KOMPATYBILNOŚĆ ELEKTROMAGNETYCZNA (EMC)

Metody badań i pomiarów Badanie odporności na serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych Badanie przeznaczone jest do wykazania odporności sprzętu elektrycznego i elektronicznego narażonego na oddziaływanie różnego rodzaju zaburzeń przejściowych, takich jakie pochodzą od łączeniowych stanów przejściowych (przerwanie zasilania obciążeń indukcyjnych, odbicia styków przekaźnika itp).

1. Zakres normy

Niniejsza norma międzynarodowa dotyczy wymagań w zakresie odporności oraz metod badań sprzętu elektrycznego i elektronicznego w odniesieniu do powtarzalnych, szybkich, elektrycznych stanów przejściowych. Określono dodatkowo szeregi poziomów probierczych oraz ustalono procedury badań.
Przedmiotem niniejszej normy jest ustalenie wspólnych i odtwarzalnych podstaw do oceny działania sprzętu elektrycznego i elektronicznego, który narażony jest na powtarzalne, szybkie stany przejściowe (serie impulsów) występujące w przyłączach zasilania, sygnałowych i sterujących.
W niniejszej normie określono:
- kształt przebiegu napięcia probierczego;
- szereg poziomów probierczych;
- sprzęt pomiarowy;
- stanowisko pomiarowe;
- procedurę badania.

W niniejszej normie podano warunki wykonywania badań w "laboratoriach" i "badań w miejscu zainstalowania" wykonywanych w odniesieniu do urządzeń zainstalowanych w warunkach docelowych.
Niniejsza norma nie jest przeznaczona do precyzowania badań, mających zastosowanie do określonych urządzeń lub systemów. Podstawowym jej celem jest podanie ogólnej podstawy odniesienia wszystkim zainteresowanym komitetom do spraw wyrobów, działających w IEC. Komitety do spraw wyrobów (lub użytkownicy
1 wytwórcy urządzeń) pozostają odpowiedzialni za właściwy dobór badań i poziomu ostrości procy/, odnieś emu do ich urządzeń
Aby nie utrudniać zadania koordynacji i normalizacji, stanowczo zaleca się komitetom do spraw wyrobów lub użytkownikom i wytwórcom rozważenie (w ich przyszłej pracy lub w ramach przeglądu starych nom) zastosowania odpowiednich badań odporności określonych w niniejszej normie.

2. Normy powołane

Wymienione niżej dokumenty normalizacyjne zawierają postanowienia, które- przez określone powołania się w treści niniejszej normy - stają się również postanowieniami niniejszego arkusza części IEC 1000-4. V. momencie publikacji (niniejszej normy) podane niżej wydania norm były aktualne. Ponieważ jednak wszystkie normy podlegają nowelizacji, zachęca się strony zawierające umowy na podstawie niniejszego arkusza części IEC 1000-4 do zbadania możliwości zastosowania nowszego wydania wymienionych niżej norm. Rejestry aktualnych norm międzynarodowych prowadzą wszyscy członkowie IEC oraz ISO.

3. Postanowienia ogólne

Badanie powtarzalnymi, szybkimi stanami przejściowymi oznacza badanie z zastosowaniem serii zawierających pewną liczbę szybkich stanów przejściowych, sprzęganych z przyłączami zasilania, sterowania i sygnałowymi sprzętu elektrycznego i elektronicznego. Charakterystyczne cechy badania to: mały czas narastania, częstość powtarzania i mała energia stanów przejściowych.

