Czym jest EMC?

Rejestracja: IV edycja Konferencji EMC for Business - 21-22.06.2022 r. Wrocław

EMC– electromagnetic compatibility – kompatybilność elektromagnetyczna (KEM) – oznacza zdolność urządzeń lub systemów do współdziałania w danym środowisku EM (elektromagnetycznym, takim w którym występują pewne zjawiska), czyli poprawnego działania bez emitowania i utraty właściwości pod wpływem narażeń.

Nie emituje i jest odporne

Jeśli coś jest kompatybilne, to oznacza, że jest w stanie pracować wspólnie, bez konfliktów. W EMC chodzi o to samo, tyle, że pod kątem elektryczności i magnetyzmu.

Jeśli chcemy, aby w jednym środowisku pracowało kilka systemów, to muszą być one kompatybilne, a to wymaga pewnych restrykcji, wymagań i procedur sprawdzających, czyli ochrony. Jak to zrobić, aby możliwe było działanie WiFi, UMTS, GSM, GPS, Bluetooth i wielu innych systemów pracujących w jednym miejscu, oczywiście bez pogorszenia jakości świadczonych usług? Jeśli chodzi o EMC, to szczególnie chronione są wszelkiego rodzaju odbiorniki radiowe. Dlaczego? Gdyż odbiorniki są bardzo czułe na odbierane sygnały. Z tego wynika fakt, iż nawet dość niewielki poziom niepożądanego sygnału może zakłócić pracę odbiornika lub wprowadzić znaczące błędy, uniemożliwiające detekcję sygnału pożądanego.

Ochrona systemów radiokomunikacyjnych

Tu dochodzimy do dwóch aspektów EMC: Emisja i Odporność.

Aby urządzenia były kompatybilne musimy zadbać, aby:

• nie emitowały zaburzeń powyżej pewnych, określonych limitów,
• były odporne na różnego rodzaju narażenia, których nie jesteśmy w stanie wyeliminować.

Innymi słowy (formalnie) kompatybilność elektromagnetyczna to zdolność urządzeń lub systemów do:

• współdziałania w danym środowisku elektromagnetycznym,
• poprawnej pracy (działania) w obecności narażeń jakie występują w środowisku pracy.

Uwaga! Dlatego ważne jest poznanie zjawisk, które występują w środowisku, bo ta wiedza pozwoli zaprojektować urządzenie tak, aby spełniało wymagania i działało poprawnie w danym środowisku (zasada wojny: dobrze poznaj wroga).

Źródła zagrożeń

Wcześniej pisałem, że testy odporności mają za zadanie sprawdzić, czy urządzenie zachowa się poprawnie, w obecności czynników, które z dużym prawdopodobieństwem mogą wystąpić w danym środowisku.

Są to ustandaryzowane zjawiska, jednak wynikają z obecnych w środowisku zagrożeń.

Podstawowe problemy z EMC:

• generacją energii elektromagnetycznej (zaburzeń elektromagnetycznych) – występowaniem nadawcy lub źródeł zaburzeń elektromagnetycznych
• transmisją energii elektromagnetycznej – występowaniem kanału/drogi sprzężenia energii elektromagnetycznej pomiędzy nadajnikiem a receptorem/odbiornikiem (może być pożądane lub nie)
• odbiorem energii elektromagnetycznej – występowaniem receptora/odbiornika, w którym zachodzi proces przetwarzania tej energii, skutkujący zamierzonym (dla odbiornika) oraz niezamierzonym (dla ofiary) zachowaniem receptora/odbiornika

Podział zjawisk na:

Naturalne, do których należą zjawiska atmosferyczne (wyładowania atmosferyczne, zjawisko ulotu, iskrzenia), wyładowania elektrostatyczne, pochodzenia kosmicznego, wynikające z aktywności Słońca i innych obiektów kosmicznych,;

Sztuczne (man-made noise), których źródłem jest techniczne wykorzystanie energii elektrycznej, przy czym zaburzenia te mogą mieć charakter:

• niezamierzony (efekty pracy np. urządzeń gospodarstwa domowego, elektronarzędzi, urządzeń informatycznych, oddziaływania linii elektroenergetycznych) lub
• zamierzony (np. wpływ systemów radiokomunikacyjnych).

Charakterystyka zaburzenia w dziedzinie czasu:

• zaburzenia szumowe – sumy elementów i urządzeń
• zaburzenia ciągłe – źródłem są np. eksploatowane systemy radiodyfuzyjne (radio, telewizja, radiokomunikacja), lub
• zaburzenia krótkotrwałe lub impulsowe (przebiegów przejściowych) – wywołanych np. procesami łączeniowymi, pracą urządzeń energoelektronicznych i zapłonowych, wyładowaniami elektrostatycznymi i atmosferycznymi, iskrzeniem na kontaktach.

