornikiem o liniowej charakterystyceamplitudowo-fazowej, przetwarzającym pole elektromagnetyczne indukowane w jejwnętrzu na napięcie o częstotliwości radiowej. Określenie emisyjności urządzeniaprzy pomocy komory TEMwymaga wykonania pomiarów napięć i faz sygnałów nawyjściach komory dla sześciu położeń badanego urządzenia w jej przestrzenipomiarowej.

48

Komora TEM

Uzyskane wyniki pomiarów pozwalają, stosując odpowiednie proceduryobliczeniowe, na wyznaczenie modelu promieniowania badanegourządzenia. W dalszej kolejności wyznaczana jest charakterystykapromieniowania tego modelu w wolnej przestrzeni i nad doskonaleprzewodzącą uziemioną płaszczyzną. Uzyskane w ten sposób wyniki mogąbyć porównane z granicznymi poziomami emisyjności. Zasadniczymograniczeniem komór TEM jest przede wszystkim stosunkowo niewielkaprzestrzeń badawcza szczególnie dla częstotliwości rzędu 1GHz (w cm).

49

Akademickie projekty

50

Do pomiarów pola elektromagnetycznego emitowanego przez urządzenia elektryczne(małych i średnich wymiarów) wykorzystuje się asymetryczną szerokopasmowąkomorę GTEM (Gigahertz Transverse ElectroMagnetic Cell). Jej konstrukcja jestudoskonaleniem komory TEM, posiada lepsze parametry.Komora jest ekranowana, a skuteczność jest uzależniona od sposobu montażui użytych materiałów. Moduł wejściowy komory jest elementem wymiennym, dziękiktóremu możliwe jest podłączenie do komory nie tylko odbiornika pomiarowego czygeneratora fali ciągłej, ale również wysokonapięciowego generatora udarowego.Komora GTEM może być zatemwykorzystanazarównodo badań emisji urządzeń,

Komora typu GTEM

Komora GTEM może być zatemwykorzystanazarównodo badań emisji urządzeń,jak i ich podatności na pola elektromagnetyczne.Pomiar realizowany jest poprzez specjalną konstrukcję obciążenia komory. W paśmieniskich częstotliwości obciążeniem komory jest rozproszony układ rezystancyjny,natomiast w zakresie wysokich częstotliwości umieszczone na tylnejścianie komorygrafitowe absorbery pochłaniają promieniowaną w ich kierunku energię.

51

Komora typu GTEM

Na podstawie pomiaru mocy na wejściu komory GTEM, dla dwunastu położeńbadanego urządzenia w przestrzeni pomiarowej, można określić parametryźródła promieniowania badanego urządzenia (momenty ekwiwalentnych dipolielektrycznych i magnetycznych) dla każdej częstotliwości promieniowanej falielektromagnetycznej.Położenia badanego urządzenia w przestrzeni pomiarowej są tak dobrane, abykażda składowa ekwiwalentnych dipoli była silnie sprzężona z pionowąskładową pola elektrycznego lub/i poziomą składową pola magnetycznego wkomorze GTEM.

52

53

Istnieją zasady pomiaru promieniowania radioelektrycznego o częstotliwościachponiżej 30 MHz (pomiar natężenia pola magnetycznego nad nieprzewodzącą

powierzchnią).

Do pomiaru emisyjności np. urządzeń oświetleniowych powszechniewykorzystywany jest układ trzech wzajemnie ortogonalnychanten ramowych. Trzypętle wychwytują wszystkie trzy przestrzenne elementy składowe magnetycznegopromieniowaniazakłócającego. Dokładne opisy metody zawarte są w normie

Anteny ramowe

promieniowaniazakłócającego. Dokładne opisy metody zawarte są w normieEN 55015.

Na podstawie zmierzonych wartości natężenia prądu płynącego wkażdej z anten oraz określonych dla anten ramowych funkcjiprzejścia można wyznaczyć natężenie pola magnetycznego wokreślonej odległości od badanego urządzenia lub wyznaczyćmoment ekwiwalentnego dipola magnetycznego.

