7/28/2019 Curs3_CEM

1/13

5. SURSE DE PERTURBAII ELECTROMAGNETICE

n practic sursele de perturbaii electromagnetice pot fi naturale sau create de om.Cele de origine natural (datorate fenomenelor atmosferice, radiaiilor cosmice, zgomotuluitermic, etc.) trebuie considerate ca fenomene inevitabile. Pentru cea de-a doua categorie,

sursele de perturbaii electromagnetice pot fi ns controlate printr-o utilizare adecvat aspectrului electromagnetic i o limitare local a surselor accidentale de producere a energieielectromagnetice.

5.1. CLASIFICAREA SURSELOR DE PERTURBAII

Sursele de interferene electromagnetice se ntlnesc n practica n tot spectrulelectromagnetic. Deoarece interferenele electromagnetice sunt fie inerente producerii iutilizrii undelor electromagnetice pentru scopul considerat, fie de natur parazit i nu aunimic n comun cu funciile primare ale surselor, o prim clasificare a acestora ar duce la

mprirea lor n:- Surse funcionale, n aceast grup intrnd, emitoarele pentru telecomunicaii

(care radiaz n tot spaiul, n mod deliberat, prin antene de emisie), emitoarecare produc unde electromagnetice n alte scopuri dect comunicaiile (deexemplu, generatoarele de nalt frecven pentru utilizri industriale sau pentrumedicin, cuptoare cu microunde, dispozitive de comand a uilor de la garaje),emitoare de unde electromagnetice n scopul transmiterii informaiei.

- Surse nefuncionale, n aceast categorie ncadrndu-se instalaiile de aprindere aleautomobilelor, lmpile fluorescente, instalaiile de sudur, bobinele releelor icontactoarelor, mijloacele de transport electric, convertoarele i invertoarele

electronice, descrcrile corona i manevrele de comutaie din reelele de nalttensiune, comutatoarele (inclusiv cele electronice fr contacte), cile de curent icomponentele module1or electronice, descrcrile atmosferice, descrcrileelectrostatice, tensiunile i curenii rapid variabili din laboratoarele de nalttensiune, tehnologia impulsurilor de putere, fizica plasmei, etc.

n timp ce asigurarea compatibilitii electromagnetice pentru sursele de perturbaiifuncionale se realizeaz relativ uor (deoarece calitatea lor de emitoare este evident itrebuie avut n vedere nc de la inceput), pentru sursele de perturbaii nefuncionaleasigurarea compatibilitii electromagnetice devine o problem spinoas, deoarece prezenalor reprezint de cele mai multe ori, ultima explicaie pentru comportarea necorespunztoare a

unui sistem de recepie. Dac sursele de perturbaii i mecanismele lor de cuplaj suntcunoscute de la nceput, asigurarea CEM se realizeaz n majoritatea cazurilor, relativ uor.De aceea identificarea surselor de perturbaii nefuncionale reprezint una din condiiileeseniale pentru soluionarea problemelor CEM.

Avnd n vedere c sursele de energie electromagnetic apar n toat gama defrecvene, o alt clasificare a lor ine seama de dispunerea lor n domeniul frecven. n acestsens ntlnim surse de banda ngust i surse de banda larg.

- Unsemnal perturbatoreste considerat de banda ngust dac spectru1 su acoper olime de band mai mic dect cea a aparatului de recepie. Surse de astfel de perturbaii suntcele realizate de om, cum ar fi, de exemplu, emitoarele radio care radiaz pe frecvenaatribuit lor mai mult putere dect cea admis, armonicile produse de neliniaritilecomponentelor din emitoare i radiaii de scpri ale generatoarelor de nalt frecven

7/28/2019 Curs3_CEM

2/13

medicale i industriale. n mod normal ele sunt caracterizate prin indicarea spectrului de linii(adic prin indicarea amplitudinii sau valorii lor efective pe fiecare frecven).

Un semnal perturbatoreste considerat de band larg dac spectrul su acoper olime de band mai mare dect cea a unui anumit sistem de recepie. Sursele de perturbaii de

band larg sunt caracterizate printr-un spectru cu linii spectrale dispuse foarte aproape una de

alta sau chiar de un spectru continuu, reprezentanii tipici fund sursele naturale de perturbaii(cum sunt, de exemplu, radiaiile cosmice) ca i fenomenele de comutaie neperiodice. Surselede perturbaii de band larg pot fi mprite i ele n surse perturbatoare generatoare dezgomot continuu i surse de perturbaii tranzitorii.

. Sursele perturbatoare generatoare de zgomot continuu constau din impulsurinumeroase de amplitudini diferite, foarte apropiate unul de altul sau chiar suprapuse, care nu

pot fi separate. Perturbaiile de tip zgomot nu pot fi descrise deterministic prin funciianalitice de timp, ele manifestndu-se ca rezultat al unor evenimente singulare extrem denumeroase care nu pot fi puse n eviden individual (ex., zgomotul cosmic). Pe ansamblu,

perturbaiile de tip zgomot urmeaz anumite legi statistice care, ntr-o anumit msur permit

s se fac aprecieri asupra comportrii lor.Sursele de perturbaii tranzitorii se deosebesc unele de altele i au o frecven de

repetiie relativ redus (de exemplu impulsurile de comutaie ).

La aciunea semnalelor de band larg asupra unui receptor trebuie avut n vedere i

coerena semnalelor. La semnalele de banda larg coerente, la care componentele spectrale

sunt una fa de alta ntr-un raport bine determinat ca amplitudine i faz, reacia receptorului

este proporional cu limea sa de band. La semnalele perturbatoare necoerente, la care

componentele spectrale se afl ntr-o relaie arbitrar, reacia receptorului este proporional

cu rdcina ptrat a limii de band.

