CEM - Curs 5 1

TEHNICA MASURARII IMUNITATII LA PERTURBATII

Masurarea imunitatii (a rezistentei la perturbatii) serveste pentru determinarea aptitudinii unui aparat sau echipament electronic de a functiona fara degradare in prezenta perturbatiilor electromagnetice care pot apare la locul sau de utilizare

Practica experimentala

Masuratori speciale

Marimi perturbatoare in locul de amplasare

Nivel de perturbatii corespunzator diferitelor locuri de amplasare

Nivel (grad) de severitate a incercarii

Datorita cerintelor foarte diferite impuse pentru rezistenta la perturbatii in sistemele si echipamentele electrice se vor aborda bazele electrotehnice ale procedeelor si aparatelor utilizate.

CEM - Curs 5 2

Masuratori de imunitate (Simulare IEM)

1. Cuplaj galvanic:

Tensiuni tranzitorii in retea

Supratensiuni de energie mica(Burst)

Supratensiuni de energie mare (traznet)

Frecvente discrete

2. Camp E si H, unde electromagnetice

Antene domeniu frecventa

Antene domeniu timp

Injectie de curent

3. Descarcari electrostatice

Scantei in aer

Releu de cuplaj in SF

CEM - Curs 5 3

SIMULAREA PERTURBATIILOR TRANSMISE PRIN CONDUCTIE

Simulator de perturbatii Dispozitiv de cuplare+

Elemente de cuplare cu obiectul incercat

Elemente de decuplare de la retea

Simularea perturbatiilor de mod normal si mod comun

Simularea perturbatiilor de joasa frecventa din retelele de joasa tensiune (impulsuri in domeniul ms)

Simularea perturbatiilor de comutatie de banda larga si energie redusa (burst)

Simularea supratensiunilor de banda larga si energie mare (generatorul hibrid)

Simularea descarcarilor electrostatice

Simularea perturbatiilor de banda larga

CEM - Curs 5 4

SIMULARE, PRIN CUPLARE CAPACITIVA, A PERTURBATIILOR DE MOD COMUN SI MOD NORMAL

L11L1

L1

CN

CN

CN

L11L1

N

PE

Obiect de incercat

uP

CK CK

L11L1

L1

CN

CN

CN

L11L1

N

PE

Obiect de incercat

uP

CK CK

CEM - Curs 5 5

Rolul elementelor de circuit:

Impedantele L1 si L11 :

Impiedica patrunderea impulsurilor de incercare in reteaua de alimentare

Garanteaza obtinerea unei anumite forme de unda la obiectul incercat

Fara inductivitati serie, practic, majoritatea simulatoarelor de perturbatii ar fi scurtcircuitate datorita impedantei mici a retelei.

Condensatoarele de filtraj sustin decuplarea de la retea

Pastrarea severitatii conditiilor de incercare trebuie dovedita prin dispozitive adecvate de masurare a tensiunii si curentului montate direct la bornele obiectului de incercat

CEM - Curs 5 6

SIMULARE, PRIN CUPLARE INDUCTIVA, A PERTURBATIILOR DE MOD NORMAL SI MOD COMUN

1:1

Ck

L1

N

PE

Obiect de incercat

uP

1:1

Ck

L1

N

PE

Obiect de incercat

uP

Ck

CK sunt condensatoare de decuplare fata de reteaua de alimentare

Cuplarea inductiva este mai putin utilizata datorita lipsei de pe piata a unor transformatoare de impulsuri de banda larga de putere mare.

CEM - Curs 5 7

SIMULAREA PERTURBATIILOR DE JOASA FRECVENTA DIN RETELE DE JOASA TENSIUNE

Simularea supratensiunilor datorate deconectarii dispozitivelor de

protectie la curent

Simularea caderilor de tensiune sau intreruperi de scurta durata ale

tensiunii de alimentare

Producerea tensiunii se face prin descarcarea unui condensator

acumulator de energie, in momentul atingerii valorii de varf

Marimea condensatorului acumulator se calculeaza in functie de impedanta de intrare capacitiva a dispozitivului electronic si de impedanta bobinelor de decuplare fata de retea.

