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

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

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

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Rušením se rozumí generování užitečných a nezbytných, ale i nežádoucích elektro-magnetických polí různé intenzity a kmi-točtového spektra. Odrušováním se pak rozumí zamezení přístupu rušení k přístroji a rovněž omezení působení přístrojem vyvolaných vlastním rušením do okolí. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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). 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMC = elektromagnetická kompatibilita - Electromagnetic Compatibility MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy EMC = elektromagnetická kompatibilita - Electromagnetic Compatibility EMS = elektromagnetická susceptibilita (imunita) - Electromagnetic Susceptibility nebo Electromagnetic Immunity EMI = elektromagnetická interference - Electromagnetic Interference Tři pojmy …… 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

V němčině se používá pojmu "Elektromagnetische Verträglichkeit" (EMV) MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 …… 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMC = elektromagnetická kompatibilita - Electromagnetic Compatibility MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy EMC …… Zákazník si pod tímto pojmem představuje výsledky (zcela nezbytně a pochopitelně vyhovující) měření odolnosti proti rušení a minimalizaci jeho negativního působení na okolí. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další význam 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMS = …… Základní pojmy – další význam MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další význam EMS = …… EMS se zabývá technickými opatřeními, které zvyšují elektromagnetickou imunitu objektu (přijímače rušení), tedy jeho odolnost proti vlivu rušivých signálů. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMS = …… Základní pojmy – další vysvětlení MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další vysvětlení 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. . 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = elektromagnetická interference - Electromagnetic Interference MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další význam 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… Základní pojmy – další význam MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další význam 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… Základní pojmy – další význam MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další význam 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… Základní pojmy – další význam MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další význam 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… Základní pojmy – další význam MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy – další význam EMI = …… 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… principy vazebního působení MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR EMI = …… principy vazebního působení a) b) c) d) Obr. 2.17. Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Feritové kroužky, příp. feritové perličky navlečené na vodičích MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR EMI = …… principy ochrany Feritové kroužky, příp. feritové perličky navlečené na vodičích Obr. 2.17. Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… principy ochrany MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR EMI = …… principy ochrany Vedení s útlumovým pláštěm Obr. 2.17. Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… principy ochrany MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR EMI = …… principy ochrany Optočlen Obr. 2.17. Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

EMI = …… principy ochrany MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR EMI = …… principy ochrany Optický kabel, optická linka Obr. 2.17. Základní druhy elektromagnetických vazeb: a) galvanická, b) kapacitní, c) induktivní, d) vyzařováním 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Základní pojmy - vztahy MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Základní pojmy - vztahy 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Obecně řečeno 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 se provádí nejen na hotových zařízeních, ale zejména již v průběhu jejich vývoje. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Obecně řečeno 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Je tedy vyšší a širší pojem než prostá spolehlivost daného zařízení. MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Obecně řečeno 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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". 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Principiálně nedílnou součástí těchto polí jsou rušení v kmitočtových pásmech od 0 (tj. prakticky subakustických kmitočt, cca 10-4 Hz) až do hodnot 104 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. 1020 násobek. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 10-14W – stačí velmi slabá pole k narušení jejich bezchybné funkce. Pravděpodobnost vzájemného rušení je za těchto pod-mínek skutečně velká. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR V odborném tisku byla publikována a přesně popsána řada příkladů, kdy nedodržení požadavků EMC mělo katastrofální následky – na majetku i lidských životech. Zničení stíhacího letounu NATO typu Tornado v r. 1984. 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. Kromě obrovských materiálních škod přišlo dvacet lidí přišlo o život.. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Havárie v hutích na průmyslovém východě USA v roce 1983. Příčinou havárie bylo rušení mikroprocesorového systému řízení jeřábu, přenášejícího licí pánev s tekutou ocelí příruční „walkie-talkie“. Licí pánev se předčasně převrhla. Rozžhavený kov zabil na místě jednoho dělníka a čtyři další vážně zranil. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Havárie ve zdravotnických zařízeních. MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. Cena v tomto případě nebyla prioritní (a také ale nebyla zanedbatelná). 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Každý z biologických systémů (člověk) reaguje na půso-bení elektromagnetického pole jinak, protože jeho adap-tační, kompenzační a regenerační možnosti a schopnosti jsou individuální. 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, …). 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

