1. Definicja kompatybilności elektromagnetycznej i i związane z nią podstawowe definicje oraz określenia (EMC, zaburzenia, odporność, priorytet środków ochrony i inne).

Kompatybilność elektromagnetyczna– zdolność urządzenia do pracy w środowisku elektromagnetycznym bez wprowadzania do niego zakłóceń elektromagnetycznych nietolerowanych przez urządzenia w tym środowisku.

oznacza to spełnienie kryteriów:

• urządzenie nie zakłóca pracy zewnętrznych urządzeń,

• jest odporne na zakłócenia od innych urządzeń,

• nie powoduje zakłóceń wewnętrznych w swojej pracy.

Odporność na zakłócenia – jak wysoki może być poziom zakłóceń zanim zaczną one wpływać negatywnie na pracę urządzenia. Poziom zakłóceń jest mierzony np. jako wartość napięcia/natężenia/mocy zmierzona w danych warunkach.

Zakłócenie elektromagnetyczne – każde zjawisko elektromagnetyczne które może pogorszyć działanie urządzenia, definiuje się je jako pole elektromagnetyczne lub sygnał elektryczny. Występuje kiedy obiekt do którego dociera energia zaczyna zachowywać się w sposób niepożądany.

Aby zapobiec niepożądanym zrachowaniom urządzeń stosuje się

• redukcję emisji i oddziaływanie na procesy generowania zakłóceń,

• zmniejszenie efektywności mechanizmu rozprzestrzeniania,

• zwiększenie odporności urządzenia.

2. Model rozprzestrzeniania się oraz oddziaływania zaburzeń elektromagnetycznych, ich klasyfikacja oraz podstawowe parametry.

Schemat rozprzestrzeniania się zakłóceń:

• każde zakłócenie wpływa na co najmniej jedno urządzenie,

• każde sprzężenie wiąże jedno zakłócenie z jednym poziomem zakłóceń,

• każdy obiekt jest zakłócany przez co najmniej jedno zakłócenie.

Model zakłóceń

OBIEKT ŹRÓDŁO	O1	O2	O3
Z1	SILNY	-	SŁABY
Z2	SŁABY	SILNY	-
Z3	-	ŚREDNI	SILNY

Rozróżnia się 2 rodzaje źródeł zakłóceń elektromagnetycznych

• naturalne

ESD (ElectroStatic Discharge, wyładowania elektrostatyczne) , wyładowania atmosferyczne, zakłócenia galaktyczne (aktywność słońca), wyładowania LEMP (Lightning ElectroMagnetic Pulse), niezamierzone wyniki pracy urządzeń takich jak linie elektroenergetyczne, elektronarzędzia, sprzęt gospodarstwa domowego lub zamierzone jak w przypadku urządzeń radiokomunikacyjnych lub wybuchów nuklearnych

• sztuczne

źródłem zakłóceń sztucznych są urządzenia i systemy wykorzystujące energię elektryczną. Zakłócenia te mogą mieć charakter niezamierzony, towarzyszący normalnej pracy takich urządzeń , jak linie elektroenergetyczne, elektronarzędzia, sprzęt gospodarstwa domowego itp.. lub charakter zamierzony w przypadku urządzeń radiokomunikacyjnych bądź wybuchów nuklearnych.

Ze względu na czas trwania klasyfikuje się zakłócenia ciągłe i krótkotrwałe

Ze względu na charakterystyki częstotliwościowe zakłócenia niskiej lub wysokiej częstotliwości.

Podstawowe parametry: zakres częstotliwości zakłóceń w zależności od czasu pracy (ciągła, krótkotrwała), wartość natężenia pola magnetycznego w zależności od odległości od urządzenia o konkretnych parametrach, maxymalna wartość natężenia pola elektrycznego w zależności od częstotliwości

3. Wyładowania elektrostatyczne ESD, charakterystyka i sposób oddziaływania na obiekty techniczne oraz sposoby przeciwdziałania negatywnym skutkom tych wyładowań.

Wyładowanie elektrostatyczne - nagły i chwilowy przepływ prądu elektrycznego przepływającego między dwoma obiektami o różnych potencjałach elektrycznych spowodowane przez bezpośredni kontakt lub przez pole elektrostatyczne.

ESD charakteryzowane jest przez: wartość szczytową napięcia lub natężenia wyładowania, biegunowość (zależy od rodzaju materiałów związanych z procesem ładownia), czas narastania i opadania impulsu. Człowiek ma pojemność 200 pF i może naładować się maxymalnie do 20-25 kV, przeważnie 10-15 kV. Wartość ta zależy od wilgotności powietrza, rodzaju ubrania i spodu obuwia. Całkowita energia podczas wyładowania równa jest całkowitej energii zgromadzonej w pojemności przed wyładowaniem

W = 0.5*C*U²

Najskuteczniejszym środkiem zapobiegającym wyładowaniom elektrostatycznym jest niedopuszczenie do gromadzenia się ładunków elektrycznych na materiałach nieprzewodzących. W tym celu gromadzące się ładunki powinny być w sposób ciągły odprowadzane do ziemi lub masy układu za pomocą materiałów antyelektrostatycznych (antystatycznych) lub rozpraszających ładunek elektrostatyczny.

