Kompatybilno elektromagnetyczna - podstawy.

dr in. Konrad Sobolewski

9 marca 2015 r.

Streszczenie

Tematem niniejszego artykuu jest wprowadzenie do pojcia kompatybilnoci elektromagnety-

cznej.

Sowa kluczowe

kompatybilno elektromagnetyczna, urzdzenia elektryczne, przepicia, wyadowania piorunowe,

ochrona przepiciowa, ochrona odgromowa

1 Wprowadzenie

Czasy obecne uznawane s potocznie za er elektroniki. Na przestrzeni ostatnich lat moglimy

obserwowa niesamowity skok technologiczny. Nie byo roku, eby nie ukazaa si premiera kole-

jnego nowego, coraz mniejszego, coraz bardziej rozbudowanego funkcyjnie urzdzenia. Coraz

bardziej ufamy urzdzeniom w yciu codziennym, oddajc si niejednokrotnie na ich ask i

nieask. Zaawansowane systemy elektroniczne spotykamy nie tylko w orodkach naukowych, ale

coraz czciej we wasnym domu, w samochodzie, w ogrdku. Nawet w toalecie. Szczeglnie do-

niose znaczenie maj w naszym codziennym yciu elektroniczne systemy suce do przesyania

i przetwarzania informacji. Moemy sprbowa sobie wyobrazi co by si stao, gdyby ktrego

dnia przesta dziaa Internet, telewizja, telefonia komrkowa. Nastpia by niemoc komunika-

cyjna. Mode pokolenie doznao by zapewne szoku - jak mona si inaczej skomunikowa ni

wysyajc sms-a czy e-maila? Na chwil obecn taki scenariusz moemy spotka w lmach

science-ction, ale realna szansa jego wystpienia nie jest niemoliwa. Krytyczne punkty na-

jwaniejszych dla funkcjonowania ludzkoci na ziemi systemw s zabezpieczone przed rnego

rodzaju zaburzeniami elektromagnetycznymi, ale naley przy tym pamita, e nie ma stupro-

centowych zabezpiecze.

Sprawne dziaanie systemw elektrycznych, elektronicznych i telekomunikacyjnych moe by

naruszone przez zjawiska elektromagnetyczne powodujce zakcenia w przekazywaniu bd

przetwarzaniu wiadomoci. Tak wiadomoci moe by sms wysany znajomemu, a moe to

by kwant energii przesyany ciek miedzian midzy dwoma ukadami elektronicznymi pracu-

jcymi w jednym urzdzeniu. Podstawowym warunkiem uzyskania duej wiernoci w pracy

opisywanych systemw jest zapewnienie odpowiednio korzystnego stosunku mocy sygnau do

mocy zaburzenia, lub bardziej potocznie: siy sygnau do siy zaburzenia. Moemy to odnie do

stacji radiowej. Bdc blisko nadajnika moc sygnau jest dua, a zatem trudno j zakci - moc

zaburzenia te musiaa by by dua. Zwikszajc jednak odlego moc sygnau uytecznego

bdzie malaa, a zatem bdzie si zwikszao prawdopodobiestwo jego zakcenia. Z tego

wanie powodu telewizor potra niey, a obecnie potra zrywa poczenie na skutek

pojawiajcych si zaburze elektromagnetycznych. Z czasem zagadnienie to zostao okrelone

1

Konrad Sobolewski - Kompatybilno elektromagnetyczna - podstawy.

nazw kompatybilnoci elektromagnetycznej i czsto jest oznaczane skrtem KE lub EMC

(ang. Electromagnetic Compatibility). Idea kompatybilnoci elektromagnetycznej polega na za-

pewnieniu bezkolizyjnego wspistnienia rnorodnych systemw elektrycznych, elektronicznych

i innych, z uwzgldnieniem zjawisk elektromagnetycznych i waciwoci otaczajcego rodowiska.

Innymi sowy urzdzenie elektryczne przeznaczone do pracy w danym rodowisku powinno z jed-

nej strony by wystarczajco odporne na potencjalne zaburzenia, ktre mog si tam pojawi,

ale rwnie nie powinno wprowadza do tego rodowiska nowych zakce poprzez swoj prac,

aby nie zakca pracy innych, znajdujcych si w tym samym rodowisku, urzdze.

Rys. 1: Idea kompatybilnoci elektromagnetycznej.

