Politechnika Częstochowska

Wydział Elektryczny

Laboratorium

Zakłócenia w układach elektroenergetycznych

Zakłócenia przewodzone

Rok I, sem.I

Studia zaoczne

Skład grupy:

1. Kubik Witold

2. Kułak Monika

18.10.2008

Częstochowa 2008

1. Cel ćwiczenia

Celem naszego ćwiczenia było zapoznanie się z rodzajami zakłóceń przewodzonych generowanych przez urządzenia elektryczne zasilane napięciem sieciowym. Wyznaczanie wartości napięć zakłóceń generowanych przez te urządzenia i porównanie ich z dopuszczalnymi poziomami napięć określonymi w odpowiednich normach.

2. Wiadomości ogólne

Zaburzenia elektromagnetyczne stają się dokuczliwe wówczas, gdy w obszarze ich oddziaływania znajdują się czułe na ich obecność „receptory” (odbiorniki), czyli inne systemy i urządzenia, których poprawna praca może być w efekcie zakłócona. Zaburzenia te są zjawiskami fizycznymi i mogą być wartościowane poprzez pomiar odpowiednich wielkości elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc sygnału lub natężenie pola magnetycznego lub elektrycznego. Sposób, w jaki docierają one do „receptora”, pozwala podzielić je na:

• zaburzenia przewodzone;

• zaburzenia promieniowane.

Zaburzenia przewodzone przenikają do obwodów „receptora” wówczas, gdy istnieją jakiekolwiek sprzężenia (galwaniczne, pojemnościowe lub indukcyjne) pomiędzy obwodami źródła zaburzeń i obiektu zakłócanego. Zaburzenia promieniowane docierają do „receptora” jako fala elektromagnetyczna, która może spowodować wyindukowanie w obwodach zakłócanego obiektu sygnału stanowiącego zagrożenie dla jego poprawnej pracy.

Typowym przykładem zaburzeń o charakterze przewodzonym są zakłócenia radioelektryczne obserwowane w domowych instalacjach elektroenergetycznych. Podłączone do nich urządzenia takie, jak np. sprzęt AGD z silnikami komutatorowymi (odkurzacze, miksery itp.), półprzewodnikowe regulatory oświetlenia, urządzenia wyposażone w przetwornice impulsowe (sprzęt komputerowy, przetwornice do lamp halogenowych) mogą zakłócać pracę innych urządzeń zasilanych z tej samej sieci energoelektrycznej, a zwłaszcza odbiorników radiowych i telewizyjnych. Jest to najbardziej typowy przykład galwanicznego sprzężenia obwodów źródeł zaburzeń i znajdujących się w pobliżu „receptorów” zaburzeń. Inny sposób rozprzestrzeniania zaburzeń przewodzonych może występować w instalacjach budynkowych i przemysłowych, w których często prowadzi się w tych samych korytkach instalacyjnych przewody energetyczne (w których płyną prądy o dużych natężeniach) oraz przewody kontroli i sterowania. W takich przypadkach stany nieustalone i przepięcia w kablach energetycznych, towarzyszące np. włączaniu, wyłączaniu i pracy obciążeń dużej mocy, mogą na skutek sprzężeń indukcyjnych i pojemnościowych powodować zaburzenia w przewodach sterowania i kontroli. Może to prowadzić do zakłócenia pracy całych systemów, np. przetwarzania danych, sterowania procesami technologicznymi, ochrony. Jeszcze większe problemy występują, gdy na stosunkowo ograniczonym, niewielkim obszarze jest skumulowana duża ilość systemów i instalacji (np. pokład samolotu, samochodu itp.) o różnym charakterze (obwody wysokoprądowe, niskoprądowe, analogowe, cyfrowe) i przeznaczeniu (obwody zasilania, sygnałowe).

Jednostki stosowane przy określaniu poziomów zakłóceń

Przy pomiarach z zakresu kompatybilności elektromagnetycznej najczęściej stosuje się miary wyrażone w jednostkach logarytmicznych. Możliwe jest wówczas porównywanie mierzonych wielkości z ich wartościami mierzonymi w innych punktach obwodów pomiarowych bądź porównanie ich z pewnymi poziomami wartości odniesienia np. 1μV.

Ogólnie definiuje się miarę logarytmiczną wyrażoną w decybelach tj. o podstawie logarytmu dziesiętnego następująco:

N[dB]=20log(N/1)

Na wykresie poniżej przedstawiono oś liczb naturalnych n oraz odpowiadające im liczby podane w decybelach (dB).

W odniesieniu do napięć otrzymuje się wyrażenie:

U[dBUodn]=20log(U/Uodn)

Jeżeli napięcie odniesienia Uodn przyjmie się 1µV to wartość U wyrazi się w dBµV, np. jeżeli chcemy wyrazić napięcie 1V w mierze logarytmicznej to napięciu 1V odpowiada 120dBµV.

Wartość dodatnia wyrażona w decybelach odpowiada wzmocnieniu a wartość ujemna tłumieniu. Zakłócenia asymetryczne sieciowe stanowią największy problem związany z eliminowaniem wpływu sygnałów zakłócających pracę urządzeń elektronicznych.

