ELEKTROMAGNETNA KOMPATIBILNOST

Uvod

Danas je gotovo sve upravljano elektronički, tako da je otpornost elektroničkih uređaja na sve predvidive elektromagnetske (EM) smetnje vrlo važna za zadovoljavanje pravila o zaštiti

EM smetnje mogu uzrokovati ozbiljne posljedice na zaštitu uređaja, čak i kada su svi zahtjevi za imunost sistema, EMC Uprave ili drugih sličnih tijela, u potpunosti ispunjeni

Mnogi uređaji, svojim radom utiču na rad drugih uređaja. Neki od njih mogu biti pre novi za elektroničke tehnologije tako da je teško realizirati i odrediti njihov uticaj na druge. Tako, npr. najbliži telefon može uzrokovati zagrijavanje susjednih uređaja i povećati opasnost do opasnih razina, što opet može dovesti do vatre, ozljeda od hipertermije ili čak smrti.

Uvod

Mnogi proizvođači ne razmišljaju o elektromagnetskoj kompatibilnosti (EMC) prilikom projektovanja i njihovoj vezi sa zaštitom. Prilikom projektovanja veća pažnja pridaje se upravljanju i drugim mehaničkim i električnim mjerama.

Međunarodna organizacija IEC sadrži većinu standarda zaštite, i iako spominju EM smetnje, ne pokrivaju sve relevantne činjenice, jasno i opsežno

Novi standard o funkcionalnoj zaštiti (IEC 61508) jedan je od rijetkih primjera standarda za zaštitu koji tačno opisuje kako treba postupati sa EM smetnjama kao jednim od mogućih uzoraka grešaka ili krivog rada

Britanski institut IEE 1998. godine postavio je radnu grupu koja će napraviti profesionalni vodič. On opisuje kako kontrolirati EMC koji utiče na funkcionalnu zaštitu. Vodič sadrži razne diskusije o različitim problemima iz različitih područja industrije

Zbog statističke prirode EM smetnji i zbog neprihvatljivosti većine ljudi, smatra

se da su mnogi incidenti u zaštiti, okarakterizirani kao “pogreška nije pronađena”, uzrokovani upravo tim međudjelovanjem

Šta smatramo pod nazivom EMC?

Elektromagnetska kompatibilnost (EMC) je postignuta kada su smetnje, uzrokovane od nekog dijela opreme, male i nedovoljne da ometaju rad drugih uređaja, te kada dijelovi opreme imaju dovoljno veliku otpornost na EM smetnje u svojoj okolini da bi radili pravilno

EM smetnje uključuju; pad napajanja snagom, prekid rada, iskrivljavanje valnog oblika, proboj napona na kablovima, brze tranzijente, ali smetnje mogu biti i tuđe električno i magnetsko polje, indukcija na visokim frekvencijama (GHz)

Neadekvatna EMC uzrokuje to da je primljeni radio signal uslijed tolikih smetnji postao konfuzan, a može se pojaviti i interferencija. Interferencija smeta radu uređaja, koji pak mogu ponekad ozbiljno ugroziti operatera, pacijenta ili druge korisnike tih uređaja

Potreba za EMC-em raste zbog nekoliko trendova u tehnologiji kao što su:

1) mobilni radio odašiljači, kao mobiteli stvaraju jako RF polje metar oko svojih antena i postaju svugdje prisutni

2) moderne elektroničke tehnologije kao što su digitalne, generiraju više EM smetnji koje su neizbježan efekt njihovog dizajna

3) poluvodički čipovi ili integrirani krugovi fizički su vrlo maleni i imaju mala napajanja, te kao direktnu posljedicu, vrlo su osjetljivi na EM smetnje koje uzrokuju njihov krivi rad ili prekid rada

4) u elektronici će se uskoro kontrolirati svaki element u sistemu

Pod pojmom radiokomunikacije se podrazumjeva odašiljanje ili primanje signala, slika, zvuka ili bilo koje druge vrste podataka pomoću elektromagnetnih talasa frekvencije niže od 300 GHz u slobodnom prostoru bez umjetnih vodiča.

Prema vrstama usluga dijele se na: fiksne usluge - radioveza, satelitske komunikacije mobilne usluge - pomorske, zračne, zemaljske pronalaženje izvora - pomorstvo, zračna navigacija radiodifuzija - radio i TV sigurnost ostalo - radio amateri, astronomija, svemirska istraživanja,Elektromagnetni sprektar je ograničen prirodni resurs, te usljed povećanih

potreba i zahtjeva, različite agencije i usluge su primorane da dijele frekventni spektar s drugim korisnicima. U ovakvom slučaju elektromagnetna kompatibilnost ima presudan značaj.

Frekventni spektar

Osnovni parametri pri upravljanju korištenjem frekventnim spektrom: frekvenciju/frekventni opseg, vrijeme i udaljenost/područije.

Osim dodjeljene frekvencije (opsega) za prijenos, vrijeme korištenja je važan parametar. Frekventni slot ili kanal može biti vremenski podijeljen sa drugim korisnikom ako se zna da ta određena usluga ne koristi frekventni slot cijelo vrijeme te da može raditi sa vremenskom raspodjelom.

