Studia podyplomowe TEO 2014-01-18mazurek.pollub.pl/emc_teo1.pdf · 2014. 1. 18. · Studia...

Studia podyplomowe TEO 2014-01-18

1

Identyfikacja sygnału elektrycznego, praca układów prostownikowych

Badanie jakości energii w instalacjach (OZE)

Analiza pracy przetwornic DC/AC (np. w instalacjach z OZE)

Badanie zaburzeń przewodzonych w zakresie częstotliwości 0,15-30 MHz

Badanie emisji elektromagnetycznej w zakresie niskich częstotliwości

Badanie emisji elektromagnetycznej w zakresie wysokich częstotliwości

Badanie hałasu


2

Zaburzenia promieniowane

Zaburzenia przewodzone

Współistnienie wielkiej ilości urządzeń elektrycznych powoduje, że wefekcie superpozycji emisji wielu urządzeń o większych mocach, polanakładają się wzajemnie tworząc pole elektromagnetyczne o pewnejmierzalnej wartości na znacznym obszarze.

Pole to może oddziaływać zarówno na obiekty biologiczne jak również nainne znajdujące się w tym obszarze urządzenia i systemy elektryczne.

Działania biologiczne pola elektromagnetycznego generowanego przezurządzenia elektryczne mogą mieć charakter termiczny i nietermiczny.Niezależnie od typu działania, pole elektromagnetyczne powoduje zmianybiologiczne in vivo poprzez układy regulacyjne: nerwowy, hormonalny iłączno-tkankowy. Oddziaływanie na ludzi uzależnione jest od natężeniatego pola i charakterystyki jego zmienności w czasie, częstotliwości póloraz od warunków i czasu trwania ekspozycji człowieka.


3

Z prawnego punktu, formalne zasady ochrony środowiska przed polamielektromagnetycznymi zostały określone w:

•ustawie z 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska, Dz. U. nr 52, poz.627, 2001 (artykuły 121 – 124),•dyrektywie unijnej (obecnie zawieszonej), Council of the European UnionRecomendation of 12 July 1999 on the limitation of exposure of the generalpublic to electromagnetic fields (0 Hz to 300 GHz), 1999/519/EC. Off. J. Eur.Communities, L 199/59, 1999,•rozporządzeniu Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnychi Leśnictwa z dnia 11-08-1998 r. w sprawie szczegółowych zasad ochronyprzed promieniowaniem szkodliwym dla ludzi i środowiska, dopuszczalnychpoziomów promieniowania, jakie mogą występować w środowisku orazwymagań obowiązujących przy wykonywaniu pomiarów kontrolnychpromieniowania. Dz. U. 107, poz. 676, 1998,•rozporządzeniu Rady Ministrów z dnia 24 września 2002 r. w sprawieokreślenia rodzajów przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać naśrodowisko, oraz szczegółowych kryteriów związanych z kwalifikowaniemprzedsięwzięć do sporządzenia raportu o oddziaływaniu na środowisko. Dz.U. nr 179, poz. 1490, 2002,•rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. wsprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowiskuoraz sposobów sprawdzania tych pomiarów, (Dz. U. Nr 192, poz. 1883).


4

Zgodnie z obowi ązującym ustawodawstwem, ochronaprzed polami elektromagnetycznymi polega nazapewnieniu jak najlepszego stanu środowiska poprzezutrzymanie poziomów pól elektromagnetycznych poni żejdopuszczalnych, lub co najmniej na tych poziomach, atakże poprzez zmniejszanie poziomów pólelektromagnetycznych, co najmniej do dopuszczalnych,gdy poziomy te nie s ą dotrzymane.

