Działać w harmonii

Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC – electromagnetic compatibility) jest to zdolność urządzeń elektrycznych lub elektronicznych do poprawnej pracy w danym środowisku elektromagnetycznym oraz brak emisji zaburzeń nie tolerowanych przez inne pracujące urządzenia. Za środowisko elektromagnetyczne uznaje się miejsce użytkowania urządzenia określone poziomem i charakterem zaburzeń pochodzących od ich źródeł. Przyczyną zaburzeń mogą być obiekty emitujące fale elektromagnetyczne celowo (np. stacje telewizyjne i radiowe) jak i w sposób niezamierzony. Laboratorium Instytutu Logistyki i Magazynowania w Poznaniu jako jedno z niewielu w Europie przeprowadza kompleksowe badania kompatybilności elektromagnetycznej, której zachowanie jest wymagane dyrektywami Unii Europejskiej.

Poszukiwanie winnego

- W życiu codziennym mamy do czynienia z kompatybilnością elektromagnetyczną, a raczej jej brakiem - mówi Józef Wojciechowski, kierownik Laboratorium Technik Automatycznej Identyfikacji ILiM. - Zakłócenia w pracy np. telewizora czy radia mogą być spowodowane jednoczesnym używaniem suszarki, odkurzacza lub innych urządzeń zawierających silniki lub układy mikroprocesorowe.
Niewątpliwie to właśnie zaburzenia elektromagnetyczne emitowane przez sprzęt są przyczyną nieprawidłowego działania odbiorników TV, komputerów itp. Aby jednak słusznie "obwiniać" któreś z urządzeń, należy odpowiedzieć sobie na pytanie: czy emisja zakłóceń pochodząca od sprzętu przekroczyła dopuszczalny poziom czy też może odporność na nie odbiorników jest zbyt niska? W ramach kompatybilności elektromagnetycznej rozróżnia się właśnie te dwa podstawowe pojęcia - emisję zaburzeń i odporność na nie. Każde pracujące urządzenie elektryczne jest źródłem zaburzeń elektromagnetycznych o różnych poziomach i charakterze. Kompatybilność elektromagnetyczną można osiągnąć tylko wówczas, gdy urządzenia z jednego środowiska działają poprawnie.
- Niestety, badania laboratoryjne potwierdzają zły stan kompatybilności elektromagnetycznej wielu urządzeń dostępnych na rynku - twierdzi Krzysztof Sieczkarek, kierownik techniczny Laboratorium.
Urządzenia pod wpływem zewnętrznych zaburzeń elektromagnetycznych mogą zachowywać się w sposób nieprzewidziany. Zdarzają się samoczynne wydruki kas, usuwanie plików w komputerze w wyniku zwarć występujących w sieci elektroenergetycznej, zniszczenia modułów zasilania dekoderów, zmiany wskazań wag elektronicznych w wyniku pól elektromagnetycznych pochodzących od stacji radiowych itp. Duża ilość urządzeń wywołujących oraz narażonych na zaburzenia jest wynikiem faktu, że w Polsce dopuszcza się do obrotu sprzęt, który nie spełnia wymagań EMC. Kraje członkowskie UE już dawno zabezpieczyły się przed obecnością na rynku produktów, które emitują zbyt duże zaburzenia lub są na nie nieodporne.

Laboratorium Technik Automatycznej Identyfikacji

Od 1 stycznia 1996 roku w krajach członkowskich obowiązuje dyrektywa Unii Europejskiej dotycząca kompatybilności elektromagnetycznej (EMC Directive 89/336/EEC). W wyniku jej funkcjonowania powstały kryteria (tzw. normy zharmonizowane), które w zakresie emisji i odporności na zaburzenia muszą zostać spełnione przez wprowadzane na rynek urządzenia. Badanie EMC, z uwagi na koszt aparatury oraz stosunkowo długi czas trwania i skomplikowany charakter procesów badawczych, nie jest jeszcze w Polsce rozpowszechnione. Pomimo to daje się zauważyć wolno rosnące zainteresowanie tego rodzajem badań. Od stycznia przyszłego roku dyrektywy związane ze znakiem CE będą obowiązywały także w naszym kraju. Duża część producentów zostanie postawionych przed trudną decyzją – opuścić rynek do czasu, aż wytwarzane urządzenia będą spełniały wymagane normy, albo umieścić znak CE wbrew prawu, z pełną świadomością konsekwencji tego czynu. Laboratorium Technik Automatycznej Identyfikacji Instytutu Logistyki i Magazynowania w Poznaniu przeprowadza badania bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń – badania niezbędne do przeprowadzenia procesu certyfikacji oraz sporządzenia deklaracji zgodności z odpowiednimi dyrektywami nowego podejścia. Od wielu lat na użytek klientów działa tam system do kompleksowego badania zjawiska kompatybilności elektromagnetycznej. W jego skład wchodzi pomiar emisji napięć, mocy i pól zaburzeń oraz badanie odporności urządzeń na zewnętrzne pole elektromagnetyczne, na wyładowania elektrostatyczne (ESD), na serie szybkich elektrycznych zaburzeń impulsowych (EFT/burst), na zaburzenia udarowe (surge), na zaburzenia radioelektryczne wprowadzane do przewodów oraz na spadki, krótkie zaniki i wahania napięcia zasilającego (EN 61000-4-2, EN 61000-4-3, EN 61000-4-4, EN 61000-4-5, EN 61000-4-6, EN 61000-4-11).