Za najważniejszy sposób ochrony przed elektrycznością statyczną można natomiast uznać uziemianie materiałów przewodzących. Wszelkie powierzchnie robocze np. na stanowiskach montażowych lub pomiarowych powinny być przystosowane do uziemienia przez określoną rezystancję.

Metody neutralizacji ładunków (deelektryzacja)

Dla eliminacji tych zjawisk używane są jonizatory przemysłowe powietrza zwane potocznie dejonizatorami lub eliminatorami ładunków elektrostatycznych. Są to urządzenia które wykorzystują zjawisko wyładowania niezupełnego w procesie jonizowania powietrza.

4. Charakterystyka wyładowań atmosferycznych i impulsowego pola wyładowań piorunowych LEMP jako źródła zaburzeń naturalnych.

Wyładowania piorunowe stanowią źródło zakłóceń oddziałujących bezpośrednio na obiekty z urządzeniami elektrycznymi przy wyładowaniu w obiekt lub pośrednio wskutek sprzężeń elektromagnetycznych w przypadku wyładowań pobliskich (LEMP).

Wyładowania rozwijają się z komór czynnych chmury burzowej, komory cechuje:

• zasięg kilku kilometrów i aktywność około 0.5h (łączny czas do kilku h);

• ładunek dodatni przeważa w górnej części, ujemny w dolnej (do 1000As);

• ładunek ujemny rzędu 1-10 As tworzy oddzielne centra, może ich być kilkadziesiąt.

Wyładowanie piorunowe rozwija się gdy natężenie pola w rejonie komory sięga > 1000 kV/cm. W wyniku powstają strimery przekształcające się w lidery skokowe. Dla bezpieczeństwa urządzeń ważne są wyładowanie doziemne, których jest 30% - 40%, reszta to między chmurowe.

Doziemne

Wyładowania mogą być pojedyncze stanowiące jeden udar prądowy (do 20% przypadków) lub wielokrotne czyli zawierające więcej niż jeden udar

5. Charakterystyka zakłóceń spowodowanych pracą systemów elektroenergetycznych i urządzeń elektrycznych (zakłócenia sztuczne).

Grupy urządzeń emitujących wąsko i szerokopasmowe przebiegi okresowe –

Długotrwałe zakłócenia niskiej, średniej i wysokiej częstotliwości (od pojedynczych Hz do ok. i 100 GHz): prostowniki i falowniki; linie kablowe i napowietrzne niskich,

średnich i wysokich napięć; maszyny elektryczne;

lampy fluorescencyjne; zasilacze sieciowe;

urządzenia zapłonowe silników; systemy komputerowe;

spawarki elektryczne; kuchenki mikrofalowe;

nadajniki telewizyjne i radiofoniczne; radiotelefony, telefonia komórkowa;

urządzenia zdalnego sterowania; radary

Urządzenia emitujące przebiegi aperiodyczne, zmienne, impulsowe - z reguły zakłócenia szerokopasmowe podczas pracy krótkotrwałej.

Wysokonapięciowe:

przy załączaniu i wyłączaniu dużych obciążeń (np. tzw. zrzucanie mocy);

przy łączeniu szyn zbiorczych za pomocą o odłączników.

Niskonapięciowe:

przy włączaniu i wyłączaniu lamp fluoroscencyjnych

podczas pracy łukowych aparatów spawalniczych (palenie się łuku elektrycznego),

podczas odskoku styków w kontaktach mechanicznych, itp.

Można tu oszacować takie wielkości jak:

przepięcia łączeniowe w sieciach nn - do 10 kV,

prędkość narastania napięć - do 100 V/ns,

czasy czoła napięcia 1 ns...1 us,

czasy trwania impulsów (np. typu EFT/Burst) -100 ns...1 ms,

przepięcia w sieciach zasilania lub przesyłu danych - do 3 kV;

Przepięcia dorywcze przepięcia przemienne długotrwale o znaczącej amplitudzie występujące w sieci średnich i niskich napięć w wyniku uszkodzenia izolacji spowodowanego np. przepięciem atmosferycznym lub przerwaniem przewodu układu zasilania po stronie średniego lub niskiego napięcia.

Prądy ziemnozwarciowe da się wyznaczyć obliczając je ze względu na dobrze zdefiniowane konfiguracje sieci średniego napięcia. Wartości przepięć powstających po stronie średniego napięcia zależą od rodzaju układu uziemiającego zarówno sieci średniego jak i niskiego napięcia. Prąd zwarcia w sieci średniego napięcia wpływa do układu uziomowego i generuje przepięcia przemienne w sieci niskiego napięcia wskutek sprzężeń uziemieniowych. Na amplitudę i czas trwania przepięcia główny wpływ mają typ i konfiguracja sieci oraz jej układ uziemień a także metoda i czas eliminowania zwarcia

6. Klasyfikacja i rodzaje rozprzestrzeniania się zakłóceń magnetycznych.
Mechanizm rozprzestrzeniania się zakłóceń (sprzężenie) – zjawisko fizyczne w określony sposób przenoszące energię elektromagnetyczną ze źródła zakłóceń do układu lub urządzenia.

