Katedra Energoelektroniki Napędu Elektrycznego i Robotyki
Wybrane zagadnienia kompatybilności
elektromagnetycznej
Gliwice 06.04.2006
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Kompatybilność Elektromagnetyczna
EMC
Kompatybilność elektromagnetyczna oznacza
zdolność wielu urządzeń oraz systemów
elektrycznych i elektronicznych do prawidłowego
działania w środowisku elektromagnetycznym.
Oznacza to, że nie mogą być one z jednej strony
z
ródłami zakłóceń elektromagnetycznych o
poziomach zagrażających prawidłowemu
funkcjonowaniu innych urządzeń i systemów, a z
drugiej strony  muszą wykazywać odpowiedni
poziom odporności na występujące w środowisku
zakłócenia elektromagnetyczne.
2
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Kompatybilność Elektromagnetyczna a
Jakość Energii
Kompatybilność elektromagnetyczna może być
rozpatrywana jako część składowa jakości
energii
Poziomy kompatybilności dotyczą głównie
projektowanie sprzętu lub systemu
Jakość energii dotyczy opisu rzeczywistego
stanu sieci zasilającej
3
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Przyczyny zainteresowania problematyką
kompatybilności elektromagnetycznej
powody techniczne
- Wzrost liczby urządzeń emitujących zakłócenia
- Zmniejszenie odporności urządzeń
powody ekonomiczno - prawne
- Dyrektywa 89/336/EEC
- Oznaczenie CE
4
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Powody Techniczne
wzrost liczby urządzeń
Według Semiconductor Industry Association
(SIA) średnie roczne tempo wzrostu produkcji
półprzewodników w latach 2004-2008 wyniesie
aż 17% dla rynku azjatyckiego oraz 7,5 % dla
rynku europejskiego
Rozwój technologii półprzewodnikowej pozwolił
na wprowadzenie nowego rodzaju elementów
przełączających (MOSFET, IGBT) w
przekształtnikach energoelektronicznych
5
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Powody Techniczne
zmniejszenie odporności
Wartości energii impulsu jednomikrosekundowego
powodujące trwałe uszkodzenie elementów elektronicznych
Element Wartość Energii [mJ]
Element Wartość Energii [mJ]
Lampa Elektronowa 1& 104
Rezystor drutowy 103
Rezystor węglowy 50
Przekaz
nik 10& 103
Rezystor cienkowarstwowy 10-1& 10
Dioda prostownicza 10-1& 102
Dioda Zenera 10-1& 102
Tranzystor dużej mocy 10-1& .10
6
Układ scalony VLSI 10-6...10-3
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Powody ekonomiczno-prawne
Oznaczenie CE
Każdy produkt wprowadzony na rynek musi być
oznaczony symbolem CE
Odpowiedzialność za produkt ponosi producent
lub importer
Organem sprawującym nadzór nad wyrobami
wprowadzanymi do obrotu jest Prezes Urzędu
Ochrony Konkurencji i Konsumentów
Postępowanie sankcje i kary 100 000 PLN
7
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Powody ekonomiczno-prawne
Oznaczenie CE
Identyfikacja zagrożeń
Wybór dyrektyw obejmujące dane urządzenie
Należy przeprowadzić analizę zagrożeń
stwarzanych przez wyrób
Dokonanie oceny zgodności przez wytwórcę
Sporządzić dokumentacje techniczną
Sporządzić i podpisać deklaracje zgodności
Umieścić na wyrobie oznakowanie CE
8
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Dyrektywy dotyczące sprzętu
elektrycznego
Dyrektywa niskiego napięcia (LV) 73/23/EEC
(obejmuje sprzęt elektryczny o zakresach napięć 50 do 1000V
napięcia przemiennego 75 do 1500 V napięcia stałego)
Dyrektywa kompatybilności elektromagnetycznej
(EMC) 89/336/EEC
(Dyrektywa zawiera ogólne wymagania stawiane urządzeniom
elektrycznym, które powodują zakłócenia, elektromagnetyczne, oraz
urządzeniomna pracę, których mają wpływ tego rodzaju zakłócenia)
Dyrektywa maszynowa (LV) 98/37/EEC
(Dyrektywa maszynowa (M) obejmuje maszyny wraz z osprzętem
elektrycznym)
9
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Powody ekonomiczno-prawne
Dyrektywa EMC
Dyrektywa elektromagnetyczna 89/336/EEC,
która obowiązuje od 01.01.1996.
Dyrektywa elektromagnetyczna 2004/108/EC,
która została wprowadzona 20 stycznia 2005 r.