Signal ili jačina polja slabi kako se povećava udaljenost od odašiljača. Način na koji jačina polja slabi zavisi od načina prenosa i vrste antene.

Preko neke udaljenosti ili izvan neke oblasti, jačina polja postaje preslaba da bi se mogla detektovati ili da bi se mogla miješati s nekom drugom uslugom. Preko ove razdaljine ili izvan ove oblasti, moguće je ponovo upotrebiti istu frekvenciju i dodjeliti je nekom drugom korisniku ili za neku drugu uslugu.

Podjela spektra prema uslugama

Elektromagnetna okolina

Elektromagnetna okolina je sastavni dio svijeta u kome živimo. Različiti uređaji kao radio i televizijski odašiljači, komunikacioni odašiljači te radari i uređaji za navigaciju zrače elektromagnetnu energiju tokom svog normalnog rada.

Ovo su namjerna zračenja elektromagnetne energije u okolinu. Mnogi uređaji kao što su sistemi za paljenje automobila i industrijski kontrolni sistemi koji se koriste svakodnevno takođe emituju elektromagnetnu energiju, iako to zračenje nije bitan faktor za rad ovih uređaja.

Elektromagnetna okolina koju stvaraju ovi namjerni i nenamjerni izvori, kada su dovoljno jaki, utiču na rad električne i elektroničke opreme i sistema.

Historijski razvoj

Smetnje uzrokovane elekromagnetnom okolinom su postale predmet od posebnog značaja 20-ih godina prošlog vijeka.

Sa početkom radio prenosa, smetnje zbog radio šuma (elektromagnetni šum) su zabrinjavale proizvođače elekroenergetske opreme.

Zbog toga je osnovano tijelo koje je trebalo da ustanovi odgovarajuće načine mjerenja i standarde za rad opreme.

U posljednjih 30 godina javio se brzi razvoj u polju elektronike. Glavni napredak predstavlja razvoj u polju digitalnih računara, informacionih tehnologija, mjerenja, telekomunikacija i poluprovodničkih tehnologija.

I vojska je doprinijela sa nekoliko značajnih otkrića u razumijevanju elektromagnetne intreferencije – EMI i tehnologija za postizanje elektromagnetne kompatibilnosti – EMC.

U Europi, a i u svijetu su osnovana mnoga tijela koja donose standarde i preporuke za rad opreme. Neka od tih tijela su

Specijalni međunarodni komitet o radio interferencijama – CISPR,Europski komitet za standarde električnih proizvoda – CENELEC.

Definicija EMC

Elektromagnetni poremećaj je svaki elektromagnetni fenomen koji može pogoršati rad uređaja, opreme ili sistema. Elektromagnetni poremećaj može imati prirodu elektromagnetnog šuma, neželjenog signala ili promjene same prenosne sredine.

Elektromagnetna interferencija je pogoršanje rada uređaja, opreme ili sistema uzrokovano elektromagnetnim poremećajem.

Riječi elektromagnetna interferencija (EMI) i radio frekventna intreferencija (RFI) se često koriste kao sinonimi, što i nije u potpunosti tačno.

Radio frekventna interferencija je pogoršanje prijema željenog signala uzrokovano radio frekventnim poremećajem, što je ustvari elektromagnetni poremećaj koji ima komponente u radio frekventnom opsegu.

Da bi se pronašli načini ophođenja sa složenim sistemima i da bi se pomogao njihov razvoj, razvijen je koncept elektromagnetne kompatibilnosti

Elektromagnetna kompatibilnost – EMC je sposobnost uređaja, opreme ili sistema da zadovoljavajuće funkcioniše u svojoj elektromagnetnoj okolini bez uzrokovanja nedozvoljenih elektromagnetnih poremećaja na bilo čemu u toj okolini.

EMC mora postojati i unutar sistema i među sistemima, a ti sistemi mogu biti radio uređaj, kompletan elektronski upravljački sistem ili cijeli grad. Unutar ovog sistema svi električni i elektronski uređaji moraju raditi u harmoniji.

Sistem kao

prijemnik

Sistem kao izvorSpecificira

ni nivo ulaza

Specificirani nivo izlaza

Slika 1.1. Odnos EMC specifikacija prema sistemu kao izvoru i kao prijemniku

Definicija EMC

Slika 1.1. prikazuje da svaki sistem koji radi kao prijemnik mora zadovoljavajuće raditi kada je izložen specificiranom elektromagnetnom poremećaju (specificirani nivo ulaza).

U isto vrijeme sistem ne smije biti izvor elektromagnetne interferencije iznad određenog specificiranog nivoa (specificirani nivo izlaza). Bitna stvar je da su mnogi od ovih specificiranih nivoa određeni zakonski, i može se očekivati porast zakonskih zahtjeva u budućnosti sa mogućnošću kazni za kršenje.

Elektomagnetna interferencija se od izvora do prijemnika, koji može biti uređaj, oprema ili sistem, prenosi na različite načine. Često se za prijemnik koristi izraz receptor da bi naznačili da on prima elektromagnetnu interferenciju.

