curs 3users.utcluj.ro/~denisad/compatibilitate... · radiaţiile liniilor aeriene de transport a...

Curs 3:

Surse de perturbaţii electromagnetice

Disciplina: COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICĂ

Titular curs: Conf. Dr. Ing. Denisa ȘTEȚ

CURS pentru anul IV IE, Specializările: ET, I&AD, IM

AN UNIVERSITAR: 2019-2020

http://users.utcluj.ro/~denisad

2/71COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 3




SEMNAL = orice

manifestare fizică

care se poate

propaga printr-un

mediu dat

→ SEMNAL UTIL

PERTURBAȚIE =

orice semnal care se

suprapune, în mod

nedorit, peste

semnalul util

TENSIUNI

CURENTI

CÂMPURI ELECTRICE

CÂMPURI MAGNETICE

CÂMPURI

ELECTROMAGNETICE



Reprezentarea semnalelor în domeniul timp și în domeniul frecvență

Un impuls perturbator poate fi caracterizat prin elementele:

- Amplitudinea impulsului (arată comportarea dinamică a semnalului);

- Timpul de creștere (caracterizează banda de frecvență a semnalului);

- Durata impulsului – timpul la jumătate (face referire la nivelul energetic al

semnalului);

- Perioda oscilației de bază;

- Frecvența oscilației;

- Durata totală a impulsului;

- Perioada de repetiție.



Semnalele de testare in CEM pot fi:

Impulsuri dublu exponențiale (cu fronturi de creștere sau scădere

exponențiale): caracterizate prin amplitudine, timp de creștere (10%-90%) și

timp la jumătate((1/2)A).

Denumirea impulsului se compune din:

a) Raportul timp de creștere/durată (µs)

b) Amplitudine și unitate de măsură

Oscilații amortizate: timp de creștere al primului vârf și frecvență

Denumirea impulsului se compune din:

a) Raportul timp de creștere/frecvență (ms/kHz)

b) Amplitudine primului impuls și unitate de măsură





Factor de umplere:

Lățimea impulsului la 50% din amplitudine (timpul la jumătate)

Frecvența de repetiție a semnalului

Perturbație de regim tranzitoriu

Impuls (în cadrul zgomotului continuu)

Când este necesar a se face distincție între semnalul de regim

tranzitoriu şi impuls:

Caracteristicile regimului tranzitoriu/zgomotului produs de unele echipamente

electrice [1]:





Caracterizarea în domeniul frecvențe a semnalelor are la bază

Amplitudinea componentei spectrale/armonicii de ordinul k:



Reprezentare a nivelului componentelor spectrale

Explicativa la seria Fourier

Efectul modificării nivelului unei componente spectrale



CIRCUIT REZONANT DERIVATIE

f(t) = sinωt+(1/3)sin3ωt+(1/5)sin5ωt

Sursa: http://www.meo.etc.upt.ro/materii/cursuri/CEM/Cap2.pdf



f(t) = sinωt+(1/3)sin3ωt+(1/5)sin5ωt



Componentele spectrale pentru trenuri de impulsuri utilizate în CEM [1]:

La frecvențe ridicate nu se mai pot aplica “metodele clasice” → se ține

seama de propagarea semnalelor sub formă de unde electromagnetice

Sursa: http://89.121.128.229/clase/IXD/crina_i/lumina.html



Sursa: http://www.scientia.ro

Perturbatii electromagnetice (PEM)

SURSE FUNCTIONALE (Intentional sources)

SURSE NEFUNCTIONALE (Unintentional sources)

Perturbatii intentionate (ex: bruiajul electronic, impulsul

electromagnetic de origine nucleara (IEMN))

Perturbatii neintentionate in curenti tari:

-PEM produse de scurtcircuite

-PEM produse de electronica de putere

-PEM produse prin descarcari electrostatice

Perturbatii neintentionate in curenti slabi:

-Interferente (cuplaje parazite) intre circuite vecine



Electroniştii preferă clasificarea surselor de

perturbaţii după spectrul de frecvenţă, astfel:

» surse de bandă îngustă;

» surse de bandă largă.

Zgomot aleator care are

un spectru de putere

continuu; teoretic, “se

intinde” pe toate

frecventele in mod egal

Sursa: http://www.ro-reparatii.ro/electronist.html



Exemplu: pentru un sistem audio cu lăţime de bandă de

10kHz, orice zgomot cu spectru continuu de lăţime mai mare

de 10kHz arată ca un zgomot alb.

Sursa: http://www.ro-reparatii.ro/electrician.html

După nivelul de frecvenţă:

- Perturbaţii de joasă frecvenţă;

- Perturbaţii de înaltă frecvenţă.

După suportul de propagare

- Perturbaţii conduse;

- Perturbaţii radiante.

După durată (natura temporală);

- Perturbaţii permanente;

- Perturbaţii tranzitorii.

După poziția sursei in raport cu victima

- Perturbaţii interne;

- Perturbaţii externe.

Inginerii de curenţi tari clasifică sursele de perturbaţii electromagnetice

după criterii pe care le combină între ele:



3.1. Surse de perturbaţii de joasă frecvenţă

Perturbaţii de joasă frecvenţă (JF) = toate tipurile de “paraziţi” a căror

gamă de frecvenţă este inferioară la 1 MHz.

