EMC (ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY) TƯƠNG · PDF file2.2 Ví dụ sự nhiễu loạn vật dẫn điện của nguồn liên tục ... hướng 2/ Cahier ... Schneider Electric

Tương thích điện từ trong hệ thống nguồn GVHD: TS. Tăng Tấn Chiến

EMC (ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY) TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG NGUỒN

SCHNEIDER ELECTRIC

Với tất cả các thiết bị sử dụng điện, EMC phải được xem xét một cách cụ thể ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu và những nguyên lý, quy tắc khác nhau tiếp tục được xuyên suốt quá trình sản xuất và lắp đặt thiết bị.

Điều này có nghĩa rằng tất cả rất phức tạp, từ những kỹ sư và những kiến trúc sư mà thiết kế một tòa nhà đến những nhà kỹ thuật thi công dây điện trong các tủ thiết bị điện, bao gồm những chuyên gia thiết kế mạng trong các tòa nhà và những kíp, đội xây lắp các thiết bị, phải được quan tâm đến EMC – Một qui tắc được chấp nhận là "Sống hòa bình " cùng với sự tồn tại của các độ nhạy của thiết bị với những nhiễu loạn điện từ trường (mà thành ra được xem xét như là " đối tượng bị ảnh hưởng ") dọc theo thiết bị phát ra những sự nhiễu loạn như vậy (trong những từ khác, gọi là " nguồn " của những sự nhiễu loạn)

Tập tài liệu này được biên soạn qua nhiều năm đúc kết kinh nghiệm của Công ty Schneider Electric, giới thiệu những sự nhiễu loạn thường gặp và cung cấp vài phương pháp thực hành bù đắp sự nhiễu loạn đó.

Nội dung

1. GIỚI THIỆU 1.1 Tương thích Điện từ - EMC - Những đặc trưng và qui tắc1.2 Ngày nay, EMC là rất cần thiết.1.3 sự phức tạp của lý thuyết EMC

2. NGUỒN 2.1 Tầm quan trọng của việc nhận dạng hệ thống nguồn 2.2 Ví dụ sự nhiễu loạn vật dẫn điện của nguồn liên tục trong điện năng

2.3 Ví dụ bức xạ của những nhiễu loạn nguồn: ngắn mạch trong các trạm biến áp MV và VHV

3. GHÉP NỐI3.1 Sự khác nhau của các kiểu ghép đang tồn tại 3.2 Các kiểu trường chung hoặc khác nhau liên quan ghép nối dây3.3 Ghép trở kháng chung 3.4 Các kiểu khác nhau của việc ghép nối dây hoặc bằng xuyên chéo

4. CÁC HƯ HỎNG 4.1 Các lỗi thiết bị4.2 Cách giải quyết vấn đề

5. CÀI ĐẶT 5.1 Cài đặt một số hệ số quan trọng trong toàn bộ hệ thống EMC 5.2 Giai đoạn thiết kế 5.3 Giai đoạn cài đặt5.4 Ví dụ thực hành

6. TIÊU CHUẨN, KIỂM TRA THIẾT BỊ VÀ KIỂM TRA TOÀN BỘ6.1 Tiêu chuẩn 6.2 Kiểm tra thiết bị 6.3 Kiểm tra

7. KẾT LUẬN

Sinh viên thực hiện: Trần Thanh Sơn (ĐT-VT 2006-2009) Trang 1


Tài liệu tham khảo chính:

1/ Giáo trình môn học: Tương thích điện từ và sóng điện từ trong các hệ định hướng

2/ Cahier technique no. 149; EMC: electromagnetic compatibility of SCHNEIDER ELECTRIC

Tài liệu nghiên cứu:

1/ Introduction to Electromagnetic Compatibility; Second Edition CLAYTON R.PAUL

Department of Electrical and Computer Engineering, School of Engineering, Mercer University, Macon, Georgia and Emeritus Professor of Electrical Engineering, University of Kentucky, Lexington, Kentucky A JOHN WILEY & SONS, INC. PUBLICATION

2/ Power Quality Application Guide Earthing & EMC Fundamentals of Electromagnetic Compatibility (EMC) of Copper Development Association



1. GIỚI THIỆU

1.1 T ương thích Điện từ - EMC – Đặc trư ng và qui tắc:

EMC là một đặc trưng của thiết bị hoặc những hệ thống mà tự chống lại những sự phát xạ điện từ tương ứng của chúng.

Theo Từ Vựng Kỹ Thuật Điện Quốc tế (International Electrotechnical Vocabulary) IEV 161 -01-07, EMC là khả năng của một thiết bị hoặc hệ thống làm chức năng thỏa mãn trong môi trường điện từ trường của nó mà không cho những sự nhiễu loạn điện từ quá quắt làm quen với bất cứ cái gì trong môi trường đó.

Ngày nay, EMC cũng là một qui tắc được tập trung vào cải thiện sự đồng tồn tại của thiết bị hoặc những hệ thống mà có thể phát ra sự nhiễu loạn điện từ và / hoặc có cảm ứng tới chúng.

1.2 Ngày nay, EMC rất cần thiết

Nhiều thiết bị và những hệ thống luôn luôn bị lệ thuộc tới sự nhiễu loạn điện từ, và bất kỳ thiết bị kỹ thuật điện nào, chính nó, ít nhiều là một máy phát nhiễu loạn điện từ. Những sự nhiễu loạn này được phát sinh bằng nhiều cách. Tuy nhiên, nguyên nhân chính gây ra chính là những sự biến đổi thình lình của dòng điện hoặc điện áp.

Phần lớn những sự nhiễu loạn điện chung nhất (xem hình 1) trong vùng điện từ của điện áp thấp được thảo luận trong "Cahier Technique "số 141". Cahier Technique "số 143” thảo luận về những sự nhiễu loạn phát sinh khi thiết bị hoạt động tại mức điện áp chuyển mạch là trung bình.

Lớp Kiểu Nguồn gốc

Năng lượng cao Những sự sụt áp- Chuyển mạch nguồn công suất - Những bộ ngắn mạch- Khởi động các môtơ công suất cao

Tần số trung bình Điều hòa- Các hệ thống với bán dẫn công suất- Lò hồ quang điện

Tần số caoQuá áp

- Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp- Bộ chuyển mạch của thiết bị điều khiển- Ngắt các bộ ngắn mạch của các bộ bảo vệ

Phóng điện tĩnh điệnHiện tượng phóng điện của trường tĩnh điện trong cơ thể con người

Hình 1:Những nhiễu loạn chung nhất

Những sự nhiễu loạn này có thể được truyền lan do sự truyền dẫn dọc theo những sợi dây cáp hoặc được bức xạ trong các hình thức sóng điện từ.

Nguyên nhân gây ra sự nhiễu loạn được mô tả bằng các hiện tượng dưới đây.Hai ví dụ là giao thoa của sóng vô tuyến và giao thoa với những hệ thống điều

khiển và đo lường gây ra bởi những sự phát xạ điện từ.Trong vài năm gần đây, vài khuynh hướng cùng nhau làm cho EMC trở nên

quan trọng hơn bao giờ, đó là :* Những sự nhiễu loạn đang trở nên mạnh hơn với giá trị điện áp và dòng

điện ngày càng tăng .* Nhiều mạch điện tử đang gia tăng sử dụng các bộ cảm biến.



* Khoảng cách giữa những mạch cảm ứng (thường là điện tử ) và những mạch gây nhiễu (như những mạch cung cấp nguồn điện) đang trở nên nhỏ hơn.

Trong sự phát triển của những sản phẩm đó, như hệ thống chuyển mạch bảo vệ Merlin Gerin (hình 2), Schneider Electric thấy trước nhu cầu cần hiểu biết và áp dụng những nguyên lý EMC. Trong hệ thống thiết bị đóng ngắt và điều khiển hiện đại, dòng điện thấp và cao, bộ điều khiển và các bộ nguồn điện tử, bộ bảo vệ điện tử và những thiết bị cung cấp điện tất cả được bố trí tương đối gần.

Hình 2 : Ví dụ ứng dụng EMC :Ở mức điện áp trung bình panel SM6 chứa một cầu dao điện được thiết kế ngắt bộ nguồn (với dòng điện hàng trăm ampe điện áp dưới hàng chục kilôvôn), và một chương trình SEPAM điều khiển, bộ theo dõi và bảo vệ. Tổ hợp thiết bị hoàn thiện phải có chức năng ổn định dưới tất cả mọi trường hợp.

Do vậy EMC là một tiêu chuẩn cơ bản phải được xem xét trong tất cả các khâu phát triển và sản xuất sản phẩm, cũng như trong thời gian lắp đặt và đấu nối dây.

Hơn nữa, bây giờ EMC bao gồm một trong những tiêu chuẩn và đang trở thành một yêu cầu hợp pháp.

Những kinh nghiệm và thành tựu của Schneider Electric thì không giới hạn đối với việc thỏa mãn chức năng của các hệ thống điện và/hoặc điện tử trong môi trường điện từ thông thường của nó: ví dụ, Merlin Gerin thiết kế và xây dựng thiết bị có khả năng chống cự ở những điều kiện khắc nghiệt nhất như sự bức xạ điện từ phát sinh bởi các vụ nổ hạt nhân cao độ.

