1

3.1.2. Componenta continuă de tensiune/curent.....................................................................Pag 2

3.1.4.1. Efectul de flicker..........................................................................................................Pag 5

3.1.4.3. Măsuri pentru combaterea fluctuaţiilor rapide

3.1.6. Armonicile de tensiune/curent.......................................................................................Pag 9

Tipuri de echipamente care generează armonici

Probleme generate de armonici

3.1.8. Supratensiuni în reţelele de joasă tensiune..................................................................Pag 14

4.1.2. Efectele curentului electric aupra corpului uman.......................................................Pag 15

4.3. Descărcarea electrostatică..............................................................................................Pag 17

4.3.2. Simularea descărcărilor electrostatice

PROTECŢIA ÎMPOTRIVA PERTURBAŢIILOR ELECTROMAGNETICE...................Pag 21

5.1. Principii de protecţie

5.2.1. Protecţia prin blindaje

5.5. Alte metode şi mijloace de protecţie împotriva perturbaţiilor electromagnetice

2

3.1.2. Componenta continuă de tensiune/curent

Într-o reţea electrică cu tensiune sinusoidală o componentă continuă rezultă dintr-o

valoare medie nenulă. Este cunoscut faptul că tensiunea sinusoidală din sistemul energetic are o

valoare medie egală cu zero (fig. 8).

Pentru un semnal (o tensiune) de forma:

tUtu m 11 sin)( (3.1.)

unde: mU1 este amplitudinea maximă a sinusoidei (indicele 1 semnifică faptul că este vorba de

armonica de ordinul întâi numită şi armonică fundamentală);

11 2 f - este pulsaţia armonicii fundamentale (1f fiind frecvenţa, respectiv 50 Hz), valoarea

medie a tensiunii – pe o perioadă, 2T – se determină cu relaţia:

0)sin(2

1)(

1

0

2

0

11 T

mmed tdtUdttuT

U

. (3.2)

Se poate uşor reţine acest rezultat ţinând cont de interpretarea geometrică a integralei ca

arie închisă de curba specificată. În cazul nostru, integrala pe o perioadă a semnalului sinusoidal

presupune existenţa celor două arii mărginite de curba tensiunii, notate cu 1A , respectiv, 2A . Se

constată, din grafic (fig. 3.1.) că există următoarea particularitate: 12 AA . Ca urmare, valoarea

integralei, pe o perioadă, obţinută ca sumă a celor două arii este: 01121 AAAA .

Fig. 3.1. Variaţia tensiunii în reţelele de joasă tensiune şi joasă frecvenţă (50 Hz)

În cazul în care semnalul de tensiune nu mai are o formă sinusoidală (fig.3.2 şi 3.3) nici

valoarea medie a acestui semnal - pe o perioadă – nu va mai fi egală cu zero. În fig. 3.2. suma celor

3

două arii, ce reprezintă valoarea integralei semnalului de tensiune dată de relaţia (3.2) – deci,

valoarea medie a tensiunii redresate – este: 0121 AAA , deoarece 02 A .

Fig. 3.2. Semnal nesinusoidal prin receptor obţinut cu un redresor monofazat

monoalternanţă

a) redresor cu diodă; b) forma tensiunii redresate

Dacă la bornele receptorului (sarcinii) există o tensiune, prin acesta va trece un curent.

Pentru cazul simplu al unui receptor pur ohmic (un rezistor), acest curent va avea aceeaşi formă

de variaţie cu tensiunea aplicată şi va fi în fază cu aceasta. O astfel de situaţie este exemplificată

în fig. 3.3 pentru schemele de redresare monofazată bialternanţă (când semnalele obţinute sunt tot

nesinusoidale). De data aceasta valoarea medie a curentului prin sarcină, pe o perioadă – pe aceeaşi

interpretare ca mai sus - este: 02 121 AAA , deoarece 12 AA .

Extrapolând, putem spune că orice semnal nesinusoidal de tensiune este însoţit de un

semnal nesinusoidal de curent.

4

Fig. 3.3. Diverse tipuri de redresoare monofazate bialternanţă forma de undă a curentului

prin sarcină (semnal nesinusoidal)

Analiza semnalelor nesinusoidale se face cu ajutorul seriei Fourier (prin descompunerea

semnalului nesinusoidal într-o sumă de semnale sinusoidale). În cazul mărimilor (tensiuni, curenţi)

obţinute de la instalaţiile de redresare (monofazate, dar şi trifazate), la descompunerea în serie

Fourier se obţin şi componente continue ale semnalelor livrate sarcinii (de frecvenţă zero),

componente ce provoacă mari neplăceri în sistemul energetic în care sunt racordate aceste

instalaţii.