O perturbaţie la joasă frecvenţă:

are o durată lungă (de câteva zeci de microsecunde).

poate fi măsurată cu mijloace convenţionale (se măsoară uşor o

diferenţă de potenţial sau un curent de joasă frecvenţă care are o

abatere de cca. 0,2 %.)



3.1.1. PERTURBAŢII

PERMANENTE PRIN CONDUCŢIE

DE JF

Flickerul

Variaţii de frecvenţă ale reţelei

electrice

Armonice

Interarmonice

3.1.2. PERTURBAŢII TRANZITORII

PRIN CONDUCŢIE DE JF

Fluctuaţii de tensiune

Goluri de tensiune

Supratensiuni lente

Supratensiuni sinusoidale

amortizate

Trăsnetul

Curenţii tranzitorii



3.1.3. PERTURBAŢII PERMANENTE

(ÎNTREŢINUTE, CONTINUE) PRIN

RADIAŢIE DE JF

Câmpul de dispersie al

transformatoarelor

Cuptoarele de inducţie

Radiaţiile liniilor aeriene de transport

a energiei electrice

Curenţii de scurgere (de fugă) la

pământ


PRIN RADIAŢIE DE JF

Scurtcircuite

Conectarea (anclanşarea) LEA de ÎT

Flash electronic produs de aparate

foto

Trăsnetul

3.1.1. PERTURBAŢII PERMANENTE (ÎNTREŢINUTE, CONTINUE) PRIN

CONDUCŢIE LA JOASĂ FRECVENŢĂ

Perturbaţii întreţinute (continue, permanente) = ansamblul de

semnale perturbatoare a cărui durată depăşeşte 1 secundă.

Toate perturbaţiile întreţinute, prin conducţie la joasă

frecvenţă, afectează reţeaua de alimentare cu energie

electrică şi echipamentele electronice de joasă tensiune.

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 3


20/71

Flickerul

Variaţii de frecvenţă ale reţelei electrice

Armonice

Interarmonice

a) Flickerul = fenomen de scădere uşoară (±10%) , dar frecventă, a tensiunii

reţelelor electrice de alimentare a unor consumatori.

Exemplu de variaţie a tensiunii în cazul unui flicker

Surse ale fenomenului de

flicker:

pornirile motoare electrice

mari,

pornirea cuptoarelor

electrice cu rezistoare şi

cuptoarelor de inducţie,

funcţionarea cuptoarelor cu

arc electric în faza de topire,

sudarea cu arc electric,

funcţionarea laminoarelor, a

pompelor şi compresoarelor

cu piston etc.



21/71

Efectele fenomenului de flicker asupra receptoarelor:

Variaţia vizibilă a fluxului luminos emis de lămpile de iluminat (1- 20 Hz)

→ senzaţie de jenă fiziologică a ochiului.

http://nisamerica.com/forum/viewtopic.php?f=6

&t=9119&start=60

Deformarea imaginii la televizoare;

Deranjamente în funcţionarea echipamentelor electronice.



22/71

b) Variaţii de frecvenţă ale reţelei electrice

Rezultă ca urmare a producerii de energie electrică de către un

grup electrogen a cărui frecvenţă de antrenare (dată de viteza de rotaţie a

maşinii primare) nu este perfect constantă .

Normativele prevăd că toate echipamentele electronice trebuie să

suporte variaţii de frecvenţă pe o durată de 10 minute.

Echipamentele electronice moderne alimentate de la surse de

alimentare tip chopper sunt insensibile la variaţii de frecvenţă.



23/71

Într-o reţea electrică puternică

şi buclată, puterea electrică este

practic, infinită. La o astfel de

reţea frecvenţa instantanee are

întotdeauna o abatere mai mică de

1% şi în mod curent, această

abatere este mai mică de 0,1%.

javascript:void(0);

În practică, sunt luate în considerare până la 30 de armonici .

Într-un sistem electroenergetic, sursele de armonici pot fi grupate în:

– Surse interne = neliniarităţile anumitor parametrii electrici, ai

elementelor sistemului electroenergetic

c) Armonicele .



Distorsiunea undei de tensiune se exprimă în procente .

(fenomenul corona în cazul LEA ÎT, saturaţia circuitelor magnetice ale maşinilor

electrice şi transformatoarelor...)

– Surse externe = neliniarităţile impedanţelor unor receptoare

sau consumatori electrici

(atelierele de sudură electrică, transportul electrificat, cuptoarele cu arc electric,

electronica de putere, instalaţiile de electroliza cuprului, calculatoarele electronice,

televizoarele, lămpile fluorescente ...)

.

24/71

Distorsiunea undei de tensiune este proporţională cu curenţii armonici

. şi cu impedanţa reţelei . care se comportă ca o impedanţă comună a

sursei şi a receptoarelor.

Distorsiunea tensiunii în reţelele de ÎT este slabă (sub 1%), însă nu mai

poate fi neglijată în aval de transformatoarele MT/JT.

Efectul distorsiunii de tensiune este încălzirea suplimentară a

motoarelor electrice mari (o distorsiune de 3 – 3 % poate crea serioase

probleme)

.

Armonicele pare de curent sunt slabe şi sunt, în principal, generate

de sarcinile care consumă o componentă continuă a curentului.

Prezenţa unei componente continue a curentului produce saturarea

rapidă a fierului transformatoarelor.

Circuitul magnetic al unui transformator de putere clasic ajunge la

saturaţie pentru un c.c. de valoare mult mai mică decât cea a c.a.

nominal → generează o mulţime de armonice pare.

