Cee, Ce, Pie - Lectura

1

CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE (CEE)

Energia electric este un produs cu un caracter deosebit deoarece trebuie s constituie

un flux continuu, subiect al unui control al unui control al calitii nainte de a fi utilizat.

Este, de fapt, rezumatul filozofiei exact la timp n care componentele sunt livrate

unei linii de producie n punctul i la momentul n care se utilizeaz, de ctre un furnizor

verificat i aprobat, fr cerine de verificare a calitii.

Pentru ca principiul exact la timp s aib succes, este necesar s existe un control

bun al specificaiei componentelor, o ncredere absolut c furnizorul poate produce i

furniza acest produs la timp, o cunoatere a comportrii generale a produsului i a limitelor

sale.

Produsul energie electric este furnizat consumatorilor la anumii parametri, ale cror

valori se poate considera c determin calitatea acesteia.

Calitatea, conform definiiei formulate de Organizaia Internaional de

Standardizare ISO, reprezint "totalitatea caracteristicilor i a particularitilor

unui produs sau serviciu, care concretizeaz aptitudinea de a rspunde la

necesiti poteniale sau exprimate ale utilizatorului".

CEE a preocupat specialitii din sectorul electroenergetic nc din primii ani ai utilizrii

curentului alternativ; n ultimul deceniu se constat o revigorare a interesului pentru acest

domeniu, datorit dezvoltrii explozive a echipamentelor i a tehnologiilor bazate pe

electronica de putere.

Termenul de calitate a energiei electrice (CEE) a fost folosit dup anul 1980 i ia n

considerare influena unui numr mare de perturbaii electromagnetice care pot s apar n

sistemul electroenergetic.

Calitatea energiei electrice, reprezint conceptul alimentrii i legrii la pmnt a

echipamentelor sensibile, ntr-un mod care s permit funcionarea corect a acestora.

De fapt, n pofida acestei definiii, termenul este utilizat ntr-un sens mult mai larg,

referindu-se att la problema polurii armonice generate de sarcinile neliniare, ct i la alte

tipuri de perturbaii electromagnetice aprute n sistemele electroenergetice.

De menionat faptul c sintagma de CEE nu este unanim acceptat i utilizat pe plan

mondial, existnd n prezent mai muli factori folosii n relaia furnizor de energie

electric - consumator, inclusiv influenele reciproce.

Dintre acetia, Comisia Internaional de Electrotehnic (CEI), l promoveaz

pe acela de compatibilitate electromagnetic (CEM), pentru care s-a adoptat

urmtoarea definiie: abilitatea unui element al unui echipament sau a unui sistem

de a funciona satisfctor n mediul su electromagnetic fr a produce

perturbaii electromagnetice intolerabile pentru orice se gsete n acest mediu.

2

Calitatea energiei electrice, spre deosebire de alte sectoare de activitate, depinde nu

numai de furnizor, ci i de toi consumatorii racordai n aceea reea de alimentare; unii

dintre acetia pot determina influene perturbatorii n reeaua furnizorului, care s afecteze

funcionarea altor consumatori racordai la aceeai reea; n consecin, consumatorii care

contribuie la alterarea calitii energiei electrice peste valorile admise trebuie s adopte

msuri pentru ncadrarea perturbaiilor produse n limitele alocate sau s accepte

posibilitatea deconectrii sale. Este o trstur special a electricitii ca n raport cu unele

din caracteristicile sale, calitatea sa s fie afectat de utilizator mai mult dect de

productor sau distribuitor.

n aceste cazuri, clientul este partener esenial al distribuitorului, n efortul de a

menine calitatea energiei electrice.

Conform Standardului de performan impus de ANRE operatorilor de distribuie (OD), consumatorii de energie electric influeneaz calitatea energiei electrice.

Un aspect important al CEE se refer la sigurana n alimentare a consumatorilor i la capacitatea de revenire de la perturbaii. CEE reflect relaia furnizor consumator, are o component tehnic, calitatea tensiunii, i o alt component, frecvent denumit calitatea serviciilor, care reflect relaia cu consumatorul (viteza de rspuns la solicitrile acestuia, transparena tarifelor). Calitatea consumului: reflect relaia consumator - furnizor; se refer la calitatea curentului, corectitudinea n plata facturii electrice.

Avnd n vedere cele prezentate anterior, ntre furnizorii i consumatorii de energie electric s-au stabilit contracte - cadru n care ambele pri (att furnizorii, ct i consumatorii) au att drepturi ct i obligaii. Prin Decizia preedintelui ANRE (Autoritatea Naional de Reglementare n domeniul Energiei) nr. 34/1999, publicat n M.Of. Partea I nr. 503/19.10.1999, a fost aprobat Standardul de performan pentru activitatea de furnizare a energiei electrice la tarife reglementate.

Prin aceast reglementare se stabilesc nivelurile minime obligatorii de performan

n prestarea serviciului de furnizare a energiei electrice la tarife reglementate.

Regulamentul de furnizare a energiei electrice la consumatori, publicat n M. Of. nr.

673/27.07.2004 stabilete relaiile dintre furnizorul de energie electric i consumator,

consumator i alt consumator alimentat din instalaiile sale, precum i relaiile conexe ale

furnizorului cu operatorul de distribuie i operatorul de transport i de sistem referitoare la

derularea contractului de furnizare a energiei electrice.

