Badania in situ kompatybilności elektromagnetycznej w środowiskach specjalnych

Zgodnie z dyrektywą EMC urządzenie powinno spełniać wymagania zawarte we właściwym dla niego zestawie norm, które są wybrane na drodze wzajemnych ustaleń między producentem i użytkownikiem wyrobu. Istnieją dwa aspekty oceny wyrobu. Pierwszym rodzajem badań są pomiary emisji zaburzeń. Dają one wiedzę na temat, czy urządzenie nie spowoduje zakłóceń w pracy innych urządzeń. W odpowiednich normach zawarte są dopuszczalne poziomy oraz warunki badań.

AP 016

AB 666

Drugim rodzajem badań są badania odporności urządzenia na zaburzenia. Na podstawie dokumentacji wyrobu zwykle nie jest oczywista ocena jego zachowania w miejscu pracy. Pomiary wykonuje się odrębnie dla każdego rodzaju zaburzenia w ściśle określonych, powtarzalnych, znormalizowanych warunkach (środowisko laboratoryjne). W praktyce często bywa to niewystarczające, gdyż w rzeczywistych warunkach pracy może wystąpić wiele różnych zaburzeń jednocześnie, o wyższych poziomach.

W takiej sytuacji przyszły użytkownik powinien dążyć do rozpoznania poziomu i charakteru zaburzeń występujących w przewidywanym przyszłym miejscu pracy urządzenia i ocenić jego odporność na te zaburzenia. Użytkownik powinien także pozyskać informacje, jakie są dopuszczalne poziomy emisji zaburzeń dla jego urządzenia, aby nie zakłócało ono pracy urządzeń we właściwym dla niego środowisku. Oba rozwiązania mogą być kosztowne i wymagają indywidualnej analizy.

Badania in situ

Normy kompatybilności elektromagnetycznej z reguły formułują metody badawcze przewidziane do zastosowania w warunkach laboratoryjnych, z kontrolowanymi warunkami środowiskowymi dającymi gwarancję powtarzalności wyników. W praktyce, przy badaniach sprzętu przeznaczonego do pracy w środowiskach specjalnych, często nie jest możliwe spełnienie wszystkich wymagań norm w zakresie stanowisk i metod badawczych, ze względu na duże wymiary urządzenia oraz warunki jego pracy i zasilania.

W takiej sytuacji wykonuje się badania urządzenia in situ, to jest w miejscu produkcji, przeznaczenia lub innym. Główną zaletą pomiarów in situ jest sprawdzenie, jak urządzenie może zachowywać się w rzeczywistych warunkach pracy. Ma to duże znaczenie w badaniach odporności, gdyż wtedy na urządzenie działają nie tylko zaburzenia znormalizowane, ale również te rzeczywiście występujące w środowisku przemysłowym (dotyczy to badań w przewidywanym miejscu pracy urządzenia).

Pomiary emisji zaburzeń z urządzeń w warunkach in situ najczęściej przeprowadza się nie w pełnej zgodności z zaleceniami podanymi w normach (dla badań w warunkach in situ stosuje się odpowiednie przeliczenia), szczególnie jeśli chodzi o:

• odległość pomiarową - 30 m i 10 m są to odległości niemożliwe do uzyskania, często 3 m to maksymalna możliwa odległość,
• środowisko - pracują i wytwarzają dodatkowe zaburzenia inne urządzenia oraz obecne są duże powierzchnie odbijające,
• sposób pomiaru - emisja zaburzeń przewodzonych mierzona za pomocą sond prądowych lub napięciowych, nie zaś sieci sztucznej.

Pomimo nienormowanych stanowisk pomiarowych, badań tych nie można pominąć nawet w trudnych warunkach, gdyż wnikliwa ich analiza pozwala na oszacowanie poziomu zaburzeń emitowanych przez urządzenie.

Celem badań in situ w większości przypadków nie jest ocena zgodności z normami, lecz ocena możliwości poprawnego działania urządzenia w docelowym środowisku pracy.