.



25/71

Sarcinile trifazate echilibrate și alimentate fără conductor neutru nu

generează armonica de ordinul 3 si nici Armonice multipli de 3.

Curenţii armonici de ordinul 3 şi multiplii de 3 ( 3 x 50 Hz = 150 Hz) ridică o

problemă specială . . .



26/71

Soluţii:

1. Se măreşte sau se micşorează numărul de condensatoare ale BC .

2. Se adaugă o bobină în serie cu BC realizându-se un filtru

Sursa: http://www.bizoo.ro/firma/maxsolution/vanzare/

232738/Baterii-de-condensatoare

Bateriile de condensatoare (BC) .



Ansamblul transformator - BC formează un circuit oscilant paralel de tip

L-C, care are o impedanţă foarte mare la frecvenţa de rezonanţă.

Pot crea probleme în reţelele

electrice de distribuţie datorită

prezenţei curenţilor armonici

Are un pronunţat caracter capacitiv –

este legată în paralel cu

transformatorul de MT/JT care

alimentează cu energie electrică

27/71

http://www.bizoo.ro/firma/maxsolution/vanzare/

Curent interarmonic = curent a cărui frecvenţă nu este multiplu întreg al

frecvenţei reţelei electrice.

● interarmonice cu frecvenţe în spectru continuu;

● interarmonice adevărate, care sunt generate la frecvenţe discrete

(sunt create de anumite convertizoare de frecvenţe statice: convertizoare

ciclice (cicloconvertoare: utilizate pentru antrenarea motoarelor electrice la

viteze reduse), unele motoare asincrone cu rotorul cu poli aparenţi (proeminenţi) →

produc interarmonice de recvenţe multipli ai frecvenţei de rotaţie).

Pe termen lung: încălziri excesive ale instalaţiilor şi echipamentelor

electrice, dar nu perturbă în mod periculos echipamentele electronice.

!!! Perturbă sistemele de telecomandă centralizate, în banda de frecvenţe

de 110 Hz – 2 kHz. (→nivelul de interarmonici, tolerat la 0,5 % din Un, trebuie

să fie redus la mai puţin de 0,1 % din Un.)

d) Interarmonice



28/71

3.2.2. PERTURBAŢII TRANZITORII PRIN CONDUCŢIE

LA JOASĂ FRECVENŢĂ

Sunt mult mai puţin deranjante decât perturbaţiile întreţinute

(continue) de aceeaşi amplitudine.



29/71

Fluctuaţii de tensiune

Goluri de tensiune

Supratensiuni lente

Supratensiuni sinusoidale amortizate

Trăsnetul

Curenţii tranzitorii

Surse de fluctuații de tensiune:

variaţiile de sarcină: porniri de motoare electrice mari, cuptoare cu arc electric,

reglajul de tensiune cu ploturi la transformatoare etc.

a) Fluctuaţii de tensiune = variaţii rapide ale tensiunii de alimentare,cuprinsă în plaja normală de variaţie a acesteia (± 6% - 10%) Un, în timpul

funcţionării normale a reţelei electrice de alimentare (distribuţie) .



Perturbaţiile produse sunt, în general, slabe (pot afecta funcţionarea

echipamentelor electronice sensibile: regulatoare de putere de mare precizie,

calculatoare din generaţii mai vechi şi tuburi fluorescente de mare

randament.

Un echipament electronic modern poate suporta fluctuaţii de tensiune de

±8% Un.

Gol de tensiune = scăderea bruscă a amplitudinii sau a valorii efective a

tensiunii într-un anumit nod al reţelei electrice până la o valoare ce poate

atinge 20% din Un şi care durează mai puţin de 3 secunde .

Cauze ale golurilor de tensiune:

- diferite defecte care apar în instalaţiile sistemului electroenergetic

(vânt puternic, furtuni, defecte pe liniile electrice sau în sistemele

vecine etc.),

-conectări directe în reţea a unor agregate care necesită curenţi

mari de pornire.

b) Goluri de tensiune



Pot apărea oricând şi oriunde în reţelele electrice, ele fiind inevitabile şi

aleatoare → studiul lor se face pe baze statistice.

Orice gol de tensiune este un proces tranzitoriu în timp .

Nu afectează întotdeauna toate cele trei faze ale sistemului trifazat. →goluri

de tensiune simetrice şi nesimetrice (mono- sau bifazate).

31/71

Forme reale şi idealizate ale unor goluri de tensiune .

Efect a golurilor de tensiune: pierderea alimentării cu energie electrică a

consumatorilor racordaţi la linia electrică în care acesta apare.



32/71

● Anclanşarea unei baterii de

condensatoare la reţeaua de

alimentare:

.

→ Tensiunea tranzitorie are,

după anclanşare, o valoare de

vârf de peste două ori mai

mare faţă de valoarea de vârf a

tensiunii reţelei.

c) Supratensiuni lente: supratensiunile care afectează reţeaua dealimentare; se manifestă ca perturbaţii de mod normal (diferenţial) la bornele

consumatorilor.

Exemplu: La un circuit monofazat de 230V, tensiunea de vârf

atinge peste 500V, dar are energia de doar câteva sute de joule.



33/71

Supratensiuni la anclanşarea unei

baterii de condensatoare in rețea

● Topirea fuzibilului unei siguranţe.

.

