Elektromgneses sszefrhetsg A szabvnyban lert defincija Az elektromgneses
Elektro-mágneses összeférhetőség A szabványban leírt definíciója: Az elektromágneses összeférhetőség valamely villamos berendezésnek azon képessége, hogy a saját elektromágneses környezetében, amelyet más berendezések, vagy természeti jelenségek hoztak létre kielégítően működik anélkül, hogy környezetét, amelyhez más berendezések is tartoznak hátrányosan befolyásolná.
Az EMC intézkedések költségei
Az EMC fogalmak definíciói Minden villamos berendezés egyaránt lehet zavarforrás, vagy zavart eszköz. zavarsugárzás EMA zavarforrás (adó) zavar befolyásolás EMB csatolás zavart eszköz (vevő)
Az EMC fogalmak definíciói Zavaró jelek amplitúdó/d. B hasznosjelszint zavar távolság hiba a zavarküszöbszint túllépésekor zavarküszöb szint zavartűrési távolság zavar szint frekvencia A hibás működés elkerülése érdekében a zavarszint nem lehet nagyobb a zavarküszöb szintnél
Az EMC intézkedések tervezése Analízis Tisztázás Listázás Meghatározás Kialakítás Végrehajtás Ellenőrzés Igazolás Javítás - -a telepítési hely elektromágneses környezetének elemzése -a szükséges irányelvek (szabványok) tisztázása -a szóba jövő villamos berendezések jegyzékbe vétele -az EMC intézkedések meghatározása -a tervezés részére kábelezési, készülék, és jelvezeték árnyékolási, zavarszűrési, földelési, testelési, és villámvédelmi koncepciók kialakítása -az EMC koncepciók figyelembe vételével készülő tervek, és az ezt követő szerelés -az EMC intézkedések szabályszerű végrehajtásának ellenőrzése -próbaüzem: a kifogástalan, zavartalan működés igazolása az előforduló hiányosságok javítása
Az EMC intézkedések tervezése Az elektromágneses összeférhetőségre vonatkozó szabványok IEC EN MSz IEC MSz EN Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság Európai Norma IEC szabvány magyar honosítása Európai norma honosítása Magyarországon hatályos: MSz IEC 50 (161 -01 -07) EN 50081 -2 EN 50082 -2 alapszabvány zavarforrás zavartűrés
Az EMC intézkedések tervezése EMC tervezés Minden berendezés zavarforrás, és zavart készülék egyidejűleg. EMC Zavar kibocsátás Vezetett Sugárzott Zavartűrés Vezetett Sugárzott
Az automatizálási készülékek zavartűrése EN-50082 -2 A zavar behatolásának lehetséges utjai: tápellátás felöl, a folyamattal érintkező be-, és kimenetek felöl, adatátviteli interfészen keresztül. Ha nem csak a gyártó által hitelesítetten garantált, hanem saját fejlesztésű eszközök is vannak az irányítási rendszerben különös gonddal kell ellenőrizni a zavartűrést. Természetesen az eszköz tokozása, műszerszekrénybe helyezése, és egyéb a készülék gépkönyvében szereplő ajánlás is a védelmi rendszer része.
Az automatizálási készülékek zavartűrése Tápellátás Az olyan PLC-ket, amelyek DC tápot igényelnek célszerű gyári tápegységről meghajtani. A PLC be-, és kimenetei, valamint a belső áramkörei egymástól független tápot igényelnek. A legbiztonságosabb a kapcsolt üzemű ( pl. : DC/DC átalakítót alkalmazó ) tápegységek. A hálózati bemeneten leggyakrabban LC szűrőt alkalmaznak, amely egyfelől zavarmentesíti a hálózati betáplálást, másfelől csökkenti azokat a zavarokat, amelyeket a kapcsolt üzemű tápegység generál.