1.3 Lý thuyết EMC thì phức tạp

Bất kỳ công việc nào liên quan đến EMC dẫn đến việc phân tích ba thành phần sau:



- Sự gây nhiễu của máy phát hoặc nguồn - Truyền lan hoặc ghép nối- Thiết bị hoặc hệ thống bị ảnh hưởng hoặc các đối tượng bị ảnh hưởng khácNói một cách chính xác, ba thực thể không phải là độc lập nhưng tất cả các mục

đích thực hành đều được giả thiết tới.Sự phân tích lý thuyết thì khó khăn bởi vì nó liên quan đến sự truyền lan của

sóng điện từ trường được mô tả bởi một tập hợp phương trình vi phân phức tạp được gọi là những phương trình của Maxwell.

Nói chung, chúng không thể được giải quyết để nhượng bộ một giải pháp phân tích cho những thiết bị và những kích thước thực tế. Thậm chí với những hệ thống máy tính mạnh, giải pháp số thường rất khó để thu được hiệu quả.

Trong thực tế, những vấn đề EMC phải được đề cập với các giả thiết được đơn giản hóa, việc sử dụng những mô hình và đặc biệt là các phòng thí nghiệm và đưa đến các phương pháp đo.

2. NGUỒN NHIỄU

2.1 Sự quan trọng của việc nhận dạng nguồn

Nhận dạng và đo thử nguồn thì quan trọng một khi nắm chắc kiểu nguồn sẽ xác định những phép đo sau.

- Giới hạn của những sự nhiễu loạn phát sinh (E.g. trên một công tắc, bằng việc lắp đặt một mạch cộng hưởng đơn vị RC song song với nguồn AC. Lõi dây, hoặc một điôt trên lõi dây nguồn DC)

- Tránh sự nối chéo (i.e. về mặt vật lý phân ra hai phần tử không tương thích cao)

- Khử độ nhạy những đối tượng bị ảnh hưởng tiềm tàng (e.g. sử dụng vỏ cách ly)

Các tác nhân gây ra chính: Bất kỳ thiết bị hoặc hiện tượng vật lý /điện phát ra sự nhiễu loạn điện từ trường, hoặc các dây dẫn hoặc bức xạ, gọi là nguồn nhiễu.

Nguyên nhân chính gây ra sự nhiễu loạn điện từ là sự phân phối các bộ nguồn điện, sóng vô tuyến, sự phóng điện tử và sét đánh…

- Phân phối nguồn điện, một số lớn sự nhiễu loạn được tạo ra bởi chức năng chuyển mạch

Trong vùng điện áp thấp, việc mở những mạch điện cảm như những cuộn dây công tắc, những mô tơ , những van cảm ứng từ .v.v. phát sinh những xung điện áp rất cao (lên tới vài kV ngang qua những thiết bị đầu cuối cuộn dây) mà chứa đựng hài tần số cao (tới hàng trăm MHz).

Trong vùng điện áp cao hoặc trung bình, việc mở và đóng bộ ngắt nối sản sinh những sóng với một nhịp độ rất nhanh (một vài nanô-giây). Những sóng này thì có hại đặc biệt tới những hệ thống trên nền bộ vi xử lý.

- Sóng vô tuyến phát ra bởi những hệ thống theo dõi từ xa, điều khiển từ xa, truyền thông vô tuyến, những máy truyền hình, những máy bộ đàm .v.v. chính là nguồn gây ra sự nhiễu loạn trong thứ tự vài V/m. Ngày nay, tất cả những máy phát gây nhiễu loạn này thì nói chung ngày càng tăng và dễ ảnh hưởng đến thiết bị bởi vậy cần được cung cấp ngày càng tăng hiệu quả bảo vệ.

- Mức độ nạp điện của cơ thể con người : cho ví dụ, một người đi bộ trên một kiểu thảm trong một khí hậu khô và lạnh có thể được nạp lên trên tới hơn 25 kV! Bất kỳ tiếp xúc với sản phẩm thiết bị điện tử nào đều sản sinh một sự giải phóng với một



thời gian rất nhanh (vài nanô-giây) được nạp vào thiết bị bởi sự kết nối và bức xạ, phát sinh sự nhiễu loạn chính.

Những đặc trưng của sự nhiễu loạnNguồn có thể được định trước (E.g. máy phát vô tuyến) hoặc không được định

trước (e.g. đơn vị hàn hồ quang điện).Tuy nhiên nói chung chúng có thể được phân biệt bởi những đặc trưng của

những sự nhiễu loạn do chúng sản sinh : - Phổ- Dạng sóng thời gian lên hoặc bao phủ của phổ- Biên độ - Năng lượngPhổ, băng tần số bị bao trùm bởi sự nhiễu loạn có thể rất hẹp, như trường hợp

của hệ thống điện thoại di động , hoặc rất rộng, như những lò hồ quang điện.Những sự nhiễu loạn kiểu xung bao trùm một bề rộng phổ đặc biệt lên tới 100

MHz hoặc hơn (xem hình 3). Tới loại cuối cùng này phần lớn thuộc về riêng của nguồn như là:

- Sự phóng điện của trường tĩnh điện - Chuyển mạch rơ le, bộ ngắt kết nôi, công tắc, những chuyển mạch và những

cầu dao điện bên trong LV, MV và HV băng- Sét- Các xung điện từ hạt nhân (lĩnh vực đặc biệt)

Hình 3: Những ví dụ về những đặc trưng phổ của tín hiệu nhiễu

Một khi mức độ của sự ghép nối trực tiếp cần cân đối tới tần số, EMC sử dụng miền tần số để mô tả đặc điểm sự nhiễu loạn.

Kiểu trình bày này ,cho một tín hiệu tuần hoàn, thì tương tự như một chuỗi Fourier (bao gồm tổng của các hài).



Dạng sóng mô tả những đặc trưng của sự nhiễu loạn trong cả thời gian và có thể, cho ví dụ, một sóng hình sin tắt dần hoặc hàm mũ gấp đôi. Nó được biểu thị như một thời gian lên tr, một tần số tương đương 0.35/tr hoặc đơn giản là tần số nhiễu loạn cho tín hiệu băng hẹp hoặc như một bước sóng λ được quan hệ với tần số bởi công thức λ=c/f, trong đó c là tốc độ của ánh sáng (3 * 108 ms - 1).

Biên độ là giá trị cực đại của tín hiệu đạt đến dưới dạng điện áp (volt), lĩnh vực điện (v/m ), etc.

Năng l ượng là số nguyên của mức năng lượng tức thời trong cả thời gian tín hiệu nhiễu kéo dài

2.2 Ví dụ của một nguồn liên tục dẫn đến sự nhiễu loạn trong các bộ nguồn điện tử

Trong các bộ nguồn điện tử, những nguồn nhiễu cơ bản hướng tới là điện áp hơn là những dòng điện tức thời. Những điện áp có thể thay đổi hàng trăm vôn thực tế trong một vài ns đưa dV/dts quá mức109 V/s.

Hình 4: Nguồn nhiễu loạn trong các bộ nguồn điện tử: Kỹ thuật chuyển mạch điều chế độ rộng xung

a) Lý thuyếtb) Mở rộng xung(mở rộng t); một phần của sóng hình sin không tương xứng khi

nó bao trùm 20 ms; tr ≈ 2 to 3 tf (10 ns to 1 µs)

Điều chế độ rộng xung (PWM) (xem hình 4), ví dụ, đã phát sinh một điện áp sóng hình sin từ một điện áp DC, việc điện áp thay đổi từ 0 đến Udc (660 V cho nguồn ba pha) xuất hiện trong một thời gian rất ngắn, ns tới vài µs phụ thuộc vào công nghệ được sử dụng.

Điện áp thay đổi nhanh chính là nguồn của nhiều hiện tượng nhiễu loạn, phần lớn sự nghi vấn dựa vào kinh nghiệm, phát sinh những dòng chảy xuyên qua bất kỳ những điện dung ký sinh nào. Dẫn đến điện dung ký sinh Cp được tính đến, dòng điện tính chung như sau: ICM = Cp dV/dT.

Với những thời gian lên được đề cập sớm hơn, một điện dung ký sinh 100 pF thì đủ để phát sinh dòng điện chế độ chung của vài trăm mA. Dòng nhiễu này sẽ chảy



xuyên qua dây dẫn tiêu chuẩn zêrô và có thể sửa đổi những tín hiệu (dữ liệu hoặc những câu lệnh), được chồng lên độ nhạy phép đo và quấy rầy thiết bị khác bởi việc đưa tín hiệu nhiễu vào trong mạng phân phối công cộng.

Một cách bù trừ hiện tượng này, i.e. để bảo đảm EMC, tăng thêm thời gian lên điện áp. Tuy nhiên một giải pháp như vậy gia tăng đáng kể sự mất mát các chuyển mạch trong những tranzito, sản sinh nhiệt có hại. Cách khác làm giảm bớt những dòng điện chế độ chung có hiệu quả khác gồm có tăng thêm trở kháng chế độ chung. Cho ví dụ, khi ghép những thành phần bộ nguồn điện tử, có hai phương pháp sau thì thường sử dụng :

_ Ngắt bộ tản nhiệt (không kết nối điện), (xem hình 5), nếu những qui tắc an toàn thì chưa bị xâm phạm.