10
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
DEKLARACJA ZGODNOŚCI WE
M/P/1005/1010/04
Niżej podpisany
Nazwa producenta: MOSTEX
Adres producenta: ul. Jasna 3
44-100 Gliwice
Polska
Niniejszy deklaruje, że wyrób:
Kondycjoner energii PCS XLS/F
Kondycjoner energii z cewką nadprzewodzącą jest urządzeniem służącym do ochrony
odbiorników wymagających ciągłości zasilania. Ponadto spełnia funkcje kompensatora mocy biernej oraz filtrów wyższych
harmonicznych. Kondycjoner mocy jest układem trójfazowym o następujących parametrach: U = 400 V, P = 110 kW,
E = 1MJ
jest zgodny z postanowieniami następujących dyrektyw:
Rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z 12 marca 2003 r. w sprawie zasadniczych
wymagań dla sprzętu elektrycznego (Dz. U. nr 49 z 2003r. poz. 414) wdrażające dyrektywę LVD (72/23/EEC),
Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 2 kwietnia 2003 w sprawie dokonywania oceny zgodności
aparatury z zasadniczymi wymaganiami dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej oraz sposobu jej
oznakowania (Dz. U. nr 90 z 2003 poz. 848) wdrażające dyrektywę, EMC (89/336/EEC)
i że zastosowano normy:
PN-EN 50178:2003 Urządzenia elektroniczne do stosowania w instalacjach dużej mocy.
PN-EN 61000-6-2:2003 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6-2 Normy ogólne.
Odporność w środowisku przemysłowym
PN-EN 61000-6-4:2004 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6-4: Normy ogólne.
Norma emisji w środowiskach przemysłowych
PN-EN 61800-3:1999 Elektryczne układy napędowe mocy o regulowanej prędkości.
Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) z uwzględnieniem specjalnych
metod badań (zmiana A11:2002).
Ostatnie dwie cyfry roku, w którym naniesiono oznaczenie CE: 04
Gliwice, 7 listopada 2004 Joseph SIMPSON
11
Dyrektor Naczelny
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Naniesienie oznaczenia CE
12
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenie elektromagnetyczne
EMI
Przez zaburzenie elektromagnetyczne należy
rozumieć każde zjawisko elektromagnetyczne, które
może wpłynąć na pogorszenie działania urządzenia lub
systemu. Może to być sygnał pochodzący od innego
systemu eksploatowanego w tym samym środowisku,
szum elektromagnetyczny, niepożądany sygnał
spowodowany zjawiskami naturalnymi (np.
wyładowanie piorunowe, elektrostatyczne),
krótkotrwałe stany nieustalone w obwodach
elektrycznych
13
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenia elektromagnetyczne EMI
Zaburzenia Elekromagnetyczne
EMI (Electromagnetic Interference)
Zaburzenia małej częstotliwości Zaburzenia Emitowane Zaburzenia Przewodzone
Radiated Conducted
Wahania napięcia
Zapady napięcia
Zaburzenia Wspólne Zaburzenia Różnicowe
Asymetryczne Symetryczne
Przerwy w zasilaniu
Common Mode Differential Mode
Odkształcenia napięć
Asymetria napięć
14
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Zakłócenia małej częstotliwości
PN-EN 50160
PN-EN 50160
Odchylenia napięcia od jego wartości,
znamionowej
Wahania napięcia,
Zapady napięcia,
Przepięcia napięcia,
Przerwy w zasilaniu,
Odchylenia częstotliwości napięcia lub prądu od
jej wartości znamionowej,
Odkształcenia napięć i prądów,
Asymetria napięć i prądów.
15
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Wahania napięcia:
16
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Przyczyny wahań napięcia:
Zmiana w czasie głównie mocy biernej
odbiorników ,
17
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
y
ródła wahań napięcia:
Piece łukowe
Napędy elektryczne dużej mocy
A
ączenie baterii kondensatorów
Nieprawidłowa praca zaczepów
transformatora
Rozruch silników
asynchronicznych
18
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Skutki wahań napięcia:
Maszyny elektryczne
Przekształtniki
Urządzenia elektrotermiczne
y
ródła światła
19
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Zapady napięcia:
20
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
deph
Parametry jakości energii elektrycznej
Przyczyny zapadów:
Zwarcia systemowe lub zwarcia w samych instalacjach,
Procesy załączania odbiorników dużej mocy,
Zmiany konfiguracji sieci,
Praca odbiorników o zmiennym obciążeniu,
21
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Skutki zapadów:
Odłączenie odbiornika przez układy
zabezpieczające,
Niewłaściwa praca odbiornika.
