Mi is az az elektromágneses zavarvédelem? Szerelőközelben az EMÖ vagy EMC

2004/1-2. lapszám | netadmin |  6404 |

Figylem! Ez a cikk 22 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Most induló sorozatunkban a gyakorló villamos szakembereknek oly sok esetben meglepetést, nehézséget okozó, néha már-már misztikusnak tűnő zavarjelenségekről szeretnénk fellebbenteni a fátylat. A téma szinte kimeríthetetlen: itt és most elsősorban az...

Most induló sorozatunkban a gyakorló villamos szakembereknek oly sok esetben meglepetést, nehézséget okozó, néha már-már misztikusnak tűnő zavarjelenségekről szeretnénk fellebbenteni a fátylat. A téma szinte kimeríthetetlen: itt és most elsősorban az alapismeretekkel szeretnénk megismertetni az olvasót.

Sötét szobában fekete macska - avagy miről is beszélünk?

...s bátran kezdhetnénk mondókánkat az ismert sztereotípiával, miszerint is "már az ókori görögök is ismerték…" (s ez igaz is, hiszen a minden villamos folyamatban jelenlévő elektron neve görögül a borostyánkő neve, utalva az elsőként megtapasztalt - és Kr. e. 600-ban már leírt - villamos jelenségek előidézésére használt eszközre, anyagra), a villamosság igazi története csak jóval később kezdődött. A XVIII. század végéig ugyanis elsősorban az elektrosztatika (a nyugvó töltések tudománya) ismeretanyaga bővült, és az első áttörést a századforduló környékén a galvánelem feltalálása alapozta meg: ekkor kezdődött az elektrodinamika (a mozgásban lévő töltések leírása) rohamos fejlődése. A hőskor a XIX. század, amelynek végére rendelkezésre állt szinte minden, ami napjaink elektrotechnikájának megalapozásához kellett: az elméleti alapokon álló ipari fejlesztés majd minden, napjainkban is fontos szerepet játszó villamos gépet kidolgozott, megvalósított. Büszkén mondhatjuk: Magyarország nagyhatalom volt a villamosság történetében: a világhírű magyar tudósok, feltalálók és mérnökök alkotta elvek és gépek (rendszerek) Európa több országában öregbítették hírnevünket: Jedlik Ányostól Kandó Kálmánig terjed a sor a XIX. században, amit Zipernowsky s Bay Zoltán folytat immár a XX. században. Az Ő munkásságuk tette lehetővé a villamos energia termelését, felhasználását, szállítását, megalapozva ezzel az elektronika virágkorát. S talán ez az a pont, ahol először kell beszélni a még nem létező (vagy csak rejtőzködő?) fekete macskáról: a vázolt területen az adott időszakban viszonylag robusztus, a külső igénybevételeknek ellenálló gépek, eszközök, berendezések születtek, s még híradástechnikai eszközök is meglehetősen "strapabíró" kivitelűek, hiszen az elektroncső is robusztus kivitelűnek számít egy mai mikroprocesszor mellett. Emellett nem elhanyagolható az a tény sem, hogy viszonylag kevés és kis teljesítményű villamos berendezés üzemel. Ennek megfelelően kevés az olyan üzemzavar, károsodás, amelyet elektromágneses zavarok keltenek (kivéve persze a légköri elektromosságot, amely természetesen akkor is okozott károkat), s a jelentkező problémák túlnyomó részét még a fejlesztés és a konstrukció stádiumában - laboratóriumon vagy gyárkapun belül - sikerült megoldani. A fekete macska - a villamos zavarforrás - tehát elvileg már létezik, de jobbára rejtőzködik, s talán a szoba sem teljesen sötét. A múlt század hatvanas-hetvenes évei ismét forradalmi változást hoznak, ezúttal az elektronikában: megjelennek s azonnal a miniatürizálás útjára lépnek a félvezetők. A ‘80-as, ‘90-es évek már jellegzetesen az elektronika kora: egyre kisebb térfogatban egyre több félvezetőt helyeznek el a gyártók, s az általuk felkínált alkatrészek ma már szinte minden berendezésben, készülékben nélkülözhetetlenek. Eljutottunk a tranzisztoros rádiótól a mikroproceszszoros porszívóig, a beütős tűzjelzőtől a címezhető érzékelős intelligens tűzjelzőig, s a HUNOR asztali számológéptől a lap-top-ig. S miközben a készülékek egyre zsugorodtak, a jelsebességek, a készülékekre jellemző érzékenység s az alkatrészek kihasználtsága, és fajlagos igénybevétele egyre nőtt. (A hatvanas évek URAL számítógépe több szobányi részegységből állt össze, s teljesítményét tekintve bizony elbújhatott egy mai átlagos PC mögött.) Élve a lehetőségekkel a konstruktőrök az élet szinte minden területére bevezették az elektronikus rendszereket, melyek alkalmazkodva a közgazdászok által fetisizált "eredményesség és gazdaságosság" jelszó nyomán megjelenő nagy kiterjedésű épületkomplexumok méreteihez, maguk is szükségszerűen nagy kiterjedésűvé váltak. S bizony innen kezdve egyre többször tűnik fel a fekete macska, vagy legalábbis egyre gyakrabban találkozunk a nyomaival.

