Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

CW01 - Teorie měření a regulace Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb © 2010 - Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2010/2011 cv. 6.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "CW01 - Teorie měření a regulace Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb © 2010 - Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2010/2011 cv. 6."— Transkript prezentace:

1 CW01 - Teorie měření a regulace Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb © Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2010/2011 cv. 6.

2 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 A Další pokračování o „souvisejících problémech“ měření a snímačů ………… a to o RUŠENÍ …… ……

3 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 A aneb RUŠENÍ Základy elektromagnetické kompatibility

4 Rušení a odrušování patří k základním elektro- technickým jevům, protože přímo a nezaměni- telně souvisejí s jejich podstatou a hlavně s re- alitou působení elektrického proudu v reálných soustavách. Hlavním zdrojem rušení jsou nedokonalé spoje a kontakty, dále pak proudové nárazy – např. od zapínání velkých spotřebičů, zejména s převažujícím indukčním charakterem T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

5 Elektromagnetické rušení je proces, při kte- rém se signál, generovaný zdrojem rušení, pře- náší prostřednictvím elektromagnetické vazby do rušených systémů. Je neoddělitelné od jakéhokoliv zařízení, které ke své funkci (činnosti) potřebuje elektromag- netické pole. Je neoddělitelné od jakékoliv lidské činnosti T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

6 Rušením se rozumí generování užitečných a nezbytných, ale i nežádoucích elektro- magnetických polí různé intenzity a kmi- točtového spektra T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušováním se pak rozumí zamezení přístupu rušení k přístroji a rovněž omezení působení přístrojem vyvolaných vlastním rušením do okolí.

7 Elektromagnetická kompatibilita (slučitelnost) EMC je definována jako schopnost zařízení, systému či přístro- je vykazovat správnou činnost i v prostředí, v němž pů- sobí jiné zdroje elektromagnetických signálů (přírodní či umělé – lidskou činností vznikající). A naopak svou vlastní "elektromagnetickou činností" ne- přípustně neovlivňuje své okolí, tj. nevyzařuje signály, které byly rušivé pro jiná zařízení. (nebo na jejich činnost rušivě působily) T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

8 Elektromagnetická kompatibilita vznikla jako samo- statná vědecko-technická disciplína (po předcházejícím údobí zkoumání a sledování problémů, které elektromag- netické rušení vyvolává) začátkem šedesátých let 20. sto- letí v USA a poměrně dlouhou dobu 10 až 15 let byla předmětem zájmu jen úzkého okruhu odborníků-elektro- niků pracujících ve vojenském a kosmickém průmyslu. Její průnik do běžného života souvisí s prudkým rozvojem elektroniky, zejména mikroprocesorové a komunikační techniky v posledních desetiletích T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

9 Základní pojmy EMC = elektromagnetická kompatibilita - Electromagnetic Compatibility EMS = elektromagnetická susceptibilita (imunita) - Electromagnetic Susceptibility nebo Electromagnetic Immunity EMI = elektromagnetická interference - Electromagnetic Interference Tři pojmy …… T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

10 Základní pojmy V němčině se používá pojmu "Elektromagnetische Verträglichkeit" (EMV) V ruštině "Elektromagnitnaja sovměstimmosť". V češtině byl dříve někdy užíván pojem "elektromagne- tická slučitelnost“ --- dnes se používá správnější název „elektromagnetická kompatibilita“ Tři pojmy …… T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

11 Základní pojmy EMC = elektromagnetická kompatibilita - Electromagnetic Compatibility Je definována jako schopnost zařízení uspokojivě pracovat v daném elektromagnetickém prostředí (okolí). Zároveň je definována jako soubor zkoušek a měření, jejichž splnění znamená vyhovující výrobek nebo vyhovující stav elektromagnetického pole. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

12 EMC …… Zákazník si pod tímto pojmem představuje výsledky (zcela nezbytně a pochopitelně vyhovující) měření odolnosti proti rušení a minimalizaci jeho negativního působení na okolí Základní pojmy T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

13 Základní pojmy EMC = …… Technik (projektant, návrhář, technolog, vedoucí výroby) si pod tímto pojmem představuje celou škálu úloh vyplývajících z povahy rušení, nutnosti zjištění zdroje a příčiny, včetně následných kroků vedoucích k odstranění rušení a minimalizaci jeho negativního působení na okolí. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

14 EMS = elektromagnetická susceptibilita (imunita) - Electromagnetic Susceptibility nebo Electromagnetic Immunity Elektromagnetická citlivost či elektromagnetická odolnost vyjadřuje schopnost zařízení pracovat bez poruch nebo s přesně definovaným přípustným vlivem v prostředí, v němž se vyskytuje elektromagnetické rušení Základní pojmy – další význam T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

15 EMS = …… EMS se zabývá technickými opatřeními, které zvyšují elektromagnetickou imunitu objektu (přijímače rušení), tedy jeho odolnost proti vlivu rušivých signálů Základní pojmy – další význam T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

16 EMS = …… EMS jako celek je velice široký, obsáhlý a komplexní vědní obora zabývá se především technickými opatřeními. EMS se týká spíše odstraňování důsledků rušení, bez odstraňování jejich příčin Základní pojmy – další vysvětlení T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

17 EMI = elektromagnetická interference - Electromagnetic Interference Elektromagnetické rušení je proces, při kterém se signál, generovaný zdrojem rušení přenáší prostřed- nictvím elektromagnetické vazby do rušených systémů. EMI se zabývá především identifikací zdrojů rušení, popisem a měřením rušivých signálů a identi- fikací parazitních přenosových cest Základní pojmy – další význam T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

18 EMI = ……. Kompatibility celého systému se dosahuje technickými opatřeními především na straně zdrojů rušení a přenosových cest vzniklého rušení. EMI se tak týká hlavně příčin rušení a jejich odstraňování Základní pojmy – další význam T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

19 EMI = …… Velmi rozsáhlou a důležitou oblastí je měření EMI, především měření rušivých signálů a jejich identifikaci. Zahrnuje měřicí metody a postupy pro kvantitativní hodnocení vybraných parametrů hlavně na rozhraních zdrojů a přijímačů rušení Základní pojmy – další význam T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

