elektromagnetna kompatibilnost

ELEKTROMAGNETNA KOMPATIBILNOSTELEKTROMAGNETNA KOMPATIBILNOST

UVODUVOD

Elektromagnetska kompatibilnost- masovno korišćenje električne energije- masovno korišćenje uređaja sa elektronskim komponentama

Elektromagnetski uticaji1. na živi organizam2. na električne uređaje

Elektromagnetski uticaji kod električnih uređaja1. Radijacione smetnje (elektromagnetno zračenje)2. Kondukcione smetnje (električno provođenje)

Izvori elektromagnetskih smetnji1. Elektroenergetska postrojenja i vodovi (50 Hz)2. Transformatorske stanice u zgradama (50 Hz)3. Električni uređaji koji imaju električne motore (50 Hz – 5 kHz)4. Električni uređaji sa ispravljačima i kontaktorima (1 kHz – 50 kHz)5. Telekomunikacioni uređaji (MHz – GHz)6. Atmosferska pražnjenja u objekte (MHz)7. Izvori smetnji koji se koriste u vojne svrhe

Elektromagnetske smetnje kod elektronskih uređaja1. Smetnje u funkcionisanju uređaja2. Kvarovi pojedinih komponenti ili uređaja

Zadatak elektromagnetske kompatibilnosti je:1. Određivanje maksimalnog nivoa smetnji koji sme da emituje uređaj2. Određivanje sposobnosti uređaja da podnesu elektromagnetne smetnje

Oblast elektromagnetske kompatibilnosti se bavi generisanjem, prenosom i prijemom elektromagnetskih smetnji (za ove smetnje se često koristi i termin - elektromagnetska interferencija)

Slika 1: Sistem generisanja, prenosa i prijema elektromagnetnih smetnji

Smetnje su posledica struje ili naelektrisanja (promenljivih u vremenu) a prenose se u vidu elektromagnetskog zračenja ili kablovima preko kojih se uređaji priključuju

Elektromagnetska kompatibilnost (EMK): sposobnost uređaja da funkcioniše u svom elektromagnetskom okruženju i da ne stvara nedopustive elektromagnetske smetnje drugim uređajima u okruženju

Intersistemska (spoljašnja) EMK: kompatibilnost između različitih uređaja

Intrasistemska (unutrašnja) EMK: kompatibilnost delova istog uređaja

Nivo emisije: nivo posmatrane smetnje koja se emituje iz posmatranog uređaja

Granica emisije: najviši nivo emisije koji je dozvoljen standardom Imunost na smetnje: sposobnost uređaja da radi u prisustvu smetnji

bez degradacije performansi Standardi: Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC),

Specijalnog međunarodnog komiteta za radio smetnje (CISPR) Ispunjenje uslova u pogledu EMK na evropskom tržištu: direktiva

za EMK evropskog parlamenta (2004/108/EC) U Srbiji je na snazi Pravilnik o elektromagnetskoj kompatibilnosti

koji je praktično uveo odredbe Evropske direktive za EMK

Slika 3: Znak da je ispunjenja Evropska direktiva za EMK

Slika 2: Podela komponenti u odnosu na radijacione smetnje

Slika 3: Podela komponenti u odnosu na kondukcione smetnje

Elektrostatičke smetnje

Elektrostatičke smetnje su posledica nagomilanog statičkog naelektrisanja na čoveku ili u njegovom okruženju

Čovek se može naelektrisati hodanjem po izolacionoj podlozi pri čemu potencijal čoveka može da dostigne nekoliko kV

Velika statička naelektrisanja mogu nastati u industrijskim pogonima (u štamparijama, tekstilnoj industriji i proizvodnji plastičnih folija), kod fotokopir mašina i laserskih štampača, prilikom upotrebe aerosoli i pri jakim vazdušnim strujanjima)

Tokom leta avion se može naelektrisati tako da pri sletanju može nastati varnica

Pražnjenje atmosferskog elektriciteta može biti opasno po živi svet, kao i za električne i elektronske uređaje