De cele mai multe ori perturbaiile de band larg sunt cunoscute numai ca funcii de

timp, ceea ce nu permite s se pun n eviden aciunea perturbaiilor n domeniul frecvenei.

De aceea este necesar n aceste cazuri mai nti descompunerea n serie Fourier a semnalelor

perturbatoare i apoi transferarea lor n domeniul frecven.

Din punct de vedere al distribuiei lor perturbaiile se pot mpri in:

1.Perturbaii distribuite statistic, cum ar fi, de exemplu, efectul corona care apare peliniile electrice aeriene.

2. Perturbaii periodice, care apar, spre exemplificare, la regulatoarele de tensiune cutiristoare. Sursele de perturbaii periodice nesinusoidale pot fi considerate de banda ngustsau de band larg, dup cum una sau mai multe linii spectrale sunt plasate n limea benziide trecere a receptorului. Astfel de exemple putem ntlni datorit perturbaiilor pe care le

produc invertoarele n reeaua de alimentare (ca urmare a spectrului de linii al armonicilor ).

3. Perturbaii neperiodice, cum ar fi, de exemplu, deconectarea bobinei unui releu.

Exist o mare deosebire ntre CEM clasic, la care scopul principal era controlul perturbaiilor

radio i care putea tolera impulsuri perturbatoare tranzitorii izolate (adic pocnituri singulare

sau eventual repetate cu o frecven foarte mic) i CEM modern, care consider c, nanumite condiii, apariia unui singur impuls perturbator n sistemul de comand i control al

7/28/2019 Curs3_CEM

3/13

unei centrale electrice poate duce la scoaterea din funciune a acesteia. n aviaie, att n cea

civil ct i n cea militar, urmrile pot fi destul de grave, la apariia unui impuls singular.Clasificarea surselor de perturbaii n conformitate cu ceea ce s-a prezentat pn acum

poate suferi modificri n unele situaii. De exemplu, scnteile de aprindere la un motor cu

explozie sunt fenomene tranzitorii periodice cu o frecven de repetiie ridicat, n timp cetotalitatea scnteilor de aprindere ale motoarelor de pe autovehicule dintr-o intersecieaglomerata se poate asimila cu o perturbaie intermitent, similar zgomotului.

5.2. SURSE DE PERTURBAII DE BAND NGUST

5.2.1. EMITOARE DIN SFERA COMUNICAIILOR

Emitoarele din sfera comunicaiilor, ca surse sau emitoare funcionale producenergie electromagnetic i o radiaz n mediul nconjurtor n mod controlat, n scopultransmiterii sau culegerii informaiei. Ele se pot mpri n cinci mari grupe, n conformitate

cu Tabelu1 5.1.

Tabelul 5.1. Clasificarea emitoarelor de comunicaiiEmitoare de comunicaii

1. Emitoare 2. Radio 3. Radio relee 4. Navigaie 5. Radar comerciale telefonie

Radio - MA Auto Comunicaii Aerian AerianRadio - MF Poliie satelit Naval Naval

TV - FIP Amatori Comunicaii Radio far AutoTV - UIF Industrie terestre LORAN Supraveghere

spaiu aerian

Emisiile emitoarelor de comunicaii sunt de regul de band ngust i constau dintr-o frecven purttoare, benzile laterale i armonicile superioare inevitabile. Emitoarele decomunicaii se ntlnesc n tot spectrul electromagnetic, ncepnd cu domeniul ELF (de ctevazeci de hertzi - pentru comunicaiile folosite de submarine) i terminnd cu domeniul EHF(pentru frecvene de sute de gigahertzi - folosite n domeniul comunicaiilor prin satelit).Evident, primele indicii pentru identificarea emitoarelor de comunicaii perturbatoare suntdate de frecvenele, respectiv de plaja de frecven alocat funcionrii acestora. Puterile deemisie permise pentru diferite frecvene de emisie sunt stabilite n funcie de zona geografic,

timpii de emisie i directivitatea radiaiei, n colaborare cu ITU (Uniunea Internaional deTelecomunicaii), respectiv cu organismele naionale pentru managementul spectruluielectromagnetic. De exemplu, pentru emitoarele de radiodifuziune i de televiziune avem

benzile de frecven alocate n Tabelu15.2.

Tabelul 5.2. Benzile de frecven alocate emitoarelor de radiodifuziune i de televiziune

Emitoare de radiodifuziune Emitoare de televiziuneUnde lungi (MA) 150-285 kHz Banda I Canalele 1-4 41-68Unde medii (MA) 535-1635 kHz (FIF) MHzUnde scurte (MA) 3-26 MHz Banda III Canalele 5-12 174-230Unde ultrascurte(MF) 87,5-108 MHz (FIF) MHz

Banda IV/V Canalele 21-60 470-789(DIF) MHz

7/28/2019 Curs3_CEM

4/13

Compatibilitatea electromagnetic la emitoarele de comunicaii care lucreaz peaceeai frecven se refer la separarea lor n spaiu, respectiv la raza lor de aciune limitat.Pentru o exploatare corect a spectrului electromagnetic, conform conveniilor internaionale,este necesar ca la punerea n funciune a unui nou emitor s existe o autorizaie oficial careurmeaz sa fie confirmat abia dup verificarea compatibilitii funcionrii acestuia.