22
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Przepięcia napięcia :
Definicja
Przyczyny przepięć
y
ródła przepięć
Skutki przepięć
23
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Przepięcia napięcia
24
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Przerwy w zasilaniu:
Definicja
Przyczyny przepięć
y
ródła przepięć
Skutki przepięć
25
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
mikroprzerwyzasilania
t
0.5 s - 3s
krótkie przerwy zasilania
3 s  3min
Długie przerwy zasilania
t
> 3 min
26
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Odkształcenia napięć i prądów
I
Przebieg o częstotliwości 50 Hz
`
Przebieg zniekształcony
3 -cia harmoniczna (150 Hz)
t
27
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Przebieg prądu 25W
Przebieg prądu 20W
żarówki wolframowej
28
żarówki energooszczędnej
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
y
ródła wyższych harmonicznych:
Urządzenia z rdzeniami magnetycznymi,
Urządzenia łukowe,
Urządzenia elektroniczne i
energoelektroniczne.
29
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Skutki obecności wyższych harmonicznych:
Szkodliwe oddziaływania napięciowe
Uszkodzenia odbiornika
30
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Asymetria napięć i prądów:
Definicja
y
ródła asymetrii napięć i prądów
Skutki asymetrii napięć i prądów
31
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Parametry jakości energii elektrycznej
Asymetria napięć i prądów:
32
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Ocena jakość energii
 przyrządy do analizy jakości zasilania
Opis funkcjonalny analizatora sieci :
pomiar wartości TrueRMSnapięć i prądów we
wszystkich fazach ,
rejestracja wszystkich zaburzeń
zapisywanych automatycznie
rejestracja przekroczeń tolerancji,
rejestracja zmian i zużycia energii,
Monitor Jakości Energii
rejestracja oscylograficzna przebiegów U i I
33
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Ocena jakość energii
Opis funkcjonalny analizatora sieci Fluke434:
34
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Ocena jakość energii
Konfiguracja sieci
35
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Ocena jakość energii
Sposób połączenia
36
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Ocena jakość energii
37
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Ocena jakość energii
Monitor Jakości Energii
38
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
A/L1
A/L1
A/L1
B/L2
B/L2
SWEELS
C/L3
B/L2
C/L3
C/L3
FREQUENCY
INTERRUPTIONS
RAPID VOLTAGE CHANGE
DIPS
UNBALANCE
Ocena jakość energii
39
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Podsumowanie
Dlaczego tak duże zainteresowanie jakością energii:
Wzrost liczby układów energoelektronicznych
przyłączanych do sieci,
Zmniejszenie odporności na zakłócenia,
Rosnący koszt awarii.
Europejski Program LPQI (Leonardo Power Quality
Initiative) www.lpqi.org
Program poświęcony jest edukacji o jakości energii
40
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenia elektromagnetyczne
EMI
41
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenia emitowane
30MHz- 1GHz
Zaburzenia emitowane docierają do obwodów układu
zakłócanego jako fala elektromagnetyczna, która może
spowodować wyindukowanie sygnałów stanowiących
zagrożenie dla jego poprawnej pracy
42
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenia przewodzone
9kHz-30MHZ
Zaburzenia przewodzone przenikają do obwodu układu
zakłócanego wówczas gdy istnieje jakiekolwiek połączenie
galwaniczne (pojemnościowe lub indukcyjne)
43
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenia przewodzone
9kHz-30MHz
Zaburzenia wspólne CM
Zaburzenia różnicowe
(Common Mode)
DM (Different Mode)
Przenoszenie asymetryczne
nazywane normalnymi,
jest sposobem
podłużnymi, szeregowymi,
rozprzestrzeniania się
lub symetrycznymi. Sygnały
jedynie pasożytniczych
różnicowe zamykają się w
sygnałów elektrycznych.
tym samym obwodzie co
Nazywa się je także
sygnały użyteczne.
przenoszeniem równoległym,
Oddziałują w sposób
wzdłużnym lub wspólnym.
bezpośredni na pracę
Prąd sygnału wspólnego
urządzenia, deformując
płynie wszystkimi
sygnały decydujące o
przewodami w tym samym
poprawnej pracy urządzenia.
44
kierunku powraca zaś masą.
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenia przewodzone
9kHz-30MHz
Zaburzenia różnicowe
DM (Different Mode)
nazywane normalnymi,
podłużnymi, szeregowymi,
lub symetrycznymi. Sygnały
różnicowe zamykają się w
tym samym obwodzie co
sygnały użyteczne.
Oddziałują w sposób
bezpośredni na pracę
urządzenia, deformując
sygnały decydujące o
poprawnej pracy urządzenia.