Statičko naelektrisanje nastaje usled trenja (triboelektrični efekat) – pri dodiru dva tela javlja se hemijska veza (athezija), naelektrisanja prelaze sa jednog na drugo telo u cilju izjednačavanja elektrohemijskih potencijala

Znak i količina naelektrisanja na telima zavise od vrste materijala, materijali se ponašaju prema triboelektričnom nizu

Tabela 1: Triboelektrični niz materijala

Slika 4: Nastanak elektrostatičkog pražnjenja

Slika 5: Zamenska šema po kojoj se vrši elektrostatičko naelektrisavanje i pražnjenje

Elektrostatičko pražnjenje sa čoveka

1500čR

100pFC

( ) č

t

R Cmi t I e

3 Amč

EI

R

0.15 μsčT R C

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 10-7

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

vreme (s)

stru

ja p

razn

jena

(A

)

Slika 6: Vremenska promena struje pri rasterećenju kapaciteta čovekovog tela

0

20 A/μst

di

dt

(1)

(2)

100 μHmL 0

1000 Vmt

diL

dt

(3)

Slika 7: Dejastva atmosferskih pražnjenja na objekte

Elektromagnetne smetnje usled atmosferskih pražnjenja

DI – kanal groma glavnog pražnjenja

PR – preskok na izolaciji voda

PT – putujući talasi

INM – indukovani prenaponi u mreži

IO – indukovani prenaponi u objektu

Zaštita podataka od neovlašćenog preuzimanja (kompromitujuće elektromagnetsko zračenje, KEMZ ,TEMPEST)

Slika 8: Zloupotreba emitovanih signala radi pribavljanja podataka

Kompatibilnost sa napojnom mrežom

- imunost na propade, kratke prekide i varijacije napona

- ispitivanje generisanja flikera i harmonijskih izobličenja

- ispitivanje imunosti na elektromagnetsko polje

Slika 9: (a) Idealna sinusoida koja predstavlja napon gradske mreže i ostupanja: (b) harmonijska izobličenja napona (v) propad g) prekid d) fluktuacija

napona

1. ŠTETNI UTICAJI ELEKTROMAGNETNIH POLJA 1. ŠTETNI UTICAJI ELEKTROMAGNETNIH POLJA NA LJUDSKI ORGANIZAMNA LJUDSKI ORGANIZAM

Izloženost čoveka elektromagnetnim poljima i mogući štetni uticaji na ljudski organizam

Ne postoji dokazi o povezanosti bolesti i elektromagnetnog polja Projekat svetske zdaravstvene organizacije (World Health

Organisation – WHO) Prirodni izvori elektromagnetnih polja

- statičko električno polje E=120 V/m- magnetno polje Zemlje B=30 μT

Veštački izvori elektromagnetskih polja Podela elektromagnetnih polja prema dejstvu na živi svet

- jonizujuća elektromagnetna zračenja- nejonizujuća elektromagnetna zračenja

Jonizujuća zračenja: kosmički zraci, gama zraci i x zraci Nejonizujuća elektromagnetna zračenja

- elektromagnetna polja jako niskih frekvencija (ELF), 0 – 300Hz- elektromagnetna polja srednjeg opsega frekvencija (IF), 300Hz - 10MHz- elektromagnetna polja radio frekvencija (RF), 10MHz-300GHz

Opadanje električnog polja i magnetne indukcije sa rastojanjem

Slika 9: Električno polje tačkastog naelektrisanja

204

QE

r

Slika 10: Električno polje cilindričnog opterećenja

02E

r

Slika 11: Trofazni nadzemni vod sa označenim naelektrisanjima po fazama

A F AQ C u

B F BQ C u

C F CQ C u

A cos( )mu U t

B

2cos( )

3mu U t

C

2cos( )

3mu U t

(3)

(4)

(5)

- u slučaju simetričnog trofaznog sistema: A B C 0u u u

- magnetna indukcija linijskog provodnika: 0

2

IB

r

- E je posledica napona a B je posledica struje

Slika 12: Raspodela električnog polja u funkciji rastojanja kod horizontalnog rasporeda provodnika nadzemnog voda 400 kV

