Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

EMC v technické praxi VI: Základní měřicí metody

číslo 11/2006

EMC v technické praxi VI: Základní měřicí metody

Jaroslav Žáček, Karel Künzel

Šestá, závěrečná část seriálu o elektromagnetické kompatibilitě (EMC) je věnována přehledu používaných i připravovaných zkoušek určených k ověřování odolnosti zařízení proti elektromagnetickému rušení a dodržení emisních mezí. Jsou zde uvedeny základní normy specifikující metodiku zkoušek a vybavení zkušebních pracovišť. Dále jsou zmíněny některé problémy spojené se zkouškami. Kromě typových zkoušek samostatných přístrojů je pozornost věnována i zkouškám pevných instalací prováděných na místě, kde jsou zabudovány.

1. Úvod

V předchozích článcích seriálu byla mnohokrát zmíněna nezbytnost ověřovat odolnost zařízení proti elektromagnetickému rušení a měřit emise rušivých signálů. Taková měření se nejčastěji provádějí podle standardizovaných postupů uvedených v příslušných normách věnovaných EMC, a to zpravidla v rámci typových zkoušek při uvádění nového výrobku na trh. Problém bývá se sestavením souboru zkoušek potřebných pro ověření shody daného výrobku. Jestliže existuje norma určená přímo pro daný typ výrobku (výrobková norma), tyto starosti odpadají. Jinak je třeba použít standardní soubor zkoušek předepsaných v kmenových normách.

Sortiment zkoušek popsaných základními normami neobsahuje pouze zkoušky předepisované v současné době, ale jsou připraveny i zkoušky další, které lze využívat v případě přísnějších požadavků. Tak jak se požadavky v oblasti EMC vyvíjejí a zpravidla zpřísňují, objevují se tyto zkoušky v nových výrobkových normách mezi předepsanými zkouškami. Svou úlohu také hraje lepší vybavení zkušebních laboratoří a lepší povědomí o problematice EMC mezi odbornou veřejností.

Specifická je oblast pevných elektroinstalací, u nichž je nemyslitelné zkoušení ve zkušebně; případné měření je nutné provádět na místě jejich použití. Měření neslouží ke stanovení shody, ale vykonává se při analýze stížnosti na rušivé účinky pevné instalace, přičemž cílem je stanovit v ní místa a zdroje rušení.

Z uvedených důvodů je závěrečná část seriálu věnována zkouškám v oboru EMC.

2. Přehled zkoušek

V textu příspěvku je průběžně odkazováno na souhrnnou tabulku obsahující přehled všech zkoušek EMC popsaných v normách se základním přirozeným členěním na zkoušky odolnosti a zkoušky emisí a dále na zkoušky obecně předepisované (tj. kmenovými a výrobkovými normami) a zkoušky obecně nepředepisované, vyskytující se pouze v některých výrobkových normách, popř. zkoušky připravené a v žádných výrobkových ani kmenových normách dosud nepožadované (tab. 1).

Pro každou zkoušku ověřující odolnost nebo emisi příslušného rušivého jevu jsou v tab. 1 přehledově uvedena místa, v nichž se provádí vlastní měření nebo do nichž se zavádí zkušební rušivý signál. Dále je uvedena norma popisující metodiku zkoušky. Pro zkoušky odolnosti jsou to výhradně základní normy třídy ČSN EN (IEC) 61000-4. Tato systematika není ze strany IEC a CENELEC dodržena při zkouškách emisí, takže roli základních norem zde zastávají vybrané výrobkové normy.

Informace důležité z hlediska použití příslušné normy (zkoušky) jsou v tab. 1 uvedeny ve sloupci Poznámka.

3. Zkoušení odolnosti

3.1 Funkční kritéria
U zkoušek odolnosti je sledována funkce zařízení po dobu zkoušky i po jejím ukončení. Pro jednotlivé zkoušky jsou předepsána funkční kritéria. Nejpřísnější funkční kritérium A předepisuje během zkoušky i po jejím skončení nepřetržitou činnost v úrovni stanovené výrobcem. Funkční kritérium B připouští zhoršení činnosti zařízení během zkoušky, přičemž není přípustná změna provozního stavu nebo ztráta dat v paměti. Funkční kritérium C připouští dočasnou ztrátu funkce vlivem zkoušky za předpokladu, že funkce je samoobnovitelná nebo může být obnovena řízením – viz též [5].