Načini prenošenja smetnji

Slika 1.2. Mehanizmi prenosa elektromagnetnih smetnjiMehanizmi prenošenja su: Direktno zračenje od izvora prema receptoru (putanja 1) Direktno zračenje od izvora primljeno od strane vodova električne mreže ili

signalnih/kontrolnih kablova priključenih na receptor, koje dolazi do receptora provođenjem (putanja 2)

Elektromagnetna interferencija zračenja mrežnih vodova, signalnih ili kontrolnih kablova izvora (putanja 3)

Elektromagnetna interferencija direktno provedena od izvora do prijemnika preko vodova električne mreže ili preko signalnih/kontrolnih kablova (put.4)

izvor receptor

12

3

3

4

Vod električne mreže

Elektromagnetna interferencija prenesena različitim mrežnim/signalnim/ kontrolnim kablovima povezanim na izvor, koja se može prenijeti u mrežne/ signalne/kontrolne kablove receptora, posebno kada su kablovi upleteni (takva interferencija dolazi do receptora vođenjem, čako i ako uobičajeni mrežni/signalni/kontrolni kablovi ne postoje).

Izvori elektromagnetnih uticaja (electromagnetic interference-EMI) su mnogobrojni, a ispoljavaju se konduktivnim, induktivnim, kapacitivnim putem i elekromagnetskim zračenjem.

Mnoge tehnike i tehnologije su razvijene da bi se kontrolirala elektromagnetska interferencija i postigla elektromagnetska kompatibilnost (EMC).

U većini praktičnih situacija, viši interes od samog pristupa je zahtjev za rješenje samo jednog problema elektromagnetske interferencije (EMI).

Kao mjera za smanjenje elektromagnetske interferencije koriste se različiti sistemi kao što su: uzemljenje uređaja i aparata, sistemi oklapanja kablova, uređaja i aparata i sistemi galvanskog povezivanja djelova uređaja i aparata.

Primarni mehanizmi kojima se elektromagnetna interferencija prenosi od izvora ka receptoru su radijacija (zračenje) i kondukcija (provođenje).

Ovako prenešena elektromagnetna interferencija sa jednog ili više izvora na receptor može ometati normalan ili zadovoljavajući rad receptora.

Receptor postaje žrtva kada je intenzitet elektromagnetne interferencije iznad nivoa tolerancije.

Da bi EMC bila preciznije definisana, uvedene su i druge IEEE definicije koje se često susreću:

Elektromagnetna susceptibilnost (osjetljivost)- nesposobnost uređaja, opreme ili sistema da radi bez pogoršanja u

prisustvu elektromagnetnog poremećaja (nedostatak otpornosti). Imunost (otpornost) na poremećaj- sposobnost uređaja, opreme ili sistema da radi bez pogoršanja u

prisustvu elektromagnetnog poremećaja.

Nivo elektromagnetne kompatibilnosti- specificirani maksimalni nivo elektromagnetnog poremećaja koji će biti

nametnut uređaju, opremi ili sistemu koji radi u određenim uslovima. Nivo imunosti- maksimalni nivo datog elektromagnetnog poremećaja koji se javlja na

određenom uređaju, opremi ili sistemu za koji je on sposoban da radi sa zadovoljavajućim performansama.

Granica imunosti- specificirani nivo imunosti. Margina imunosti- razlika između nivoa imunosti uređaja i nivoa elektromagnetne

kompatibilnosti. Margina elektromagnetne kompatibilnosti- odnos nivoa imunosti uređaja i referentnog nivoa poremećaja.

Izloženost EM smetnjama

EM smetnje dolaze sa raznih izvora. RF polje amplitude, koja može bit i veća od one dozvoljene standardima, generira mikrovalna pećnica, bežična lokalna mreža i druge mikrovalne komunikacije, pokretni vozilni odašiljači i radari

Munja ja također jedan od primjera EM smetnji. Električni udar može uzrokovati fizička oštećenja elektroničkih uređaja. Postoje organizacije koje prate aktivnost munja i objavljuju mape pokazujući na kojem području se munje najčešće pojavljuju, ali sve te metode pokazale su se nepouzdane

Primjer još nekih EM smetnji je slabljenje ili pad napajanja, te rast harmonika što uzrokuje izobličenje vala, a dovodi do pregrijavanja u kablovima, motorima ili transformatorima

Izloženost EM smetnjama

Svaki električni ili elektronički uređaj koji mijenja napon ili struju može biti izvor EMI.

Električni aparat za brijanje, mašina za pranje veša ili usisivač mogu npr. uzrokovati smetnje na TV prijemniku, ne samo direktno zračenjem, već i preko žica za napajanje

Slika 1.3. Smetnje aparata za brijanje i perilice za rublje na TV prijemnik

Izloženost EM smetnjama

Slike prikazuju različite situacije koje Slike prikazuju različite situacije koje uključuju različite razine odašiljačke snage. uključuju različite razine odašiljačke snage. Na slikama je prikazana udaljenost na kojoj Na slikama je prikazana udaljenost na kojoj se te razine postižese te razine postiže

Prva slika pokazuje kolika mora biti Prva slika pokazuje kolika mora biti najmanja udaljenost između računara i najmanja udaljenost između računara i mobilnog telefona tako da rad jednog mobilnog telefona tako da rad jednog uređaja ne smeta drugomeuređaja ne smeta drugome

Veliki električni sistemi čiji elementi Veliki električni sistemi čiji elementi podnose polje od 3 V/m, kao cjelina podnose polje od 3 V/m, kao cjelina podnose polje od samo 1 V/m. Za te podnose polje od samo 1 V/m. Za te sisteme udaljenost moramo povećati 3 sisteme udaljenost moramo povećati 3 putaputa

Slika 1.4 Nivo odašiljačke snage

Izvori elektromagnetnih smetnji - EMI

VJEŠTAČKI IZVORI

komun. izvori energetskisistemi vozila

mašine i oruđe

industrijski potrošači ESD

- radiodifuzija- radar

- walkie talkie- radio amateri-ELF/VLF nav.