Slika 13: Raspodela magnetne indukcije u funkciji rastojanja kod horizontalnog rasporeda provodnika nadzemnog opterećenog sa 1000 A

Slika 14: Raspodela električnog polja u funkciji rastojanja kod kontaktnog voda 25 kV

Slika 15: Raspodela magnetne indukcije u funkciji rastojanja kod kontaktnog voda 25 kV koji napaja lokomotivu 3400 kW, 136 A

Fizički efekti električnog i magnetnog polja niskih frekvencija

- dejstvo električnog polja na živi organizam

- dejstvo magnetnog polja na živi organizam

- dejstvo jakih električnih ili magnetnih polja Opasnost po zdravlje usled delovanja nejonizujućih

elektromagnetnih polja

- zabrinutost zbog eventualnih zdravstvenih problema

- zaključci Svetske zdravstvene organizacije (WHO)

- generalni efekti na zdravlje

- efekti na trudnice

- katarakta

- elektromagnetna polja i kancer

- hipersenzitivnost i depresija

- fokus današnjih i budućih istraživanja

- laboratorijska ispitivanja na ćelijama

- ispitivanja na životinjama

- epidemiološka istraživanja

- statistička veza između uzroka i posledice

Elektromagnetna polja po domaćinstvima

Uređaj Intenzitet električnog polja (V/m)

Stereo prijemnik 180

Pegla 120

Frižider 120

Mikser 100

Toster 80

Fen za kosu 80

Kolor TV 60

Automat za kafu 60

Usisivač 50

Električna rerna 8

Klasična sijalica 5

Tabela 1: Električno polje na rastojanju 30 cm od kućnih aparata (Federalna kancelarija za sigurnost od radijacije, Nemačka 1999. godine)

- Granična vrednost električnog polja za stanovništvo: 5000 V/m

Magnetna indukcija u blizini električnih aparata (μT)

Uređaj Udaljenost 3 cm Udaljenost 30 cm Udaljenost 1 m

Fen za kosu 6 – 2000 0.01 – 7 0.01 – 0.03

Električni brijač 15 – 1500 0.08 – 9 0.01 – 0.03

Usisivač 200 – 800 2 – 20 0.13 – 2

Fluorescentna svetiljka 40 – 400 0.5 – 2 0.02 – 0.25

Mikrotalasna rerna 73 – 200 4 – 8 0.25 – 0.6

Portabl radio 16 – 56 1 < 0.01

Električna rerna 1 – 50 0.15 – 0.5 0.01 – 0.04

Mašina za pranje veša 0.8 – 50 0.15 – 3 0.01 – 0.15

Pegla 8 – 30 0.12 – 0.3 0.01 – 0.03

Mašina za pranje suđa 3.5 – 20 0.6 – 3 0.07 – 0.3

Kompjuter 0.5 – 30 < 0.01

Frižider 0.5 – 1.7 0.01 – 0.25 < 0.01

Kolor TV 2.5 - 50 0.04 - 2 0.01 – 0.15

Tabela 2: Tipične vrednosti magnetne indukcije u domaćinstvu

- Dozvoljena vrednost magnetne indukcije za stanovništvo: 100 μT

Uticaj mobilnih telefona

- zračenje baznih stanica

- zračenje mobilnih telefona Važeći standardi

- smernice Međunarodne komisije za zaštitu od nejonizujućih zračenja (International Comission on Non-Ionizing Radiation Protection ICNIRP)

Evropska industrijska učestanost

Bazne stanice mobilne telefonije

Mikrotalasne pećnice

Frekvencija 50 Hz 50 Hz 900 MHz 1.8 GHz 2.45 GHz

E (V/m) B (μT) Gustina snage (W/m2)

Gustina snage (W/m2)

Gustina snage (W/m2)

Granična izloženost stanovništva

5000 100 4.5 9 10

Granična izloženost zaposlenih

10000 500 22.5 45

Tabela 3: Granične vrednosti elektromagnetnih zračenja

Smernice nisu precizno razgraničenje, važno je da nivo indukovanih struja u organizmu bude značajno niži od struja bio-hemijskih procesa i da se spreči zagrevanje organizma usled radiofrekventih polja