4. Definicje

W niniejszym arkuszu części IEC 1000-4 stosowane są podane niżej definicje i terminy, mające zastosowanie ograniczone do serii szybkich elektrycznych stanów przejściowych.
4.1 EUT: Urządzenie badane.
4.2 przyłącze (port): Interfejs urządzenia badanego (EUT) z zewnętrznym środowiskiem elektromagnetycznym.
4.3 EFT/B: Serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych.
4.4 sprzężenie: Wzajemne oddziaływanie obwodów związane z przekazywaniem energii z jednego obwodu do drugiego
4.5 układ sprzęgający: Układ elektryczny przeznaczony do przekazywania energii z jednego obwodu do drugiego.
4.6 układ odprzęgający: Układ elektryczny przeznaczony do ochrony innych, nie podlegających badaniu elementów, urządzeń lub systemów przed oddziaływaniem napięcia szybkich elektrycznych stanów przejściowych (EFT) przykładanego do urządzenia badanego (EUT).
4.7 klamra sprzęgająca: Element o określonych wymiarach i charakterystykach do asymetrycznego sprzęgania sygnału zaburzenia z badanym obwodem, bez żadnego galwanicznego połączenia z tym obwodem.
4.8 ziemia odniesienia (GRP): Płaska powierzchnia przewodząca, której potencjał jest przyjmowany
jako potencjał odniesienia. [IEV 161-04-36]
4.9 kompatybilność elektromagnetyczna (EMC): Zdolność urządzenia lub systemu do zadowalającego działania w swoim środowisku elektromagnetycznym bez wytwarzania zaburzeń elektromagnetycznych, które są niedopuszczalne dla jakiegokolwiek elementu tego środowiska. [IEV 161-01-07]
4.10 odporność (na zaburzenie): Właściwość elementu, urządzenia lub systemu charakteryzująca zdolność do działania bez obniżenia jakości w obecności zaburzenia elektromagnetycznego. [!EV 161-01 -20]
4.11 obniżenie jakości (działania): Pogorszenie użytkowych parametrów elementu, urza.dzenia lub systemu w stosunku do parametrów zamierzonych. [IEV 161-01-19]
UWAGA - Termin „obniżenie jakości" może odnosić się do pogorszenia przemijającego lub trwałego uszkodzenia.
4.12 stan przejściowy: Zjawisko lub wielkość, która zmienia się między dwoma kolejnymi stanami ustalonymi podczas krótkiego przedziału czasu w porównaniu z rozważaną skalą czasu. [IEV 161-02-01]
4.13 czas narastania: Przedział czasu między momentami, w których wartość chwilowa impulsu osiąga najpierw 10 % wartości, a następnie 90 % wartości. [IEV 161-02-05, zmieniona]
4.14 seria: Ciąg ograniczonej liczby oddzielnych impulsów lub drgań o ograniczonym czasie trwania. [IEV 161-02-07)

5. Poziomy probiercze

W tablicy 1 podano szereg poziomów probierczych zalecanych do badania dotyczącego szybkich elektryczr.ch stanów przejściowych i mających zastosowanie do następujących przyłączy urządzenia: zasilania elektrycznego uziemienia ochronnego, sygnałowych i sterujących.
Tablica 1 - Poziomy probiercze

Te napięcia wyjściowe obwodu otwartego będą wskazywane na wskaźniku generatora EFT/B. Odnośnie doboru poziomów probierczych, patrz załącznik A.

6. Sprzęt pomiarowy

6.1 Generator pomiarowy

Uproszczony schemat układu generatora przedstawiono na rysunku 1.
Podstawowymi elementami generatora pomiarowego są:
- źródło wysokiego napięcia;
- rezystor w obwodzie ładowania;
- kondensator gromadzący energię;
- przerwa iskrowa;
- rezystor kształtujący czas 'rwania impulsu;
- rezystor dopasowujący impedancję;
- kondensator blokujący składową stałą.

6.1.1 Charakterystyki i parametry techniczne generatora serii szybkich stanów przejściowych 0,25 kV-10 % do 4 kV +10 %

- Zakres napięcia wyjściowego obwodu otwartego (napięcie na wyprowadzeniach kondensatora gromadzącego energię): 0,25 kV-10 % do 4 kV +10 %

Generator powinien być zdolny do pracy w warunkach zwarcia na wyjściu.

Charakterystyki działania w warunkach obciążenia 50Ω:

- energia maksymalna: 4 mj/impuls przy 2 kV na obciążeniu 50Ω

- polaryzacja: dodatnia/ujemna

- typ złącza wyjściowego: współosiowe

- dynamiczna impedancja wewnętrzna
źródła (patrz uwaga): 50Ω ± 20 % w zakresie od 1 MHz do 100 MHz

- kondensator wewnątrz generatora
blokujący składową stalą: 10 nF

- częstotliwość powtarzania impulsów: zależna od wybranego poziomu probierczego
(patrz6.1.2)

- czas narastania impulsu: 5ns ±30 % (patrz 6.1.2)

- czas trwania impulsu
(określony na poziomie 50 %): 50ns ±30 % (patrz 6.1.2)


- kształt przebiegu impulsu
z obciążeniem 50 Ω na wyjściu: patrz 6.1.2

- zależność od zasilania: asynchroniczna

- czas trwania serii impulsów: 15 ms ± 20 % (patrz 6.1.2)

- okres serii impulsów: 300 ms ± 20 % (patrz 6.1.2)