3.2 Krátkodobé poklesy napětí
Zkouška vlivu krátkodobých poklesů je předepsána pro ověření odolnosti zařízení se vstupním fázovým proudem do 16 A připojených na rozvodnou síť nízkého napětí. Ověřuje se odolnost proti skokovým změnám napájecího napětí s definovaným poklesem napětí a dobou trvání poklesu. Změna nastává při průchodu napětí nulou. Například pro obytné prostředí jsou kmenovou normou určeny zkoušky s poklesy na 70 % jmenovitého napětí po dobu půlperiody, popř. na 40 % a pět period. Zařízení přitom musí vyhovět funkčním kritériím B, popř. C. U třífázových systémů se realizuje pokles v každé fázi zvlášť.

V základní normě je popsána také zkouška s definovaným pomalým přechodem mezi jmenovitým a sníženým napětím. Tato zkouška vyžaduje elektronický zkušební zdroj napětí a zatím ji žádná kmenová ani výrobková norma nepředepisuje.

3.3 Krátké přerušení napětí
Zkouška odolnosti proti krátkému přerušení napětí je definována ve stejné základní normě jako v případě ad 3.2 a týká se stejných zařízení. Zkouška předepisuje přerušení napětí opět se skokovou změnou, a to při průchodu napětí nulou. Za příklad uveďme parametry zkoušky v kmenové normě pro obytné prostředí, kdy je realizován výpadek napětí po dobu 250 period s funkčním kritériem C. Průmyslové prostředí navíc vyžaduje zkoušku výpadkem po dobu jedné periody s funkčním kritériem B. U třífázových systémů se krátké přerušení realizuje ve všech třech fázích současně.

3.4 Rázový impuls (surge)
Při zkoušce odolnosti proti rázovému impulsu se simuluje atmosférické přepětí. Rázový impuls se přivádí na napájecí (stejnosměrné i střídavé) svorky a pro zařízení do průmyslového prostředí i na datové svorky připojované ke kabelům, jejichž délka může přesáhnout 30 m. Zkušební generátor produkuje napěťovou vlnu 1,2/50 µs (náběžná doba/doba do poklesu napětí na polovinu maximální hodnoty). Amplituda rázového impulsu (napětí naprázdno) je stanovena podle zkoušeného vstupu nebo výstupu, typu prostředí a symetrického (vodič – vodič) nebo nesymetrického (vodič – zem) připojení. Napětí rázového impulsu se superponuje k pracovnímu napětí pomocí oddělovacích a vazebních obvodů tak, aby se rázový impuls nešířil do napájecího systému, a dále tak, aby se pracovním napětím nezatěžoval zkušební generátor. Vnitřní impedance generátoru je stanovena tak, aby se napěťový impuls ve stavu naprázdno změnil na proudový impuls ve stavu nakrátko s tvarem 8/20 µs. Požadována je odolnost podle funkčního kritéria B. Uspořádání je na obr. 1. Použitá zkratka EUT (Equipment Under Test) představuje v normách časté obecné označení zkoušeného zařízení.

Obr. 1.

Obr. 1. Připojení generátoru zkušebního signálu ke zkoušenému zařízení

3.5 Rychlé elektrické přechodné jevy/skupiny impulsů (burst)
Zkouška ověřuje odolnost zařízení proti rušení vyvolanému spínacími přechodnými jevy. Zkušební signál tvoří skupiny velmi strmých napěťových vln 5/50 ns vysílaných s kmitočtem 5 kHz po dobu 15 ms, přičemž se tyto skupiny opakují s periodou 300 ms. Zkušební signál se přivádí na napájecí svorky prostřednictvím oddělovací a vazební sítě podobné jako na obr. 1, ovšem zde pouze jako nesymetrické rušení (vodič – zem). Na datové vstupy a výstupy se zkušební signál přivádí nepřímou kapacitní vazbou s použitím tzv. kapacitních vazebních kleští. Zkušební úroveň, tj. amplituda napěťových impulsů, je stanovena podle zkoušeného vstupu nebo výstupu a typu prostředí, pro které je zkoušené zařízení určeno. Požadována je odolnost podle funkčního kritéria B.

