Ce este compatibilitatea electromagnetica?

Ce este compatibilitatea electromagnetica?

Reprezinta capacitatea echipamentelor electrice, electronice si de radio de a coexista, in sensul de a nu emite niveluri inacceptabile de perturbatii electromagnetice si de a nu reactiona imprevizibil la emisia altor sisteme. Tinand cont de aspectele urmarite, compatibilitatea electromagnetica a devenit, in momentul actual, un domeniu de sine statator, avand un caracter interdisciplinar. Studierea acestui domeniu a condus la stabilirea unor norme de compatibilitate electromagnetica pentru echipamentele si sistemele fabricate. Satisfacerea acestor norme permite o functionare corecta si cu fiabilitate ridicata a echipamentului sau a sistemului.

Compatibilitatea electromagnetica este un domeniu de mare actualitate fiind impusa de dezvoltarea electronicii, in special a aplicatiilor de viteze mari si cu consumuri reduse, a electrotehnicii neliniare, extinderea si diversificarea retelelor de comunicatii si transmisii de date, cresterea gradului de interconectare in cadrul retelelor energetice, dar si de alta natura. Toate acestea au condus la cresterea gradului de poluare electromagnetica atat in mediul inconjurator ambiental, cat si in cadrul tuturor retele lor energetice, de comunicatii sau de alta natura, creand dificultati in gestionarea unei surse naturale limitate, spectrul de frecvente. Era de asteptat ca noile probleme aparute sa extinda cadrul creat de protectia radioreceptiei care era reglementata prin norme CISPR, la un nivel superior, prin compatibilizarea existentei intregii aparaturi electrice, electronice si de radio, in sensul ca acestea sa nu emita un nivel inacceptabil de perturbatii, iar pe de alta parte sa nu raspunda in mod imprevizibil la perturbatiile din locul in care sunt utilizate.

Importanta practica a compatibilitatii electromagnetice (CEM) a condus la aparitia Directivei 89/336/CE, devenita obligatorie incepand de la l ianuarie 1996, prin care se impune ca toate echipamentele electrice, electronice si de radio produse si comercializate in tarile Comunitatii Europene sa corespunda normelor CEM. Nerespectarea normelor CEM conduce la retragerea produselor de pe piata, incetarea procesului de fabricatie, inclusiv raspunderea materiala sau penala a celor gasiti vinovat.

Notiunea de Compatibilitate electromagnetica isi are originea in procesul de influentare sau de interfata cunoscut in tehnica radio, in sensul ca daca un receptor radio, acordat pe frecventa unui emitator radio, receptioneaza si un alt emitator, se asista la un fenomen de interferenta.

Cu timpul, o data cu inmultirea instalatiilor si aparatelor electrice, alaturi de emitatoarele radio conventionale, a aparut necesitatea de a se reconsidera continutul notiunilor de "emitator" si "receptor". Notiunile de "emitator" si "receptor " nu se mai utilizeaza astazi doar la mijloacele de comunicatie, ci au un sens mai larg.

In acest sens, se considera drept emitatoare de energie electromagnetica atat emitatoarele de radio si televiziune, cat si circuitele electrice si sistemele care neintentionat produc energie electromagnetica si polueaza mediul inconjurator, cum sunt:

- sistemele de emisie radio, televiziune, radar;

- lampi cu descarcari in gaze in faza aprinderii;

- motoarele electrice cu colector;

- redresoarele si invertoarele;

- tuburile cu descarcari in gaze;

- exploziile nucleare.

Exemple de receptoare de energie electromagnetica:

- Sistemele de receptie a informatiilor (telefonice, radar, receptoarele radio si TV, etc

- Sistemele de automatizare cu semiconductoare care pot receptiona semnale false;

- Sistemele de masurare electronica a marimilor electrice si neelectrice (senzori, traductoare, osciloscoape, inregistratoare, voltmetre numerice );

- Sistemele de calcul, retelele de calculatoare;

- Instalatiile tehnologice care functioneaza cu fascicul de electroni;

Microscopul electronic;

- Sistemele de achizitie si de prelucrare a datelor;

- Sistemele de scanare din tehnica medicala;

- Microelectronica de pe autovehicule;

- Stimulatoarele cardiace.

Unele echipamente electrice sau electronice pot fi considerate din punctul de vedere al CEM atat emitatoare cat si receptoare. Intra in aceasta categorie, de exemplu:

echipamentele in care se produc procese tranzitorii de natura sa determine nivele de tensiune sau de curent cu mult mai mari decat valorile lor nominale. Putem incadra in aceasta categorie procesele de comutatie ale sarcinilor inductive si capacitive (de ex. la deconectarea unei bobine de la o sursa de c.c. la bornele acesteia, considerata sursa sau emitator, apare o supratensiune pe care o receptioneaza tot bobina, in sensul ca supratensiunea este de interferenta (perturbatoare) si poate distruge izolatia).

- in aparatele de radio-receptie de tip superheterodina este inclus si un oscilator local, care duce la aparitia unor semnale cu frecvente intermediare (de natura unui emitator).

Toate acestea arata ca trebuie discutata CEM a fiecarui aparat in parte. VDE 0870 defineste compatibilitatea electromagnetica astfel:

Capacitatea unui dispozitiv electric de a functiona satisfacator in mediul sau electromagnetic fara ca acest mediu, care apartine si altor dispozitive, sa fie inadmisibil perturbat.