54

Antena ramowa

sonda prądowa

odbiornik pomiarowy

ferryt

umiejscowienie testowanego obiektu

przełącznik

podstawa z dielektryka

Stanowisko złożone jest z trzech wzajemnie ortogonalnych anten ramowych (ośrednicach 2, 3 lub 4 m).Pomiar emisyjności sprowadza się do pomiaru natężenia prądu płynącego wantenie za pomocą sondy prądowej umieszczonej w miejscu najmniejszegooddziaływania układu pomiarowego na impedancję anteny ramowej. Ponieważpomiar dotyczy tylko natężenia pola magnetycznego, zatem określenieemisyjności badanego urządzenia jest realizowane do częstotliwości 30 MHz.

55

Przykładowe poziomy dopuszczalne zaburzeń promieniowanych (pomiar detektorem QP, RBW=120kHz)

Klasy urządzeń:

Klasa B - urządzenia przeznaczone do pracy w dowolnym miejscu ,

Klasa A - urządzenia spełniające wymagania dopuszczalnych

56

Klasa A - urządzenia spełniające wymagania dopuszczalnych

poziomów zakłóceń dla klasy A, natomiast nie spełniające wymagań

dla klasy B. Urządzenia klasy A przeznaczone są do pracy na terenach

wydzielonych

Zakres częstotliwości powyżej 1 GHz

Dla częstotliwości powyżej 1 GHz, w obowiązujących dotychczas od 1 do18 GHz normach, nie ustalono żadnych granicznych wartościpromieniowania.W normie dominuje określenie wartości granicznej jako "równoważnejmocy promieniowania". W celu ustalenia równoważnej mocypromieniowania dokonuje się pomiaru promieniowania zakłócającego wdowolnej odległości, na przykład trzech metrów, za pomocą wskaźnikaselektywnego, takiego jak antena pomiarowa i analizator widma, iselektywnego, takiego jak antena pomiarowa i analizator widma, irejestruje wynik pomiaru. Następnie dokonuje się ponownego pomiaru pozastąpieniu obiektu przez półfalową antenę dipolową.Moc wypromieniowana przez antenę należy oznaczyć jako mocpromieniowania zakłócającego emitowanego przez obiekt badany.

57

Schematyczne przedstawienie pola elektrycznego (kolor niebieski) i

magnetycznego (czerwony) fali radiowej promieniowanej przez

antenę dipolową.

58

Wraz ze wzrostem częstotliwości coraz bardziej na pierwszyplan wysuwa się bezpośrednie promieniowanie energiizakłócającej przez obiekt badany. Z tego względu wartościgraniczne zakłóceń od 30 MHz w górę są określane jakomaksymalne wartości natężenia pola, które wytwarza obiektbadany w ustalonej od niego odległości. Wymaga się przytym zawsze realizacji pomiaru w pomieszczeniu o podłodze

Emisja promieniowana 0.03 - 3 GHz

tym zawsze realizacji pomiaru w pomieszczeniu o podłodzeodbijającej całkowicie promieniowanie elektromagnetyczne,wskutek czego natężenie pola w antenie odbiorczej może byćprawie dwukrotnie większe niż w przypadkupromieniowania źródła bez takiej podłogi. Wartościgraniczne wartości mierzonych zostały ustalone przyzałożeniu, że istnieje 100% odbicie fal od podłogi.

BADANIA EMISYJNOŚCI (PRZEWODZONEJ)

60

Emisja promieniowana 0.03 - 3 GHz

62

POZIOMY EMISYJNOŚCI PROMIENIOWANEJ

Wartości emisji reaktora i tła Limit wg: PN-EN 61000-6-4:2008

Klasa A - Środowisko przemysłowe

Wartości graniczne

emisji wg. norm

rodzajowych

Pojęcia podstawowe

Odbiornik pomiarowy (miernik zakłóceń)

65

Miernik zakłóceń jest specjalnym superheterodynowym mikro-woltomierzem selektywnym. Układ

miernika można uważać za połączenie trzech członów funkcjonalnych. Człon selektywny obejmuje cały tor

wielkiej i pośredniej częstotliwości, człon detekcyjny — układy kilku detektorów pomiarowych, a człon

wskaźnika — wzmacniacz m.cz. i woltomierz ze wskaźnikiem. Zadaniem członu detekcyjnego jest

dostarczenie do wejścia woltomierza napięcia stałego lub wolnozmiennego, które jest proporcjonalne do

wartości szczytowej, quasiszczytowej, skutecznej lub średniej przebiegu wymuszającego. Człon wskaźnika

jest tą częścią miernika, w której następuje proporcjonalne przetworzenie odpowiedzi detektora na

wielkość odbieraną zmysłowo. Podstawowym celem pomiarów jest sprawdzenie, czy poziomy zakłóceń

wytwarzanych przez urządzenia nie przekraczają wartości dopuszczalnych, określonych technicznymi

normami i innymi przepisami.