- mobilni ur.- daljinski ur.- jonosfersko

raspršenje

-prijenosni generatori-pretvarači- pojačala- šum na

prijenosnoj liniji

automobili - paljenje

motora- mobilni uređaji

-kompresori - kružne pile - RF grijači-ultrazvučni

čistači- lemilice- dizalice

- dielektrični grijači

- klima uređaji- fluorescentna

svjetla- laseri

- neonski natpisi rendgen

- medicinski ur.

- mikrovalne peći- PC

- mikseri- usisavači

- fen- hladnjaci- aparati za brijaanje

PRIRODNI IZVORI

statički šum atmosfera solarni šum munja svemirski radio šum

Interferencija ovisno o načinu spajanja

Poznavanje načina kako je izvor emisije spojen sa žrtvom je vrlo bitno, jer reduciranje faktora spajanja često je jedini put da se reduciraju interferencijski efekti.

Načini spajanja: konduktivni, induktivni, kapacitivni i EM zračenje

Slika 1.5. Putevi interferencije između dva dijela opreme

Izvori EMI prema vremenu trajanja

Izvori kontinuiranih EMI (kontinuirani spektar šuma)

Izvori tranzijentnih EMI (sastoji se od odvojenih impulsa

- radiodifuzija- snažni radari

- šum električnih mašina- fiksne i mobilne komunikacije

- računari, printeri- pojačala

- solarni i svemirski radio šum

- munja- nuklearni elektromagnetni impuls

- iskrenje dalekovoda- releji i sklopke

- lemilice- ljudsko i elektrostatičko pražnjenje

- el. luk kod željeznice

najbolje analizirati u frekventnoj domeni

najbolje analizirati u vremenskoj domeni

Prijemnici mogu biti: Željeni prijemnici: radio i TV prijemnici, mobilni telefoni, navigacija,

radarski prijemnici, mikrotalasni releji itd. Neželjeni prijemnici: avionski uređaji, vojni sistemi, navođene rakete,

računarska oprema, medicinski uređaji, eksploziv, itd.

Problem sa EMI postoji samo kad je izvor smetnje u mogućnosti razmjenjivati elektromagnetnu energiju sa prijemnikom (žrtvom). Pri tome sprega se može ostvariti bilo kojim putem, bilo zračenjem ili vođenjem. Općenito, što je veća brzina promjene napona ili struje, smetnje su u širem spektru. Što je veći nivo napona ili struje, to će biti i veći nivo zračene (radiated) ili vođene (conducted) smetnje. Prema tome, električne mašine koje stvaraju visoke napone i struje s brzim porastom predstavljaju primjere snažnih izvora EMI.Izvori EMI se također mogu podijeliti prema kontinuiranim i tranzijentnim. Primjer kontinuiranog izvora je RF grijalica gdje je signal neprekinut, ali također i impulsni sistem kao radar i zračenje iz digitalnih računala koji imaju širok, ali stabilan RF spektar su izvori kontinuiranih smetnji. Zračenje iz tih izvora se može najbolje analizirati mjerenjem spektra pomoću analizatora spektra.Primjer tranzijentnog zračenja uključuje munje, nuklearni elektromagnetni impuls, itd. Oni se odlikuju jednostrukim ili nepravilnim pojavljivanjem u nepravilno vrijeme. Često su ti signali kratki i imaju veliku širinu frekventnog opsega. Kontinuirani se signali mogu mnogo lakše izmjeriti, snimiti i analizirati u vremenskoj domeni. Tek je u posljednje vrijeme pojava širokopojasnih digitizatora talasnog oblika za posmatranje tranzijentnih pojava s brzim algoritimima za transformaciju omogućila posmatranje spektra brzih tranzijenata.

Slika 1.6. Primjeri EMC-a

Problemi kojima se bavi EMC

EMC električne i elektroničke opreme

Elektromagnetne pojave za koje možemo očekivati da će ometati kontrolne sisteme su:

1. Prekidi u napajanju, iskrivljenost, valovitost i kolebanje napona,2. Trenutni visoki naponi na napajanju, signalu i kontrolnim linijama –

tranzijenti,3. RF polja pulsirajuća i spregnuta direktno u opremi ili na njenim

spojnim kablovima,4. Elektrostatičko pražnjenje (ESD – electrostatic discharge) sa

naelektrisanih objekata ili osoba,5. Niskofrekventna magnetna ili električna polja.

•Prihvatljiv nivo smetnje u kanalu ("sigurnosni faktor") je određen sa oblikom i karakteristikama željenog signala i sa prirodom smetnje.