Din punctul de vedere al cuantificrii n timp a CEE, se pot distinge dou etape: 1) faza previzional sau de proiectare, moment n care o proiectare iniial competent poate stabili parametrii de CEE furnizate n condiii de disponibilitate maxim la incidente i/sau sarcini ale consumatorului. 2) faza operaional sau de msurare efectiv, a indicatorilor de CEE asigurai consumatorului de energie electric.

3

Aceast faz are un efect economic datorat relaiilor contractuale dintre furnizor - consumator i un efect tehnic asupra coreciilor la parametrii de proiectare.

CEE privit din punctul de vedere al efectelor sale n relaia furnizor - consumator, include, n fapt, dou componente: - componenta tehnic - sau calitatea mrimilor electrice care definesc energia electric, cu referire special la calitatea parametrilor electrici; - componenta economic - sau calitatea serviciului n alimentarea cu energie electric cu referire special la sigurana sistemului de distribuie i a costurilor penalitii n cazul neasigurrii alimentrii cu energie electric la parametrii corespunztori.

Desigur, cele dou componente se condiioneaz i se influeneaz reciproc deoarece componenta tehnic se evalueaz n final prin indicatori economici, iar componenta economic produce efecte asupra parametrilor tehnici ai instalaiei de distribuie. Se poate afirma cu certitudine faptul c, pe piaa liber i concurenial de energie electric, CEE impune un proces iterativ evolutiv stabilit numai n baza unor evaluri tehnico economice permanente, adic prin asigurarea unui management al calitii de nalt performan.

Asigurarea unei caliti a energiei electrice la parametrii impui de standardele n vigoare necesit: - o proiectare iniial bun; - un echipament de corectare eficient;

- cooperare cu furnizorul;

- monitorizare frecvent; - mentenan bun.

nelegerea clar a problemelor legate de calitatea energiei electrice n toat

complexitatea lor, identificarea corect a cauzelor i fenomenelor i prezentarea unor

soluii adecvate n domeniul calitii energiei electrice pot s ajute la evitarea unor

daune/avarii, respectiv la creterea beneficiului.

19

1.9. ARMONICI I SUBARMONICI

28

INTERARMONICI

Introducere

Armonicile sunt tensiuni sau cureni sinusoidali a cror frecven este un multiplu ntreg al

frecvenei fundamentale a sursei. Spre deosebire de acestea, interarmonicile de tensiune

sau de curent au o variaie sinusoidal cu o frecven care nu este un multiplu ntreg al

frecvenei sursei.

Dei au fost prezente ntotdeauna n sistemele electroenergetice, interesul pentru

interarmonici a devenit mai mare, odat cu creterea amplitudinii lor, ca urmare a largii

rspndiri a electronicii de putere n instalaiile electrice.

Definiii

Armonicile i interarmonicile unei curbe de tensiune sau de curent analizate, se definesc n

funcie de componentele spectrale corespunztoare funcionrii n regim staionar. n

tabelul 1 sunt prezentate formulrile matematice corespunztoare.

Termenul de subarmonic care nu are, n mod oficial, o definiie desemneaz cazul

particular al unei interarmonici care are frecvena mai mic dect cea a fundamentalei.

Standardul CEI 61000-2-1 definete interarmonicile astfel: ntre armonicile frecvenei fundamentale de tensiune i de curent pot fi observate i alte frecvene care nu sunt multipli ntregi ai fundamentalei. Acestea pot s apar ca frecvene discrete sau ca un spectru larg de frecvene. Pentru consideraiile care urmeaz sunt adoptate urmtoarele definiii detaliate:

Frecvena interarmonic Orice frecven care nu este un multiplu ntreg al frecvenei fundamentale. Prin analogie cu rangul armonicii se definete rangul interarmonicii ca fiind raportul dintre frecvena interarmonicii i frecvena fundamentalei. Dac valoarea acestuia este subunitar, frecvena respectiv poate fi numit frecvena subarmonic. n conformitate cu recomandarea CEI, rangul interamonicii este desemnat prin litera m (conform CEI 61000-2-1).

29

Interarmonica de tensiune (similar pentru curent)

O tensiune sinusoidal avnd o frecven situat ntre armonici, adic o frecven care nu este un multiplu ntreg al componentei fundamentale.

Surse de generare a interarmonicelor

Se consider c exist dou mecanisme de baz prin care se genereaz interarmonici: Primul mecanism: generarea unor componente n benzile laterale ale frecvenei fundamentale a tensiunii de alimentare i ale armonicilor ca rezultat al variaiei amplitudinii i/sau fazei lor. Acestea sunt determinate de variaiile rapide ale curentului absorbit de echipamente i instalaii, care pot fi, de asemenea, surse de fluctuaii de tensiune.

Perturbaiile sunt produse de sarcinile electrice n regimuri tranzitorii, de lung sau de scurt durat, sau, n multe cazuri, atunci cnd apar modulaii n amplitudine ale curenilor i tensiunilor. Aceste perturbaii au, n mare msur, un caracter aleatoriu, depinznd de variaia inerent a sarcinii electrice n timpul diferitelor procese tehnologice.

Al doilea mecanism, este comutaia asincron (nesincronizat cu frecvena tensiunii de alimentare) a elementelor semiconductoare din convertoarele statice.