Pole Pole ElektromagnetyczneElektromagnetyczne

Ekspozycja Ekspozycja organizmów żywychorganizmów żywych

Ekspozycja urządzeń Ekspozycja urządzeń elektrycznychelektrycznych

Kompatybilność elektromagnetycznaKompatybilność elektromagnetyczna

zdolność urządzenia do poprawnej pracy

(zgodność techniczna w określonym środowisku elektromagnetycznym )


5

poziom zakłóceń [dB]80

60

40

20

0

-200,490,30 0,70 0,95 1,75 3,00 5,30 8,00 14,0 20,0 25,0 30,0

a

b c

częstotliwość [MHz]

30-40

20-30

10-20

0-10

E V/m

Pomiary terenowe w Lublinie

Studia podyplom

owe T

EO

2014-01-186

frequency range (5Hz-400kHz)

1,0

10,0

100,0

1000,0

A bram owick a

A ltanowa

Anders a

B ernardyńsk a

B isk upińsk a

B urs z tynowa

Cienis ta

Chodźk i

Diam entowa

Długa

Głębok a

Hutnicz a

Inżyniersk a

Janowsk a

Jutrz enk i

K oncertowa

K raśnick a

M ełgiewsk a

Nadbys trz yck a

Nałęc zowsk a

P odhalańsk a

Raabego

Rapac k iego

Rudnick a

Rusałk a

S olidarnośc i

Tury s ty czna

W. Witosa

Warszaws ka

Żeglarsk a

E [V/m]

Studia podyplom

owe T

EO

2014-01-187

frequency range (5Hz-400kHz)

1,00

10,00

100,00

1000,00

Abramowic ka

Altanowa

Andersa

Bernardyńska

Biskupińska

Bursz tynowa

Cienis ta

Chodźk i

D iamentowa

Długa

G łęboka

Hutnicza

Inży nierska

J anows ka

J utrzenk i

Koncertowa

Kraśnicka

Mełgiews ka

Nadbys trzy cka

Nałęczows ka

Podhalańska

Raabego

Rapack iego

Rudnicka

Rusałka

Solidarnośc i

Turys ty czna

W. Witos a

Warszaws ka

Żeglarska

H-Field 3D [mA

/m]


8

500÷1050 wartości

Środowisko elektromagnetyczne (PN -T-010130)Przez środowisko elektromagnetyczne należy rozumieć zespółwszystkich zjawisk elektromagnetycznych, występujących w pewnymobszarze.

Zakłócenie elektromagnetyczne , EMI (PN -T-010130)Zakłócenie elektromagnetyczne jest to niepożądane obniżenie jakościdziałania urządzenia spowodowane przez zaburzenieelektromagnetyczne.

Urządzenie jest kompatybilne, je żeli działa w danymśrodowisku elektromagnetycznym w sposóbzadawalaj ący oraz je żeli nie wprowadza do tegośrodowiska zaburze ń nietolerowanych przez wszystko,co si ę w tym środowisku znajduje


9

€ zagęszczenie urządzeń elektrycznych,

€ wzrost mocy w urządzeniach z elementami wykorzystującymi przekształtnikielektroenergetyczne,

€ wzrost częstotliwości pracy elementów elektronicznych w urządzeniach,

€ wzrost zakłóceń w sieciach zasilających.

Do powstania Do powstania „„problemuproblemu”” zakłóceń konieczne są trzy elementyzakłóceń konieczne są trzy elementy

zakłócenieEM

monitorkomputer

sprzężenie galwaniczne

sprzężenie indukcyjne

sprzężenie pojemnościowe

propagacja fali em w linii

promieniowanie

Przyczyny wzrostu emisji elektromagnetycznej

Ustalenie par urządzeń mogących się zakłócać, analiza parametrów EMC,

Określenie rodzaju zaburzeń (sprzężeń ) - (pomiar, obliczenia),

Analiza wartości istniejących zapasów kompatybilności (porównanie zaburzeń z wartościami dopuszczalnymi),

Analiza możliwości dopuszczenia zakłóceń w określonych stanach (lub czasach) pracy.