•Emitovanoj smetnji opada snaga sa udaljavanjem od izvora. Snaga zračenje polja u slobodnom prostoru smanjuje se obrnuto proporcionalno sa porastom udaljenosti

EMC električne i elektroničke opreme

Ostala EMC pitanja:

1.problem elektro-eksplozivnih uređaja (EED – Electro-Explosive Devices),

2.sigurnost prenosa povjerljivih podataka.

Pojam EMC-a ima dva komplementarna aspekta:

1.mogućnost električnih i elektroničkih sistema da funkcionišu bez interferencije sa ostalim sistemima,

2.mogućnost takvih uređaja da funkcionišu u specificiranom elektromagnetnom okruženju.

Uticaji EMI

Od nastanka života na Zemlji do dvadesetog vijeka, slaba, prirodna niskofrekventna i visokofrekventna električna i magnetna polja, pored zemljinog statičkog magnetnog polja, sačinjavala su zemaljski elektromagnetni ambijent. Ova prirodna polja potiču iz dva izvora: Sunca i atmosferskih pražnjenja.

Međutim, od početka dvadesetog vijeka naša okolina sadrži različite oblike polja, kako prirodno nastalih tako i onih koje je, svojom tehnikom, proizveo čovjek.

Elektromagnetna energija se koristi na različite načine, iako još njena suština nije u potpunosti poznata. Mnogi izumi sa kraja dvadesetog vijeka, od svakodnevnih kućnih i kancelarijskih uređaja do mobilnih telefona, su toliko važni i toliko olakšavaju stil života da se često postavlja pitanje kako je čovjek mogao da živi bez njih. Ovi izumi su postali integralni dio modernog života.

Uticaji EMI na čovjeka

Posljednjih godina sve više se učvršćuje mišljenje da EM polja proizvedena na različite načine, od energetskih vodova do mobilnih telefona, izazivaju različita oboljenja, uključujući rak. Po tom pitanju, zbog nedovoljnog znanja, još uvijek nema jedinstvenog stava. Bolji uvid u realnu situaciju ukazuje da ne treba ignorisati potencijalne opasnosti po zdravlje, od EM polja. Primijećeni su uticaji i od polja veoma male jačine, što nije lako objasniti. Ovi uticaji se mogu svrstati u različite kategorije, u zavisnosti od osobina i funkcija.

Tokom niza godina, izvedeno je mnogo značajnih istraživanja o ovim efektima. Istraživači sada pokušavaju da identifikuju pomenute uticaje koji mogu ugroziti zdravlje ljudi. Ovi uticaji se moraju pažljivo izučiti i to ima primarni značaj u zaštiti ljudi.

Međutim, ove uticaje nije lako ispitati, pošto danas imamo jako veliki broj ljudi koji je izložen malim količinama zračenja. U prošlosti se lakše mogao utvrditi uticaj na zdravlje pošto je mali broj ljudi bio izložen velikim količinama zračenja.

Zračenje generalno dijelimo na jonizirajuće i nejonizirajuće

Jonizirajuće zračenje ima dovoljno veliku energiju za izdvajanje elektrona iz molekula, pa ovo zračenje izaziva promjenu na organima, tkivima ili u samoj DNK.

Kao primjer mogu se navesti X i zraci koji spadaju u ovo zračenje.

U nejonizirajuće zračenje se ubraja radiofrekventno i mikrotalasno zračenje. Efekti ovih zračenja se obično dijele na termalne i netermalne.

Termalni efekti su posljedica apsorpcije energije koja se dobija vibracijom molekula i jona, a ova količina energije raste s povećanjem količine vode.

Glavni netermalni efekat je međudjelovanje molekula iz tkiva sa elektromagnetnim poljem, tj. molekule se orjentišu u smjeru polja.

Zbog toga su vršena istraživanja koja su obuhvatala:

Uticaj na ćeliju, tkivo ili organe Uticaj na životinje Epidemiološka istraživanja

Što se tiče termalnih efekata, pokazano je da radiofrekventno zračenje nema izražen toplinski efekat kao mikrotalasno zračenje (princip mikrovalne peći). Razlog tome je to što je RF polje prebrzo pa se molekule vode ne stignu preusmjeriti u smjeru polja.

Za netermalne efekte postoji nekoliko studija čiji su rezultati nekonzistentni, tako da se može reći da nema pravih dokaza o uticajima netermalnih efekata.

Za kvantativno opisivanje uticaja zračenja na čovjeka uvedena su dva parametra:

SAR (koeficijent specifične apsorpcije, tj. apsorbirana snaga po masi tijela)

MPE (maksimalna izloženost).Tabela 1. Pregled standarda

ICNIRP4/19988

CENELECENV 50166-2: 19958

ANSI/IEEEC95.1-19917

Područije primjene Međunarodni Europa SAD

Frekventni opseg 100 kHz – 10 GHz 100 kHz – 6 GHz

Prosječan SAR (tijelo) 0.08 W/kg 0.08 W/kg 0.08 W/kg

Lokalni SAR i prosječna masa

2 W/kg100g (tkivo)

2 W/kg10g (kocka)

1.6 W/kg1g (kocka)

Prema tim standardima, za frekvencije od 300 MHz – 15 GHz, dozvoljene granice su MPE < f/1500 [mWcm], SAR < 1.6 mW/g (lokalno) i SAR < 0.08 mW/g u organizmu tokom 30 minuta. Treba naglasiti da je ove granice teško dostići pri normalnom telefoniranju.