UWAGA- Impedancję źródła można sprawdzić, mierząc wartość szczytową impulsu na wyjściu generatora odpowiednio w warunkach bez obciążenia i z obciążeniem 50Ω (iloraz 2:1)

6.1.2 Weryfikacja charakterystyk generatora serii szybkich stanów przejściowych

Aby umożliwić porównanie wyników badań uzyskanych z zastosowaniem różnych generatorów pomiarowych, należy sprawdzać parametry charakterystyczne generatora pomiarowego. W tym celu niezbędna jest następująca procedura. Wyjście generatora pomiarowego połączyć z oscyloskopem, stosując tłumik współosiowy 50Ω. Należy używać sprzęt pomiarowy o szerokości pasma wynoszącej co najmniej 400 MHz. Należy sprawdzać czas narastania, czas trwania i częstotliwość powtarzania impulsów w odniesieniu do pojedynczej serii impulsów.

Następujące charakterystyki sprawdzać z obciążeniem 50 Cl na wyjściu generatora EFT/B (patrz rysunek 3):

- Czas narastania impulsów: 5 ns ± 30 %

- Czas trwania impulsu (określony na poziomie 50 %): 50 ns ± 30 %

Częstotliwość powtarzania impulsów i wartości szczytowe napięcia wyjściowego:

5 kHz ± 20 % przy 0,125 kV;

5 kHz ± 20 % przy 0,25 kV;

5 kHz ± 20 % przy 0,5 kV;

5 kHz ±20% przy 1,0 kV;

2,5 kHz ± 20 % przy 2,0 kV.

6.2 Układ sprzęgający/odsprzęgający do przyłącza zasilania sieciowego prądem przemiennym/stałym.

Układ ten umożliwia przyłożenie asymetrycznego napięcia probierczego do przyłącza zasilania urządzenia badanego (EUT).

Schemat układu przedstawiono na rysunku 4 (przykład dotyczący trójfazowego zasilania sieciowego).

Charakterystyki

- zakres częstotliwości: od 1 MHz do 100 MHz;

- kondensatory sprzęgające: 33 nF;

- tłumienie sprzężenia: < 2 dB;

- tłumienie odsprzężenia w układzie asymetrycznym: > 20 dB;

- tłumienie przesłuchu w układzie między każdą parą linii: >30 dB;

- wytrzymałość izolacji kondensatorów sprzęgających: 5 kV (impuls probierczy
1.2/50 us)

6.3 Pojemnościowa klamra sprzęgająca

Klamra umożliwia sprzężenie serii szybkich stanów przejściowych z badanym obwodem bez jakiegokolwiek połączenia galwanicznego z zaciskami przyłączy urządzenia badanego, ekranami kabli lub z dowolnymi innymi częściami urządzenia badanego (EUT)
Pojemność sprzęgająca klamry zależy od średnicy i materiału kabli oraz od ich ekranowania (jeżeli jest stosowane).

Urządzenie składa się z modułu klamrowego (wykonanego ze stali galwanizowanej, brązu, miedzi lub aluminium) przeznaczonego do umieszczania kabli (płaskich lub okrągłych) badanych obwodów; klamrę należy umieścić na ziemi odniesienia o minimalnej powierzchni 1 m2. Ziemia odniesienia powinna wystawać poza klamrę ze wszystkich stron o co najmniej 0,1 m.

Linię należy wyposażyć z obu stron we współosiowe złącza wysokonapięciowe umożliwiające połączenie z generatorem pomiarowym od strony każdego końca. Generator należy dołączyć od strony tego końca klamry który jest bliższy urządzenia badanego (EUT).

Klamrę należy możliwie maksymalnie zacisnąć na kablu w celu uzyskania maksymalnej pojemności sprzęgającej między kablem i klamrą.
Zalecany układ mechaniczny klamry sprzęgającej przedstawiono na rysunku 5; określa on takie parametry klamry, jak charakterystyka częstotliwościowa, impedancja itp.

Charakterystyki

- typowa pojemność sprzęgająca między kablem i klamrą: od 50 pF do 200 pF;

- użyteczny zakres średnic kabli okrągłych: od 4 mm do 40 mm;

- wytrzymałość izolacji: 5 kV (impuls probierczy:
1,2/50 ps).

