Normy dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej EMC

W przypadku urządzeń elektronicznych norm i wymagań jest bardzo dużo, a orientacja, co w danym zastosowaniu pod jakie normy podlega, nie jest przez to prosta. Z tego powodu publikujemy poradnik, który może być punktem wyjścia do dalszych prac.

W działalności na terenie naszego kraju możemy mieć do czynienia z normami polskimi PN (bazującymi w dużej mierze na normach opracowanych przez odpowiednie organizacje międzynarodowe – po przyjęciu tych norm i ich zatwierdzeniu przez upoważnioną jednostkę organizacyjną), a dalej z normami regionalnymi europejskimi EN oraz z normami międzynarodowymi np. ISO (International Organization for Standardization).

Wspomniana obligatoryjność stosowania w odniesieniu do norm europejskich pojawia się wtedy, gdy są one powoływane w dyrektywach Unii Europejskiej jako normy zharmonizowane. Wymienić należy cztery takie dyrektywy, w których występuje tematyka EMC:

• dyrektywa 2014/30/UE, dyrektywa kompatybilnościowa lub dyrektywa EMC (zastąpiła 2004/108/WE); dotyczy komponentów, urządzeń i systemów elektrycznych i elektronicznych,
• dyrektywa 2014/53/UE, dyrektywa radiowa lub dyrektywa RED (zastąpiła 1999/5/WE R&TTE); dotyczy urządzeń radiowych – nadawczych i odbiorczych,
• dyrektywa 2014/35/UE, dyrektywa niskonapięciowa lub dyrektywa LVD (zastąpiła 2006/95/WE); dotyczy kwestii bezpieczeństwa, związanego z udostępnianiem na rynku sprzętu elektrycznego przewidzianego do stosowania w określonych granicach napięcia,
• dyrektywa 93/42/EWG, dyrektywa medyczna, dyrektywa dotycząca wyrobów medycznych lub dyrektywa MDD (wprowadzana jest nowa dyrektywa nazwana dyrektywą MDR).

W praktyce zdarza się dość często, że rozpatrywany wyrób lub usługa mogą podlegać jednocześnie więcej niż jednej dyrektywie UE, co wymaga uwzględnienia dla nich wszystkich wymagań, wynikających z tych dyrektyw i powoływanych norm.

Odwołanie do norm ma również miejsce przy wprowadzaniu oznaczenia CE (fr. Conformite Europèene), umieszczanego na określonym wyrobie. Jego producent deklaruje w ten sposób, że dany wyrób spełnia wszystkie odnoszące się do niego dyrektywy. Oznaczenie CE jest obowiązkowe dla pewnych grup wyrobów na rynkach państw w Europejskim Obszarze Gospodarczym EEA, obejmującym kraje UE i kraje EFTA – Islandię, Norwegię, Liechtenstein.

Tematyka norm EMC skupia się wokół następujących 3 głównych problemów:

• dopuszczalne poziomy emisji zaburzeń EM: promieniowanych i przewodzonych,
• wymagane poziomy odporności (lub podatności) na zaburzenia EM,
• wymagane metody badań i pomiarów emisji zaburzeń EM i odporności wyrobów na takie zaburzenia.

Opracowanie norm jest prowadzone przez organizacje międzynarodowe i regionalne, krajowe instytucje normalizacyjne, inżynierskie organizacje zawodowe i przez producentów wyrobów (zwłaszcza ich grupy lub korporacje). Kluczową sprawą jest doprowadzenie do uzgodnienia treści normy (osiągnięcie konsensu) w tych gremiach i odniesienie się do już istniejących innych norm o związanej tematyce. Organem odpowiedzialnym za powstawanie międzynarodowych norm EMC jest Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna IEC (International Electrotechnical Commission), a zasadniczo jej dwa Komitety Techniczne: TC 77 – zajmujący się EMC we współdziałających urządzeniach, w tym w obwodach elektrycznych i – historycznie wcześniejszy Komitet CISPR (fr. Comite International Special des Perturbations Radioelectriques) – wskazujący różne źródła emisji zaburzeń radioelektrycznych i ich dopuszczalne poziomy oraz metody ich pomiarów. Natomiast normami europejskimi od strony organizacyjnej zajmuje się Europejski Komitet Normalizacyjny CEN (fr. Comite Europèen de Normalisation), a normy EMC są tworzone przez Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki CENELEC (fr.Comite` Europèen de Normalisation Electrotechniques) – w obszarze zagadnień dotyczących elektroniki i elektrotechniki oraz przez Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych ETSI (European Telecommunications Standards Institute) – w zakresie urządzeń i sieci telekomunikacyjnych, urządzeń do radiokomunikacji oraz radiowych urządzeń nadawczych.