Hình 5: Điện dung ký sinh của bộ tản nhiệt(thành phần làm mát) được kể đến trong việc thiết kế UPS

- Giảm bớt điện dung ký sinh giữa thiết bị và bộ tản nhiệt sử dụng một vật cách ly với một hằng số chất điện môi thấp (xem hình 6).

Hình 6: Các kiểu chất cách ly được sử dụng khi lắp các thành phần điện tử



Trong lĩnh vực hệ thống UPS (nguồn liên tục) chẳng hạn, các biện pháp phòng ngừa ở trên làm khác đi giữa hệ thống " làm ô nhiễm " và một hệ thống " sạch ". Cho những hệ thống UPS, chú ý rằng điện tử ở mức thấp trong bộ đảo tĩnh phải được bảo vệ để chống lại những sự nhiễu loạn được tạo ra bởi những mạch điện nguồn của chính mình.

Thật cần thiết để hiểu và điều khiển hiện tượng này để giới hạn ảnh hưởng của sự phát xạ có hiệu quả và tiết kiệm.

Những nguồn ít thường xuyên hơn khác tồn tại như sét và chuyển mạch đột biến có thể phát sinh dV/dts và dI/dts lớn. Sự nhiễu loạn này cũng phát sinh bức xạ những trường.

2.3 Ví dụ của nguồn nhiễu bức xạ : Đóng mạch trong trạm MV và VHV

Môi trường trạm, đặc biệt trong những ứng dụng điện áp trung bình và rất cao, có thể chứa đựng những miền có xung điện từ trường rất mạnh.

Những thao tác đóng ngắt nhất định có thể phát sinh những điện áp cao hơn nhiều giá trị danh định trong một thời gian rất ngắn. Cho ví dụ, khi một chuyển mạch 24kV được đóng, hiện tượng đánh lửa gây ra những sự biến đổi điện áp hàng chục KV trong một vài ns. Phần này sẽ được bàn luận chi tiết hơn trong "Cahier Technique” no 153 :"SF6 Fluarc circuit breakers and MV motor protection"

Những phép đo thực hiện ở những phòng thí nghiệm Schneider đã cho thấy trong thời gian chuyển mạch 24 kV đóng ngắt, miền hình sin tắt dần đạt đến những giá trị đỉnh 7.7 kV/M với tần số 80 MHz ở khoảng cách 1 mét từ tủ chuyển mạch. Sức mạnh của miền này thì quá lớn khi so sánh với một 1W công suất phát của máy bộ đàm song công mà phát sinh 3 đến 5 V/m đo tại khoảng cách của 1 mét. Điện áp đó được truyền lan dọc theo dây dẫn, những thanh góp, cáp và dây trần. Tần số thì phức tạp, i.e do hiện tượng xảy ra nhanh, những dây dẫn (đặc biệt là những thanh góp) vận hành như anten và như đặc trưng lĩnh vực trường điện từ chúng phát ra thì phụ thuộc cao vào thiết kế của những thùng kim loại (vùng phân chia con, tủ chuyển mạch).

Trong những trạm điện áp rất cao có lớp bọc kim loại, trường điện từ thì đặc biệt mạnh. Vỏ bọc kim loại SF6 cách ly trạm có hình dạng đồng trục và bởi vậy nó luôn thể hiện trở kháng đặc trưng không thay đổi. Điện áp thay đổi nhanh bên trong kim loại có thể ngăn việc phát sinh hiện tượng sóng đứng; chúng được tạo ra do xuất hiện phản xạ lúc trở kháng bị thay đổi. Cường độ và thời gian của hiện tượng cũng được tăng bởi hiệu ứng này.

Môi trường điện tử ở vùng điện áp trung bình và rất cao yêu cầu nghiên cứu tương thích điện từ sâu hơn để thiết kế và lắp đặt những hệ thống rơ le, những thiết bị điều khiển và bộ kiểm tra. Điều này thì đặc biệt quan trọng vì phải thêm vào bức xạ nhiễu. (xem hình 7)



Hình 7:3 ví dụ thiết bị với điện tử số được phát triển bởi Schneider Electric được thiết kế đầy đủ tương thích điện từ trường

1- A SEPAM được tích hợp đơn vị bảo vệ và điều khiển trong thiết bị MV2- Đơn vị bảo vệ và điều khiển cho bộ đóng ngắt Masterpact3- ANTIVA 66 điều khiển tốc độ

3 GHÉP NỐI

3.1 Tồn tại nhiều kiểu ghép nối khác nhau:

Sự ghép nối nói đến sự liên kết, sự chuyển đổi hoặc truyền lan của những sự nhiễu loạn trường điện từ từ máy phát đến đối tượng bị ảnh hưởng.

Sự ghép nối được biểu diễn dưới dạng hệ số ghép nối k, đơn vị là dB (e.g 75dB), mà có thể đánh giá ảnh hưởng truyền dẫn tín hiệu nhiễu loạn từ nơi phát đến đối tượng bị ảnh hưởng .



(k = 20 log A (received)/A (transmitted), với A là cường độ của tín hiệu nhiễu)

Hệ số k chỉ có nhiều ý nghĩa khi chuyển đổi sự nhiễu loạn điện từ sang tần số, mà thường là trường hợp trong thực hành.

Ba kiểu ghép nối nổi tiếng có thể được phân biệt - Ghép nối trường với dây theo kiểu chung và kiểu vi sai- Ghép nối trở kháng chung- Ghép nối dây hoặc xuyên chéo theo kiểu vi sai

3.2 Ghép nối trường với dây theo kiểu chung và kiểu vi sai

Vùng trường điện từ có thể kết nối với bất kỳ kiểu cấu trúc như dây nào và phát sinh kiểu chung (đối với đất) hoặc kiểu vi sai (giữa những dây) điện áp hoặc, nói chung cả hai trường hợp. Kiểu ghép nối này được gọi ghép nối trường với dây và cũng được biết như hiệu ứng anten của dây, rãnh trong bảng mạch in, etc.

Kiểu ghép nối chung phát sinh những điện áp và dòng điện nhiễu loạn kiểu chung.

Điện áp nhiễu kiểu chung (VCM) là điện áp mà ảnh hưởng tất cả các chất dẫn sống. Nó được tham chiếu tới vỏ máy hoặc mass đất (trong những hệ thống điện bên tiêu biểu) : tất cả kiểu chung được cô lập kiểm tra trong việc đống mở điện áp thấp bởi vậy được thực hiện giữa mass đất và tất cả các pha.

Dòng điện kiểu chung (ICM) là dòng điện mà chảy xuyên qua tất cả các chất dẫn sống trong cùng hướng đó (Xem hình 10). Dòng điện cảm ứng vào trong dây LV bởi một xung chớp là dòng điện kiểu chung.

Hình 10: Điện áp và dòng kiểu chung giữa 2 rơle của phần điện áp thấp trong tủ điện áp trung bình

- Ghép nối kiểu vi sai kéo điện áp và dòng điện vào vỏ cảm ứng, ví dụ, giữa hai pha của một cầu dao điện hoặc giữa hai dây mà truyền dữ liệu cảm ứng tới linh kiện điện tử.

Những phương trình mà điều khiển sự ghép nối giữa vùng trường điện từ (trở kháng của một sóng bất kỳ) và một dây như cấu trúc (có thể cũng bất kỳ) thì rất phức



tạp. Trong đa số các trường hợp chúng không thể được phân tích mà cũng không đưa ra số.

Dù sao, đơn giản hơn và đa số các kiểu ghép nối chung có thể được biểu diễn phân tích : ghép nối giữa thành phần từ tính của vùng trường điện từ và vòng của vùng A hình thành bởi những dây dẫn (Xem hình 11).

Thành phần từ tính H của trường cảm ứng trong chuỗi vòng điện áp bằng nhau : e = µ0 ‘A’ dH/dt Trong đó µ0 = 4π 10-7 H/m là độ thẩm thấu trong chân không

e = Điện áp cảm ứng bởi trường điện từHình 11: Ví dụ ghép nối trường với dây kiểu vi sai

Cho ví dụ, trong một trạm điện áp trung bình, một vòng (của dây hoặc cáp) bao trùm 100cm2 đặt 1m từ tủ chuyển mạch (xem hình 12) và lộ xung kiểu trường 5.5kVrms/m (phép đo trong phòng thí nghiệm) sẽ phát sinh (bởi sự cảm ứng) một chuỗi điện áp 15 V.



Hình 12: Ví dụ của vòng đất của thành phần điện áp thấp trong tủ điện áp trung bình

3.3 Ghép nối trở kháng chungNhư tên gợi ý, ghép nối trở kháng chung là kết quả từ một trở kháng được chia

sẻ bởi hai hoặc nhiều mạch. Trở kháng chung có thể kết nối đất, mạng mass đất , mạng phân phối nguồn, dùng chung dây dẫn có mức nguồn tín hiệu thấp etc.