Ze względu na sposób generacji i dystrybucji zaburzeń:

Przewodzone (conducted) z zaburzeniem emitowanym przez urządzenie lub wnikającym do urządzenia w postaci:

Napięcia:

• napięcia różnicowe (symetryczne, common mode UCM)
• napięcia wspólne (niesymetryczne, differential mode UDM)
• napięcia asymetryczne (assymetric mode UAsym)

Prądu:

• prądy różnicowe (symetryczne, common mode ICM)
• prądy wspólne (niesymetryczne, differential mode IDM)

Promieniowane (radiated) z zaburzeniem emitowanym przez urządzenie lub wnikającym do urządzenia w postaci:

• fali elektromagnetycznej
• pola elektrycznego
• pola magnetycznego

Pojęcia, z jakimi się spotkasz od strony odporności to m.in.:

Surge, udary – napięciowe i prądowe. Symulacja zjawisk związanych z wyładowaniami atmosferycznymi do kabli, przewodów (zasilających oraz interfejsów), ale też uszkodzona sieć zasilania, duże przełączenia, 

• Norma: PN EN 61000-4-5 
• Poziomy: 0,5kV-6kV
• Czas narostu: 1,2us (1,2 mikro sekundy)
• Zakres częstotliwości (widmo): pojedyncze Megahertze, np. 5MHz)

Burst, EFT Burst – Electrical Fast Transients – Elektryczne szybkie stany przejściowe. Pochodne iskrzenia, przełączeń dużych obciążeń, styczników, przekaźników.

• Norma: PN EN 61000-4-4 
• Poziomy: 0,5kV – 4kV (zdarza się wyżej)
• Czas narostu: 5ns (5 nano sekund)
• Zakres częstotliwości: kilkaset Megahertzów (np. 200MHz)

ESD – Electrostatic Discharge – Wyładowanie elektrostatyczne. Zwykle źródłem jest człowiek, który „się naelektryzował” i ładunki dążą do równowagi, szybko przeskoczyły na obiekt

• Norma: PN EN 61000-4-4 
• Poziomy: 2kV – 8kV (zdarza się wyżej np. 15kV)
• Czas narostu: 0,6-1ns (0,6-1 nano sekundy)
• Zakres częstotliwości: nawet do 1GHz 

Odporność na pole radiowe – promieniowane – Radiated Immunity Field. 

• Norma: PN EN 61000-4-6 
• Poziomy: 1V/m-30V/m (zdarza się wyżej np.200 voltów na metr)
• Zakres częstotliwości: 80MHz-6Ghz

Odporność na pole radiowe – przewodzona (wstrzykiwanie w.cz.) – Conducted Immunity

• Norma: PN EN 61000-4-6 
• Poziomy: 1V/m-30V/m (zdarza się wyżej np.200 voltów na metr)
• Zakres częstotliwości: 150kHz-80Mhz (400 MHz)

Odporność na pole magnetyczne – Magnetic Field

• Norma: PN EN61000-4-8 
• Poziomy: 1A/m-30A/m
• Zakres częstotliwości: zwykle sieci, czyli 50Hz (60Hz)

Zapady, zaniki zasilania – Voltage Dips, Drops & Interruptions

• Norma: PN EN61000-4-11/-29
• Poziomy: 30%-100% napięcia zasilania

 A od strony emisji:

Emisja przewodzona (zazsilanie i publiczne interfejsy) – Conducted Emision (CE)

• Norma: (różne) środowiskowe (ogólne): 
• PN-EN 61000-6-3 – Norma emisji w środowiskach: mieszkalnym, handlowym i lekko uprzemysłowionym (Klasa B)
• Poziomy: np.:46dBuV, 66BuV
• PN-EN 61000-6-4 -Norma emisji w środowiskach przemysłowych (Klasa A)
• Poziomy: np. 40dBuV, 47dBuV
• Zakres częstotliwości: 9kHz-30MHz (400MHz)

Emisja promieniowana (cała obudowa z okablowaniem) – Radiated Emision (RE)

• Norma: (różne) środowiskowe (ogólne): 
• PN-EN 61000-6-3 – Norma emisji w środowiskach: mieszkalnym, handlowym i lekko uprzemysłowionym (Klasa B)
• Poziomy: np.:30dBuV/m, 37dBuV/m
• PN-EN 61000-6-4 -Norma emisji w środowiskach przemysłowych (Klasa A)
• Poziomy: np. 40dBuV/m, 47dBuV/m
• Zakres częstotliwości: 30MHz-1GHz – 6GHz (40GHz)

Tomasz Utkowski, Inżynier EMC, Konsultant, Trener EMC for Business