Zakłóceniesymetryczne

asy

me

trycz

ne

Zak

łóce

nie

ni

esym

etry

czne

źródło zaburzeń

- niesymetryczne- symetryczne (różnicowe) Differential-mode interference current- asymetryczne (wspólne) Common-mode interference current

Pomiary zakłóceń przewodzonych 9 kHz ÷ 30 MHz

Zak

łóce

nie

asy

me

trycz

ne

Zak

łóce

nie

ni

esym

etry

czne

Zak

łóce

nie

nies

ymet

rycz

ne

płaszczyzna odniesienia (masa)

przewód odbiornik

66

Dodatkowa aparatura wspomagająca pomiary zakłóceń przewodzonych

67

* zalecenie wykonania pomiarów w ekranowanej komorze

4040

oprogramowanie

Pomiary zakłóceń przewodzonych 9 kHz ÷ 30 MHz

LISNLISN

80 cm80 cm 8080cmcm

4040cmcm

68

Urządzenie sprzęgające

Operator sztuczny

sieć sztuczna

Urządzenie oddzielające

Zadaniem sieci sztucznej jest stabilizacja impedancji, na której mierzysię napięcie zakłóceń, separacja ograniczająca do minimum przenikaniesygnałów zakłóceń z badanego obiektu do sieci i na odwrót i jednocześnieumożliwienie prawidłowych i powtarzalnych pomiarów napięcia zakłóceńniezależnie od aktualnych parametrów impedancyjnych sieci zasilającej.

Pomiary zakłóceń przewodzonych 9 kHz ÷ 30 MHz

zapewnienie z miernikiem zakłóceń określonej charakterystyki pomiarowej dla punktu pomiarowego

przyłączenie do punktu pomiarowego układu pomiarowego w sposób bezpieczny

zapewnienie z generatorem umownego sygnału zakłócającego - określonej charakterystyki przenoszenia

lub przetwarzania dla danego punktu pomiarowego

Urządzenie sprzęgające

przenoszenie sygnałów roboczych badanego obwodu

standaryzacja impedancji obwodu zewnętrznego w punkcie pomiarowym odpowiednio dla składowych

zakłóceń niesymetrycznych i symetrycznych

tłumienie zakłóceń obwodu zewnętrznego i środowiska wnoszonych do punktu pomiarowego

tłumienie zakłóceń symulowanych w punkcie pomiarowym i wnoszonych do obwodu zewnętrznego

69

Jednofazowa sieć sztuczna - Schaffner NNB 41C

70

Zadaniem sieci sztucznej jest stabilizacja impedancji, na której mierzy sięnapięcie zakłóceń, separacja ograniczająca do minimum przenikaniesygnałów zakłóceń z badanego obiektu do sieci i na odwrót i jednocześnieumożliwienie prawidłowych i powtarzalnych pomiarów napięcia zakłóceńniezależnie od aktualnych parametrów impedancyjnych sieci zasilającej.

~ 230 V(obwód specjalny)

HMV-4 / Odbiornik ESCI3 LISN Urządzenia testowane

Emisja przewodzona 9 kHz ÷ 30 MHz

Sieć sztuczna - SchaffnerSieć sztuczna - Schaffner

NNB 41C

50

60

40

30

20

10

00,01 0,1 1 10 100f [MHz]

Impedancja [ Ω]

POZIOMY EMISJI PRZEWODZONEJ

Układ pomiarowy do analizy zaburzeń przewodzonych

POZIOMY EMISJI PRZEWODZONEJPoziom emisji przewodzonej w przewodzie roboczym L2 instalacji reaktora

w zakresie 0,009-30MHz, detektor AV, niebieska charakterystyka zaburzenia

niefiltrowane, czerwona– pomiar w układzie ze zbyt słabym filtrem

Dopuszczalne poziomy napięcia zaburzeń detektorem QP dla urządzeń pracującychw środowisku przemysłowym (klasa A) w zakresie częstotliwości od 0,15 do 0,5 MHz wynoszą66 dBμV/m (dla detektora AV), a w zakresie od 0,5 do 30 MHz wynoszą 60 dBμV/m (dla AV).