Az automatizálási készülékek zavartűrése Kétállapotú be-, kimenetek • A kétállapotú jelek jellegéből adódóan megoldható a galvanikus leválasztás, ami megszünteti a vezetett zavarokat • A DC tápot igénylő PLC-knél vigyázat: a belső áramkörök, és a be-, és kimenetek közös tápellátása megszünteti a galvanikus leválasztást.
Az automatizálási készülékek zavartűrése Analóg be-, kimenetek Az analóg jeleket a lehető legrövidebben célszerű csatlakoztatni. Az analóg jeleket mindig aránylag nagy keresztmetszetű, sodrott érpárt tartalmazó árnyékolt vezetékkel kell csatlakoztatni. Az analóg jelvezeték árnyékolását mindig egy pontban ( legtöbbször a vevő oldalon, de vannak kivételek ) szabad földelni.
Az automatizálási készülékek zavartűrése Adatinterfész
Az automatizálási készülékek zavartűrése Készülék típusvizsgálat Szabályos zavarimpulzus Tranziens zavarciklus lefolyása
Zavaró jelek és zavarforrások EN 50081 -2 Zavaró jelek Természetes eredetű zavaró jelek Műszaki eredetű zavaró jelek villám elektromágneses kisülés periodikus aperiodikus feszültségingadozások kommutációs letörések felharmonikus torzulások tranziensek: kapcsolási folyamatok gyors áramváltozások, feszültségváltozások feszültséglökések
Zavaró jelek és zavarforrások Tipikus zavarforrások • Periodikus zavaró jeleket idéznek elő egy és háromfázisú gépek, fénycsövek, kapcsolt üzemű tápegységek, és a számítógépek • Aperiodikus zavaró jelek keletkeznek motorok, mágneskapcsolók, mágnesszelepek, fénycsövek fojtói • Sugárzott nagyfrekvenciás rádió adó-vevő; rádió, TV adók, átjátszók; hegesztőgépek; indukciós hevítők; stb. térhatásokat idéz elő • Elektrosztatikus kisülést okoz műszálas ruhában szintetikus padlószőnyegen járva fémtárgy érintése, nagy fém borítások nem megfelelő testelése, stb.
Zavaró jelek és zavarforrások Az ipari hálózatok tipikus zavarforrásainak frekvenciaspektruma
Zavaró jelek a jelvezetékeken Ellenütemű zavaró jel Javulást eredményez: A vezetékek távolságának növelése A vezeték árnyékolása, és/vagy összesodrása A zavaró jelmeredekségének csökkentése
Zavaró jelek a jelvezetékeken Együtemű zavaró jel zavarfeszültség Javulás érhető el: A vezeték szimmetriájának megőrzésével Potenciál leválasztással 1) földeletlen áramkör ZH = ZR 2) földelt áramkör ZH ZR ZE= a föld impedanciája
Zavaró jelek a jelvezetékeken a vezetékek frekvenciafüggő induktivitása, és kapacitása A nagyfrekvenciás zavarimpulzus a vezeték kapacitásán töltéshordozók áramlásához vezet, mely zavaráramként lép fel. A nagyfrekvenciás zavarimpulzus a vezetékek induktív ellenállásán feszültségesést idéznek elő, amely zavarfeszültségként jelentkezik.