Hình 13: Các đại lượng đã đo bằng khuyếch đại thuật toán sẽ không đúng bởi vì dòng nhiễu trong mạch A (phần cung cấp nguồn) cao đủ để tạo ra điện áp nhiễu tại mạch B

(phần đo)

Một ví dụ cho thấy những hiệu ứng của kiểu ghép nối này (Xem hình 13). Dòng điện nhiễu trong mạch A khoảng vài chục mA đủ để phát sinh những điện áp nhiễu vài V trong mạch B. Nếu mạch B sử dụng M như là điểm tham chiếu (có thể là đất), điểm



tham chiếu có thể thay đổi vài vôn. Điều này chắc chắn ảnh hưởng đến mạch tích hợp điện tử mà làm việc với những điện áp có cùng độ lớn.

Ví dụ chỉ ra rằng một trở kháng chung có thể được hình thành bởi một dây có độ dài vài mét và chung cho cả hai mạch A và B.

Sự nhiễu loạn có độ lớn Uc = Ia Zc trong đó+ Ia là dòng nhiễu+ Zc là trở kháng chung (Xem hình 14)

Hình 14: Sơ đồ trở kháng chung

Tại những tần số thấp trở kháng chung thì thường vô cùng nhỏ. Cho ví dụ, yêu cầu an toàn khiến mặt cắt ngang nhỏ cho những chất dẫn PE, i.e dây màu xanh lục/nhuốm vàng, của những mạng đất phụ thuộc dòng ngắn mạch sau đó. Trở kháng ở tại 50 Hz giữa hai điểm trong mạng bởi vậy luôn luôn thấp hơn 1Ω.

3.4 Ghép nối dây với dây kiểu Vi sai hoặc xuyên chéoSự Xuyên chéo là một kiểu ghép nối mà giống với sự ghép nối trường với dây.

Nó được gọi xuyên chéo điện dung hoặc xuyên chéo cảm ứng, phụ thuộc vào liệu nó gây ra sự thay đổi dòng điện hoặc điện áp.

Sự thay đổi điện áp nhanh giữa dây và mặt đất hoặc giữa hai dây (Xem hình 15) phát sinh trường gần bên cạnh, với vài sự xấp xỉ, thì chỉ chứa điện trường.



Hình 15: Sự thay đổi nhanh điện áp V1 tạo ra một trường mà tại khoảng cách ngắn có thể được tính hoàn toàn là điện trường và điện áp cảm ứng VN trong cấu trúc như dây

dẫn song song gọi là xuyên chéo điện dungTrường này có thể kết nối vào trong cấu trúc tương tự dây song song gọi là sự

xuyên chéo điện dung. Tương tự, sự thay đổi dong điện trong dây hoặc cáp phát sinh trường điện từ trường mà xấp xỉ như từ trường.

Trường có thể ghép nối vào đôi dây và gây ra điện áp nhiễu loạn được gọi sự xuyên chéo cảm ứng (Xem hình 16).



Hình 16: Dòng điện thay đổi trong cáp sinh ra trường điện từ mà tại khoảng cách ngắn chỉ còn là từ trường và từ trường cảm ứng hình thành vòng gọi là kiểu kết nối xuyên

chéo cảm ứngĐiện dung xuyên chéo và cảm ứng xuyên chéo tồn tại mỗi khi những dây dẫn

được định tuyến song song hoặc bố trí gần nhau. Sự xuyên chéo có thể xuất hiện trong cáp treo và những máng điện và đặc biệt giữa những cáp nguồn mang những tín hiệu nhiễu loạn tần số cao và đôi dây xoắn được sử dụng bởi mạng kỹ thuật số như Batibus. Sự xuyên chéo sẽ mạnh hơn lâu hơn trên những đường dẫn song song, nhỏ hơn khoảng cách giữa dây hoặc những đôi dây và cao hơn tần số của những sự nhiễu loạn.

Cho ví dụ, sử dụng ký hiệu trong hình 15, hệ số ghép nối điện áp (xuyên chéo điện dung ) có thể được biểu thị như sau:

Trong đóV1: Nguồn điện áp VN: Điện áp cảm ứng nhiễu loạn bởi ghép nối C12: Điện dung ghép nối giữa hai dây tỉ lệ với chiều dài dây và hệ số khoảng

cách Log [1+(h/e)2] , ở đó h là khoảng cách giữa hai dây của 1 đôi dây và e là khoảng cách giữa những đôi dây

C20: Điện dung giữa hai dây của đôi dây bị nhiễuR: Trở kháng tải của đôi dây bị nhiễu

Trong công thức này, điều kiện đầu tiên ở mẫu số thường là không đáng kể như được so sánh tới điều kiện hai. Vậy thì một sự xấp xỉ hợp lý là:

= 2πf R C12

= ω R C12

Để đặc biệt hơn, hãy xét hai đôi với dây có đường kính 0.65mm chạy song song 10 mét; những dây bên trong 1 đôi "bị ảnh hưởng " là 1 cm và những cặp là 2 cm và R=1 kΩ. Cho một tín hiệu 1 MHz, hệ số ghép nối -22dB được tìm thấy, và việc tính toán cho kết quả :

Trong thực tiễn, kiểu ghép nối điện dung và cảm ứng này thì giảm đáng kể bởi sử dụng của những cặp xoắn và những cáp được che chắn.

4 Đối tượng bị ảnh hưởng Bất kỳ thiết bị nào mà có thể bị ảnh hưởng bởi sự nhiễu loạn có thể thì được xem như một " Đối tượng bị ảnh hưởng ". Đó là kiểu thiết bị chứa một vài:

4.1 Hư hỏng thiết bị:Những hư hỏng thiết bị được chia thành bốn phạm trù và có thể :


VN 1V1 12 =


- Không đổi và có thể đo được- Ngẫu nhiên và không lặp lại, xuất hiện khi có những nhiễu loạn- Ngẫu nhiên và không lặp lại, còn lại sau khi những nhiễu loạn biến mất- Sự hư hỏng thiết bị (những thành phần vật lý bị phá hủy)

Trên đây mô tả đặc điểm trong thời gian của lỗi nhưng không phải là tính nghiêm trọng của nó.Tính nghiêm trọng của một lỗi là vấn đề của chức năng hoạt động. Những lỗi đã biết có thể được chấp nhận được trong một thời gian có hạn như sự mất mát tạm thời của một màn hình; những cái khác có thể không chấp nhận được như những sự trục trặc thiết bị an toàn.4.2 Giải pháp vấn đề

Nhiều giải pháp với điều kiện làm sao thiết bị được xây dựng tồn tại cung cấp sự miễn trừ có hiệu quả tới những sự nhiễu loạn điện từ với chi phi thấp. Những phép đo đạc để phòng ngừa có thể dẫn đến

- Thiết kế tấm bảng mạch (phân chia chức năng, cách trình bày đường mạch, nối thông nội bộ)

- Lựa chọn những thành phần điện tử - Lựa chọn và thiết kế vật liểu phủ bảo vệ - Kết nối đất- Cách đi dâyNhững sự lựa chọn kéo theo nhiều qui tắc khác nhau và cần phải được làm trong

thời gian thiết kế dự án để tránh bổ sung chi phí mà luôn luôn cao cho những sự sửa đổi sau khi thiết kế được hoàn thành hoặc khi nào sản phẩm đã tồn tại trên thị trường.

Tiến hành tất cả những phép đo để phòng ngừa tuân theo tiieu chuẩn lọc và kỹ thuật che chắn thường được giới thiệu để tăng thêm khả năng bảo vệ dù hiệu lực của nó chưa được thử thách.

Những tấm bảng mạch inNgười thiết kế những tấm mạch in phải tuân theo những quy tắc nhất định liên

quan đến phân chia và sắp đặt các chức năng.Bắt đầu với sự xếp đặt thành phần, có thể giảm bớt những hiệu ứng ghép nối liên

quan đến sự gần nhau của linh kiện.Cho ví dụ, nhóm lại những phần tử mà cùng thuộc về phạm trù mạch đó (số,

tương tự, hoặc những mạch nguồn) theo độ cảm ứng, giảm bớt sự giao thoa. Hơn nữa, cách trình bày đường đi của mạch có một hiệu ứng kịch tính về độ cảm : cùng một sơ đồ điện thực hiện những cách khác nhau dẫn đến những mức miễn trừ khác nhau.

Cho ví dụ, ăn mòn cực tiểu bản mạch (Xem hình 17) giảm bớt những hiệu ứng và nhạy cảm bức xạ.

Hình 17: Trình bày mạch in có thể làm giảm độ cảm ứng điện từ trường của PCB



Những thiết bị Điện tửNhiều thành phần sẵn sàng cung cấp sự bảo vệ có hiệu quả chống lại ảnh hưởng

của những sự nhiễu loạn. Chọn lọc được định hướng mức năng lượng của mạch để bảo vệ (mạch nguồn, điều khiển và bộ kiểm tra, etc.) và kiểu nhiễu loạn. Vậy thì, những sự nhiễu loạn kiểu chung trong một mạch điện nguồn, một máy biến thế sẽ được sử dụng nếu những sự nhiễu loạn tần số thấp (< 1 kHz) và sử dụng bộ lọc nếu chúng ở những tần số cao.