0,3 až 3 GHz --- 40 mW/cm T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY 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 --- 40 mW/cm 3 až 30 GHz --- 10 mW/cm 30 až 300 GHz --- 7 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 3. 5. 1989 „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 všech těchto požadavků, a jeho závazného prokázání, je prodej zařízení (ale i jeho vystavení či rek-lama) finančně sankcionován a zakázán. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 prostředky, telekomunikač-ní systémy, systémy pro přenos dat, rozhlasové a tele-vizní přijímače 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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“. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 61000-6-1 V normě ČSN EN 61000-6-1, 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Grafické znázornění – pro laboratorní typovou zkoušku MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Grafické znázornění – pro laboratorní typovou zkoušku 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Grafické znázornění – pro laboratorní typovou zkoušku MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Grafické znázornění – pro laboratorní typovou zkoušku 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Znázornění vzájemné působení různých systémů je tedy velmi slo-žité a komplexní, což je aspoň náznakově naznačeno ,.,. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 61000-1-1 některé základní pojmy, jejichž základní vztah je na obrázku. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR rezerva EMC Grafické znázornění – úrovně: vyzařování a odolnosti 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. Rozdíl těchto úrovní vyjadřuje tzv. rezerva návrhu da-ného zařízení z hlediska EMI. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Podobně … Úroveň odolnosti je maximální úroveň rušení působícího na konkrétní zařízení, při němž nedochází ještě ke zhor-šení jeho provozu. Mez odolnosti je nejnižší normou požadovaná úroveň odolnosti daného zařízení. Rozdíl obou těchto úrovní udává rezervu návrhu zařízení z hlediska odolnosti k EMS. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Rozdíl meze (mezí) odolnosti a meze (mezí) vyzařování je nazýván rezervou (rozpětím) EMC daného zařízení. 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Vývoj i konečná cena daného zařízení se tím zvyšuje. MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 %.      09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR ČSN-EN 55014 Klasifikace interferenčních signálů   09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Jednorázová mžiková porucha – omezení doby trvání na max. 200 ms. MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Jednorázová mžiková porucha – omezení doby trvání na max. 200 ms. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Vyhodnocení mžikových poruch: spojité rušení - d) více než dvě poruchy v intervalu 2 s. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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.. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Obr. 2.6. Deformace síťového napětí vlivem diodového usměr-ňovače a polovodičových měni-čů – reálné průběhy sejmuté z obrazovky osciloskopu. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR V praxi jedním z nejrozšířenějších zdrojů průmyslového rušení jsou kolektory elektrických motorů. Odrušení kolektorového motoru 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Zdrojem rušivých signálů vedení vn a vvn jsou výboje dvojího druhu. 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 … 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. Velmi častým zdrojem rušivých signálů, polí a poruch jsou zapalo-vací obvody zážehových spalovacích motorů – dříve byly v tomto případě největším zdrojem motorky. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 2 - 30 kHz. Dále úroveň rušení klesá se strmostí 20 dB/dek. až do kmitočtu cca 100 MHz. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Nepřímý účinek blesku spočívá v zavlečení napěťového rázového impulsu z vnějšího vedení nízkého, případně i vysokého napětí do vnitřního silového rozvodu budov. 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Proudový impuls při úderu blesku a jeho základní parametr 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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 5 - 15 kV. Závislost napětí elektrostatického výboje na vlhkosti vzduchu a dru-hu materiálu, který elektrostatický náboj vytváří. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Závislost napětí elektrostatického výboje na vlhkosti vzduchu a dru-hu materiálu, který elektrostatický náboj vytváří. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Proudový impuls při vybití elektrostatického náboje 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Srovnání úrovní mimozemských poruch a šumů s úrovněmi jiných interferenčních zdrojů a jejich spektrální rozložení 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Teritoriální rozdělení evropského trhu EMC 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 6.    Teritoriální rozdělení evropského trhu EMC.                                                                                                  Obr. 1.7.    Podíly hlavních produktů Podíly hlavních produktů na evropském trhu EMC 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky 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). 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Mezi odrušovací prostředky patří zejména: MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky - odrušovací tlumivky MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky - odrušovací tlumivky 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory Odrušovací kondenzátory mohou být používány buď samostatně, nebo spojené do určitých kombinací tzv. kondenzátorových filtrů, nebo jako součásti odrušovacích filtrů LC, příp. článků RC. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky - odrušovací kondenzátory 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky - odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky - odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky - odrušovací filtry Odrušovací filtr jako lineární 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky - odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky - odrušovací filtry Příklady zapojení komerčních síťových 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry 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.). 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky – zvláštní odrušovací filtry 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky – přepěťové ochranné prvky přepěťových ochranných prvků MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky – přepěťové ochranné prvky 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 ÷ 12 000 6 ÷ 2 000 2,4 ÷ 200 6 ÷ 440 Max.í proud po dobu 1 ms [A] 500 120 10 200 Max. absorbovaná energie [J] 60 2 000 0,1 1 Přípustné výkonové zatížení [W] 800 2 50 5 Vlastní kapacita [pF] 0,5 ÷ 10 40 ÷ 40 000 5 ÷ 15 000 300 ÷ 15 000 Doba reakce [ns] > 1 000 25 0,01 Druh ochrany hrubá jemná Obr. 3.12. Příklad provedení a útlum 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Odrušovací prvky – komplexní ochranné prvky MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky – komplexní ochranné prvky 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. 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Zapojení síťového odrušovacího filtru s přepěťovými ochrannými prvky MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY T- MaR Odrušovací prvky – komplexní ochranné prvky Zapojení síťového odrušovacího filtru s přepěťovými ochrannými prvky 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Literatura: T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY 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 1995 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

Literatura: T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY 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. 2001 "Připojujeme se k Evropské Unii", svazek 2 VONDRÁK, M. Elektromagnetická kompatibilita v teleinformatice - cvičení. Skripta FEL ČVUT v Praze. Vydavatelství ČVUT, Praha 1998 09.2009 © VR - ZS 2009/2010

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

T- MaR © VR - ZS 2009/2010