Zavarcsatolás A csatolások csoportosítása fizikai elv alapján • Galvanikus • Kapacitív • Induktív • Sugárzás • A fentek kombinációja Az EMC intézkedések a csatolás csökkentésére: a csatolási tényező csökkentése a zavarforrás, és a zavart eszköz távolságának növelésével a vezetékek árnyékolásával, sodrásával a zavaró jel csökkentése szűréssel a du/dt feszültségnövekedési, és a di/dt áramnövekedési sebesség mérséklésével
Zavarcsatolás Galvanikus csatolás Javulást eredményez: rövid közös vezeték szakaszok, megfelelő keresztmetszetű alacsony induktivitású vezetékek következetes potenciál leválasztás
Zavarcsatolás Kapacitív csatolás Javulást eredményez: az erősáramú és a jelvezetékek közötti távolság növelése az erősáramú és a jelvezetékek párhuzamos fektetésének kerülése a vezetékek árnyékolása lehetőleg kis távolság a jelvezeték előremenő, és visszatérő ága között a du/dt feszültségnövekedési sebesség csökkentése
Zavarcsatolás Induktív csatolás Javulást eredményez: az erősáramú, és a jelvezeték közötti távolság növelése a jelvezeték előremenő, és visszatérő ágának összesodrása az árnyékolás ( mágnesezhető anyaggal ) a di/dt áramnövekedési sebesség csökkentése
Zavarcsatolás Csatolás sugárzással • URH adóvevők, rádiótelefonok, • nem megfelelően zavarmentesített ipari nagyfrekvenciás berendezések, • fénycsövek vagy, nagy térerejű rádió- és televízióadók. Javulást eredményez: a berendezések NF tömítésű tokozása jó minőségű vezeték árnyékolás
Zavarcsatolás Egy konkrét alkalmazásban a zavarcsatolások minden fajtája előfordul. galvanikus sugárzás induktív kapacitív Suconet terepi busz
Az elektromágneses összeférhetőség A kapcsolószekrény felépítése és készülék elrendezés • A berendezést célszerű különböző teljesítmény, és zavarszintű területekre felosztani. Az erősáramú részhez tartoznak többek között: mágneskapcsolók, csatolóelemek, transzformátorok, frekvenciaváltók, áramirányítók, és DC tápegységek. • Ha a berendezés több kapcsoló szekrényből áll az erősáramú részt, és a vezérlést feltétlenül elkülönítve kell elhelyezni. • Egy kapcsolószekrény esetén elválasztó lemezekkel célszerű rekeszesíteni. • A kapcsolószekrényen belüli elrendezés meghatározza a kábelcsatornák elhelyezését. Az AC, DC tápok egymástól távol, az eszközökhöz fésűszerűen legyenek vezetve. Kerülni kell a különböző teljesítményszintű vezetékek hosszú, párhuzamos nyomvonalát A kábelezés egyéb EMC előírásait a kapcsolószekrényen belül is be kell tartani.
Az elektromágneses összeférhetőség A kapcsolószekrény felépítése és készülék elrendezés • A programozó készülék részére legyen csatlakozóaljzat a PLC közelében. ( potenciálkiegyenlítő áram juthat különben a PLC-be a programozó készüléken keresztül ) Ha nincs csatlakozóaljzat a programozó készüléket leválasztó transzformátoron keresztül kell csatlakoztatni. • Szekrény világításként nem javasolt a fénycső alkalmazása. ( árnyékolórács alkalmazása megoldás lehet ) • A hőelvezetésre szolgáló ventillátort az automatizálási eszközöket ellátó AC fázistól különböző fázisra kell kötni
Az elektromágneses összeférhetőség Vezetéknyomvonal és huzalozás A vezetékkategóriák • Erősáramú vezetékek minden olyan vezeték, amelyek nagy áramokat vezetnek, továbbá az áramirányítót, mágneskapcsolók, mágnesszelepek vezetékei. • Vezérlő és jelvezetékek kétállapotú be-, és kimenetek vezetékei. • Mérő és jelvezetékek analóg jelvezetékek
Az elektromágneses összeférhetőség Vezetéknyomvonal és huzalozás Általános elvek: • Az erősáramú vezetékeket a kapacitív, és az induktív becsatolások elkerülése érdekében a lehető legtávolabb kell vezetni a vezérlő, és az adatvezetékektől. Ha az elkülönített nyomvonalra nincs lehetőség, akkor elsősorban a zavarforrásokat kell árnyékolni. • Kerülni kell a különböző teljesítményszintű vezetékek hosszú, párhuzamos nyomvonalát • A váltakozófeszültségű vezetékeket el kell különíteni az egyenfeszültségű vezetékektől Ez különösen a kapcsolószekrényben érvényes
Az elektromágneses összeférhetőség Vezetéknyomvonal és huzalozás Néhány hasznos irányelv: 1. Az erősáramú vezetékek, és a kétállapotú jelvezetékek közötti távolság legalább 10 cm legyen. 2. Az erősáramú vezetékek, és az analóg-, illetve adatvezetékek közötti távolság legalább 30 cm legyen. 3. Egy adott áramkör előremenő, és visszatérő vezetékei együtt legyenek fektetve.