Un dispozitiv electric se considera corespunzator din punct de vedere al compatibilitatii electromagnetice daca in calitate de emitator produce emisii tolerabile iar in calitate de receptor are o sensibilitate acceptabila la perturbatii, adica poseda o imunitate suficienta la perturbatii.

Cresterea tensiunii perturbatiilor cauzata de exploatarea sistemelor de actionare electrica cu semiconductori, cat si sensibilitatea crescuta a instalatiilor e1ectronice folosite conduc, pe de o parte la perturbatii electrice in retea, cat      si la perturbatii intre ele, iar pe de alta parte stransa legatura a acestor instalatii in ansamblul lor si a cablurilor din sistemul electroenergetic au consecinte nedorite asupra sistemului respectiv.

Pentru a evita intreruperile functionale este necesar sa se ia masuri acceptabile din punct de vedere economic asigurand in acest fel cu maximum de siguranta compatibilitatea electromagnetica a echipamentelor electrice si e1ectronice.

Prin compatibilitatea electromagnetica a unui sistem de echipamente electrice si electronice intelegem faptul ca si echipamentele respective lucreaza in conformitate cu destinatia lor, in mediile pentru care au fost proiectate sa functioneze, fara a incarca acest mediu cu campuri electromagnetice la un nivel nepermis care sa influenteze functionarea normala a echipamentelor propriu-zise.

Este necesara si o asociere a compatibilitati electromagnetice cu prezenta fiintei umane in campurile electromagnetice tot mai intense si adesea la frecvente ridicate, deoarece numai miscarea fiintei umane in campul geomagnetic al pamantului va induce curenti interni instantanei echivalenti cu cei produsi de un camp cu variatie sinusoidala, cu o valoare a inductiei magnetice de aproximativ 0,1-0,2 [T]. Aceste valori ale campului magnetic sunt comparabile cu cele ale campurilor corespunzatoare frecventei puterii ambientale din circuitele de forta din marea majoritate a cazurilor practice. Aceasta inseamna ca de multe ori fiinta umana care isi desfasoara activitatea in astfel de medii poate fi supusa la fenomene de interferenta, efectele fiind de altfel vizibile pe termen mediu      si lung.

Un dispozitiv electric sau electronic se considera compatibil daca in calitate de emitator produce emisii tolerabile, iar in calitate de receptor are o susceptibilitate acceptabila la emisii perturbatoare (adica prezinta o rezistenta la perturbatii - sau imunitate - suficienta). Problema compatibilitatii electromagnetice se pune mai intai la receptoare atunci cand este afectata receptionarea ireprosabila a unui semnal util. Se vorbeste atunci de existenta unei Interferente ElectroMagnetice (IEM). Uneori chiar marimea perturbatoare este numita interferenta electromagnetica, cu toate ca pentru aceasta, cel putin la receptoare, se foloseste termenul de imisie. Spre exemplificare, un sistem de achizitie si prelucrare a datelor, compus din:

- senzori (reductoare de curent, termocuple, s.a.), considerat sursa;

- linie de racord;

- sisteme de stocare a datelor;

- interfete;

- elementul de executie, considerat receptor, poate fi influentat de energia electromag- netica perturbatoare in oricare din componentele sale.

Interferentele electromagnetice pot sa se manifeste sub forma de perturbatii reversibile sau ireversibile. Exemple de perturbatii reversibile avem la pierderea temporara a inteligibilitatii la convorbirile telefonice, pocniturile ce apar la comutarea aparatelor electrice casnice (ex., la conectarea unui frigider aparitia perturbarii semnalului sonor si luminos la televizoarele aflate in imediata vecinatate), s.a. Exemple de perturbatii ireversibile sunt distrugerile unor componente electronice de pe cablajele imprimate datorita incarcarii electrostatice, supratensiunile provocate de trasnet (care pot duce la distrugerea tuburilor electronice ale televizoarelor sau a unor componente ale calculatoarelor sau retelelor de calculatoare), s.a.

In practica interferentele reversibile se impart, in functie de intensitatea lor, in:

- interferente care produc reduceri de functionalitate, inca admisibile;

- interferente care conduc la o functionare eronata, inadmisibila.

Datorita multitudinii de echipamente electrice si electronice care intra in discutie si pentru a putea exprima efectul de perturbare in mod explicit, se folosesc pentru emitator si receptor denumirile de element perturbator si respectiv element perturbat. Se obtine in acest mod modelul de interferenta din fig. 1.

Spre deosebire de interferentele dintre diferite sisteme, care mai sunt denumite si 'interferente intersistem' (sau interferente de origine externa), emitatorul si receptorul pot sa fie parti ale aceluiasi sistem, adica pot sa apara 'interferente intrasistem' (sau interferente de origine interna) - fig. 2.

Exemple tipice de interferente intrasistem sunt:

schimbul de semnale intre liniile de date vecine la modulele electronice;

- variatiile de curent pe liniile de alimentare si caderile de tensiune inductive determinate de acestea;

- tensiunile de autoinductie la deconectarea infasurarilor releelor si contactoarelor;

- fenomenele de reactie parazita la amplificatoarele cu mai multe etaje.

O compatibilitate electromagnetica satisfacatoare se poate obtine practic, in toate cazurile prin masuri adecvate la:

emitator (prin ecranari, limitari ale spectrului, antene directive, etc.);

- mecanismul de cuplaj (ecranare, filtrare, topologia retelei, transmisie optica, etc.);

- receptor (ecranare, filtrare, proiectarea schemei).