Klasyfikacja:

• sprzężenie przez przewodzenie i wspólną impedancję,

• sprzężenie pojemnościowe przez pole elektryczne bliskie (przesłuch pojemnościowy),

• sprzężenie indukcyjne od pola magnetycznego bliskiego (przesłuch indukcyjny),

• sprzężenie przez pole wskutek propagacji fali elektromagnetycznej. (rys)

Sprzężenie przewodzone występuje gdy prądy dwóch lub więcej obwodów elektrycznych płyną przez tą wspólną impedancję (wspólny przewód zerowy, przewód uziemiający, masę). Rozróżnia się sprzężenie przewodzone między dwoma obwodami elektrycznymi zasilanymi z tej samej sieci i sprzężenie między dwoma obwodami elektrycznymi i obwodem uziemienia.

7. Mechanizm sprzężeń przewodzonych (rezystancyjnych, impedancyjnych) oraz przykłady środków zaradczych ograniczających wpływ sprzężeń przewodzonych.
Sprzężenie przez przewodzenie występuje wówczas gdy co najmniej dwa obwody mają jedną wspólną impedaneję Zk (impedancja sprzężenia - mutual transfer impedance).

Są 2 typy sprzężeń przewodzonych:

• między dwoma obwodami prądowymi zasilanymi z tej samej sieci,

• między dwoma obwodami prądowymi i obwodem uziemienia

Przy bardzo małych częstotliwościach impedancja Zk jest rezystancją. Prąd płynący w obwodzie 1 (prąd zakłócający) wywołuje na przewodzie wspólnym (np. w przewodzie powrotnym lub uziemieniowym) podłużny spadek napięcia zakłócającego: Ust  =  I1 * Zk.

W praktyce impedancję sprzężenia można przedstawić jako: Zk  =  R  +  j2πfL.

Wartość impedancji sprzężenia rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości prądu zakłócającego.

Część rezystancją na impedancji sprzężenia ma stałą wartość oporu jedynie wówczas, gdy prąd płynie przez cały przekrój przewodu. Dla wyższych częstotliwości występuje (efekt naskórkowości) zjawisko wypierania prądu do części warstwy blisko powierzchni przewodu. Równoważna grubość warstwy przewodzącej prąd może być obliczona z zależności:

$$\delta = \sqrt{\frac{1}{\text{πfσμ}}}$$

σ - konduktywność, υ - przenikalność magnetyczna materiału przewodzącego.

Środki redukujące sprzężenie przez przewodzenie:

• Zmniejszanie długości odcinków przewodów mających wpływ na wartość Zk;

• Zwiększenie przekroju poprzecznego przewodu dla prądów o niskiej częstotliwości

• Stosowanie separacji galwanicznej, która może być skuteczna jedynie przy małych częstotliwościach lub zrównoważonych układów separacyjnych

• Odpowiedni sposób prowadzenia i połączeń przewodów wspólnych lub uziemieniowych

Sprzężenia przewodzone (galwaniczne) w układach uziemieniowych

2 urządzenia przyłączone do 1 uziemienia, obwód obustronnie uziemiony

$$U_{\text{st}} = U_{12}\frac{Z_{S}}{Z_{S} + Z_{Q}}$$

Ograniczanie napięcia U₁₂

• Instalowanie dodatkowych powierzchni połączeń ekwipotencjalnych

• Wyrównanie potencjału mocy poszczególnych urządzeń

• Obustronne uziemienie kabli

• Ograniczenie prądu zakłóceniowego

8. Charakterystyka mechanizmu sprzężeń pojemnościowych (elektrycznych) i zróżnicowane przypadki tego mechanizmu.
Pole elektryczne wytwarzane przez np. przewody obwodu zakłócającego wywołuje w drodze indukcji elektrycznej napięcie zakłócające Ust na przewodach obwodu zakłócanego (wrażliwego).

Elementy pasywne C_I/II oraz R_E i C_E zachowują, się jak dzielnik napięcia o przekładni zależnej od częstotliwości:

$$\frac{U_{I}}{U_{\text{II}}} = \frac{1}{j\omega*C_{I/II}*R_{E}}$$	Ust = UI * jω * CI/II * RE	$$u_{\text{st}}\left( t \right) = \frac{du(t)}{\text{dt}}*C_{I/II}*R_{E}$$
Ust - napięcie zakłócające w wyniku sprzężenia pojemnościowego.