45
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Podział Norm EMC
Normy ogólne (dotyczące środowiska
przemysłowego, mieszkalnego)
PN-EN 61000-6-3  Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) -Część 6-
3: Normy ogólne. Norma emisji w środowiskach mieszkalnych, handlowych i
lekko uprzemysłowionych.
PN-EN 61000-6-1 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 6-
1: Normy ogólne - Odporność w środowiskach mieszkalnych, handlowych i
lekko uprzemysłowionych.
Normy podstawowe (grup wyrobów)
PN-EN 55022 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Urządzenia
informatyczne. Charakterystyki zaburzeń radioelektrycznych. Poziomy
dopuszczalne i metody pomiaru
PN-EN 55024 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC. Urządzenia
informatyczne. Charakterystyki odporności. Metody pomiaru i dopuszczalne
poziomy
46
Normy przedmiotowe
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Normy PN-CISPR16
PN-CISPR 16-1  Kompatybilność elektromagnetyczna
(EMC) Wymagania dotyczące urządzeń i metod pomiarów
zaburzeń radioelektrycznych i odporności na zaburzenia
radioelektryczne. Urządzenia do pomiarów zaburzeń
radioelektrycznych i odporności na zaburzenia
radioelektryczne
PN-CISPR 16-2  Kompatybilność elektromagnetyczna
(EMC) Wymagania dotyczące urządzeń i metod pomiarów
zaburzeń radioelektrycznych i odporności na zaburzenia
radioelektryczne. Metody pomiarów zaburzeń
radioelektrycznych i odporności na zaburzenia
radioelektryczne
47
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Metody pomiaru zaburzeń przewodzonych
PN-CISPR16-2
48
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Sieć sztuczna LISN
Line Impedance Stabilization Network
Sieć sztuczna LISN
H
VAC
EUT
H
1 F 0.1 F 0.1 F
1 F
V1
Analizator zakłóceń
49
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Sieć sztuczna LISN
Line Impedance Stabilization Network
50
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Analizator zakłóceń
51
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Stanowisko pomiarowe
52
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Dopuszczane poziomy zakłóceń
przewodzonych
53
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Zaburzenia DM i CM przekształtnika
Cc
PFC
iD
iL
Sieć sztuczna D1 D2 LB
D
uo
LISN
H
T
C R
VAC
H
1 F 0.1 F 0.1 F
1 F
D3
D4
V1
Analizator
zakłóceń
Cc
iL
Sieć sztuczna D1 D2 LB
LISN
H
VN
VAC
H
1 F 0.1 F 0.1 F
1 F
D3
D4
V1 Analizator
zakłóceń
54
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Cc
2iCM
iL LB
D2
D1
Sieć sztuczna
LISN
VN
2iCM
D3 D4
V1 V2
Cc
Cc
2iCM
iL LB
D1 D2
iDM
Sieć sztuczna
LISN
VN
IDM+2iCM
D3 D4
V1 V2
55
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Metody redukcji poziomu zakłóceń
Prawidłowa instalacja uziemienia,
Segregacja urządzeń zakłócających i wrażliwych,
Zmniejszenie poziomów zakłóceń poprzez
zmniejszenie czasu narostu napięcia i amplitudy
zaburzeń (sterowanie bramkowe, układy
wielopoziomowe),
Modyfikacja impedancji toru rozpływu,
Filtry EMI
56
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Tłumienność wtrąceniowafiltru
57
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Niedopasowanie impedancyjne
58
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Filtr EMI
Z1
IDM
LDM
V1
VN CX CX
V2
LDM
IDM
Z2
Cc
Zakłócenia DM
Zakłócenia CM
59
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Filtr EMI dla zaburzeń DM i CM
60
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Podsumowanie
Wzrost urządzeń półprzewodnikowych,
Wymagania dyrektywy kompatybilności
elektromagnetycznej,
Oznaczenie CE,
Zmniejszenie odporności urządzeń,
Sposoby eliminacji zaburzeń,
Sposoby pomiaru zaburzeń
61
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Dane z
ródłowe
Wykaz norm www.pkn.pl
Oznaczenie CE www.oznaczenie-ce.pl
Europejski Program LPQI (Leonardo Power Quality Initiative)
www.lpqi.org
Więckowski Tadeusz W.  Badania kompatybilności
elektromagnetycznej urządzeń elektrycznych i elektronicznych .
(http://www.dbc.wroc.pl/dlibra/docmetadata?id=322&from=publication)
62
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl
Dziękuje za uwagę
63
PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdfFactory Pro www.pdffactory.pl