In cazul interferentelor intrasistem asigurarea CEM poate fi lasata, de cele mai multe ori, in grija producatorului, respectiv a utilizatorului, deoarece ambii sunt interesati in realizarea unui sistem apt de functionare. In special in sisteme1e de prelucrare a datelor si de telecomunicatii, eliminarea interferentelor electromagnetice este in interesul utilizatorului (de exemplu: la banci - evitarea obtinerii informatiilor de pe monitor in domeniul militar - evitarea interceptarii informatiilor secrete).

In cazul interferentelor intersistem din receptia radio sau televiziune, ca si din sistemul public de telecomunicatii, legiuitorul prescrie, in cadrul masurilor de antideparazitare, valori limita pentru emisiile tolerabile. Emisiile tolerabile reprezinta, in mod necesar, un compromis care are in vedere atat natura emitatorului, cat si cerintele tehnice ale receptoarelor, in fiecare domeniu de frecventa.

Influentarea sau interferenta semnalului util se produce prin intermediul unor cuplaje. Aceste cuplaje pot fi:

galvanice, in cazul a doua circuite electrice, cu o portiune de circuit comuna;

inductive, in cazul influentarii de catre campuri magnetice variabile in timp

capacitive, in cazul influentarii de catre campuri electrice statice sau variabile in timp;

prin radiatie electromagneticii, in cazul in care semnalul de interferenta este produs de campul de radiatie electromagnetica.

In tara noastra, preocuparile in acest domeniu sunt de abia la inceput. Merita evidentiata totusi activitatea desfasurata de Institutul Roman de Standardizare in ceea ce priveste preluarea standardelor europene de CEM. De asemenea, initiative laudabile are si Asociatia pentru Compatibilitate Electromagnetica din Romania care, prin statut, isi propune sa faca cunoscut acest domeniu si sa promoveze implementarea normelor CEM in tara noastra.

Preocupari referitoare la acest domeniu au manifestat institutiile de invatamant superior tehnic, care au inteles importanta domeniului, au introdus in planurile de invatamant discipline de compatibilitate electromagnetica, au abordat teme de cercetare stiintifica si teze de doctorat in acest domeniu.

Este evidenta necesitatea formarii specialistilor in acest domeniu si chiar mai mult, a informarii specialistilor si din alte domenii care concura la proiectarea, constructia, exploatarea si intretinerea instalatiilor, sistemelor, echipamentelor si componentelor electrice, electronice sau de radio, asupra problemelor specifice CEM. Problemele nu sunt simple, deoarece informarea si cultura tehnica in domeniul CEM a specialistilor sunt la inceput, iar bibliografia si baza materiala sunt reduse. Trebuie remarcat si faptul ca cercetarea stiintifica din acest domeniu are caracter inter - si multi -disciplinar si necesita o baza materiala deosebit de scumpa, asa cum este de altfel si pentru efectuarea masurarilor si testelor CEM conform standardelor.

Specific pentru aria de cuprindere a compatibilitatii electromagnetice este faptul ca ea se refera la echipamente ce se gasesc in stare de functionare, ca la realizarea cerintelor impuse trebuie sa contribuie proiectantii si managerii, producatorii si beneficiarii, electricienii si mecanicii, dificultatile izvorand din considerentul ca obisnuintele existente nu numai ca ignora normele respective, ci sunt chiar contrare acestora. Realizarea sau utilizarea unor echipamente si sisteme care nu corespund normelor de compatibilitate electromagnetica conduce, in final, la reproiectarea acestora, la gasirea unor solutii, de regula, de compromis sau putin eficiente, care cu siguranta vor necesita si un consum suplimentar de timp si bani.

Cartea de fata, aparuta intr-o noua editie, fara a face o tratare exhaustiva a subiectului, isi propune sa familiarizeze cititorul cu principalele notiuni de compatibilitate electromagnetica ca, de exemplu: mecanismele de producere si propagare a perturbatiilor, tipurile si sursele de perturbatii, procedeele de protectie in conductie sau prin ecranare, metodele si mijloacele de masurare si testare specifice si, nu in ultimul rand, cunoasterea standardelor din domeniu si a modului lor de aplicare. Desi este conceputa ca o lucrare ce se adreseaza unui public larg, pentru intelegerea ei sunt necesare un minimum de cunostinte de electrotehnica, electronica si masurari electrice si electronice.

Autorul tine sa multumeasca tuturor celor care prin sfaturi, prin observatiile si sugestiile facute lucrarii anterioare au contribuit la realizarea acestei editii imbunatatite.

Problemele de compatibilitate electromagnetica au aparut o data cu dezvoltarea aplicatiilor electromagnetismului si au fost impuse, in primul rand, de extinderea telecomunicatiilor. Dezvoltarea aplicatiilor neliniare din electrotehnica si, in special, a electronicii, cu precadere in directia cresterii vitezei de lucru si a reducerii consumurilor interne, cresterea gradului de interconectare dintre echipamente si sisteme, inclusiv prin extinderea retelelor de alimentare cu energie electrica, au condus la cresterea gradului de poluare electromagnetica, la aparitia asa numitului smog electromagnetic, cu consecinte imprevizibile asupra functionarii echipamentelor. Din aceasta cauza, au inceput sa apara o serie de fenomene nedorite, dintre care pot fi citate:

folosirea necorespunzatoare a spectrului de radio-frecvente;

disfunctionalitati pentru echipamentele electrice, electronice si de radio, unele dintre ele insotite de consecinte grave, in primul rand de natura economica;

constatarea unor efecte asupra tesuturilor umane;

aprinderea unor substante inflamabile.