Za organizację działalności normalizacyjnej w kraju odpowiada Polski Komitet Normalizacyjny PKN. Polskie Normy o symbolu PN są tworzone przez organy techniczne PKN. PKN zajmuje się także wprowadzaniem do zbioru PN Norm Europejskich EN, tworząc ich implementacje krajowe, oznaczane jako PN-EN. W obszarach nieobjętych normalizacją europejską PKN wprowadza normy identyczne z normami międzynarodowymi o oznaczeniach PN-IEC lub PN-ISO. W ramach Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej ISO są tworzone normy dotyczące motoryzacji, np. znana seria ISO 11452. Oprócz polskiej wersji językowej normy PN mogą mieć wersję angielską (najczęściej), ale także francuską lub niemiecką. Są one poprzedzone wtedy stroną tytułową z wprowadzeniem w języku polskim.

Aby sprostać wymaganiom związanym z postępem technicznym, średnio co 5 lat przeprowadza się rewizję norm. Skutkuje to wprowadzaniem poprawek, zmian i uzupełnień (w formie załączników). W przypadku potrzeby większych zmian, uwzględnienia nowych zagadnień lub przyjęcia innego podejścia do koncepcji norm wprowadzane są ich nowe podziały, uzupełnienia w seriach tematycznych oraz zmiany w oznaczeniach (symbolach). Stąd też w praktyce trzeba zwracać uwagę na aktualność danych norm i kontrolować daty ich wprowadzenia do stosowania.

 

Rys. 1. Klasyfikacja norm/publikacji IEC dotyczących EMC

Poniżej, głównie na podstawie publikacji PKN, podany zostanie przegląd polskich norm zharmonizowanych, związanych z dyrektywą 2014/30/UE, opracowanych w omówionych instytucjach międzynarodowych oraz – fragmentarycznie – także inne grupy norm dotyczących tematyki kompatybilności elektromagnetycznej EMC. W hierarchicznym zestawieniu, ze względu na zakres obejmowanej tematyki, pierwszą pozycję zajmują normy określane jako podstawowe (bazowe). Pozostałe wyróżnione rodzaje norm to normy ogólne, normy wyrobów i normy grupy wyrobów. Uwzględniane w poszczególnych grupach zagadnienia jak również przykłady norm w poszczególnych grupach pokazane zostały na rysunku 1.

Z przeglądu dotychczasowych publikacji, podanych szczegółowo w tabeli 1, wynika, że normy/publikacje podstawowe są na pierwszym miejscu pod względem swojej liczebności. W pracach projektowo-konstruktorskich i organizacyjnych mających miejsce przy opracowywaniu nowych wyrobów należy jednak rozpatrywać w pierwszej kolejności wymagania i badania wskazane w normach EMC wyrobu i grupy wyrobów – jako najbliżej związane z innymi parametrami technicznymi danego obiektu. Warto też zwrócić uwagę na koszt badań zlecanych do laboratoriów EMC. Chodzi o to, że badania i pomiary dotyczące emisji zaburzeń promieniowanych i odporności na tego rodzaju zaburzenia są znacznie (np. 1,5 do 2 razy) droższe od badań dopuszczalnych poziomów emisji i stopnia odporności wyrobów na zaburzenia przewodzone. Jest to spowodowane zwykle większym kosztem aparatury do badań zaburzeń promieniowanych oraz ich większą pracochłonnością. Te właśnie zależności i sytuacje związane z kompatybilnością elektromagnetyczną dobrze jest mieć także na uwadze obok innych zaleceń technicznych przy projektowaniu i wdrażaniu do produkcji nowych wyrobów.

Normy IEC

W ramach tej organizacji opracowane zostały normy, stanowiące części składowe serii oznaczonej jako 61000 (d. IEC 1000), w których rozpatrzono wspomniane wcześniej trzy problemy – emisję zaburzeń, odporność na zaburzenia oraz metody badań i pomiarów, odnoszące się do określonych urządzeń elektrycznych i elektronicznych eksploatowanych w różnych środowiskach.

Na rysunku 2 podany został przykład wykorzystania szeregu norm występujących w tabeli 1 do scharakteryzowania danego wyrobu pod względem EMC. Przykład ten dotyczy urządzenia elektronicznego powszechnego użytku o fazowym prądzie znamionowym ≤16 A, bez części radiowej, a więc objętym tylko dyrektywą EMC 2014/30/UE.

 

Rys. 2. Lokalizacja zaburzeń EM i zastosowanie norm dotyczących EMC na przykładzie badania urządzenia powszechnego użytku

Normy CISPR

W Komitecie CISPR opracowana została seria norm o oznaczeniu CISPR xx- obejmująca pomiary emisji zaburzeń EM wyrobów i ich odporności na zaburzenia oraz określenie metod i urządzeń pomiarowych. Normy CISPR stały się podstawą do opracowania norm regionalnych i krajowych. Biorąc dla przykładu Normy Europejskie EN, można zauważyć, że ok. 2/3 z nich bazuje bezpośrednio na normach CISPR. Poniżej przedstawiono tytuły kilku bardziej znanych norm CISPR (w wersji oryginalnej):

• CISPR 11 Industrial, scientific and medical (ISM) radio-frequency equipment – Electromagnetic disturbance characteristics – Limits and methods of measurement
• CISPR 14 Electromagnetic compatibility (EMC) – Requirements for household appliances, electric tools and similar apparatus – Part 1 Emission; Part 2 Immunity
• CISPR 16 Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods (4 parts)
• CISPR 22 Information technology equipment – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement (norma CISPR 22 została wprowadzona do stosowania w większości krajów europejskich i na innych kontynentach).

