Источники и рецепторы электромагнитных помех

1. 2 ИСТОЧНИКИ И РЕЦЕПТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

www.tyuiu.ru

2. 2.1 Механизм электромагнитного излучения

www.tyuiu.ru

3. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Ясное представление механизма электромагнитного излучения,
создаваемого при работе электрических и электронных систем, необходимо
для понимания проблем ЭМС.
При проектировании систем, удовлетворяющих требованиям ЭМС,
необходимо отчетливо представлять, какие цепи систем могут создавать
электромагнитные излучения и паразитные электромагнитные поля и
помехи, характеристики этих полей и почему одни схемы создают только
реактивные поля, а другие излучают электромагнитные поля.
3

4. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В качестве простого примера рассмотрим цепь, состоящую только из
источника переменного напряжения и идеальной индуктивности.
В этом случае потери энергии в цепи будут
отсутствовать, и в индуктивности будет создаваться только
электромагнитное
поле.
Переменный
источник
напряжения будет попеременно либо передавать энергию
в электромагнитное поле, создаваемое индуктивностью,
либо принимать эту энергию обратно. Ток и напряжение в
этой цепи сдвинуты по фазе на π/2.
Такие поля, создаваемые в реактивных элементах, называют
реактивными полями.
Если теперь вблизи индуктивности,
создающей поле, расположить замкнутую
цепь, состоящую из индуктивности и
резистора, то вследствие индуктивной связи
между двумя индуктивностями в резисторе
образуется ток.
4

5. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Реактивное поле начнет передавать энергию от источника в резистор,
даже если первая цепь осталась идеальной (без потерь энергии). Это
означает, что реактивное поле может не только накапливать энергию, но
передавать ее в зависимости от того, есть ли вблизи этого поля какие-либо
рецепторы. Таким образом, реактивное поле взаимодействует с
устройствами, помещенными в это поле.
Все сказанное выше можно отнести и схемам, содержащим емкости.
Здесь ток смещения, создаваемый во втором конденсаторе с помощью
первого конденсатора, может протекать через подключенную к этому
второму конденсатору нагрузку и отдавать в нее энергию электромагнитного
поля источника.
5

6. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Рассмотрим другой пример.
Пусть источник переменного напряжения питает идеальную антенну. И
пусть размеры этой антенны порядка λ/2. В отличие от первого примера,
энергия источника через антенну будет непрерывно излучаться в
окружающее пространство, т.е. будут иметь место потери энергии.
Эти примеры являются наглядным свидетельством существования двух
типов полей – реактивных полей и полей излучения. Однако они не дают
объяснения, как создается электромагнитное излучение. Чтобы понять это,
рассмотрим поля, создаваемые заряженными частицами, движущимися с
ускорением.
Простейшим источником электромагнитного поля является точечный
заряд. Если он покоится, то тока нет, и излучение отсутствует (что вытекает из
того, что Н = 0, а, следовательно, обращается в нуль и поток энергии).
Равномерно движущийся заряд также не излучает – всегда можно выбрать
такую инерциальную систему отсчета, в которой заряд покоится и излучение
отсутствует.
Таким образом, излучает только ускоренно движущийся заряд.
6

7. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Рассмотрим механизм образования электромагнитного излучения,
созданного ускоренно движущимся зарядом. В качестве заряда возьмем
электрон. Нам неизвестна детальная структура электрона, но для наших
целей это несущественно. Примем, что электрон является шаром, по
поверхности которого равномерно распределен его заряд.
Неподвижный заряд создает стационарное кулоновское поле. Силовые
линии этого поля электрона радиально симметричны. Кулоновское поле
существует всегда, независимо от того, движется электрон или нет.
Если электрон совершает колебания, то возникают еще два новых поля.
При движении электрона возникает магнитное поле. Колеблющийся
электрон создает вокруг себя переменное магнитное поле. В
непосредственной близости от электрона фаза переменного магнитного поля
совпадает с фазой скорости электрона, а по мере удаления от электрона фаза
поля будет отставать от фазы его скорости. На расстоянии в одну длину
волны фазовый сдвиг между ними составит 360°.
Второе поле, которое создается колеблющимся электроном, является
электрическим полем. Однако в отличие от стационарного кулоновского
поля, созданного неподвижным зарядом, это поле является динамическим
электрическим полем.
7

8. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Рассмотрим движение заряженной частицы со скоростью много меньшей
скорости света. Движение частицы сопровождается мгновенным
появлением поля в той точке, где находится в данный момент частица
совершенно аналогично статическому случаю.
Следует добавить, что при движении частицы возникает и магнитное
поле, по форме напоминающее цилиндр. Появление магнитного поля есть
следствие уравнений Максвелла, согласно которым меняющееся
электрическое поле вызывает появление магнитного поля и наоборот.
Если мы имеем дело с движением с постоянной скоростью только одного
заряда, то возникающие электрическое и магнитное поля только запасают
энергию. Но если в пространстве присутствуют другие заряды, то они будут
взаимодействовать между собой, и будет происходить передача энергии.
Чтобы упростить объяснение возникающих явлений в дальнейшем
исключим из рассмотрения магнитное поле.
8

9. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Когда заряд начинает двигаться с ускорением, то силовые линии
электрического поля начинают искривляться. Искривление силовых линий
объясняется теорией относительности Эйнштейна. Ни энергия, ни
информация не может быть передана со скоростью, большей скорости света.
Это справедливо и для распространения полей и материальных частиц.
В квантовой механике поле рассматривается как группа виртуальных
частиц. И если, например, в какой-то момент в некой точке пространства
образуется заряженная частица, то поле во всем пространстве вокруг этого
заряда в тот же момент времени не образуется. Это поле в момент
образования заряда создается только в непосредственной близости от него,
и затем будет распространяться по всем направлениям от заряда со
скоростью света.
Так, свет от Солнца до Земли доходит только через 8 минут.
Искривление силовых линий заряда, движущегося с меняющейся
скоростью, сопровождается излучением энергии. Больше того, величина
искривления соответствует энергии излучения. Но если в какой-либо системе
координат силовые линии поля не искривлены, то закон сохранения энергии
требует, чтобы во всех других инерциальных системах отсчета силовые
линии оставались прямыми.
9

10. Механизм электромагнитного излучения

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Таким образом, электрон во время ускорения, создает возмущение в
электрическом поле, которое будет распространяться вдаль от
электрона. При этом, возмущение поля проявляется в образовании
поперечной компоненты электрического поля – поля излучения.
Колеблющийся электрон будет создавать непрерывную серию таких
возмущений, вызванных последовательными периодами ускорения и
замедления электрона.
10

11. 2.2 Противофазные и синфазные помехи

www.tyuiu.ru

12. Противофазные и синфазные помехи

ПРОТИВОФАЗНЫЕ И СИНФАЗНЫЕ ПОМЕХИ
Помехи, возникающие в проводах, могут рассматриваться как синфазные
и противофазные напряжения и токи.
Противофазные (поперечные, симметричные) помехи возникают между
проводами двухпроводной линии или между входными зажимами
электрических устройств.
Противофазные помехи возникают через гальванические или полевые
связи или вследствие преобразования синфазной помехи в противофазную.
Противофазные помехи суммируются с полезным сигналом и могут вызвать
ошибочное функционирование систем, а также они воздействуют на
линейную изоляцию между проводами.
12

13. Противофазные и синфазные помехи

ПРОТИВОФАЗНЫЕ И СИНФАЗНЫЕ ПОМЕХИ
источник
сигнала
приемник
сигнала
=
Пример образования
противофазной помехи
13

14. Противофазные и синфазные помехи

ПРОТИВОФАЗНЫЕ И СИНФАЗНЫЕ ПОМЕХИ
Синфазные
(продольные)
помехи
возникают между каждым проводом и
землей. Синфазные помехи обусловлены
разностью потенциалов в цепях заземления
устройств. Синфазные помехи могут быть
вызваны токами в земле (аварийные токи или
токи молнии) или магнитными полями.
Синфазные
помехи
не
вызывают
мешающих напряжений на приемнике, но
воздействуют
на
изоляцию
проводов
относительно земли и могут вести к пробоям.
При высокой частоте синфазной помехи или при больших значениях емкости
проводников относительно земли происходит преобразование синфазной
помехи в противофазную. Синфазное напряжение вызывает в прямом и
обратном проводе токи, которые через емкость и землю возвращаются к
источнику питания. При разных значениях сопротивлений прямого и обратного
проводов и разных паразитных емкостях, через емкости протекают различные по
значению токи, которые создают падение напряжения на сопротивлении
приемника, и происходит частичное или полное преобразование синфазной
помехи в противофазную.
14

15. Противофазные и синфазные помехи

ПРОТИВОФАЗНЫЕ И СИНФАЗНЫЕ ПОМЕХИ
источник
сигнала
приемник
сигнала
Пример образования синфазной
помехи
15

16. 2.3 Источники электромагнитных помех

www.tyuiu.ru

17. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Источники ЭМП – класс любых устройств, которые могут создавать
электромагнитное излучение.
Сюда включают устройства, не предназначенные для излучения
электромагнитных волн (например, двигатели, системы зажигания и т. д.).
Рецепторы ЭМП – все устройства, которые изменяют (обратимо или
необратимо) значения своих параметров под влиянием ЭМП.
Источники электромагнитных помех разделяют на две группы:
1) естественные,
2) искусственные.
17

18. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

18

19. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Источники ЭМП – класс любых устройств, которые могут создавать
электромагнитное излучение.
Сюда включают устройства, не предназначенные для излучения
электромагнитных волн (например, двигатели, системы зажигания и т. д.).
Рецепторы ЭМП – все устройства, которые изменяют (обратимо или
необратимо) значения своих параметров под влиянием ЭМП.
Источники электромагнитных помех разделяют на две группы:
1) естественные,
2) искусственные.
Источники естественных помех делятся на:
1) земные;
2) внеземные.
19

20. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

1. Земные источники – связаны с атмосферой, как средой
распространения электромагнитных радиоволн.
Это атмосферные помехи и статические разряды.
Источниками атмосферных помех являются электрические разряды во
время гроз, которые обладают широким спектром частот и распространяются
на большие расстояния.
В северных широтах источниками помех – полярные сияния.
Накопление электрических зарядов в осадках и последующий их разряд
на элементах антенны, заземления или вблизи антенны также приводят к
электромагнитным помехам.
К естественным источникам помех следует отнести также искажения
сигналов в среде распространения.
2. К внеземным источникам помех относят помехи, обусловленные
электромагнитными излучениями Солнца, планет, звезд и других небесных
тел.
Эти излучения являются источниками дополнительных космических
помех и их следует учитывать при определении характеристик приемников,
особенно работающих в диапазонах УВЧ, СВЧ и на более высоких частотах.
20

21. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

21

22. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Источниками искусственных ЭМП являются электротехнические и
радиоэлектронные устройств, принцип работы которых связан с излучением
электромагнитной энергии.
ЭМП электротехническим и радиоэлектронным средствам создают также
устройства, не предназначенные для излучения электромагнитной
энергии:
- источники электрической энергии,
- оборудование и машины,
- системы зажигания двигателей,
- аппаратура промышленного и широкого потребления.
Помехи, создаваемые этими объектами, образуют широкий класс
индустриальных помех (несколько сотен мегагерц).
Интенсивность и ширина спектра индустриальных помех различны для
разных источников.
Расстояния от источника, на которых радиоприемники ощущают
воздействие ЭМП, могут достигать нескольких километров.
22

23. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

23

24. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

По спектральным и временным характеристикам выделяют:
- сосредоточенные помехи,
- импульсные помехи,
- флуктуационные помехи.
Сосредоточенная помеха – узкополосное колебание.
Импульсная и флуктуационная помехи – широкополосные.
Флуктуационную помеху можно рассматривать как предельный случай
импульсной помехи, когда происходит наложение во времени случайного
числа импульсов со случайными амплитудами.
Следовательно, флуктуационная помеха – случайный процесс.
Такой помехой могут быть космические шумы и внутренние шумы
радиоаппаратуры.
24

25. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

На объектах электроэнергетики источниками электромагнитных воздействий,
которые могут оказывать влияние на автоматические и автоматизированные
системы технологического управления электротехническими объектами
являются:
1. Переходные процессы в цепях высокого напряжения при коммутациях
силовыми выключателями ;
2. Переходные процессы в цепях высокого напряжения при коротких
замыканиях, срабатывании разрядников или ОПН;
3. Электрические и магнитные поля промышленной частоты, создаваемые
силовым оборудованием станций и подстанций;
4. Переходные процессы в заземляющих устройствах подстанций,
обусловленные токами КЗ промышленной частоты и токами молний;
5. Быстрые переходные процессы при коммутациях в индуктивных цепях
низкого напряжения;
6. Переходные процессы в цепях различных классов напряжения при ударах
молнии непосредственно в объект или вблизи него;
7. Разряды статического электричества;
8. Электромагнитные возмущения в цепях оперативного тока;
9. Электромагнитные импульсы ядерных взрывов;
10. Магнитное поле Земли при аномальных явлениях на поверхности Солнца. 25

26. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Источники электромагнитных воздействий на электрических станциях
и подстанциях: 1 – удар молнии; 2 – переключения и короткие замыкания (КЗ) в
сети высокого напряжения; 3 – переключения и КЗ в сети среднего
напряжения (СН); 4 - переключения и КЗ в сети низкого напряжения (НН);
5 – внешние источники радиочастотных излучений; 6 – внутренние источники
радиочастотных излучений; 7 – разряды статического электричества; 8 – источники
кондуктивных помех по цепям питания
26

27. 2.4 Рецепторы электромагнитных помех

www.tyuiu.ru

28. РЕЦЕПТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Рецептор – техническое средство, реагирующее на ЭМП.
Одно и то же устройство может быть и рецептором и источником помех
одновременно. Устройство идеально совместимо с внешней средой, если
оно невосприимчиво к помехам и не создает их.
На рисунке представлены рецепторы ЭМП (рецепторы это ТС, которые
реагируют на ЭМ сигналов или ЭМП).
28

29. РЕЦЕПТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

29

30. РЕЦЕПТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Их так же, как и источники помех, делят на:
- естественные,
- искусственные.
Учитывать восприимчивость естественных рецепторов к ЭМП важно как с
точки зрения сохранения здоровья человека, так и для защиты окружающей
среды.
В этих целях устанавливаются допустимые санитарные нормы для
уровней радио- и СВЧ-облучения.
Искусственные рецепторы можно разбить на две группы:
- рецепторы, работающие на принципах извлечения полезной
информации из окружающего электромагнитного поля,
- рецепторы, которые по принципу своей работы не должны реагировать
на внешние электромагнитные поля.
30

31. РЕЦЕПТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Первую группу составляют радиоэлектронные приемные устройства и
радиовзрыватели. Для них наиболее трудно защитимым от помех является
антенный тракт, поскольку поля всех работающих передатчиков создают в
антенне приемника токи своих сигналов.
Однако антенна и приемное устройство обладают избирательными
свойствами: реагируют на сигналы, занимающие определенную полосу
частот. Сигналы, лежащие вне полосы пропускания, сильно подавляются.
Уровень помех ЭМВ, воздействующих на рецептор, зависит:
- от мощности ИП,
- от расстояния до рецептора,
- от длины волны помехи λ,
- от среды и от ряда других факторов.
ЭМП могут проникать не только через антенный тракт, но и вследствие
наводок на элементы устройства, а также по цепям питания и управления.
Снижение уровня таких помех осуществляется экранированием, а также
фильтрацией цепей питания.
31

32. РЕЦЕПТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ

Основные характеристики рецептора помех:
- восприимчивость – мера реакции рецептора на влияние помехи как
при наличии, так и при отсутствии полезного сигнала;
- помехоустойчивость – свойство рецептора противостоять помехам,
которое реализуется за счет выбранной структуры сигнала и принципа
построения рецептора;
- помехозащищенность – свойство рецептора противостоять помехам,
реализуемое за счет схемно-конструкторских решений, которое не нарушает
выбранную структуру сигнала и принципа построения рецептора.
32

33. 2.5 Логарифмические относительные характеристики. Уровни помех.

www.tyuiu.ru

34. Уровень и Степень передачи

УРОВЕНЬ И СТЕПЕНЬ ПЕРЕДАЧИ
Для количественной оценки ЭМС широкое применение нашли т.н.
логарифмические
масштабы,
позволяющие
наглядно
представлять
соотношения величин, отличающихся на несколько порядков.
Существует два вида логарифмических отношений – уровень и степень
передачи.
Уровни определяют отношение измеряемой величины к базовому ее
значению (часто базовое значение принимают U0 = 1 мкВ).
Степень передачи определяется отношением входных и выходных
величин системы и служит характеристикой ее трансляционных
(передаточных) свойств.
Универсальные
логарифмические
единицы
децибелы
широко
используются при количественных оценках параметров.
Децибелы – универсальная мера измерения сигнала (помехи).
Децибел – не физическая величина, а математическое понятие.
В этом отношении у децибел есть некоторое сходство с процентами. Как и
проценты, децибелы безразмерны и служат для сравнения двух одноименных
величин.
«Децибел» всегда связывают только с энергетическими величинами, чаще
всего с мощностью, напряжением и током.
34

35. Логарифмические относительные характеристики. Уровни помех

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
УРОВНИ ПОМЕХ
Действующее значение полезного сигнала или помехи можно выразить в
логарифмическом масштабе. С применением десятичного логарифма
определяются следующие уровни помех, измеряемые в децибелах
(log10 = lg):
Для напряжения U дБ 20 lg( U x / U 0 ),
где UдБ – уровень напряжения в дБ;
Uх – действующее значение напряжения,
U0 – базовое значение напряжения, относительно
определяются уровни.
В ЭМС базовое значение U0 принимается равным U0 = 1 мкВ.
Для тока
I дБ 20 lg( I x / I 0 );
которого
I0 = 1 мкА.
Напряженность электрич-го поля:
EдБ 20 lg( Ex / E0 );
Напряженность магнитного поля: Н дБ
E0 = 1 мкВ/м.
20 lg( Н x / Н 0 ); H0 = 1 мкА/м.
В данных соотношениях введен множитель 20, обеспечивающий простое
выражение в относительных логарифмических единицах.
35

36. Логарифмические относительные характеристики. Уровни помех

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
УРОВНИ ПОМЕХ
Мощность:
РдБ 10 lg( Рx / Р0 );
P0 = 1 пкВт.
Найдем выражение PдБ через UдБ и IдБ:
U x U 0 10
U дБ 20 lg( U x / U 0 )
откуда
I x I 0 10 .
Рx U x I x U 0 I 0 10
Px / P0 10
.
I дБ
20
I дБ 20 lg( I x / I 0 )
Следовательно
U дБ
20
U дБ I дБ
20
Но по определению
РдБ 10 lg( Рx / Р0 ) 10 lg( 10
U дБ I дБ
20
P0 10
U дБ I дБ
20
.
U дБ I дБ
20
) ( U дБ I дБ ) / 2.
36