3.6 Vysokofrekvenční rušení po vedení
Zkouškou odolnosti proti vysokofrekvenčnímu (vf) rušení po vedení se simuluje rušení přicházející do zkoušeného zařízení po napájecích i datových kabelech jako nesymetrické napětí (vodiče společně proti zemi), indukované do těchto vodičů elektromagnetickým polem z vf vysílačů. Zkušebním signálem je vf napětí v rozsahu kmitočtů od 150 kHz do 80 MHz s efektivní hodnotou 3 V pro zařízení určené do obytného prostředí a 10 V pro zařízení do průmyslového prostředí. Tento vf signál je amplitudově modulován sinusovou vlnou 1 kHz s amplitudou 80 % nosné. Zkušební signál se na vstupní nebo výstupní vodiče přivádí buď prostřednictvím oddělovací a vazební sítě, nebo indukční vazbou tzv. proudovými kleštěmi – jakýsi vf proudový transformátor, jehož primární obvod je napájen ze zkušebního generátoru a sekundární obvod je tvořen napájecími nebo datovými kabely připojenými ke zkoušenému zařízení. V průběhu zkoušky se kmitočet zkušebního signálu pomalu mění v celém předepsaném rozsahu kmitočtů s maximální rychlostí 0,0015 dekády za sekundu. Přitom se sleduje funkce zkoušeného zařízení, od něhož se vyžaduje odolnost podle funkčního kritéria A.

3.7 Elektrostatický výboj (ESD)
Zkouška ověřující odolnost zařízení proti výbojům elektrostatické elektřiny způsobeným obsluhou buď přímo na zařízení nebo na blízké objekty se dělá výbojem nabitého kondenzátoru zkušebního generátoru jednak do míst a povrchů zkoušeného zařízení, která jsou přístupná obsluze při běžném používání, jednak do vazební desky umístěné v jeho bezprostřední blízkosti. Výboj může být uskutečněn jako kontaktní (přímým dotykem zkušebního hrotu se zkoušeným povrchem) nebo jako vzduchový (přeskokem jiskry při přiblížení zkušebního hrotu ke zkoušenému povrchu). Zkušebním signálem je stejnosměrné napětí zkušebního hrotu proti referenční zemní rovině způsobující při výboji proudovou vlnu přibližně 1/50 ns. Nabíjecí napětí je pro kontaktní výboj 4 kV, pro vzduchový výboj 8 kV. Zkouší se opakovanými výboji obou polarit a přitom se sleduje funkce zkoušeného zařízení, které by mělo vyhovět podle funkčního kritéria B.

3.8 Vysokofrekvenční elektromagnetické pole
Měření v ideálním případě probíhá ve stíněné bezodrazové komoře, kde je vhodnou anténou generována vlna odpovídající vzdálenému elektromagnetickému poli s intenzitou 3 V/m pro zařízení určené do obytného prostředí a 10 V/m pro zařízení do průmyslového prostředí. Obdobně jako u zkoušky proti rušení šířenému po vedení je generovaný vf signál amplitudově modulován sinusovou vlnou 1 kHz s amplitudou 80 % nosné. Rušivý signál je pomalu měněn v kmitočtovém rozsahu 80 až 1 000 MHz s maximální rychlostí 0,0015 dekády za sekundu. Při hodnocení zkoušky se vyžaduje funkční kritérium A. Vzhledem k náročnosti vybavení zkušebního pracoviště lze při splnění nutných podmínek využít náhradní zkušební stanoviště, jako např. poloodrazovou komoru, buňku s příčným elektromagnetickým polem (transverse electromagnetic cell – TEM buňka), venkovní stanoviště apod.

3.9 Magnetické pole síťového kmitočtu
Zkouška ověřující vliv magnetického pole blízkých vodičů protékaných proudem síťového kmitočtu má smysl pouze pro zařízení na takové pole citlivá. Mezi ně patří především zobrazovače s katodovou trubicí. Základem měřicího stanoviště je kalibrovaná cívka se známým vztahem mezi protékajícím proudem a intenzitou magnetického pole v určeném místě. Do této cívky je vloženo zkoušené zařízení postupně ve třech na sebe kolmých směrech. Při předepsané intenzitě magnetického pole 3 A/m pro obytné prostředí a 30 A/m pro průmyslové prostředí je sledována odolnost podle kritéria A, přičemž u zobrazovačů je sledováno chvění obrazu.

3.10 Krátkodobé poklesy, přerušení a pomalé změny stejnosměrného napájení
První ze zkoušek uvedených v nadpisu tohoto příspěvku, dosud obecně nepředepisovaných, se týká odolnosti proti poruchám stejnosměrného napájení. Zkouška se skládá ze skokových poklesů napětí na danou úroveň, včetně úplných výpadků po stanovenou dobu – obdobně jako u poruch střídavého napájení. Doba poruchy je zde stanovena v sekundách. Výpadek napájecího napětí je definován pro velkou i malou impedanci zdroje, a to i po dobu poruchy. Další uvedená zkouška bere v potaz pomalé změny napětí, a to jak poklesy, tak nárůst nad jmenovitou hodnotu. Základní norma definuje vlastní zkoušku, ale nestanovuje, podle kterého funkčního kritéria bude odolnost posuzována. To pro konkrétní výrobek nebo skupinu výrobků stanoví až výrobková norma.