Daca initial, normativele de compatibilitate electromagnetica urmareau cu precadere protectia radioreceptiei, intrucat nu este posibila eliminarea totala a perturbatiilor electromagnetice, acestea s-au extins si in ceea ce priveste asigurarea imunitatii/susceptibilitatii produselor; mai mult, in majoritatea tarilor lumii ca, de exemplu, in tarile Comunitatii Europene_: acestor normative li s-a atribuit un caracter obligatoriu, neindeplinirea lor atragand, in afara retragerii de pe piata a produselor neconforme si raspunderea materiala si uneori chiar penala a producatorului. Trebuie remarcat faptul ca, din punct de vedere practic, nu poate fi asigurate complianta electromagnetica in orice conditii, nivelul efortului de a asigura compatibilitate; electromagnetica fiind functie de efectele si consecintele disfunctionalitatilor si caderilor.

Daca in 1970 electronica era rara, mare si scumpa, folosind putin semnale rapide, ii prezent este deosebit de raspandita, caracterizata printr-o densitate foarte mare a componentei utilizand semnale rapide cu un nivel energetic coborat si, nu in ultimul rand, cu un inalt grad de interconectare. O caracteristica comuna consumatorilor electrici actuali consta in cresterea neliniaritatii acestora, ponderea consumatorilor cu decupare (cu surse in comutatie) fiind tot mai mare; se vorbeste in prezent de murdarirea retelei, semnalele electrice din retelele de alimentare abatandu-se de la forma sinusoidala. Ca si in alte domenii de activitate si in electrotehnica/electronica se impune trecerea la proiectarea verde care sa afecteze cat mai putin mediul si deci, care sa permita coexistenta echipamentelor electrice si electronice.

Din considerente economice, legate de gestionarea unei resurse naturale limitate, cum este spectrul de frecvente, apare necesitatea adoptarii unei solutii de compromis, impusa prin norme. Apare astfel un domeniu interdisciplinar, compatibilitatea electromagnetica, care se ocupa cu problemele de coexistenta a aparaturii electrice, electronice si de radio, in sensul de a nu produce un nivel inacceptabil de perturbatii si de a nu reactiona imprevizibil la perturbatiile din mediul electromagnetic ambiental in care lucreaza.

Studierea sistematica a compatibilitatii electromagnetice a inceput in perioada anilor 1970; in urma studiilor efectuate, Comisia de Electrotehnica Internationala (CEI) a emis o serie de norme de compatibilitate electromagnetica. Daca in 1980 SUA era mai avansata decat tarile europene in acest domeniu, in prezent CEM functioneaza deja in tarile Comunitatii Economice Europene (CEE) prin norme; astfel, directiva CEM89/336/CEE, intrata in vigoare la O l .01.1992, cere ca aproape toate echipamentele electrice si electronice, produse sau folosite, sa nu produca interferente electromagnetice. Aceasta directiva a acordat o perioada de tranzitie in aplicare pana la 31 decembrie 1995.

Pe baza acestei directive, in tarile din CEE au fost elaborate o serie de norme europene (EN) care stabilesc conditiile de functionare pentru echipamente, nivelul emisiei, nivelul perturbatiilor acceptate, metodele de masurare, testare si evaluare ale performantelor CEM. Deoarece nivelul efortului depus este functie de efectele si consecintele caderilor, complianta cu normele CEM nu este insa garantata in orice conditii, ci ea depinde de o serie de factori .

Deoarece tehnologiile evolueaza mai rapid decat obisnuintele, normele de CEM au surprins atat pe producatori, cat si pe utilizatorii de echipamente electrice si electronice, pentru multi, dupa aprecierea unui specialist francez, CEM-ul fiind un domeniu apropiat de magia neagra.

Recentele dezvoltari internationale ale domeniului, printre care si directivele CEE , afecteaza exportul unor state ca, de exemplu, SUA si Japonia, intrucat acordul GATT (engl. General Agrement on Tariff and Trade) implica respectarea unor standarde de fabricare, masurare si testare pentru produsele exportate, precum si eliberarea unui sistem de certificate de calitate, a aparut necesitatea ca produsele sa fie testate si aprobate de organisme competente care au dreptul de certificare a calitatii conform normelor impuse.

In acest sens, CEE a introdus Conventia de recunoastere mutuala - MRA (engl. Mutual Recognition Agrement) - o intelegere ce poate fi negociata cu un nemembru CEE pentru recunoasterea certificatelor.

Pentru reglementarea situatiei create de aparitia normelor CEM, in SUA si in alte tari se fac eforturi de adoptare a noi standarde, precum si elaborarea unor norme care sa permita acreditarea laboratoarelor care au dreptul sa emita certificate de calitate.

In tarile pietii comune, pe langa laboratoarele deja acreditate, functioneaza societati de consultanta si expertiza CEM, care pot sa efectueze masurari si incercari de emisie si imunitate perturbatii proiectare pentru cresterea performantelor CEM, asistenta pentru identificarea si rezolvarea problemelor CEM etc.; de asemenea, disciplina CEM a inceput sa fie studiata in institutele de invatamant superior tehnice.

Principalul obiect de studiu al compatibilitatii electromagnetice il reprezinta perturbarea electromagnetica; in conformitate cu CEI 1000-4-1 (801-1), perturbarea electromagnetica. Prezinta orice fenomen care poate degrada performantele unui dispozitiv, echipament sau electric electronic sau de radio, in relatie cauza - efect cu perturbarea electromagnetica . se afla interferenta electromagnetica, care consta in degradarea performantelor unui dispozitiv, echipament sau sistem ori canal de transmisiune cauzata de o perturbatie electromagnetica. Din punctul de vedere al echipamentelor si sistemelor electrice, electronice si de radio, perturbatiile electromagnetice pot fi: emise sau receptionate, iar calea de vehiculare se realizeaza prin conductie sau radiatie.