OGRANICZANIE ZAKŁÓCEŃ W TORZE ZAPŁONU

Koraliki ferrytowe w torze zasilania elektrod zapłonowych

74/19

Zaburzenia w torze zapłonu, pomiar z ferrytami i bez

Sieci sztuczneLine Impedance Stabilization Network (LISN)

Sieci typu V Sieci typu ∆ Sieci typu T

Obwody zasilania Obwody sygnałowe

Pomiary zakłóceń przewodzonych 9 kHz ÷ 30 MHz

Zakres częstotliwości Schemat zastępczy Uwagi

9 kHz ... 150 kHz (30 MHZ)

(50 µH + 5 Ω) 50Ω „Standardowa sieć sztuczna", dodatkowo: 250 µH do odsprzężenia od sieci,

0,15... 30 MHz 50 µH 50Ω „Sieć sztuczna wysoko-prądowa"

0,15... 100 MHz (5 µH + 1 Ω) 50Ω „Pokładowa sieć sztuczna"

75

Sonda prądowa

Do pomiaru prądu zaburzenia wykorzystuje się urządzenie pomocnicze nazywane sondą

prądową. Sonda prądowa, wykonana w układzie transformatora prądowego, służy do pomiaruasymetrycznych prądów zaburzeń płynących po przewodach dołączonych do badanegourządzenia. Powinna być tak skonstruowana, aby umożliwiała pomiar prądu zaburzenia bezpotrzeby odłączania przewodów sieciowych. Realizuje się to przez umieszczenie rdzenia

76

potrzeby odłączania przewodów sieciowych. Realizuje się to przez umieszczenie rdzeniatransformatora sondy wokół badanego przewodu, który stanowi jeden zwój uzwojeniapierwotnego transformatora prądowego. Uzwojenie wtórne jest nawinięte na rdzeń toroidalny ima przyłącze koncentryczne w systemie 50 Ω. Sonda prądowa ma obudowę ekranującą, którazapobiega wpływowi sprzężeń pojemnościowych z otoczenia na mierzony sygnał. Dziękiszczelinie powietrznej przez którą nakłada się cęgi na przewód, ekran jest rozwarty dla prądówindukowanych w ekranie, co przekłada się na to, że obudowa nie stanowi dodatkowegouzwojenia zwierającegoParametrem charakteryzującym sondę prądową jest impedancja przenoszenia, która jeststosunkiem napięcia na przyłączu koncentrycznym sondy do prądu w badanym przewodzie.Sonda prądowa nie zapewnia stabilizacji impedancji od strony sieci zasilającej.

Sonda napięciowa

sieć zasilająca sonda pomiarowa miernik zaburzeń

50 Ω

1475 Ω 10 nF

< 10 nF

(2kV)badany

obiekt

Sonda napięciowa jest urządzeniem

pomocniczym, które umożliwia pomiar napięcia

zaburzeń bezpośrednio na zaciskach badanego

urządzenia lub na przewodach toru zasilania.

Jest szczególnie przydatna podczas pomiaru

zaburzeń emitowanych do środowiska przez

wysokonapięciowe sieci zasilające lub obwody

w których płyną duże prądy (znamionowe

wartości prądów i napięć przekraczają wartości

dostępnej sieci sztucznej). Ważne jest aby

reaktancja kondensatora w sondzie była dużo

77

Sonda EZ-17

reaktancja kondensatora w sondzie była dużo

mniejsza od rezystancji włączonej w szereg

(wynoszącej typowo 1450 lub 1475 Ω) w

przedziale częstotliwości, dla którego używa się

sondy. Dzięki temu kondensator ten nie zwiększa

impedancji sprzężenia.

Sonda charakteryzuje się stosunkowo dużym

tłumieniem oraz znaczną impedancją wejściową.

Nie zapewnia stabilizacji impedancji od strony

zasilania badanego obiektu.