20 EMI = …… Problematika měření, která je pro závěrečné posouzení EMC daného zařízení vždy rozhodující, je navíc komplikovaná tím, že i samotné měřicí zařízení je (či může být) zdrojem a současně přijímačem rušivých signálů, což je nutno při měření respektovat (technicky, kalibračně, početně). a jejich odstraňování Základní pojmy – další význam T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

21 vazbu Z hlediska fyzikálního principu (který je obvykle pro možnost potlačení parazitních vazeb nej- důležitější) rozlišujeme vazbu galvanic- kou, kapacitní, induktivní a vazbu vyzařo- váním (vazbu elektromagnetickým polem). Jejich základní principy působení mezi dvěma vodiči či obvody 1 a 2 jsou schematicky naznače- ny na následujícím obrázku T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Základní pojmy – další význam EMI = ……

22 Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 a)b)c)d) Obr Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním EMI = …… principy vazebního působení

23 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 EMI = …… principy ochrany Feritové kroužky, příp. feritové perličky navlečené na vodičích Obr Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním

24 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Obr Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním Vedení s útlumovým pláštěm EMI = …… principy ochrany

25 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Obr Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním Optočlen EMI = …… principy ochrany

26 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Obr Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním Optický kabel, optická linka EMI = …… principy ochrany

27 Základní pojmy - vztahy T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

28 testování elek- tromagnetické odolnosti objektů V současné době se rychle rozvíjí i oblast testování elek- tromagnetické odolnosti objektů pomocí tzv. simuláto- rů rušení (EMC simulátory). Jde tedy v podstatě o praktické ověření stupně EMC na- vrženého zařízení. Testování Testování se provádí nejen na hotových zařízeních, ale zejména již v průběhu jejich vývoje. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Obecně řečeno

29 počítačové simulacea modelování EMS i EMI Další velmi rozsáhlou je i oblast počítačové simulace a modelování EMS i EMI, využívající rozsáhlých softwa- rových produktů mnoha firem. Tento přístup je výhodný zejména ve stádiu návrhu a vý- voje daného zařízení, kdy poskytuje základní výchozí po- znatky o úrovni jeho EMC a umožňuje tak realizovat optimální technický návrh zařízení z hlediska EMC. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Obecně řečeno

30 Zařízení nebo systémy (a to jak technické, tak i biologic- ké) musí být odolné vůči působení jiných zařízení a ne- smí přitom samy nepříznivě ovlivňovat normální funkci jiných systémů či zařízení. Přitom každý systém nebo zařízení, nebo jejich určitá část, může být současně vysílačem (zdrojem) i přijíma- čem (tj. obětí) rušení. Je tedy vyšší a širší pojem než prostá spolehlivost daného zařízení. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Obecně řečeno

31 Jeden ze zakladatelů - H. M. Schlike - již v roce 1968 řekl: "Systém sám o sobě může být provozně dokonale spolehlivý - v reálném praktickém provozu bude však téměř bezcenný, pokud současně nebude elektromag- neticky kompatibilní (odolný). Spolehlivost a elektro- magnetická kompatibilita jsou neoddělitelné požadavky na systém, který má fungovat v každé době a za všech okolností". T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

32 Nutnost zabývat se touto oblastí je důsledkem neustále stoupajícího množství elektrických a elektronických za- řízení (spotřebičů) a zároveň neúnosně stoupající úroveň elektromagnetických polí vytvářených mimo přírodní zdroje – tedy lidskou činností a jejími výtvory. Od jednoho z nejméně působících zdrojů = mikrovlnek v domácnostech, přes mobilní telefony a radiová pojítka, WiFi sítě, řadu lékařských přístrojů, přes televizní a roz- hlasové vysílání až po stykače, spinače, motory a gene- rátory a jejich řízené pohony. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

33 Principiálně nedílnou součástí těchto polí jsou rušení v kmitočtových pásmech od 0 (tj. prakticky subakustických kmitočt, cca Hz) až do hodnot 10 4 GHz (prakticky po kmitočty kosmického záření). Souvisejícím faktem, který velice nepříznivě ovlivňuje danou situaci právě v oblasti EMC je, že řada zdrojů elektromagnetických polí pracuje na poměrně vysokých výkonových úrovních – technicky měřitelných od mW po stovky MW. Odhaduje se, že v úrovních výkonu může být maximální poměr až 200 dB, tj násobek. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

34 V takto vzniklých a působících elektromagnetických po- lích – musí pracovat (přímo ve stejných zařízeních nebo v zařízeních sousedících) citlivé „přijímače“ pracující na obdobných kmitočtech – např. citlivé zesilovače či nebo mikroprocesorové obvody. Těmto obvodům pracujícím často při extrémně nízkých úrovních výkonu - řádově až W – stačí velmi slabá pole k narušení jejich bezchybné funkce. velká Pravděpodobnost vzájemného rušení je za těchto pod- mínek skutečně velká. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

35 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 V praxi, kdy citlivá elektronická zařízení musí pracovat v prostředí se silným rušením, vznikají značně obtížné situace. Např. vstupní měřicí ústředna technologického řídicího počítače je spojena s výrobním procesem (technologií) prostřednictvím množství čidel, k nimž často vedou i ně- kolik set metrů dlouhé přívodní kabely nesoucí signály nízkých úrovní – méně než jednotky mV nebo mA.

36 Propojovací kabely jsou přitom vystaveny působení sil- ných rušivých polí schopných do nich naindukovat na- pětí dosahující desítek až stovek voltů. Tak vzniknou parazitní signály - impulsní nebo harmo- nické – ty pak mohou být (mylně) vyhodnoceny jako in- formace došlé z technologického procesu a mohou mít za následek nesprávný zásah (mnohdy automaticky provede- ný řídicím systémem) s možným rizikem hospodářských škod, havárií na technickém zařízení, ale i ohrožení živo- ta či zdraví lidí. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

37 V odborném tisku byla publikována a přesně popsána řada příkladů, kdy nedodržení požadavků EMC mělo katastrofální následky – na majetku i lidských životech. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Zničení stíhacího letounu NATO typu Tornado v r Příčinou katastrofy bylo rušení elektronického řídicího systému letadla jiným elektromagnetickým vlněním - vysílačem velkého výkonu v Holkirchenu u Mnichova v SRN. V důsledku selhání automatického systému řízení se letadlo zřítilo z výšky 230 m při rychlostí 800 km/hod. Hmotná škoda byla vyčíslena na 100 miliónů marek.