Przypadki występowania sprzężeń pojemnościowych:

• obwód zakłócający i zakłócany są galwanicznie oddzielone;

• obwód zakłócający i zakłócany mają jeden przewód (połączenie) o wspólnym potencjale;

• obwód zakłócający i zakłócany mają dużą pojemność doziemną

Obwody galwanicznie oddzielone

Wzór

Coś jeszcze

Obwody z połączenie o wspólnym potencjale

Takie obwody są charakterystyczne dla układów z elementami analogowymi i cyfrowymi gdzie napięcie wspólne miedzy przewodem i masa generuje pole elektryczne

1 , 2 – przewody układu zakłócającego

3 , 4 – przewody układu zakłócanego,

2 , 4 – wspólny przewód (połączenie wspólne)

$$u_{\text{st}} = R_{Q}*C_{12}\left( \frac{U}{t} \right)*\left( 1 - e^{- t/R_{Q}(C_{13} + C_{34})} \right)$$

Sposoby ograniczania zakłóceń:

• Zmniejszenie pojemności C₁₃

• Zwiększenie pojemności C₃₄

• Ograniczenie stratności napięcia dU/dt

• Ekranowanie przewodów

Obwody z duża pojemnością doziemną

W długich przewodach uziemionych z jednej strony lub rozległym uziemieniem, mogą pojawić się różnice potencjałów dU, które przez C1 i C2 powodują przepływ prądu i_st , a na skutek symetrii pojawia się u_st

$$U_{\text{st}} = \frac{U}{\sqrt{1 + 1/{(2\pi f*C_{1}*R_{Q})}^{2}}}$$

Środki przeciwdziałania

• Wykonanie obwodów sygnalizacyjnych z możliwie małą rezystancją

• Ekranowanie połączeń przewodów zakłócanych

• Zastosowanie światłowodów dla torów sygnalizacyjnych

• Odseparowanie połączenia obwodu zakłócanego od ziemi

9. Mechanizm sprzężenia indukcyjnego (magnetycznego), możliwości występowania tego mechanizmu oraz środki przeciwdziałania zakłóceniom oddziaływującym w wyniku sprzężeń indukcyjnych.

Sprzężenia indukcyjne występują w skutek oddziaływania strumienia magnetycznego wytwarzanego przez źródło zakłóceń, np. przez przewody linii, kanały wyładowań elektrycznych lub elementy przewodzące prądy zakłóceniowe. Zmiana w czasie części strumienia magnetycznego przenikającego przez tworzące pętle linie lub obwody zakłócane powoduje indukowanie w takiej pętli napięcia zakłócającego. Napięcie to jest tym większe im większa jest zmiana w czasie strumienia magnetycznego lub prądu będącego jego źródłem.

Sprzężenia ind. Przy wyładowaniach elektrostatycznych.

Ich skutkiem może być uszkodzenie, zakłócenie pracy, bądź całkowite zniszczenie urządzenia. Przebiegi napięć zakłóceniowych zależą od parametrów prądu wyładowania elektrostatycznego, czyli od parametrów obwodu rozładowania oraz od wymiarów elementów tworzących pętlę indukcyjną w urządzeniu.

Sprzężenia ind. Przy wyładowaniach atmosferycznych.

Prąd piorunowy przepływający przez przewody odprowadzające instalacji odgromowej powoduje zaindukowanie napięć w obwodach urządzeń sygnalizacyjnych łączących budynki.

Środki przeciwdziałania zakłóceniom:

• minimalizacja wartości indukcyjności wzajemnych przez skrócenie długości przewodów

• zwiększanie odstępu między przewodami z prądem zakłóceniowym i telekomunikacyjnymi, sygnałowymi lub informatycznymi

• zmniejszanie zmian strumienia magnetycznego dФ/dt poprzez umieszczenie zwartej pętli w bezpośredniej bliskości obwodu sygnalizującego lub poprzez połączenie za pomocą mostka z przewodem ekranującym,

• ortogonalne ułożenie względem osi pola magnetycznego obwodów generującego zakłócenia i zakłócanego

• ekranowanie kabli, elementów obwodów za pomocą ekranów ferromagnetycznych

• kompensacja napięć zakłócających przez splecenie przewodów obwodu

• splecenie przewodów w obwodzie zakłócającym, co kompensuje wpływ przeciwsobnych cząstkowych strumieni oddziaływujących na obwód zakłócany.

10.Mechanizm rozprzestrzeniania się zakłóceń (sprzężenia) w skutek propagacji pola elektromagnetycznego (promieniowania) i środki przeciwdziałania.

W przypadku dużej odległości pomiędzy źródłem pola i urządzeniem posługujemy się parametrami pola elektromagnetycznego.

Warunki propagacji pola zależą od:

• zakresu częstotliwości,

• charakterystyki promieniowania anteny nadawczej,

• tłumienia pola przez przeszkody.

Jeżeli fala przewodząca napotyka strukturę przewodzącą wówczas indukuje w niej napięcia i prądy niezależnie od tego czy jest to część konstrukcji czy też urządzenie antenowe.

Napięcia i prądy indukowane przez pole elektromagnetyczne w strukturach przewodzących wytwarzają pole wtórne, które nakłada się na zewnętrzne pole pierwotne w taki sposób, że w zależności od przesunięcia fazowego będą się one dodawać lub odejmować.