37. Логарифмические относительные характеристики. Уровни помех

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
УРОВНИ ПОМЕХ
В качестве единицы логарифмического отношения двух одноимённых
физических величин применяется также непер (Нп).
1 Нп ~ 0,8686 Б = 8,686 дБ или 1дБ = 0,115 Нп.
В основе лежит не десятичный (lg), а натуральный (ln) логарифм
отношений. В настоящее время используется редко.
Напряжение:
U Нп ln( U x / U 0 ),
где U0 = 1мкВ;
Ток:
I Нп ln( I x / I 0 ), где
I0 = 1мкА;
Напряженность электрич-го поля:
EНп ln( Ex / E0 ),
Напряженность магнитного поля:
Н Нп ln( Н x / Н 0 ), где Н0 = 1мкА/м;
Мощность:
где Е0 = 1мкВ/м;
РНп 0 ,5 ln( Рx / Р0 ), где Р0 = 1пкВт.
Обозначения дБ и Нп указывают исключительно на вид использованной
функции логарифма (lg или ln). Данные обозначения не являются
единицами, но часто используются как таковые.
37

38. Логарифмические относительные характеристики. Уровни помех

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
УРОВНИ ПОМЕХ
Приведем наиболее часто используемые характерные значения дБ и
соответствующие им отношения стоящие под знаком логарифма:
2:1 – 6 дБ;
10:1 – 20 дБ = 2,3 Нп;
100:1 – 40 дБ = 4,6 Нп;
1000:1 – 60 дБ = 6,9 Нп;
10 000:1 – 80 дБ = 9,2 Нп;
100 000:1 – 100 дБ = 11,5 Нп;
1000 000:1 – 120 дБ = 13,8 Нп.
дБ
U2/U1
дБ
U2/U1
3
1,41
-3
0,707
6
2
-6
0,5
20
10
-20
0,1
40
100
-40
0,01
60
1000
-60
0,001
Значения Бел, децибел могут быть
со знаком «плюс», если Рх > Р0
(усиление сигнала)
и со знаком
«минус», если Рх < Р0 (ослабление
сигнала).
38

39. Логарифмические относительные характеристики. Уровни помех

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
УРОВНИ ПОМЕХ
Почему именно децибелы?
Все исходит от закона Вебера-Фехнера, который говорит нам, что
интенсивность ощущения человеческих чувств прямо пропорциональна
логарифму интенсивности какого-либо раздражителя (помеха).
Светильник, в котором восемь лампочек, кажется нам настолько же ярче
светильника из четырёх лампочек, насколько светильник из четырёх
лампочек ярче светильника из двух лампочек.
Т.о., количество лампочек должно
увеличиваться каждый раз вдвое,
чтобы нам казалось, что прирост
яркости постоянен.
То есть если добавить к нашим 32
лампочкам на графике еще одну
лампочку, то мы даже и не заметим
разницы. Для того, чтобы для нашего
глаза была заметна разница, мы
должны к 32 лампочкам добавить
еще 32 лампочки, и т.д.
39

40. Логарифмические относительные характеристики. Уровни помех

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
УРОВНИ ПОМЕХ
Иными словами, для того, чтобы нам казалось, что наш светильник
плавно набирает яркость, нам надо зажигать вдвое больше лампочек
каждый раз, чем было предыдущее значение.
Поэтому децибел действительно удобнее в некоторых случаях, так как
сравнивать две величины намного проще в маленьких цифрах, чем в
миллионах и миллиардах.
А так как электроника – это чисто физическое явление, то и децибелы не
обошли ее стороной.
40

41. Степень передачи. Помехоподавление

СТЕПЕНЬ ПЕРЕДАЧИ. ПОМЕХОПОДАВЛЕНИЕ
Одним из понятий, характеризующих степень передачи системы, является
понятие «помехоподавление».
Понятие «помехоподавление» служит для характеристики защитного
воздействия средств защиты от помех.
Как правило, степень помехоподавления зависит от частоты.
Различают две характеристики степень помехоподавления:
1) коэффициент затухания фильтра аф;
2) коэффициент экранирования аэ.
Коэффициент затухания (или ослабления) помеха с помощью фильтра
– есть десятичный логарифм отношения напряжения на входе фильтра U1 и
выходе U2 фильтра:
аф 20 lg( U 1 / U 2 );
Коэффициент
экранирования
напряженности
электрического
(магнитного) поля – определяется отношением напряженности поля перед
экраном Н0 и за ним Нэ:
аэ 20 lg( Н 0 / Н э ).
41