5

3.1.4. Fluctuaţii rapide

Fluctuaţiile rapide constau în modificarea valorii maxime a tensiunii sinusoidale pentru o

durată de 20 ms până la ordinul unei secunde (fig. 3.8.). Fluctuaţiile rapide de tensiune antrenează

o degradare a calităţii tensiunii în reţelele de distribuţie, cu consecinţe nefavorabile asupra

funcţionării normale a unor categorii de receptoare.

Fig. 3.8. Definiţii legate de variaţiile de tensiune (conform CEI 555-3)

Efectele negative cele mai pronunţate ale fluctuaţiilor rapide de tensiune sunt următoarele:

variaţii bruşte şi repetate ale fluxului luminos emis de lămpile de iluminat care produc o

oboseală fiziologică a ochiului omenesc (efect flicker);

deformarea imaginii televizoarelor;

deranjamente în funcţionarea aparatelor de radio;

deranjamente în funcţionarea aparaturii electrice şi a microprocesoarelor.

3.1.4.1. Efectul de flicker

Prin „flicker” se înţelege senzaţia de jenă fiziologică a ochiului omenesc datorită variaţiei

fluxului luminos emis de sursele de lumină. Consecinţele acestui fenomen au ca efect scăderea

productivităţii muncii, mărirea probabilităţii de eroare a personalului şi consecinţele negative

asupra sistemului vizual.

6

Flickerul este datorat variaţiilor rapide ale amplitudinii tensiunii de alimentare provocate

de:

fluctuaţiile puterii cerute de diverse receptoare: cuptoare cu arc, instalaţii de sudură, maşini

electrice etc.;

cuplarea sau decuplarea unor sarcini importante: pornirea motoarelor, cuplarea şi

decuplarea bateriilor de condensatoare etc.. Studiile efectuate pentru lămpile cu

incandescenţă au demonstrat că flickerul poate avea şi alte cauze decât variaţiile tensiunii

de alimentare.

De exemplu, variaţia fluxului luminos poate fi datorată şi unei funcţionări defectuoase a

sistemului de iluminat. Lămpile fluorescente - care au în compunere un balast feromagnetic - la

finalul ciclului de viaţă, pot genera flicker, dacă funcţionează ca un variator continuu de flux

luminos. Într-adevăr, ionizarea gazului devine incertă în condiţiile în care comanda în fază taie o

parte a sinusoidei tensiunii de alimentare. Lămpile cu balast electronic sunt, în general, insensibile

la variaţiile tensiunii lor de alimentare.

Flickerul poate fi provocat, de asemenea, de prezenţa – în curba tensiunii de alimentare –

a interarmonicilor. Cercetările au demonstrat că lămpile cu incandescenţă sunt sensibile într-o

bandă de frecvenţă cuprinsă între 20 Hz şi 80 Hz, în timp ce lămpile fluorescente au sensibilităţi

sporite la frecvenţe superioare valorii de 100 Hz. Lămpile cu balast inductiv au o comportare

asemănătoare cu lămpile cu balast capacitiv.

Principalele surse perturbatoare – generatoare de flicker – sunt:

o cuptoarele cu arc – la care fluctuaţiile de tensiune reclamate de funcţionarea lor

normală sunt cu atât mai puternic resimţite în reţea cu cât puterea cuptoarelor este mai mare (se

apropie de puterea de scurtcircuit a reţelei locale în care sunt conectate);

o maşinile electrice cu sarcini variabile – la care fluctuaţiile de tensiune apar atât la

varierea efectivă a sarcinii (motoarele de la laminoare) cât şi la pornirea şi oprirea lor (în cazul

unor comutări frecvente);

o regulatoare de putere realizate cu tiristoare – la care pentru a se evita

inconvenientele „comandei în fază” (armonici şi paraziţi de înaltă frecvenţă) – se apelează la o

„comandă sincopată”, ori de câte ori sarcina o permite. Tiristoarele comandate astfel sunt „aprinse”

după un multiplu de perioade ale undei tensiunii, dar timpii de conducţie sunt mari, repetaţi cu

frecvenţe de ordinul Hz-lor. De exemplu, pentru a evita apariţia fenomenului de flicker în cazul

7

încălzirii electrice, normele impun constructorilor sisteme de reglare (regulatoare) care să nu

permită comutarea treptei de putere mai rapid de 20 de secunde.

o instalaţiile de sudură cu arc – la care ciclurile repetitive cu frecvenţe cuprinse

între Hz11,0 sunt la originea perturbaţiilor sub forma unor mici căderi de tensiune.