38 Potopení britského křižníku Sheffield v roce 1982 během falk- landské války argentinským letadlem. Příčinou bylo nedodržení elektromagnetické kompatibility mezi palubním komunikačním zařízením lodi a jejím rádiovým obranným systémem určeným k rušení cílové navigace nepřátelských raket – konstrukčně-výrobní pochybení a opomenutí. Výsledkem byly poruchy při vlastní rá- diové komunikaci křižníku a proto byl během rádiového spojení lodi s velitelstvím ve Velké Británii vypínán. V tété době odpálilo argentinské letadlo raketu Exocet, která křižník potopila. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Kromě obrovských materiálních škod přišlo dvacet lidí přišlo o život..

39 Havárie v hutích na průmyslovém východě USA v roce Příčinou havárie bylo rušení mikroprocesorového systému řízení jeřábu, přenášejícího licí pánev s tekutou ocelí příruční „walkie- talkie“. Licí pánev se předčasně převrhla. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Rozžhavený kov zabil na místě jednoho dělníka a čtyři další vážně zranil.

40 Ztráta rádiového spojení mezi vysílači a přijímači, když dochá- zelo k intenzivnímu rušení rádiového spojení a k poruše funkce automatického havarijního vypínání důlního kombajnu. Stalo se na lodích Labské plavby a v dolech na Ostravsku. Ve všech těchto případech byl zdrojem rušení tyristorový měnič a obvody výko- nových tranzistorových napáječů. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

41 Havárie ve zdravotnických zařízeních. Diagnostická souprava na JIPce monitorovala dech, tep a teplotu připojených pacientů. Spínání okolních silových spotřebičů však vyvolávalo v kardioskopu přídavné pulsy, které byly vyhodnoco- vány jako nesynchronní tep srdce. Navíc, vadný startér zářivkové- ho svítidla poblíž jednotky, který spínal každou sekundu, vyvolá- val trvale hlášení překročení meze tepů a blokoval měření. Celá souprava byla naprosto neodolávající rušení, takže musela být vy- měněna za jiný (obdobný, funkčně shodný) systém od jiného vý- robce. Systém splňoval přísnější požadavky EMC. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Cena v tomto případě nebyla prioritní (a také ale nebyla zanedbatelná).

42 Součástí působení rušivých vlivů je i oblast indukované- ho přepětí a statické elektřiny. Obě působení vyvolávají i „klasické“ rušení a mají tedy i odpovídající následky. Při každé bouřce je přepětím poškozována řada elektro- nických zařízení, počítačů, telefonních ústředen a konco- vých komunikačních zařízení, jako faxy, záznamníky a telefony. Důvodem je nedostatečná odolnost těchto zařízení proti přepětí a nevhodné či chybějící přepěťové ochrany na vedení. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

43 biologických EMC biologických systémů se zabývá celkovým "elek- tromagnetickým pozadím" našeho životního prostředí a přípustnými úrovněmi rušivých i užitečných elektromag- netických signálů (přírodních i umělých) s ohledem na jejich vlivy na živé organismy. Tyto vlivy jsou pozorovány již delší dobu, ale výsledky dosavad- ních biologických a biofyzikálních výzkumů v této oblasti nejsou zdaleka jednoznačné. Biologické účinky elektromagnetického pole závisí na jeho charakteru, době působení i na vlastnostech organis- mu. Protože nejsou známy receptory pole (tj. vstupy elektromagne- tického pole do organismu), posuzují se tyto účinky jen podle ne- specifických reakcí organismu. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

44 Každý z biologických systémů (člověk) reaguje na půso- bení elektromagnetického pole jinak, protože jeho adap- tační, kompenzační a regenerační možnosti a schopnosti jsou individuální. Nežádou- cí vliv na člověka Existuje řada konkrétních klinických studií zaměřených na vyšší ex- pozice elektromagnetickým polem v pracovním procesu. Nežádou- cí vliv na člověka je nejen přímé působení elektromagnetického po- le na pracovišti (obsluha vysílačů, radiolokátorů, výpočetních stře- disek apod.), ale i dlouhodobé bezděčné působení elektronizované- ho životního prostředí venku a doma, kde lidi tráví hodiny svého času - "společností" jsou elektrická a elektronická zařízení (TV a rozhl. přijímače, kuchyňské spotřebiče, osobní počítače, …). T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

45 Problematikou EMC biologických systémů se zabývají výzkumná lékařská pracoviště s cílem posoudit odolnost lidského organismu vůči elektromagnetickým vlivům, mechanismy jejich působení apod. U vysokofrekvenčních a mikrovlnných polí jsou relativně nejvíce objasněny tzv. tepelné účinky, tj. účinky, které se objeví jako výsledek ohřevu tkání vystavených vysokým úrovním polí. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

46 prahových výkonových hustot tepelné poškození organismu, Příslušné hodnoty prahových výkonových hustot elektro- magnetického pole na velmi vysokých kmitočtech, při jejichž pře- kročení může nastat tepelné poškození organismu, jsou: 0,3 až 3 GHz mW/cm 3 až 30 GHz mW/cm 30 až 300 GHz mW/cm V České republice se této problematiky týká Vyhláška ministerstva zdravotnictví č. 408/1990 Sb, která stanovuje poměrně přesné po- žadavky pro práci a pobyt osob v elektromagnetickém poli. Stanovuje největší přípustné velikosti ozáření jak pracovníků, tak i "běžného" obyvatelstva. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

47 Všechny způsoby a postupy měření, stejně tak jako hod- noty (dovolených nebo přesněji „přípustných“) rušivých úrovní, dané průběhy vyhovujících výsledků a metodika měřicích postupů a zkoušek je uložena v normách ČSN (např. řady ČSN 61000), a ve speciálních předpisech a ná- vodech. Obdobně normy a předpisy týkající se EMC existují ve všech vyspělých zemích T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

