Sugárözönben élünk II.

2006/9. lapszám | netadmin |  3878 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az előző részben az elektroszmog élettani hatásaival ismerkedhettünk meg a teljesség igénye nélkül. A következőkben műszaki oldalról vizsgáljuk meg az elektromágneses zavarok problémakörét. Mielőtt azonban elmélyednénk a részletekben, tekintsünk egy kicsit vissza a múltba.

Az elektromágneses zavarok keletkezési okainak és a zavarelhárítás lehetséges módjainak vizsgálata a kísérleti rádióadá-sok kezdetéig nyúlik vissza. Korábban elsősorban csak a sugárzott rádió- és televízióműsorok vételi lehetőségeit akadályozó zavarokkal foglalkoztak. Erre utal a rádiózavar kifejezés alkalmazása is. Az ún. rádió-zavar-elhárító szolgálat 1926 óta működik hazánkban. Az 1934-ben kezdődött rendszeres középhullámú műsorszórás bevezetése óta a feladatköre egyre bővült. A rádiózavarok szintjének korlátozásáról 1949-ben született az első kormányrendelet, amelyet az URH-adások (1957) és a rendszeres televíziós műsorsugárzás (1958) megindulása után követett az első törvényi szabályozás 1964-ben. Ez volt a postáról és a távközlésről szóló 1964. évi II. törvény. Amint erre már utaltunk, ebben az időben elsősorban a rádió és televízió műsorvételi lehetőségeinek zavarmentességét szabályozták. A ´80-as években a rádió- és televízió-vevőkészülékek mellett – kezdetben csak a gazdaságban, később a magánszférában is – egyre szélesebb körben jelentek meg más hírközlő berendezések is (URH adó-vevők, CB-rádiók, walkie-talkie-k, mobiltelefonok stb.).

A Frekvenciagazdálkodásról szóló 1993. évi LXII. törvény a forgalmazni kívánt termékekre kötelező, előzetes hatósági engedélyezést írt elő, amely ellentétes volt az akkori európai szabályozással. Az 1998. évi LXXIV. törvény – mely a fenti jogszabályt módosította – először említette az elektromágneses zavartűrési követelményeket, és lehetővé tette az európai előírásokkal harmonizált hazai jogszabályok megalkotását és hatályba léptetését. A 89/336/EEC számú európai szabályozás, az EMC Directiva elveivel összehangolt, a társult tagsági viszony körülményeit figyelembe vevő, a jelenleg alkalmazandó követelményeket a 31/1999. (VI. 11.) GM-KHVM együttes rendelet vezette be, amely egy kisebb jelentőségű módosítás után 1999. október 30-án lépett életbe. És ezzel el is jutottunk a jelenbe.

Elöljáróban ismerkedjünk meg néhány alapfogalommal! Mit is jelent az a bizonyos „EMC”?

Az EMC az angol Electromagnetic Compatibility (elektromágneses kompatibilitás) kifejezés rövidítése. Elektromágneses összeférhetőségnek nevezzük valamely berendezésnek vagy rendszernek azt a képességét, hogy elektromágneses környezetben kielégítően működik anélkül, hogy a környezetében más készülékek, berendezések, élőlények számára elviselhetetlen mértékű zavarást okozna. A meghatározásból jól látszik, hogy az elektromágneses összeférhetőség vizsgálata során a problémát két jól elkülöníthető részre kell bontani. Az egyik esetben a vizsgálódás tárgya a szóban forgó készülék, rendszer által kibocsátott – a környezetére károsan ható – elektromágneses zavarok mértéke és annak korlátozása. Másrészről az adott készülék, rendszer működőképességének vizsgálata meghatározott elektromágneses jeleket és zavarokat tartalmazó térben. Az első részt emissziónak, azaz zavarkibocsátásnak, a második részt immunitásnak, azaz zavartűrésnek nevezik. Az emisszió és az immunitás összetartozó fogalmak, hiszen az egyik készülék, berendezés által kibocsátott (emittált) zavarral szemben kell egy másik készüléknek tűrőképesnek (immunisnak) lennie.

Elektromágneses zavarnak tekinthetünk minden olyan vezetett vagy kisugárzott, kis- vagy nagyfrekvenciás elektromágneses jelenséget, amely ronthatja egy eszköz, berendezés vagy rendszer működőképességét. E zavar lehet elektromágneses zaj, nem kívánt jel, vagy magának a terjedési közegnek a megváltozása. A zavartűrés valamely eszköznek, berendezésnek vagy rendszernek azon jellemzője, hogy bármely elektromágneses zavar fellépése esetén nem következik be a működőképesség romlása.