În tabelul 3.2 este sintetizată comportarea diferitelor surse luminoase (lămpi) la variaţiile

rapide ale tensiunii în reţeaua de alimentare (sistemele de iluminat fiind cele care suferă cel mai

mult de pe urma fenomenului de flicker în reţea).

Senzaţia de jenă fiziologică produsă de flicker asupra ochiului este resimţită în cazul

fluctuaţiilor de frecvenţă cuprinse în domeniul Hz251 , devenind maximă în cazul fluctuaţiei

de Hz10 când pragul de perceptibilitate corespunde unei amplitudini de 0,3 %. Senzaţia de jenă

acumulată într-un interval de timp se evaluează cu ajutorul unei mărimi, numită doză de flicker,

proporţională cu pătratul amplitudinii fluctuaţiei şi cu durata acesteia (se măsoară în [%2 min].

Doza de flicker oferă o imagine cantitativă a senzaţiei de jenă fiziologică, pe o durată dată.

Numai că acest parametru este deosebit de fluctuant pentru o perturbaţie cu un ciclu de funcţionare

mult mai lung decât perioada de integrare. Din acest motiv, acest parametru exprimă destul de rău

senzaţia de jenă fiziologică. Iată, de ce, pentru o analiză riguroasă a acestui fenomen (flicker), o

metodă de analiză statistică este mult mai bună.

3.1.4.3. Măsuri pentru combaterea fluctuaţiilor rapide

Măsurile necesare se pot împărţi în două categorii:

a) la consumator;

b) în reţeaua de alimentare (la sursă).

a) La consumator

Reducerea efectelor produse de fluctuaţiile rapide de tensiune constă în utilizarea

stabilizatoarelor. Protecţia cu stabilizatoare reduce efectul de flicker de la 15 % la valori admisibile

de (3-7) %.

Limitele admise ale perturbaţiilor din reţelele de alimentare sunt stabilite prin normele

europene A.S.E. - E.N. 50006.

b) În reţeaua de alimentare

Metodele şi mijloacele mai importante pentru combaterea fluctuaţiilor de tensiune care se

iau în reţelele de alimentare pot fi grupate în două categorii:

8

1. Îmbunătăţirea schemei reţelei de alimentare a consumatorilor cu şocuri de putere reactivă.

În acest scop se pot folosi următoarele soluţii:

- mărirea puterii de scurtcircuit a reţelei prin realizarea unor linii

suplimentare de legare cu sistemul energetic;

- alimentarea receptoarelor ce produc flicker la o treaptă de tensiune

superioară în scopul creşterii puterii de scurtcircuit pe bara de consum;

- alimentarea consumatorilor care dau şocuri prin linii cu compensare

longitudinală.

2. Utilizarea surselor de compensare a puterii reactive cu reglare rapidă.

În cadrul acestei metode se folosesc următoarele mijloace:

- compensatoare sincrone de construcţie specială, capabile să urmărească

fidel variaţia cererii de putere reactivă;

- surse statice de compensare cu reactoare rapid reglabile.

9

3.1.6. Armonicile de tensiune/curent

Acestea sunt componentele sinusoidale situate între (50-2500) Hz, în care poate fi

descompusă unda deformată a reţelei. Deformarea undei de tensiune atrage, după sine, deformarea

undei de curent. Cele mai importante efecte negative sunt generate de curenţii nesinusoidali

(deformaţi), ce conţin armonici superioare armonicii fundamentale (armonica de ordinul 1 de

frecvenţă 50 Hz) (fig. 3.11, 3.12).

Fig. 3.11. Curbă deformată de curent (curba trasată cu linie continuă)

Fig. 3.12. Fundamentala cu armonicile de rang trei şi de rang cinci

Descompunerea undei nesinusoidale în componente sinusoidale se face cu ajutorul seriei

Fourier. Analiza se realizează – în ultimă instanţă – cu ajutorul spectrului de armonici.

10

Tipuri de echipamente care generează armonici

Curenţii armonici sunt generaţi de sarcini neliniare. Acestea includ:

Sarcini monofazate, de exemplu:

surse de putere în comutaţie (Swiched mode power supplies – SMPS);

balasturi electronice pentru lămpile fluorescente;

unităţi mici de alimentare neîntreruptă (Uninterruptible power supplies – UPS);

Sarcini trifazate, de exemplu:

acţionări cu viteză variabilă;

unităţi mari UPS.

Probleme generate de armonici

Curenţii armonici determină probleme atât la nivelul distribuţiei cât şi la nivelul

instalaţiilor. Efectele şi soluţiile sunt foarte diverse şi vor fi tratate separat, în cadrul acestei

prezentări; măsurile adecvate pentru ca efectele să fie controlate la nivelul instalaţiilor, nu asigură

- în mod necesar – şi reducerea distorsiunilor determinate de reţeaua de alimentare şi invers.