3.11 Zvlnění stejnosměrného napájení
Zvlnění napájecího napětí se vedle napájení z elektronických zdrojů stejnosměrného napětí také týká napájení z akumulátorů, které mohou být během provozu dobíjeny. Tvar zvlnění odpovídá usměrňovači s nedokonale filtrovaným napětím (sinusově lineární tvar vlny). Maximální zvlnění je dáno rozdílem maximální a minimální hodnoty, udávaným v procentech jmenovitého napájecího napětí. Funkční kritérium opět stanoví výrobková norma, která tuto zkoušku bude předepisovat.

3.12 Kolísání napětí
Odolnost proti kolísání napětí se zkouší u zařízení se vstupním fázovým proudem do 16 A připojovaného na střídavé napájení ovlivněné spínáním velkých zátěží nebo regulací odbočkovými transformátory v distribuční síti tak, že vznikají změny napájecího napětí řádově v procentech jeho jmenovité hodnoty. Zkouška stanovuje časové průběhy, velikost a způsob změny napájecího napětí pro obytné a průmyslové prostředí. Poměrně značné požadavky na průběh změn vyžadují elektronický generátor zkušebního napájecího napětí. Funkční kritérium stanoví výrobková norma.

3.13 Harmonické a meziharmonické
Také měření odolnosti proti harmonickým napájecího napětí pro spotřebiče s fázovým proudem do 16 A nepatří mezi dosud předepisované zkoušky. Odpovídající základní norma stanovuje měření odolnosti proti jednotlivým harmonickým, při němž je na základní složku napětí superponována vybraná harmonická o stanovené zkušební úrovni (v procentech jmenovitého napětí) pro zamýšlené prostředí. Dále je popsána zkouška kombinující působení několika harmonických, které v jednom případě zplošťují základní sinusový tvar a v dalším případě vytvářejí v amplitudě překmit. Tyto tvary simulují napětí v síti rušené spotřebiči s významně nelineárním charakterem. Další zkoušky se týkají rušení tzv. meziharmonickými (složky s kmitočty ležícími mezi harmonickými) a signály v rozvodných sítích. Realizují se prostřednictvím superpozice signálu se spojitě proměnným kmitočtem v rozsahu 16 až 2 000 Hz. Také tato zkouška klade značné požadavky na generátor zkušebního signálu.

3.14 Nesymetrie třífázového napájení
Odolnost třífázových spotřebičů s fázovým proudem do 16 A proti nesymetrii napětí způsobené rozdíly v amplitudě nebo fázovém posunu fázových napětí sleduje zkouška, při níž je zařízení z ustáleného stavu při symetrickém napájení podrobeno sledu definovaných nesymetrických stavů. Mírou nesymetrie je poměr zpětné a sousledné složky třífázové napájecí soustavy. Mezi hlavní očekávané projevy zařízení během zkoušky patří nadproudy, necharakteristické harmonické a chyby v synchronizaci. Zkušební úrovně jsou opět předepsány mírnější pro obytné a náročnější pro průmyslové prostředí. Rozdíly v amplitudě jsou až v desítkách procent jmenovité hodnoty a fázové posuvy do dvaceti stupňů. Přitom neřízený napěťový usměrňovač přejde do dvoufázového režimu už při nerovnoměrnosti několika málo stupňů. Zjednodušenou zkoušku nesymetrie obsahuje např. připravovaná norma pro systémy nepřerušovaného napájení (UPS).

3.15 Kolísání síťového kmitočtu
Napájení sítí nepropojených s distribuční soustavou (ostrovní režim) může vykazovat výraznější změny kmitočtu, které mohou vést ke ztrátě synchronizace, chybám měření nebo rozladění pasivních filtrů. Zkouška předepisuje kolísání kmitočtu v různých zkušebních úrovních se změnou kmitočtu až ±15 %. Periodicky se opakují provozní intervaly se jmenovitým a zvýšeným, popř. sníženým kmitočtem; změna kmitočtu mezi nimi je plynulá.

3.16 Rušení po vedení nesymetrické 0 až 150 kHz
Zkouškou se ověřuje odolnost výrobku proti nesymetrickým rušivým napětím (vodič – zem) na napájecích i datových vodičích. Tato rušivá napětí mohou být generována jednak napájecí sítí na základním kmitočtu a jeho harmonických do datových vodičů, jednak výkonovými elektronickými zařízeními v kmitočtovém pásmu až do 150 kHz do napájecích i datových vodičů. Generátor zkušebního sinusového signálu je ke zkoušeným vodičům připojen prostřednictvím vazební sítě a zkoušené vodiče jsou od elektrického okolí odděleny oddělovací sítí (viz principiální uspořádání na obr. 1).