48 Elektromagnetická kompatibilita systémovou a integrující disciplínu aspekty finanční a ekonomické Elektromagnetická kompatibilita představuje výrazně systémovou a integrující disciplínu mající navíc výz- namné aspekty finanční a ekonomické. Respektování EMC při vývoji, konstrukci a výrobě prak- ticky všech elektrotechnických a elektronických zařízení je již v současné době nezbytnou podmínkou jejich pro- dejnosti na všech trzích. Pro export výrobků českého průmyslu na světové trhy, musejí výrobky vyhovovat i dalším normám T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

49 direk- tiva č. 89/336/EEC - ze dne Dnem 1. ledna 1996 ve všech zemích EU vstoupila v plat- nost jednotná a přísně sledovaná i sankcionovaná direk- tiva č. 89/336/EEC - ze dne „o sbližování zá- konů členských států v oblasti elektromagnetické kom- patibility“. Direktiva předepisuje obecné požadavky EMC pro uve- dení přístroje či zařízení na trh. Bez splnění finančně sankcionován a zakázán. Bez splnění všech těchto požadavků, a jeho závazného prokázání, je prodej zařízení (ale i jeho vystavení či rek- lama) finančně sankcionován a zakázán T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

50 Základní řetězec EMC a jeho především metodologický význam motory, spínače, relé, energetické rozvody, polovodičové měniče, zářivky, pece oblou- kové, svářečky, os- cilátory, počítače, číslicové systémy, elektrostatický výboj vzdušný prostor, energetické kabely, napájecí vedení, zemnění, stínění, signálové vodiče, datové vodiče číslicová technika, počítače, měřicí zařízení a přístroje, automatizační prostře dky, telekomunikač- ní systémy, systémy pro přenos dat, rozhlasové a tele- vizní přijímače T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

51 První oblast zdrojů elektromagnetického rušení zahrnuje zkoumání obecných otázek mechanismů vzniku rušení, jeho charakteru a intenzity. Patří sem jednak tzv. přírodní (přirozené) zdroje rušivých signálů (Slunce, kosmos, elek- trické procesy v atmosféře apod.), jednak tzv. umělé zdro- je rušení, tj. zdroje vytvořené lidskou činností ("man made noise"), k nimž patří technická zařízení - zapalovací systémy, elektrické motory, výroba, přenos a distribuce elektrické energie, elektronická zařízení, elektronické sdě- lovací prostředky, tepelné a světelné spotřebiče apod T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

52 Druhá oblast zdrojů elektromagnetického rušení se zabý- vá elektromagnetickým přenosovým prostředím a vazba- mi, tedy způsoby i cestami, kterými se rušící energie ze zdroje rušení dostává do rušených objektů - přijímačů rušení T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

53 Třetí - konečná oblast se zabývá problematikou objektů či přijímačů rušení a klasifikací typů, podrobnou specifi- kací rušivých účinků na základě analýzy konstrukčních a technologických parametrů zařízení i z toho plynoucí je- jich elektromagnetickou odolností. Skutečná souvislost uvedených tří oblastí základního ře- tězce EMC je samozřejmě mnohem složitější. Ve skutečném řetězci EMC se nikdy nejedná o jediný zdroj rušení a jediný přijímač, ale vždy o vzájemné vztahy více systémů vzájemně se všestranně ovlivňujících T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

54 zcela odstranit Pokud by se podařilo zcela odstranit kteroukoli část to- hoto řetězce, ztratila by elektromagnetická kompatibilita svůj smysl, neboť dané zařízení či systém by byl absolut- ně kompatibilní. Kromě obávanějšího průmyslového a přepěťového rušení mohou ohrozit správnou činnost elektronického systému i rušivé signály kontinuálního (spojitého) charakteru, je- jichž působení trvá obvykle buď nepřetržitě (příp. jen s krátkými přerušeními) nebo alespoň relativně delší dobu T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

55 NEMP - Nuclear Electromagnetic Pulse), Zvláštním zdrojem rušení je tzv. nukleární elektromag- netický impuls (NEMP - Nuclear Electromagnetic Pulse), který vzniká jako doprovodný jev při jaderném výbuchu. Ochrana je řešena v rámci vojenské speciální výroby (tak- že je součástí utajovaných skutečností) a pro běžnou si- tuaci je málo využívána – její cena je vysoká a kromě jaderné techniky a energetiky se jeví „zbytečná“ T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

56 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Rozlišují se dva různé typy zkoušek: -typové zkoušky prováděné v laboratoři; -zkoušky prováděné po instalaci zařízení v podmínkách jeho ko- nečné montáže (post-instalační zkoušky). Zkušební úrovně dle ČSN EN V normě ČSN EN , která se vztahuje na zařízení použí- vaná v prostředí obytném, obchodním a lehkého průmyslu. Zkušební plán musí být odsouhlasen výrobcem a zkušební labora- toří i uživatelem. Zkušební úroveň nesmí za žádných okolností přesáhnout specifi- kaci výrobku.

57 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Zkouška musí být provedena podle zkušebního plánu včetně ově- ření vlastností zkoušeného zařízení tak, jak jsou definovány v tech- nické specifikaci. Zkoušené zařízení musí být provozováno v jeho normálních pro- vozních podmínkách – při standardní nebo předem vyspecifiko- vané činnosti.

58 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Zkušební plán musí specifikovat: - typ zkoušky, která bude prováděna - zkušební úroveň - polaritu zkušebního napětí (povinné jsou obě polarity) - interní nebo externí buzení generátoru - trvání zkoušky, ne kratší než 1 minuta - počet aplikací zkušebního napětí - vstupy zkoušeného zařízení, které se podrobují zkoušce - reprezentativní provozní podmínky zkoušeného zařízení - posloupnost aplikací zkušebního napětí na vstupy, jak následují po sobě, nebo posloupnost aplikací na kabely příslušející k více než jednomu obvodu, atd. - pomocná zařízení.