CEM - Curs 5 8

u(t)

Obiect de incercat

L1

(L2)N

X1

X2

Simulator de perturbatii Osciloscop

Linie de alimentare, max. 5 m

u(t)

L1

L2

X1

X2

Simulator de perturbatii Osciloscop(izolat

galvanic)

Linie de alimentare, max. 5 m

Obiect de incercat

L3

Incercarea la supratensiuni pentru dispozitivele monofazate (VDE 0160)

Incercarea la supratensiuni pentru dispozitivele trifazate (VDE 0160)

CEM - Curs 5 9

Comutator electronic

Obiect de incercat

L1

N

AT

Simularea variatiilor de scurta durata ale tensiunii de alimentare (VDE 0839)

Caderi de tensiune sau intreruperi de tensiune

Valoare tipica pentru durata de intrerupere completa a tensiunii retelei : 10ms

Valoare tipica pentru o cadere de tensiune : 20 ms (la 50 % din valoarea nominala)

Se pot simula si caderi de tensiune periodice (asa cum apar in fenomenele de comutatie ale invertoarelor)

CEM - Curs 5 10

SIMULAREA PERTURBATIILOR DE COMUTATIE DE BANDA LARGA SI ENERGIE REDUSA (BURST)

Supratensiunile produse de deconectarea bobinelor releelor si contactoarelor, ca si a altor consumatori inductivi se manifesta in majoritatea cazurilor ca salve de impulsuri perturbatoare pe conductoarele de alimentare, de semnal si de date (VDE 0843).

10%

50%

90%

Tc

Ts

15ms

300ms

Timp de crestere Tc = 5ns±3%

Durata de semiamplitudine Ts=50ns±3%

CEM - Curs 5 11

Parametrii salvei de impulsuri:

Amplitudinea salveiValoarea de varf se alege in functie de:

Tipul aparatului de incercatNatura liniei (retea, semnal, date, etc)

Perioada salvei 300ms20%

Lungimea salvei 15ms 20%

Frecventa de repetitie a impulsurilor depinde de severitatea incercarii

CEM - Curs 5 12

Comanda salvei

S1 Rinc

Producerea impulsului

singular

S2 LP

Cs Rs

50 10nF

=

Schema de principiu a unui generator de salve

S1 determina lungimea salvei si perioada acesteia

S2 asigura producerea impulsului singular si perioada sa (eclator, comutator static)

Lp/RS determina frontul impulsului

CsRS determina durata impulsului

CEM - Curs 5 13

Cuplarea la linii de alimentare:

Condensatoare de cuplare concentrate (10…35 F)

Bobine de decuplare fata de retea

Cuplarea la linii de semnal, de comanda si de date

Capacitati de cuplare distribuite (cuploare capacitive): 50…200 pF

CEM - Curs 5 14

Cuplarea la liniile de alimentare

250HL1

250HN

250HPE

Retea

Generatorul de salve

Bobine de decuplare Condensatoare de cuplare

CEM - Curs 5 15

Cuplarea la liniile de semnal, de comanda si de date se face prin capacitati de cuplare distribuite, capacitati concentrate sau o folie autoadeziva cu o capacitate de 100 pF fata de mantaua cablului.

CEM - Curs 5 16

SIMULAREA SUPRATENSIUNILOR DE BANDA LARGA SI ENERGIE MARE (GENERATORUL HIBRID)

Supratensiunile de energie mare se produc in urma cuplajelor galvanice sau inductive create de descarcarile atmosferice, manevrelor de comutatie in sistemele electroenergetice, etc.

Simularea supratensiunilor de energie mare se face cu generatoare clasice de impulsuri de traznet sau de comutatie.