Az elektromágneses összeférhetőség Testelés, földelés, és potenciálkiegyenlítés • Testnek a villamos berendezések, készülékek, kártyatartók és szerelőállványok egymással vezető módon összekötött inaktív részeinek összessége számít, amelyek hiba esetén sem vehetnek fel érintési feszültséget. • A kialakított test összekötését – például a tokozattal vagy az áramkör visszatérő vezetékével (vonatkoztatási vezetőjével) – testelésnek nevezzük. • Valamennyi vonatkoztatási vezető testelését vonatkoztatási vezetékrendszernek is nevezzük.
Az elektromágneses összeférhetőség Testelés, földelés, és potenciálkiegyenlítés csillagszerű hálószerű vonatkoztatási vezetékrendszer
PLC szabályozó kapcsolószekrény ajtó ha nincs összekötve szigetelésfigyelőt kell alkalmazni. potnciálkiegyenlítű sín
Árnyékolás • Az árnyékolás célja a térerővonalak megszakítása és ezzel a szomszédos vezetők közötti elektromágneses befolyásolás megakadályozása. Az árnyékolás feladata a zavaró jelek felfogása és levezetése. • A vezetékárnyékolás célja a nem kívánatos zavarfeszültségek becsatolása elleni védelem. • Az árnyékolás hatékonyságának mértéke a ZK csatolási impedancia, amely az árnyékoláson ( mint vezetőn ) lévő ui feszültség és az árnyékoláson átfolyó is áram hányadosa: ZK = ui/is ZK. . . csatolási impedancia
Árnyékolás (csatolás csökkentése) • Az analóg és adatátviteli vezetékeket - az alacsony jelszint, illetve a nagy frekvencia miatt - feltétlenül árnyékoltan kell fektetni. • Az épület határain túlmenő vezetékeket - elsősorban a villámvédelemre tekintettel - mindig árnyékoltan kell fektetni. • A kétállapotú jelvezetékeket - a nagy zavartűrési tá-volság miatt - általában nem kell árnyékoltan fektetni.
Árnyékolás Az árnyékolás megválasztása csatolási imp. Az alacsony frekvenciás villamos tér hatása jól csökkenthető a szokványos árnyékolt vezetékkel. szimpla fonat • Az árnyékolás minőségét nem kizárólag drága dupla fonat árnyékolás alkalmazása határozza meg. dupla fonat mágneses fóliával • Fontos a nagyfelületű, alacsony induktivitású és fémcső körkörös csatlakoztatása testhez. csévélt alufólia
X részlet W részlet Y részlet Z részlet
Árnyékolás Az árnyékolás csatlakoztatása a földeléshez • Analóg jelvezetékeknél az árnyékolást csak egyik oldalon, a vonatkoztatási pontnál kell csatlakoztatni, ami rendszerint a PLC-oldalon van! • Minden más árnyékolt vezetéket, mint például az adatátviteli vezetékeket mindkét oldalon csatlakoztatni kell! • A legjobb védekezés a megfelelő távolságok betartása!