Probleme la nivelul instalaţiilor

Există mai multe probleme generale determinate de armonici:

Probleme determinate de curenţii armonici:

supraîncărcarea conductorului de nul de lucru;

Într-un sistem trifazat, curbele de tensiune ale fiecărei faze în raport cu

punctul neutru al conexiunii în stea sunt defazate cu 0120 , astfel încât dacă

fiecare fază este egal încărcată, curentul rezultant pe neutru este zero. Dacă

sarcinile nu sunt echilibrate, pe neutru se transmite numai rezultanta sumei

curenţilor de întoarcere.

supraîncălzirea transformatoarelor;

Transformatoarele sunt afectate de armonici in primul rând prin pierderile

prin curenţi turbionari, reprezentând, aproximativ, 10 % din pierderile la

sarcină nominală, cresc cu pătratul rangului armonicii. În practică, pentru

un transformator funcţionând la puterea nominală şi care alimentează o

sarcină cuprinzând echipamente informatice (IT), pierderile totale vor fi de

două ori mai mari decât în cazul unei sarcini liniare. Rezultatul este o

temperatură mult mai ridicată care conduce la o reducere corespunzătoare a

11

duratei de viaţă. În fapt, în aceste circumstanţe, durata de viaţă se reduce

de la, aproximativ, 40 de ani la circa 40 de zile. Din fericire sunt puţine

transformatoare încărcate la plină sarcină, dar efectul trebuie luat în

considerare când se selectează instalaţia.

acţionarea intempestivă a întreruptoarelor;

suprasolicitarea condensatoarelor pentru corecţia factorului de putere;

efect pelicular în conductoare (distribuţia neuniformă a curentului în interiorul

conductorului; practic, densitatea de curent este mai mare la suprafaţa

conductorului şi mai mică în profunzimea acestuia).

Probleme determinate de tensiunile armonice:

deformarea curbei tensiunii;

Deoarece sursa de alimentare are impedanţă internă, curenţii armonici de

sarcină determină o distorsiune armonică a curbei de tensiune (aceasta este

originea formei fluctuante a tensiunii de alimentare, cunoscută sub numele

de efect „flat topping”). Sunt două componente ale impedanţei: cea a

legăturii interne de la punctul comun de cuplare (PCC) şi cea proprie a

alimentării în PCC, de exemplu determinată de transformatorul local de

alimentare. În fig. 3.20 este prezentată curba deformată.

Fig. 3.20. Deformarea curbei de tensiune cauzată de o sarcină neliniară

12

Curentul de sarcină deformat, generat de sarcina neliniară,

determină o cădere de tensiune deformată pe impedanţa cablurilor.

Tensiunea deformată rezultată se aplică tuturor sarcinilor conectate la

acelaşi circuit, producând curenţi armonici care circulă prin acestea – chiar

dacă sunt ele sunt sarcini liniare.

Soluţia de separare a circuitelor care alimentează sarcini care generează

armonici, de cele care alimentează sarcini sensibile la armonici este

prezentată în fig. 3.21.

Fig. 3.21. Separarea sarcinilor liniare şi neliniare

perturbarea funcţionării motoarelor asincrone (de inducţie);

Tensiunile armonice produc în motoarele asincrone o creştere a pierderilor

prin curenţi Foucault, în acelaşi mod ca şi în cazul transformatoarelor. În

plus, apar pierderi suplimentare datorate generării de câmpuri armonice în

stator, fiecare dintre acestea având tendinţa de a roti rotorul maşinii cu o

altă viteză, într-un sens sau altul. Curenţii de frecvenţă înaltă induşi în rotor

conduc la creşterea suplimentară a pierderilor.

13

Acolo unde sunt tensiuni armonice, motoarele trebuie descărcate pentru a

ţine seama de pierderile suplimentare.

perturbaţii la trecerea prin zero a curbelor.

Multe aparate electronice detectează punctul în care tensiunea de alimentare

trece prin zero, pentru a determina momentul de cuplare a sarcinii. Aceasta

se face deoarece cuplarea unei sarcini reactive la tensiunea zero nu

generează fenomene tranzitorii, reducând interferenţa electromagnetică ca

şi solicitările la nivelul întreruptoarelor statice. Dacă există armonici sau

fenomene tranzitorii la nivelul alimentării, numărul de treceri prin zero

creşte, ceea ce conduce la disfuncţionalităţi. În fapt pot fi câteva treceri prin

zero într-o semiperioadă.