Parametrii supratensiunilor de energie mare sunt:

Timpul de crestere: Tc

Durata frontului: Tf = 1.67Tc

Timpul de spate: Ts = T’s

CEM - Curs 5 17

Durata frontului si a spatelui dupa VDE 0433 si CEI 60-2

30%

50%

90%

Ts

100%

Tc

Tf

10%

50%

90%

T’sTs

Tf

Tc

Timpul de crestere si de spate dupa CEI 469-1

Parametri uzuali:

Impuls de traznet 1.2/50: Tf = 1.2s±30% si Ts = 50 s±20%

Impuls de comutatie 10/700: Tf = 10s±30% si Ts = 700 s±20%

CEM - Curs 5 18

Schema de generator de impulsuri pentru producerea tensiunilor de traznet si de comutatie

Rinc ES RF

Cs Rs= CF

U0 u(t)

Sunt generatoare de impuls cu un singur etaj, cu o impedanta interna relativ mare, fiind mult folosite pentru incercarea izolatiei.

Timpul de crestere, tinand cont ca Cs>>CF, este data de:

Tc=2.2RFCF

CEM - Curs 5 19

Schema de principiu pentru un generator hibrid

Rinc ES RS1

Cs Rs2= U0 u(t)RE

LS i(t)

Se utilizeaza pentru obiecte de incercare de impedanta mica, la care o incercare a izolatiei nu este semnificativa.

Generatorul hibrid furnizeaza obiectelor de incercat de impedanta mare formele de tensiune cerute de norme, iar in cazul obiectelor de impedanta mica permit obtinerea unui curent foarte apropiat de curentul de scurtcircuit.

Frontul impulsului este determinat de un grup LR

CEM - Curs 5 20

SIMULAREA DESCARCARILOR ELECTROSTATICE

Cs

150pF

Rs2=

RsRinc

100M 10…1k ED

Obiect de incercat

Platbanda de masa, respectiv pamantare, lungime 2m

0-30kV

Schema de principiu a unui simulator pentru descarcari electrostatice

Cs – condensator acumulator

Rs – rezistenta de descarcare ( s-a fixat o valoare de 330 )

ED – electrod de descarcare

CEM - Curs 5 21

Schema de principiu a unui simulator pentru descarcari electrostatice cu releu de inalta tensiune

Cs

150pF

Rs2=

RsRinc

100M 10…1kReleu

Obiect de incercat

0-30kV

Se utilizeaza pentru a elimina problemele legate de faptul ca descarcarea prin scanteie nu are intotdeauna aceeasi desfasurare in timp, iar tensiunea de strapungere a intervalului respectiv depinde de presiunea si temperatura ambianta(deci de densitatea aerului).

Ca releu de descarcare se utilizeaza releele umplute cu H2 sau SF6 sub presiune

Se caracterizeaza printr-o mai buna reproductibilitate a formei tensiunii, insa caracteristicile unei descarcari electrostatice sunt simulate cu mai putine fidelitate decat in schema simpla.

CEM - Curs 5 22

OBSERVATII.

Lipsesc impulsurile de predescarcare, care apar prin incarcarea si descarcarea capacitatilor parazite.

Impulsul standard definit prin VDE 0846 poate fi produs numai printr-un dispozitiv de calibrare, utilizabil pentru compararea diferitelor tipuri de simulatoare ESD.

Valorile de varf ale curentului de cateva zeci de amperi se obtin, indirect, prin reglarea tensiunii de incarcare a condensatorului acumulator.

In mod obisnuit, condensatorul acumulator si rezistenta de descarcare sunt montate intr-un ‘pistol de incercare’ legat la sursa de inalta tensiune printr-un cablu coaxial si cu masa de referinta (conductorul PE) printr-un conductor de 2 m.

