Основные положения и проблемы ЭМС

Приборы и устройства автоматики предназначены для того, чтобы при определенных условиях эксплуатации, в течение срока их использования реализовывать заданную функцию. При этом с одной стороны приборы автоматики подвергаются электрическим и неэлектрическим воздействиям, а с другой стороны сами оказывают электрическое воздействие на окружающую среду, которое должно оставаться в допустимых пределах.

ЭМС характеризуется не только взаимодействием устройств автоматики с окружающей средой, но и взаимодействием его элементов между собой.

Таким образом, ЭМС является комплексной характеристикой устройств автоматики с учетом объективных внешних и внутренних аспектов совместимости, которые можно охарактеризовать тремя величинами: IS; ES, EI

1) IS - (Внутренняя устойчивость (Internal stability) электромагнитная устойчивость при внутренних помехах) представляет собой степень устойчивости функционирования при внутренней электромагнитной помехе, которая вызывается элементами самой системы и влияет на другие элементы
через паразитные или функционально необходимые связи. Степень
внутренней устойчивости IS является мерой внутренней совместимости системы и предпосылкой того, что система может нормально функционировать.

(Под системой будем понимать и прибор автоматики, и электроэнергетическую установку).

2) ES (внешняя устойчивость - External stability) - устойчивость к внешним воздействиям) - является критерием способности функционирования данной системы в условиях внешнего электромагнитного воздействия на систему, которое передается по проводам или электромагнитным полем. Например, от молнии, разрядов статического электричества, радиопередатчиков, мобильных телефонов, переходных процессов у расположенных поблизости устройств. При достаточной интенсивности этого внешнего воздействия может произойти временный выход устройства из строя или даже повреждение устройства.

3) EI - (воздействие во вне, внешнее воздействие, External influence) представляет собой электромагнитное воздействие данного устройства на другие объекты, для которых это воздействие является помехой.

К чему приводит отсутствие электромагнитной совместимости? Если ЭМС не гарантирована в устройствах автоматики, то это может привести к функциональным нарушениям работы устройства в целом, нарушению безопасности, повреждению отдельных элементов и приборов, повреждению противопожарной защиты в установках, поражению обслуживающего персонала.

Вывод: не обеспечение ЭМС в любом случае приводит к непосредственным или косвенным экономическим потерям, т.е. увеличивает стоимость изделия.

     Основные понятия и определения в ЭМС

Электромагнитные помехи - это электромагнитные, электрические или магнитные явления или процессы, созданные любым источником (в том числе и электротехническим устройством) в пространстве или проводящей среде, которые нежелательно влияют на полезный сигнал или могут создать помехи.

При этом механизм мешающего воздействия предполагает наличие по крайней мере одного источника помех Q, от которого исходят помехи, и одного чувствительного к помехам элемента S (часто называют слабое место), через который помехи могут причинить вред. Оба эти компонента взаимодействуют друг с другом через механизм связи К (рис. 1).

В зависимости от того находится ли источник помех Q и чувствительный элемент S в рамках некоторого единства (функционального или некоторого единства) или они разделены, помехи подразделяют на внутренние (рис. 2) и внешние (рис. 3).

Оба вида помех при практической реализации ЭМС требуют различной стратегии, т.е. необходимы различные подходы при реализации ЭМС.

Электромагнитная обстановка - совокупность электромагнитных явлений, существующих в заданном пространстве.

 

Рис. 1. Функциональная схема проникновения помехи

Рис. 3. Внешняя помеха

              в зависимости от того находится ли источник помех

Рис. 2. Внутренняя помеха

 

Электромагнитная обстановка задается:

1) характеристиками источников помех и параметрами их воздействий;

2) особенностями установленного оборудования;

3) реализованными и нереализованными мероприятиями по повышению ЭМС;

4) неэлектрическими характеристиками окружающей среды, влияющей на ЭМС (влажность, температура и т.д.).

Источник помех - причина появления помехи. Это может быть прибор или физический процесс. Источники помех классифицируются на внутренние и внешние. В зависимости от источника, помехи появляются периодически или нерегулярно в форме случайно распределенных импульсов, поступающих по проводам или полевым путем (электромагнитное поле)

Испытательная помеха - электромагнитная величина, имитирующая реальную помеху и служащая для испытания прибора на устойчивость к помехам.

Механизм связи - физический механизм воздействия источника помехи на чувствительный элемент или механизм передачи энергии электромагнитных процессов от источника к чувствительному элементу.

Чувствительный элемент - электрическое устройство (или часть устройства) функционирование которого может быть нарушено под воздействием помехи.

 Стойкость к повреждению - допустимое граничное воздействие на чувствительный элемент, превышение которого вызывает частичное или полное повреждение объекта.

Помехоустойчивость - свойство чувствительного элемента нормально работать при воздействии помехи.

Количественно помехоустойчивость данного объекта задается в виде допустимого воздействия в форме:

• амплитуды импульса напряжения (В);

• напряженности поля В/м и т.п.

Цели и основное содержание работ в области ЭМС

Комплексная цель рациональных работ по ЭМС состоит в том, чтобы устранить возможные недостатки (обусловленные электромагнитной несовместимостью) путем организованного применения технически реальных мер при оправданных затратах и достичь удовлетворительной ЭМС.

Основные мероприятия по повышению ЭМС:

1. Подавление помех путем воздействий на источник помех.

2. Подавление или ослабление помех в тракте распространения.

3. Повышение помехозащищенности и устойчивости путем осуществления мероприятий, влияющих на условия проникновения помехи и интенсивности воздействия проникающей помехи.

4. Разделение во времени режимов появления помехи и функционирования чувствительного элемента.

На практике используют эти возможности отдельно и комплексно.

Экономический аспект ЭМС

ЭМС рассматривается (наряду с другими характеристиками) как комплексная характеристика качества изделия. Реализация ЭМС прослеживается при изготовлении прибора автоматики с помощью системы контроля качества. Это означает гарантию обеспечения собственной помехоустойчивости, а также обеспечения помехоустойчивости к внешнему воздействию при обоснованных затратах и реализацию оправданных мер, направленных на то, чтобы влияние изделий на окружающую среду не выходило за пределы установленных норм.

Общая стоимость затрат, связанных с ЭМС, складывается из прямых затрат, направленных на улучшение характеристик ЭМС при разработке, установке и эксплуатации прибора и косвенных затрат, которые составляют стоимость потерь вследствие работы системы с учетом влияния электромагнитной несовместимости. Стоимость работ по ЭМС составляет 2-15 % от общей стоимости прибора.