Bảng trong hình 18 cho một danh sách không toàn diện của những thiết bị bảo vệ. Chúng có những đặc trưng khác nhau : bộ lọc không bảo vệ chống lại xung đột biến, và một bộ bảo vệ xung đột biến không bảo vệ chống lại tần số cao của những sự nhiễu loạn.Kiểu Ví dụ thiết bị Ứng dụng

Chống xung đột biến

Khoảng cách điện cựcBộ van chống sétMạch hạn chế

Bộ nguồn, điều khiển và giám sát- Phần lắp đặt

VaristorZener Diode

- Mạch điện tử

Lọc

Biến ápCuộn cảmTụ điệnBộ lọc

Bộ nguồn, điều khiển và giám sát (Lắp đặt và mạch điện tử)

Che chắn

Lưới dâyDây đệmCáp che chắnĐệm tần số caoChốt chọn dòng

Truyền dẫn dữ liệu

Hình 18:Danh sách các thiết bị bảo vệ

Che chắnViệc bao bọc thiết bị có cảm biến trong một vật liệu che chắn bảo vệ chống lại

trường điện từ. Để có hiệu quả, bề dày của vật liệu che chắn phải vượt hơn chiều sâu của tần số nhiễu loạn (Xem hình 19). Chống lại sự nhiễu loạn tần số cao hoặc điện trường, vật liệu sơn vecni có thể hiệu quả. Chỉ những vỏ bọc có độ thẩm thấu cao có thể chặn đứng từ trường ở tần số thấp.



Hình 19: Màn hình diễn tả hiệu quả của vật liệu che chắn Nối thông đất Khi đến thanh nối đất, dòng điện tốt liên tục giữa các bộ phận khác nhau thì quan trọng vô cùng. Chúng phải được nối thông một cách cẩn thận và chính xác, ví dụ những vùng công tắc bảo vệ dùng sơn và cũng sử dụng dây ngắn, rộng bện đuôi sam (để giảm trở kháng tới cực tiểu).

Đi cáp (bện cáp)Cáp che chắn là một mở rộng của vỏ bao dây dẫn đặt xung quanh những hệ

thống có cảm ứng. Bởi vậy nó có thể kết nối ngắn nhất và có thể chung quanh chu vi của nó để bảo vệ chống lại sự nhiễu loạn tần số cao.

Đúng như khi ghép nối giữa một trường điện từ và một cấu trúc giống như dây, lý thuyết điều khiển dây che chắn rất phức tạp và quá nhiều. Khi tất cả qui tắc thiết kế và sản xuất được quan tâm, hệ thống sẽ được bảo vệ một cánh đầy đủ những sự nhiễu loạn điện từ trong môi trường nó được xây dựng.

Tuy vậy, sự bảo vệ này chỉ có hiệu lực bởi những phép đo thực tế mà xác định hiệu lực của kỹ thuật che chắn khác nhau. Tại công ty Schneider Electric, cho ví dụ, những mô hình nguyên mẫu khác nhau như những cầu dao điện được đưa ra kiểm tra quan trọng tiêu biểu những sự nhiễu loạn lớn nhất tới chừng nào chúng khống chế được.

Những cuộc thử thật khách quan sẽ kiểm tra các tác động không phải là tình cờ và cầu dao điện mở chính xác vào thời gian đòi hỏi. Những tiêu chuẩn " Sản phẩm " bây giờ bao gồm, cho ví dụ : IEC 60947 - 2 tiêu chuẩn liên quan những cầu dao điện công nghiệp, và IEC 61131 - 2 tiêu chuẩn liên quan chương trình điều khiển logic.

5 Lắp đặt5.1 Lắp đặt là một nhân tố quan trọng trong toàn bộ hệ thống EMC Bằng chứng của việc này có thể được tìm thấy trong NF C 15-100 (IEC 60364)

những tiêu chuẩn chung lắp đặt LV. Hai mục trước đây đã cho thấy rằng sự lắp đặt đó



đóng một vai trò quan trọng trong EMC; điều này thì thật cho cả hai pha thiết kế và cách trình bày và pha lắp đặt thực tế.

5.2 Pha thiết kếTrong khi khâu thiết kế và cách trình bày là hai nhân tố chính điều khiển EMC:

Sự lựa chọn thiết bị và xác định vị tương đối của họ (Xem hình 20).

Nhân tố đầu tiên liên quan sự lựa chọn cả hai thành phần phát lẫn những đối tượng bị ảnh hưởng : một mảnh của thiết bị có thể phát sinh những sự nhiễu loạn và/hoặc dễ bị ảnh hưởng.

Cho ví dụ, nếu hai đơn vị có chức năng gần lẫn nhau, chúng phải :- Hoặc kết hợp phần phát mà phát sinh những nhiễu loạn mức thấp và một

"nguyên mẫu" đối tượng bị ảnh hưởng.- Hoặc kết hợp một máy phát "Nguyên mẫu " mà sinh ra mức ôn hòa của nhiễu

loạn và đối tượng bị ảnh hưởng có độ nhạy thấp.- Hoặc dạng thỏa hiệp giữa giữa hai thái cực.Nhân tố thứ hai mà phụ thuộc trực tiếp liên quan đầu tiên đến xác định vị trí của

thiết bị, được chọn đối với những đặc trưng riêng lẻ của nó, nhằm thỏa mãn những yêu cầu về EMC. Hiển nhiên rằng sự lựa chọn này phải tính đến chi phí của thiết bị và lắp đặt nó.

5.3 Khâu Lắp đặtCông việc lắp đặt điện và điện tử cần phải theo những nguyên tắc được hướng

dẫn đã thảo luận ở những mục trước đây. Trong thực tế, những cùng tồn tại nhiều kiểu ghép nối khác nhau phải được nghiên cứu và thỏa mãn những yêu cầu EMC.

Các kỹ thuật khác cần phải ứng dụng :- Mạch điện và vỏ máy/nối đất phải được đặt ở trong một lưới.- Mạch điện phải được phân ra về mặt vật lý .- Cách đi dây phải lên kế hoạch cẩn thận .5.4 Vài ví dụ thực hànhBố trí lưới cho mạch điện và vỏ máy/ nối đất



Ngày nay, thiết bị có thể dễ bị ảnh hưởng từ những mức năng lượng rất thấp. Mạch điện tử nối thông với nhau có độ nhạy với những tần số cao. Ghép nối trở kháng chung thường xuyên xuất hiện và để tránh nó, tốt nhất làm cho hệ thống được nối đất hoặc chính xác hơn dùng lưới đất, là chủ yếu.

Điều này là bước đầu tiên trong việc cung cấp sự bảo vệ chống lại những vấn đề nhiễu loạn. Trong một mạng phân phối nguồn nhà máy, tất cả các dây bảo vệ (PE) phải được nối với nhau và nối tới cấu trúc kim loại được chỉ rõ bên trong NF C 15-100 (Xem hình 21).

Hình 21:Mạng lưới cho mạch điện, vỏ máy và hệ thống đấtTương tự, bên trong thiết bị, tất cả nền và những khung vỏ phải được nối tới một

lưới như hệ thống đất có thể bằng cách ngắn nhất cách sử dụng trở kháng thấp (tại tần số cao), sự nối dây của một tủ điện là một ví dụ tiêu biểu : tất cả các nền phải thì được nối cùng nhau.

Có một sự thay đổi sẽ được ghi chú ở đây : phương pháp kéo theo sự ghép nối của tất cả các nền tới một điểm trung tâm (cấu hình ngôi sao), đôi khi sử dụng cho thiết bị cảm ứng điện tử tương tự bị nhiễu tạp 50 Hz, đã được thay thế bởi những lưới có hiệu quả hơn nhiều trong giảm bớt những sự nhiễu loạn mà ảnh hưởng những hệ thống số ngày nay, bảo vệ các rơle và những hệ thống điều khiển và bộ kiểm tra.

Phân chia những mạch điệnKỹ thuật này gồm có phân ra những nguồn năng lượng (thừơng là 50 hoặc 60

Hz). Mục tiêu sẽ tránh giao thoa với thiết bị cảm ứng gây ra những nhiễu loạn phát sinh bởi những hệ thống khác nối tới cùng bộ nguồn đó. Nguyên lý sẽ tạo ra hai bộ nguồn riêng biệt được cô lập bởi những trở kháng thì cao tại tần số của sự nhiễu loạn.

Những máy biến thế (không phải những tự biến thế) là những chất không dẫn điện có hiệu quả, đặc biệt ở những tần số thấp: những máy biến thế MV/LV, cách ly những máy biến thế và bất kỳ đầu vào làm ngừng sự nhiễu loạn điện tử.

Đôi khi cách ly một bộ lọc không được yêu cầu để loại trừ những sự nhiễu loạn tần số cao. Nếu thiết bị có mạch cảm ứng cũng yêu cầu nguồn khẩn cấp, thì nó có thể được cung cấp bởi bộ nguồn UPS miễn là UPS yêu cầu cách ly biến áp

Thiết kế kỹ phần đi dâyNhững hiệu ứng của ba cơ chế ghép nối được xem xét sớm hơn có thể làm giảm

nếu lộ trình dây và cáp tuân thủ những quy tắc sau : - Trong tất cả các hệ thống mà không thể phân chia về mặt vật lý với lý do về

mặt kinh tế, thì dây, cáp phải được nhóm với nhau theo từng loại. Những loại khác nhau cần đi dây riêng rẽ :đặc biệt, những cáp nguồn cần phải về một bên với những cáp tín hiệu (điện thoại, điều khiển và kiểm tra) (Hình 22 ).