Supratensiunea care urmează întreruperii fuzibilului depăşeşte,

adesea, 1000V → având o energie de câteva sute de joule poate distruge

un echipament electronic sensibil montat în paralel pe aceeaşi bară .

Supratensiune produsă de topirea

fuzibilului, tip fir, a unei siguranţe fuzibile.



34/71

d) Supratensiuni sinusoidale amortizate

... “Șoc de manevră” → perturbă linia printr-un impuls de tensiune cu front

abrupt.

Asemănător fenomenului ce apare la anclanşarea unei BC, dar cu o

frecvenţă de rezonanţă superioară şi cu mai puţină energie.

.

Unda sinusoidală amortizată



35/71

e) Trăsnetul = descărcare electrică de mare energie între nor şi pământ..

Amplitudinea medie a curentului de trăsnet: 25kA → pentru calcule de

protecţie, în 95% din cazuri se ia în considerare un curent de trăsnet de

100kA ( 99% → 200kA).

nivelul isokeraunic

Pentru un coeficient de încredere

de 95%, panta curentului de trăsnet se

adoptă de Δl/Δt = 160 kA/μs, iar pentru

un coeficient de încredere de 99%, se

alege Δl/Δt = 300 kA/μs.

.

Unda de tensiune normalizată care se utilizează pentru studiul fenomenului de trăsnet



36/71

f) Curenţii tranzitorii

Conectarea sarcinilor generează un impuls scurt de curent cu caracter

de perturbaţie de mod normal, care afectează uşor şi tranzitoriu, tensiunea

de alimentare.

Astfel, conectarea unui simplu tub fluorescent cu balast generează

un impuls de curent de peste 10A la vârf.

Mai periculos este impulsul de mod comun care însoţeşte conectarea →

chiar dacă are o amplitudine redusă (vârful de câţiva amperi) este

perturbativ pentru că frontul său este foarte abrupt.

Soluţie: să se păstreze o distanţă mai mare de 30 cm între

conductoarele de semnal şi conductoarele de alimentare de

la reţea.



37/71



Diagrama de toleranta

Concluzie: Pentru asigurarea protectiei echipamentelor, prin norme se

impun conditii de testare la socuri electrice si supratensiuni care vizeaza

atat testarea izolatiei cat si testarea imunitatii la perturbatii.

3.1.3. PERTURBAŢII PERMANENTE (ÎNTREŢINUTE, CONTINUE)

PRIN RADIAŢIE DE JOASĂ FRECVENŢĂ

La JF numai câmpul magnetic poate crea probleme, dar numai în

vecinătatea imediată a “victimei”.

Ecranarea câmpului magnetic la joasă frecvenţă fiind foarte dificilă

(sub 10 kHz), reducerea cuplajului magnetic este singura soluţie practică

de protecţie.

Măsurarea perturbaţiilor întreţinute în câmp

magnetic este simplă şi uşor reproductibilă .http://www.distek.ro



39/71

Câmpul de dispersie al transformatoarelor

Cuptoarele de inducţie

Radiaţiile liniilor aeriene de transport a

energiei electrice

Curenţii de scurgere (de fugă) la pământ

a) Câmpul de dispersie al transformatoarelor

Transformatoarele de forţă funcţionează, în cele mai multe situaţii, în

apropiere de zona de saturaţie magnetică a fierului.

Valoarea de vârf a inducţiei magnetice în fier depăşeşte 1.5 T, iar în unele

cazuri (la transformatoarele care funcţionează în regim intermitent) poate

să atingă 2 T.

Fierul este saturat, iar intensitatea câmpului magnetic poate depăşi

100 A/m în apropierea transformatorului.

Deformarea imaginii tuburilor catodice ., o inducţie de zgomot în

capetele magnetice de citire (magnetofoane, derulatoare de bandă, cititoare

de diskete) şi inducţii în buclele de cuplaj etc.



40/71

Câmpul magnetic de joasă frecvenţă radiat de un transformator şi, în

general , de sursele localizate, descreşte foarte rapid cu distanţa după o

lege a lui 1 / D3.

Exemplu: în cazul unui transformator care are la distanţa de

25cm de el, o intensitate a câmpului magnetic de dispersie de 3A/m, la

distanţa de 1m câmpul magnetic va avea o intensitate de 0,05A/m.

Soluţii:

1. Depărtarea echipamentele electrice şi electronice sensibile de sursa

de perturbaţii magnetice.

Ex: Niciodată nu trebuie instalat un tub catodic la o distanţă mai

mică de 5m de un transformator de forţă dintr-un post de transformare.



41/71

În cazul curenţilor slabi, transformatoarele de alimentare generează

câmpuri magnetice de dispersie la joasă frecvenţă (frecvenţa reţelei de

alimentare de 50 Hz sau de 60 Hz).

Soluţie de protecţie: a circuitelor electrice şi electronice vecine este de

a blinda (ecrana) câmpul de dispersie printr-o centură din cupru care să

placheze înfăşurările transformatorului la exterior, construcţie toroidală

a miezului feromagnetic .

Reducerea câmpului de dispersie la un

transformator de alimentare



42/71

→ Câmpul de dispersie rămâne între

bobinaje, în interiorul torului

b) Cuptoarele de inducţie

Inductorul cuptoarelor de inducţie industriale de mare putere .