59 Grafické znázornění – pro laboratorní typovou zkoušku T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

60 Grafické znázornění – pro laboratorní typovou zkoušku T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

61 Znázornění vzájemné působení různých systémů je tedy velmi slo- žité a komplexní, což je aspoň náznakově naznačeno,.,. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

62 Každé elektrotechnické zařízení je současně jak zdrojem elektromagnetického rušení, tak i jeho přijímačem pracu- jícím v určitém elektromagnetickém prostředí. Pro každé takové zařízení definuje obecná norma ČSN-IEC některé základní pojmy, jejichž základní vztah je na obrázku T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

63 Grafické znázornění – úrovně: vyzařování a odolnosti T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 rezerva EMC

64 Úroveň vyzařování je rušení generované samotným kon- krétním spotřebičem či zařízením měřené předepsaným způsobem a vyjádřené např. v [dBm] v závislosti na kmi- točtu. Mez vyzařování je maximální přípustná (tj. normami po- volená) úroveň vyzařování daného zařízení. rezerva Rozdíl těchto úrovní vyjadřuje tzv. rezerva návrhu da- ného zařízení z hlediska EMI T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

65 Podobně … Úroveň odolnosti Úroveň odolnosti je maximální úroveň rušení působícího na konkrétní zařízení, při němž nedochází ještě ke zhor- šení jeho provozu. Mez odolnosti Mez odolnosti je nejnižší normou požadovaná úroveň odolnosti daného zařízení. Rozdíl Rozdíl obou těchto úrovní udává rezervu návrhu zařízení z hlediska odolnosti k EMS T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

66 Rozdíl meze (mezí) odolnosti a meze (mezí) vyzařování je nazýván rezervou (rozpětím) EMC daného zařízení. kompa- tibilní úrovně Výše uvedená norma zavádí rovněž pojem tzv. kompa- tibilní úrovně, jakožto úrovně rušení, při níž je dosaženo ještě "přijatelně vysoké" pravděpodobnosti EMC zařízení. Rozdíly mezí vyzařování a mezí odolnosti vůči této kom- patibilní úrovni (v [dB]) jsou nazývány rezerva (rozpětí) vyzařování a rezerva (rozpětí) odolnosti T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

67 vyhovělo Aby zkoušené zařízení vyhovělo požadavkům EMC, musí být úroveň jeho vyzařování vždy nižší než maximální pří- pustná úroveň, tj. než mez vyzařování. Podobně úroveň odolnosti zařízení musí být vždy větší než minimální požadovaná úroveň, tj. než mez jeho odolnosti. Navíc, mez odolnosti musí být vyšší než mez vyzařování, neboť jen tak je dosaženo dostatečné rezervy EMC daného zařízení T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

68 rezervy návrhu Konkrétní velikosti rezervy návrhu zařízení z hlediska EMI a EMS nejsou nijak předepsány a jejich míra je výlučnou záležitostí výrobce daného zařízení. Jsou-li rezervy zvoleny příliš velké, vede to ke zbytečné- mu zvýšení nákladů - na odrušení, na parametry odrušo- vacích prostředků, na stínění a na další ochranu EMC. Vývoj i konečná cena daného zařízení se tím zvyšuje T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

69 dodatečně odrušováno Naopak, jsou-li rezervy návrhu příliš malé, vzniká velké riziko, že zařízení nevyhoví zkouškám EMC či provozním požadavkům a musí být dodatečně odrušováno, odstiňo- váno apod., což je obvykle ještě pracnější a nákladnější než v předchozím případě. Ukazuje se, že v závislosti od velikosti a rozsáhlosti zaří- zení by optimální náklady na zajištění EMC měly činit asi 2 až 10 % celkových vývojových nákladů zařízení. Jsou-li otázky EMC sledovány od samého počátku vývoje zařízení, lze náklady snížit dokonce pod hodnotu 1 % T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

70 Klasifikaci rušení i jejich zdrojů Klasifikaci rušení i jejich zdrojů lze uskutečnit podle mnoha různých hledisek. Některé možné případy jsou naznačeny v obrázku. Z hlediska zamezení rušení jsou v centru naší pozornosti především umělé interferenční zdroje, tj. zdroje vzniklé lidskou technickou činností. Přírodní (přirozené) zdroje rušivých signálů musíme brát jako fakt, jehož vzniku většinou nemůžeme zabránit; zbývá tedy jen předcházet jejich následkům T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

71 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Klasifikace interferenčních signálů ČSN-EN 55014

72 mžikovou (impulsní) po- ruchu Uvedená norma definuje tzv. mžikovou (impulsní) po- ruchu jako poruchu s dobou trvání ne delší než 200 ms, která je oddělena od následující mžikové poruchy nej- méně o 200 ms. Mžiková porucha může skládat z nepřerušené řady impulsů nebo být tvořena seskupením jednotlivých impulsů kratších než 200 ms. Oba tyto časové intervaly jsou vztaženy k úrovni mezí spojitého rušení. Jednorázová mžiková porucha jako nepřerušená řada impulsů (a) a jako seskupení jednotlivých impulsů (b) netrvající déle než 200 ms T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

73 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Jednor á zov á mžikov á porucha – omezení doby trvání na max. 200 ms.

74 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Vyhodnocení mžikových poruch: nespojité rušení - a) dvě mžikové poruchy v intervalu 2s vzdá- lené od sebe o více než 200 ms; spojité rušení - b) jedna mžiková porucha delší než 200 ms, c) dvě mžikové poruchy v odstupu menším než 200 ms

75 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Vyhodnocení mžikových poruch: spojité rušení - d) více než dvě poruchy v intervalu 2 s.