Probleme determinate de curenţii armonici la nivelul surselor de alimentare.

Când un curent armonic este absorbit de sursa de alimentare, acesta

determină o cădere de tensiune armonică proporţională cu impedanţa

sursei în punctul comun de cuplare (PCC) şi cu valoarea curentului.

Deoarece reţeaua de alimentare este, de regulă, inductivă, impedanţa ei

va fi mai mare la frecvenţe mai mari. Evident tensiunea în PCC este

deformată de curenţii armonici produşi de alţi consumatori şi de

distorsiunea inerentă transformatoarelor şi fiecare consumator îşi

aduce contribuţia sa suplimentară.

14

3.1.8. Supratensiuni în reţelele de joasă tensiune

Supratensiunile care se produc în reţelele de joasă tensiune pot avea cauze dintre cele mai

diverse, dintre acestea menţionăm anclanşarea unei baterii de condensatoare, respectiv, arderea

unei siguranţe fuzibile.

În cazul anclanşării bateriei de condensatoare, capacitatea acesteia împreună cu

inductivitatea reţelei se comportă ca un circuit rezonant L-C serie (cu frecvenţa de rezonanţă sub

1 kHz). Valoarea tensiunii tranzitorii de vârf poate ajunge la de două ori valoarea de vârf (maxime)

a tensiunii reţelei.

a) b)

Fig. 3.24. Cazuri de apariţie a supratensiunilor: a) conectarea la reţea a unei baterii de

condensatoare; b) deconectarea din reţea a unui transformator electric

Alt caz întâlnit frecvent în practică este cel al arderii unei siguranţe fuzibile, în situaţia unui

scurtcircuit, când curentul nominal al siguranţei este mult depăşit.

Energia stocată în inductivitatea reţelei de joasă tensiune poate depăşi câteva sute de jouli,

fapt ce poate duce la apariţia, după arderea siguranţei, a unei supratensiuni de ordinul kilovolţilor

(kV), tensiune ce poate distruge izolaţia anumitor echipamente. Dacă siguranţele sunt ultrarapide,

supratensiunea scade.

Atât supratensiunile datorate arderii siguranţelor cât şi cele datorate conectării bateriilor de

condensatoare sunt de tip lent.

15

4.1.2. Efectele curentului electric aupra corpului uman

Legăturile cuplajului galvanic între om şi o instalaţie aflată sub tensiune pot surveni fie ca

urmare a atingerii directe, fie ca urmare a atingerii indirecte a părţilor aflate sub tensiune.

Atingerile directe au loc între om şi elementele instalaţiilor electrice în următoarele

situaţii:

o sub tensiune normală de lucru;

o scoase de sub tensiune dar care au rămas încărcate cu sarcină electrică capacitivă;

o scoase de sub tensiune, însă aflate sub tensiune indusă datorită unor influenţe

electromagnetice sau electrostatice.

În cazul atingerii unui conductor a unei reţele electrice cu neutrul legat la pământ, în

circuitul creat se stabileşte un curent de forma:

0RR

UI

, (4.1)

în care:

I - este intensitatea curentului prin corpul uman;U - tensiunea reţelei; R - rezistenţa corpului

omenesc; 0R - rezistenţa legăturii cu pământul.

Atingerile indirecte au loc în cazul stabilirii contactului cu elemente care, în mod normal,

nu sunt sub tensiune (cuva transportoarelor, carcasele maşinilor electrice etc.). Punerea sub

tensiune a acestora poate avea loc în mai multe feluri, şi anume:

deteriorarea izolaţiei;

ruperea unor conductoare;

descărcări electrice.

Dintre cazurile întâlnite - în practică - de atingeri indirecte ca urmare a a legării la pământ

a carcaselor metalice, menţionăm:

atingerea carcasei unui echipament;

manevrarea echipamentelor de comutaţie;

atingerea simultană a carcasei şi a unei părţi metalice legate la pământ.

Acţiunea curentului electric se manifestă asupra corpului omenesc sub aspecte

multiple provocând traumatisme interne şi externe.

Traumatismele externe se produc ca urmare a efectelor curentului electric:

termic, mecanic, luminos, acustic sau chimic şi se manifestă sub formă de leziuni.

16

Traumatismele interne sunt şocuri electrice care, acţionând asupra

sistemului nervos, pot provoca paralizii ale cordului şi plămânilor, electroliza

sângelui, fibrilaţia inimii.

Un curent de ordinul a 10 mA poate provoca contracţii musculare puternice, necontrolate,

însoţite de dureri intense. La aproximativ 20 mA se manifestă dificultăţi de respiraţie şi persoana

respectivă nu mai poate da drumul conductorului care a produs şocul electric.

