curs 2: notiuni de compatibilitate electromagneticausers.utcluj.ro/~denisad/compatibilitate...
Post on 25-Dec-2019
35 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Curs 2:
Notiuni de Compatibilitate Electromagnetica
Disciplina: COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICĂ
Titular curs: Conf. Dr. Ing. Denisa ȘTEȚ
CURS pentru anul IV IE, Specializările: ET, I&AD, IM
AN UNIVERSITAR: 2019-2020
http://users.utcluj.ro/~denisad
http://users.utcluj.ro/~lcmn
2.1. Decibelul [dB]
2.2. Nivele absolute
2.3. Nivele specifice în tehnica CEM
2.4. Masa si pamant
2.5. Perturbatii de mod comun (MC) si perturbatii de mod
diferential (MD)
Definirea si intelegerea notiunii de dB (exemple numerice)
Definirea nivelelor specifice în tehnica CEM
Definirea si intelegerea notiunilor de pamant si masa
Intelegerea notiunilor de perturbatii de mod comun (MC) si perturbatii
de mod diferential (MD) (exemple)
Obiectivele cursului:
Cuprinsul cursului:
2COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
A măsura înseamnă a asocia numere mărimilor şi fenomenelor fizice.
MĂSURARECOMPARAȚIE: Realizarea unui raport, între
mărimea de „măsurat" şi o alta, de aceeaşi
natură, considerată „de referinţă " → ETALON
Unitate de măsură: numele cantităţii de referinţă, uzual al
etalonului.
Un ansamblu coerent de unităţi formează un sistem de măsură →
unităţile pe care le include se numesc absolute.
Numărul rezultat prin raportarea mărimii "de măsurat" la "etalon" se
numeşte valoare absolută (nivel absolut) şi se exprimă în unităţi de
măsură.
3COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
Adesea este utilă reprezentarea relativă a valorii unei
mărimi prin raportarea valorii absolute a mărimii (M)
dintr-un punct al sistemului, faţă de o valoare de
referinţă de aceeaşi natură (M0) care nu este etalon
(este din alt punct al sistemului sau este stabilită prin
anumite condiţii)
→ rezultatul raportării se numeşte valoare relativă
sau nivel relativ şi se exprimă în "fracţiuni", "procente"
(%) sau "părţi per milion" (ppm).
4COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
5COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.1. DECIBELUL [dB]
2. Notiuni de CEM
Decibelul (deci-bell de la "deca" adica de 10 de ori mai
putin) este o măsură logaritmică a raportului dintre
două puteri.
http://ro.wikipedia.org/wiki/Laboratoarele_Bell
ISO/IEC 80000 (2009)
Este folosită în acustică,
fizică, electronică (inginerie)…
Este a zecea parte dintr-un
bell (B).
Este fără unitate de măsură!!!
6COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
Unitate Tip unitateValoare de
referintaUtilizare
dB(a) Putere 10-11.5W Zgomot
dB(m) Putere 1mW
dB(rn) Putere 10-12W Zgomot
dB(rnc) Putere 10-12W Zgomot
dBspl Presiune acustica 20µPaa Acustica
dB(u) Tensiune 0.775Vb Audio
dB(V) Tensiune 1V
dB(mV) Tensiune 1mV
dB(µdB) Tensiune 1µV
dB(µV/m) Intensitate camp 1µV/mCamp
electromagnetic
dB(W) Putere 1W
dB poate fi folosit corect atunci cand:
1. Se vorbeste de raportul a doua numere
2. Se specifica o valoare de referinta la care o marime este raportata
2. Notiuni de CEM
spl=sound pressure level
[2]
La fiecare dublare a nivelului de putere, se
înregistrează o creștere a acesteia cu 3 dB
(valabilă și viceversa)
( demonstratie… )
La fiecare multiplicare cu 10 a nivelului de putere,
se inregistrează o creștere a acesteia cu 10 dB
(valabilă și viceversa)
( demonstratie… )
REGULA LUI 3 ȘI 10
7COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
9COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
Pentru aprecierea calitativă a CEM se utilizează logaritmii
rapoartelor mărimilor ca: tensiuni, curenți, intensități de câmp,
puteri etc.