Mi is a szoba?
Erre a kérdésre viszonylag egyszerűnek tűnik a válasz: az adott objektum villamos vezetékeket tartalmazó minden alrendszere, azaz az összes erős- és gyengeáramú rendszer érintett lehet. Sőt előfordulhat, hogy a gépészeti rendszerek műanyag vagy fémvezetékei is részeivé válnak a "szobának". S hogy a dolog még furcsább színben tűnjön fel, az is előfordulhat, hogy a "szoba" (a zavart villamos berendezés vagy készülék, rendszer) "macskává" alakul, vagy fordítva.
Kissé szikárabb fogalmazásban: a zavart villamos berendezés önmaga lehet zavarforrás is.
S most lássuk a medvét, illetve a macskát.

Macska nyomai

Az épület evakuációs hangrendszerében vagy a HiFi sarokban megszólal egy borízű hang: "Anyukám, kitettem az utast, melegítsd a levest!" A repülőgép fedélzeti műszerei néhány percre megbolondulnak, miközben a feledékeny utas mobiltelefonja adni kezd. Mindkét esetben tipikusan az RFI problémakörébe tartozó jelenséggel állunk szembe, csak míg az első eset csak bosszantó, a második már tragédiába torkollhat. Az automatikus tűzoltó be rendezés oltógáz palackja mintegy varázsütésre lefúj, pedig az oltásvezérlő központ erre nem adott parancsot, sőt, nem is tud az ügyről. A helyi számítógép-hálózat (LAN) néhány gépének hálózatkártyája vagy tápegysége tönkremegy a közeli zivatar ideje alatt. Itt a második eset "csak" anyagi kárral jár, de az első komoly tűzhöz, katasztrófához vezethet. A kiváltó ok a LEMP, a villámcsapás okozta túlfeszültség impulzus. A háromfázisú erőátviteli kábel nullavezetője túlmelegszik, miközben a fázisvezetők hőmérséklete meg sem közelíti a megengedett értéket. Valahányszor elindul a felvonó, néhány közeli számítógép lefagy, vagy a monitorkép összetörik. A felszállóakna melletti helyiségben állandóan remeg a monitor képe, "elfolynak" a karakterek, s lelassulnak a programok. Tipikus kisfrekvenciás, hálózati panaszok (EMI): az első esetben a felharmonikus áramok a felelősek, a második esetben a kábelek vagy vezetékek szórt mágneses tere. A számítógép-operátor dolgozni kezd a gépen, mire az lefagy. Újraindítja, s újra lefagy. A tisztításhoz használt benzin munka közben egyszer csak belobban. A "tettes" az ESD, amely egyaránt képes komoly károkat okozni az elektronikában, vagy tüzet, robbanást előidézni.

Hányféle a fekete macska?
Erre a kérdésre a gyakorló szakember könnyedén válaszol: sokféle! Mondhatni, ahány eset, annyi macska. Komolyra fordítva a szót, azért a sokféle zavarjelenség mögött néhányfajta fizikai folyamat húzódik meg. Nézzünk egy-két példát.
• Az épület evakuációs hangrendszerében, vagy a HiFi sarokban megszólal egy borízű hang: "Anyukám, kitettem az utast, melegítsd a levest!"
• A repülőgép fedélzeti műszerei néhány percre megbolondulnak, miközben a feledékeny utas mobiltelefonja adni kezd.
• Az automatikus tűzoltó berendezés oltógáz palackja mintegy varázsütésre lefúj, pedig az oltásvezérlő központ erre nem adott parancsot, sőt, nem is tud az ügyről.
• A helyi számítógép-hálózat (LAN) néhány gépének hálózatkártyája vagy tápegysége tönkremegy a közeli zivatar ideje alatt.
• A háromfázisú erőátviteli kábel nullavezetője túlmelegszik, miközben a fázisvezetők hőmérséklete meg sem közelíti a megengedett értéket.
• Valahányszor elindul a felvonó, néhány közeli számítógép lefagy, vagy a monitorkép összetörik. A felszállóakna melletti helyiségben állandóan remeg a monitor képe, "elfolynak" a karakterek, s lelassulnak a programok.
• A számítógép-operátor dolgozni kezd a gépen, mire az lefagy. Újraindítja, s újra lefagy.
• A tisztításhoz használt benzin munka közben egyszer csak belobban.