Małe urządzenia lub podzespoły wchodzące w skład maszyn można przebadać w znormalizowanych warunkach laboratoryjnych. Jednak należy wziąć pod uwagę, że w środowisku specjalnym mogą wystąpić zaburzenia inne niż podczas pomiarów i konieczne może być przebadanie całego systemu lub kilku maszyn, w skład których wchodzi badane urządzenie/podzespół. Dotyczy to zwłaszcza urządzeń istotnych dla bezpieczeństwa pracy, takich jak np. czujnik gazów.

Poprawność działania takiego czujnika może zależeć od sposobu i miejsca zainstalowania go na docelowym produkcie (np. bliskość elementów metalowych) oraz sposobu podłączenia przewodów, jakości przewodów itp. Z tego powodu może zajść potrzeba przeprowadzenia dodatkowych badań w docelowym środowisku pracy i w rzeczywistych warunkach instalacji. Istniejące tam zaburzenia mogą być znacznie większe niż poziomy odporności wynikające z normy i nie ma możliwości ich obniżenia, a urządzenie musi być zdolne do pracy w takich warunkach.

W przypadku dużych urządzeń, ze względu na ich rozmiary, sposób zasilania oraz urządzenia współpracujące, zazwyczaj nie jest możliwe wykonanie badań w laboratorium. Warunki in situ odbiegają od warunków znormalizowanych, są mniej powtarzalne, lecz niezbędne do oceny rzeczywistych zagrożeń w środowisku specjalnym. Podczas badań w miejscu produkcji lub przeznaczenia wykonuje się możliwie szeroki wachlarz badań, metodyką najbardziej zbliżoną do warunków znormalizowanych, pamiętając o dokładnej dokumentacji wszelkich działań.

Laboratoria Wrocławskiego Oddziału Instytutu Łączności - PIB

We wrocławskim Zakładzie Kompatybilności Elektromagnetycznej działają dwa laboratoria, których zakres działalności jest ściśle związany z różnorodnymi zagadnieniami z dziedziny EMC: Laboratorium Aparatury Pomiarowej EMC (laboratorium wzorcujące, akredytowane przy Polskim Centrum Akredytacji, numer akredytacji AP 016) i Laboratorium Badań EMC (laboratorium badawcze, akredytowane przy Polskim Centrum Akredytacji, numer akredytacji AB 666).

Laboratorium Aparatury Pomiarowej EMC zajmuje się wzorcowaniem aparatury pomiarowej stosowanej w miernictwie EMC zarówno w zakresie emisji zaburzeń (np. mierniki zaburzeń, mierniki mocy, sieci sztuczne, anteny pomiarowe, sondy prądowe i napięciowe) jak i odporności na zaburzenia (np. generatory ESD, EFT/B i udarów).

Laboratorium Badań EMC zajmuje się zarówno badaniem urządzeń elektrycznych i elektronicznych pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej, jak również badaniem silnych pól pod kątem bezpieczeństwa ludzi (ekspozycji na pole) i środowiska. Badania EMC urządzeń elektrycznych i elektronicznych obejmują szerokie spektrum urządzeń, wśród których istotne miejsce zajmuje sprzęt górniczy, który badany jest zarówno w laboratorium, jak i w warunkach zainstalowania lub u producenta (są to tzw. warunki in situ).

Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w badaniach in situ Laboratorium Badań EMC opracowało na własne potrzeby szereg zaleceń dotyczących przygotowania miejsca badań i otoczenia urządzeń badanych. Doświadczenie to pokazuje, jak istotna jest współpraca pomiędzy zespołem przeprowadzającym badania a producentem urządzenia, a także daje zespołowi wykonującemu badania możliwość doradzania producentom w zakresie zmian, jakie należy wprowadzić w urządzeniu, aby spełniało ono wymagania w zakresie EMC.

Marek Kałuski
Marek Michalak
Karolina Spalt
Monika Szafrańska
Instytut Łączności - Państwowy Instytut Badawczy
www.itl.waw.pl