Fig.l. Explicativa la perturbatiile electromagnetice.

Sursele de producere a perturbatiilor pot fi naturale (ca de exemplu: fulgerele, descarcarile electrostatice etc.) sau artificiale, cele mai importante fiind datorate si 'consumatorilor neliniari din retelelor de alimentare'. Reducerea nivelului de perturba putea rezolva logic prin distrugerea surselor, prin urmare a 'electronicii', insa, din punct vedere practic, se realizeaza reducerea nivelului perturbatiilor emise si a cuplajele echipamente si cresterea, prin constructie, a imunitatii la perturbatii.

O problema importanta este cea legata de instalarea/exploatarea echipamentului. Folosirea incorecta a echipamentelor, erorile de adaptare intre intrarile si iesirile acestora, precum si realizarea unor cablari defectuoase pot creste nivelul perturbatiilor in locul respectiv, precizat faptul ca granita pana la care se extinde un echipament contine si cabluri asociate (cabluri de alimentare, cabluri de semnal, cabluri de control etc.).

Intercomunicarea echipament - mediu exterior, inclusiv retelele prin care se fac inter-conectari se realizeaza prin intermediul porturilor. Prin port se intelege o interfata particulara cu mediul electromagnetic exterior pentru un echipament specificat (fig.2), care reprezinta un loc de acces pentru energie sau unde pot fi observate sau masurate anumite marimi variabile

Fig.2.Porturi ale echipamentelor

dintre acestea trebuie evidentiat portul de delimitare (engl. enclosure port) care reprezinta granita fizica a echipamentului prin care campul electromagnetic poate fi radiat sau prin care echipamentul poate veni in contact cu perturbatiile exterioare. O pereche de terminale este un caz particular de port, dar si unele conductore neintentionate, ca de exemplu, coloanele de apa, tubulatura de aer etc. pot sa actioneze ca porturi.

Prin nivel de compatibilitate electromagnetica se intelege nivelul maxim al unei perturbatii electromagnetice ce se asteapta sa fie aplicata unui dispozitiv, echipament sau sistem ce functioneaza in conditii particulare date.

Imunitatea reprezinta capacitatea unui dispozitiv; echipament sau sistem de a lucra fara sa se degradeze in prezenta unei perturbatii electromagnetice. Nivelul de imunitate este nivelul maxim al unei perturbatii electromagnetice incidente care actioneaza asupra unui dispozitiv, echipament sau sistem pentru care acestea raman capabile sa functioneze la nivelul de performante impus. Tot aici trebuie definit nivelul de severitate, care reprezinta valoarea unei marimi electromagnetice de influenta specificata pentru un test de imunitate.

Lipsa de imunitate reprezinta susceptibilitatea produsului; prin susceptibilitate electromagnetica se intelege incapacitatea unui dispozitiv, echipament sau sistem de a lucra fara sa se degradeze in prezenta unei perturbatii electromagnetice, in figura 3.a se prezinta relatia dintre nivelurile definite pentru perturbatiile electromagnetice, din care rezulta ca toate marimile ce intervin necesita o interpretare statistica.

Realizarea unor produse in conformitate cu normele CEM incepand cu faza de proiectare conduce la cresterea costurilor de fabricatie cu 2-5%, pe cand remedierea unor deficiente ridica pretul de cost cu peste 20%; in acest sens, un specialist CEM recomanda managerilor ca pe viitor sa fie mai sensibili la dB, decat la $.

Compatibilitatea electromagnetica implica, pe de o parte, evaluarea, prin masurare a emisiilor de perturbatii electromagnetice prin conductie si/sau prin radiatie, iar pe de alta parte, testarea capacitatii produsului de a suporta anumite niveluri de perturbatii (susceptibilitate electromagnetica sau imunitate la perturbatii); asigurarea incadrarii in norme atat in ceea ce priveste emisia, cat si imunitatea/susceptibilitatea este asigurata printr-o proiectare si constructie in conformitate cu directivele CEM; normele CEM nu se refera in mod direct la problemele de securitate, calitatea izolatiei, rezistenta la socuri etc., ci trateaza numai aspectele legate de emisia de perturbatii si imunitatea echipamentelor. In normele CEM se subliniaza faptul ca dupa efectuarea testelor, echipamentele nu trebuie sa devina periculoase sau nesigure in exploatare, cu alte cuvinte normele de tehnica securitatii muncii primeaza in raport cu normele CEM.

Fig 3 Explicativa la nivelul perturbatiilor

Mediul ambiental electromagnetic reprezinta totalitatea fenomenelor electromagnetice ce exista intr-un loc dat.

Testele si nivelurile de severitate pentru un produs depind, in general, de conditiile ambientale de natura electromagnetica si de instalare; din aceasta cauza se definesc conditii ambientale pentru fiecare tip de perturbatii.

Se defineste ca zona rezidentiala, comerciala sau de industrie usoara o zona ce se caracterizeaza prin alimentarea directa cu energie electrica de la retelele publice de joasa tensiune; zona industriala se caracterizeaza prin aceea ca este alimentata de la retelele de inalta sau de medie tensiune si in cadrul ei se folosesc echipamente industriale, stiintifice sau medicale, exista sarcini inductive sau capacitive mari conectate frecvent ori echipamente ce au curenti si campuri magnetice asociate mari.