Un curent de 100 mA poate fi mortal deoarece afectează procesele nervoase legate de

funcţionarea inimii: sunt produse contracţii necoordonate şi necontrolate ale muşchilor inimii,

fenomen cunoscut sub denumirea de fibrilaţie a inimii.

Pericolul pe care-l prezintă curentul electric poate fi definit de zonele timp-curent în funcţie

de efectul curentului asupra organismului uman. Aceste zone sunt separate – în diagrama timp-

curent – printr-o curbă a intensităţii curentului funcţie de timp, ce corespunde limitei convenţionale

a curentului patofiziologic nepericulos şi care este dat de relaţia:

t

II10

1 [mA], (4.2)

unde:

I - este intensitatea curentului în mA, valoare efectivă;

1I - este intensitatea curentului de trecere, aproximativ egală cu 10 mA;

t - timpul în secunde.

În practică, măsurile de protecţie nu se referă numai la curent ci şi la tensiunea susceptibilă

de a provoca un şoc electric.

Tensiunea de securitate este valoarea diferenţei de potenţial la care o persoană poate sta

fără pericol, adică tensiunea care provoacă în corpul acestei persoane trecerea unui curent

patofiziologic nepericulos.

Pentru determinarea acestei tensiuni s-a definit o curbă caracterizată de următoarele

valori (Tabelul 6):

Tabelul 6

Tensiunea [V] Rezistenţa [ ]

25 2500

50 2000

250 1000

Valoare asimptotică 650

Această curbă este valabilă când traseul curentului în corpul omenesc merge de la mână la

mână sau de la mână la picior.

17

4.3. Descărcarea electrostatică

Descărcarea electrostatică apare atunci când câmpul electric maxim atinge valoarea

câmpului disruptiv în mediul considerat. În cazul aerului şi al condiţiilor atmosferice normale:

CT 020 ; mmHgp 760 ;

311m

gu (umiditatea), intensitatea câmpului electric de

străpungere (disruptiv) este m

MVEd 3 .

Se pot produce două tipuri de descărcări:

descărcări parţiale – având loc pe o parte a traseului descărcării separând cei doi electrozi

supuşi unei diferenţe de potenţial;

descărcări complete – având loc pe ansamblul traseului considerat.

Se consideră descărcare electrostatică atunci când unul sau mai multe corpuri izolante sunt

puse în relaţie galvanică cu unul sau mai multe corpuri izolante sau conductoare.

Descărcarea electrostatică poate interveni prin diverse mijloace, ca de exemplu:

ionizarea aerului;

umidificarea aerului;

utilizarea materialelor solide sau lichide parţial conductoare;

punerea la masă sau la pământ.

În cazul unui corp de descărcare izolant traiectoria traseului descărcării se realizează printr-

o

capacitate, iar în cazul unui corp conductor printr-un traseu rezistiv. În fig. 4.1 este prezentat modul

în care umiditatea poate influenţa încărcarea cu sarcină electrostatică a diverselor materiale.

Încărcarea cu sarcină electrostatică a operatorului uman – ce utilizează astfel de materiale în

realizarea obiectelor de vestimentaţie (îmbrăcăminţii) – la tensiuni de (16-20) kV, îl transformă pe

acesta într-o puternică sursă de perturbaţii.

18

Fig. 4.1. Influenţa umidităţii asupra tensiunii de încărcare cu sarcină electrostatică – pentru

diverse materiale

Omul, astfel încărcat, în condiţii prielnice, se va descărca, generând un curent prin traseul

de descărcare. Un circuit de descărcare electrostatică este, în consecinţă, asimilat circuitelor clasice

de şoc.

Fenomenul de încărcare electrostatică apare în diferite ramuri ale industriei. În afară de

câteva probleme tehnologice (materialele încărcate se atrag sau se resping reciproc), descărcările

electrostatice pot produce serioase dificultăţi cum ar fi: şocuri, accidente sau aprinderea unei

atmosfere inflamabile şi, de asemenea, multe probleme în microelectronică (materializate, în final,

prin distrugerea componentelor microelectronice). Încărcarea şi descărcarea corpului uman

devine, astfel, extrem de importantă.

Lumea modernă depinde – în totalitate – de electronică, în special de calculatoare şi

telecomunicaţii. Descărcările electrostatice pot cauza defecţiuni ale dispozitivelor

microelectronice. Sunt vizualizate trei tipuri diferite de DES (descărcări electrostatice):

- erori funcţionale instantanee;

- defecte instantanee ale echipamentelor;

- defecte latente ale componentelor.