76 Grafické znázornění typických případů průběhů rušivých signálů pro napětí v napájecí energetické síti - mohou se projevovat různý- mi formami deformace harmonického napájecího napětí 50 Hz.. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

77 polovodičová usměrňovací a řídicí technika Další typ rušení související se spínacími pochody – objevil se oko- lo roku 1970 – přinesla polovodičová usměrňovací a řídicí technika. Tj. usměrňovače diodového či tyristorového a triako- vého typu a tyristorové řízení výkonových průmyslových zařízení (pohonů), např. nejrůznějších hnacích strojů v průmyslových pod- nicích a výrobnách, hnacích soustrojí tramvají, trolejbusů, loko- motiv. Dále při tyristorové regulaci otáček velkých motorů, např. u výtahů, těžních klecí a podobných strojních systémů. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

78 Při činnosti všech těchto obvodů a zařízení jsou opakovaně spínány velké proudy, takže zde vznikají rušivá napětí v podobě periodicky se opakujících impulsů doprovázená silnými rušivými eklektro- magnetickými poli. Napěťové pulsy značně deformují průběh na- pájecího napětí. Kmitočtové spektrum rušivých signálů sahá až do kmitočtů desítek MHz. Jsou-li tyto usměrňovače a polovodičové spínače, regulátory či měniče připojeny k energetické napájecí síti přímo bez patřičné filtrace, příp. bez přepěťových ochran, deformují svými výstupními průběhy síťové napětí do té míry, že mohou způsobit celoplošné výpadky energetické sítě. Viz následující obrázky. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

79 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Obr Deformace síťového napětí vlivem diodového usměr- ňovače a polovodičových měni- čů – reálné průběhy sejmuté z obrazovky osciloskopu.

80 kolektory elektrických motorů V praxi jedním z nejrozšířenějších zdrojů průmyslového rušení jsou kolektory elektrických motorů. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušení kolektorového motoru

81 mechanickcých stykačů a jističů, případně me- chanických relé Další typ rušení vzniká v napájecích sítích nízkého napětí při čin- nosti mechanickcých stykačů a jističů, případně me- chanických relé. Při přechodovém jevu rozpojování obvodu obsahujícího indukčnost dochází v okamžiku rozpojení kontaktů k rychlé změně (přerušení) proudu (se strmostí hrany proudového impulsu) di/dt a tím na indukčnosti (cívce) vzniká vysoké rušivé napětí u = -L.di/dt. Mezi kontakty vznikne obloukový výboj, který představuje „spoj“ a proto napětí mezi oběma kontakty klesne skokem k nule. Následkem poklesu napětí musí být, že výboj zhasne. Vzhledem k oscilačnímu principu daného účastí indukčnosti v obvodu bude děj pokračovat tím, že mezi kontakty opět narůstá napětí. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

82 Proces se opakuje pokud jeho velikost opět překročí průraznou pev- nost vzduchu mezi vzdalujícími se kontakty spínače (to záleží na velikosti rozpojovaného napětí, na rychlosti vzdalování se kontaktů spínače i na velikosti indukčnosti rozpojovaného obvodu), oblouk mezi kontakty se opět zapálí a celý děj se může několikrát opakovat. Na rozpojovaných kontaktech vznikají velmi strmé impulsy s krát- kou náběžnou hranou jen několika ns, ale s napětím několika kV – lze aplikovat obrázek s tvarem proudového impulsu při úderu blesku (viz dále). Výsledkem je jednak vznik rušivě působícího elektromag- netického pole a jednak i možnosti vzniku naindukova- ného přepětí. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

83 venkovní energetická ve- dení Značně silné rušící účinky vykazují venkovní energetická ve- dení vysokého (vn) a velmi vysokého (vvn) napětí. Patří k těm zdrojům rušení, která se obtížně vyhledávají a ještě obtížněji odstraňují. Produkované rušivé spektrum sahá od kHz až ke GHz. Výsledkem je, že negativně ovlivňuje provoz jakékoli radiokomuni- kační služby a řadu dalších elektronických (např. lékařských aj.) zařízení a přístrojů – včetně měřicích a řídících systémů. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

84 Zdrojem rušivých signálů vedení vn a vvn jsou výboje dvojího druhu. Koronové Koronové výboje vznikají jen u vedení vvn (110 kV a více) na nerovnostech vodičů, na armaturách a zařízeních rozvoden. Korona se podobá doutnavému výboji a její spektrální složky nepře- sahují 10 MHz. Velikost výbojů se zvyšuje za vlhka (projevuje se jako intenzivní slyšitelný praskot pod vedením vvn a v jeho okolí). Současně opět vzniká rušivé elektromagnetické pole. Kapacitní Kapacitní … T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

85 Kapacitní Kapacitní výboje jsou typické pro vedení vn 22 kV, kde vznikají na nedokonalém spojení kovových předmětů nacházejích se v těsné blízkosti částí vedení pod napětím. Tj. kovové kloubové spoje zá- věsných izolátorů, u nichž se v důsledku koroze vytvoří izolační vrstvička a dielektricky se oddělí kovové části kloubového spoje. Po překročení dielektrické pevnosti této vrstvičky či při jejím mecha- nickém narušení (např. při kývání izolátoru ve větru) dojde k jiskro- vému výboji. Za suchého počasí bývá toto rušení větší, za vlhka někdy i zcela vymizí. Vznikající kmitočtové spektrum sahá až k 1 GHz a rušivý signál se "dobře" vyzařuje částmi armatur i vlastním vn vedením. Opět i zde současně vzniká rušivé elektromagnetické pole. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

86 elektrických výbojů Rušivě působí i jiné druhy elektrických výbojů, např. u zářivek a osvětlovacích či jiných výbojek. Startéry zářivek se přemosťují odrušovacími kondenzátory, které zkratují vysokofrekvenční složky vznikající při rozpojování startérového kontaktu. Šíření do napájecí sítě pak omezuje do přívodu zapojená tlumivka a odrušovací kondenzátory. zapalo- vací obvody zážehových spalovacích motorů Velmi častým zdrojem rušivých signálů, polí a poruch jsou zapalo- vací obvody zážehových spalovacích motorů – dříve byly v tomto případě největším zdrojem motorky. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

87 napěťového přepětí Zdroje napěťového přepětí lze z hlediska jejich původu rozdělit na dvě skupiny: přírodní zdroje a zdroje uměle vytvořené lidskou činností.. Zatímco zařízení s diskrétními součástkami snesla napě- ťové přepětí až několik kV, moderní integrované obvody (s počtem součástek až několik miliónů na čipu) bývají poškozovány napětími již od několika V a to i při mizivě malé energetické úrovni přepětí. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

