Badania in situ kompatybilności elektromagnetycznej w środowiskach specjalnych realizowane przez laboratoria EMC Instytutu Łączności

W Polsce dyrektywę EMC wdraża Ustawa o kompatybilności elektromagnetycznej z dnia 13 kwietnia 2007 r.

Rys. 1. Przykład badań odporności na pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej w warunkach in situ

Zgodnie z nią 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. 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 w zalecanym dla niego środowisku. Oba rozwiązania mogą być kosztowne i wymagają indywidualnej analizy.

Badania in situ

Rys. 2. Badania odporności na wyładowania elektrostatyczne kolejki podwieszanej w warunkach 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 promieniowanych 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 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.

Rys. 3. Badania odporności na pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej wozu w warunkach in situ

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, z metodyką najbardziej zbliżoną do warunków znormalizowanych, pamiętając o dokładnej dokumentacji wszelkich działań.

Laboratoria EMC Instytutu Łączności we Wrocławiu

Rys. 4. Badania emisji zaburzeń przewodzonych kombajnu chodnikowego w warunkach in situ

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 Instytutu Łączności - Państwowego Instytutu Badawczego opracowało na własne potrzeby szereg zaleceń dotyczących przygotowania miejsca badań i otoczenia urządzeń badanych, które są przekazywane klientom przed badaniami w ramach ustaleń wstępnych.

Nie tylko usprawnia to pracę, ale również pozwala na wykonanie badań w możliwie "wyczyszczonych" warunkach i pozwala na minimalizację części wspomnianych wcześniej problemów związanych z badaniami in situ. 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 Michalak
Karolina Spalt
Monika Szafrańska
Instytut Łączności - Państwowy Instytut Badawczy Zakład Kompatybilności Elektromagnetycznej
www.itl.waw.pl

Bibliografia

1. Dyrektywa EMC, dyrektywa 2004/ 108/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 grudnia 2004 w sprawie zbliżenia ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do kompatybilności elektromagnetycznej oraz uchylająca dyrektywę 89/336/EWG.
2. Dyrektywa niskonapięciowa LVD, dyrektywa 2006/95/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 12 grudnia 2006 r. w sprawie harmonizacji ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do sprzętu elektrycznego przewidzianego do stosowania w określonych granicach napięcia.
3. Dyrektywa maszynowa, dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn, zmieniająca dyrektywę 95/16/WE.
4. Michalak M., Pietranik M. "Badania kompatybilności elektromagnetycznej dużych urządzeń i całych instalacji", "Przegląd Telekomunikacyjny", 1/2008.