Ugye mindenki tapasztalta már a felsorolt zavarok valamelyikét? Bár látszólag egészen különböző zavarjelenségeket, folyamatokat hoztunk fel példáinkban, mégis mindegyik jelenség az elektromágneses zavarás, illetve zavartatás valamelyik jellegzetes területéhez tartozott. Ideje átfogóan megismerkednünk ezekkel a területekkel, mielőtt belevágnánk a részletek megismerésébe.

Kódolt beszéd - avagy a furcsa nevű macskák
Az elektrotechnika fentebb már felvázolt fejlődési szakaszaiban az egyes szakterületek szembesültek sajátos, jobbára csak őket érintő szakmai nehézségekkel, s létrehozták a jelenségeket feltáró speciális méréstechnikát, mérési módszereket és eszközöket. Más az eszköztára az elek-trosztatikának, a kisfrekvenciás és a nagyfrekvenciás területeknek, vagy az elektromágneses impulzusok világának.

A különféle szakterületeken, mint például a híradástechnika, számítástechnika, egyre több zavar jelentkezett, egyre kifinomultabb mérési eljárások jelentek meg a zavarjelek mérésére, feldolgozására. A rohamosan terjedő elektronikus készülékek, rendszerek zavarjelenségeinek vizsgálata során kiderült, hogy alapvetően négyfajta oka van a zavaroknak.
• Rádiófrekvenciás zavarás ill. behatolás, az ok valamilyen rádióadó vagy parazitakisugárzás jelenléte (pl. URH rádiók, szikrák, ívek jelenléte stb.). Az angol elnevezés kezdőbetűivel rövidítve: RFI;
• külső vagy belső eredetű elektromágneses impulzusok megjelenése a hálózatokon, amelyek az eszközök tönkremenetelét okozhatják (például közeli villám, kapcsolás az elosztóban stb.), röviden: EMP;
• az ipari frekvenciás rendszerek és eszközök önmagukra és a gyengeáramú rendszerekre és eszközökre gyakorolt zavaró hatása (pl. a transzformátor mágneses tere, feszültségcsökkenés, felharmonikus termelés, "brumm" jelenléte stb.), röviden: EMI;
• az elektrosztatikus feltöltődés nyomán megjelenő kisülés elektronikus eszközöket tehet tönkre ill. tűz- és robbanásveszélyt okozhat, röviden: ESD.

EMÖ = EMC
A felsorolt területeken dolgozó szakemberek az egyre sűrűbben jelentkező problémák megoldása közben kénytelenek voltak belátni, hogy csak egységesen, rendszerszemlélettel kezelve a jelenségeket lehet eredményre jutni, és tartósan megőrizni a villamos rendszerek zavarmentes üzemét. Mit jelent ez?
Azt, hogy a szóban forgó terület fizikai és technikai sajátosságait figyelembe véve meg kell határozni egy olyan zavarkibocsátási küszöböt minden villamos eszközre, rendszerre, amelyet ha nem lép túl, nem okoz problémát a környezetében. Természetesen ezt csak akkor lehet elérni, ha a másik oldalon is egységesítünk: azaz hasonlóan az előbbihez, minden villamos eszközre, rendszerre meg kell állapítani egy zavarérzékenységi küszöböt, azt a határértéket, amely alatti zavarszinteknél még üzembiztosan, helyesen működik a berendezés. Ha ezt a két küszöbszintet egymáshoz illeszkedően, helyesen választjuk meg, a villamos berendezéseink zavartalanul fognak üzemelni. Röviden, tömören ezt úgy fogalmazhatjuk meg, hogy biztosítjuk a villamos rendszerek elektromágneses összeférhetőségét, vagy a szakmában (feleslegesen) elterjedt idegen (az angol elnevezésre hajazó) kifejezéssel: elektromágneses kompatibilitását. Ez utóbbit szokás röviden EMC-nek nevezni, átvéve az angolszász szaknyelv rövidítését, de hívhatjuk EMÖ-nek is, megmaradva anyanyelvünk lehetőségeinél.

Most, miután megismertük szükséges alapfogalmakat, próbáljuk ismét elővenni a fent már említett zavarokat!

---