→ Frecvenţa curentului prin bobina inductoare este cuprinsă între frecvenţa

industrială şi câteva zeci de kHz, iar puterea lor variază între 10 kW şi câţiva

MW;

Descreşterea intensităţii câmpului magnetic se face după curba

corespunzătoare legii 1/D3.

Efectele câmpului magnetic de dispersie: perturbaţii vizuale ale tuburilor

catodice, modificarea culorii imaginilor TV etc.

Cuptoarele moderne utilizează pentru reglaj semiconductoare de mare

putere care generează perturbaţii prin conducţie.



43/71

Liniile de alimentare a tracţiunii

electrice, precum şi LEA de ÎT

reprezintă antene lungi şi eficace de

câmp magnetic.

O LEA de MT de 20 kV suportă,

în mod constant, un curent de 500A; o

linie de 110kV suportă peste 1000A.

O LEA de ÎT de 300kV suportă

în jur de 2000A. În industrie, însă,

unele bare de joasă tensiune suportă

curenţi superiori la 10kA (camp

magnetic 10A/m).

c) Radiaţiile liniilor aeriene de transport a energiei electrice



44/71

Soluţii:

- Pentru distribuţia energiei electrice în industrie unde se utilizează

cabluri unipolare la frecvenţă joasă (50 Hz), montarea alăturată a 2,3 sau

chiar 3 cabluri reduce suprafaţa buclelor şi deci şi radiaţia magnetică.



Efecte: deformarea imaginile tuburilor catodice, inducerea de tensiuni

perturbatoare în buclele circuitelor electrice vecine şi de a perturba liniile

aeriene de comunicaţii etc.

45/71

d) Curenţii de scurgere (de fugă) la pământ

În jurul unui conductor care este legat la pământ şi este parcurs de un

curent de fugă la pământ se generează un câmp magnetic care descreşte

cu distanţa după o lege de forma 1/D.

Soluţii:

Se adăugă un transformator de izolare care să alimenteze separat echipamentele generatoare de curenţi de fugă (curenţi homopolari sau armonice de rang 3; 9 etc.) îndepărtând astfel “victimele” prin mărirea distanţei între ele şi sursele de perturbaţii.

!!! pot declanşa protecţiile diferenţiale sensibile. De aceea nu trebuie

niciodată protejată alimentarea sistemelor informatice prin protecţii

diferenţiale sensibile.



46/71

3.1.3. PERTURBAŢII TRANZITORII PRIN RADIAŢIE

DE JOASĂ FRECVENŢĂ



47/71

Câmpurile tranzitorii de joasă frecvenţă nu sunt perturbatoare

decât dacă sunt de foarte mare amplitudine.

Ca şi în cazul tuturor impulsurilor şi în acest caz riscul esenţial

este de a perturba funcţionarea echipamentelor electronice mai

puţin cunoscute sau prost cablate.

Scurtcircuite

Conectarea (anclanşarea) LEA de ÎT

Flash electronic produs de aparate foto

Trăsnetul

a) Scurtcircuite

Scurtcircuitele pe liniile electrice se manifestă prin următoarele etape:

- prin conducţie, tensiunea liniei cade la zero cel puţin pe durata

necesară eliminării defectului;

- prezenţa curentului de scurtcircuit generează un câmp

magnetic tranzitoriu de valoare mult mai mare decât cea a

câmpului nominal;

- intrarea în funcţiune a întrerupătoarelor poate crea impulsuri

cu front abrupt (cazul întrerupătoarelor de la înaltă tensiune)

sau supratensiuni energetice (cazul topirii fuzibilului cu fir al

unei siguranţe).

Pentru o reţea electrică de transport, un sc. generează un curent de 5 - 50

de ori mai mare decât In.

În reţelele de JT, curentul de scurtcircuit nu depăşeşte, valoarea de 25 In,

iar un factor de 15 reprezintă un caz tipic realist.

.



b) Conectarea (anclanşarea) liniilor electrice aeriene de ÎT

O linie lungă, în gol, determină apariţia la extremitatea în gol, a unei

supratensiuni care poate atinge valoarea dublă a tensiunii liniei (efectul

Ferrantti).

În cazul unei linii defecte, la reanclanşare, între conductorul de dus şi

întors circulă un curent oscilatoriu, durata fiecărei treceri a curentului fiind

funcţie numai de distanţa până la defect şi având valoarea între 10μs şi

câteva milisecunde.

Efectul: apariţia prin inducţie, a

unei t.e.m. în toate buclele de masă

vecine liniei defecte.

Exemplu: Pentru o linie de 20kV

vecină, t.e.m. indusă poate depăşi

1kV, la vârf.



49/71

Câmpul magnetic radiant produs de flash-ul unui aparat foto

provoacă, prin inducţie, o tensiune electromotoare indusă în buclele de

cablaj ale echipamentelor electronice.

c) Flash electronic produs de aparate foto

Soluţii de protecţie a “victimelor”:

● Să nu se fotografieze cu flash

echipamentele electronice neautorizate CEM;

● Să se reducă suprafeţele buclelor de masă.

http://www.distek.ro/

La distanţa de 2m de un flash câmpul magnetic

produs reprezintă un impuls magnetic sinusoidal

amortizat de intensitate de 0,1A/m, la vârf şi o

frecvenţă de câteva sute de kilohertzi.



50/71

d) Trăsnetul

Pe lângă fenomenul de conducţie descris anterior, canalul ionizat al

trăsnetului se comportă ca un conductor lung care conduce curenţi de fugă

la pământ de zeci de kA, într-un timp mai scurt decât o microsecundă, între

două reamorsări.

