Dr in ż. Paweł A. Mazurekmazurek.pollub.pl/emcPESAP2.pdfKlasyczne pomiary emisji promieniowanej...
Transcript of Dr in ż. Paweł A. Mazurekmazurek.pollub.pl/emcPESAP2.pdfKlasyczne pomiary emisji promieniowanej...
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