Rezultatele dezvoltării miniaturizării în electronică sunt: dimensiuni mici, viteză mare şi

putere redusă. Toate acestea trebuie comparate cu parametrii scânteilor electrostatice care se pot

obţine de la corpul uman după trecerea pe o suprafaţă izolată. Potenţialul poate atinge (16-20) kV,

valoarea de vârf a curentului de şoc poate fi de (10-100) A, iar scânteia durează, doar, 10-8s.

19

4.3.2. Simularea descărcărilor electrostatice

Această simulare se face având la bază normele americane MIL STD 883C (standard

militar) conform cărora o capacitate de pF100 este încărcată la o tensiune variind între V250 şi

V410 , funcţie de situaţie. Francezii recomandă utilizarea unei capacităţi de pF150 (fig. 4.2.).

Fig. 4.2. Schema de principiu a unui simulator pentru descărcări electrostatice

În figură sR reprezintă rezistenţa de descărcare, iar ED este electrodul de descărcare.

Forma undei de descărcare este prezentată în fig. 4.3. Timpul de creştere este notat cu cT

şi reprezintă timpul în care amplitudinea curentului creşte de la 10 % la 90 % din valoarea maximă

(de vârf). Valoarea uzuală - în practica simulării - este: %35 nsTc .

20

Fig.4.3. Forma undei de descărcare

Durata de semiamplitudine este notată cu sT şi reprezintă timpul în care curentul, în

procesul de descărcare atinge 50 % din valoarea de vârf. Uzual: %350 nsTs .

Conform MIL STD 883C se definesc patru nivele pentru tensiunea de încercare (tabelul

12).

Tabelul 12

Nivelul Tensiunea de încercare [kV]

1 2

2 4

3 8

4 15

Simularea se realizează cu ajutorul pistoalelor de descărcare a căror schemă electrică este

similară cu cea prezentată în fig. 4.2.

21

PROTECŢIA ÎMPOTRIVA PERTURBAŢIILOR ELECTROMAGNETICE

5.1. Principii de protecţie

Principiul realizării protecţiilor contra perturbaţiilor electromagnetice, constă în eliminarea

cuplajului între perturbator şi perturbat.

Acestea se realizează prin următoarele metode:

îndepărtarea elementului perturbat de sursă. Soluţia constă în amplasarea echipamentelor

sensibile la anumite distanţe faţă de sursele de perturbare;

ortogonalizarea câmpurilor. Această soluţie presupune aşezarea elementelor sensibile

astfel

încât câmpurile electrice produse de sursele perturbatoare să fie la 900 faţă de câmpurile electrice

proprii. În felul acesta pe direcţia în care sunt amplasate sursa şi elementul sensibil nu se va

produce nici o influenţă perturbatoare;

crearea de bariere. Această metodă se aplică atât la sursă (antiparazitaj) cât şi la elementul

perturbat (imunizare).

La nivelul sursei perturbatoare se folosesc următoarele metode:

- antiparazitaj la intrarea alimentării prin reţeaua electrică;

- în interiorul sistemului modificând elementele sau cuplajele interne;

- împrejmuirea sursei cu un blindaj.

La nivelul elementului perturbat:

- imunizarea se face prin aceleaşi mijloace ca la sursa perturbatoare.

Barierele pot fi realizate în următoarele variante:

- blindaje;

- puneri la pământ;

- filtraje.

22

5.2. Blindaje(Ecrane)

5.2.1. Protecţia prin blindaje

Protecţia împotriva perturbaţilor prin blindaje se realizează pentru a înlătura sau diminua

efectele perturbaţiilor asupra elementelor sensibile.

Blindajul este constituit dintr-o anvelopă conductoare plasată în jurul componentelor

electrice sau electronice pentru a constitui o barieră împotriva influenţelor electrostatice,

magnetice sau electromagnetice. Blindajele se împart în două mari clase:

o blindaje magnetice;

o blindaje amagnetice.

Blindajul magnetic (fig.5.1) este constituit dintr-un material capabil să ofere un drum de

reluctanţă magnetică minimă – pentru liniile de câmp – ce apar în zona unei surse de câmp

magnetic (H) şi de a realiza astfel o protecţie pentru elementele aflate dincolo de pereţii săi.

Fig. 5.1. Blindaj magnetic

Prin această metodă se pot proteja, de exemplu, tuburile catodice ale osciloscoapelor de

influenţa unui transformator de alimentare. La joasă frecvenţă, peretele blindajului se realizează

dintr-un material scump denumit mumetal.

Blindajul amagnetic (fig. 5.2.) este realizat dintr-un material bun conductor, cupru sau

aluminiu. El poate fi obţinut în mai multe variante:

pentru protecţia împotriva câmpurilor electrice este realizat sub forma unei cuşti Faraday.