Câmpul magnetic radiant

descreşte cu distanţa după legea

1/D.

T.e.m. parazite, de ordinul kV, în

buclele de masă ale instalaţiilor

electrice şi electronice . .

http://www.trombon.ro



51/71

3.2. Perturbaţii de înaltă frecvenţă

Perturbaţii de ÎF = toate tipurile de “paraziţi” al căror spectru

semnificativ de frecvenţe se întinde dincolo de frecvenţa de 1 MHz.

.

Perturbaţiile de ÎF sunt dificil de măsurat. .

Fenomenele produse la înaltă frecvenţă sunt importante, foarte frecvente,

severe şi puţin intuitive. De aceea studierea lor este foarte dificilă.



52/71



3.2.1. PERTURBAŢII

PERMANENTE (ÎNTREŢINUTE) DE

ÎNALTĂ FRECVENŢĂ, PRIN

CONDUCŢIE

“Zgomotul” de comutaţie al

motoarelor cu colector

Convertizoarele statice


DE ÎNALTĂ FRECVENŢĂ, PRIN

CONDUCŢIE

Deconectarea bobinelor

Descărcările electrostatice

53/71

3.2.3. PERTURBAŢII PERMANENTE

(ÎNTREŢINUTE), DE ÎNALTĂ

FRECVENŢĂ, PRIN RADIAŢIE

Maşinile de tip ISM

Emiţătoarele de comunicaţii


DE ÎNALTĂ FRECVENŢĂ, PRIN

RADIAŢIE


Arcurile electrice

Impulsul electromagnetic nuclear

3.2.1. PERTURBAŢII PERMANENTE (ÎNTREŢINUTE)

DE ÎNALTĂ FRECVENŢĂ, PRIN CONDUCŢIE

Motoarele cu colector generează scântei la colector în timpul funcţionării.

→ întrerupător foarte rapid → conductorii de alimentare devin suportul

curenţilor de ÎF, cu un front de creştere de ordinul câtorva zeci de ns, uneori

chiar mai puţin.

Efectul: perturbarea directă a sistemele de reglare precum şi a

conductoarelor vecine.

a) “Zgomotul” de comutaţie al motoarelor cu colector

Soluţie de protecţie:

- De a filtra fiecare conductor în raport cu masa.

- La motoarele cu colector utilizate în echipamentele şi aparatele

electrocasnice este suficient, să se amplaseze un condensator de

antiparazitare cu capacitatea de câţiva nF între fiecare perie colectoare şi

statorul (masa) motorului.



54/71

b) Convertizoarele statice

Toate convertizoarele statice generează curenţi de mod comun de înaltă

frecvenţă, cu care se închid între partea de alimentare şi partea de ieşire a

convertizoarelor

Evacuarea curentului de mod comun lCM, la masă

Efecte: bruiajul echipamentelor electronice sensibile (camere video,

monitoare de mare rezoluţie, skanere, receptoare optice, etajele de frecvenţă

intermediară a radioreceptoarelor, aparatele de ecografie medicală etc.).

Soluţii: Filtrarea tuturor conductoarelor convertizorului prin filtre de ÎF care

să aibă, toate, aceeaşi referinţă de potenţial sau acelaşi plan de masă.

Curenţii de MC sunt formaţi din

impulsuri sinusoidale amortizate

de valoare cuprinsă între câţiva mA

şi câteva sute de mA. Frecvenţa lor

proprie este de 5-50MHz;



55/71

3.2.2. PERTURBAŢII TRANZITORII DE ÎNALTĂ

FRECVENŢĂ, PRIN CONDUCŢIE

Frontul de durată foarte scurtă (sub 10 ns) nu se propagă prea departe în

conductoare pentru că radiaţia în “mod comun” este amortizată.

În “mod normal” (diferenţial), se produce o degradarea rapidă a

frecvenţelor foarte înalte, care se transformă în căldură.

→ Rezultă că cuplajele prin conducţie la înaltă frecvenţă sunt, în

mod esenţial, locale.

Impulsurile de ÎF, prin conducţie, sunt, în mod particular, foarte grave

pentru electronica numerică. (Un semnal de câţiva volţi, chiar dacă durează

câteva nanosecunde, este comparabil cu un semnal real.)



56/71

Deconectarea bobinelor


a) Deconectarea bobinelor

În sistemul electroenergetic există foarte multe sarcini inductive: relee,

contactoare, bobina, electrovalve, motoare, transformatoare, etc.



57/71

Sarcină inductivă alimentată cu energie

electrică → energia reactivă inductivă este

stocată în bobinaj

Un contactor întrerupe

curentul de alimentare

Energia reactivă inductivă din bobinaj

încarcă capacităţile condensatoarelor în

serie formate între spirele bobinei, care

apoi se descarcă brusc

Apare o supratensiune importantă la bornele bobinei,

care, practic, se manifestă între contactele contactorului.

Frecvenţa de rezonanţă a circuitului oscilant L–C: câţiva kHz - sute de kHz

Creştere lenta a tensiunii (kV)



Între contactele care se deschid se amorsează un arc electric → apariţia

arcului electric generează un front rapid şi abrupt de câmp magnetic

într-un timp de ordinul ns → se acumulează în bobină sub formă de

energie reactivă inductivă.