Uvedená základní norma stanovuje zkušební úrovně podle zkušebního kmitočtu a podle prostředí, pro něž je zkoušené zařízení určeno. Funkční kritéria stanoví výrobková norma, která tuto zkoušku bude předepisovat.

3.17 Oscilační vlny
Zkouška na oscilační vlny ověřuje odolnost výrobku proti spínacím přepětím z napájecího systému a připojených instalací. Základní norma uvádí dva typy zkušebních signálů. Tlumená sinusová napěťová vlna je tvořena jednorázovým sinusovým průběhem kmitočtu 100 kHz s útlumem mezi sousedními vrcholy na 60 % předchozí amplitudy; vlna se opakuje s minimálně sekundovým intervalem. Druhým zkušebním signálem je tlumená oscilační napěťová vlna kmitočtu 100 kHz, popř. 1 MHz, s útlumem na 50 % počáteční amplitudy po dvou až pěti periodách; vlna se opakuje s minimálním kmitočtem 40 Hz, popř. 400 Hz. Pro oba zkušební signály je počáteční amplituda obvykle udána v rozmezí 0,5 až 2 kV a závisí na zavedení mezi vodiči (symetricky) nebo mezi vodičem a zemí (nesymetricky), na druhu zkoušeného vstupu nebo výstupu a dále na typu prostředí, pro které je zařízení určeno. Zkušební napětí se přivádí na napájecí nebo datové vodiče prostřednictvím vazební a oddělovací sítě podobně jako na obr. 1.

3.18 Pulsy magnetického pole
Účelem zkoušky je ověřit odolnost proti magnetickým polím vznikajícím v okolí bleskového výboje. Puls je vytvářen jednorázovou proudovou vlnou 8/20 µs v kalibrované cívce podobně jako u zkoušky magnetickým polem síťového kmitočtu, ovšem zkušební úroveň maximální intenzity pulsu magnetického pole dosahuje 100 A/m i více.

3.19 Tlumené kmity magnetického pole
Zkouška na tlumené kmity magnetického pole testuje odolnost proti kmitům především vznikajícím provozními jevy v rozvodnách vn a vvn. Pole je vytvářeno proudovou vlnou v kalibrované cívce, tvar vlny je shodný s tvarem oscilační vlny, popsané v kap. 3.17. Počáteční amplituda pole dosahuje intenzity 10 až 30 A/m.

4. Měření emisí

4.1 Účel měření emisí
Účelem zkoušek spočívajících v měření emisí je změřit maximální úroveň rušivého signálu emitovaného zařízením ve specifikovaném provozním stavu a ověřit, zda tato úroveň nepřekračuje mezní úroveň stanovenou pro dané zařízení a druh elektromagnetického prostředí, pro něž je určeno. Na rozdíl od zkoušek odolnosti nejsou pro zkoušky emisí zpracovány základní normy, a proto kmenové i výrobkové normy požadují provedení zkoušek podle vybraných harmonizovaných výrobkových norem, jak je zřejmé ze souhrnné tab. 1.

Tab. 1. Přehled zkoušek EMC

Typ zkoušky

Požadavky
na
provedení

Rušivý jev

Vstup/výstup

ČSN EN (IEC popř. CISPR)

Poznámka

odolnost

zkoušky
obecně
předepi-
sované

krátkodobé poklesy napětí

střídavé napájení

61000-4-11

 

krátká přerušení napětí

střídavé napájení

61000-4-11

 

rázový impuls nesymetricky, symetricky (surge)

data, napájení

61000-4-5

data jen nesymetricky a v průmyslovém prostředí

rychlé elektrické přechodné jevy/skupiny impulsů (burst)

data, napájení, pracovní uzemnění

61000-4-4

podle minimální délky připojovaných kabelů

vf rušení po vedení nesymetrické (150 kHz až 80 MHz)

data, napájení, pracovní uzemnění

61000-4-6

podle minimální délky připojovaných kabelů

elektrostatický výboj

kryt

61000-4-2

 

vf elektromagnetické pole (80 až 1 000 MHz)

kryt

61000-4-3

 

magnetické pole síťového kmitočtu

kryt

61000-4-8

pouze přístroje citlivé na magnetické pole

zkoušky
obecně
nepředepi-
sované

krátkodobé poklesy, přerušení a pomalé změny stejnosměrného napájení

stejnosměrné napájení

61000-4-29

 