Hình 22: Ví dụ một cách đi dây/ cápNếu có đủ chỗ đi cáp hoặc với những máng điện sẵn có, thì những cáp nguồn có

dòng nhiều hơn vài ampe tại 220 V cần phải được tách riêng rẽ với các loại cáp tín hiệu, hay nói cách khác, khoảng cách cực tiểu ít nhất là 20 cm phải được giữ giữa loại.

Bất kỳ thành phần chung nào của 2 loại này phải được tránh.Sơ đồ mạch điện sử dụng cáp tín hiệu cần phải có, bất cứ ở đâu, có thể đi sát dây

0V để tránh sự ghép nối trở kháng chung. Phần lớn những hệ thống truyền thông đường trục yêu cầu những cặp dây dự trữ chỉ riêng cho sự trao đổi dữ liệu.

- Trong bất kỳ trường hợp nào, toàn bộ vòng tròn thành hình bởi dây dẫn và sự trở lại của nó phải thì thu nhỏ. Trong sự truyền dữ liệu, những cặp xoắn giảm bớt độ cảm ứng với sự ghép nối kiểu vi sai

- Những cáp sử dụng cho phép đo và truyền dữ liệu mức thấp cần phải được che chắn nếu có thể, và khi thiếu những chỉ dẫn đặc biệt từ nhà sản xuất, vật liệu che chắn của nó cần phải được nối đất.

- Phải định tuyến cáp, nếu tất cả có thể, được làm bằng kim loại. Những máng điện cần phải nối điện chính xác, e.g. nối với nhau và cùng nhau và nối tới lưới đất.

- Các sợi cáp cảm ứng nhất (e.g. được sử dụng trong những phép đo) cần phải được đặt trong góc của máng điện nơi chúng có thể được bảo vệ cực đại chống lại sự bức xạ điện từ. Vật liệu che chắn của nó, nếu có, cần phải được nối tới máng điện ở những khoảng bình thường.

Tất cả các kỹ thuật đi dây này, mà có hiệu quả tránh những vấn đề EMC, chỉ làm tăng chi phí không đáng kể khi ứng dụng ở thời gian thiết kế hoặc lắp đặt. Những sự cải tiến về sau khi đã lắp đặt khi thấy sự ghép nối điện từ quá mức thì đắt hơn nhiều.

6 Tiêu chuẩn, những phương tiện đo thử và đo thử6.1 Tiêu chuẩnCác văn bản tiêu chuẩn để điều chỉnh tính tương thích điện từ của những hệ

thống đã có từ lâu.Những sự điều chỉnh đầu tiên được phát hành bởi CISPR, Comité International

Spécial des Perturbations Radioélectriques (International Special Committee on Radio Interference). Những sự điều chỉnh này chỉ trong phạm vi mức năng lượng tối đa có thể chấp nhận được được phát ra bởi những kiểu thiết bị khác nhau, chủ yếu để bảo vệ truyền dẫn vô tuyến và sự thu nhận.

National Committees and the International Electrotechnical Commission (IEC ) đã phát hành những tiêu chuẩn bao trùm tất cả các khía cạnh của sự phát xạ và cảm ứng EMC.

Những tiêu chuẩn của quân đội về EMC đã được biên tập tại chuỗi GAM EG 13 ở Pháp và chuỗi MIL-STD ở Hoa kỳ. Sự quan trọng ngày càng tăng của EMC và sự thống nhất sắp tới của Châu Âu đang thay đổi phong cách những tiêu chuẩn thường dân.



The European Council đã xuất bản Directive (reference 89/336/EC) vào tháng 1989 về đề tài này. Nó liên quan đến việc hợp nhất luật EMC của những nước thành viên.

The European Directive không những giới hạn tiêu chuẩn phát ra sự nhiễu loạn nhưng mà còn đặt sự miễn trừ tối thiểu đối với sự nhiễu loạn của trường điện từ. Directive làm tham khảo cho những tiêu chuẩn mà định nghĩa mức nhiễu loạn cực đại.

Technical Committees được thiết lập bởi CENELEC, Comité Européen de Normalisation Electrotechnique (European Committee for Electrotechnical Standardization). Chúng góp nhặt những tiêu chuẩn hiện hữu mà tương ứng với The European Directive, The Technical Committee TC 210 đặt cơ sở cho công việc của nó trên thực tế công nghiệp.Để kiểm tra sự phát xạ, những tiêu chuẩn Đức VDE 0871 và VDE 0875 thỉnh thoảng được tham khảo. Bây giờ những tiêu chuẩn đó được thay thế bởi những tiêu chuẩn EN 55011 và EN 55022 của Châu Âu. Những tiêu chuẩn tham khảo cho EMC bây giờ là series IEC 61000 (Trước đây là IEC 1000). Trong đó chứa đựng vài phần, ví dụ như

- 61000 - 1 : Ứng dụng, những định nghĩa - 61000 - 2 : Môi trường, những mức tương thích - 61000 - 3 : Những giới hạn của nhiễu loạn - 61000 - 4 : Kỹ thuật đo thử- 61000 - 5 : Hướng dẫn nguyên tắc lắp đặt và làm dịu - 61000 - 6 : Những tiêu chuẩn chungPhần 4 chứa vài mục liên quan kiểm tra sự miễn trừ, bao gồm :- 1 - Tổng quan của kiểm tra sự miễn trừ- 2 – Hiện tượng phóng điện tử- 3 - Bức xạ, những tần số vô tuyến của trường điện từ- 4 - Chuyển tiếp điện nhanh/ nổ điện- 5 - Xung đột biến- 6 - Nhiễu loạn được dẫn > 9 kHz- 7 – Sóng hài- 8 – Năng lượng từ trường - 9 - Xung từ trường- 10 – Dao động từ tắt dần- 11 - Độ lệch điện áp, mất điện ngắn hạn và biến thiên điện áp- 12 - Sóng dao động- 13 – Sóng hài và sóng hài trong- etc.

Những tiêu chuẩn này được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng quốc tế và Schneider Electric đưa chúng vào những sản phẩm. Mục sau mô tả chi tiết hơn những cuộc thử liên quan đến những tiêu chuẩn này.6.2 Phương tiện đo thử Như được đề cập trước, xem xét sự điều chỉnh, tiêu chuẩn hóa những phép đo và thử cũng được thực hiện.Vì những ứng dụng trong thương mại của nó,từ lâu Schneider Electric đã làm EMC là một trong số phần liên quan chính. Những lắp đặt lớn như Lồng Pharađây được sử dụng từ thập niên 70.

Trong nhiều năm, Schneider Electric đã có hai phòng thí nghiệm EMC. Những trung tâm này sử dụng đầy đủ những kỹ năng và kiến thức của chúng ta và đẩy mạnh sự trao đổi thông tin. Chúng cũng đề nghị những dịch vụ cho những khách hàng bên ngoài. Như vậy việc đo thử những lĩnh vực của các ứng dụng EMC, với : - Kiểm tra hiện tượng phóng điện tử



- Kiểm tra sự miễn trừ bức xạ- Kiểm tra phát sinh bức xạTrong khi với mọi phép đo khác, những phép đo tương thích điện từ có thể cùng

lặp lại trong không gian và thời gian, có nghĩa rằng hai phép đo thực hiện ở hai phòng thí nghiệm khác nhau phải có cùng kết quả đó. Trong qui tắc EMC, điều này có nghĩa những phương tiện lớn yêu cầu đầu tư đáng kể và một chính sách chất lượng chính xác.

Chương trình chất lượng tại những phòng thí nghiệm EMC của Schneider Electric thì dựa vào cẩm nang chất lượng và tập hợp những thủ tục. Những thủ tục này liên quan sự hiệu chỉnh và ghép nối để hiệu chỉnh những tiêu chuẩn được thêm vào mỗi kiểu phép đo. 6.3 Kiểm tra đo thử

Hiện tượng phóng điện tửNhững bài test này được thiết kế để kiểm tra sự miễn trừ của những tấm bảng

mạch, những thiết bị và hệ thống đối với hiện tượng phóng điện tử.Hiện tượng phóng điện tử là kết quả của sự tích lũy bởi con người, ví dụ, đi bộ

trên sàn nhà được phủ chất cách ly điện. Khi con người chạm vật dẫn điện nối có trở kháng với đất, và xảy ra hiện tượng phóng điện tử. Vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng dạng sóng là một hàm của những đặc trưng phía phát và của những mạch kéo theo, không những tham số khác như sự độ ẩm tương đối (xem hình 23) hoặc tốc độ tại nơi tiếp cận thân thể, ví dụ của bàn tay của chúng ta, etc.

Hình 23: Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối với điện áp phóng điện tử qua 3 loại vật liệu sàn

Nghiên cứu này đã hướng dẫn tiêu chuẩn kiểm tra sự phóng điện. Chúng được thực hiện với một súng tĩnh điện mà đóng vai một con người được định trước những cấu hình (Xem hình 24).



Hình 24:Hiện trường cuộc thử sự phóng điện tử theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-2Sự phóng điện được ứng dụng trên tất cả các bộ phận có thể tiếp cận của thiết bị

kiểm tra, môi trường lúc đó và số lần lặp lại kiểm tra để chắc chắn rằng thiết bị chống sự phóng điện tử. Những phép đo này yêu cầu một bàn thích hợp để kiểm tra. Tất cả các cuộc đo thử đều được định nghĩa bởi tiêu chuẩn IEC 61000-4-2 với những mức quan trọng trong bảng hình 25.