10

Rozpatrywana aparatura

elektroniczna hfodikhdsl

zakłócenia wewnętrzne zakłócenia

emitowane przez aparaturę

zewnętrzne

zakłócenia zewnętrzne

Ilustracja oddziaływania zakłóceń w aparaturze elektronicznej

Mechanizmy oddziaływań pomiędzy źródłem zakłóceń, a obwodem czułym na zakłócenie

zakłócenia EM

podział ze względu nach-ki czasowe

podział ze względu nach-ki częstotliwościowe

krótkotrwałe szerokopasmowe

ciągłewąskopasmowe

podział ze względu naźródło powstawania

naturalne

sztuczne

pozaziemskie

ziemskie

nieintencjonalne

intencjonalnepodział ze względu na

opis matematyczny

sygnał zdeterminowany

syg. niezdeterminowany

0Hz ... ... ... ... ... 30MHz ... ... ... 300MHz ... ... ... 30GHz ..

PRZEWODZONE PROMIENIOWANE

radioelektryczne


11

Emisja energii zakłócającej z obiektu

0Hz ... ... ... ... ... 30MHz ... ... ... 300MHz ... ... ... 30GHz ..

Energia emitowanaprzewodami

Promieniowanie „całego”obiektu

Zakłócenia radioelektryczne

Analiza częstotliwości zaburzeń

Pole jest stanem przestrzeni, w której istniejeenergia. Pola elektromagnetyczne mogą być stałe izmienne w czasie. Zmienność pól wyraża się przezliczbę zmian na sekundę, zdefiniowaną jakoczęstotliwość. Długość fali dla pól zmiennych wyrażasię zależnością λ = c / f (gdzie c jest szybkościąświatła). Wyróżniamy pole elektryczne, które jestwywołane obecnością przeciwstawnych ładunkówelektrycznych, czyli napięciem elektrycznym orazpole magnetyczne, wywołane ruchem ładunkówelektrycznych, czyli prądem elektrycznym. Falaelektromagnetyczna składa się ze sprzężonych zesobą pól elektrycznego E i magnetycznego H.


12

1. strefę pola dalekiego (promieniowania), o odległości od źródła większej oddługości fali λ, dla przypadku fali płaskiej zachodzi wtedy pomiędzy natężeniami Ei H zależność: E/H = 377 Ω. W strefie promieniowania parametry polaelektromagnetycznego są jednoznacznie określone.

2. strefę przejściową, o zasięgu od ok. λ/20 do λ. W strefie tej na równi z polami E i Hcharakterystycznymi dla strefy promieniowania występują dodatkowo pola quasistacjonarne o natężeniach zmniejszających się znacznie z drugą a nawet trzeciąpotęgą odległości od źródła pola. W strefie przejściowej rozkład pólmagnetycznych i elektrycznych jest bardzo złożony i nie występuje pomiędzy nimijednoznaczny związek. Przy rozpatrywaniu warunków pracy oraz oddziaływania wstrefie przejściowej pól elektromagnetycznych na ludzi oraz na urządzenia należyuwzględniać zarówno pole E jak i H.

3. strefę pola bliskiego, o zasięgu od źródła pola do ok. λ/20. W strefie tej dominująquasi-stacjonarne składowe pola elektrycznego E i magnetycznego H. Natężeniepola elektrycznego E jest proporcjonalne do napięcia zasilającego źródło pola,a natężenie pola magnetycznego H jest proporcjonalne do prądu płynącegow instalacji źródła pola. Pola strefy bliskiej są najsilniejsze i stanowią poważneźródło zakłóceń dla urządzeń elektrycznych i elektronicznych oraz mogąwprowadzać istotne zagrożenie dla ludzi.

W przypadku źródeł napięć i prądów o częstotliwości sieciowejwytwarzane pole elektromagnetyczne jest zawsze polem bliskimi powinno być charakteryzowane przez natężenie składowej polaelektrycznego E oraz składowej pola magnetycznego H, którychwartości określa się obliczeniowo lub poprzez pomiary.

Dla warunków rzeczywistych obliczenia rozkładu i wartości pól Ei H są bardzo skomplikowane, w praktyce wykonuje się więcpomiary obu składowych. Pomiary takie przeprowadza się przyużyciu odpowiednich przyrządów, z zachowaniem wymaganychprocedur pomiarowych (odpowiednie miejsce, określonawysokość, uwzględnienie wpływu sąsiadujących obiektówprzewodzących oraz warunków atmosferycznych).