• Raportează mărimile de sistem la o mărime de referință
Nivele
• Raportează mărimile de intrare și de ieșire ale unui sistem
Rapoarte de transfer
!!! Observație: mărimile care se raportează trebuie să fie mărimi
exprimate în domeniul frecvență; se raportează numai modulele
mărimilor (valori de vârf sau valori efective)
10COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.2.1. Nivele absolute în dB
Nivele de semnale
2.2. Nivele absolute
2. Notiuni de CEM
…
11COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
Nivele de câmp
Nivel de câmp electric
Nivel de câmp magnetic
mVEE refE
E
ref
x /1];dB[lg20 μV/mdB
mAHH refH
H
ref
x /1];[dBlg20 μA/mdB
2. Notiuni de CEM
2.2.2. Nivele absolute în Np (neperi)
]Np[lnNp ref
x
v
vv
]Np[ln21
Np ref
x
P
Pp
12COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 1 12COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
În locul logaritmilor zecimali se folosesc logaritmi naturali
(Neperieni)
Relaţiile de transformare din Np în dB şi invers:
1Np=8,686dB
1dB=0.115Np
2. Notiuni de CEM
13COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
Exprimarea NIVELULUI unui semnal in dB
Amplitudinea unui semnal poate fi exprimat in dB, ca raport
între amplitudinea sa și o valoare de referință specificată
Exemplu: Un semnal cu amplitudinea de 100-μvolt poate fi
exprimat:
Să se exprime semnalele
alăturate, în unitațile lor
de măsură:
15COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
16COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
Generatoarele de semnal: au domeniul de putere de iesire:
-140dBm si +20dBm (intre 0.01fW si 0.1W);
Statiile de baza utilizate in telefonia mobila: emit cu o putere de
+43 dBm → 20 W;
Telefoanele mobile emit cu o putere de +10dBm pana la
+33dBm: 10 mW pana la 2W;
Emitatoarele de radiodifuziune emit cu 70dBm pana la 90dBm:
10kW pana la 1MW;
Campurile electrice perturbatoare de 20dBµV/m: 10 µV/m. [1]
2. Notiuni de CEM
Nivele absolute (rezulta din raportarea la o marime de referinta binedeterminata)
Nivel de perturbaţii – valoarea raportată a unei mărimi perturbatoare
Nivelul pragului de perturbaţii – valoarea minimă a semnalului util
care dacă este depășită de nivelul de perturbații este percepută la locul
de recepție ca semnal perturbator
Nivel de semnal util – valoarea nominală raportată a semnalului util
(100%)
Nivele relative (se determina ca diferente intre nivele)
Margine de imunitate (interval semnal-perturbaţii sau raport
semnal-zgomot) – diferența dintre nivelul semnalului util și nivelul
pragului de perturbații
Margine de compatibilitate (interval de siguranţă la perturbaţii) –
diferența dintre nivelul pragului de perturbații și nivelul de perturbații
17COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.3. Nivele specifice în tehnica CEM
2. Notiuni de CEM
18COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
I. ZGOMOT GALACTIC
Semnal de interferenţă
II. ZGOMOT ŞI SEMNAL UTIL
III. SIGURANŢĂ
IV. UTIL
Nivelul semnalului [dB]
Frecvenţa [Hz]
Rapoarte logaritmice exprimate sub forma de nivele absolute si relative
(Nivel de semnal util 100%)
(Nivel prag de perturbatii)
(Nivel perturbatii)
Intervalul semnal
perturbatii (margine de
imunitate)z
Intervalul de siguranta la
perturbatii (margine de
compatibilitate)
2. Notiuni de CEM
Exemple de calcul pentru nivele absolute si nivele relative [1]:
Raportul de tensiuni al unui amplificator
Raportul de puteri al unui amplificator
Determinarea nivelului unui generator
Reducerea intensitatii campului electric
Conversia nivel de putere → nivel de tensiune
Masurarea semnalelor la limita de zgomot
19COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
2.4. Masa si pamant
!!! Conductorul de pamantare este parcurs de
curent numai in caz de defect.