Un alt aspect al CEM il reprezinta supravegherea interioarelor, avand scopul de a determina performantele echipamentelor in mediul electromagnetic din incinta si de a optimiza functionarea acestora, precum si in vederea proiectarii si instalarii noilor echipamente, eventual, de rezolvare a problemelor CEM aparute.

Probleme de compatibilitate electromagnetica pot sa apara atat la dispozitive/componente si echipamente, cat si la sisteme si respectiv, la instalatii.

Pentru a defini un dispozitiv sau o componenta se tine seama de functia intrinseca a acestuia de a fi parte a unui echipament si lipsa intentiei de a fi folosit independent.

Prin sistem se intelege un ansamblu format din aparate, echipamente si/sau componente e lucreaza impreuna(de exemplu, o retea de calculatoare).

Instalatia consta in aparate, echipamente si/sau sisteme aflate in acelasi loc, dar care nu sunt proiectate sa lucreze impreuna (de exemplu, un laborator). Este util de retinut ca instalatiile sunt excluse din directivele CEM, pe cand partile lor componente trebuie sa satisfaca normele specifice, in ceea ce priveste sistemele, acestea trebuie sa se conformeze normelor CEM, rezolvarea acestei sarcini revenindu-i, in primul rand, instalatorului. Daca sistemul provine de la acelasi furnizor, de regula, nu sunt probleme de CEM; in cazul in care exista mai multi furnizori, instalatorului ii revine sarcina de a demonstra complianta sistemului.

Ca observatie, in Directiva 89/336/CE se foloseste notiunea de aparatura, in sensul ca reprezinta toate aplicatiile electrice si electronice, echipamente, sisteme si instalatii, cu alte cuvinte tot ce este alimentat cu energie electrica, indiferent de sursa de alimentare.

Semnificatia notiunii de aparat este putin diferita, in sensul ca acesta reprezinta o combinatie realizata din dispozitive si echipamente, cu o functie intrinseca, pentru realizarea unei utilizari finale si care este menit sa fie plasat pe piata ca o singura unitate comerciala.

Principial si in cazul instalatiilor ar trebui rezolvate, in mod similar, problemele de compatibilitate electromagnetica, insa dificultatile devin foarte mari; de exemplu, Biroul de Standardizare din Anglia urmareste aplicarea normelor CEM pentru echipamente si numai in caz de reclamatii sau la solicitari, pentru sisteme si instalatii. Trebuie, deci, retinut ca normele de compatibilitate electromagnetica sunt dedicate, in primul rand, aparatelor si echipamentelor. De asemenea, merita a fi evidentiat faptul ca Directiva CEM se refera numai la produsele noi (prima vanzare) si nu se aplica in cazul existentei altor directive.

Cercetarile, care continua si in prezent, vizeaza gasirea de noi metode de masurare a perturbatiilor emise prin conductie sau radiatie, de testare a imunitatii, in sensul cresterii eficientei acesteia, inclusiv sub raport economic, de definire a unor semnale de testare si de simulare a acestora pentru testele de imunitate, de constructie a unor componente, circuite sau echipamente cu un nivel de emisie redus si o imunitate la perturbatii ridicata, de stabilire a unor tehnologii de exploatare corecta in concordanta cu normele CEM; trebuie amintit si faptul ca unele cercetari sunt legate si de problemele referitoare la influenta radiatiilor electromagnetice asupra bioorganismelor.

Desi, in principiu, in CEM semnalele sunt de natura determinista, ele sunt necunoscute! in general, se poate considera ca perturbatiile au o distributie statistica; in practica este foarte greu sau chiar imposibil sa se stabileasca cel mai inalt nivel al perturbatiilor. De aceea, in locul valorii maxime este mai corect sa se indice un nivel estimat al pertubatiei si nivelul de incredere. Si nivelul de susceptibilitate poate avea o distributie statistica, insa limita minima pentru teste poate fi de tipul trece /nu trece (fig.3.b).

Masurarea semnalelor, precum si simularea lor ridica o serie de probleme privind forma acestora (timp de crestere, durata, amplitudine, frecventa, banda de frecvente etc.); dificultati suplimentare pot sa apara din cauza faptului ca masurarile sunt corelative sau statistice.

Conditiile ambientale pot modifica destul de mult nivelul perturbatiilor si cuplajele electromagnetice. Datorita interactiunilor multiple ce pot sa intervina intre sistemul ce se testeaza, mediu si sistemele exterioare, inclusiv sistemul de masurare, de multe ori se masoara corect, dar nu ceea ce trebuie (erorile de influenta si de interactiune sunt foarte mari); de aceea este necesara o cunoastere temeinica a cuplajelor electromagnetice, a surselor de perturbatii, precum si a principiilor constructive si tehnologice de asigurare a normelor CEM. Trebuie remarcat faptul ca masurarea performantelor CEM, cu o singura exceptie - in cazul masurarii ecranarii - se poate realiza numai cu echipamentul in stare de functiune.

O atentie deosebita trebuie acordata termenilor utilizati; dintre cei utilizati in mod impropriu se pot exemplifica: pana de curent - semnifica lipsa de tensiune, tensiunea reprezinta o diferenta de potential intre doua puncte si deci, presupune existenta unui potential de referinta care, la frecvente ridicate, este greu de definit etc.