Un exemplu tipic l ofer convertoarele cu modulaia n lime a pulsurilor (pulse width modulation - PWM). Interarmonicile generate de acestea, pot fi localizate oriunde n

spectrul analizat n raport cu armonicile tensiunii de alimentare.

n multe cazuri de echipamente, ambele mecanisme pot s apar n acelai timp. Interarmonicile pot fi generate la orice nivel de tensiune i pot fi transferate la alt nivel de tensiune, de exemplu, interarmonicile generate n reelele de nalt (T) i medie tensiune (MT) pot fi injectate n reelele de joas tensiune i invers. Amplitudinea lor depete rar nivelul de 0,5% din amplitudinea fundamentalei, dar n condiii de rezonan - pot s ating valori mai mari.

Sursele principale de interarmonici sunt:

sarcinile cu arc electric motoarele electrice cu sarcin variabil convertoarele statice, n particular convertoarele de frecven directe sau indirecte sistemele de telecomand (ripple controls).

Interarmonicile mai pot s fie generate de oscilaiile care apar, de exemplu, n sistemele ce conin condensatoare montate n serie sau n paralel sau n cazul transformatoarelor funcionnd n regim de saturaie i n timpul proceselor de comutaie. Tensiunea reelei electrice conine, n mod permanent, un zgomot de fond cu distribuie gaussian, avnd un spectru continuu. Nivelele tipice pentru aceast perturbaie se afl n domeniul (CEI 1000-2-1):

40-50 mV (cca 0,02% UN) atunci cnd sunt msurate cu un filtru cu band de trecere de 10 Hz;

20-25 mV (cca 0,01% UN) atunci cnd sunt msurate cu un filtru cu band de trecere de 3 Hz,

unde UN este tensiunea nominal (230 V).

30

Sarcinile cu arc electric

Acest grup include cuptoarele cu arc electric i instalaiile de sudare. n mod normal, cuptoarele cu arc electric nu produc interarmonici semnificative, cu excepia situaiilor n care apar amplificri datorit rezonanei. Procesele tranzitorii, care se desfoar intens n faza iniial de topire, pot s fie surs de interarmonici (figura 1).

Instalaiile de sudare genereaz un spectru continuu asociat cu un proces particular. Durata operaiilor individuale de sudare este de la o secund pn la zeci de secunde, n funcie de tipul instalaiei.

Motoarele electrice

Motoarele asincrone pot fi surse de interarmonici din cauza crestturilor din circuitele magnetice ale statorului i rotorului, n particular, n asociaie cu saturaia circuitului magnetic (aa numitele armonici de cresttur). La viteza de funcionare staionar a motorului, frecvenele componentelor perturbatoare se afl n domeniul 500 Hz 2000 Hz, dar n timpul pornirii - domeniul , se poate extinde semnificativ. Asimetria natural a motorului (centrarea defectuoas a rotorului etc.) poate fi o surs de interarmonici - a se vedea figura 2.

Motoarele cu cuplu de sarcin variabil, adic motoare pentru forje, ciocane de forjare, maini de tanat, maini de tiat, compresoare, pompe cu piston etc. pot fi, de asemenea, surse de interarmonici. Efectul sarcinii variabile este, de asemenea, produs de motoarele

cu vitez variabil alimentate cu convertoare statice.

31

Convertoarele statice de frecven Convertoarele de frecven indirecte Convertoarele de frecven indirecte, conin o legtur intermediar n tensiune continu ntre ieirea unui convertor pe partea de alimentare cu intrarea unui convertor (care funcioneaz, de regul, ca invertor) pe partea sarcinii. Att n configuraia cu circuit intermediar de curent continuu de curent, ct i cea circuit intermediar de tensiune continu, legtura intermediar conine un filtru care decupleaz curentul sau tensiunea reelei de alimentare de reeaua sarcinii. Din aceast cauz, cele dou frecvene fundamentale (cea a sursei i cea dinspre sarcin) sunt mutual decuplate. Dar un filtru ideal nu exist, astfel nct exist ntotdeauna un anumit grad de cuplare. Drept consecin, componente de curent, asociate sarcinii, sunt prezente n circuitul intermediar i componente ale acestora sunt prezente i pe partea de alimentare. Aceste componente sunt subarmonice i interarmonice n raport cu frecvena sistemului de alimentare.

32

Efectele prezenei interarmonicilor Interarmonicile de curent pot produce distorsiuni interarmonice ale tensiunii n funcie de amplitudinile componentelor de curent i de impedana sistemului de alimentare, corespunztoare acestor frecvene. Cu ct rangul frecvenei componentelor de curent este mai mare, cu att crete riscul apariiei unei rezonane nedorite care va produce creterea distorsiunii i suprasarcinii sau perturbaii n funcionarea echipamentelor i instalaiilor consumatorului. Printre cele mai importante efecte directe ale interarmonicilor se numr: efecte termice oscilaii de joas frecven n sistemele mecanice perturbaii n funcionarea lmpilor fluorescente i a dispozitivelor electronice. n practic, funcionarea oricrui echipament care este sincronizat cu trecerea prin zero sau prin maxim a tensiunii de alimentare poate fi perturbat (figura 3). interferene cu semnalele de comand i de protecie de pe liniile electrice. Acesta este, n prezent, efectul cel mai nociv al interarmonicilor

suprancrcarea filtrelor pasive paralele n cazul unor componente spectrale de rang nalt interferene n telecomunicaii; perturbaii acustice saturarea transformatoarelor de curent.