ODBICIE FALI ELEKTROMAGNETYCZNEJ OD POWIERZCHNI METALOWEJ

Sprzężenie Pole-obudowa

Pole elektromagnetyczne z zewnętrznego źródła może wzbudzać pole wtórne także wewnątrz metalowej obudowy poprzez różne drogi wynikające z niezamierzonych nieszczelności w obudowie, np.”

• otwory po prowadzeniu przewodów

• otwory dla elementów obsługi urządzenia,

• otwory wentylacyjne,

• drzwiczki spoiny,

• połączenia śrubowe.

Sprzężenie Pole-kabel ekranowany jeżeli fala E-M pada na ekranowany kabel, to w ekranie jest indukowany prąd zakłóceniowy, który z kolei w żyle kabla indukuje napięcie zakłócające. Współczynnik sprzężenia opisującego wpływ pola na kabel ekranowany na wymiar impedancji.

Wartości napięć zakłócających zależą od:

• natężenia zewnętrznego pola E-M.

• współczynnika. sprzężenia ekranu kabla,

• długości kabla,

• wartości impedancji obciążenia.

Środki przeciwdziałania sprzężeniom polowym. Stosowanie ekranowania (przegród, obudów, ścian, oplotów itp.) pomiędzy źródłem promieniowania i obiektem zakłócanym.

Zmniejszenie natężenie pola poprzez absorpcję energii pola w materiale ekranu oraz odbić wewnątrz ekranu.

11.Filtry jako pasywne elementy przeciw zakłóceniowe (podstawowe parametry i sposoby wyznaczania ich charakterystyk, cechy konstrukcyjne).

Filtry to urządzenia celowo prowadzające selektywne częstotliwościowo sprzężenia przez przewodzenie i w znacznym stopniu ograniczające prądy zakłóceniowe dla określonego pasma częstotliwości.

Działanie filtru polega na podziale napięcia sygnału wejściowego Ue w zależności od częstotliwości, przy czym jedna z impedancji Z1 lub Z2 musi być zmienna w funkcji częstotliwości

Efektywność tłumienia filtru jest uzależniona od stosunku napięć zakłócających przy występowaniu i niewystępowaniu impedancji filtru.

U₀ – wysokoczęstotliwościowe napięcia źródła zakłóceń, Z_S – impedancja układu zakłócanego, Z_Q – impedancja układu zakłócającego, Z_L – impedancja filtru

Wartości napięć zakłócających

Bez filtra $$U_{\text{st}} = U_{0}\frac{Z_{S}}{Z_{Q} + Z_{S}}$$	Z filtrem $$U_{\text{st}} = U_{0}\frac{Z_{S}}{Z_{Q} + Z_{S} + Z_{L}}$$

Jeden filtr może mieć w różnych warunkach różne parametry tłumiące. Niemożliwe jest zatem definiowanie parametrów filtra, gdyż jego właściwości tłumiące są uzależnione od całości parametrów układu.

Podstawowymi elementami konstrukcyjnymi filtrów są: kondensatory i dławiki. Mogą być one stosowane oddzielnie lub w kombinowanych połączeniach w zależności od zakresu przeciwdziałania zakłóceniom (formy kondensatorów/dławików: dwubiegunowe, trójbiegunowe czterobiegunowe, wielokrotne).

12.Ograniczniki przepięć jako pasywne elementy przeciwzakłóceniowe – rodzaje i charakterystyczne parametry.

Ograniczniki przepięć SPD mają na celu ograniczenie przepięć spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi lub procesami łączeniowymi. Przedstawiają one sobą nieliniową oporność o dużej wartości rezystancji przy poziomach napięć roboczych oraz o wysokiej rezystancji dla przepięć o wartościach większych niż największa wartość napięcia roboczego urządzenia lub instalacji. Ograniczniki przepięć składają się przynajmniej z jednego elementu nieliniowego, są instalowane na wejściu do chronionego urządzenia i powodują ograniczenie fali przepięciowej przez odprowadzenie jej prądu do ziemi. Wyróżniamy następujące ograniczniki:

• ograniczniki wyładowcze lub ucinające napięcie (iskierniki powietrzne, gazowe i ślizgowe), półprzewodnikowe lub obniżające napięcie (warystory, diody) i złożone (kombinacje);

• ograniczniki zaliczane do prostych układów, złożone z elementów podstawowych obniżających i ucinających napięcie; ograniczniki nie zaliczane do prostych układów, zawierają obok podstawowych elementów również wskaźniki, rozłączniki, kondensatory.

• ograniczniki 1-bramkowe i 2-bramkowe z szeregową impedancją

• Ograniczniki typu ucinającego napięcie mają nieciągłą charakterystykę napięciowo-prądową, ograniczniki typu obniżające napięcie mają ciągłą charakterystykę napięciowo-prądową, ograniczniki typu złożonego zawierają w sobie elementy ucinające i obniżające napięcie.