Pošto je jačinu polja nemoguće mjeriti unutar tijela, samim time ne možemo ni izmjeriti vrijednost SAR u glavi. Zbog toga se koriste numeričke metode koje na modelima računaju te vrijednosti.

Slika 1.7. Modeli glave potrebni za proračun SAR-a

Iz tih simulacija se došlo do zaključaka da glava, odnosno ruka imaju promjenjivu impedanciju pa ne mogu služiti kao reflektor zračenju, te zbog toga smetaju efikasnom zračenju.

Međutim vrlo je teško standardizirati vrijednosti SAR pošto može doći do velikih odstupanja od standarda usljed različitog položaja, usmjerenosti antene, veličine izvora ili vrste antene. U tabeli 1 dat je pregled nekih standarda.

Slika Uticaj glave i ruke na zračenje

Emisija i osjetljivost opreme

Emisija

1. Emisija zračenja iz sistema

2. Emisija provođenja (na površini opreme i kablovima)

Osjetljivost (susceptibilnost)

1. Zračenje RF polja

2. Prelazne pojave u provodnicima – tranzijenti

3. Elektrostatičko pražnjenje (ESD)

4. Magnetna polja

5. Poremećaji u napajanju

Vrste zaštite od EMI

EMC kontrolne mjere se moraju primjeniti na 3 nivoa:

1. primarnom (raspored el. komponenti i uzemljenje),

2. sekundarnom (raspored interfejsa i filtriranje) i

3. tercijalnom (oklapanje).

Slika 1.8. EMC kontrolne mjere

Načini štićenja– raspored el. komponenti

Dobro dizajniran raspored može poboljšati imunitet opreme i zaštitu protiv emisije. Najvažniji principi su:

1. Podjela sistema da se omogući kontrola interferencijskih struja.2. Razmotriti uzemljenje kao smjer toka struja, i interferencijskih u opremu i provedenih iz opreme; to

znaći pažljivo postavljanje tačke uzemljenja i minimiziranje impedanse uzemljenja.3. Minimizirati emisiju zračenja i osjetljivost strujnih petlji pažljivim rasporedom velikih di/dt površina

petlje.

Slika 1.9. Loše dizajniran sistem Slika 1.10 Dobro dizajniran sistem

Uzemljavanje

Uzemljavanje je tehnika koja pruža putanju male otpornosti između električne ili elektroničke opreme i zemlje ili zajedničke referentne niskoimpedantne površine za provođenje struja kvara ili EMI signala.

Dok za sigurnosno uzemljavanje postoje standardne metode , EMI/EMC uzemljavanje zahtjeva bolje razumjevanje problema zbog postojanja velikog broja električnih parametara.

Svrha EMC uzemljavanja je: ostvarenje sigurnosnih putanja za signale, snagu i napajanje koje su

potrebne za efikasan rad bez uvođenja prekomjernih smetnji u zajedničke vodove,

da se omogući putanja koja će odvesti energiju smetnji koja postoji na vanjskim provodnicim, ili je prisutna u okolini, od osjetljivih kola.

Vrste uzemljenja

Uzemljenje može biti: Uzemljenje u jednoj tački – pogodno za niske frekvencije Uzemljenje u više tačaka – pogodno za visoke frekvencije Hibridno uzemljenje Plutajuće uzemljenje

Slika 1.11. Uzemljenje Slika 1.12. Uzemljenje

Oklapanje

Elektromagnetno oklapanje je tehnika koja smanjuje ili spriječava unošenje zračene elektromagnetne energije u opremu.

Kod oklapanja, najveću ulogu imaju dva osnovna mehanizma: gubici refleksije i gubici apsorpcije.

Slika 1.13. Oklapanje

Oklapanje Apsorpcija: Gubici apsorpcije rastu s porastom frekvencije elektromagnetnog

talasa, povećanjem debljine barijere i povećanjem permeabilnosti i vodljivosti barijere.

Refleksija: Kao generalno pravilo, iznad 10 kHz, gubici refleksije rastu s porastom vodljivosti i sa smanjenjem permeabilnosti.

Refleksija E polja: Povećava se sa smanjenjem frekvencije i smanjenjem udaljenosti između izvora i oklopa.

Refleksija H polja: Povećava se s povećanjem frekvencije i povećanjem udaljenosti između izvora i oklopa.

Magnetno oklapanje primarno zavisi od gubitaka apsorpcije pa su feromagnetni materijali pravi izbor (veliko ).

Za E polje, refleksija od niskoimpedantnih metalnih zidova se povećava zajedno sa gubicima apsorpcije, te su materijali koji imaju dobru provodnost pogodni za oklapanje.

Električno povezivanje

Električno povezivanje je relativno nova tehnika za postizanje EMC.

Električno povezivanje je proces u kome se komponente ili moduli uređaja, opreme ili sistema električni vezuju pomoću niskoimpedantnih provodnika, tako da mehaničke i električne osobine strujnih putanja određuju članovi koji su povezani, a ne spojevi.