Cele mai comune distorsiuni produse de interamonici, se reflect n variaii ale amplitudinii tensiunii (valorii efective a acesteia) care au ca efect apariia de flicker.

Metode de limitare a interarmonicilor i de reducere a efectelor acestora Metodele de eliminare a efectelor interarmonicilor includ:

reducerea nivelului de emisie reducerea sensibilitii sarcinii reducerea cuplajului dintre echipamentul de producere i sarcin.

Metodele utilizate sunt aceleai ca pentru armonici.

33

Factori suplimentari trebuie s fie luai n considerare la proiectarea filtrelor pasive. De exemplu, rezonana ntre circuitele filtrului i interarmonicile din reeaua electric poate fi amplificat i s determine importante distorsiuni i fluctuaii ale tensiunii. Circuitele filtrului trebuie s fie proiectate astfel nct s aib un factor de amortizare mare.

Perturbaiile produse de sistemele de semnalizare pot fi eliminate prin folosirea filtrelor serie acordate pe frecvenele dorite i plasate, n mod corespunztor, n reeaua electric. Alte soluii implic creterea nivelului de imunitate al echipamentului n funciune sau utilizarea filtrelor active.

Concluzii

Existena interarmonicilor, surselor principale de generare a acestora i forma caracteristicilor n spectrul continuu i discret, permit formularea unor concluzii cu aspect general.

n primul rnd, n marea majoritatea a cazurilor valorile i frecvenele interarmonicilor de curent i de tensiune, reprezint mrimi stohastice care depind de numeroi parametri compleci ai proceselor tranzitorii. n al doilea rnd, evaluarea valorii i frecvenei interarmonicilor este posibil pentru un proces particular, luat n considerare.

47

COMPATIBILITATEA ELECTROMAGNETIC (CEM)

Compatibilitatea electromagnetic reprezint un proces complex, care privete att sursa de radiaie, ct i

receptorul i mediul de propagare. Sursa de radiaie caracterizeaz cmpul radiat din punct de vedere al

stabilitii i gradului de puritate spectral. Un cmp mai puin stabil i cu o structur spectral bogat n

armonici poate constitui o problem serioas n asigurarea compatibilitii electromagnetice n aplicaii n

care exist simultan mai multe sisteme de comunicaii. De asemenea, sursa de radiaie poate fi

caracterizat i din perspectiva gradului de funcionare n condiiile existenei altor surse de cmp. n

acest mod poate fi exprimat capacitatea sursei de radiaie de a fi imun la aciuni electromagnetice

externe perturbatoare.

Pentru compatibilitatea electromagnetic (CEM), s-a adoptat urmtoarea definiie: abilitatea unui

element al unui echipament sau a unui sistem de a funciona satisfctor n mediul su electromagnetic

fr a produce perturbaii electromagnetice intolerabile pentru orice se gsete n acest mediu.

Pe baza acestei definiii compatibilitatea electromagnetic poate fi privit att din punct de vedere al

reelei de alimentare ct i din punct de vedere al consumatorului.

Avnd n vedere rolul celor trei juctori (productor - furnizor - consumator) pe piaa de energie

electric, termenul CEE (calitatea energiei electrice) se poate interpreta din acest punct de vedere, cel

puin sub trei aspecte diferite:

a) - calitatea energiei electrice la productor (la surs), adic la bornele generatorului, problem n

general rezolvat i bine reglementat i gestionat de echipamentele de comand, control i automatizare

din dotarea centralelor electrice;

b) - calitatea energiei electrice la furnizorul (distribuitorul) de energie electric ctre consumator,

este problematica cea mai complex i cel mai mult condiionat de piaa energiei electrice, prin

mecanismul contractului de furnizare a energiei electrice.

c) - responsabilitatea consumatorului fa de CEE, n ceea ce privete perturbaiile introduse de

acesta n reeaua de alimentare cu energie electric, determinate de funcionarea receptoarelor sale.

1.1. Elemente de compatibilitate electromagnetic

Standardul IEC 1000-4-1 definete perturbaia electromagnetic ca fiind orice fenomen care poate

degrada performanele unui dispozitiv, echipament sau sistem electric, electronic sau de radio, iar

interferena electromagnetic este degradarea performanelor n funcionare ale unui dispozitiv,

echipament sau sistem ori canal de transmisiune datorat unei perturbaii electromagnetice.

Compatibilitatea electromagnetic (Electromagnetic Compatibility - EMC), termen definit de

ctre IEC (International Electrotechnical Commission) n cadrul standardului IEC 61000-1-1, care

reprezint aptitudinea unui echipament sau aparat de a funciona satisfctor n mediul su

electromagnetic, fr a induce pertubaii inacceptabile n orice alt echipament sau sistem existent n acel

mediu.

48

Compatibilitatea electromagnetic se ocup cu studierea perturbaiilor electromagnetice n vederea

elaborrii unor norme destinate productorilor de echipamente electrice, electronice sau radio, cu scopul

de a asigura exploatarea n siguran a acestora.