42. 2.6 Основные термины и определения

www.tyuiu.ru

43. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Электромагнитная обстановка (ЭМО) (поле помех) – совокупность
электромагнитных явлений, существующих в данном месте.
ЭМО зависит от времени, и для ее описания может требоваться
статистический подход.
ЭМО должна описываться:
- характеристиками источников помех и параметрами их воздействия;
- особенностями установленного оборудования;
- реализованными и нереализованными мероприятиями по повышению
ЭМС;
- неэлектрическими характеристиками окружающей среды, влияющими
на ЭМС (влажность и т.д).
Электромагнитная помеха – любое электромагнитное явление которое
может ухудшить качество функционирования технического средства.
Т.о, ЭМП – это любое внешнее электромагнитное явление, способное
негативно влиять на работу электронной аппаратуры.
ЭМП может излучаться в пространство или распространяться в
проводящей среде.
43

44. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Электромагнитная помеха может быть электромагнитным шумом.
нежелательным сигналом или изменением в среде распространения.
Электромагнитный шум – это изменяющееся во времени
электромагнитное явление, которое не содержит информации и может
налагаться на полезный сигнал или объединяться с полезным сигналом.
Нежелательный сигнал – сигнал, который может ухудшить прием
полезного сигнала.
Мешающий сигнал – сигнал, который ухудшает прием полезного
сигнала.
Помехой может быть – напряжение, ток, напряжённость и частота поля, и
др.
В зависимости от источника, помехи появляются периодически или
нерегулярно в форме случайно распределённых импульсов, поступающих по
проводам или полевым путём.
При превышении определённого граничного значения уровень вредного
сигнала может оказаться опасным не только для технических средств но и
для жизни человека.
44

45. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Внешние и внутренние источники помех, виды помех, поступающих в
устройство и исходящих из него помех:
1 – прибор автоматизации;
2, 3, 4 – элементы прибора
автоматизации, внутренние
источники ЭМП;
5 – сеть электропитания;
6 – информационные входы;
7 – информационные
выходы;
8 – заземление;
9 – ЭМП, передающиеся по
контуру заземления;
9 – разряды статического
электричества;
9 – короткие замыкания в
питающей сети;
10 – электромагнитная
обстановка (ЭМО).
45

46. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Электромагнитное воздействие (возмущение) (ЭМВ) – любое
электромагнитное явление или процесс, которые может ухудшить работу
прибора, оборудования или системы или неблагоприятно влиять на срок
службы, а также могут повлиять на биологические объекты. К ЭМВ относятся
создаваемые ТС в окружающем пространстве электромагнитные,
электрические и магнитные поля.
Биологические объекты – люди (персонал, обслуживающий технические
средства, и население), животные и растения.
Техническое средство (ТС) – изделие, оборудование, аппаратура или их
составные части, функционирование которых основано на законах
электротехники, радиотехники и электроники, содержащие электронные
компоненты и схемы, которые выполняют одну или несколько следующих
функций: усиление, генерирование, преобразование, переключение и
запоминание.
ТС может быть радиоэлектронным средством (РЭС), средством
вычислительной техники (СВТ), средством электронной автоматики (СЭА),
электротехническим средством (ЭТС), а также изделием промышленного,
научного и медицинского назначения (ПНМ-установки).
46

47. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Электромагнитная эмиссия от источника помехи (помехоэмиссия) –
генерирование источником помехи электромагнитной энергии.
Генерируемая источником энергия может излучаться в пространство или
распространяться кондуктивным путем.
Излучаемая электромагнитная помеха – электромагнитная помеха,
распространяющаяся в пространстве.
Кондуктивная электромагнитная помеха – электромагнитная помеха,
от источника распространяющаяся в проводящей среде.
Уровень излучения – уровень электрического и (или) магнитного поля и
(или) плотности потока мощности, излучаемые техническим средством,
измеренные в регламентированных условиях.
Норма на уровень излучения – регламентированный максимальный
уровень излучения.
Максимальную амплитуду ЭМП, при которой еще не возникает
недопустимого ухудшения функциональных свойств аппаратуры, будем
называть уровнем устойчивости этой аппаратуры к действию данной
помехи.
47

48. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Уровень устойчивости к электромагнитной помехе, уровень
помехоустойчивости – максимальный уровень электромагнитной помехи
конкретного вида, воздействующей на определенное ТС, при котором ТС
сохраняет заданное качество функционирования.
Устойчивость к электромагнитной помехе, помехоустойчивость –
способность ТС сохранять заданное качество функционирования при
воздействии на него внешних помех в отсутствие дополнительных средств
защиты от помех, не относящихся к принципу действия или построения ТС.
Класс (степень) жесткости – соответствующий уровень испытательного
электромагнитного воздействия.
Показатель качества электрической энергии – величина,
характеризующая качество электрической энергии по одному или
нескольким ее параметрам.
Показатели качества определяются согласно ГОСТ 32144-2013
«Электрическая
энергия.
Совместимость
технических
средств
электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения».
48

49. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Влияние помехи – снижение показателей качества функционирования
технического средства, вызванного электромагнитной помехой.
Допустимая помеха – помеха, значения параметров которой не выходят
за пределы, установленные в нормативно-технической документации (НТД).
Недопустимая помеха – электромагнитная помеха, воздействие которой
снижает качество функционирования технического средства до
недопустимого уровня.
Приемлемая помеха – электромагнитная помеха, превышающая
допустимую и устанавливаемая путем соглашения.
Уровень помехи – значение величины электромагнитной помехи,
измеренное в регламентированных условиях.
Норма на помеху – регламентированный максимальный уровень помехи.
При испытаниях ТС на помехоустойчивость применяют критерии качества
функционирования ТС, указанные в таблице.
49

50. Основные термины и определения

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Критерии качества
функционирования
ТС при испытаниях
Качество функционирования ТС при испытаниях
А
воздействие ЭМП никак не отражается на функциональных
характеристиках аппаратуры, работа которой до, во время и
после воздействия помехи происходит в полном
соответствии с техническими условиями или стандартами.
В
допускается
временное
ухудшение
функциональных
характеристик аппаратуры в момент воздействия помехи.
После прекращения воздействия ЭМП функционирование
полностью восстанавливается без вмешательства оператора.
C
аналогичен В, но, в отличие от
вмешательство
оператора
для
работоспособности аппаратуры.
D
физическое повреждение аппаратуры под действием помехи.
Восстановление работоспособности возможно только путем
ремонта.
него, допускает
восстановления
50

51. 2.7 Обеспечение электромагнитной совместимости

www.tyuiu.ru

52. Обеспечение электромагнитной совместимости

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
Обеспечение электромагнитной совместимости:
1. Организационное обеспечение ЭМС: организационные решения,
постановления, нормативно-технические документы, направленные на
исключение или снижение до приемлемого уровня электромагнитных помех
между техническими средствами
2. Экспертиза ЭМС: экспериментальное и (или) теоретическое
исследование состояния обеспечения ЭМС технического средства в заданной
электромагнитной обстановке
3. Сертификация ТС на соответствие требованиям ЭМС:
мероприятия, в результате которых удостоверяется соответствие
определенного типа технического средства требованиям государственных,
международных
или
иных
нормативно-технических
документов,
регламентирующих характеристики ЭМС, посредством выдачи предприятию
изготовителю сертификата
4. Техническое обеспечение ЭМС: Технические решения, направленные
на улучшение характеристик их ЭМС.
52

53. Обеспечение электромагнитной совместимости

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
4. Техническое обеспечение ЭМС: Технические решения, направленные
на улучшение характеристик их ЭМС.
В частности:
- Экранирование (электромагнитное): способ ослабления ЭМП с
помощью экрана с высокой электрической и (или) магнитной
проводимостями.
- Подавление помех: мероприятия, имеющие целью ослабление или
устранение влияния помех.
- Биологическая защита (от электромагнитного излучения): обеспечение
регламентированных
уровней
электромагнитных
излучений,
соответствующих установленным санитарными нормами..
-…
53

54. Экономические аспекты ЭМС

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭМС
Финансовые затраты на техническое обеспечение ЭМС можно разделить
на две составляющие:
- первоначальные затраты ЗП, (затраты на стадии планирования,
проектирования, технологической подготовки производства и изготовления
устройства или системы),
- расходы на исправление дефектов ЗИ, вызывающих несовместимость на
этапе ввода в эксплуатацию.
Кривая полных затрат на ЭМС
в зависимости от вероятности
появления
электромагнитных
влияний WЭМВ имеет минимум
(Зmin).
54

55. Экономические аспекты ЭМС

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭМС
При изготовлении изделия добиваются минимизации общей стоимости З,
обусловленной стоимостью потерь ЗИ вследствие работы системы (ввода в
эксплуатацию) с учетом влияния ЭМС, и стоимостью дополнительных
мероприятий (планирования) ЗП по повышению ЭМС.
Это означает, что процесс повышения надежности в отношении ЭМС
требует все больших затрат.
Практически
достаточно
трудно определить зависимости
ЗИ (WЭМВ) и ЗП (WЭМВ) для каждого
конкретного объекта. Однако
известны затраты на обеспечение
ЭМС при производстве различных
изделий.
Они составляют от 2 до 10 %
стоимости разработки и могут
быть приняты в качестве первого
приближения к оптимальной
стоимости Зmin (Wопт)
55

56. Экономические аспекты ЭМС

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭМС
Электрическое устройство считается совместимым с другими
устройствами:
а) если оно в качестве передатчика является источником помех не выше
допустимых,
б) а в качестве приемника обладает достаточной помехоустойчивостью,
т.е допустимой чувствительностью к посторонним влияниям.
Поставщиками продукции на европейском рынке являются примерно
270 фирм-производителей, которые производят следующие основные
товары:
1) фильтры и другие помехозащитные средства – 24 %;
2) экранируемые кабины и помещения – 16 %;
3) проводящие покрытия – 13 %;
4) испытательные приборы – 12 %;
5) проводящие уплотнения – 7 %;
6) прочие товары – 28 %.
Причем на долю России приходится менее 1% всех производимых
товаров.
56

