ЭМС в изделиях

1. Актуальность проблемы электромагнитной совместимости.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) технических средств — способность технических средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам

Невыполнение требований ЭМС может иметь достаточно серьезные последствия в различных сферах деятельности человека и на производственных предприятиях: привести к сбою в электронных системах управления воздушного, железнодорожного транспорта, автоматических производственных линий, систем управления промышленных объектов и объектов энергетики, медицинского оборудования. В настоящее время, когда в целях повышения эффективности работы, предприятия стали переходить на цифровые устройства, проблема ЭМС встает особенно остро: под воздействием помех основные системы контроля могут выходить из строя и срабатывать ложно. Электромагнитная совместимость нарушается, если уровень помех слишком высок или помехоустойчивость оборудования недостаточна. В этом случае возможны нарушения в работе компьютеров, цифровых устройств релейной защиты, систем цифрового управления и АСУ разного уровня, появление ложных команд в указанных системах, что может привести к катастрофическим последствиям. Над проблемой ЭМС долгое время не задумывались, пока не были зарегистрированы массовые сбои в банковских системах при воздействии помех. Это и привело к появлению директивы 336ЕС 89, которая обязала страны Европейского сообщества ввести единые стандарты по электромагнитной совместимости и разработать систему сертификации. В результате с 1996 года в Европе не допускается продажа технических средств без сертификата соответствия стандартам по электромагнитной совместимости. Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 года № 879 принят технический регламент Таможенного союза ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств». Настоящий технический регламент Таможенного союза распространяется на  выпускаемые в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза  технические средства, способные создавать электромагнитные помехи и (или) качество функционирования которых зависит от воздействия внешних электромагнитных помех.

2. Основные термины и определения.

Основным государственным стандартом в области терминологии электромагнитной совместимости технических средств является ГОСТ 30372-95 (ГОСТ Р 50397-2011), в котором содержится официальное определение терминов в области электромагнитной совместимости: •  Электромагнитная обстановка (ЭМО) (electromagnetic environment) — совокупность реальных электромагнитных явлений, существующих в данном месте, в частотном и временном диапазонах. •  Электромагнитная совместимость (ЭМС) (electromagnetic compatibility — EMC) — это способность технического средства (ТС) эффективно функционировать с заданным качеством в определенной ЭМО, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим ТС. •  Электромагнитная помеха (ЭМП) (electromagnetic disturbance) — электромагнитные явления, которые ухудшают или могут ухудшить качество функционирования ТС (электрической сети, приборов и устройств потребителей). Уровень ЭМП — значение величины помехи, измеренное в регламентированных условиях. •  Влияние помехи (electromagnetic interference — EMI) — снижение показателей качества функционирования ТС при воздействии помехи. •  Устойчивость к ЭМП, помехоустойчивость (immunity) — способность ТС сохранять заданное качество функционирования при воздействии помех. Основные понятия электромагнитной совместимости рассматривают воздействие как излучаемых, так и кондуктивных помех (наводки), распространяющихся по провод­никам (например, наводки по цепям пита­ния), а также чувствительность электрообо­рудования к воздействию помех (помехоус­тойчивость). При этом характеристики электромагнитной совместимости могут оп­ределяться в полосе частот 0...400 ГГц. Взаи­мосвязь основных понятий электромагнит­ной совместимости приведена на рисунке


3.
Классификация электромагнитных помех.

В качестве ЭМП может фигурировать практически любое электромагнитное явление в широком диапазоне частот, способное негативно влиять на работу аппаратуры. Ниже представлена  краткая классификация помех, которая широко используется инженерами, работающими в области ЭМС.

В зависимости от источника ЭМП можно разделить на естественные и искусственные. Естественная помеха: электромагнитная помеха, источником которой являются природные физические явления. Наиболее распространенной естественной ЭМП является электромагнитный импульс при ударе молнии.

Искусственная помеха: электромагнитная помеха, источником которой является устройство, созданное человеком.

В зависимости от среды распространения ЭМП могут разделяться на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называются ЭМП, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и земле. Деление помех на индуктивные и кондуктивные является условным. В реальности протекает единый электромагнитный процесс, затрагивающий проводящую и непроводящую среду. В ходе распространения многие помехи могут превращаться из индуктивных в кондуктивные и наоборот. Так, переменное электромагнитное поле способно наводить токи в кабелях, которые далее распространяются как классические кондуктивные помехи. С другой стороны, токи в кабелях и цепях заземления сами создают электромагнитные поля, т.е., индуктивные помехи. Деление помех на индуктивные и кондуктивные можно считать относительно строгим лишь в низкочастотной (до десятков кГц) области, когда емкостные и индуктивные связи обычно малы.