Serviciile de supraveghere radio ale statului n care este conectat un astfel de emitorurmresc respectarea specificaiilor tehnice ale emitoarelor, descoper emitoareleclandestine i perturbaiile reelei radiofonice, etc. Existena unei autorizaii legale defuncionare nu mpiedic emitorul de comunicaii s se comporte ca un perturbatorimportant n cazul n care sisteme de recepie sensibile trebuie s lucreze n imediata lorvecintate. Din aceast cauz adeseori se renun la funcionarea aparaturii mobile deradiocomunicaii n imediata vecintate a sistemelor de conducere a proceselor industriale i asistemelor de dispecerat al energiei.

5.2.2. GENERATOARE DE NAL T FRECVEN UTILIZATEN INDUSTRIE, CERCETARE, MEDICIN, CONSUM CASNIC

Generatoarele de nalt frecven de putere mijlocie i mare, care nu se utilizeaz ntelecomunicaii, i gsesc utilitatea n industrie, cercetare, medicin sau chiar n consumulcasnic.

n industrie ntlnim emitoarele de IF pentru clire, lipire i topire prin inducie. Caexemple putem aminti:

1) cmpurile magnetice de IF pot nclzi rapid piese conductoare prin intermediulcurenilor turbionari indui, frecvena (50 Hz pn la 1 MHz) determinnd adncimeade ptrundere - prin refularea curentului;

2) cmpurile electrice de IF pot nclzi rapid dielectricii cu pierderi ca urmare a clduriieliberate prin frecare, n ntreg volumul de dielectric, frecvenele utilizate situndu-sedeasupra celor utilizate la nclzirea prin inducie (1 MHz-1OOMHz)), precum i

pentru uscarea dielectric a adezivilor.n cercetarea fundamental generatoarele de IF accelereaz particulele elementare

pn la energii de 20 GeV n acceleratoarele liniare de IF, acceleratoare circulare de IF(ciclotron, sincrotron). La acestea se adaug generatoarele de IF pentru ncercri de materiale(10-200 MHz), pentru implantare de ioni, pulverizare catodic, litografie, etc.

n medicin cmpurile electrice, magnetice sau electromagnetice sunt utilizate pentrutratamentul termic al articulaiilor sau al organelor interne la frecvene cuprinse n plaja 27MHz - 2,45 GHz. De asemenea, sunt utilizate generatoare de IF pentru producereaultrasunetelor n scopuri terapeutice (la 1 MHz) i de diagnoz (1-50 MHz).

n ceea ce privete consumul casnic, cmpurile electromagnetice nclzesc alimentelen cavitile rezonante ale cuptoarelor cu microunde, prin folosirea unor frecvene foarte nalte(ex. 2 450 MHz).

Toate aparatele amintite mai sus produc n mod deliberat energie de IF n scopulcrerii unor efecte electrofizice locale, aparinnd grupei de emitoare funcionale. De obiceiaceste emitoare funcioneaz la o anumit frecven standard, utilizarea altor frecvene fiind

permis numai eu o ecranare adecvat a instalaiei. De fiecare dat trebuie demonstrat prinmsurtori c la funcionarea pe frecvenele prevzute armonicile produse nu depescvalorile limit pentru cmpul perturbator. n afara de aceasta, pentru radiaiile de scpritrebuie asigurat compatibilitatea fa de organismul uman.

7/28/2019 Curs3_CEM

5/13

5.2.3. RECEPTOARE RADIO, RECEPTOARE VIDEO,SISTEME DE CALCUL, SURSE N COMUTAIE

Dei marea majoritate a acestor aparate sunt receptoare de energie electromagnetic,fiind afectate de cele mai multe ori de interferenele electromagnetice, la rndul lor pot fisurse de perturbaii electromagnetice. Aceasta deoarece toate aceste aparate au n componen

oscilatoare locale, care cedeaz energie electromagnetic n mediul nconjurtor princonductoarele de intrare i de ieire, ca i prin carcasele i asiurile proprii. Emisiile acestoraparate trebuie s se situeze sub nivelul de perturbaii stabilit de normele specifice n vigoare.

Receptoarele superheterodin mixeaz frecvena semnalului de IF de la intrare cufrecventa oscilatorului local, realiznd o frecven intermediar constant, uor de amplificati radiaz att frecvena oscilatorului local (variabil), ct i frecvena intermediar constant,mpreun cu armonicile sale. Pentru receptoarele de radio-difuziune frecvena intermediarconstant este cca 455 kHz pentru MA i cca 10,7 MHz pentru MF. Pentru receptoarele deteleviziune, frecvena intermediar de sunet este 5,5 MHz (pentru Europa de vest), 6,5 MHz(pentru Europa de est) respectiv 4,5 MHz (n SUA), iar frecvena intermediar video cca 38,9MHz (cu frecvena medie de 36,5 MHz).

Aparatele echipate cu tuburi catodice (receptoarele de televiziune, terminalelecalculatoarelor i osciloscoapele) produc perturbaii prin generatoarele de baleiaj necesareformrii imaginii. Frecvena liniilor (oscilaia de baz a tensiunii n form de dini defierstru) este de 15,75 kHz la monitoarele simple i de cca 35 kHz sau chiar 65 kHz lamonitoarele profesionale. La osciloscoapele rapide frecvena de baleiaj ajunge chiar la 1MHz.

Sistemele de calcul pot fi productoare de perturbaii, prin frecvena de tact a unitiicentrale, precum i prin periferice i liniile lor de legtur. Sursele n comutaie trebuie luaten considerare, n majoritatea cazurilor peste 16 kHz, prin frecvena fundamental decomutaie i armonicile ei superioare.