Metoda sprzężenia z zastosowaniem klamry wymagana jest do badań odbiorczych. Przeznaczona jest do stosowania do linii połączonych z przyłączami wejściowymi/wyjściowymi (l/O) i teletransmisyjnymi, a także do przyłączy zasilania prądem przemiennym/stałym, jeżeli nie można zastosować układu sprzęgającego/odsprzęgającego określonego w 6.2. Dopuszczalne jest stosowanie innych metod sprzężenia (na przykład układów sprzęgających/odsprzęgających) według normy dotyczącej wyrobu.

7 Stanowisko pomiarowe

Rozróżnia się dwa rodzaje badań:
- badania typu wykonywane w laboratoriach;
- badania w miejscu zainstalowania wykonywane w odniesieniu do urządzenia znajdującego się w swoich docelowych warunkach instalacyjnych.

Preferowana jest metoda badań typu wykonywanych w laboratoriach.
Urządzenie badane należy ustawić zgodnie z instrukcjami producenta dotyczącymi instalacji (jeżeli takie istnieją).

7.1 Sprzęt pomiarowy

Stanowisko pomiarowe jest wyposażone w następujący sprzęt (patrz rysunek 6):
- ziemię odniesienia;
- urządzenie sprzęgające (układ lub klamrę);
- układ odsprzęgający;
- generator pomiarowy, łącznie z osprzętem do kalibracji lub pomiaru.

7.2 Stanowisko pomiarowe do badań typu wykonywanych w laboratoriach

7.2.1 Warunki badań

Następujące wymagania dotyczą badań wykonywanych w laboratoriach, w środowiskowych warunkach odniesienia określonych w 8.1.

Urządzenie badane (EUT) należy umieścić na ziemi odniesienia, izolując je od niej za pomocą podstawy izolacyjnej o grubości 0,1 m ± 0,01 m.

W przypadku urządzeń ustawianych na stole, EUT należ/ umieścić 0,8 m ± 0,08 m powyżej ziemi odniesienia.

Ziemią odniesienia powinien być arkusz metalowy (miedziany lub aluminiowy) o minimalnej grubości 0,25 mm; dopuszczalne jest stosowanie innych materiałów metalowych, ale ich minimalna grubość powinna wynosić co najmniej 0,65 mm.

Minimalny wymiar ziemi odniesienia wynosi 1 m x 1 m. Wymiar rzeczywisty zależy od wymiarów urządzenia badanego (EUT).

Ziemia odniesienia powinna wystawać poza urządzenie żądane (EUT) o co najmniej 0,1 m ze wszystkich stron.

Ziemia odniesienia powinna być połączona z uziemieniem ochronnym („ground" w terminologii amerykańskiej).

Urządzenie badane (EUT) należy ustawić i połączyć w sposób odpowiadający wymaganiom funkcjonalnym stosownie do instalacyjnych warunków technicznych dotyczących tego urządzenia.

Należy zachować odległość co najmniej 0,5 m między urządzeniem badanym (EUT) i wszystkimi innymi elementami przewodzącymi (na przykład ścianami kabiny ekranowanej), z wyjątkiem znajdującej się pod spodem ziemi odniesienia.

Urządzenie badane (EUT) należy połączyć z uziemieniem stosownie do instalacyjnych warunków technicznych określonych przez producenta; nie są dopuszczalne żadne dodatkowe połączenia uziemiające.

Połączenie kabli uziemiających urządzenia badanego z ziemią odniesienia oraz wszystkie połączenia wyrównawcze powinny mieć minimalną indukcyjność.
Do przykładania napięcia probierczego należy stosować urządzenia sprzęgające. Urządzenia te należy sprzęgać z liniami między urządzeniem badanym (EUT) i układem odsprzęgającym lub między dwoma modułami urządzenia poddawanego badaniu.

Stosując klamrę sprzęgającą, należy zachować odległość co najmniej 0,5 m między płytami sprzęgającymi klamry i wszystkimi innymi elementami przewodzącymi, z wyjątkiem ziemi odniesienia znajdującej się pod klamrą sprzęgającą i pod urządzeniem badanym (EUT).

Długość linii sygnałowych i zasilających między urządzeniem sprzęgającym i urządzeniem badanym powinna wynosić 1 m lub mniej.

Jeżeli razem z urządzeniem producent dostarcza nierozłączny kabel zasilający o długości większej niż 1 m to nadmiar długości tego kabla należy zebrać w formie płaskiej pętli o średnicy 0,4 m i ułożyć w odległości 0,1 m nad ziemią odniesienia. Należy zachować odległość 1 m lub mniejszą między urządzeniem badanym (EUT) i urządzeniem sprzęgającym.

Artykuł współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, działania 8.1