Hình 25: Điện áp phóng điện tử mà tất cả thiết bị tuân theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-2Chỉ dẫn sự miễn trừKiểm tra sự miễn trừ được sử dụng để kiểm tra sự chống cự của thiết bị tới

những sự nhiễu loạn từ những sợi cáp thiết bị bên ngoài (đầu vào, đầu ra và nguồn). Như được đề cập trước, những sự nhiễu loạn này phụ thuộc vào kiểu và những đặc trưng lắp đặt của cáp. Tín hiệu trường điện từ hoặc những xung được sử dụng trong những cuộc thử này có những biên độ, dạng sóng, tần số, etc điển hình

Những phép đo sự nhiễu loạn thực hiện trên nhiều vị trí đã dẫn dắt tới việc chọn ra năm bài kiểm tra.

- Cuộc thử đầu tiên, được bao phủ bởi IEC 61000-4-4, mô phỏng những sự nhiễu loạn tiêu biểu được phát sinh bởi thao tác của điều khiển số. Cuộc thử sử dụng những



vụ nổ. Tần số lặp lại vụ nổ là khoảng 3 Hz. Mỗi vụ nổ chứa khoảng 100 trạng thái chuyển tiếp mỗi 100 µs. Mỗi trạng thái chuyển tiếp có thể lên đến đỉnh (5 ns) với biên độ vài kV, phụ thuộc vào mức quan trọng đòi hỏi (Xem hình 26 và 27).

Hình 26:Dạng của vụ nổ(a) và trạng thái chuyển tiếp(b)

Hình 27: Bảng mức quan trọng được định nghĩa trong IEC 61000-4-4Tất cả các cáp có thể tùy thuộc vào những trạng thái chuyển tiếp nhanh. Kiểu

ghép nối sự nhiễu loạn này vào trong dây rất dễ dàng e.g. sự xuyên chéo. Nó chỉ cần 1 sợi cáp phát sinh sự nhiễu loạn như vậy trong một máng cáp hoặc dây để gây nhiễu tất



cả các cáp khác chạy dọc theo nó. Sự thử bởi vậy phải bao hàm tất cả các cáp và dây: kiểu kiểm tra chung được thực hiện trên tất cả các dây với sự nhiễu loạn là nhân tạo (cáp nhiều hơn bộ nguồn) và kiểm tra kiểu vi sai và kiểu chung trên những sợi cáp nối tới những phần chính. Những sự nhiễu loạn được đưa vào trong cáp đo thử hoặc định hướng qua sự ghép nối điện dung (bộ nguồn), hoặc qua một măng sông ghép nối gồm hai kim loại có vỏ bọc bao những sợi cáp thứ hai (Xem hình 28).

Hình 28: Độ cảm với những trạng thái chuyển tiếp nhanh, phép đo của thiết bị điều khiển chính Lsis (61000-4-4) trong lồng Faraday, bức ảnh này diễn tả phát sinh sự nhiễu loạn được điều chỉnh bởi người điều hành, hộp gỗ chứa măng sông ghép nối

thiết bị điều khiển chính Lsis nối với mạng BatibusThiết bị kiểm tra không được cho thấy một sự trục trặc trong thời gian định trước

(khoảng 1 min). Sự thử này là thích đáng nhất với sự miễn trừ thiết bị vì những chuyển tiếp nhanh thường xuyên gặp nhất.

- Cuộc thử thứ 2: thì tiêu biểu là những hiệu ứng tạo ra bởi những hiện tượng như chớp. Nó đóng vai chỉ đạo những sự nhiễu loạn xuất hiện trên những đường nguồn LV sau khi sét đánh (tiêu chuẩn IEC 61000-4-5). Những sự nhiễu loạn này gồm có năng lượng được thay đổi :

- Những xung điện áp 1.2/50 µs, nếu trở kháng của thiết bị kiểm tra là cao, với biên độ có thể đạt đến vài kV. Kiểm tra điện áp được chỉ dẫn hình 29

Hình 29: Những mức quan trọng định nghĩa tại IEC 61000-4-5 (trở kháng tổng = 2Ω)



- Dòng xung 8/20 µs nếu trở kháng thấp, với biên độ đạt đến vài kAThời gian lên của kiểu nhiễu loạn này lâu hơn một nghìn lần, trong phạm vi µs,

hơn những sự nổ của chuyển tiếp nhanh (Xem hình 26). Kiểu sự ghép nối xuyên chéo thì ít thịnh hành hơn bởi vậy và kiểu thử thứ hai này chỉ áp dụng cho cáp nối trực tiếp với phần chính.

Cuộc thử thứ ba được thực hiện phù hợp với IEC 61000-4-6. Đề cập đến những yêu cầu quan tâm sự miễn trừ của thiết bị tới sự nhiễu loạn HF trên những sợi cáp, trong phạm vi 150 kHz tới 80 MHz (thậm chí 230 MHz).

Những nguồn nhiễu loạn là trường điện từ có thể gây áp lực toàn bộ chiều dài của những sợi cáp nối tới thiết bị, và ngoài ra dòng và áp cảm ứng.

Trong thời gian thử, những sự nhiễu loạn được ghép tới cáp thông qua Coupling-Decoupling Networks. (CDN) trở kháng kiểu chung bằng 150 Ω, đại diện trở kháng điển hình của hầu hết các sợi cáp. Tuy nhiên, nó cần phải được chỉ dẫn trong thời gian, kiểm tra sự nhiễu loạn, mặc dù trong thực tế trường điện từ ghép nối tới tất cả các sợi cáp được nối. Điều này cấu thành một sự khác nhau quan trọng mà không thể tránh được. Thực vậy cuộc thử trở nên rất phức tạp và đắt nếu tín hiệu HF bị ghép đồng thời tới tất cả các cáp. Nếu CDNs không thích hợp, ví dụ khi dòng cao quá, hãy sử dụng măng sông ghép nối.

Những nhiễu loạn HF giới thiệu bởi tiêu chuẩn IEC 61000-4-6 có những mức bằng 1, 3 hoặc 10 V. Biên độ của nó được điều chế 80 % bởi một sóng sin 1 kHz.

Trước khi thử, tín hiệu sẽ được đưa vào để thu được mức đúng được cố định và lưu trữ, rồi cung cấp đến những sợi cáp nối tới thiết bị kiểm tra.

- Cuộc thử thứ tư gồm có tạo ra sự gián đoạn nhanh và /hoặc độ nghiêng điện áp trong cáp nguồn của thiết bị kiểm tra. Tiêu chuẩn IEC 61000-4-11 là sự tham khảo cơ bản. Những sự nhiễu loạn này được gây ra bởi những lỗi trong những phần cung cấp chủ yếu, sự lắp đặt hoặc bởi thay đổi thình lình trong tải. Hia hiện tượng ngẫu nhiên này được mô tả đặc điểm bởi độ lệch điện áp danh định lệch của nó. Mức độ nghiêng điện áp là 30, 60 hoặc 100% của điện áp danh định. Khoảng thời gian thay đổi giữa 0.5 và 50 chu kỳ.

- Cuộc thử (thứ) năm được chỉ đạo trong thỏa thuận với tiêu chuẩn IEC 61000-4-12, mà định nghĩa hai kiểu sóng :

+ sóng sin tắt dần (như “ rung chuông”) mà xuất hiện cách ly trên những sợi cáp điện áp thấp của những hoạt động chuyển mạch trong mạng công cộng hoặc mạng riêng

+ sóng dao động tắt dần xuất hiện trong dạng của vụ nổ. Điều đó nói chung được tìm thấy trong những nhà ga, những trạm điện, hoặc thậm chí lắp đặt tại khu công nghiệp lớn, đặc biệt thao tác bỏ kết nối theo sau là sự phóng hồ quang điện.

Những điện áp và dòng chuyển tiếp kết quả của những thao tác này xuất hiện trên những thanh góp và được mô tả đặc điểm bởi một tần số dao động phụ thuộc vào độ lớn và thời gian truyền lan. Tần số này thay đổi giữa 100 kHz và một vài MHz khi mở trạm điện áp cao, và có thể đạt đến 10 MHz, hoặc hơn.

Trong thời gian thử, những sóng bị ghép nối với cáp qua mạng Coupling-decoupling. Phụ thuộc vào phương pháp ghép, biên độ của những sự nhiễu loạn có thể thay đổi giữa 0.25 và 4 kV. “ Mặt đỉnh ” thiết bị được đặt lên một chất không dẫn điện, trong khi “ sàn đứng” hoặc “vật che chắn” được cách ly với đất khoảng 0.1m

Sự Miễn trừ chống lại bức xạ sự phát xạNhững cuộc thử miễn trừ chống lại bức xạ những sự phát xạ được sắp đặt để bảo

đảm thỏa mãn khả năng “trơ” của thiết bị với trường điện từ.



Những cuộc thử này đặt trong môi trường nhạy cảm đặc biệt, Những phương tiện triển khai và những khả năng yêu cầu bảo đảm sản xuất và tái sản xuất những phép đo thì rất cao.