Povezivanje se može vršiti različitim metodama:

Povezivanje se ostvaruje spajanjem dva metalna dijela ili površine kroz proces zavarivanja ili lemljenja.

Vezivanje između metalnih površina se ostvaruje preko zavrtanja ili direktnim kontaktom metal na metal.

Vezivanje se ostvaruje premoštavanjem dvije metalne površine pomoću trake za vezivanje.

Načini štićenja – mikroprocesorski čuvar

Način da se osigura pouzdanost mikroprocesorskih uređaja jest da se prihvati mogućnost da će nekada doći do kvara i da se osigura način da se tok programa automatski obnovi

To je funkcija mikroprocesorskog čuvara i savremeniji mikroprocesori koji se mogu naći na tržištu uključuju ugrađene uređaje-čuvare mikroprocesora.

Kao rezultat djelovanja iznenadnog poremećaja mikroprocesor počinje interpretirati podatke ili praznu memoriju kao validnu instrukciju. To omogućava procesoru da uđe u beskrajnu petlju, ili da ne radi ništa ili da radi nekoliko besmislenih ili u najgorem slučaju, opasnih instrukcija.

Čuvar je zapravo timer (brojač) čiji je izlaz povezan sa ulazom u RESET. Ako timer ne primi impuls iz izlaza u periodu većem od perioda stajanja (timeout period), vrijednost njegovog izlaza padne i primora mikroprocesor u reset.

Načini štićenja – mikroprocesorski čuvar

Slika 1.14. Operacije mikroprocesorskog čuvara

Interfejsi

Najvažniji izvor radijacije iz sistema su vanjski kablovi. Kablovi i konektori, koji predstavljaju interfejse između uređaja moraju biti pažljivo

specificirani.Dobro planirane instalacije drže razmak od najmanje 125 mm između napojnih i

signalnih kablova i 300 mm od kablova koji nose napajanje za flourescentnu i lučnu rasvjetu.

Slika 1.15. Klasifikacija kablova

Filtriranje Nemoguće je potpuno eliminisati šum koji se stvara izvan ili u opremi duž

spojnih vodova. Svrha filtriranja je smanjiti takav šum do nivoa određenog datom specifikacijom (za emitovani šum) ili do nivoa koji ne uzrokuje kvarove u sistemu (za primjeni šum).

Slika 1.16.. Konfiguracije filtera ovisno od impedanse

Filtriranje

Efikasnost filtera ovisi od impedanse na obje strane filterske mreže.

Jednostavna zavojnica koju koristimo kao filter će dati vrlo dobre rezultate (slabljenje veće od 40 dB) u kolima niske impedanse, ali je beskorisna u kolima visoke impedanse.

Jednostavan kondezator koji koristimo kao filter će dati vrlo dobre rezultate u kolima visoke impedanse, ali je beskoristan u kolima niske impedanse.

Višekomponentni filteri će dati dobre rezultate ako su dobro dizajnirani, gdje će se kondezator suočiti sa visokim impedansama, a zavojnica sa niskim.

Komponente filtera, kao i sve ostalo nisu savršene. Zavojnice imaju određeni iznos kapacitivnosti, a kondezatori imaju određeni iznos induktivnosti. Ovo komplicira ekvivalentna kola na visokim frekvencijama i znaći da će tipični filter početi gubiti na performansama iznad 10 MHz.

Mjerenje EMI Dva osnovna mjerenja za EMC: Mjerenje emitovanog zračenja od strane opreme, aparta ili

instrumenta Mjerenje susceptibilnosti (osjetljivosti) opreme, aparata ili

instrumenta na zračenje

Sl.1.17. Princip mjerenja emitovanog zračenja Sl.1.18. Princip mjerenja osjetljivosti na zračenje

Pri mjerenju emitovanog zračenja od strane opreme, aparta ili instrumenta, oprema koja se testira (Equipment Under Test – EUT) je uključena, a prijemnik se skenira u određenom frekventnom opsegu kako bi se mjerila elektromagnetna emisija od strane EUT i odredilo podudaranje ovih podataka sa onim navedenim u specifikacijama.

U postavci mjerenja osjetljivosti na zračenje, EUT se postavlja u EM polje koje se stvara uz pomoć odgovorajuće antene koja zrači.

Intenzitet EM polja se mijenja mijenjanjem snage koju anteni dostavlja odašiljačko pojačalo (signal generator). Određeni faktori koji opisuju performanse EUT (ili komponente koja se testira) se posmatraju pri različitim jačinama elektromagnetnog polja i provjerava se da li te performanse zadovoljavaju pri tim nivoima polja.

Regulatorni okvir Sve zemlje nameću standarde i obaveze proizvođačima dobara u interesu

kvaliteta, sigurnosti, zaštite potrošača itd.

Zbog razlike u tim procedurama i zahtjevima to je stvaralo tehničke barijere u trgovini, te tako dijelilo Europsko tržište i povećavalo troškove jer su proizvođači morali modifikovati svoje proizvode za različita tržišta.

Mnogo godina EU se trudila da otkloni te barijere predlagajući direktive koje daju detaljne zahtjeve koje proizvodi moraju zadovoljiti do trenutka kada se mogu slobodno koristiti u svim članicama EU-a.