In continuare vor fi definite cateva notiuni ce se folosesc frecvent in CEM:

Echipamentul de testat, EUT (engl. Equipmerit Under Test), reprezinta produsul (dispozitivul/ echipamentul/sistemul) la care urmeaza sa fie determinate performantele CEM; el poate fi considerat ca sursa de perturbatii, daca este element generator /emitator de perturbatii electromagnetice sau victima, daca este supus actiunii unei perturbatii electromagnetice externe, in realitate, orice echipament, ce se afla in stare de functionare, este concomitent si sursa de perturbatii si victima.

In CEM se face o distinctie clara intre pamant si masa (plural - mase); punerea la pamant reprezinta legarea unui conductor (de protectie, de coborare, de limitare a supratensiunilor structurilor metalice) la o priza de pamant pentru evacuarea curentilor externi.

Prin masa functionala sau masa se intelege planul de referinta a semnalelor electronice care reprezinta din punct de vedere electric '0' V; ea este, de obicei, diferita de masa de securitate sau mecanica, care reprezinta partea mecanica conductoare accesibila a echipamentului.

Strans legat de notiunea de masa este placa de referinta a potentialului, PRP, care reprezinta masa unei cutii conductoare la care sunt legate toate ecranele cablurilor si filtrele; ea trebuie sa fie omogena, conductoare si fara decupari. O alta notiune este placa pentru regimuri tranzitorii, TP (engl. Transient plate), realizata dintr-o tabla metalica pusa la pamant, care furnizeaza echipamentului, intr-un mediu izolat, o referinta de potential de inalta frecventa pentru modul comun.

Un curent de mod comun, MC, circula in acelasi sens prin toate conductoarele unui cablu; diferenta de potential a unui cablu pentru MC este cea dintre potentialul mediu al conductoarelor si masa; modul comun se mai numeste si mod longitudinal, paralel sau asimetric. In cadrul MC se distinge modul comun filar la care, pentru un cablu de alimentare, curentul de mod comun circula prin firele conectate la retea si se inchide prin conductorul de protectie, si modul comun adevarat, pentru care curentul circula in faza prin toate conductoarele, inclusiv prin cel de protectie si se inchide la masa capacitiv sau prin alte cabluri, perturband circuitele electronice cu potential de referinta flotant sau ecranate necorespunzator.

Un curent de mod diferential, MD, circula in opozitie de faza pe doua fire pereche; se mai numeste mod normal, simetric sau serie.

Trebuie mentionat faptul ca, de regula, din cauza structurii circuitelor, semnalele apartinand unui anumit mod, se pot transforma in semnale ce apartin celuilalt mod, adica, semnalele de MC se pot transforma in semnale de MD si invers.

O caracteristica a masurarilor in domeniul CEM este aceea ca rezultatele masurarilor se dau, de obicei, in valori relative logaritmice. in ANEXA l sunt prezentate principalele marimi folosite in CEM.

Pe plan intern, preocuparile privind CEM sunt inca la inceput; primul standard de compatibilitate electromagnetica din tara STAS 12755/1-89 - Compatibilitate electromagnetica pentru echipamente de masurare si de comanda in procese industriale corespunde partial cu Publicatia CEI 801-1 (1984).

Pe linia aderarii tarii noastre in structurile Comunitatii Europene este normala preocuparea continua de armonizare si introducere a standardelor si normelor din toate domeniile de activitate, deci implicit din domeniul compatibilitatii electromagnetice, in continuare, se va prezenta succint situatia implementarii normelor de compatibilitate electromagnetica din Romania. Astfel, spre exemplificare, la nivelul anului 1994, in 'Electromagnetic Compatibility, Guide, Regulations and standards worlchvide', emis de Netherlans Electrotechnical Committee, referitor la Romania, precizate urmatoarele:

Standarde de CEM (valabile):

- STAS 6048/7-80 - CISPR 14^-(1985);
- STAS 6048/2-83 - CISPR 15 (1985);
- STAS 6048/6-84 - CISPR 11(1986);
- STAS 6048/10-87 - CISPR 22 (1985);

- STAS 6048/3-803 - Echipamente de telecomunicatii;

- SR-CISPR13-1993 - CISPR 13 (1990)+A1(1992) +A121993);

- STAS 6048/5-71 -      Perturbatii radio. Sisteme electrice de tractiune.; - STAS 6048 /8-71 - Perturbatii radio. Tensiuni inalte;

- STAS 10266-75      - Perturbatii radio. Dispozitive de limitare a perturbatiilor radiofrecventa;

- STAS 12755/1-89 - IEC 801-1 (1984);

- STAS 12755/3-91 -      - IEC 801-3 (1984);

Standardele STAS 6048/1 10 urmau sa fie revizuite in anul 1994. De asemenea, in acelasi an urma sa apara un regulament cu 'Reguli de compatibilitate electromagnetica'.

Ca autoritati competente erau considerate:

Institutul Roman de Standardizare,

Ministerul Comunicatiilor, Directia Generala a Regulamentelor.

In calitate de laboratoare de testare acreditate erau prezentate:

Inspectoratul General pentru Comunicatii;

Comitetul National Roman pentru CEI - ICPE Bucuresti;

Universitatea Politehnica Bucuresti;

ICMET Craiova.

In prezent, in tara noastra exista urmatoarele standarde de CEM (la finele anului 1997):

STAS 6361/1 - 71 - Radiodifuziune. Terminologie.

STAS 6361/2 - 71 - Radiodifuziune sonora. Terminologie.

STAS 6361/3 - 71 - Radiodifuziune, vizuala. Terminologie.

STAS 8821 - 71 - Perturbatii radioelectrice. Terminologie.