1. Elementy ucinające napięcie b) Elementy obniżające napięcie c) Układ szeregowy elementu obniżającego i ucinającego napięcie d) Układ równoległy elementu obniżającego i ucinającego napięcie

1 – warystor 2 – ogranicznik gazowy 3 – iskiernik 4 – dioda lawinowa 5 - tyrystor

Właściwości ograniczników wyładowczych:

Główne cechy tych ograniczników to: hermetyczna obudowa, 2 lub 3 płaskie elektrody, izolacja gazowa lub stała (ślizgowa), rezystancja sięga wartości 10¹² Ω, zapłon zależny od stromości narastania napięcia i wartości szczytowej udaru, napięcie zapłonu dostosowane do wytrzymałości elektrycznej chronionego układu i napięcie obniżone rzędu 10 V. Napięcie wyładowania jarzeniowego jest większe niż napięcie robocze U₀ chronionego układu. Pojemność własna ograniczniki może mieć wpływ na pracę chronionego układu.

Właściwości ograniczników półprzewodnikowych i złożonych. Główną cechą ograniczników warystorowych jest symetryczna, nieliniowa charakterystyka napięciowo prądowa, wyznaczająca dwa stany ich pracy (stan bezprądowy i stan przewodzenia). Poziom ochrony zależy od wartości prądu wyładowania i współczynnika nieliniowości α i może być kilkakrotnie wyższy niż napięcie znamionowe pracy układu. Znamionowo i graniczne prądy udarowe zależą od wymiarów warystora i zawierają się w granicach od kilkuset A do kilkunastu kA.

13. Ekrany i osłony, zasady i skuteczność ekranowania w zależności od cech oddziaływującego pola, rodzaje ekranów i dobór materiałów na ekrany.

Ekranowanie osłabia pola elektryczne, magnetyczne lub elektromagnetyczne, które przenikają do urządzeń, jednocześnie ułatwia ograniczenie zakłóceń emitowanych z części zasilających lub z urządzeń elektrycznych. Ekran elektromagnetyczny rozdziela dwa obszary: zawierający źródło pola elektromagnetycznego oraz nie zawierający tego źródła. Pole wnikając do ekranu powoduje powstanie w nim ładunków powierzchniowych na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni ekranu, pomiędzy którymi powstaje pole przeciwne do zewnętrznego. Nałożenie się obydwu pól prowadzi do osłabienia pola zewnętrznego. Skuteczność ekranowania czyli tłumienia ekranu definiuje się w odniesieniu do pola elektrycznego, magnetycznego lub pola sprzężonego.

elektryczne i sprzezone a_E = 20log(E_b/E_e)  [dB]

magnetyczne a_E = 20log(H_b/H_e)  [dB]

Istota ekranowania polega na :

• Odbiciu fali pola docierającego do ekranu na skutek niedopasowania impedancji pola (Zc=E/H) oraz impedancji powierzchniowej materiału przewodzącego ekranu, tj. widzianej przez pole impedancji

$$Z_{s} = \sqrt{\frac{2\pi\mu_{0}\mu_{r}}{\sigma}}$$

• Absorpcji w materiale ekranu energii tej części fali, która nie została odbita pola lecz została wytłumiona w materiale ekranu, zamieniając swoją energię na ciepło, charakteryzowanej przez współczynnik tłumienia absorpcyjnego - a_A.

Ekranowanie pól elektrycznych małej częstotliwości

Ekran pola elektrycznego działa poprzez wyrównywanie potencjałów i przejmowanie z pola prądów pojemnościowych, które powinny być odprowadzone do ziemi. Ekran powinien być zamknięty (klatka Faradaya) i wykonany z materiału przewodzącego lub otaczać przestrzeń ekranowaną i być połączonym z ziemią. Ekran Faradaya wykonany z cienkiej blachy jest nieskuteczny w przypadku przemiennych pól magnetycznych oraz niedostatecznie tłumi fale wielkich częstotliwości.

Ekran pól magnetycznych statycznych małej częstotliwości

Ekranowanie pól magnetycznych małych częstotliwości jest trudne gdyż odbicie pola magnetycznego jest nieznaczne. W przypadku pola statycznego można wykorzystać zjawisko odchylenia linii sił pola przez materiał o dużej przenikalności magnetycznej, wszystkie materiały ferromagnetyczne stosowane w postaci grubych warstw począwszy od częstotliwości ok. 10 kHz wprowadzają znaczne tłumienie przez absorpcję.

Ekranowanie przy wielkich częstotliwościach

w zakresie wysokich częstotliwości (>1MHz) tłumienie ekranu zależy tylko od rozproszenia pola wnikającego do lub „wyciekającego” z obudowy przez jej nieszczelności, braki połączeń metalicznych oraz przez celowo wykonane otwory funkcyjne.

Materiały stosowane na ekrany stosuje się zarówno metale nieżelazne jak i materiały ferromagnetyczne. Materiały niemagnetyczne przewodzące (μ_r = 1 ,  σ_r = 0, 6…1)

• tłumienie jest wynikiem występowania prądów wirowych

Materiały ferromagnetyczne (μ_r ≫ 1 ,  σ_r < 1)

• tłumią gorzej pola elektryczne niskich częstotliwości niż materiały niemagnetyczne lecz w przeciwieństwie do nich lepiej tłumią stałe pola magnetyczne

14.Systematyka i rodzaje badań odporności urządzeń elektronicznych na zakłócenia elektromagnetyczne oraz kryteria oceny odporności.