1985. godine Vijeće ministara je usvojilo rezoluciju poznatu kao: "Novi pristup tehničkoj harmonizaciji i standardima".

Po tom "Novom pristupu" Direktive su ograničene na postavljanje osnovnih zahtjeva koje oprema treba da zadovolji prije nego što se proizvodi mogu prodavati u cijeloj EU.

Zahtjevi EMC Direktiva

EMC Direktive, 89/336/EEC, su usvojene 1989. godine, a stupile su na snagu 1.1.1992.

Sledeće izmjenjene Direktive, 92/31/EEC, produžile su originalni prelazni period do 31.12.1995.

EMC Direktive se primjenjuju na opremu koja može da uzrokuje EM poremećaje ili koja je sama podložna takvim poremećajima. Pod uređajima se smatraju svi električni i elektronički uređaji, oprema i instalacije. Zapravo, sve što ima el. napajanje je obuhvačeno, bezobzira da li je napojni izvor linijsko napajanje, baterija ili neki specijalni izvor.

EM poremećaj je svaka EM pojava koja može degradirati performanse, bez obzira na frekvenciju ili način interferencije i obuhvata:

emisiju zračenja ili kondukovanu emisiju, imunitet od EM polja, poremećaje u napajanju, prelazne poremećaje, elektrostatičko pražnjenje i udare gromova.

Osnovni zahtjevi Direktiva (član 4) su da oprema mora biti konstruisana tako da:

1. EM poremećaji, koje generira takva oprema, ne smiju dostići nivo koji ometa telekomunikacijskoj opremi da radi

2. Uređaji moraju imati adekvatan nivo unutrašnjeg imuniteta od EM poremećaja da bi mogli raditi

Proizvođači ili njihovi ovlašteni zastupnici zaduženi su da atestiraju svoju opremu, tj. da utvrde da li je u skladu sa zahtjevima EMC Direktiva.

Ovo traži dvije stvari:1. da izdaju izjavu o sukladnosti (declaration of conformity) koja mora

biti dostupna vlastima 10 godina od postavljanja opreme na tržište2. da postave CE oznaku na opremu, pakovanje, uputstvo ili na

garantni list

Regulatorni okvir

Izdana je posebna Direktiva (EEC 1993) koja se brine o postavljanju i korištenju CE oznake. Oznaka se sastoji od slova CE, najmanje 5 mm visine i mora biti postavljena na vidljivo mjesto.

Postavljanje ove oznake označava da je oprema u skladu sa EMC Direktivama.

Slika 1.19. CE oznaka

Poštovanje EMC Direktiva

Postupak koji slijedi većina proizvođača je samo-certifikacija sa harmonizovanim standardima.

Harmonizovani standardi su oni CENELEC ili ETSI standardi koji su objavljeni u Službenom glasniku Europske Unije. U Velikoj Britaniji oni su izdani sa dvojnim numerisanjem: BS i EN standardi.

Potencijalna prednost certificiranja, sa pozicije proizvođača, je da nema zahtjeva za obavezno testiranje u nezavisnim kućama za testiranje. Jedini zahtjev je da proizvođač napravi deklaraciju o pogodnosti (declaration of conformity) koja pokazuju koje standarde oprema poštuje.

Proizvođač sam može odlučiti da tu opremu testira u svojoj laboratoriji, ili ako je ne posjeduje, onda u nezavisnoj laboratoriji za testiranje.

Poštovanje EMC Direktiva

Drugi dostupan način da se postigne saglasnost sa standardima je da proizvođač ili uvoznik napravi file sa tehničkom konstrukcijom (technical construction file - TCF).

File se drži dostupan relevantnim kompetentnim vlastima od trenutka kada se uređaj postavi na tržište do 10 godina poslije vremena kada i zadnji takav uređaj izađe na tržište.

TCF treba da opisuje uređaj, postavi procedure koje su korištene da se osigura usklađenost sa zaštitnim zahtjevima EMC Direktiva, i treba da sadrži tehnički izvještaj ili certifikat dobijen od kompetentnog tijela (ovlaštenog od državnih vlasti).

Standardi povezani sa EMC Direktivama

Najbolji metod usklađivanja sa EMC Direktivama je poštovanje zahtjeva EMC standarda za određene grupe proizvoda.

Njih je odredio CENELEC a njihovi brojevi su objavljeni Službenom glasniku EU-a.

Tabela 2.a. pokazuje standarde koji se mogu primjeniti u instrumentacijskom sektoru.

Ipak, postoje mnogi industrijski sektori za koje nisu razvijeni specijalni standardi, osobito za imunitet. U želji da se popuni ova praznina CENELEC je dao visoki prioritet razvoju generičkih standarda.

Ti standardi nisu povezani sa bilo kojim posebnim proizvodom ili grupom proizvoda, a namjera im je da predstave osnovne zahtjeve Direktiva. Podijeljeni su u dvije grupe standarda, one za emisiju i one za imunitet.

Tabela 2a. Važniji standardi u instrumentacijskom sektoru - emisija

Tabela 2b. Važniji standardi u instrumentacijskom sektoru - imunitet