Are comportarea asemănătoare unui ecran electrostatic şi nu permite apariţia unui cuplaj capacitiv

între conductoarele electrice situate de o parte şi alta a lui;

23

pentru protecţia împotriva câmpurilor magnetice (fig. 5.2). Fluxul magnetic variabil va

induce tensiuni electromotoare în blindaj, respectiv, curenţi induşi ce vor genera un nou câmp

magnetic (de reacţie) care se va opune câmpului magnetic ce i-a dat naştere (inductor). Curentul

rezultant, după cum rezultă din fig. 5.2., va circula la periferia zonei în care se dezvoltă câmp. Prin

această metodă putem proteja transformatoarele de medie frecvenţă (câteva sute de kHz) sau de

înaltă frecvenţă (de ordinul MHz).

Fig. 5.2. Blindaj amagnetic

Dacă se utilizează la joasă frecvenţă (50 Hz), el are o eficienţă scăzută pentru fundamentală

şi, ceva mai ridicată, pentru armonicile superioare.

pentru protecţia împotriva undelor electromagnetice. Aceste blindaje sunt eficiente numai

pentru câmpuri electrice şi magnetice din apropierea elementelor perturbatoare (câmp apropiat).

În acest caz perturbaţia radiată este (pentru o distanţă mai mare de

2) o undă electromagnetică

( - este lungimea de undă). În fig. 5.3. sunt indicate elementele care intevin în interacţiunea

acestei unde cu peretele blindajului. În funcţie de materialul utilizat – la realizarea blindajului –

influenţa coeficientului de reflexie şi a coeficientului de absorţie poate fi diferită.

24

Fig. 5.3. Distribuţia puterilor la interacţiunea blindajului cu o undă electromagnetică

În cazul protecţiei împotriva undelor electromagnetice este necesară definirea eficacităţii

blindajului. Eficacitatea se exprimă făcând „bilanţul” câmpurilor cu şi fără blindaj (de fapt,

bilanţul în lipsa blindajului nu are sens deoarece nu putem vorbi – pentru acest caz - decât de o

compunere a undelor incidentă şi reflectată). Pentru a putea face o comparaţie – şi a evalua, astfel,

eficacitatea blindajului – vom alege, ca referinţă, intensitatea câmpurilor electrice şi magnetice (E

şi H) din mediul considerat în lipsa blindajului.

Se definesc, în acest caz, mărimile:

Raportul câmpurilor electrice E (dB) blindajcuE

blindajfaraE

_

_log20 ;

Raportul câmpurilor magnetice H (dB) blindajcuH

blindajfaraH

_

_log20 ;

Raportul puterilor (dB)t

i

P

Plog10 ,

unde iP şi tP sunt puterile undei incidente, respectiv, undei transmise.

Blindajele sunt realizate – pentru o astfel de protecţie – din metal, dar pentru cazul

frecvenţelor înalte se pot utiliza aliaje speciale sau sisteme multistrat (pereţi metalici feromagnetici

peste care se suprapun pereţi nemagnetici – din cupru sau aluminiu).

25

5.5. Alte metode şi mijloace de protecţie împotriva perturbaţiilor

electromagnetice

Pentru protecţia contra perturbaţiilor electromagnetice, se pot utiliza şi ale metode şi

mijloace:

reducerea buclelor;

torsadarea cablurilor;

pozarea în cabluri coaxiale şi tuburi metalice sau pozarea în colivii metalice;

creşterea calităţii blindajului cablului coaxial, prin fixarea galvanică în mai multe puncte

ale coliviei sau la pământ;

creşterea impedanţei buclei inductive prin introducerea de inele de ferită pe blindajul

cablurilor coaxiale sau bobinând câteva spire ale cablului coaxial pe un inel metalic sau de

ferită.

Dintre acestea, la scară mare, se utilizează reducerea buclelor şi torsadarea cablurilor.

Reducerea buclelor – reguli practice

a) Pentru mod comun

În cazul liniilor de transmisie, suprafaţa mare a buclelor cu returul prin sol constituie o

soluţie necorespunzătoare. Această suprafaţă se poate reduce dacă se pozează cablul direct sub sol.

O astfel de soluţie este, însă, de calitate medie. O soluţie mai bună este constituită prin fixarea unui

punct comun de punere la pământ.

b) Pentru mod diferenţial

Pricipala protecţie ce trebuie avută în vedere – în acest caz – este cea împotriva efectelor

câmpului magnetic. O soluţie foarte bună de protecţie o constituie torsadarea conductoarelor.