Curs 2: Notiuni de Compatibilitate Electromagnetica

Transcript

1 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:

2 Obiectivele cursului: 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) Cuprinsul cursului: 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) 2

3 A măsura înseamnă a asocia numere mărimilor şi fenomenelor fizice. MĂSURARE COMPARAȚIE: 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. 3

4 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). 4

5 2.1. DECIBELUL [db] Decibelul (deci-bell de la "deca" adica de 10 de ori mai putin) este o măsură logaritmică a raportului dintre două puteri. ISO/IEC (2009) Este folosită în acustică, fizică, electronică (inginerie) Este a zecea parte dintr-un bell (B). Este fără unitate de măsură!!! 5

6 Unitate Tip unitate Valoare de referinta Utilizare db(a) Putere W Zgomot db(m) Putere 1mW db(rn) Putere W Zgomot db(rnc) Putere W Zgomot dbspl Presiune acustica 20µPa a Acustica db(u) Tensiune 0.775V b Audio db(v) Tensiune 1V db(mv) Tensiune 1mV db(µdb) Tensiune 1µV db(µv/m) Intensitate camp 1µV/m Camp electromagnetic db(w) Putere 1W spl=sound pressure level 2. Notiuni de CEM 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] 6

7 REGULA LUI 3 ȘI 10 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 ) 7

8 EXEMPLE NUMERICE 8

9 Pentru aprecierea calitativă a CEM se utilizează logaritmii rapoartelor mărimilor ca: tensiuni, curenți, intensități de câmp, puteri etc. Nivele Raportează mărimile de sistem la o mărime de referință Rapoarte de transfer Raportează mărimile de intrare și de ieșire ale unui sistem!!! Observație: mărimile care se raportează trebuie să fie mărimi exprimate în domeniul frecvență; se raportează numai modulele mărimilor (valori de vârf sau valori efective) 9

10 2.2. Nivele absolute Nivele absolute în db Nivele de semnale 10

11 Nivele de câmp Nivel de câmp electric E db E 20lg E [dbμv/m ref ]; E ref 1V x / m Nivel de câmp magnetic H db H 20lg H [dbμa/m ref ]; H ref 1A x / m 11

12 Nivele absolute în Np (neperi) În locul logaritmilor zecimali se folosesc logaritmi naturali (Neperieni) v Np ln v v x ref [Np] p Np 1 2 ln P P x ref [Np] Relaţiile de transformare din Np în db şi invers: 1Np=8,686dB 1dB=0.115Np COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA curs 12 12

13 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: 13

14 Aplicații numerice: 14

15 Să se exprime semnalele alăturate, în unitațile lor de măsură: 15

16 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] 16

17 2.3. Nivele specifice în tehnica CEM Nivele absolute (rezulta din raportarea la o marime de referinta bine determinata) 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 (100%) nominală raportată a semnalului util 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 17

18 Nivelul semnalului [db] IV. UTIL (Nivel de semnal util 100%) III. SIGURANŢĂ II. ZGOMOT ŞI SEMNAL UTIL Semnal de interferenţă Intervalul semnal perturbatii (margine de imunitate)z (Nivel prag de perturbatii) Intervalul de siguranta la perturbatii (margine de compatibilitate) (Nivel perturbatii) I. ZGOMOT GALACTIC Frecvenţa [Hz] Rapoarte logaritmice exprimate sub forma de nivele absolute si relative 18

19 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 19

20 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 Conductor de protectie Pamantare Pamantare de protectie Conductor de pamantare de referinta Pamantarea carcasei Pamantarea statiei Masa Conductor neutru Masa schemei Referinta semnalului Masa semnalului Pamant de masura 0 volt 20

21 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), 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. - masa de forta (fata de care se raporteaza tensiunile din nodurile unui circuit de putere) 21

22 - punct de masă central cu sau fără legaturi radiale (single point ground); Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3 Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3 L 1 I1 I2+I3 L 2 I2 L 3 I3 L1 I1 L2 I2 L3 I3 I1+I2+I3 GND GND conexiune serie conexiune paralel (stea) - masă distribuită sau masă de suprafaţă (multi point ground). Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3 I1 I2 I3 L 1 L 2 L 3 GND 22

23 Sisteme de legare la pamant 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 23

24 24

25 25

26 [Preluare din: Normativ pentru proiectarea, executia si exploatarea instalatiilor aferente cladirilor, I7/2011] COMPATIBILITATE COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA ELECTROMAGNETICA curs curs 2 26

27 27

28 28

29 29

30 Staţie de transformare N L1 L2 L3 PEN 2. Notiuni de CEM Exemplu de punere la pamant intr-o retea electrica de JT Reţeaua din clădire Contor L1 L2 L3 Bară de echipotenţializare N PE RB RA Sistem de conducte metalice Echipament trifazat carcasă (metalică) Priză monofazată 30

31 Echipamentele electrice fixe din instalatiile de utilizare realizate cu protectia principala prin legare la nul trebuie sa aiba o dubla legatura de protectie: una printrun 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. 31

32 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. 32

33 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 33

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) 34

35 Rezistenta electrica a unei prize de pamant Tensiunea de pas l r dr dr 2 d r n r d l n k r dr l n k R 0 0 ln 2 2 1,3 2 k l d l r i J E ln r r l i dr E U r r p 0, r r r r Tensiunea de atingere Notiuni de CEM

36 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. 36

37 37

38 38

39 2.5. Perturbatii de mod comun si de mod diferential CIRCUIT ELEMENTAR SURSA DE SEMNAL CALE DE = + + SEMNAL (comandata/ necomandata) RECEPTOR Conexiuni simetrice si asimetrice [5] [5] 39

40 [5] 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) Conexiuni asimetrice = prin conductoare circula curenti diferiti si nu sunt identice constructiv, avand impedante proprii si/sau de cuplaj diferit 40

41 SEMNAL DE MOD DIFERENTIAL (NORMAL) Se mai numeste si: Tensiune transversala Tensiune simetrica Mod diferential Mod serial Mod impar Mod normal 41

42 Perturbatii de mod diferential (normal, in tact opus) = curentul de interferenta intra printr-o borna a receptorului si iese prin borna cealalta [5] 42

43 SEMNAL DE MOD COMUN Se mai numeste si: Tensiune longitudinala Tensiune nesimetrica Mod comun Mod paralel Mod par Tensiune sincrona 43

44 Perturbatii de mod comun (in acelasi tact) = curentul de interferenta intra prin ambele borne ale receptorului si se inchide prin capacitati parazite [5] 44

45 45

46 Conversia mod diferential/ mod comun COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA curs curs

47 47

48 48

49 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; 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

50 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).