Statele membre ale Uniunii Europene sunt responsabile pentru protecia reelelor de alimentare cu energie

electric, radiocomunicaiilor, reelelor de telecomunicaii, precum i a echipamentelor ce au legtur cu

acestea, contra perturbaiilor electromagnetice. Obiectivul Uniunii Europene este s susin eforturile

statelor membre de a atinge acest scop, asigurnd n acelai timp comercializarea n mod liber a acestor

echipamente n ntreaga Uniune.

Cmpul ca surs fundamental a perturbaiilor electromagnetice

Sursa fundamental a oricrei perturbaii electromagnetice (EMI) are la baz cmpuri i cureni electrici

din electrodinamic. La joas frecven, cmpurile electric i magnetic acioneaz independent; la

frecvene ridicate prezint interes numai propagarea cmpului electromagnetic.

Toate cmpurile, de joas, medie sau nalt frecven sunt determinate de sarcini i cureni electrici. La

frecvene joase, cmpurile electric i magnetic au o distan de propagare relativ redus, reducerea

intensitii de la surs este cel puin invers proporional cu distana, fiind concentrate n apropierea

liniilor conductoare prin care circul curent electric sau sunt sub tensiune.

Deoarece cmpul electric este proporional cu tensiunea din instalaiile electrice, acesta poate determina

perturbaii electromagnetice suficient de importante, la distane mari, numai n apropierea instalaiilor de

nalt tensiune. n orice caz, n cele mai multe instalaii, cmpul electric nu are un rol important. Totui la

distane reduse, precum n cazul cablurilor care sunt pozate mpreun n canale de cabluri, cmpul electric

trebuie s fie luat n consideraie ca surs a unor posibile perturbaii.

Cmpul magnetic este proporional cu intensitatea cmpului electric. n multe sisteme de energie

electric, curentul electric poate atinge valori ridicate, astfel nct cmpul magnetic poate deveni

important i efectul perturbailor de nalt frecven este semnificativ.

Acest lucru este posibil, n particular, n instalaiile de tip TN-C. Datorit combinrii conductorului neutru

(N) cu conductorul de protecie (PE) n conductorul PEN i conexiunile acestuia cu alte pri conductoare

ale cldirii, curentul electric poate crete rapid n orice zon a cldirii, iar cmpul magnetic rezultat poate

determina efecte ale perturbaiilor aproape peste tot. Deoarece o parte din curentul electric din

conductorul neutru, se propag spre pri metalice exterioare, curentul sum n circuitele TN-C este

neechilibrat, iar cmpul magnetic rezultat n circuitele TN-C crete n funcie de aceast diferen.

Monitoarele cu tub catodic ale calculatoarelor sunt uor de perturbat (fluctuaii ale ecranului) de ctre

cmpurile magnetice cu inducie de ordinul a 1,5 T. Asemenea cmpuri, pot fi generate de o linie

electric monofazat parcurs de un curent electric de 10 A la 50 Hz, la o distan pn la 1,3 m.

Monitoarele cu tub catodic, de dimensiune mare (> 17 inch), pentru calculatoare, sunt chiar i mai

sensibile la cmpuri magnetice exterioare. n cazul n care curentul electric din linie are componente de

frecven mai ridicat, cmpurile magnetice vor avea efecte i mai pronunate.

La frecvene ridicate, cmpurile electrice i magnetice sunt combinate i formeaz cmpul

electromagnetic, care se propag n spaiu cu viteza luminii. n consecin, perturbaiile pot s apar la

distane mult mai mari.

49

1.2. Caracterizarea mediului electromagnetic

Elementele unei probleme de compatibilitate electromagnetic CEM

Orice problem de CEM implic trei elemente:

1. un emitor de perturbaii, care poate fi un echipament, un fenomen electric natural sau artificial

capabil s emit energie EM n spaiu;

2. un mecanism de cuplaj, adic o cale de ptrundere a semnalelor perturbatoare, de transmitere a energiei

EM, n receptor.

3. un receptor de perturbaii, adic un sistem a crui funcionare poate fi afectat de semnale nedorite, un

sistem capabil s recepioneze energie EM din mediu nconjurtor;

Dac unul dintre aceste elemente lipsete, atunci nu exist o problem de CEM. Clasificarea surselor de perturbaii n Figura 2.3, este prezentat o clasificare a pertubaiilor electromagnetice, ale cror efecte pot fi

resimite n sistemele de comunicaii mobile.

O prim clasificare a surselor de perturbaii din mediul extern ine cont de faptul c acestea sunt sau

nu, rezultatul activitilor umane: perturbaii naturale sau perturbaii artificiale. La rndul lor, perturbaiile

naturale pot fi de natur terestr sau extraterestr. Sursele naturale includ Soarele, stelele i o serie de

fenomene, precum cele atmosferice, fulgere tunete i descrcri electrostatice. Din aceast categorie, cele

mai puternice i mai puin predictibile sunt perturbaiile terestre, datorate emisiilor electromagnetice ce

nsoesc unele fenomene naturale. Efectele Corona sau descrcrile electrostatice se pot manifesta la fel

de perturbativ.

Dei impulsul electromagnetic generat de explozia nuclear, nu poate fi ncadrat n categoria

zgomotelor naturale, natura perturbaiilor electromagnetice generate de EMP (Electromagnetic Pulse) este

similar celor cauzate de fenomenele atmosferice naturale n formele lor cele mai severe. Din acest motiv,

impulsul electromagnetic poate fi tratat ca i un fenomen natural, precum fulgerul sau descrcrile

electrostatice.