zvlnění stejnosměrného napájení

stejnosměrné napájení

61000-4-17

 

kolísání napětí

střídavé napájení

61000-4-14

 

harmonické a meziharmonické

střídavé napájení

61000-4-13

 

nesymetrie třífázového napájení

střídavé napájení

61000-4-27

 

kolísání síťového kmitočtu

střídavé napájení

61000-4-28

 

rušení po vedení nesymetrické (0 až 150 kHz)

data, napájení

61000-4-16

 

tlumené napěťové vlny (0,1 až 1 MHz), nesymetricky, symetricky

data, napájení

61000-4-12

 

pulsy magnetického pole

kryt

61000-4-9

zejména průmyslové instalace, elektrárny a rozvodny

tlumené kmity magnetického pole (0,1 až 1 MHz)

kryt

61000-4-10

rozvodny vn a vvn

emise

zkoušky
obecně
předepi-
sované

změny a kolísání napětí, flikr u zařízení se vstupním fázovým proudem do 16 A

střídavé napájení

61000-3-3

 

harmonické proudu u zařízení se vstupním fázovým proudem do 16 A

střídavé napájení

61000-3-2

 

vf rušení po vedení (0,15 až 30 MHz)

data, napájení

55011, 55022

data a stejnosměrné napájení pouze v prostředí obytném a lehkého průmyslu

vf vyzařované pole (30 až 1 000 MHz)

kryt

55011, 55022

 

zkoušky
obecně
nepředepi-
sované

změny a kolísání napětí, flikr u zařízení se vstupním fázovým proudem do 75 A

střídavé napájení

61000-3-11

 

harmonické proudu u zařízení se vstupním fázovým proudem do 75 A

střídavé napájení

61000-3-12

 

4.2 Změny a kolísání napětí, flikr
Zkoušený výrobek nesmí způsobovat v místě připojení odběrem proudových rázů nepřípustné poklesy nebo kolísání napájecího napětí, které by mohly ohrozit jiná zařízení napájená z téže sítě. Tak jak bylo popsáno v třetím dílu seriálu [5], ověřuje se, zda u výrobku nedojde k překročení maximální přípustné hodnoty relativní procentní ustálené, přechodné a maximální změny napětí a dále dlouhodobé a krátkodobé míry vjemu flikru (blikání – periodické kolísání svítivosti žárovek vyhodnocované technickými prostředky, tzv. flikrmetry, simulací nebo analytickými postupy při respektování citlivostních charakteristik lidského oka).

Standardně je tato zkouška předepsána pro zařízení s jmenovitým fázovým proudem do 16 A připojované do veřejných rozvodných sítí nízkého napětí. Přitom se předpokládá, že napájecí síť vykazuje tzv. referenční (vztažnou) impedanci – viz [5]. Nověji je vydána norma stanovující požadavky pro zařízení většího výkonu (s napájecím proudem větším než 16 A a nepřekračujícím 75 A). Tato zařízení zpravidla nevyhoví mezím stanoveným pro referenční impedanci sítě. Jsou proto předmětem tzv. podmíněného připojení – výrobce musí udat maximální přípustnou impedanci sítě (menší než referenční), často vyjádřenou prostřednictvím zkratového poměru podle [5], kterou je třeba při instalaci zajistit. Příslušná norma je harmonizovaná, a je tedy určena k ověřování shody, ovšem vzhledem k relativně krátké době platnosti ji doposud např. kmenové normy emisí neuvádějí. Pro zařízení s napájecím proudem větším než 75 A se doporučuje dohoda s dodavatelem energie na základě podrobné studie napájecí sítě.

4.3 Harmonické proudu
Měření spektra harmonických složek síťového proudu testovaných spotřebičů se využívá k ověření, zda úroveň jednotlivých harmonických složek i celková deformace proudu nepřekračují stanovené meze, a nevedou tak k nepřípustnému rušení ve svém okolí zkreslením síťového napětí. Zkouška je standardně předepisována pro všechna zařízení s jmenovitým fázovým proudem do 16 A připojovaná do veřejných rozvodných sítí nízkého napětí. Zmíněná zařízení jsou rozdělena do čtyř tříd: A – symetrická třífázová zařízení a další spotřebiče nezařazené do některé z dalších tříd, B – přenosné nářadí, C – světelná zařízení a D – osobní počítače, jejich monitory a televizní přijímače. Pro každou třídu jsou stanoveny meze efektivní hodnoty jednotlivých harmonických měřených přístrojem využívajícím diskrétní Fourierovu transformaci při jmenovitém zatížení zkoušeného výrobku v pracovním režimu s nejvyšším stupněm emise. Pro zařízení většího výkonu platí totéž, co je uvedeno v předchozím odstavci pro zkoušení změn a kolísání napětí.