88 Nejdůležitějším přírodním zdrojem přepětí je především bleskový výboj, jakožto nejsilnější přírodní elektrický výboj. Úder blesku ohrožuje elektrická zařízení až do vzdálenosti cca 4 km. Vybíjení atmosférické elektřiny bleskem způsobuje vznik strmého elektromagnetického impulsu (v literatuře označovaného zkratkou LEMP - Lightning Electromagnetic Pulse), který má na zasažená i vzdálenější zařízení rušivé až destrukční účinky. Z kmitočtového hlediska produkuje blesk rušení o hodnotě až 140 dBmV v pásmu kHz. Dále úroveň rušení klesá se strmostí 20 dB/dek. až do kmitočtu cca 100 MHz. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

89 Nepřímý účinek blesku spočívá v zavlečení napěťového rázového impulsu z vnějšího vedení nízkého, případně i vysokého napětí do vnitřního silového rozvodu budov. přepěťová ochrana V tomto případě je důležité, aby na vstupu budovy byla nainstalo- vána primární přepěťová ochrana (bleskojistky, varistory) a aby budova byla vybavena dokonalým zemnicím systémem. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

90 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Proudový impuls při úderu blesku a jeho základní parametr

91 lokální elektrostatické výboje (ESD - Electrostatic Discharge). K umělým zdrojům přepětí, jejichž význam v posledních letech stále vzrůstá, patří lokální elektrostatické výboje (ESD - Electrostatic Discharge). S jejich vlivem je nutno počítat všude tam, kde se vyskytuje třecí pohyb mechanických částí (kovových a/nebo dielektrických – pev- ných, kapalných či plynných). Přestože energie lokálních výbojů je velmi nízká (často menší než 10 mJ), je jejich napěťová úroveň jednotek až desítek kV velmi nebezpečná pro elektronické prvky a zařízení. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

92 Největším provozním nebezpečím elektrostatický náboj vznikající na osobách při jejich chůzi, pohybu končetin či třením částí oděvu. Osoba tak může běžně dosáhnout napětí proti zemi kV. Závislost napětí elektrostatického výboje na vlhkosti vzduchu a dru- hu materiálu, který elektrostatický náboj vytváří. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

93 Závislost napětí elektrostatického výboje na vlhkosti vzduchu a dru- hu materiálu, který elektrostatický náboj vytváří. T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

94 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Proudový impuls při vybití elektrostatického náboje

95 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Srovnání úrovní mimozemských poruch a šumů s úrovněmi jiných interferenčních zdrojů a jejich spektrální rozložení

96 Respektování zásad EMC úzce souvisí s kvalitou a spolehlivostí výrobků. Neznalost zásad a podmínek EMC může za určitých okolností způ- sobit značné hospodářské škody, havárie technických zařízení či ohrozit život a zdraví lidí. Uvádí se, že celkový objem evropského obchodu s výrobky a služ- bami EMC přesáhl v roce 1999 jednu miliardu dolarů při meziroč- ním nárůstu zhruba 15 %. Jde tedy o problematiku rozvíjející se velmi dynamicky i z výrobní- ho a obchodního hlediska T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010

97 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Teritoriální rozdělení evropského trhu EMC

98 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/ Teritoriální rozdělení evropského trhu EMC. Obr Podíly hlavních produktů Podíly hlavních produktů na evropském trhu EMC

99 Odrušovací prostředky Odrušovací prostředky jsou technickými prostředky, které se užívají k omezování elektromagnetického rušení v kterékoli části řetězce EMC. Používají se jak k potlačení rušivých signálů u jejich zdroje, tak i pro zvýšení odolnosti "přijímacího" zařízení proti němu. Omezení rušení vyzařováním, příp. zvýšení odolnosti vůči elektromagnetickým polím nelze obvykle dosáhnout bez použití správně provedeného stínění T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky

100 Nesprávná volba odrušovacího prostředku nejen že nepři- nese očekávaný efekt, ale může být dokonce příčinou zhoršení parametrů odrušovaného zařízení nebo ohrožení bezpečnosti obsluhy. Nevhodně zvolený odrušovací prostředek nebo jeho ne- správná montáž a instalace může ve svém výsledku zvýšit celkovou hladinu rušení tak, že výsledek je horší (špatný) T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky

101 Podmínkou správné volby odrušovacích prostředků je znalost jejich fyzikálních vlastností a technických para- metrů a současně znalost chráněných obvodů a principů vazeb – vše v závislosti na kmitočtu T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky

102 Mezi odrušovací prostředky patří zejména: - odrušovací tlumivky a jednoprvkové tlumivkové filtry, - odrušovací kondenzátory a kondenzátorové filtry, - odrušovací filtry LC, - přepěťové ochranné prvky (bleskojistky, plynem plněné výbojky, varistory, omezovací diody), - elektromagnetické, elektrické a magnetické stínění T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky

103 Odrušovací tlumivky jsou nejnákladnějšími a nejobjemnějšími pasiv- ními prvky užívanými v technice odrušování - buď samostatně nebo jako součást odrušovacích filtrů. Protože se odrušovací tlumivky zapojují do proudových obvodů odrušovaného zařízení, jsou jejich rozměry v prvé řadě dány velikostí protékajícího pracovního proudu T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky - odrušovací tlumivky

104 Odrušovací kondenzátory mohou být používány buď samostatně, nebo spojené do určitých kombinací tzv. kondenzátorových filtrů, nebo jako součásti odrušovacích filtrů LC, příp. článků RC T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory

105 Indukčnost přívodů vytváří s vlastní kapacitou kondenzátoru para- zitní rezonanční obvod, nad jehož rezonančním kmitočtem má od- rušovací kondenzátor induktivní charakter a jeho vložný útlum s rostoucím kmitočtem klesá. Kvalitní odrušovací kondenzátory musí mít délku přívodů co nej- kratší, což je především otázkou jejich konstrukčního provedení. Nejvýhodnější jsou průchodkové a zejména koaxiální průchodkové kondenzátory. Jejich několik konstrukčních variant spolu s kmitočtovým průbě- hem vložného útlumu je naznačeno na obrázku. Umožňuje-li to konstrukce odrušovaného zařízení, dáváme proto průchodkovým koaxiálním kondenzátorům přednost před ostatními T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory

106 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory

107 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky - odrušovací filtry K dokonalejší ochraně před působením vysokofrekvenčního rušení šířícího se po vedení se používají odrušovací filtry, nejčastěji filtry LC typu dolní propust. Jako síťový odrušovací filtr označujeme filtr zapojený do energe- tické napájecí sítě či do napájecího vstupu přístroje. Tento druh odrušovacího filtru je asi v současné praxi EMC nej- častější.