50

Figura 2.3 Clasificarea perturbaiilor din mediul extern.

Perturbaiile extraterestre se datoreaz radiaiilor electromagnetice ale Soarelui, ale altor corpuri

cereti i radiaiei electromagnetice de fond, rezultate n urma procesului de apariie i expansiune a

universului. Aceste perturbaii se caracterizeaz printr-un nivel de fond general, n ntreaga gam de

frecvene, mai mic dect cel produs de perturbaiile terestre. n cazul comunicaiilor radio n gamele VHF

i UHF, aceste perturbaii au o influen major realiznd valori de ordinul microvolilor sau zecilor de

microvoli la intrarea receptoarelor radio. Intensitatea acestor perturbaii scade liniar cu creterea

frecvenei.

Perturbaiile artificiale, ncadrate n a doua mare categorie, sunt reprezentate de emisiile de energie

realizate de sistemele i echipamentele construite de om. Ele se pot mprii n trei categorii: industriale,

de radiocomunicaii i domestice.

Pertubaiile industriale se datoreaz funcionrii instalaiilor industriale i echipamentelor electrice

(contactelor alunectore ale mainilor i motoarelor electrice, colectoarelor de curent ale mijloacelor de

transport n comun, sistemului de aprindere ale motoarelor cu ardere intern, liniilor de nalt tensiune,

instalaiilor de nalt frecven industriale i medicale etc.). Acestea, au o densitate spectral dependent

de caracterul sursei.

Reelele pentru transportul energiei electrice produc perturbaii semnificative atunci cnd au loc

comutri ale tensiunilor nalte, medii sau joase. Aproape toate echipamentele de conversie de energie

pentru traciune produc n funcionare, emisii electromagnetice secundare.

Alte tipuri de instalaii industriale (sistemele de aprindere ale motoarelor, mijloacele de transport

electrice, calculatoarele, dispozitivele de sudur cu arc electric, etc.) genereaz radiaii parazite n

impulsuri aperiodice, cu durat de la cteva milisecunde pn la 5-6 secunde.

La unele categorii de perturbaii, s-au sesizat i o serie de particulariti cum ar fi:

Perturbaiile pe liniile de transport a energiei electrice au un spectru larg de frecvene care

se intensific pe timp de ploaie, zpad sau cea;

51

Perturbaiile ce apar n timpul utilizrii aparatelor de sudur au niveluri energetice ridicate

i componente centrat n jurul frecvenelor de 750kHz, 3MHz i 20MHz

Perturbaiile generate de sistemele de radiocomunicaii, se datoreaz att emisiilor intenionate, ct

i celor neintenionate.

O contribuie deosebit la categoria de perturbaii artificiale o au, n ultimul timp, aplicaiile

domestice. n aceast categorie apar noi tipuri de aplicaii, echipamente electrocasnice, telefonie,

calculatoare, sisteme de supraveghere, acionri electrice, automobile cu electronic de bord i cu motoare

cu injecie sau motoare electrice.

Efectele acestui tip de perturbaii asupra echipamentelor i sistemelor de comunicaii radio, se

datoreaz alterrii semnalului util, prin supravegherea componentelor sepctrale parazite peste cele utile.

Cuplaje

Cuplajul este stabilit prin curentul electric, dac conductoarele comune ale diferitelor circuite sunt

strbtute de unele poriuni din cmpurile electric, magnetic sau electromagnetic. Receptoarele

distribuite, pot fi orice tip de aparat sau o parte a instalaiei electrice. Desigur c interaciunea

electromagnetic complet n ntreaga instalaie dintr-o cldire sau o ntreprindere este o combinaie

foarte complex a acestor interaciuni elementare. n plus, unele receptoare pot aciona ca surse de

perturbaii i invers.

Este necesar s se identifice 4 tipuri diferite de perturbaii electromagnetice elementare:

cuplaj prin impedan;

cuplaj inductiv;

cuplaj capacitiv;

cuplaj prin radiaie.

Tabelul 2.1 Proprieti elementare ale diferitelor tipuri de cuplaj pentru perturbaiile electromagnetice

Fenomenul perturbator predominant n cldiri, este determinat de cuplajul inductiv, urmat de

cuplajele capacitive i prin impedan. Cuplajul prin radiaie nu a fost dominant pn n prezent, deoarece

solicitrile datorate cmpului electromagnetic sunt, n mod obinuit, sub valorile limit cerute prin testele

de susceptibilitate din directiva UE privind CEM. Totui intensificarea utilizrii aplicaiilor de transmisie

fr fir (wireless) poate conduce la creterea, n viitor, a problemelor de CEM de la aceste surse.

Cuplajul prin impedan

Cuplajul electric, rezult atunci cnd diferitele circuite utilizeaz o linie comun sau/ori o impedan de

cuplaj. Acest lucru poate aprea, de exemplu, atunci cnd diferite circuite utilizeaz aceeai surs n

circuitele lor. Principiul de baz al cuplajului prin impedan, poate fi bine observat n Figura 2.4.