Dopuszczalne poziomy zakłóceń przewodzonych wg normy EN 55022

Zakres częstotliwości

MHzKlasa

Dopuszczalny poziom [dB (µV)]

Wartość quasiszczytowa

Wartość średnia

0,15 ÷ 0,50 A 79 66

0,50 ÷ 30 A 73 600,50 ÷ 30 A 73 60

0,15 ÷ 0,50 B 66 ÷ 56 56 ÷ 46

0,50 ÷ 5 B 56 46

5 ÷ 30 B 60 50

78

Regulacje w zakresie ograniczenia emisji zaburzeń

79

Pomiar mocy zakłóceń za pomocą absorpcyjnego przekładnika cęgowego -cęgi MDS

Cęgi prądowe, które są zamontowane przed absorbująca rurką ferrytową (cęgi MDS), są kalibrowane w taki sposób, aby wartość odczytana na odbiorniku pomiarowym w dBµV mogła być równa liczbowo wynikowi

Emisja przewodzona 30 ÷ 300 MHz

odbiorniku pomiarowym w dBµV mogła być równa liczbowo wynikowi pomiaru wyrażonemu w dBW. Należy uwzględnić, że aby wychwycić maksymalną moc zakłócającą, cęgi MDS muszą móc być przesuwane o połowę długości fali (λ/2) odpowiadającej częstotliwości sygnału mierzonego. Dla częstotliwości w pobliżu dolnej granicy rozpatrywanego zakresu (30 MHz) oznacza to, że maksymalna droga przesunięcia wynosi 5 m.

Pomiary zakłóceń przewodzonych 30 MHz - 300 MHz

6

5

4

3

2

1

0

-1

-2

współczynnik korekcji KdBCęgi absorpcyjne pomiarowe AMZ 41C firmy Schaffner

81

-2

-3

-41000100 MHz

f 30

POMIARY ZAKŁÓCEŃ PRZEWODZONYCH 30- 300 MHZ

Limity poziomu mocy zaburzeń

80

90

100dBpW EN 55013, EN 55014, EN 55020

~ 230 V(obwód specjalny)

ULMZ-4/50 / Odbiornik ESCI3

Urządzenia testowaneCęgi absorbcyjne

83

5545

0

40

50

60

70

80

30

20

10

3010 100 1000

230f MHz

Częstotliwości pomiarowe zakłóceń przewodzonych

Typ pomiarów

Częstotliwości pomiarowe w poszczególnych zakresach [MHz]

0,01÷0,15 0,15÷30 30÷300 300÷1000

0,010 (0,15) 30 (300)

0,015 0,16 45 400

0,02 0,25 65 500

0,03 (0,5) 90 600

0,04 0,55 150 700

0,06 1,0 180 800

pełneniepełne

0,10 1,4 220 900

0,12 (1,5) 300 1000

0,15 3,0

6,0

10,0

15,0

20,0

25,0

84

Harmoniczne

Analizator harmonicznych

Do niskoczęstotliwościowych zakłóceń występujących w przewodach zaliczają się

zwrotne oddziaływania sieciowe takie jak harmoniczne i wahania napięcia.

Analizator częstotliwości (0Hz - 22kHz) w czasie

rzeczywistym typ 2144 firmy Bruel & Kjaer

Urządzenia testowane

ZASILANIE

Harmoniczne

Poziomy harmonicznych dla klas wg EN61000-3-2

Harmonic Class-A Amp Class-B Amp Class-C

% of Fund.

Class-D

mA/Watt

2 1.08 1.62 2

3 2.30 3.45 30 x λ 3.4

4 0.43 0.65

5 1.44 2.16 10 1.9

6 0.30 0.45 6 0.30 0.45

7 0.77 1.12 7 1

8 0.23 0.35

9 0.40 0.60 5 0.5

10 0.18 0.28

11 0.33 0.50 3 0.35

12 0.15 0.23

13 0.21 0.32 3 0.296

14-40 (even) 1.84/n 2.76/n

15-39 (odd) 2.25/n 3.338/n 3 3.85/n

BADANIA ODPORNOŚCI (PODATNOŚCI) NA ZAKŁÓCENIA

87

Testy podatności - odporności

W oddziałującym na urządzenia elektryczne środowiskuelektromagnetycznym możemy, stosownie do właściwościzjawiska wywołującego zakłócania, wyróżnić dwiecharakterystyczne grupy sygnałów zakłócających:1. długotrwałe sygnały sinusoidalne wywołane na przykład

przez nadajniki radiowe, urządzenia teletransmisjiradiowej, długotrwałe sygnały impulsowe wytwarzane naprzykład układy prostownicze, zasilacze, lub układyprzykład układy prostownicze, zasilacze, lub układyzapłonowe pojazdów mechanicznych,