sodrott PAS potenciálkiegyenlítés PS 3 -AC mindig földelt üzemmód PAS kapcsolószekrénnyél szigetelt felépítés szigetelés figyelés PS 3 -DC földeletlen üzemmód
Potenciálleválasztás (csatolás csökkentése) A potenciálleválasztásra különböző elvi lehetőségek vannak: • elektromechanikai eljárással, relékkel és mágneskapcsolókkal érintkezőkön keresztül, • elektromágneses eljárással transzformátorok használatával, • optoelektronikai eljárással, fényérzékeny félvezetők alkalmazásával
Potenciálleválasztás 24 V DC interfész mágneskapcsolók, és csatoló relék ETS-V 1 -2 S több fokozatú relé egység
Potenciálleválasztás Leválasztó transzformátorok • A szabvány ötnél több elektromágneses működtető tekercs vagy külső vezérlőkészülékek alkalmazása esetén vezérlőtranszformátor használatát írja elő. • Vezérlőtranszformátorral a legtöbb vezérlés el van látva. • Transzformátoroknál a primer és szekunder áramkörök földelése ellenére megmarad a galvanikus leválasztás.
Potenciálleválasztás A PLC be-, és kimeneti egységek potenciálleválasztása • A 24 -V-DC be- és kimeneti egységek potenciálleválasztása optikai csatolókkal történik, melyek biztonságosan leválasztják a külső berendezésszintet a PLC belső feldolgozási szintjétől. • Potenciálleválasztott be- és kimeneti kártyák és külön tápegység használata elősegíti a galvanikus csatolással terjedő zavarok kiküszöbölését. • A be- és kimeneti kártyák lehetőleg mindig közösen legyenek potenciálmentes kivitelűek! Kártyafajták keverése - például potenciálmentes bemenet és potenciálfüggő kimenet - nem javasolt!
Potenciálleválasztás Terepi buszrendszerrel A hálózatba szervezett automatizálási rendszerek előnyei: • potenciálleválasztás • vezetékanyag megtakarítás, • csekély helyigény • szerelési költségek csökkenése • zavarállóság biztosítása szimmetrikus átvitellel és sodrott, árnyékolt vezetékekkel, fizikailag RS 485 interfészre építve. A Moeller SUCONET terepi buszrendszer ezt a szélsőségesen zavarálló átviteli közeget alkalmazza.
Potenciálleválasztás Terepi buszrendszerrel Adatátvitel céljára optikai kábelek is rendelkezésre állnak, melyek abszolút zavarálló jelátvitelt tesznek lehetővé nagy átviteli ráta mellett. A vezetékek sérülésekor szikraképződés veszélye nem áll fenn. Alkalmazásuknak ezért a vegyiparban, bányászatban vagy tartályhajókon sincs akadálya. Master PLC RBR 1. 1/2 Slave PLC A teljes ág hossza: 1800 m (optikai kábellel: 3200 m)
Védőkapcsolás (csatolás csökkentése) • Kapcsolt induktivitásokat feltétlenül védőkapcsolással kell ellátni! • Valamennyi védőkapcsolásra egyaránt érvényes, hogy azokat a zavarforráshoz – mágneskapcsolóhoz, reléhez vagy szelephez – a lehető legközelebb kell elhelyezni. • A legtöbb mágneskapcsoló, valamint a kétállapotú digitális kártya már eleve el van látva beépített védőkapcsolással.
Védőkapcsolás Egyenárammal működtetett induktív terhelések mágneskapcsoló szabadonfutó dióda és Zenerdióda varisztor Váltóárammal működtetett induktív terhelések mágneskapcsoló RC tag varisztor
Védőkapcsolások Érzékeny készülékekhez alkalmazott hálózati szűrő A zavarszűrőnek az alábbi két alapvető feladata van: • korlátozza a zavarforrás zavarkisugárzását és • csökkenti a zavart eszköz vezetéken terjedő zavarbefolyásolását.