CEM - Curs 5 23

Obiect de incercat

Sursa de inalta tensiune

Conductor de pamantare (lungime 2m)

Masa de referinta

(tabla de Cu)

Schema echivalenta a circuitului de incercare cu ‘pistol de incercare’ in laborator. (obiectul de incercat trebuie amplasat izolat pe o suprafata de referinta pusa la pamant)

In cazul incercarilor la locul de montaj acest lucru se face fara suprafata de referinta conductoare si cu conductorul de masa al pistolului legat la conductorul de protectie al retelei.

CEM - Curs 5 24

Aparat de incercat in carcasa din

material dielectric de calitate

HE

Suprafata de masa de referinta sau PE

Antene pentru camp magnetic si electric utilizate de simulatoarele ESD pentru extinderea posibilitatilor de utilizare

CEM - Curs 5 25

SIMULAREA PERTURBATIILOR DE BANDA INGUSTA

Permite aprecierea rezistentei la perturbatii a instalatiilor electronice fata de armonicile superioare si semnalele de telecomanda din retelele de alimentare cu energie electrica

Ca simulatoare se utilizeaza generatoare de semnal urmate de amplificatoare de putere.

C= 47FRetea

Obiect de incercat

uP

iP Cuplarea inductiva se realizeaza prin intermediul unui transformator de inalta frecventa

Condensatorul de suntare face ca tensiunea cuplata inductiv sa se regaseasca in intregime pe obiectul de incercat

CEM - Curs 5 26

SIMULAREA CAMPURILOR PERTURBATOARE DE BANDA INGUSTA

Se realizeaza in incinte ecranate, placate cu elemente absorbante.

Ca antene de emisie se pot lua in considerare toate antenele tratate anterior (ca antene receptor) cu deosebirile:

La antenele de emisie transformatorul de simetrizare la trecerea cablu coaxial/antena trebuie sa fie verificat termic

La folosirea materialelor feromagnetice verificarea va urmari si liniaritatea in intreg domeniul de puteri utilizat

CEM - Curs 5 27

Pentru alimentarea antenelor se folosesc surse de tensiune formate dintr-un generator de functii si un amplificator de putere.

Pentru a putea obtine, la obiectul de incercat, pentru toate frecventele de masura o intenstate de camp constanta, variatiile de amplificare so erorile de adaptare trebuie sa fir compensate prin intermediul unui sistem de reglare automata a nivelului, in bucla inchisa.

CEM - Curs 5 28

SIMULAREA CAMPULUI CU BUCLA DE REGLARE AUTOMATA A NIVELULUI – DETERMINAREA VALORII CAMPULUI CU UN SENZOR DE CAMP -

Obiect de incercat

Amplificatoarele-regulatoare au mai multe intrari pentru a putea cupla mai multi senzori

Utilizarea unei antene izotrope prezinta avantajul posibilitatii de luare in considerare a anizotropiei diagramei de radiatie a antenei de emisie

Valoare de referinta

Comparator Amplificator

Antena izotropa

CEM - Curs 5 29

Obiect de incercat

SIMULAREA CAMPULUI CU BUCLA DE REGLARE AUTOMATA A NIVELULUI – DETERMINAREA VALORII CAMPULUI CU UN CUPLOR DIRECTIONAL -

Permite masurarea separata a puterii emise care circula spre antena, precum si a puterii reflectate de antena care circula spre emitator.

Diferenta dintre cele doua semnale este o masura a puterii radiate de antena

CEM - Curs 5 30

ANTENE PENTRU CAMPURI MAGNETICE, INTRE 30Hz SI 3MHz

Bobina cilindrica pentru simularea campurilor magnetice

cuasistationare, concentrate

l

NiH ef

ef

l

Ief

Obiect de incercat

Ief

Obiect de incercat

Bobina cadru pentru simularea campurilor magnetice spatiale

Relatia intre intensitatea campului magnetic si curentul de alimentare este posibil de obtinut numai prin masuratori cu o sonda de masura a campului magnetic

CEM - Curs 5 31

ANTENE PENTRU CAMPURI ELECTRICE, INTRE 10KHz SI 30MHz RESPECTIV 150MHz

E

Antena de camp electric alimentata nesimetric

Impedanta interna a amplificatorului de putere(de 50) se poate adapta la o impedanta de 4 ori mai mare a antenei.