2. pojedyncze sygnały impulsowe, zwane równieżprzejściowymi, pochodzące na przykład od wyładowańatmosferycznych, wyładowań elektrostatycznych,przebiegów łączeniowych lub zapadów napięcia. Sygnałytego typu nazywane bywają także w literaturzekompatybilnościowej, impulsami izolowanymi.

88

Testy podatności - odporności

Testy podatności obejmują też badanie odporności urządzeńna sygnały zakłócające rozprzestrzeniające się drogąprzewodzenia. Są one bardzo zróżnicowane, ale generalnieobejmują pomiary i ocenę odporności na zakłóceniaprzewodzone, przepięcia, szybkie zakłócenia impulsowe orazwyładowania elektrostatyczne. Realizacja tych testówwyładowania elektrostatyczne. Realizacja tych testówwymaga wygenerowania sygnałów testowych oraz sposobuich wprowadzenia do połączeń przewodowych w testowanymurządzeniu. Ten pierwszy warunek jest realizowany przezstosowanie specjalizowanych generatorów, drugi - przezstosowanie odpowiednich metod i urządzeń sprzęgającychźródło sygnału testowego z obiektem.

89

Testy podatności - odporności

Badania zakłóceń wykonywanych w obwodachelektrycznych obejmują zasadniczo częstotliwości sięgającedo około 100 MHz. Zakłócenia te są wprowadzane w wynikusprzężeń do przewodów lub - w przypadku wyładowańelektrostatycznych (ESD), do wnętrza obudowy obiektuelektrostatycznych (ESD), do wnętrza obudowy obiektubadanego. Przy badaniu napromieniowania uwzględnia sięprzede wszystkim sprzężenie do obudowy. Przewodydoprowadzające są narażone na działanie zewnętrznych póljedynie w niewielkim zakresie.

90

Sygnały

P,

sygnał użyteczny

zakłócenia

sprawność energetyczna

postęp technologii elementów i układów elektronicznych

szumy własne

91

Sygnały zakłócające

Ocena wyników badań

Wyniki badań należy klasyfikować, w kategoriach utraty funkcji lubobniżenia jakości działania urządzenia badanego, w odniesieniu dopoziomu jakości działania ustalonego przez wytwórcę urządzenia.Zalecana jest następująca klasyfikacja:

• normalne działanie w granicach określonych przez producenta wyrobu,zleceniodawcę badań lub nabywcę wyrobu;• chwilowa utrata funkcji albo obniżenie jakości działania, które ustępuje po

93

• chwilowa utrata funkcji albo obniżenie jakości działania, które ustępuje pozakończeniu zaburzeń i po którym urządzenie badane powraca donormalnego działania bez udziału operatora;• chwilowa utrata funkcji albo obniżenie jakości działania, któregoskorygowanie wymaga interwencji operatora;• utrata funkcji albo obniżenie jakości działania, którego nie można usunąć

z powodu uszkodzenia urządzenia lub programu, albo utraty danych.

badanie odporności na pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej (EN61000-4-3)

badanie odporności na zaburzenia przewodzone, indukowane przez pola o częstotliwości

radiowej (EN 61000-4-6),

badanie odporności na serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych „BURST” (EN

61000-4-4),

badanie odporności na udary „SURGE” (EN 61000-4-5),

Pomiary odporności

badanie odporności na udary „SURGE” (EN 61000-4-5),

badanie odporności na wyładowania elektrostatyczne „ESD” (EN 61000-4-2),

badanie odporności na pole magnetyczne o częstotliwości sieci elektroenergetycznej 50 Hz

(EN 61000-4-8),

badanie odporności na impulsowe pole magnetyczne (EN 61000-4-9),

badanie odporności na zapady, krótkie przerwy, zmiany napięcia zasilania (EN61000-4-11)

Pomiary odporności

Modula (Schaffner-Teseq) –generator zakłóceń EM

burst generator EFT 6501, surge generator SRG 6501, power quality

tester PQT 6501

VAR 6501 - manual/automatic variable transformerINA 6501 - manual/automatic step transformerMFO 6501 - manual/automatic power line frequency magnetic field generatorINA 701 - magnetic field antennaCDN 8014 - capacitive coupling clamp for data line testing with burst generators.CDN 117 - data line coupling network for surge pulses.