Warto zwrócić jeszcze uwagę na fakt, że wraz z rozwojem układów scalonych wiele z nich pełni obecnie funkcje realizowane poprzednio przez złożone moduły funkcjonalne lub urządzenia, co sprawia, że przy ocenie użyteczności tych układów uwzględniać trzeba też wymagania związane z EMC, dotyczące poziomów emisji zaburzeń EM oraz odporności na różnego rodzaju zaburzenia. Wypracowane poprzednio metody badań EMC musiały ulec odpowiednim modyfikacjom lub zmianom. Zagadnieniami tymi już od kilkunastu lat zajmują się zespoły robocze w Podkomitecie SC 47A Układy scalone, w ramach Komitetu Technicznego TC47 IEC. Jako normę wprowadzającą w tematykę modelowania EMC w układach scalonych można uznać PN-EN IEC 62433-1 2019-10 EMC IC modelling – Part 1 – General modelling framework (Modelowanie układów scalonych – Część 1 – Ogólna struktura modelowania). Natomiast kilka norm z innej serii, a mianowicie IEC 61967, dotyczy ogólnych wymagań i metod pomiaru emisji, a z kolei normy z serii IEC 62215 odnoszą się do badań odporności na zaburzenia w układach scalonych. Te normy mają, oczywiście, istotne znaczenia zwłaszcza dla producentów układów scalonych, gdyż wyniki badań mogą znacząco wpływać na ocenę danego wyrobu i jego konkurencyjność.

CEN/CENELEC – normy europejskie EN, PKN – normy polskie PN

Komitet CENELEC ma upoważnienie do tworzenia norm EMC odnoszących się do różnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych zharmonizowanych z dyrektywą EMC. Podobną funkcję w odniesieniu do urządzeń i systemów telekomunikacyjnych spełnia Instytut ETSI. Produktami tej pierwszej instytucji są w szczególności serie norm oznaczonych jako EN 50xxx, EN 55xxx, EN 60xxx i EN 61xxx. Natomiast w odniesieniu do Instytutu ETSI istotne znaczenie ma seria norm oznaczonych jako ETSI 300xxx. W tabeli 3 podano najczęściej stosowane normy z tych serii oraz wybrane przykładowo normy wyrobu z serii EN 62xxx (jak np. normę dotyczącą zasilaczy).

Sprzęt wojskowy

Można jeszcze wspomnieć o wymaganiach wojskowych, a więc o wymaganiach w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej dla urządzeń i sprzętu w Siłach Zbrojnych RP. Regulują to odpowiednie normy obronne NO. Tego rodzaju normy zostały opracowane na bazie stworzonych wcześniej wojskowych norm amerykańskich MIL STD. Następnie, po wejściu do Sojuszu NATO, dostosowano je do wymagań stawianych w krajach członkowskich NATO jako krajowe normy obronne. Bezpośrednio z obu głównymi stronami problematyki EMC związane są obowiązujące obecnie w Polsce dwie następujące normy obronne NO:

• NO-06-A200:2008. Kompatybilność elektromagnetyczna – dopuszczalne poziomy emisji ubocznych i odporność na narażenia elektromagnetyczne,
• NO-06-A500:2012. Kompatybilność elektromagnetyczna – procedury badań zakłóceń elektromagnetycznych i odporności na narażenia elektromagnetyczne.

Jak uzyskać dostęp do norm?

Normy można nabyć w PKN, który występuje jako ich właściciel i dystrybutor. Zależnie od normy jej cena mieści się w granicach od kilkudziesięciu do kilkuset złotych. Bezpłatnie skorzystać można z ogólnie udostępnianych streszczeń. Z pełną treścią norm zapoznać się można w 3 czytelniach, działających w Warszawie, Łodzi i Krakowie. Taki kontakt jest też możliwy w niektórych bibliotekach w większych uczelniach lub w związanych z nimi Punktach Informacji Normalizacyjnej (PIN). Pewne możliwości organizacyjne (w obniżeniu kosztów) stwarza również przeanalizowanie istoty i zakresu zmian wprowadzanych przez zmodyfikowaną lub zamienianą normę w stosunku do jej wcześniejszej wersji i postaranie się o informacje dotyczące tylko tych zmian. Informacje o normach i dostęp do ich treści można też uzyskać od niektórych producentów wyrobów.

Jerzy F. Kołodziejski