W przepisach międzynarodowych oraz europejskich, dotyczących badań odporności urządzeń z zakresu EMC, zakres badań został określony pod kątem charakterystycznych parametrów czasowych lub częstotliwościowych zakłóceń występujących w określonych środowiskach elektromagnetycznych.

Uznano za niezbędne poddawanie urządzeń badaniom na działanie:

• wyładowań elektrostatycznych ESD (ang. Electrostatic Discharges),

• szybkich wiązek impulsów EFT/B (ang. Electrical Fast Transients/Burst),

• zakłóceń przewodzonych lub zaindukowanych generowanych przez poła o częstotliwości radiowej RFI (ang. Radio-Frequency Interference),

• udarów - napięciowych lub prądowych (ang. Surge),

• pól elektromagnetycznych o częstotliwości sieciowej, impulsowych lub o charakterze tłumionych oscylacji,

• dynamicznych zmian napięcia zasilania (DZNZ) - zaniki, wahania i zapady napięcia.

Warunki badań i kryteria oceny odporności urządzeń na zakłócenia elektromagnetyczne.

O kompatybilności urządzenia lub systemu decydują wszystkie drogi, którymi urządzenie, system czy instalacja są połączone ze światem zewnętrznym. Drogami takimi są wejścia/wyjścia obwodów zasilania sieciowego, uziemienia, obwody wejść/wyjść obiektowych, obwody połączone z liniami transmisyjnymi zewnętrznymi, obwody interfejsowe i in., którymi rozprzestrzeniają się zakłócenia przewodzone.

Badania należy przeprowadzać podczas takiego trybu pracy urządzenia, przy którym obserwuje się jego największą wrażliwość na zakłócenia. W celu określenia maksymalnej podatności badanego urządzenia należy odpowiednio zmieniać jego konfigurację oraz sposób i zakres jego działania.

Kryterium typu A – urządzenie powinno pracować zgodnie z przeznaczeniem. Nie dopuszcza się żadnej

degradacji jego parametrów technicznych lub utraty funkcji do poziomów niższych niż określone przez producenta. W pewnych przypadkach poziom zgodności może być zastąpiony przez dopuszczalną utratę własności użytkowych. Jeśli producent nie określa minimalnego poziomu zgodności lub utraty własności, wówczas kryteria oceny można ustalić na podstawie opisu i dokumentacji wyrobu.

Kryterium typu B – urządzenie powinno działać zgodnie z przeznaczeniem po zakończeniu badań. Nie dopuszcza się żadnej degradacji jego parametrów technicznych lub utraty funkcji do poziomów niższych niż określone przez producenta. W pewnych przypadkach poziom zgodności może być zastąpiony przez dopuszczalną utratę własności użytkowych. Dopuszcza się obniżenie parametrów technicznych w czasie badania. Nie jest dopuszczalna żadna zmiana stanu pracy urządzenia lub utraty zapamiętanych danych. Jeżeli producent nie określa minimalnego poziomu zgodności lub dopuszczalnej utraty właściwości urządzenia, wówczas kryteria oceny można ustalić na podstawie opisu i dokumentacji wyrobu oraz oczekiwań użytkownika wobec urządzenia, gdy jest ono używane zgodnie z przeznaczeniem.

Kryterium typu C – dopuszczalna jest chwilowa utrata funkcji urządzenia pod warunkiem ich samoistnego odtworzenia się lub możliwości ich odtworzenia za pomocą odpowiednich elementów regulacyjnych.

15.Zasady metod badawczych odporności urządzeń elektronicznych na zakłócenia elektromagnetyczne przewodzone i promieniowane, klasyfikacja środowiska elektromagnetycznego ze względu na możliwość oddziaływania różnych rodzajów zaburzeń.

Zakłócenia promieniowane:

Badania odporności urządzeń na zakłócenia promieniowane są wykonywane w specjalnym, pomieszczeniu probierczym, nazywanym komorą bezodbiciową, w której umieszcza się urządzenie badane oraz szerokopasmową antenę emitującą określony rodzaj zakłóceń. Specjalna konstrukcja komory bezechowej (ekranowane ściany wyłożone najczęściej ferrytowymi płytkami absorbującymi fale elektromagnetyczne) zapewnia, że na badane urządzenie oddziałuje tylko pole emitowane przez antenę. Zamiast komór bezechowych można stosować tzw. symulatory z falą prowadzoną lub promieniowaną, w których pole w przestrzeni pomiarowej jest zbliżone do pola w wolnej przestrzeni. Wektor pola elektrycznego w centralnej części przestrzeni pomiarowej jest prostopadły do przewodników, a wektor pola magnetycznego jest równoległy. Zapewniona jest wówczas duża jednorodność pola elektromagnetycznego oraz niewielkie (komora typu TEM) lub zerowe (komora GTEM) promieniowanie pola elektromagnetycznego do środowiska.