57. 2.8 Классификация электромагнитной обстановки объекта

www.tyuiu.ru

58. Классификация электромагнитной обстановки объекта

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОБЪЕКТА
Электромагнитная обстановка окружающей среды представляет собой
многовариантную систему с широким разбросом параметров, количества,
вида и интенсивности проявляющихся в данном месте электромагнитных
воздействий.
Экономически нецелесообразно выполнять любое устройство или
автоматическую и автоматизированную систему технологического
управления электротехническими объектами абсолютно стойкими к самым
жестким электромагнитным воздействиям. Требуется классификация
электромагнитных условий окружающей среды по видам и уровням
воздействия, в соответствии с которой можно сформулировать требования,
предъявляемые к различным устройствам в отношении электромагнитной
совместимости.
Электромагнитную обстановку принято характеризовать как легкую (класс
1), средней жесткости (класс 2), жесткую (класс 3) и крайне жесткую (класс 4).
Электромагнитной обстановке под таким же номером соответствуют степень
жесткости испытаний технических средств на электромагнитную
совместимость и группа их исполнения.
58

59. Классификация электромагнитной обстановки объекта

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОБЪЕКТА
Класс 1. Легкая электромагнитная обстановка, при которой:
- осуществлены оптимизированные и скоординированные мероприятия
по подавлению помех, защите от перенапряжений во всех цепях;
- электропитание отдельных элементов устройства резервировано,
силовые и контрольные кабели проложены раздельно;
- выполнение заземляющего устройства, прокладка кабелей,
экранирование произведено в соответствии с требованиями ЭМС;
- климатические условия контролируются и приняты специальные меры
по предотвращению разрядов статического электричества.
59

60. Классификация электромагнитной обстановки объекта

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОБЪЕКТА
Класс 2. Электромагнитная обстановка средней тяжести, при
которой:
- цепи питания и управления частично оборудованы помехозащитными
устройствами и устройствами для защиты от перенапряжений;
- отсутствуют силовые выключатели, устройства для отключения
конденсаторов, катушек индуктивностей;
- электропитание устройств АСТУ осуществляется от сетевых
стабилизаторов напряжения;
- имеется тщательно выполненное заземляющее устройство;
- токовые контуры разделены гальванически;
- предусмотрено регулирование влажности воздуха, материалы,
способные электризоваться трением, отсутствуют;
- применение радиопереговорных устройств, передатчиков, запрещено.
Эта обстановка типична для диспетчерских помещений индустриальных
предприятий, электростанций и подстанций.
60

61. Классификация электромагнитной обстановки объекта

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОБЪЕКТА
Класс 3. Жесткая обстановка, при которой:
- защита от перенапряжений в силовых цепях и цепях управления не
предусмотрена;
- повторного зажигания дуги в коммутационных аппаратах не происходит;
- имеется заземляющее устройство;
- силовые, контрольные и коммутационных цепей кабели разделены;
- контрольные кабели линий передачи данных, сигнализации, управления
разделены;
- относительная влажность воздуха поддерживается в определенных
пределах, нет материалов, электризуемых трением;
- использование переносных радиопереговорных устройств ограничено
(установлены ограничения приближения к приборам на определенное
расстояние).
Эта обстановка характерна для индустриальных цехов, электростанций,
релейных помещений подстанций.
61

62. Классификация электромагнитной обстановки объекта

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОБЪЕКТА
Класс 4. Крайне жесткая обстановка, при которой:
- защита в цепях управления и силовых контурах от перенапряжений
отсутствует;
- имеются коммутационные устройства, в аппаратах которых возможно
повторное зажигание дуги;
- существует неопределенность в выполнении заземляющего устройства;
- нет пространственного разделения силовых, контрольных кабелей и
коммутационных цепей;
- допустимы любая влажность воздуха и наличие электризуемых трением
материалов;
- возможно неограниченное использование переносных переговорных
устройств;
в
непосредственной
близости
могут
находиться
мощные
радиопередатчики;
- вблизи могут находиться дуговые технологические устройства
(электропечи, сварочные машины и т.п.).
Типичными для этого класса являются территории вблизи промышленных
предприятии, электростанций, ОРУ среднего и высокого напряжений, где не
предусматриваются специальные меры по обеспечению ЭМС.
62

63. Классификация электромагнитной обстановки объекта

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОБЪЕКТА
Класс X. Экстремальный уровень помех.
Здесь речь идет, как правило, о работе приборов в непосредственной
близости от источников экстремальных помех. Для этих особых случаев,
которые по своей природе не могут быть учтены обычно действующими
нормами, должны быть достигнуты особые договоренности между
производителем и потребителем приборов, устройств или при
определенных обстоятельствах потребителем должны быть приняты
дополнительные меры для подавления помех.
63