STAS 8918 - 88 - Tehnica impulsurilor Terminologie.

-STAS 6048/3 - 83 - Perturbatii radioelectrice. Instalatii de telecomunicatii prin fir. Limite admisibile ale perturbatiilor, conditii si metode specifice de incercare

- STAS 6048/4 - 83 - Perturbatii radioelectrice. Vehicule si utilaje echipate cu motor cu aprindere prin scanteie. Limite admisibile ale perturbatiilor si conditii specifice de incercare.

- STAS 6048/5 - 71 - Perturbatii radioelectrice. Transportul electric. Limite admisibile ale perturbatiilor si conditii speciale de incercare.

- STAS 6048/7 - 80 - Perturbatii radioelectrice. Aparate, masini si instalatii electrice. Limite admisibile ale perturbatiilor si conditii speciale de incercare.

- STAS 6048/8 - 71 - Perturbatii radioelectrice. Linii aeriene de transport de energie electrica de inalta tensiune si echipament de linie. Metode speciale de incercare.

- STAS 12755/1 - 89 - Compatibilitate electromagnetica. Compatibilitate electromagnetica pentru echipamente de masurare si de comanda in procese industriale. Prevederi generale.

- STAS 12755/3 - 91 - Compatibilitate electromagnetica pentru echipamente de masurare si de comanda in procese industriale. Prescriptii relative la campuri de radiatii electromagnetice.

- SR CEI 1000-2-1:1996 - Compatibilitate electromagnetica, Partea a 2-a, Mediu inconjurator, Sectiunea l: Descrierea mediului inconjurator. Mediu electromagnetic pentru perturbatii de joasa frecventa propagate prin conductie si transmisia de semnale pe retelele publice de alimentare.

- SR CEI 1000-2-2:1996 - Compatibilitate electromagnetica, Partea a 2-a, Mediu inconjurator, Sectiunea 2: Niveluri de compatibilitate pentru perturbatii de joasa frecventa propagate prin conductie si transmisia de semnale pe retelele publice de alimentare de joasa tensiune.

- SR CISPR 13 + Al + A2: 1995 - Limite si metode de masurare a caracteristicilor de perturbatii radioelectrice ale receptoarelor de radio si de televiziune si echipamentele asociate,

- SR CISPR 16 - 1: 1997 - Specificatii referitoare la metode si aparatele de masurat perturbatiile radioelectrice si imunitatea la perturbatii radioelectrice. Partea 1: Aparate de masurat perturbatiile radioelectrice si imunitatea la perturbatii radioelectrice.

- SR CISPR 17: 1995 - Metode de masurare a caracteristicilor de antiparazitare ale elementelor de reducere a perturbatiilor radioelectrice si ale filtrelor pasive.

- SR CISPR 22:1995 - Limite si metode de masurare a caracteristicilor de perturbatii radioelectrice produse de echipamentele de prelucrare a informatiilor.

- SR EN 55015:1995 - Limite si metode de masurare a caracteristicilor de perturbatii radioelectrice produse de echipamentele de iluminat electric si echipamentele similare.

- SR EN 55011:1997 - Perturbatii radioelectrice. Aparate si instalatii generatoare de inalta frecventa de uz industrial, stiintific, medical, casnic sau similar. Limite admisibile ale perturbatiilor si conditii specifice de incercare.

In afara acestora mai pot fi semnalate standardele preluate dupa normele ETSI: SRETS 300414:1997, SRETS 300417-1-1:1997, SRETS 300055:1991/C2: 1996, SRETS 300101-1:1997, SRETS 300123:1997, SRETS 300138-1:1997. De asemenea, merita a fi mentionat faptul ca Inspectoratul General pentru Comunicatii a emis un ' Regulament privind asigurarea compatibilitatii electromagnetice'.

In invatamantul superior tehnic, la multe dintre facultatile de specialitate au fost introduse discipline de compatibilitate electromagnetica, inclusiv in cadrul invatamantului de tip master si doctorat, iar unele colective au inceput sa dezvolte activitati de cercetare stiintifica in acest domeniu, insa, de regula, invatamantul 'clasic' ignora aceste norme. Problemele CEM au devenit actuale; ele se adreseaza nu numai specialistilor dintr-un domeniu restrans, ci trebuie sa aiba o arie de cuprindere cu mult mai mare (de exemplu electricienii trebuiesc invatati despre descarcarile electrostatice, cablarea maselor, efecte reductoare etc.; mecanicii trebuie sa fie sensibilizati la problemele de ecranare, demontarea montarea ecranelor cu toate suruburile etc.).

Prezentul volum este organizat pe trei parti: in prima parte sunt prezentate principalei aspecte legate de CEM (cuplaje electromagnetice, surse de perturbatii, ecrane electromagnetice protectia in conductie, componente specifice).

Cea de-a doua parte isi propune sa prezinte principalele mijloace si metode de masurare a marimilor emise conform normelor CEM, tehnici de simulare a semnalelor de testare si procedee de prelucrare a rezultatelor, precum si unele echipamente specifice.

Ultima parte urmeaza sa trateze succint cateva probleme referitoare la asigurarea compliantei cu Directiva CEM, respectiv, de tehnologia si managementul CEM.

In incheiere trebuie amintit faptul ca in conformitate cu legislatia Uniunii Europene toate echipamentele electrice, electronice si de radio care satisfac normele europene in general, inclusiv de compatibilitate electromagnetica trebuie sa poarte simbolul de conformitate prezentat in fig.4.

Fig. 4. Simbolul de conformitate