5.2.4 EFECTE PERTURBATOARE ASUPRA REELEI DE ALIMENTARE

Efecte perturbatoare asupra reelei de alimentare cu energie electric producarmonicile, nesimetriile i fluctuaiile de tensiune create de echipamentele electrice la carecaracteristica tensiune-curent este neliniar sau variabil n timp.

- Transformatoarele i motoarele electrice care funcioneaz cu inducii magneticeridicate, acionrile reglabile bazate pe electronica de putere, redresoarele pentru electroliz,lmpile cu descrcri n gaze, televizoarele absorb chiar la o tensiune de alimentaresinusoidal, cureni nesinusoidali care provoac cderi de tensiune nesinusoidale peimpedana reelei. Aceste cderi de tensiune, provocate de curenii imprimai ai

consumatorilor, conduc la deformarea tensiunii reelei de 50 Hz, respectiv determin un altconinut al armonicilor tensiunii de alimentare. n timp ce redresoarele produc, de regul,numai armonici care sunt multipli ai frecvenei fundamentale (v = np 1, unde p estenumrul de pulsuri iar n=1,2,3,...), convertoarele de frecven i fenomenele de comutaie

produc i armonici intermediare.- Subarmonicile produse de cuptoarele cu arc, instalaiile de sudur i sistemele de

reglare discontinu coboar pn n domeniul mHz-lor i conduc la fluctuaii ale tensiuniiperiodice ineperiodice.

- Efecte perturbatoare asupra reelei de alimentare apar i datorit nesimetriilorprovocate de conectarea receptoarelor monofazate ntre faze, cum este cazul aparatelor de

sudur sau al cuptoarelor cu arc. Armonicile superioare i variaiile de tensiune afecteazechipamentul electric ncepnd cu suprasolicitri dielectrice i termice ale condensatoarelor i

7/28/2019 Curs3_CEM

6/13

motoarelor, funcionri false ale instalaiilor de msurare, comanda i reglare, precum i aleinstalaiilor de prelucrare a datelor, regulatoarelor electronice de iluminare, sistemelor deconducere a proceselor industriale, mergnd pn la perturbarea instalaiilor de telecomandi a instalaiilor de semnalizare la distan. n cazul fluctuaiilor de tensiune poate fi afectat ifiina uman, deoarece fluctuaiile luminozitii instalaiilor de iluminat (flicker-ul) provoac,

n anumite condiii, reacii fiziologice intolerabile n lanuI lamp-ochi -creier.

5.2.5. INTERFERENE DATORATE LINIILOR AERIENELiniile electrice aeriene de nalt tensiune de 50 Hz i de 16-2/3 Hz sunt amplasate, n

zonele aglomerate, pe poriuni nsemnate, n paralel cu liniile de telecomunicaii i detelecomand, dar i cu conductele de gaz natural sau de iei. Din cauza cuplajelor rezistive,inductive i capacitive iau natere interferene nedorite cu liniile de comunicaii, n liniile detransmisie de date, ca i n protecia catodic anticoroziv a conductelor. n plus, tensiunile deatingere de valori mari pot pune n primejdie fiina uman. n aceste situaii interfereneleelectromagnetice pot fi:

-Interferene de lung durat. Ca surse de perturbaii de lung durat se pot enumeracurenii de lucru la funcionarea normal, curenii de punere la pmnt n reelele compensate,precum i interferenele prin cuplaje capacitive cu liniile de nalt tensiune.

-Interferene de scurt durat. Ca surse de perturbaii de scurt durat se pot enumeracurenii de scurtcircuit i cei de dubl punere la pmnt cu durata de cteva zecimi desecund.

- Interferene de impuls, care se datoreaz supratensiunilor produse de manevrele decomutaie din reea.

Dac la nceput problemele de interferen au fost rezolvate exclusiv prin msuri luatepe partea de transmitere a energiei (de exemplu, prin dispunerea simetric a conductoarelorunei linii trifazate n vrfurile unui triunghi echilateral astfel nct suma tuturor cmpurilors fie nul, prin transpunerea conductoarelor dispuse nesimetric, prin punerea la pmntrezonant a neutrului-datorit micorrii curenilor de defect, etc.), mai trziu a fost admis

punerea direct la pmnt a neutrului reelelor de 220 kV i chiar a celor de 400 kV abiaaprute.

5.3. SURSE DE PERTURBAII DE BAND LARGINTERMITENTE

5.3.1. ZGOMOTUL DE FOND DIN AGLOMERARILE URBANEDin cauza aglomerrilor urbane, n special din marile orae, i a circulaiei intense, n

orae se creaz un nivel considerabil de perturbaii de band larg datorit instalaiilor de

aprindere ale autovehiculelor, reelelor urbane de transport n comun, aparatelorelectrocasnice, lmpilor cu descrcri n gaze, sculelor electrice, oscilatoarelor locale,aparaturii numerice, etc. Nivelul perturbator de baz, msurat n diferite orae, arat o variaien limite largi, dependente cantitativ destul de mult de geografie i de anotimp. Cantitativ, se

pot ntlni diferene ntre 20 pn la 40 dB, n funcie de natura mijlocului de transport ncomun (metrou, tramvai acionat n c.c. sau c.a.), precum i de densitatea global a traficului(inclusiv traficul aerian), standardele naionale, etc. Cteva surse de band larg intermitentesunt specificate, mai jos.