WYŁADOWANIA ELEKTRYCZNOŚCI STATYCZNEJ - ESD (EN 61000-4-2)

Mechanizm ładowania i rozładowywania

97

Wymienna końcówka

testująca

Wyłącznik

generatora

Klawisze

sterujące

Generator wysokiego

napięcia, elektronika

pomiarowa, przekaźnik w.n

Wyświetlacz

ESD

WYŁADOWANIA ELEKTROSTATYCZNE ESD,Generator NSG 435 Schaffner (TESEQ)

Wyzwalacz

impulsu

Uchwyt Wymienny akumulator

Wyładowaniem elektrostatycznym

nazywamy przeniesienie ładunku

elektrostatycznego między ciałami o

różnych potencjałach elektrostatycznych

będącymi w pobliżu lub stykających się.

ESD

1a - wyładowanie kontaktowe 1b – wyładowanie powietrzne (przeskok)

Poziom Test napięciowy Poziom Test napięciowy

kV kV

1

2

3

4

x1)

2

4

6

7

Specjalne

1

2

3

4

x1)

2

4

8

15

Specjalne1) “x” nieograniczony poziom. Poziomy dla specjalnych urządzeń.

Znormalizowane stanowisko

a) pozycja typowa do wyładowań

pośrednich do HCPb) pozycja typowa do bezpośredniegostosowania wyładowań

100

c) pozycja typowa do pośrednichwyładowań do VCPd) pozioma płaszczyzna sprzęgająca1,6 m x 0,8 me) izolacjaf) zasilaczg) stół drewniany o wysokości h= 0,8 mh) ziemia odniesieniai) rezystor 470 kΩ

Sygnał zakłócający - BURST

t300ms ±20%

U

U

U

Up

0,9Up

Serie (ciągi) szybkich impulsów zakłócających są wytwarzane podczas wyładowania

łukowego zachodzącego przy przełączaniu lub rozłączaniu obwodów elektrycznych

(zwłaszcza dużej mocy).

f = 5 kHz U ≤ 2 kVf = 2,5 kHz U ≥ 4 kV

t

1 / f0,5Up

0.1Up

50 ns ± 30%

t5 ns ± 30%

Umowny sygnał zakłócający 5/50 ns:

a) serie impulsów 5/50 ns ,

b) częstotliwość impulsów w serii,

c) pojedynczy impuls w serii.

Poziomy odporności na narażenia typu EFT/BurstLp. Rodzaj badanego wejścia Parametry testu

Kryterium odporności

NormaUwagi -

rodzaj sprzężenia1 linie sygnałowe, kontrolne,

sterowania0,55/50

5

kVns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-1uwaga 1

(klamra pojemn.)

2 wejścia/wyjścia zasilania napięciem stałym (DC)

0,55/50

5

kVns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-1uwaga 2, 3

(bezpośrednie)

3 wejścia/wyjścia zasilania napięciem zmiennym (AC)

15/50

5

kVns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-1 (bezpośrednie)

4 zaciski uziemienia 0,55/50

kVns (Tr/Th) B 50082-1

uwaga 1(bezpośrednie)

102

5/505

ns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-1(bezpośrednie)

5 linie sygnałowe i magistrale danych nie występujące w procesach sterowania

15/50

5

kVns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-2uwaga 1,

(klamra pojemn.)

6 linie sterowania, kontroli, pomiarowe, długie magistrale pomiarowe i kontrolne

25/50

5

kVns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-2 (klamra pojemn.)

7 wejścia/wyjścia zasilania napięciem stałym (DC)

25/50

5

kVns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-2uwaga 2

(bezpośrednie)

8 wejścia/wyjścia zasilania napięciem zmiennym AC

25/50

5

kVns (Tr/Th)kHz (fpowt.imp )

B 50082-2 (bezpośrednie)

U1,00,9

0,5

0.1

50 µs ± 20%

t1,2 µs ± 30%

przebieg napięciowy w obwodzie otwartym

stosowany przy badaniu linii sygnałowych

Sygnał zakłócający - SURGE

Umowny sygnał zakłócający oznaczony symbolem :

1,2 / 50 µs - impuls napięciowy,

8 / 20 µs - impuls prądowy

(sygnał nazywany jest również, udar napięciowy,

prądowy).