Tensiunea între contacte cade, dar când arcul se stinge, tensiunea

creşte din nou şi se produce o nouă amorsare a arcului electric.

Fenomenele se succed de un număr mare de ori → salvă de impulsuri

(pe o durată de cca 1 ms) .

Variaţia tensiunii în cazul unei salve de impulsuri

produse la deschiderea contactelor unui contactor.

Efectul salvei de impulsuri:

perturbă puternic circuitele

numerice fără un plan de masă

sau prost conectate la masă.

Soluţii: plasarea unui limitator de supratensiuni în paralel cu bobina.

(varistor, diodă Zener, diodă supresoare etc.)



59/71

b) Descărcările electrostatice

Cauzele electrizării (deplasării sarcinilor electrice spre un corp izolat

de pământ):

– prin frecare (triboelectricitate);

– prin contact (transfer direct de sarcini electrice);

– prin influenţă (prin câmp electric);

– prin ionizare (emisii de ioni la tensiune înaltă);

– prin baloelectricitate (agitaţie de particule într-un gaz);

– prin clivaj sau prin fragmentare (când se sfărâmă zahărul

într-un mojar);

– prin congelare;

– prin efect termo- sau fotoelectric etc.



60/71

În cazul corpului uman:

Capacitatea faţă de mediul înconjurător este de cca 200 pF. → În câteva

secunde, o persoană care se deplasează se încarcă la câţiva kV.

Tensiunea maximă la care se poate încărca o persoană este de cca 20 kV. .

Diferenţa de potenţial a corpului uman faţă de pământ fluctuează în

funcţie de sarcina electrică totală colectată:

Energie eliberată la o DES este de ordinul mJ (neglijabilă) → dar poate

provoca dezastre în cazul componentelor electronice miniaturale.

Energia electrostatică acumulată de corpul uman:



61/71

Model electric al încărcării

electrostatice:

- capacitatea în raport cu pământul,

C=200 pF

- rezistenţa corpului uman R=1 kΩ

- diferenţa de potenţial faţă de

pământ în stare încărcată

electrostatic U=10 kV



62/71

.

3.2.3. PERTURBAŢII PERMANENTE (ÎNTREŢINUTE),

DE ÎNALTĂ FRECVENŢĂ, PRIN RADIAŢIE

Un ISM este un aparat Industrial, Ştiinţific sau Medical.

Puteri de emisie de peste 1kW, depăşind uneori 100kW.

Frecvenţa de funcţionare: 1MHz – 3GHz sau frecvenţe autorizate de

13,56MHz sau 27,12 MHz.

a) Maşinile de tip ISM

Soluţii: Aceste aparate trebuie să fie ecranate pentru a limita câmpul

radiativ.



63/71

Instalaţii ce produc energie electromagnetică în mod intenţionat pe care o

radiază în mod controlat, în mediul înconjurător în scopul transmiterii sau

culegerii de informaţii. .

b) Emiţătoarele de comunicaţii

Emisiile emiţătoarelor de comunicaţii sunt, de regulă, în bandă îngustă şi

constau dintr-o frecvenţă purtătoare, benzile laterale şi armonici de ordin

superior, inevitabile.

Câmpul electric radiant al unui emiţător :



64/71

3.3.3. PERTURBAŢII TRANZITORII DE ÎNALTĂ

FRECVENŢĂ, PRIN RADIAŢIE

Simultan cu curentul de descărcare la pământ, un echipament electronic

trebuie să suporte şi un câmp electromagnetic intens de cca 8A/m şi 3kV/m

(câmp măsurat la distanţa de 25 cm de punctul de descărcare)

a) Descărcările electrostatice

Soluţie de protecţie: un ecran bine echipotenţializat, în jurul

echipamentelor electronice.

Amorsarea unui arc electric între pantograf şi linia de contact în cazul

tracţiunii electrice reprezintă o sursă de perturbaţii tranzitorii de ÎF care

perturbă recepţia radio şi TV locală.

Alte surse de perturbaţii: efectul corona al liniilor aeriene de înaltă

tensiune, posturile de sudură electrică şi tuburile catodice.

b) Arcurile electrice

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2


65/71

c) Impulsul electromagnetic nuclear (NEMP)

Eliberarea bruscă a energiei nucleare printr-o explozie este însoţită de un

impuls intens de radiaţie, format din fotoni (radiaţie Roentgen de înaltă

energie în domeniul MeV), care se propagă în toate direcţiile cu viteza luminii.

Dacă explozia are loc la mare înălţime (peste 300 km) faţă de Pământ,

fotonii care vin spre pământ ciocnesc atomii din straturile dense ale

atmosferei terestre, eliberează electroni Compton, care produc un mare

număr de electroni secundari. → Electronii formează un dipol electric

tranzitoriu împreună cu ioni pozitivi rămaşi;

În acelaşi timp, datorită mişcării sarcinilor electrice în câmpul magnetic al

Pământului, sub acţiunea forţei Lorentz, se formează şi un dipol magnetic

tranzitoriu.

Un câmp electromagnetic tranzitoriu, care reprezintă impulsul

electromagnetic nuclear, Nuclear Electro-Magnetic Puls).



66/71

Valoarea maximă a intensităţii câmpului electric este de cca 50 kV/m, iar

cea a intensităţii câmpului magnetic se determină conform relaţiei:

Unda de NEMP este asemănătoare undei standard a trăsnetului, având

frontul de undă abrupt, cu durata de cca 5ns şi durata semiamplitudinii de

cca 200ns.