4.4 Vysokofrekvenční rušení po vedení
Vysokofrekvenční rušení emitované zařízením v průmyslovém prostředí po střídavém napájecím vedení se zkouší podle výrobkové normy ČSN EN 55011 pro průmyslová, vědecká a lékařská vf zařízení, rušení ze zařízení v obytném prostředí emitované po napájecích i datových vedeních podle výrobkové normy ČSN EN 55022 pro zařízení informační techniky. Měří se zpravidla nesymetrické rušivé napětí, meze jsou udány v decibelech vztažených na 1 µV v závislosti na kmitočtu v rozsahu 150 kHz až 30 MHz pro kvazivrcholovou a střední hodnotu měřeného signálu. Měřicí přijímač je k měřeným datovým vodičům připojen prostřednictvím impedančně stabilizačního členu tak, aby byla zajištěna definovaná vf impedance v místě připojení. Pro připojení přijímače k napájecím vodičům se používá umělá napájecí síť, která vedle impedančního přizpůsobení zajišťuje oddělení pracovního napětí napájecích obvodů (řádově až stovky voltů) od přijímače měřícího rušivá napětí řádově ve stovkách mikrovoltů, a dále potlačení případných rušení přicházejících do měřicího místa z napájecí sítě.

4.5 Vysokofrekvenční vyzařované pole
Pro měření vyzařovaného vf rušení se používají stejné normy, jaké jsou uvedeny v kap. 4.4, ale měřicí metody jsou odlišné. Vyzařované rušení se měří jako intenzita elektrického pole v předepsané vzdálenosti od měřeného výrobku měřicí anténou připojenou k měřicímu přijímači, a to ve směru maximálního vyzařování. Meze jsou udány v decibelech vztažených na 1 µV v závislosti na kmitočtu rušivého signálu. Při měření je třeba eliminovat vliv okolního rušení, jehož úroveň by měla být nejméně 6 dB pod specifikovanými mezemi; jinak je třeba měřit např. v bezodrazové stíněné komoře, v redukované vzdálenosti a s přepočítanými mezemi.

5. Měření pevných instalací

Již v první části seriálu jsme upozornili na zvláštnosti pevných instalací, tedy kombinace přístrojů, kabelů a dalších prostředků instalovaných k trvalému použití v předem určeném místě. Pátá část seriálu popisovala pravidla pro přípravu a provádění instalací. Je zřejmé, že i měření EMC pevných instalací má své zvláštnosti. Pomiňme nyní vzájemné rušení přístrojů uvnitř instalace řešené v průběhu jejího uvádění do provozu a věnujme se měření emisí do okolí pevné instalace.

Na uvedenou problematiku se soustřeďuje norma [2], mající charakter technické specifikace obsahující poměrně podrobně popsaný postup ověřování rušivých emisí v místě pevné instalace. Tento postup není předepsán pro ověřování shody při uvádění instalace do provozu, ale až pro řešení stížnosti na rušivé emise v místě instalace. V první řadě se vyšetřují okolnosti spojené s pozorovaným rušením, přičemž cílem je získat potřebné podklady a popř. vyloučit případy, které se EMC netýkají. Na základě získaných poznatků je stanoveno kmitočtové spektrum rušení a jeho časový sled, charakter rušení, místo rušení a okolní podmínky. Následuje vyhledání potenciálního rušícího zařízení a stanovení vhodných měření. Důležité je měření okolních podmínek, které ověří charakteristiku spektra a dosažené amplitudy rušivého signálu. Měřením rušivých úrovní je také ověřena odolnost rušeného zařízení a oprávněnost stížnosti. Při rušení rádiového příjmu se dále ověřuje úroveň užitečného signálu. Poměrně obtížné může být vyloučení dalších rušivých vlivů v místě měření. Není-li vyloučen vliv pevné instalace z některého z již uvedených důvodů, je hledán zdroj emisí při uvažování kmitočtového spektra, naměřených příznaků, možných vazebních cest atd. Průběh ověřování je dokumentován ve zprávě o měření.