Môi trường lân cận phải "sạch " và sóng tự do thì bình thường, từ đó trường điện từ với mức độ lớn vài V/m thường xuyên và xung trường điện từ với mức cao hơn trong môi trường công nghiệp. Do đó những cuộc thử này được chỉ đạo trong Lồng Pha-ra-đây mà những bức tường được bao trùm bởi vật liệu hấp thụ tần số cao. Những cái lồng này được gọi là phòng không phản xạ khi tất cả các tường bao gồm cả sàn nhà được bao phủ và bán phản xạ nếu sàn nhà không bao phủ.

Trong phòng, những trường được phát ra bởi những kiểu antenna khác nhau phụ thuộc vào kiểu trường, tần số và sự phân cực khác nhau (Hình 30). Antenna được điều khiển bởi một máy khuếch đại công suất băng rộng được kiểm soát bởi một máy phát RF.

Hình 30: Lồng (phòng) Faraday: Phòng bán phản xạ và một vài anten của phòng thí nghiệm EMC tại công ty Schneider Electric

Trường được phát ra được hiệu chỉnh bởi những bộ cảm biến đẳng hướng băng rộng (theo dõi cường độ trường). Sơ đồ trong hình 31 diễn tả cài đặt một kiểu thử.



Hình 31: Cách cài đặt một cuộc thử trong Lồng Faraday. Phép đo thực hiện 2 giai đoạn

1- Điều chỉnh trường với mức tần số đã cho, không có thiết bị thử2- Kiểm tra sự miễn trừ của thiết bị thử

Những tiêu chuẩn định nghĩa giới hạn nhiễu loạn chấp nhận được. Từ đây, tiêu chuẩn IEC 61000-4-3 giới thiệu kiểm tra trên băng tần 80MHz – 2000MHz với ba mức quan trọng (1, 3, 10 V/m), và trên 800KHz – 960MHz và 1.4GHz – 2GHz với bốn mức quan trọng :1, 3, 10 và 30 V/m.

Những cuộc thử sự miễn trừ với từ trường tại những tần số chính cũng được chỉ đạo trong thỏa thuận với tiêu chuẩn IEC 61000-4-8. Những trường từ tính như vậy được phát sinh bởi dòng điện lưu thông trong sợi cáp, hoặc kém thông thường hơn khi gần thiết bị, như từ thông rò từ những máy biến thế.

Những mức thử trường không đổi giữa 1 và 100 A/m, nhưng ngược lại những trường ngắn hạn từ 1 đến 3s có dòng 300 hoặc 1000 A/m. Trường từ tính được thu đ-ược bởi dòng điện lưu thông trong một cuộn dây cảm ứng. Nó được ứng dụng để kiểm tra thiết bị theo phương pháp nhúng, i.e. nó được đặt tại trung tâm của cuộn dây. Cuộc thử này chỉ cần tác động lên những thành phần nhạy cảm với từ tính của thiết bị(Màn hình CRT, những bộ cảm biến với hiệu ứng.

Những phép đo được chuẩn hóa xung trường điện từ chưa tồn tại. Trong lĩnh vực này, Schneider Electric sử dụng những thủ tục của chính mình để kiểm tra thiết bị.

Chỉ đạo sự phát xạPhép đo chỉ đạo sự phát xạ xác định số lượng những sự nhiễu loạn mà thiết bị

kiểm tra đưa vào trong tất cả các sợi cáp nối tới nó.Sự nhiễu loạn mạnh phụ thuộc vào những đặc trưng tần số cao của tải nối tới nó

một khi thiết bị kiểm tra là máy phát trong trường hợp này (Xem hình 32).Để kết quả phép đo thu được có thể tái sản xuất và đặc biệt tránh những vấn đề

trở kháng đặc trưng của mạng, chỉ đạo những phép đo phát xạ được thực hiện với sự giúp đỡ của Line Impedance Stabilizing Network (LISN). Một máy thu tần số cao được nối tới mạng để đo những mức phát xạ tại mỗi tần số. Mức của những nhiễu loạn đưa vào không cần vượt hơn những giới hạn được định nghĩa trong những tiêu chuẩn. Những giới hạn này phụ thuộc vào loại cáp và môi trường. Đồ thị ở bên dưới (xem hình 33) cho thấy rằng kết quả của phép đo thực hiện trên bảng chuyển mạch LV chính và những mức định nghĩa trong tiêu chuẩn EN 55 022 cho việc so sánh.



Hình 32: Cấu hình phép đo cho chỉ dẫn sự phát xạ. EUT là máy phát, trở kháng đường dây ổn định mạng được nạp

Hình 33:Phép đo sự phát xạ tần số vô tuyến từ đơn vị trung tâm xử lý dữ liệu của bảng chuyển mạch chính

Bức xạ sự phát xạPhép đo bức xạ sự phát xạ xác định số lượng mức nhiễu loạn phát ra bởi một

thiết bị theo mẫu của sóng điện từ.



Như với bài thử sự miễn trừ bức xạ, kiểm tra bức xạ sự phát xạ phải được thực hiện với sự thiếu vắng của sóng bình thường như CB, vô tuyến, etc. và không được sửa đổi bởi những phản xạ từ những đối tượng xung quanh. Hai điều kiện này thì mâu thuẫn và đây là lý do cho sự tồn tại của hai phương pháp thử.

Phương pháp đầu tiên gồm có đặt EUT trong một trường tự do của những chướng ngại vật bên trong một chu vi đã cho. Môi trường thì không kiểm soát .

Phương pháp thứ hai được thực hiện trong Lồng Pharađây. Môi trường có thể thì điều khiển hoàn hảo.

Những phòng thí nghiệm của Schneider Electric sử dụng phương pháp thứ hai. Nó có lợi thế những phép đo đó có thể được tự động hóa và cũng dùng thiết bị nhỏ, từ đó những phép đo mức phát xạ và miễn trừ có thể được thực hiện ở cùng vị trí đó với chỉ thay đổi cài đặt.

Như chỉ đạo sự phát xạ, những mức phát xạ phải ít hơn giới hạn đặt bởi những thuyết minh hoặc những tiêu chuẩn.

Đo trường kiểu xungTiêu chuẩn hóa những bài thử được thực hiện để đo những mức phát xạ hoặc

kiểm tra sự miễn trừ của thiết bị hoặc những hệ thống với những kiểu nhiễu loạn điện từ chung nhất gặp trong môi trường công nghiệp.

Tuy nhiên, môi trường cho những thiết bị phát triển bởi Schneider Electric có những đặc trưng nhất định chưa bao phủ bởi những tiêu chuẩn. Ví dụ, những thủ tục thử EMC đặc biệt cho thiết bị điện áp trung bình còn chưa tồn tại. Đây là tại sao là Schneider Electric thực hiện một chuỗi những phép đo để hiểu tốt hơn những sự nhiễu loạn tiêu biểu mà tồn tại trong vùng lân cận của thiết bị mà nó sản xuất, đặc biệt chuyển mạch điện áp thấp, trung bình và rất cao

Trong pha thứ hai, bên trong nhà kiểm tra sử dụng những hệ thống thử đặc biệt đã được phát triển. Chúng cho phép thử tính tương thích điện từ của những thiết bị mà không phải trở lại các cuộc kiểm tra qui mô lớn. Những sự thử này là dễ tái sản xuất và ít tốn kém hơn. Chúng được thực hiện sớm trong thiết kế để tối giản chi phí của sự bảo vệ EMC.

7. Kết luậnSử dụng điện tử trong một số lớn ứng dụng, và đặc biệt trong thiết bị kỹ thuật

điện, đã giới thiệu một yêu cầu mới và quan trọng : tính tương thích điện từ (EMC). Hoạt động trôi chảy trong những môi trường nhiễu loạn và thao tác mà không sản sinh những sự nhiễu loạn thì quan trọng tới những yêu cầu chất lượng sản phẩm. Đạt được cả hai mục đích này, hiện tượng phức tạp kéo theo trong nguồn, sự ghép nối và những đối tượng bị ảnh hưởng phải được hiểu cẩn thận. Một số những quy tắc phải được đi theo thiết kế, công nghiệp hóa và sản xuất của những sản phẩm.

Những vị trí và lắp đặt đặc trưng cũng đóng vai trò quan trọng trong tính tương thích điện từ.

Điều này giải thích sự quan trọng của việc xem xét cẩn thận vị trí và cách trình bày của những thành phần nguồn, định tuyến cáp, che chắn ,etc. ngay từ pha thiết kế ban đầu. Dù thiết bị đã làm thỏa mãn EMC, một thiết kế lắp đặt tốt có thể mở rộng độ an toàn tương thích.

Chỉ những phép đo yêu cầu một mức cao của sự thành thạo và thiết bị phức tạp có thể sản sinh những kết quả hợp lệ xác định số lượng tính tương thích điện từ của thiết bị.

Tuân theo những tiêu chuẩn đã được cung cấp sự chắc chắn thiết bị đó sẽ hoạt động thỏa mãn trong môi trường điện từ của nó.


Documents

EMC (ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY) TƯƠNG · PDF file2.2 Ví dụ sự nhiễu loạn vật dẫn điện của nguồn liên tục ... hướng 2/ Cahier ... Schneider Electric