Efecte similare apar şi la explozii nucleare în apropierea solului, dar aici

predomină efectele termice şi mecanice.

.



67/71

Dupa evolutia in timp

1. Perturbatii stationare, produse de:

- Circuite magnetice saturate (transformatoare, autotransformatoare si bobine cu miez de Fe)

- Circuite pe semiconductoare (tiristoare triacuri, tranzistoare, diode)

- Masini electrice sincrone si asincrone

- Arcuri electrice (cuptoare cu arc electric, sudarea electrica, lampi cu descarcare in arc)

- Cuplaje parazite intre linii electrice paralele

- Surse de alimentare in comutatie (sursele de la calculatoare)

- Surse de emisie (radio TV)

2. Perturbatii cvasistationare, constau in:

- Variatii de sarcina, inverse de sens, limitare de curse (pornirea directa sau stea-triunghi, oprirea motoarelor electrice de actionare, inversoare sau schimbarea de sems de rotatie la strunguri si masini de gaurit, limitatoare de cursa folosite la podurile rulante, lifturi)

- Bruiajul statiilor radio

3. Perturbatii tranzitorii (fugitive), cele mai importante sunt:

- Anclansarea – declansarea de contactoare, relee, tuburi fluorescente, sigurante, aparate de sudura

- Fenomene naturale (fulgere si trasnete)

- Impulsuri electromagnetice nucleare (IEMN)

- Bruiajul electronic al armelor de lupta

- Descarcarile electrostatice etc.



68/71

Dupa locul de producere

1. Interne (generate de componentele proprii ale echipamentelor: surse, apmlificatoare etc.)

1.1. Zgomote cauzate de temperatura si de procesele din semiconductoare (circuite electonice)

1.2. Cuplaje parazite, capacitive, inductive, galvanice (condensatoare electrice)

Dupa caile de transmitere

1.a. Perturbatii de mod diferential (simetrice sau transversale)

2.a. Perturbatii de mod comun (nesimetrice sau longitudinale)

1.b. Perturbatii transmise prin fir (cuplaj perturbator galvanic)

2.b. Perturbatii transmise prin camp electromagnetic (cuplaj perturbator prin

camp apropiat sau prin inductie si prin camp indepartat sau prin radiatii:

conductoare si cabluri, antene de emisie)

2. Externe (generate de alte surse din mediul inconjurator (motoare electrice, linii sau

cabluri electrice, emitatoare radio, descarcari electrostatice etc.)



69/71

Dupa dispunerea lor in domeniul frecventa

1. Perturbatii de banda ingusta (emitatoare de comunicatii, generatoare de IF pentru

industrie, cercetare, medicina, receptoare radio, receptoare video, sisteme de calcul,

surse de comutatie, efecte perturbatoare asupra retelei de alimentare)

2. Perturbatii de banda larga

2.1. Perturbatii de banda larga intermitente (nivelul zgomotului de fond in

aglomerari urbane, instalatii de aprindere pentru autovehicule, lampi cu

descarcari in gaze, motoare cu colector, LEA de IT)

2.2. Perturbatii de banda larga tranzitorii (descarcari electrostatice, comutarea

inductivitatilor, fenomene tranzitorii in retele de JT, fenomene tranzitorii in

retele de IT. fenomene tranzitorii in tehnica incercarii la tensiuni inalte si in

fizica plasmei, traznetul – impulsul electromagnetic de trasnet, impulsul

electromagnetic nuclear)

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2


70/71

Bibliografie

1. A. Ignea, “Compatibilitatea electromagnetica”, Editura de vest, Timișoara, 2007

2. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Aplicatii in ingineria sistemelor

electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2005;

3. G. Hortopan, “Principii si tehnici de compatibilitate electromagnetica”, Editura

Tehnica, Bucuresti, 1998;

4. A.J. Schwab, “Compatibilitatea electromagnetica”, Editura Tehnica, 1996.

5. Eugen Coca, Curs de CEM, Universitatea Ştefan cel Mare Suceava, Facultatea

de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor

6. http://www.et.upt.ro/admin/tmpfile/fileU1318237973file3e92de2666117.pdf

71/71

1. Care sunt deosebirile dintre sursele funcționale si sursele nefuncționale?

2. In câte moduri se pot clasifica perturbațiile electromagnetice?

3. Exemplificați câteva tipuri de perturbații naturale și artificiale și menționați-le principalele

caracteristici.

4. Explicați care sunt motivele pentru care aparatele electronice sunt mai putin afectate de

distorsiunile armonice.

5. Exemplificați, din propria experiență câteva perturbații de regim tranzitoriu.

6. Care este diferența dintre fluctuațiile de tensiune și căderile de tensiune ale rețelei și care

dintre ele sunt mai periculoase pentru echipamentele electronice?

7. Care este diferente dintre lficker si fluctuatii ale tensiunii?

Dați exemple de jucării care pot fi surse de PEM.

8. Clasificati PEM dupa natura lor. Clasificați PEM după evoluția lor în

timp etc.

9. Din ce cauză sunt considerate mai periculoase, din punct de vedere al

CEM, exploziile nucleare produse la o înălțime mare comparativ cu cele

produse la o înălțime mică?

curs 3users.utcluj.ro/~denisad/compatibilitate... · radiaţiile liniilor aeriene de transport a...

Documents