5.3.2. INSTALAII DE APRINDERE DE PE AUTOVEHICULE

La ntreruperea curentului primar i1(t) al unei bobine de inducie, apare o variaie decurent di1/dt, care determin o variaie de flux magnetic d/dti aceasta induce n nfurarea

7/28/2019 Curs3_CEM

7/13

secundar a bobinei de inducie o tensiune nalta, u2(t). n mod parazit, se induc tensiuni devalori mai mici i n alte bucle conductoare ale vehiculului propriu sau ale unui vehicul vecin,datorit, de ex., cuplajului magnetic prin cmpul de dispersie. Impulsul de tensiune indus nnfurarea secundar provoac, pe conductoarele de aprindere de nalt tensiune, o variaiemare de tensiune, du2/dtcare prin capaciti parazite, respectiv prin curentul de deplasare care

le parcurge (id=Cp dU2/dt)poate provoca perturbaii n circuitele i conductoarele vecine princuplaje capacitive. La strpungerea intervalului disruptiv al bujiilor i prin scnteile produsela distribuitor, se produc din nou, variaii rapide ale tensiunii i curentului, datorit descrcriicapacitii nfurrii secundare, care produc la rndul lor perturbaii prin inducie i prininfluen. Dup cum sistemele nvecinate sunt realizate n form de bucl sau de stea, sunt derezistena mare sau mic, perturbaiile se transmit capacitiv sau inductiv. Nive1ul tipic al

perturbaiilor produse de cmpul electric n vecintatea strzilor este situat ntre -20 i +20 dBV/ m / Hz (densitatea de amplitudini), iar ca frecven ajung n domeniul GHz.

5.3.3. LMPI CU DESCRCRI N GAZELmpile fluorescente utilizate pentru iluminat n locuine, birouri, magazine, hale

industriale, etc., sunt reale surse de perturbaii n reelele n care sunt conectate. Din energiaelectric total circa 9,5% este folosit pentru a produce lumina artificial (n America de

Nord acest procent urc la aproape 30 %). Pentru cldiri circa 50 % din consumul de energietotal este utilizat pentru iluminat. La navele maritime, in funcie de tonaj, ntre 2 i 10% dinenergia produs este utilizat pentru iluminat. Lmpile cu incandescen au un randamentluminos de 17-23 lm/W, pecnd randamentul luminos al lmpilor fluorescente este ntre 70 i80 lm/W. De asemenea timpul de via al lmpilor fluorescente este mai lung (20.000 h),comparativ cu al lmpilor incandescente (700 h). Pentru aceste motive, tendina actual estes se utilizeze lmpile cu eficien energetic ridicat (de exemplu lmpile fluorescente saualte lmpi cu descrcri n gaze - cum sunt cele cu halogen) n locul lmpilor tradiionale cu

incandescen. Aceasta pentru c, dei factorul de putere al lmpilor incandescente esteaproape unitar, lmpile fluorescente produc un flux luminos mai puternic la un consum deputere activ remarcabil mai sczut dect al lmpilor cu incandescen. Raportul fluxluminos/putere activ consumat, care este criteriul de eficien energetic al lmpilor, estemai mare n cazul lmpilor fluorescente sau al celor cu halogen prin comparaie cu lmpileincandescente. Din nefericire ns lmpile fluorescente ca i cele cu halogen, au un factor de

putere sczut (n jurul lui 0,4 sau mai mult - pn la 0,7-0,8), ceea ce conduce la cerinesporite pentru putere reactiv adiional. n plus, lmpile fluorescente sunt strbtute decureni armonici puternic distorsionai, din cauza prezenei balastului. Deoarece semnalele

perturbatoare puternice apar numai la conectarea lmpilor, din punct de vedere alperturbaiilor radio acestea se potconsidera pocnituri cu frecven de repetiie mic, fr s

prezinte o prea mare importan. n schimb elepotdeveni importante n vecintatea aparaturiimedicale ultrasensibile, a stimulatoarelor cardiace sau n vecintatea aparaturii de msur.Pentru distane mici i n lipsa unor msuri de antideparazitare, interfereneleelectromagnetice produse de lmpile fluorescente n regim permanent deranjeaz recepia peunde medii i lungi, perturbaiile transmindu-se mai ales prin conducie de-a lungul liniilorde alimentare ale acestor lmpi.

n categoria surselor de nalt frecven intr balastul electronic pentru iluminareafluorescent. Cele mai multe lmpi fluorescente sunt acionate de balasturi cu miez magneticla 50 Hz sau 60 Hz. Lmpile fluorescente, descrise anterior, acionate de aceste balasturi,furnizeaz lumina de slab calitate, ducnd i la apariia unor cureni armonici n reeaua de lacare sunt alimentate. Cum tensiunea de linie (de alimentare) trece prin zero, gazul de mercurionizat n perioada pozitiv are suficient timp s se deionizeze n semiperioada negativ,stingnd lampa. Arcul trebuie sa fie repornit de dou ori la fiecare ciclu de 50 (60) Hz. n

7/28/2019 Curs3_CEM

8/13

acest fel lampa este aprins i stins la o frecven de 100 (120) Hz. Rezultatul n acest caz nuconst doar ntr-un timp de viaa mai scurt al lmpii, ci i n apariia unei licriri de 100(120)Hz (sau o variaie la ieirea luminoas) care poate deveni suprtoare pentru ochi. Efectulstroboscopic este duntor, n special, n camerele cu calculatoare, n birouri i n jurulmainilor rotative. Un invertor n circuitul de alimentare al unei lmpi fluorescente poate