Se obtine o dublare a tensiunii in antena si o transferare efectiva a puterii de inalta frecventa a amplificatorului

Rezistentele de capat trebuie alese astfel incat sa suporte termic puteri de ordinul catorva kW.

CEM - Curs 5 32

Antena de camp electric alimentata simetric – permit utilizarea unor rezistente coaxiale uzuale, de inalta frecventa, cu capacitate termica ridicata

CEM - Curs 5 33

GHID DE UNDA DESCHIS(LINIE DIN BENZI PARALELE)

Se utilizeaza pentru obtinerea unor campuri electrice omogene, cu configuratie mai bine definita.

Trebuie sa se asigure o impedanta caracteristica de unda constanta de la alimentare pana la rezistenta de capat.

Impedanta caracteristica a liniei este dependenta de geometrie.

La frecvente inalte se pierde transversalitatea si se formeaza moduri de oscilatie superioare.

CEM - Curs 5 34

CELULE DE MASURARE TEM (CELULA CRAWFORD)

Sunt incinte ecranate de constructie speciala, destinate masurari imunitatii si emsiilor electromagnetice

Reprezinta ghiduri de unda coaxiale, cu sectiune dreptunghiulara, care se transforma la ambele capete sau numai la unul din ele in sisteme de tip cablu coaxial, cu aceeasi impedanta caracteristica.

CEM - Curs 5 35

Impedanta de unda a celulei de masurare:

][

b2g

shln2

ba

4

377Z0

In zona centrala:

In apropierea peretilor distributia spatiala a intenitatii campului E poate fi determinata experimental cu sonde de camp.

La discontinuitati(trecerea de la partea conica la cea paralelipipedica) se produc unde elementare care se suprapun peste campul initial si distorsioneaza caracterul celulei.

d

UE

CEM - Curs 5 36

CELULA GTEM DE MASURA A EMISIILOR ELECTROMAGNETICE

In celula GTEM se poate propaga o unda TEM nedistorsionata cu un front de unda aproximativ sferic.

Adaptarea corecta dintre conductorul interior si cel exterior pentru frecvente medii se realizeaza cu rezistente concentrate conectate serie si paralel.

La frecvente inalte se completeaza cu un perete cu elemente absorbante.

Se comporta foarte bine la masuratori de imunitate datorita unei structuri de camp bine definite

CEM - Curs 5 37

SIMULAREA CAMPURILOR ELECTROMAGNETICE DE BANDA LARGA

Campurile de banda larga apar:

In campul departat produs de variatiile tranzitorii ale tensiunilor si curentilor

La descarcarile de traznet

In tehnologia impulsurilor de putere

In laboratoarele de incercari de inalta tensiune.

Pentru simularea acestora se utilizeaza ghiduri de unda deschise sau inchise, alimentate de la surse de tensiune de impuls.

CEM - Curs 5 38

SIMULATOR DE IMPULS MAGNETIC NUCLEAR

Generator de impulsuri de tensiune de ordinul megavoltilor, cu timpi de crestere de numai cateva secunde

Ghid de unda pentru cuplarea campului produs cu obiectul de incercat

Linie din benzi paralele

Linie conica

Conductoare uniforme, la dimensiuni mari ( au avantajul ca aici nu pot sa apara curenti transversali pe directia de propagare)

CEM - Curs 5 39

CN Rs

LS ES

Generator de impulsuri

LN ES

CS

Circuit auxiliar

Generator de impulsuri cu circuit auxiliar de formare a impulsurilor rapide