Rys. Schemat zastępczy przenoszenia się zakłóceń w liniach zasilających

Podział zakłóceń asymetrycznych przewodzonych:

Zakłócenia asymetryczne różnicowe Zakłócenia asymetryczne wspólne

Dla zapewnienia warunków kompatybilności elektromagnetycznej (nie zakłóconej pracy wszystkich urządzeń zasilanych z tej samej sieci) wprowadzono następujące rodzaje poziomów zakłóceń:

N- poziom normalny, obowiązujący na terenach zamieszkałych,

O- poziom obniżony, obowiązujący w przypadkach szczególnych,

W- poziom wysoki, obowiązujący w przypadkach gdy możliwe jest dopuszczenie poziomu wyższego od normalnego.

S1 i S2 - poziomy specjalne, stosowane w uzgodnieniu między producentem a użytkownikiem urządzeń stanowiących źródła zakłóceń.

Obecnie w większości krajów świata stosuje się zalecenia sformułowane w Publikacji 22 Komisji CISPR (Międzynarodowa komisja ds. zakłóceń radiowo-telewizyjnych)dotyczącej urządzeń informatycznych jak i systemów cyfrowych.

U _z

[dBµV] [µV]

Rys. Dopuszczalne poziomy zakłóceń przewodzonych wg CISPR 22 dla urządzeń klasy A

Na rysunku pokazane zostały dopuszczalne poziomy zakłóceń przewodzonych dla urządzeń tzw. klasy A tj. urządzeń przeznaczonych do pracy w handlu, przemyśle zarządzaniu itp.

Skróty QP i AV odnoszą się do odpowiednich detektorów pomiarowych:

QP -detektor quasi- szczytowy (ang. quasi peak detector)

AV -detektor wartości średniej (ang. average detector)

Zastosowanie detektora quasi-szczytowego pozwala znacznie skrócić cykle pomiarowe.

Klasa B obejmuje głównie urządzenia dla potrzeb domowych jak np. komputery personalne i inny sprzęt AGD. Wymagania dla urządzeń zaliczonych do klasy B są ostrzejsze niż dla klasy A.

U _z

[dBµV] [µV]

Rys. Dopuszczalne poziomy zakłóceń przewodzonych wg CISPR 22 dla urządzeń klasy B

Zakłócenia przewodzone w liniach zasilania prądu przemiennego zwykle generowane są przez odbiorniki włączone do sieci. Dla prawidłowego pomiaru zakłóceń stosuje się tzw. „Sieć sztuczną” zwaną również liniowym stabilizatorem impedancji sieciowej), która współpracuje z analizatorem widma. Sieć sztuczna jest w zasadzie filtrem sieciowym. Przez filtr dolnoprzepustowy badane urządzenie dołączane jest do sieci zasilającej, co gwarantuje utrzymywanie stałych parametrów impedancji sieciowej. Dla badania zakłóceń sieć sztuczna zawiera filtr górno-przepustowy umożliwiający pomiar zakłóceń analizatorem widma w zakresie częstotliwości od 150kHz do 30MHz.

W ćwiczeniu stosowana jest sieć sztuczna typu HM6050-2 firmy Hamer Line impedance stabilization network do pomiaru zakłóceń przewodzonych asymetrycznych. Jest to sieć typu V umożliwiająca pomiar zakłóceń asymetrycznych za pomocą analizatora widma poprzez odpowiednie wyjście o impedancji 50Ω. Do pomiaru zakłóceń służy analizator widma współpracujący z programem komputerowym służącym do obsługi cyklu pomiarowego i przenoszenia wyników w postaci wykresu z ekranu analizatora na ekran komputera. Nasz analizator to Hawlett Packard ESA-L1500A Spectrum analizer.

3. Otrzymane wykresy

Stan początkowy

Częstotliwość od 50 MHz do 20 MHz

Żarówka Philips 60W

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

Świetlówka Electronic 17W 150 mA

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

Świetlówka Electronic 17W 150 mA

Częstotliwość od 10 kHz do 310 kHz

Zapalarka do gazu ZGE-3 25W

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

Zapalarka do gazu ZGE-3 25W

Częstotliwość od 10 kHz do 310 kHz

Suszarka do włosów Clatronic HT-VD2209 230 V ~ 50 Hz 1400W

Częstotliwość od 10 kHz do 310 kHz

Suszarka do włosów Clatronic HT-VD2209 230 V ~ 50 Hz 1400W

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

4. Wnioski

Zaburzenia elektromagnetyczne stają się dokuczliwe wówczas, gdy w obszarze ich oddziaływania znajdują się czułe na ich obecność odbiorniki, czyli inne systemy i urządzenia, których poprawna praca może być w efekcie zakłócona. Zaburzenia te są zjawiskami fizycznymi i mogą być wartościowane poprzez pomiar odpowiednich wielkości elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc sygnału lub natężenie pola magnetycznego lub elektrycznego.

Dla badanych urządzeń w miarę potrzeb, dla częstotliwości od 150 kHz do 30 MHz, naniosłam detektor wartości szczytowej (QP) i średniej (AV). Dla badanej żarówki i świetlówki odczyt z wykresu mieścił się w granicach norm wartości średnich wg CISPR 22 dla urządzeń klasy B. Dla zapalarki do gazu odczyty w wyższych częstotliwościach przekraczały nawet wartości szczytowe. Natomiast dla suszarki do włosów odczyty mieściły się w granicach wartości szczytowych, ale przekraczały wartości średnie. Na taki przebieg ćwiczenia i wahania w odczytach miało wpływ środowisko zewnętrzne i zakłócenia, które powstały podczas równoległego badania przez kolegów za stanowiska obok anteny CB.

---