!!! Conductorul de referinta (masa) conduce
curentul de lucru si reprezinta adesea
conductorul comun de intoarcere, la sursa,
pentru mai multe circuite de semnal.
Pamant
Se mai numeste si:
Masa
Se mai numeste si:
Conductor de protectie
Pamantare
Pamantare de protectie
Conductor de pamantare de referinta
Pamantarea carcasei
Pamantarea statiei
Conductor neutru
Masa schemei
Referinta semnalului
Masa semnalului
Pamant de masura
“0” volt
20COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.4.1. Masa
Masa unui circuit reprezinta un punct de referinţă comun, fata de care se masoara tensiunile
din diferitele puncte ale schemei.
In aceeasi schemă electrica pot fi definite, alese, mai multe tipuri de puncte de masa:
- masa analogica (fata de care se raporteaza tensiunile din nodurile circuitelor analogice),
- masa digitala (fata de care se raporteza tensiunile din nodurile circuitelor digitale),
- masa de forta (fata de care se raporteaza tensiunile din nodurile unui circuit de putere)
21
2. Notiuni de CEM
Definitie conform Normativ I7/2011: parte conductoare accesibila a unui echipament, care poate
fi atinsa si care in mod normal nu se afla sub tensiune, dar care poate fi pusa sub tensiune in
urma unui defect a izolatiei de baza.
Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3
L
1
I1
L
2
I2
L
3
I3
GND
Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3
L
1
I1L
2
I2L
3
I3
GND
I2+I3
I1+I2+I3
conexiune serie
Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3
L1I1
L2I2
L3I3
GND
conexiune paralel (stea)
- punct de masă central cu sau fără legaturi radiale (single point ground);
- masă distribuită sau masă de suprafaţă (multi point ground).
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 22
2. Notiuni de CEM
În general, o instalaţie de legare la pământ trebuie să satisfacă trei cerinţe:
Lovituri de trăsnet şi scurtcircuit: instalaţia de legare la pământ trebuie să
protejeze personalul, să prevină daunele determinate de exemplu de incendii,
conturnări sau explozii provocate de loviturile directe de trăsnet şi supraîncălzirile
provocate de curenţii de scurtcircuit;
Securitate: instalaţia de legare la pământ trebuie să conducă curentul de
trăsnet şi curenţii de scurtcircuit fără a determina apariţia unor valori inadmisibile
ale tensiunilor de pas şi de atingere;
Protecţia echipamentelor şi disponibilitate: instalaţia de legare la pământ
trebuie să protejeze echipamentele electrice prin asigurarea unei căi de
impedanţă redusă între ele.
[Ghid de Aplicare - Calitatea Energiei Electrice 6.1 Legarea la pământ & CEM
http://www.sier.ro/Articolul_6_1.pdf]
2.4.2. Sisteme de legare la pamant
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 23
2. Notiuni de CEM
[Preluare din: Normativ pentru proiectarea, executia si
exploatarea instalatiilor aferente cladirilor, I7/2011]
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 2626COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
28COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
30COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
Reţeaua din clădire
Staţie de transformare
carcasă
(metalică)
Contor
RARB
Echipament
trifazat
Priză
monofazată
L1
L2
L3
L1L2
L3
PEN
PE
N
Bară de
echipoten-
ţializare
Sistem de conducte
metalice
N
2. Notiuni de CEM
Exemplu de punere la pamant intr-o retea electrica de JT
• Echipamentele electrice fixe din instalatiile de utilizare realizate cu protectia
principala prin legare la nul trebuie sa aiba o dubla legatura de protectie: una printr-
un conductor de protectie aflat in cablul de alimentare, prin care se leaga borna de
protectie aflata in cutia de borne a echipamentului de bara de nul a tabloului de
distributie; a doua printr-un conductor vizibil sau platbanda care leaga borna de
protectie, aflata pe carcasa echipamentului in exterior, de instalatia de legare la
pamant care se afla in incinta unde este montat echipamentul.