genera tensiune suficient care s aprind lampa i s poat limit curentul de alimentare (dentreinere) al lmpii odat ce aceasta a pornit. Puterea, tensiunea sau curentul de ieire pot ficontrolate prin modificarea frecvenei de ieire a invertorului, de exemplu, pentru diminuarealuminii de la 100% la 10% din lumina complet de la ieirea lmpii. Dac frecvena defuncionare a balastului electronic este mrit (de ex. de la 25 la 100 kHz), se obine ofuncionare continu a lmpii fr nici o licrire, mbuntind calitatea luminii. Aceastlumin de calitate bun poate fi folosit n special n aplicaii comerciale i industriale. Maimult, randamentul lmpilor fluorescente de la frecvene peste 25 kHz este cu 10-15% maimare de ct la 50(60) Hz. O alt problem care se poate rezolva prin utilizarea balastuluielectronic provine din faptul ca balasturiIe magnetice la 50(60) Hz ofer un factor de putere

sczut deoarece ele reprezint, n raport cu tensiunea de alimentare, o sarcin inductiv ineliniar, care extrage un curent mare din linie i o polueaz cu mari cantiti de armonici.Cele mai multe balasturi electronice au corectori de factori de putere pasivi i activi, care faceca factorul lor de putere s fie apropiat de 0,99,protejnd n acest fel mediul nconjurtor ireducnd totodat valoarea eficace a curentului de intrare.

n cazu1 lmpilor cu descrcri n gaze de nalt presiune apar perturbaii importantepn n domeniul FIF sau UIF, datorit dezvoltrii rapide a descrcrii la presiuni ridicate idistanei mici dintre electrozi. Temperaturile nalte ale electrozilor i ale gazului fac posibil oreducere a interferenei electromagnetice datorit tierii unor cureni mici i respectivvalorilor mici ale tensiunilor de reaprindere. Lmpile cu descrcri n gaze care utilizeaztensiuni mari, cum sunt tuburile luminiscente pentru reclamele luminoase, nu necesit

prenclzire deoarece tensiunea lor de alimentare se poate adapta cu uurin la tensiunilenecesare de aprindere i de ardere.

5.3.4. MOTOARE CU COLECTORLa comutarea curentului n motoarele de c.c. i n cele universale n nfurri i n

conductoarele de alimentare apar variaii rapide de curent. Dac la separarea periilor demuchiile lamelelor colectorului curentul nu este zero, el se va menine printr-un arc electric, lafel ca la toate contactele care se deschid n sarcin. La ntreruperea arcului apare o variaierapid de curent di/dt, care induce n inductivitile aflate pe calea de curent tensiuni deautoinducie (Ldi/dt), iar n cile de curent vecine tensiuni de cuplaj mutual (M di/dt). Pentrulimitarea local a perturbaiilor se conecteaz n serie cu conductoarele de alimentare

inductiviti concentrate, iar n paralel cu periile un condensator de untare. Mainile mari dec.c. sunt dotate cu poli auxiliari i nfurri de compensare, care induc n nfurrilerotorului o tensiune de polaritate invers i reduc curentul n nfurare n momentul separrii

periilor de muchiile lamelelor colectorului.

5.3.5. LINII ELECTRICE AERIENE DE NALT TENSIUNELa suprafaa conductoarelor liniilor de nalt i foarte nalt tensiune, intensitatea

cmpului electric depete uneori valoarea corespunztoare strpungerii aerului, ceea ce ducela apariia unor mici descrcri pariale locale care rmn n imediata vecintate aconductoarelor din cauza neomogenitii cmpului (descrcri corona). Strpungerile pariale

provoac n conductoare impulsuri de curent cu timpi de cretere i de scdere de ordinulnanosecundelor, ce se propag de-a lungul liniei sub forma de unde cltoare. Pe ansamblu,astfel de impulsuri numeroase de descrcare, parial suprapuse, cu un spectru care se ntinde

7/28/2019 Curs3_CEM

9/13

pn n domeniul UIF, constituie o surs de zgomot perturbator care afecteaz recepiaradio. Aceste perturbaii sunt dependente de starea vremii (densitatea aerului, ploaie, chiciur,etc.) i de configuraia prii superioare a stlpilor. Cu toate aceste dependene complexe, pe

plan internaional exist numeroase prescripii care permit, ntr-o oarecare msur, o apreciereprealabil a nivelului perturbaiilor radio.

O alt surs de perturbaii, care se observ n special n reelele aeriene de medietensiune, o formeaz micile descrcri prin scnteie ntre prile metalice imperfectpotenializate sau ntre prile metalice i suprafaa izolatoarelor ncrcate electrostatic.Spectrul acestor descrcri prin scnteie se ntinde pn n domeniul frecvenelor foarte naltei determin perturbaii la recepia emisiunilor de televiziune.

5.4. SURSE DE PERTURBAII TRANZITORII DE BAND LARG5.4.1. DESCARCARI ELECTROSTATICE

Descrcrile electrostatice i problemele tehnice legate de acestea au cptat oimportan deosebit odat cu descoperirea fibrelor sintetice i a semiconductoarelor. Din

punct de vedere al CEM, ceea mai mare importan o prezint descrcarea persoanelor i a

mobilierului mic (scaune, scaune cu rotile, crucioare pentru diverse aparate, etc.). n funciede tipul nclmintei, a suprafeei podelei i a umiditii aerului, o persoan poate atingeelectrostatic tensiunea de 30 kV. ncepnd de la aceast valoare apar descrcri pariale im-

portante prin care se elimin instantaneu (prin cureni de scurgere) sarcinile nou create,ajungndu-se astfel la un potenial staionar de echilibru. De obicei potenialele obinute lamersul pe covoare se afl n plaja 5-15 kV, la un nivel similar situndu-se i potenialulelectrostatic la care se ncarc mobilierul mic. n majoritatea cazurilor ncrcrileelectrostatice cuprinse ntre 1,5 i 2 kV nu sunt percepute de persoanele n cauz, n schimbsunt suficiente pentru distrugerea componentelor semiconductoare.