20 µs ± 20%

t8 µs ±20%

przebieg prądowy w obwodzie zwartym, stosowany

przy badaniu linii zasilającej (IEC 6000-1)

Poziomy zakłóceń wyrażone są amplitudą impulsu.

Różnica pomiędzy zakłóceniem dużej a bardzo dużej

energii występuje tylko w poziomie energii impulsu

W zależności od tych klas zostały ustalone różne szczyto-we wartości napięć, którenależy stosować podczas badań odporności na udary elektryczne, symulujączakłócenia mogące wystąpić w liniach zasilania oraz w liniach sygnałowych isprzęgających.

Warunki i parametry sygnału zakłóceniowego -SURGE

104

Dynamiczne zmiany napięcia zasilania

Zgodnie z zaleceniami za umowny sygnał zakłócający uważa się:

- krótkotrwały zanik napięcia zasilania

- krótkotrwałe obniżenie napięcia zasilania

Początek inicjacji zakłócenia dla napięcia przemiennego przyjmuje się przy

przejściu prądu urządzenia przez wartość zerową.

a) obniżenie napięcia

b) zanik napięcia

Typowe zakłócenia napięcia zasilającego

106

ZAKŁÓCENIA CIĄGŁE SINUSOIDALNE

Umownym sygnałem zakłócającym jest sinusoidalny sygnał napięciowy lub prądowy,

natężenie pola elektrycznego, magnetycznego w zakresie częstotliwości od 30 Hz

do 1 GHz, z podzakresami częstotliwości sieci i harmonicznych sieci oraz

częstotliwości radiowych powyżej 10 kHz. Sygnał oznacza się zakresem

częstotliwości.

u , i

Częstotliwość sygnału Poziom sygnału

t [ms -µs]

Częstotliwość sygnału zakłócającego

Poziom sygnału

sieci zasilającej urządzenie 10,20,40 A100, 250, 500 V

do 10 kHz w tym harmonicznych sieci

5, 10, 20 % Un

radiowych od 27 MHz do 500 MHz

natężenie pola:1, 3, 10 V/m

107

Pomiary odporności

ZAKŁÓCENIA IMPULSOWE OSCYLACYJNE TŁUMIONE

( )u t U e tt= ⋅ −0

1α ωsin

Zakłócenia te indukują się głównie podczas procesów łączeniowych powstającychw liniach przesyłu sygnałów (linie telekomunikacyjne). Przeważającą część tegotypu przebiegów czasowych określa się zależnością:

RLC

< 2

Oprócz linii transmisyjnych o dużych odległościach, zakłócenia mogąwystępować w obwodach zasilania o dużej indukcyjności.Traktując w uogólnieniu linie jako szeregowe obwody RLC dla zaindukowaniaprzebiegów o charakterze oscylacyjnym spełniony musi być warunek:

109

ZAKŁÓCENIA IMPULSOWE OSCYLACYJNE TŁUMIONE

Umowny sygnał zakłócający jest impulsem napięciowym oznaczonym symbolem 1

MHz / 6µs.

Poziom umownego zakłócenia wyraża się amplitudą pierwszego półokresu przebiegu.

Sygnały impulsowe oscylacyjne tłumione charakteryzują się niewielką energią

dochodzącą jednak nawet do 100 mJ.

6 µs ± µs U

t

1 MHz±10%1,0

0,5

0

110

U T

Umowny sygnał zakłócający oznaczony kształtem sygnału i częstotliwości lub

zakresem częstotliwości ustala się w normach przedmiotowych. Zalecanym

sygnałem jest piła o częstotliwości 10 kHz ±1 MHz o czasie trwania zbocza poniżej

0,01 okresu, liniowości 5%. Jako poziom umownego zakłócenia podaje się

amplitudę sygnału z zakresu 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10 V.

ZAKŁÓCENIA CIĄGŁE NIESINUSOIDALNE

t [ms-µs]

t < 0.01T

111