Zakłócenia przewodzone lub indukowane

Metoda doprowadzenia sygnału zakłóceniowego do urządzenia badanego jest uzależniona od jego konfiguracji oraz od połączonych z nim urządzeń zewnętrznych wymaganych dla zapewnienia poprawnej pracy badanego urządzenia.

Energia zakłócenia jest sprzęgana z obiektem badanym za pomocą - CDN - urządzenia, które ma za zadanie poza zapewnieniem właściwego doprowadzenia sygnału zakłócającego do obiektu, także uniemożliwienie rozprzestrzenienia się zakłócenia w liniach lub urządzeniach przyłączonych do obiektu badanego w warunkach normalnej pracy.

Badania odporności urządzeń na udary piorunowe przewodzone są wykonywane w sposób uzależniony od wymaganego poziomu narażeń oraz od miejsca zainstalowania urządzenia. Źródłem udarów jest specjalny typ generatora udarowego tzw. generator kombinowany lub hybrydowy, który w stanie otwartym wytwarza udar napięciowy, a w stanie zwartym generuje udar prądowy. Ze względu na to, że kształt udaru jest uzależniony od impedancji wejściowej badanego urządzenia wymagane jest, aby generator wytwarzał zarówno udar napięciowy o kształcie 1,2/50 μs, jak i udar prądowy o kształcie 8/20 μs na tych samych zaciskach wyjściowych.

Podział na klasy

Ze względu na narażenia urządzeń i systemów rodzajami zakłóceń rozróżnia się odpowiednio sklasyfikowane środowiska, czyli miejsca użytkowania urządzenia określone poziomem i charakterem zakłóceń elektromagnetycznych, które mogą tan wystąpić. Klasyfikacja ta jest ściśle związana z odpornością urządzeń na zakłócenia elektromagnetyczne, zakresem i metodami badań tej odporności uwarunkowanymi przewidywanym miejscem ich zainstalowania oraz sposobem połączenia z instalacjami wychodzącymi na zewnątrz urządzeń.

KLASA 0 - dobrze chronione środowiska elektromagnetyczne często wewnątrz specjalnego pomieszczenia, w którym:

• we wszystkich doprowadzonych liniach jest zainstalowane dwustopniowa ochrona przeciwprzepięciowa,

• elementy urządzeń elektronicznych są połączone sieci przewodów wyrównawczych,

• urządzenia elektroniczne mają wydzielone linię zasilające,

• wartość przepięć nie przekraczająca 250 V

KLASA 1 - częściowo chronione środowisko elektromagnetyczne gdzie:

• we wszystkich doprowadzonych linii jest zainstalowana jednostopniowa ochrona przeciwprzepięciowa,

• elementy urządzeń elektronicznych są połączone przewodami wyrównawczymi,

• urządzenia elektroniczne maja linie zasilające całkowicie odseparowane od innych urządzeń,

• wartości przepięć nie przekraczające 500V

KLASA 2 - środowisko w którym wszystkie połączenia kablowe są odizolowane:

• urządzenie jest uziemione za pomocą przewodów odseparowanych od uziemienia instalacji zasilającej,

• linie zasilające są odreparowane od linii zasilających inne obwody za pomocą transformatorów izolacyjnych,

• występuje ograniczona liczba urządzeń nie chronionych które są dobrze odizolowane od pozostałych obwodów,

• wartości przepięcia nie przekracza 1000V

KLASA 3 - środowisko w którym linii zasilających i transmisji sygnału do urządzeń są urządzenia równoległe:

• urządzenia mają uziemienie wspólne z uziemieniem sieci zasilającej

• prądy podczas zwarć i operacji łączeniowych mogą być przyczyną powstania uziemieniowych spadków napięć,

• chronione urządzenia elektroniczne oraz mniej czułe urządzenia są zasilane z jednej sieci,

• wartość przepięć nie przekraczają 2000V

KLASA 4 - środowisko w którym urządzenia są połączone za pomocą kabli znajdujących się na terenie otwartym psb kablami używanymi wspólnie do połączeń obwodów elektrycznych i elektronicznych:

• urządzenia są połączone z uziemienie sieci zasilającej, w którym mogą wystąpić zakłócenia generowane przez sieć lub wyładowania piorunowe

• prądy podczas zwarć, operacji łączeniowych lub wyładowań piorunowych w instalacji zasilającej osiągają wartości rzędu kA i mogą być przyczyną powstania uziemieniowych spadków napięcia

• sieć zasilająca jest wspólna dla urządzeń elektrycznych

• zewnętrzne fragmetny kabli łączących urządzenia mogą dochodzić do urządzeń wysokiego napięcia

• wartość przepięć do 4kV

KLASA 5 - środowisko dla urządzeń elektronicznych połączonych z liniami telekomunikacyjnymi i liniami zasilającymi napowietrznymi na terenach małej gęstości zaludnienia:

• wszystkie linie są chronione od przepięć

• uziemieniowe spadki napięć przy prądach zwarciowych lub wyładowaniach piorunowych mogą być ekstremalnie duże

KLASA X - środowisko specjalne wyszczególnione w dokumentacji wyrobów