53

La frecvene ridicate, inductivitatea proprie a liniei are un rol dominat n mod clar. Acest lucru rmne

adevrat chiar dac se ia n consideraie creterea rezistenei electrice aparente datorit efectului pelicular,

care nu este neglijabil pentru regimurile tranzitorii rapide i pentru semnalele numerice. Conform legii lui

Kirchhoff, semnalele perturbatoare se pot propaga n instalaia ntregii ntreprinderi i pot afecta i

instalaiile ntreprinderilor din apropiere. Pentru a minimiza cuplajul electric trebuie s se evite conectarea

ntre sisteme independente i, n cazul n care sunt necesare aceste conexiuni, s se asigure c

inductivitatea proprie a acestora s fie ct mai mic posibil. n general, o decuplare electric a circuitelor

sursei de alimentare se poate obine mai simplu atunci cnd este utilizat un sistem TN-S, fa de circuitul

de tip TN-C.

Cuplaj inductiv

Un curent electric exterior variabil n timp, genereaz un cmp magnetic de inducie

care induce o tensiune perturbatoare n circuitele din apropiere. ntr-un model de circuit

echivalent, acest lucru poate fi descries prin cuplarea celor dou circuite prin intermediul inductivitii

mutual .

Tensiunea genereaz un curent electric de mod comun care, la rndul ei genereaz un

cmp magnetic ce reduce cmpul exterior. Curentul electric este suprapus peste curentul electric al

sistemului perturbat i poate conduce la o funcionare necorespunztoare a sistemului. Cuplarea

cmpurilor magnetice ale diferitelor sisteme poate fi modelat printr-un circuit echivalent model, cu

inductivitatea mutual a circuitelor cuplate (Figura 2.6).

Semnalul perturbator este important i semnificativ dac:

Curentul electric din circuitul exterior este important

Curenii electrici din circuitele de ducere i de ntoarcere nu sunt egali (precum ntr-un circuit TN-

C)

Circuitele sunt apropiate ntre ele i acoper arii mari

Semnalele circuitului exterior variaz rapid n timp i deci au un spectru larg de frecvene nalte

Cuplajul inductiv totui poate fi, de asemenea, utilizat la controlul perturbaiilor. Dac instalarea

canalelor de cabluri i a cablurile coaxiale este bine fcut (adic sunt conectate n mod fiabil i cu

conexiuni scurte cu impedan redus i la frecvene ridicate) acestea asigur ecranarea cablurilor (prin

cuplaj inductiv) contra cmpurilor magnetice exterioare, n special de frecven ridicat.

54

Cuplajul capacitiv

Cmpul electric,variabil n timp, al unui sistem exterior genereaz o sarcin electric variabil n timp, n

sistemul perturbat. Circulaia curentului electric de deplasare poate fi modelat printr-un circuit echivalent cu

capaciti de dispersie, conectate la cele dou sisteme i care determin tensiuni perturbatoare (Figura 2.7).

Similar cazului cuplajului inductiv, cuplajul capacitiv devine important dac:

cele dou circuite sunt apropiate;

diferena de potenial ntre cele dou circuite este important;

semnalul din circuitul exterior are o variaie rapid n timp i deci cuprinde un spectru larg de frecvene

nalte.

Cuplajul prin radiaie

Cmpul electromagnetic este propag prin spaiu cu viteza luminii c=2,998*108m/s i poate s

influeneze instalaiile electrice din apropiere sau deprtare, din jurul sursei. Surse tipice de cmp

electromagnetic sunt transmisiile radio sau TV, telefoane mobile sau orice tip de aplicaii de transmisie

fr fir (wireless). Prile de nalt frecven ale semnalelor rapide (descrcri electrostatice, supratensiuni

de trsnet, fulgere) pot conduce la un cmp electromagnetic de radiaie n cabluri sau n orice alt parte

conductoare din instalaiile electrice i pot determina perturbaii n sistemele electrice n alte pri ale

cldirii.

Dac perturbaiile sursei de alimentare sau ale reelei de date cuprind componente de nalt

frecven, alte elemente ale instalaiei pot aciona ca antene i s radieze cmpuri electromagnetice. Toate

prile conductoare ale instalaiei electrice pot servi ca anten, incluznd:

- cabluri;

- deschiderile i fantele carcaselor, etc.;

- benzi imprimate pe o plac;

Deschiderile i fantele unei carcase de echipament, radiaz perturbaii n toat zon nconjurtoare

sau n cldire, perturbnd alte obiecte n mediu i/sau transmind cmpuri electromagnetice din exterior

n interiorul sistemului.

Receptorii de perturbaii EM n care se produc interferene intersistem, sunt:

- receptori radio de toate tipurile;

- aparate de msur i control, sisteme de automatizare;

- sistemele de prelucrare a datelor (calculatoare, modem-uri etc.);

- aparatura electronic medical (stimulatoare cardiace, proteze, aparate de meninere a vieii etc.).

55

Interferenele intrasistem se produc prin cuplaje ntre pri ale aceluiai sistem:

- ntre subansambluri/blocuri/circuite care vehiculeaz semnale diferite ca form i nivel de putere (de

exemplu, amplificatorul de semnal mic i amplificatorul de putere, circuitul analogic i circuitul digital

etc.);

- prin cderi de tensiune pe liniile de alimentare i prin tensiuni electromotoare induse de variaii ale

curenilor din circuit;

- prin radiaia electromagnetic a curenilor din sistem.