Veškeré uvedené činnosti uvažují rozdělení kmitočtového spektra na „obvyklé“ oblasti do 9 kHz, 9 kHz až 30 MHz a nad 30 MHz. V jednotlivých oblastech jsou sledovány příslušné rušivé jevy, tak jak jsou popsány v předchozích částech článku, pokud možno s ohledem na příslušné normy věnované měření dílčích jevů. Ověřují se také meze uvedené v části měření odolnosti, tentokrát s cílem zjistit, zda pevná instalace nevytváří takové místní podmínky, kterým přístroje v jejím okolí nemusí vyhovět (např. poklesy a kolísání napětí, harmonické, meziharmonické, rušivá napětí a pole). Norma stanovuje také vhodná místa měření a dále podmínky a postupy pro případ, kdy stanovená pravidla není možné dodržet.

6. Závěr

Předložený přehled zkoušek odolnosti a emisí stanovených v normách ohledně EMC je sice poněkud encyklopedického charakteru, nicméně autoři se domnívají, že tento pohled logicky doplňuje a završuje seriál článků o EMC v technické praxi. Vzhledem k tomu, že takový přehled není běžně dostupný, poskytuje čtenáři celkovou představu o požadavcích, které jsou nebo mohou být na elektrotechnický výrobek uváděný na trh kladeny z pohledu EMC. Tyto znalosti mohou být užitečné jak při konstrukci nového výrobku, tak i při výběru výrobku nebo jeho použití např. v pevné instalaci. Nejnovější informace se týkají měření rušivých emisí pevných instalací.

Závěrem lze konstatovat, že problematika EMC není a ještě dlouho nebude popsána uzavřeným souborem poznatků. Rozhodně se bude dále vyvíjet a vyžadovat další pozornost a sledování nejnovějších výsledků technického pokroku i oblasti technické normalizace.

Literatura:
[1] ČSN EN 61000-4-1 ed. 2: Elektromagnetická kompatibilita – Část 4 1: Zkušební a měřicí technika – Přehled o souboru IEC 61000-4.
[2] ČSN CLC/TS 50217: Pokyny pro měření v místě instalace – Měření rušivé emise v místě instalace.
[3] ŽÁČEK, J. – KÜNZEL, K.: EMC v technické praxi I: Legislativní požadavky. Automa, 2006, roč. 12, č. 2, s. 59–62.
[4] ŽÁČEK, J. – KÜNZEL, K.: EMC v technické praxi II: Rušivé signály, jejich zdroje a šíření. Automa, 2006, roč. 12, č. 3, s. 102–105.
[5] ŽÁČEK, J. – KÜNZEL, K.: EMC v technické praxi III: Omezování rušení v oblasti nízkých kmitočtů. Automa, 2006, roč. 12, č. 6, s. 55–58.
[6] ŽÁČEK, J. – KÜNZEL, K.: EMC v technické praxi IV: Omezování rušení v oblasti vysokých kmitočtů. Automa, 2006, roč. 12, č. 7, s. 64–67.
[7] ŽÁČEK, J. – KÜNZEL, K.: EMC v technické praxi V: Zemnění a kabeláž pevných instalací. Automa, 2006, roč. 12, č. 10, s. 56–58.
[8] SVAČINA, J.: Základy elektromagnetické kompatibility 4 a 5. Elektrorevue, 2000–2001, ISSN 1213-1539. [on-line] dostupné na URL: <http://www.urel.feec.vutbr.cz/EncyklopedieEMC/index.php>

Odkazy na internet:
http://k313.feld.cvut.cz/emc
http://www.urel.feec.vutbr.cz/EncyklopedieEMC/index.php

doc. Ing. Jaroslav Žáček, CSc.
(zacek@fel.cvut.cz),
Ing. Karel Künzel, CSc.
(kuenzel@fel.cvut.cz)

Doc. Ing. Jaroslav Žáček, CSc., je absolventem FEL ČVUT v Praze. Na této fakultě přednáší na katedře elektrotechnologie a působí jako školitel účastníků postgraduálního studia. Odborně je činný zejména v oblasti elektrických pohonů, výkonových polovodičových systémů, jejich modelování a simulace. V současné době se zabývá především problematikou elektromagnetické kompatibility výkonových systémů a kvality elektrické energie, včetně otázek terminologie a normalizace. Je členem technické normalizační komise pro EMC při Českém normalizačním institutu.

Ing. Karel Künzel, CSc., je absolventem FEL ČVUT v Praze v oboru silnoproudá elektrotechnika. V postgraduálním studiu se věnoval problematice mikroprocesorového řízení elektrických pohonů. V současné době působí na téže škole na katedře elektrotechnologie jako odborný asistent. Mezi jeho odborné zájmy patří elektromagnetická kompatibilita elektrotechnických zařízení. V této oblasti pracoval na řadě grantových projektů a výzkumných záměrů a na ni je zaměřena také většina jeho publikací.