ncrcrile electrostatice apar sub forma unor acumulri ale purttorilor de sarcin deo anumit polaritate, la separarea unor medii anterior aflate n contact direct, din care cel puinunul trebuie sa fie izolant (dac ambele medii sunt conductoare se produce instantaneu oredistribuire a sarcinilor). Astfel de exemple ntlnim la mersul pe un covor izolant, lamanevrarea pieselor din mase plastice, la trecerea benzilor de hrtie sau material plastic

printre role, la circulaia lichidelor izolante prin conducte, la ridicarea de pe un scaun, laevacuarea gazelor rachetelor i motoarelor cu reacie, la frecarea cu aerul a corpuluiaeronavelor, la turbionarea prafului, etc. ncrcarea electrostatic poate fi de polaritate

pozitiv sau negativ fa de potenialul pmntului, n funcie de perechile de materiale aflaten contact anterior apariiei ncrcrii electrostatice.

Existenta ncrcrilor electrostatice creeaz rareori probleme legate de CEM. nschimb, descrcrile rapide sub form de impulsuri ale corpurilor ncrcate, n timpul crora

apar cureni de descrcare n form de impulsuri de curent, cu timpi de cretere de domeniulnanosecundelor sau mai mici, i cuplate cu acetia, cmpuri magnetice variabile n timp,conduc de obicei la fenomene de interferen electromagnetic nedorit. n special ladescrcrile prin scnteie ale corpurilor ncrcate cu electricitate static apar tensiuni icureni tranzitorii care perturb nu numai funcionarea calculatoarelor, a procesoarelor detexte i a aparatelor telefonice sau a aparaturii electronice, ci pot provoca chiar i deteriorridefinitive ale componentelor electronice. Dac sistemele complete sunt relativ rezistente (ex.,tastatura calculatoarelor, automatele programabile, etc.), n schimb pentru distrugereacomponentelor semiconductoare i a cartelelor electronice sunt suficiente, la atingerea direct,ncrcri electrostatice minimale, pe care n anumite condiii persoana n cauz nici mcar nule sesizeaz.

7/28/2019 Curs3_CEM

10/13

7/28/2019 Curs3_CEM

11/13

deosebesc mai mult dup frecvena de apariie dect dup amplitudine, iar supratensiunile devalori importante apar relativ rar, cele foarte abrupte amortizndu-se foarte rapid ca am-

plitudine i pant, prin propagarea lor pe conductoarele reelelor de joas tensiune (ceea ce lelimiteaz raza de aciune la imediata vecintate a locului de apariie).

5.4.3.2. Fenomene tranzitorii n reele de nalt tensiune

n instalaiile de nalt tensiune, la deschiderea i nchiderea normal a separatoarelor,apar numeroase reaprinderi care provoac n circuitele secundare supratensiuni pn la 20 kV.Acestea pot afecta acionarea normal a proteciilor sau pot duce chiar la deteriorareainstalaiilor din circuitele secundare.

La conectarea unui tronson scurt de linie ngolla barele aflate sub tensiune ale uneistaii, apare o supratensiune. Aceasta deoarece dac tensiunea de strpungere a intervaluluidintre contactele n curs de apropiere este mai mic dect valoarea de vrf a tensiuniialternative se produce o prim strpungere n timpul creia tronsonul de linie n gol este adus

la acelai potenial. Cnd curentul de ncrcare scade la valori neglijabile, arcul electric sentrerupe i, cum tronsonul izolat i-a meninut potenialul, se produce o a doua strpungerecnd valoarea instantanee a tensiunii alternative a barelor depete potenialul liniei n gol cuvaloarea tensiunii pe strpungere a intervalului dintre contacte (devenit ntre timp i mai mic).Acest fenomen are loc de mai multe ori, pn cnd contactele separatorului se ating. Variaiilerapide ale potenialului tronsonului de linie n gol, pozitive i negative, dau natere unorcureni de deplasare n capacitile parazite fa de conductoarele nvecinate (i=Cp.du/dt), alecror amplitudini pot lua valori considerabile datorit pantelor mari ale tensiunii. Mai departe,cmpurile magnetice produse de curentul de ncrcare al liniei scurte i de curenii dedeplasare, datorit undelor progresive care se propag de-a lungul liniei n gol, induc n

buclele de curent nvecinate, paralele cu aceasta, tensiuni i cureni perturbatori. La

deschiderea separatoarelor fenomenele care au loc sunt similare, numai c de data aceastaamplitudinile variaiilor de potenial, respectiv ale undelor progresive se mresc pe msura cecontactele se ndeprteaz, putnd atinge dublul valorii de vrf (fr a lua n consideraieeventualele creteri de tensiune suplimentare datorit oscilaiilor, respectiv reflexiilor).

5.4.4. FENOMENE TRANZITORII N TEHNICA NCERCRII

CU TENSIUNI NALTE I N FIZICA PLASMEI,n laboratoarele de nalt tensiune se produc tensiuni de impuls atmosferic i tensiuni

de comutaie cu timpi de cretere de ordinul micro- sau milisecundelor, la care valorile de vrfating cteva milioane de voli, prin care se demonstreaz rigiditatea dielectric aechipamentelor de nalt tensiune fa de supratensiunile interne i atmosferice. Tensiuni deimpuls de ordinul megavolilor, la care timpii de cretere sunt de ordinul nanosecundelor icureni de impuls de ordinul megaamperilor sunt uzual utilizai n tehnologia impulsurilor de

putere, pentru cercetri fundamentale din domeniul fizicii nucleare sau pentru simularea unorfenomene specifice din acest domeniu. Msurarea cu un osciloscop sau cu un nregistrator defenomene tranzitorii a semnalelor de joas tensiune rezultate este foarte dificil (datorit unuinivel de perturbaii mai mare cu 120 dB), ns problema ca atare este uzual pentrulaboratoarele de cercetare din domeniul TTI.