13

Oddziaływania i środowisko elektromagnetyczne

mechanizm oddziaływań elektromagnetycznych- siły działające na ładunki elektryczne- oddziaływanie na odległośćpojęcie pola- pole magnetyczne, elektryczne i elektromagnetyczne- pola statyczne i zmienne

środowisko elektromagnetyczne - znormalizowane rodzaje środowisk zpunktu widzenia pól, z punktu widzenia zasilania.

Podstawowe równania elektromagnetyzmu - Prawa Maxwell’a

B – wektor indukcji magnetycznejH – wektor natężenia pola magnetycznego

D – wektor indukcji elektrycznejE – wektor natężenia pola elektrycznegoJ – wektor gęstości prądu przewodnictwa

t - czas

Ez By

vx

εo = ¼π . 10-9 F/m µo = 4π. 10-7 H/m


14

t∂∂−=×∇ B

E

eJ

DH +

∂∂=×∇

t

eρD =•∇

0=•∇ B

3m

V

3m

A

3m

C

3m

Wb

Długość fali elektromagnetycznej

λ = v / f

Prędkość w próżni

vo = 1 / (εoµo)1/2 ≅ 3 x 108 m/s

W innych ośrodkach

v = 1 / (εµ)1/2 = vo / (εrµr)1/2

Gdzie: ε = εrεo i µ = µrµo

Przykład: plexiglass (εr = 3.45, µr = 1)

v = vo / (εrµr)1/2 = vo / (3.45 x 1)1/2 = 0.54 vo

Podstawy elektromagnetyzmuPodstawy elektromagnetyzmu


15

Emisja przewodzona:

Napięcie - Volty (V)

Natężenie prądu - Ampery (A)

Moc – Waty (W)

Emisja promieniowana:

Pole Elektryczne – Volt/metr (V/m)

Pole Magnetyczne – Amper/metr (A/m)

Gęstość mocy – Wat/(metr · metr) (W/m2)

Ponieważ zakres zmian wielkości jest znaczny określa się wielkości w skali decybelowej[ (dB)jednostki ]. Decybele przedstawione są w skali logarytmicznej.

Podstawy kompatybilności Podstawy kompatybilności -- jednostkijednostki

Przeliczenia jednostek:

volt = 10[dBµV /20] x 10-6

volt = 10[dBmV /20] x 10-3

wat = 10[dBµW /10] x 10-6

wat = 10[dBm /10] x 10-3

Przykład – przekonwertuj 36 dBµV na volty:

Volt = 10[36/20] x 10-6 = 10[1.8] x 10-6 = 63.096 x 10-6 = 63.1 µV

Podstawy kompatybilności Podstawy kompatybilności -- jednostkijednostki


16

Podstawę kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) tworzą normymiędzynarodowe opracowywane przez IEC (InternationalElectrotechnical Commission - Międzynarodowa KomisjaElektrotechniczna) i CISPR (Comite International Special desPerturbations Radioelectriques - Międzynarodowy Komitet Specjalnyds. Zakłóceń Radioelektrycznych z siedzibą w Genewie).Od tych norm międzynarodowych wywodzi się duża liczba aktówprawnych używanych w różnych blokach gospodarczych w Europie,Ameryce i Azji. W przepisach i normach zarówno polskich jak imiędzynarodowych dotyczących problematyki pólelektromagnetycznych szczegółowo określa się dopuszczalnepoziomy zakłóceń i metody badań. Ich geneza sięga Dyrektywy UniiEuropejskiej EMC/89/336/EEC ważnej od 01.01.1996, aograniczenie poziomu zakłóceń elektromagnetycznych jestobligatoryjne we wszystkich krajach członkowskich UE [2].

PrawodawstwoPrawodawstwo

Product SpecificProduct Specific

Product FamilyProduct Family

GenericGeneric

Klasyfikacja norm wg zakresów ważności:

• samodzielnie sformułowane normy,

• normy zakładowe, np. w przemyśle,

• normy branżowe, np. samochody,

• normy krajowe,

• normy europejskie,

• normy globalne (międzynarodowe).