    Кондуктивные помехи в цепях, имеющих более одного проводника, принято также делить на помехи "провод - земля" (синонимы - несимметричные, общего вида, Common Mode) и "провод-провод" (симметричные, дифференциального вида, Differential Mode). В первом случае ("провод-земля") напряжение помехи приложено, как следует из названия, между каждым из проводников цепи и землей. Во втором - между различными проводниками одной цепи. Обычно самыми опасными для аппаратуры являются помехи "провод-провод", поскольку они оказываются приложенными так же, как и полезный сигнал.

 

Схема приложения помехи "провод-земля" (а) и "провод-провод" (б).

     Следующие два способа классификации помех основываются на их спектральных характеристиках.  ЭМП делятся на узкополосные и широкополосные . К первым относятся помехи спектр которых близок к линейчатому - максимальный уровень на основной частоте, пики меньшего уровня на частотах гармоник. Такие помехи обычно возникают от систем связи на несущей частоте, систем питания переменным током. Широкополосные помехи обычно проявляются в виде либо отдельных импульсов, либо их последовательности. Спектр периодических широкополосных помех состоит из большого набора пиков на частотах, кратных частоте основного сигнала. Для апериодических помех спектр является непрерывным и описывается спектральной плотностью.

    Другой спектральной характеристикой является область частот, в которой лежит основная часть спектра помехи. Условно принято делить все помехи на низкочастотные (5 - 2 кГц) и высокочастотные (с частотой выше 2 кГц). Иногда также вводят понятия радиочастотной помехи (диапазон - от 150 кГц до 1 ГГц) и СВЧ-помехи (порядка нескольких ГГц).

Непрерывная помеха: электромагнитная помеха, уровень которой не уменьшается ниже определенного значения в регламентированном интервале времени.

Кратковременная помеха: электромагнитная помеха, длительность которой, измеренная в регламентированных условиях, меньше некоторой величины, регламентированной для данного технического средства.

Индустриальная помеха: электромагнитная помеха, создаваемая техническими средствами.

Импульсная помеха: электромагнитная помеха в виде одиночного импульса, последовательности или пачки импульсов.

Шумовая помеха: электромагнитная помеха, источником которой является электромагнитный шум.

 

4. Нормы и стандарты электромагнитной совместимости.

    Существует большое количество норм и требований, относящихся к обеспечению электромагнитной совместимости оборудования. Они подразделяются на нормы, регламентирующие характеристики измерительного оборудования, параметры тестовых систем и методику измерений помех различной природы. Определяя методику испытаний электрических устройств на электромагнитную совместимость, эти нормы устанавливают критерии, на основании которых может быть сделан вывод, что испытываемые устройства удовлетворяют требованиям EMC.

     Работа по стандартизации требований по электромагнитной совместимости ведётся на международном, европейском и национальных уровнях. На мировом уровне основную нагрузку несут на себе ISO (Международная организация по стандартизации) и IEC (Международная электротехническая комиссия, МЭК), подразделением которой является CISPR (International Special Committee on Radio Interference — Международный специальный комитет по борьбе с радиопомехами). На европейском уровне данную работу осуществляют CEN (Европейский комитет по стандартизации) и CENELEC (Европейский комитет по электротехническим стандартам), а также ETSI (Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций).

 

 

 5. Критерии качества функционирования технических средств при воздействии помех:

 

  • Критерий А - воздействие ЭМП никак не отражается на функциональных характеристиках аппаратуры, работа которой до, во время и после воздействия помехи происходит в полном соответствии с техническими условиями или стандартами.
  • Критерий В - допускается временное ухудшение функциональных характеристик аппаратуры в момент воздействия помехи. После прекращения воздействия ЭМП функционирование полностью восстанавливается без вмешательства обслуживающего персонала.
  • Критерий С - аналогичен В, но, в отличие от него, допускает вмешательство персонала для восстановления работоспособности аппаратуры (например, перезагрузки «зависшей» цифровой системы, повторного набора номера и т.п.).
  • Критерий D- физическое повреждение аппаратуры под действием помехи. Восстановление работоспособности возможно только путем ремонта.

 


 
Обеспечение электромагнитной совместимости.

Организационное обеспечение ЭМС:

 организационные решения, постановления, нормативно-технические документы, направленные на исключение или снижение до приемлемого уровня электромагнитных помех между техническими средствами

Экспертиза ЭМС:

 экспериментальное и (или) теоретическое исследование состояния обеспечения ЭМС технического средства в заданной электромагнитной обстановке.

Техническое обеспечение ЭМС:

Технические решения, направленные на улучшение характеристик их ЭМС.

Сертификация ТС на соответствие требованиям ЭМС:

 мероприятия, в результате которых удостоверяется соответствие определенного типа технического средства требованиям государственных, международных или иных нормативно-технических документов, регламентирующих характеристики ЭМС, посредством выдачи предприятию изготовителю сертификата.

Сертификат выдается на основе протокола испытаний, проведенных в аккредитованной лаборатории. Испытания включают проверку устойчивости ТС к помехам со стандартными параметрами и проверку на допустимые уровни создаваемых помех.

 

 

 

Яндекс.Метрика