Védőkapcsolások Szűrők szerelésekor fontos, hogy • gondoskodni kell a szűrő tokozata és a test jól vezető, nagy felületű kapcsolatáról, • a „zavart” és „zavarmentesített” vezeték jól szét legyen választva és • a szűrő a kapcsolószekrény belépési pontjánál, illetve közvetlenül a védendő készülék előtt legyen elhelyezve.
Villámvédelem Szabványos villámgörbe • csúcsérték = 100 k. A potenciálok megemelkedése • töltés Q = idt = 100 As kiolvadások a becsapódási pontnál • áram-négyzetimpulzus = 5 k. A 2 s vezetékek melegedése, erőhatások • maximális árammeredekség (di/dt)max = 100 k. A/s) indukált feszültségek induktivitásokon (pl. vezetékeken is)
Villámvédelem A külső villámvédelem egy adott épületen kívül végrehajtott villámvédelmi eljárás összesége. Ezek feladata a villámáram felfogása és levezetése a földelő berendezésbe. A külső villámvédelem leggyakoribb komponensei közé számítanak a felfogó vezetékek, a levezetések, az összekötők és a rúd- és alapföldelők. Elvileg a külső villámvédelem az épület árnyékolását jelenti. A belső villámvédelem azon megoldások az összessége, melyek csökkentik az adott építészeti létesítményben a villámáram és annak villamos és mágneses terének fémes installációra és villamos berendezésekre gyakorolt hatásait. Ezen megoldások közé tartoznak: • villámvédelmi potenciálkiegyenlítés. • árnyékolás, • túlfeszültség-védelmi készülékek alkalmazása
Villámvédelem Villámvédelmi potenciálkiegyenlítés Suconet terepi busz potenciálkiegyenlítés alapföldelő alap információtechnikai vezetékek védelmi készüléke
Villámvédelem Túlfeszültség levezetés Túlfeszültségeket az automatizálási berendezésektől blokkolással, levezetővel történő korlátozással illetve rövidre zárással lehet távol tartami. Különböző gyártók széles választékban kínálnak túlfeszültség-levezetőket és túlfeszültség-korlátozókat. A túlfeszültség-védelem készülékeinek beépítése: • A túlfeszültség-védelem készülékeinek beépítése közvetlenül a buszvezetékbe • A túlfeszültség-védelem készülékeinek beépítése a megcsapoló vezetékbe.
Villámvédelem Túlfeszültség levezetés 1. résztvevő 2. résztvevő 3. résztvevő lezáró ellenállás A buszlezáró ellenállásokat a fizikailag első és utolsó résztvevőn be kell kapcsolni. A túlfeszültség-védelem készülékeinek beépítése a buszvezetékbe.
Villámvédelem Túlfeszültség levezetés 1. résztvevő 2. résztvevő 3. résztvevő A buszlezáró ellenállásokat a fizikailag első és utolsó résztvevőn be kell kapcsolni. A túlfeszültség-védelem készülékeinek beépítése a megcsapoló vezetékbe.
EMC zavarok utólagos korrekciója Nem helyettesíti a komplex EMC analízist, de sokszor segít. A szemrevételezés az EMC biztosítására már ismertetett módszerekre terjed ki, emlékeztetőül: • kapcsolószekrény felépítése a készülékek elrendezésével, elkülönítve erősáramú részre és vezérlésre • vezetéknyomvonalak kialakítása az erősáramú, jel- és adatvezetékek következetes elkülönítésével • árnyékolási megoldások ellenőrzése és • védőkapcsolások ellenőrzése
EMC zavarok utólagos korrekciója Nem helyettesíti a komplex EMC analízist, de sokszor segít. • mágneskapcsoló kapcsolása a PLC hibás működésével azonos időben Megoldást eredményez megfelelő védőkapcsolás alkalmazása vagy a mágneskapcsoló és PLC fázisainak szétválasztása • az adat- vagy analóg vezetékek nagymértékű ingadozása Oka az árnyékolás csatlakoztatásának hiánya
- Slides: 57