17

Celem dyrektyw jest likwidowanie przeszkód przy wprowadzaniuproduktów na rynek.

Dyrektywy nie mają mocy prawnej. Stwarzają jedynie podstawę doprzygotowywania aktów prawnych w krajach członkowskich Unii.

Pozwala to ujednolicić wymagania stawiane produktom pojawiającymsię na rynku we wszystkich krajach Unii. Dzięki jednolitemu prawodawstwu,produkt spełniający wymagania dopuszczenia do sprzedaży w jednymkraju może być sprzedawany w pozostałych krajach członkowskich.

Dostawca produktu na rynku sam pisemnie deklaruje spełnieniewymagań odpowiedniej dyrektywy lub dyrektyw, ponosząc wszelkiekonsekwencje tego faktu. Potwierdzeniem tego jest znak CE umieszczonyna produkcie.

Council directive 89/336/EEC of 3 May 1989

on the approximation of the laws of the Member States relating to electromagnetic compatibility

amended by Directives 91/263/EEC, 92/31/EEC,93/68/EEC, 93/97/EEC

Pierwsza Dyrektywa EMC


18

1. Cele dyrektywy• wykreowanie akceptowalnego środowiska elektromagnetycznego,• zapewnienie swobodnego obrotu urz ądzeniami w ramach UE.

2. drogi osi ągnięcia celów • ograniczenie emisji zakłóce ń i podniesienie odporno ści EM,• wprowadzenie oznaczenia zgodno ści europejskiej CE.

Dyrektywa EMC

Trzy drogi uzyskiwania znaku zgodno ści europejskiej CE


19

CE

CE

CE

CE

komputer indywidualny - PC

drukarka

przewód!

Przykład prostego systemu, który poddany zostanie badaniom (kilka urządzeń sprzężonych przez przewód)

CE & CE =/==

CE

BASIC STANDARDS – normy podające podstawowe warunki i regułyzachowania wystarczającej kompatybilności (oraz obowiązującenazewnictwo).

GENERIC STANDARDS – normy odnoszące się do określonychśrodowisk (np. domowych lub przemysłowych).

PRODUCT STANDARDS – normy odnoszące się do pewnych typówaparatów (rodzin aparatów).

Współzale żność rodzajów norm

EMC


20

Normy Rodzajowe (Generic Standards) dotyczą wszystkich urządzeń,zgrupowanych w trzech kategoriach, zgodnie z którymi nazwano też GrupyNorm:

Klasa 1 (pierwsza część normy):środowisko mieszkalne (rezydencjalne), handlowe i drobnej wytwórczości;

Klasa 2 (druga część normy):środowisko przemysłowe;

Klasa x według szczególnych ustaleń.

Dla klasy 1 tzn. środowiska mieszkalnego, handlowego i drobnejwytwórczości, poziomy dopuszczalne zakłóceń emitowanych są wyższe niżdla klasy 2 (tj. sektora przemysłowego), natomiast w przypadku odpornościna zakłócenia te poziomy są niższe.

Normy Generic wyróżniają trzy kategorie objawów i efektów, które mogąwystąpić podczas badań odporności na zaburzenia:

Kategoria A):zakłócenia nie występują,

Kategoria B):zakłócenia występują, ale badany obiekt po wyłączeniu sygnałuzakłócającego ponownie pracuje bez zarzutu,

Kategoria C):utrata zdolności funkcjonalnych podczas badania, ale poprawne działaniepo ponownej regulacji badanego obiektu.

Generic nie są regulaminem badań, lecz zawierają zbiór metod ichprzeprowadzania dopuszczalnymi poziomami zakłóceń emitowanych imaksymalnymi poziomami odporności na zakłócenia dla urządzeń wpewnym założonym środowisku elektromagnetycznym.

Studia podyplomowe TEO 2014-01-18mazurek.pollub.pl/emc_teo1.pdf · 2014. 1. 18. · Studia...

Documents

Transcript of Studia podyplomowe TEO 2014-01-18mazurek.pollub.pl/emc_teo1.pdf · 2014. 1. 18. · Studia...