108 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky - odrušovací filtry Odrušovací filtr jako lineární

109 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky - odrušovací filtry Příklady zapojení komerčních síťových

110 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry filtry EMP. Zvláštním druhem síťových odrušovacích filtrů jsou tzv. filtry NEMP, příp. LEMP, nazývané též filtry EMP. Tyto filtry byly vyvinuty pro ochranu elektronických zařízení proti působení rušivých impulsů velké intenzity. Na rozdíl od běžných síťových odrušovacích filtrů LC má filtr EMP na svém vstupu zapojeny ještě součástky omezující přepětí (bleskojistky, varistory, ochranné diody apod.).

111 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry TEMPEST (Temporary Emanation and Spurious Transmission - přechodné úniky a nepravé přenosy Jiným speciálním typem odrušovacích filtrů jsou tzv. filtry TEMPEST (Temporary Emanation and Spurious Transmission - přechodné úniky a nepravé přenosy). Slouží k zamezení úniku informací předávaných tele- komunikačními zařízeními a zařízeními pro přenos dat, které mohou být zneužity nepovolanými osobami.

112 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry Technická specifikace filtrů TEMPEST je přísně tajná a liší se filtr od filtru. Tyto filtry se vyznačují velmi jakostními parametry - vysokým útlumem 80 až 100 dB ve velmi širokém kmitočtovém rozsahu - obvykle od 10 kHz až 1 GHz. Je zřejmé, že takový filtr musí být tvořen mnohastupňovým ře- tězcem článků LC umístěných ve vysoce kvalitním elektromag- neticky stíněném a hermeticky uzavřeném pouzdru se speciál- ními vstupními a výstupními konektory.

113 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry Zkratka TEMPEST se stala synonymem pro všechny aktivity a opatření v souvislosti s nežádoucím vyzařo- váním či odposlechem elektronicky přenášených zpráv a dat. V USA je jako TEMPEST označován celý národní pro- gram na ochranu počítačů a periférií před nežádoucím odposlechem dat.

114 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry datové filtry (Data - Line Filters) V telekomunikačních zařízeních se používají tzv. datové filtry (Data - Line Filters) k omezení rušivých signálů na datových a signálových vedeních. Jejich základní odlišností od síťových filtrů je nižší pracovní proud a nižší pracovní napětí datových filtrů. Datové filtry obvykle pracují v přizpůsobených systémech (ZS = ZZ) a jimi propouštěné užitečné signály (sdělovací či datové) bývají značně širokopásmové.

115 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – přepěťové ochranné prvky Obr Př í klad proveden í a ú tlum přepěťových ochranných prvků Název Plynem plněné bleskojistky (výbojky) Varistory (Voltage Dependent Resistors - VDR) Klasické Zenerovy diody Supresorové diody (Transient Absorbing Zener - TAZ diody) Schematická značka Ochranné napětí [V] 10 ÷ ÷ ,4 ÷ 2006 ÷ 440 Max.í proud po dobu 1 ms [A] Max. absorbovaná energie [J] ,11 Přípustné výkonové zatížení [W] Vlastní kapacita [pF] 0,5 ÷ 1040 ÷ ÷ ÷ Doba reakce [ns] > ,01 Druh ochrany hrubá jemná

116 Komplexní odrušovací filtry EMP Komplexní odrušovací filtry EMP - hlavním úkolem pře- pěťových ochranných prvků v těchto filtrech je omezit velikost přepěťových rušivých impulsů, které se mohou dostat na vstup filtru, a tím snížit nároky na velikost vložného útlumu následného filtru LC. Teplotně závislý odpor (termistor) sériově zapojený do větve plyno- vé bleskojistky je tepelně vázán se vstupní tavnou pojistkou celého filtru a způsobí její rychlé přetavení v případě velmi vysokého vstupního přepěťového impulsu, jímž je výbojka zapálena T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – komplexní ochranné prvky

117 T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Odrušovací prvky – komplexní ochranné prvky Zapojení síťového odrušovacího filtru s přepěťovými ochrannými prvky

118 VACULÍKOVÁ, P., VACULÍK, E. aj. Elektromagnetická kompa- tibilita elektrotechnických systémů. Grada Publishing, Praha 1998 SVOBODA, J. aj. Základy elektromagnetické kompatibility. Skripta FEL ČVUT. Vydavatelství ČVUT, Praha 1993 CHATTERTON, P. A., HOULDEN, M. A. EMC - Electromagnetic Theory to Practical Design. John Wiley, New York 1991 HABIGER, E. Elektromagnetische Verträglichkeit. Hüthig Buch Verlag, Heidelberg 1992 RODEWALD, A. Elektromagnetische Verträglichkeit - Grundla- gen, Experimente, Praxis. Vieweg Verlag, Wiesbaden T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Literatura:

119 SVAČINA, J. Základy elektromagnetické kompatibility (EMC) Část 5: Elektromagnetická odolnost a její testování. Elektrorevue, 2001/25, Brno 2001 SVAČINA, J. Elektromagnetická kompatibilita, principy a metody. Brno: Vysoké učení technické "Připojujeme se k Evropské Unii", svazek 2 VONDRÁK, M. Elektromagnetická kompatibilita v teleinformatice - cvičení. Skripta FEL ČVUT v Praze. Vydavatelství ČVUT, Praha T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Literatura:

120 T- MaR © VR - ZS 2009/2010 … a to by bylo vše T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

121 T- MaR © VR - ZS 2009/2010


Stáhnout ppt "CW01 - Teorie měření a regulace Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb © 2010 - Ing. Václav Rada, CSc. ZS – 2010/2011 cv. 6."

Podobné prezentace


Reklamy Google