• Echipamentele electrice mobile si portabile trebuie prevazute la capatul cablului
de alimentare cu fise cu contact de protectie. Cablul trebuie sa contina un
conductor separat prin care masele echipamentului electric sunt legate la contactul
de protectie al fisei.
• Pe conductoarele de protectie este interzis a se intercala sigurante, intreruptoare
sau oricare alt element care poate sa intrerupa circuitul.
• Masele echipamentelor tehnice electrice trebuie legate la pamant prin
conductoare astfel dimensionate incat sa reziste curentului de scurtcircuit care
apare in caz de defect pentru nulul de lucru si de protectie.
31COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
• Carcasele metalice ale corpurilor de iluminat interior, din locurile de munca
periculoase si foarte periculoase, alimentate la tensiuni mai mari de 50 V,
trebuie sa fie legate la nul de protectie daca distanta de la sol sau pardoseala
pana la ele este mai mica de 2,5 metri.
• Este interzisa legarea in serie la conductorul de nul de protectie a carcaselor
mai multor aparate. Fiecare utilaj trebuie legat la conductorul de nul de
protectie cu o legatura speciala.
• Conductorul de nul de protectie trebuie sa fie separat de conductorul de nul de
lucru, incepand de la ultimul tablou la care bara de nul este legata la pamant
pana la masa echipamentului tehnic care trebuie protejat.
• Pana la ultimul tablou electric de distributie, se admite existenta unui singur
conductor de nul, utilizat atat drept conductor de lucru cat si de protectie. De la
ultimul tablou, la care se racordeaza receptorul, in sensul de distribuire a
energiei electrice, conductorul de nul de lucru trebuie sa fie separat de
conductorul de nul de protectie. Bara de la care se separa conductorul de nul de
lucru de cel de protectie trebuie sa fie legata la instalatia de legare la pamant a
incintei.
32COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
• Conductoarele de legare la nul de protectie trebuie sa aiba sectiunea
dimensionala corespunzator prevederilor standardelor in vigoare si culoarea
de izolatie galben-verde.
• Toate tablourile electrice trebuie sa aiba o bara de nul, racordata la instalatia
de legare la pamant care se afla in incinta unde este montat tabloul; in cazul
tablourilor electrice cu carcasa metalica, bara de nul se leaga la carcasa, iar
carcasa se leaga vizibil la instalatia de legare la pamant.
• Bara de nul trebuie sa aiba cel putin atatea borne cate conductoare sunt
racordate la aceasta bara. Nu se admit mai multe conductoare racordate la
o singura borna.
• Toate conductoarele de protectie trebuie sa aiba papuci la capete, iar bornele
de protectie trebuie sa fie asigurate impotriva desurubarii,
• Instalatia de legare la pamant a fiecarei incinte, la care sunt racordate
instalatiile, echipamentele si utilajele la care protectia principala o constituie
legarea la nul, trebuie sa aiba o rezistenta de dispersie de maxim 4 ohmi
• Toate instalatiile de legare la pamant din incinta unei unitati industriale trebuie
sa fie legate electric intre ele cel putin prin conductorul de nul de protectie al
retelei de alimentare
33COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 34
Solutii pentru realizarea prizei de pamant
Tevi de Cu sau tevi de apa galvanizate infipte in pamant
Puturi de substante chimice conductoare (sulfat de cupru, sulfat de magneziu) in
care se insereaza tevi de cupru
Retea de bare de cupru implantate in fundatia cladirii odata cu constructia
acesteia
Bara electrolitica incarcata cu o sare (NaCl)
2. Notiuni de CEM
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
Rezistenta electrica a unei prize de pamant
Tensiunea de pas
lr
drdR
2
d
r
nr
d
ln
k
r
dr
ln
kR
00
ln22
3,1
2
k
ld
lr
iJE
21
2ln2
2
1r
r
l
idrEU
r
r
p
8,002
01
rr
rrTensiunea de atingere
35
2. Notiuni de CEM
I – reţea izolată (cu neutrul izolat) faţă de pământ;
T1 – reţea legată la pământ cu un sistem de eliminare a defectului;
T2 - reţea legată la pământ cu două sisteme de eliminare a defectului.
36COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
… →
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.5. Perturbatii de mod comun si de mod diferential
2.5.1. Conexiuni simetrice si asimetrice
CALE DE
SEMNAL
SURSA DE SEMNAL
(comandata/ necomandata)
CIRCUIT
ELEMENTARRECEPTOR= + +
39
2. Notiuni de CEM
[5][5]
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
Conexiuni asimetrice = prin conductoare circula curenti diferiti si nu sunt identice
constructiv, avand impedante proprii si/sau de cuplaj diferit
Conexiuni simetrice = ambele conductoare ale conexiunii sunt parcurse de aceeasi
curenti si sunt identice din puctul de vedere constructiv (au aceleasi impedante
proprii si de cuplaj parazit)
40
2. Notiuni de CEM
[5]
SEMNAL DE MOD DIFERENTIAL
(NORMAL)
Se mai numeste si:
Tensiune transversala
Tensiune simetrica
Mod diferential
Mod serial
Mod impar
Mod normal
41COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.5.2. Perturbatii de mod diferential (normal, in tact opus) = curentul de
interferenta intra printr-o borna a receptorului si iese prin borna cealalta
42
2. Notiuni de CEM
[5]
SEMNAL DE MOD COMUN
Se mai numeste si:
Tensiune longitudinala
Tensiune nesimetrica
Mod comun
Mod paralel
Mod par
Tensiune sincrona
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 43
2. Notiuni de CEM
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.5.3. Perturbatii de mod comun (in acelasi tact) = curentul de interferenta
intra prin ambele borne ale receptorului si se inchide prin capacitati
parazite
44
2. Notiuni de CEM
[5]
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2. Notiuni de CEM
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
2.5.3. Conversia mod diferential/ mod comun
46
Bibliografie CURS 2
1. A.J. Schwab și W.W. Kȕrner, “Compatibilitate electromagnetică”, Editura Agir, București,
2013;
2. M. Botezat, A. Dina, R. Fotin, M. Popovici, “Studiul comparativ privind dimensionarea
instalaţiilor de legare la pământ, de înaltă tensiune, conform standardelor româneşti şi
standardelor IEEE”, Buletinul ISPE, Publicaţie a institutului de studii şi proiectări
energetice, Vol. 55 – nr. 1/ 2012;
3. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Aplicatii in ingineria sistemelor
electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2005;
49
4. G. Hortopan, “Principii si tehnici de compatibilitate electromagnetica”,
Editura Tehnica, Bucuresti, 1998;
5. E. Coca, Curs de CEM, Universitatea Ştefan cel Mare Suceava, Facultatea de
Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor
6.http://www.et.upt.ro/admin/tmpfile/fileU1318247974file4e92de2666117.pd
7. http://www.et.upt.ro/admin/tmpfile/fileK1318247974file4e92de265a415.pdf
1. Ce inseamna dB si care este motivul pentru care se utilizeaza aceasta
cantitate in exprimarea marimilor utilizate in CEM?
2. Aplicatii numerice utilizand dB.
3. Nivele specifice în tehnica compatibilităţii electromagnetice.
4. Care este diferenta dintre notiunea de pamant si notiunea de masa?
5. Pamant (definitie, caracteristici constructie priza de pamant,
rezistenta priza de pamant, tensiune de pas, tensiune de atingere…)
6. Explicati notiunea de masa (definitie, tipuri de puncte de masa… )
7. Conexiunui simetrice si asimetrice.
8. Perturbatii de mod comun (definitie, exemplu).
9. Perturbatii de mod diferential (definitie, exemplu).
COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2
top related