Wraz z rozwojem cywilizacji technicznej problem zachowania kompatybilnoci elektromag-

netycznej narasta. Powstaje coraz wicej urzdze, coraz bardziej wymylnych w aspekcie nie

tylko dziaania, ale rwnie konstrukcji i komunikacji midzy sob. Z drugiej strony obserwu-

jemy wszechobecne ograniczanie kosztw bazujce na modelu byle taniej, byle szybciej. Aby

zachowa ad i porzdek ustanowione zostay normy ustalajce dopuszczalne poziomy zakce

elektromagnetycznych generowanych przez rne urzdzenia elektryczne, jak rwnie okrelone

zostay poziomy odpornoci, jakimi powinny si odznacza urzdzenia elektryczne przeznaczone

do pracy w okrelonym rodowisku. Kade urzdzenie elektryczne powinno z punktu widzenia

zachowania kompatybilnoci elektromagnetycznej wypenia obydwa wymagania, a kady szanu-

jcy si producent powinien wykona stosowne prby i badania, aby te poziomy rzetelnie okreli

i otrzyma w zamian certykat potwierdzajcy zgodno z dan norm. Normy, jako dokumenty

techniczne, ustanawiane s przez specjalistw z danej dziedziny nauki, ale niestety pojawiaj si

niekiedy naciski ze strony producentw i politykw. Mimo pewnych niedoskonaoci normy po-

magaj usystematyzowa dziaalno techniczn urzdze i w pewnym stopniu chroni zdrowie

i ycie uytkownikw. Niestety w praktyce postanowienia tych norm bywaj nie przestrzegane.

Z jednej strony wynika to z ograniczania kosztw, ktre musi ponie producent, a pniej kon-

sument musi zwrci pacc za towar, z drugiej za ze stosunkowo coraz wikszej trudnoci w

zapewnieniu odpowiednich wymaga wobec urzdzenia (vide minimalizacja kosztw produkcji).

2 Model zakceniowy

W celu uatwienia analizy zachodzcych relacji midzy rdem zaburze a obiektem zakcanym

wprowadzone zostao pojcie elementarnego modelu zakce. Schemat ten przedstawiony zosta

na rys. 2.

2 http://www.odgromowa.pl/

Konrad Sobolewski - Kompatybilno elektromagnetyczna - podstawy.

Rys. 2: Model zakceniowy kompatybilnoci elektromagnetycznej.

Zakcenie pracy dowolnego urzdzenia elektrycznego (obiektu) nastpuje wtedy, gdy dociera

do niego w okrelony sposb zaburzenie (Z) o poziomie emisji (E) emitowane z konkretnego

rda, poprzez dany rodzaj sprzenia (S), o wartoci (P) przekraczajcej poziom jego odpornoci

(O). Poziomy emisji zaburze oraz faktycznie docierajcy do obiektu poziom zaburzenia bardzo

czsto s od siebie rne ze wzgldu na specyk mechanizmu rozprzestrzeniania si. rdem

zaburze mog by czynniki pochodzce zarwno z zewntrz urzdzenia czyli czynniki zewntrzne,

jak i z jego rodka mwimy wtedy o czynnikach wewntrznych. Emitowane zaburzenia s

nastpnie klasykowane na podstawie swoich waciwoci, takich jak czasowo, ksztat, czs-

totliwo, natenie, etc. Najczciej wymienianymi rdami zaburze elektromagnetycznych s

wyadowania atmosferyczne, wyadowania elektrostatyczne oraz zaburzenia pochodzce z sieci,

systemw i urzdze elektrycznych (energetycznych). Do urzdzenia kocowego (obiektu zak-

canego) bd one docieray na co najmniej jeden z czterech sposobw, tzw. sprze:

galwanicznego, czyli przez przewodzenie i wsplne impedancje,

pojemnociowego, czyli przez pole elektryczne,

indukcyjnego, czyli przez pole magnetyczne,

radiacyjnego, czyli przez pole elektromagnetyczne.

Niezalenie od rda i charakteru zaburzenia moemy minimalizowa ich wpyw na obiekt

zakcany poprzez wpyw na rdo, mechanizm sprzenia oraz sam obiekt zakcany. W za-

lenoci od konkretnej sytuacji moemy oddziaywa na wszystkie te czynniki, a moe si zdarzy,

e trzeba bdzie si ograniczy do konkretnego z nich. Przykadem takim mog by wyad-

owania atmosferyczne, na ktre pki co wpywu nie mamy, ale moemy skutecznie wpywa

na mechanizm sprzenia (np. poprzez ekranowanie, poczenia wyrwnawcze lub urzdzenia

ograniczajce przepicia) oraz poprzez odpowiedni konstrukcj urzdzenia elektrycznego (sys-

temu) na jego poziom odpornoci. Due znaczenia oczywicie bdzie mia aspekt ekonomiczny

jak opcj ochrony wybierzemy oraz jakie konkretnie rodki, o jakich parametrach elektrycznych,

zaproponujemy.

Bardziej szczegowe omwienie rde zaburze, mechanizmw sprze oraz rodkw ochron-

nych zostan omwione w kolejnych artykuach, do ktrych przeczytania zapraszam.

3 http://www.odgromowa.pl/

WprowadzenieModel zakceniowy