rys. 1. Józef  Wojciechowski i Krzysztof Sieczkarek

Odyseja kosmiczna

Do badania kompatybilności elektromagnetycznej w laboratorium ILiM wykorzystywana jest najnowocześniejsza aparatura. Podczas przeprowadzania pomiaru emisji pola elektromagnetycznego badane urządzenie (np. monitor komputerowy) musi znajdować się na wydzielonym obszarze, wolnym od zewnętrznych zaburzeń radiowych i nie powodującym odbić fal emitowanych przez testowany obiekt. Praktycznie rzecz biorąc znalezienie takiego miejsca jest niemal niemożliwe, gdyż oznaczałoby przeprowadzanie testów na niezabudowanej, dużej i płaskiej przestrzeni wolnej od wpływu stacji radiowych. Z pomocą w rozwiązaniu tego problemu przyszły zdobycze najnowszej techniki. Jednym z najważniejszych, a zarazem najciekawszych technicznie stanowisk pomiarowych do badań kompatybilności elektromagnetycznej, jest komora GTEM (Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode Cell). Przestrzenny, metalowy obiekt o kształcie trójkąta i wielkości „małego fiata” wygląda jak żywcem wyjęty z „Odysei kosmicznej 2001”. Ale właśnie owo urządzenie umożliwia symulację wykonywanych pomiarów według wymogów większości obowiązujących światowych norm. Komora GTEM zapewnia wszystkie wymagania środowiskowe, a dodatkowo - współpracując z odbiornikiem lub analizatorem widma oraz z komputerem klasy IBM PC, który zarządza całym procesem pomiarowym - eliminuje konieczność wykonywania licznych manualnych operacji. Jej specyficzna konstrukcja całkowicie oddziela obszar pomiarowy od wpływu obcych pól elektromagnetycznych. Komora GTEM znajdująca się w Laboratorium Technik Automatycznej Identyfikacji ILiM, oprócz pomiaru emisji zakłóceń, stanowi element układu do badania odporności urządzeń na zewnętrzne pole elektromagnetyczne. Ten sprzęt pomiarowy, pomimo że wciąż jest w świecie nowością, już od 1996 roku pracuje w ILiM na usługi klienta.

rys.2 i 3 Wnętrze komory GTM i znajdujący się tam komputer, który jest poddawany badaniom.

Trzeba jednak mieć na uwadze, że badania kompatybilności elektromagnetycznej w środowisku mieszkalnym oraz przemysłowym posiadają znacznie więcej stanowisk pomiarowych. Oprócz wspomnianej komory, w ich skład wchodzi m. in. miernik harmonicznych prądu (pomiary do czterdziestej harmonicznej włącznie), symulator do badania odporności na wyładowania burzowe, badanie odporności na iskrzenie przewodów, wprowadzanie paczek „szpilek” nanosekundowych, symulator zjawisk w sieciach energetycznych (zaniki i wahania napięć itp.), stanowisko do pomiaru zaburzeń powstających na przewodach generowanych przez urządzenie (znak „B”) i inne. Instytut Logistyki i Magazynowania pomaga klientom uzyskać zgodność z wymaganiami kompatybilności elektromagnetycznej, niezbędnej do prawnego oznakowania sprzętu symbolem CE.

rys.4 Znak CE umieszczony na telefonie

 Badania przeprowadzane w Laboratorium Technicznym Automatycznej Identyfikacji mają stworzyć gwarancje, że urządzenie przeznaczone do pracy w danym środowisku będzie funkcjonowało niezawodnie. Badania nie są obowiązkowe, więc to wciąż od samych producentów i ich oficjalnych przedstawicieli będzie zależało złożenie tej deklaracji zgodnie z faktycznym stanem technicznym urządzeń.

Michał KORALEWSKI