1.3. Indicatori pentru evaluarea compatibilitii electromagnetice

Indicatorii utilizai pentru evaluarea radiaiei i compatibilitii electromagnetice sunt:

- nivelul de compatibilitate electromagnetic - nivelul de perturbaii maxim, specificat ateptat s

acioneze asupra unui dispozitiv, echipament sau sistem care opereaz n condiii particulare. Acesta

reprezint valoarea perturbaiei electromagnetice, pn la care echipamentele din sistemul electronic

utilizat ndeplinesc condiiile de compatibilitate electromagnetic;

- marginea de compatibilitate (M) raportul dintre nivelul de imunitate la perturbaii al

dispozitivului, echipamentului sau sistemului i nivelul de perturbaii de referin;

- marginea de compatibilitate garantat (MG) diferena dintre nivelul de imunitate la perturbaii

minim garantate al sistemului i nivelul maxim posibil al perturbaiilor care pot s apar n sistem;

- nivelul impus de compatibilitate reprezint nivelul la care trebuie crescut imunitatea sistemului,

sau redus nivelul de perturbaii generat sau penetrat n sistem, pentru a se realiza compatibilitatea n

sistem;

- nivelul de compatibilitate nominal nivelul care corespunde condiiilor normale de funcionare;

- nivelul de imunitate electromagnetic definete nivelurile maxime ale perturbaiilor precizate ca

acceptabile, n anumite condiii, pentru ca sistemul s nu-i piard performanele;

- susceptibilitatea la perturbaii electromagnetice nivelul la care echipamentul (sistemul) rspunde

la perturbaii;

- interferena electromagnetic mrimea efectelor datorate perturbaiilor electromagnetice

incompatibile cu performanele impuse sistemului;

- marginea static de compatibilitate caracterizeaz situaia electromagnetic din punct de vedere al

amplitudinilor semnalelor utile i perturbatoare;

- nivelul de imunitate nivelul maxim al unei perturbaii electromagnetice date pentru un

dispozitiv, echipament sau sistem particular, la care acesta rmne capabil s opereze la standardul de

performan necesar;

- limita de imunitate nivelul de imunitate specificat.

56

Figura 2.8 Ilustrarea conceptelor limitelor de emisie/ imunitate i a nivelului de compatibilitate

Realizarea compatibilitii electromagnetice, const n relaionarea nivelurilor perturbative, care exist sau

care pot s apar n mediul electromagnetic, cu nivelurile de imunitate i, respectiv, marginile de compatibilitate pe

care le ofer elementele susceptoare. Marginile de compatibilitate evideniaz rezerva de nivel de care dispune

susceptorul n raport cu nivelul perturbativ care caracterizeaz mediul.

n analiza problemelor legate de compatibilitatea electromagnetic, standardele CEI opereaz n primul rnd cu

urmtorii termeni importani:

- emisia: se refer la nivelul polurii electromagnetice produs de un echipament;

- imunitatea: reflect capacitatea unui echipament de a nu fi afectat de poluarea electromagnetic.

Reducerea perturbaiilor electromagnetice se poate realiza prin:

- reducerea nivelului perturbaiilor emise de sursele controlabile;

- creterea imunitii echipamentelor;

- reducerea cuplajelor.

Pe durata fazei de planificare a unei instalaii noi sau reabilitate, trebuie generat o matrice a tuturor surselor

posibile, a cilor de cuplaj precum i a obiectelor posibil a fi perturbate.

Cu ajutorul acestei matrice trebuie s fie estimate posibilele solicitri date de interferenele mutuale, pentru a

aprecia ce tipuri de perturbaii pot s apar i care sunt cele mai probabil s apar. Numai pe baza acestei

matrice de interaciuni se pot evalua contramsurile ce trebuie s fie adoptate, nc de la nceput,

asigurnd astfel o punere n funciune rapid i cu costuri reduse.

57

ECRANE ELECTROMAGNETICE

n cazul cuplajului prin radiaie, energia electromagnetic se transfer de la sursa perturbatoare spre receptor (victima) att prin cmp electric, ct i prin cmp magnetic, ansamblul celor doua cmpuri propaganda-se n spaiu sub form de unde electromagnetice.

Pentru protecia mpotriva cuplajului electromagnetic se utilizeaz ecranarea electric, ecranarea magnetic, respectiv ecranarea electromagnetic, n funcie de natura cmpului perturbator. n acest scop se utilizeaz ecrane electrice, ecrane magnetice i ecrane electromagnetice.

Ecranul electromagnetic este o anvelopa conductoare care separa spaiul n doua regiuni, una care conine sursele de cmp electromagnetic i alta, care nu conine astfel de surse. Deci, funcia ecranului, este sa izoleze cele doua regiuni una fa de cealalt, d.p.d.v. al cmpului electromagnetic perturbator.

Rolul ecranului este de a oferi o aceeai referin de potenial att pentru circuitele externe, ct i pentru circuitele interne, din interiorul anvelopei.

Problema ecranrii presupune 2 aspecte: (1). Proiectarea, construcia i determinarea efectelor ecranelor; (2). Modul de conectare al ecranului la masa.

Practica demonstreaz ca un ecran bine construit, dar legat greit la mas, conduce la apariia unor perturbaii mai mari dect n lipsa ecranului.

59

1234

Cee, Ce, Pie - Lectura

Documents

Transcript of Cee, Ce, Pie - Lectura