5.4.5. IMPULSUL ELECTROMAGNETIC DE TRZNET

Trznetele i cmpurile electrice tranzitorii aferente acestora (LEMP), conduc lainterferene electromagnetice importante la locul de cdere al acestora i n mediul

7/28/2019 Curs3_CEM

12/13

nconjurtor din imediata vecintate. De aceea la dimensionarea instalaiilor de protecieexterioar la aciunea trznetului trebuie luate n considerare valorile maxime ntlnite ale

parametrilor caracteristici ai curentului de trznet:- Valoarea maxim a curentului: Imax =200 kA (determin creterea tranzitorie de

potenial posibil)

- Panta curentului: di/dt = 300 kA/s (pentru l00ns);= 150 kA/s (pentr 1s), avnd ca efect tensiunile induse;

Sarcina electric: idt = q = 500 As (determin topirea conductoarelor);- Energia specific: dti

2 = W/R = 107A2s (determin nclzirea adiabatic aconductoarelor).

Luarea n considerare a acestor parametri este determinat deci de efectele diferite aledescrcrii atmosferice datorate trznetului, valorile concrete luate n consideraie diferindntre ele, n funcie de cerinele de protecie i de importana instalaiei.

n ceea ce privete protecia interioar mpotriva trznetului, pe baza ecuaiilor luiMaxwell, pentru fiecare caz n parte, se pot calcula cmpurile electrice i magnetice produse

de curentul respectiv curenii de trznet din instalaia de pamntare i apoi tensiunile icurenii perturbatori indui n circuitele secundare i n cele pentru prelucrarea datelor nfuncie de distana fa de locul de cdere a trznetului i de geometria sistemului, lund nconsiderare i proprietile cldirii.

Frecvena zilelor cu furtun pe an ntr-un anumit loc permite s se determine nivelulisokeraunic care unete, prin curbe de nivel, zonele de pe glob cu aceei frecven a furtunilor.Astfel de informaii sunt importante din multe puncte de vedere, pentru asigurarea diferitelorobiective. Nivelul isokeraunic arat c n Europa de vest sunt numai 10 pn la 30 de zile cufurtun pe an, n timp ce n Kenia, de exemplu, numrul zilelor cu furtun este n jur de 240.

5.4.6. IMPULSUL ELECTROMAGNETIC NUCLEAR0 explozie nuclear elibereaz brusc o energie nuclear, care este nsoit de un impuls

intens de radiaie, format din fotoni ce se propag n toate direciile cu viteza luminii (radiaieRoentgen de energie nalt de ordinul MeV). Pentru explozii la mare altitudine (de exemlu, la300 km), fotonii care se ndreapt spre pmnt ciocnesc atomii din straturile dense aleatmosferei i prin efect Compton, elibereaz electronii Compton, care ulterior, meninndu-idirecia produc un mare numr de electroni suplimentari, datorit ionizrii prin ciocnire (aa-numiii electroni secundari). Electronii formeaz, pe de o parte, un dipol electric tranzitoriu cuionii pozitivi rmai, iar pe de alta parte, datorit micrii lor n cmpul magnetic al

pamntului, un dipol magnetic tranzitoriu. Repartiia variabil n timp i n spaiu a sarcinilori curenilor din atmosfera genereaz un cmp electromagnetic tranzitoriu, impulsul electro-

magnetic nuclear (Nuclear ElectroMagnetic Pulse - NEMP). Ca reprezentare grafic,impulsul electromagnetic nuclear se poate aproxima printr-o reprezentare dublu exponenial,cu un timp de cretere de cca 5 TIS i o durat de semiamplitudine de cca 20 ns(asemntoare calitativ cu cea a impulsului de trznet standard). Intensitatea cmpului electric(ca valoare maxim) este normat la cca 50 kV/m, ceea ce nseamn c pentru valoareamaxim a intensitii cmpului magnetic la mare distan se obine valoarea de 133A/m (Hmax= Emax/ 377). Caracteristica impulsului electromagnetic nuclear la mare altitudine const naceea c poate aciona ntr-un spatiu de mare ntindere, ce poate acoperi chiar un continent. naceste situaii cel mai afectate sunt sistemele cu extensie mare n spaiu, n care, prin cuplajuldistribuit pe toat lungimea i formrii unor unde progresive, se pot acumula energiiimportante (cum este cazul reelelor de alimentare cu energje, reelelor telefonice, etc.).

Similar au loc efectele i n cazul exploziilor n apropierea solului, dar trebuie fcutdistincie ntre impulsul electromagnetic nuclear la mare altitudine i impulsul

7/28/2019 Curs3_CEM

13/13

electromagnetic nuclear la sol (la care dominante sunt efectele termice i mecanice). Existchiar i un impulsul electromagnetic magnetohidrodinamic (MHD-EMP), un fenomentranzitoriu extrem de lent, cu durate de ordinul secundelor sau minutelor, rezultat al interacieidintre cmpul magnetic terestru i masele de gaz ionizat care se rspandesc n atmosfer.Datorit impulsului electromagnetic magnetohidrodinamic, n reelele electrice apar, prin

cuplaj inductiv, cureni de joas frecven, care pot provoca fenomene de saturaie magneticintens n transformatoarele de putere.