Ahogy az elektronizáció mind jobban teret hódít a mindennapi élet területén, úgy nyer egyre nagyobb jelentőséget az elektromágneses jelenségek, zavarok, zajok környezetében való hibamentes működőképesség. Természetesen az lenne a legjobb, ha minden villamos eszköz a legmostohább körülmények között is hibátlanul működne, de ennek biztosítása sok esetben olyan mértékben megnövelné a termék árát, amelyet a vásárlók, a felhasználók nem lennének hajlandók megfizetni. Ugyanakkor azonban vannak olyan termékek, ahol elsőrendű követelmény, hogy minden körülmények között megfelelően működjenek. Ilyen eszközök – többek között – az orvosi terápiás készülékek (pl. inkubátorok, lélegeztető gépek stb.), a repülőgépek, a közúti járművek fedélzeti elektronikája, a forgalomirányító, továbbá a vasútbiztosító berendezések.
Belegondolni is rossz, hogy mi történhetne, ha egy modern, fedélzeti komputerrel ellátott autóban valaki az autópályán menet közben 130 km/órás sebesség mellett elkezdene telefonálni az utastérben, és a gépkocsi vezérlő elektronikája nem lenne eléggé immunis a rádiótelefonok által kibocsátott jelekkel szemben. Más eszközök esetében a zavaró jelek fennállása alatti hibás működés kellemetlenséget okoz ugyan, de veszélyhelyzetet nem hoz létre, mint például, ha egy elektronikus játék vagy játékautomata működése leáll erre az időre, esetleg a tv képernyőjén szétesik a kép. Teljesen alárendelt esetekben előfordulhat, hogy a zavaró jelek hatására a termék működése megszakad, alaphelyzetbe áll, és az addigi működés adatai esetleg akár meg is semmisülhetnek.

A jelenleg érvényes vonatkozó jogszabály hatálya kiterjed mindazokra a berendezésekre, amelyek elektromágneses zavarokat okozhatnak, vagy amelyek működését ilyen zavarok befolyásolhatják. Tehát gyakorlatilag szinte minden olyan eszközre, berendezésre, amely villamos és/vagy elektronikus részeket tartalmaz. Ezeket a berendezéseket úgy kell kialakítani, hogy az általuk kibocsátott elektromágneses zavarok ne haladják meg azt a szintet, amely még lehetővé teszi a távközlő, műsorvevő, orvosi, tudományos-információtechnikai berendezések, távközlő hálózatok, rádió és televízió műsorszóró állomások, valamint háztartási és elektronikus készülékek, oktatási elektronikus készülékek, lámpatestek, fénycsövek stb. működését. Persze ez csak úgy lehetséges, ha a felsorolt berendezések egyidejűleg megfelelő szintű saját zavartűréssel is rendelkeznek, amely rendeltetésszerű működésüket a szabványok szerint megtűrt zavarszint mellett is lehetővé teszi.

A fentiek alapján látszólag jogosan vetődik fel a kérdés, miért is kell nekünk – kivitelezőknek vagy felhasználóknak – az elektromágneses öszszeférhetőséggel foglalkoznunk, hiszen mindez a készülékgyártók problémája, miután az ő feladatuk, hogy a jogszabályban foglaltaknak megfelelő termékeket fejlesszenek ki, gyártsanak, és hozzanak kereskedelmi forgalomba. A jogi szabályozás hatálya azonban nem csak rájuk terjed ki. Ugyanúgy vonatkoznak az előírások az ezeket a berendezéseket üzembe helyező és használó természetes és jogi személyekre, jogi személyiség nélküli gazdasági társaságokra is. Ráadásul a gyakorlatban a kivitelezői tevékenység során a kereskedelemben kapható készülékek, berendezések felhasználásával egy új villamos berendezés jön létre, amire – mint egészre – ugyanúgy érvényesek a korábban említett elvárások, követelmények.

A leírtakból egyértelműen látszik, hogy sem kivitelezőként, sem felhasználóként nem tudjuk magunkat függetleníteni az EMC-problémáktól. Lássuk hát, mit is kell tennünk a követelmények kielégítése érdekében. Kezdjük rögtön a legelején, a felhasználni, beépíteni kívánt készülékek kiválasztásánál. Amennyiben a tervdokumentáció nem ír elő konkrét típusokat, nekünk kell kiválasztani a megfelelő anyagokat, eszközöket. A gyártók – ha a termék tervezése és gyártása során alkalmazták a honosított, harmonizált szabványokat – megfelelőségi nyilatkozattal igazolják a termék megfelelőségét. Ennek bizonylatolására a terméken vagy a termék csomagolásán és a kezelési útmutatóban, műszaki ismertetőjében vagy a jótállási jegyen a CE megfelelőségi jelölést jól látható módon és letörölhetetlenül feltüntetik.

Egyedileg – kifejezetten a beruházó, kivitelező stb. megrendelésére – gyártott vagy behozott külföldi termékek esetében sajnos néhány esetben még ma is előfordul, hogy a forgalmazó arra hivatkozik, hogy az általa leszállított egyedi termék nem kerül kereskedelmi forgalomba, így nem szükséges a megfelelőség igazolása sem. Ez nagy tévedés. Fontos tudni, hogy a rendelet nem tesz különbséget a kiskereskedelmi forgalomba kerülő és a közvetlenül előállított vagy importált és üzembe helyezett berendezések között. Az eljárás és a követelmény azonos egy berendezés vagy több azonos berendezés esetében is. Ha a kiválasztás során – a fenti szempontok betartása mellett – kellő gondossággal jártunk el, az általunk megvalósításra kerülő új rendszerbe csak az EMC szempontjából ellenőrzött villamos szerkezetek kerülnek beépítésre, illetve csatlakoztatásra. Természetesen magától értetődő, hogy a kiválasztásnál a funkcióból, a beépítési környezetből adódó többi műszaki követelménynek is minden tekintetben megfelelő készülékeket szabad csak figyelembe venni.

Miután a nem megfelelően elkészített vezetékezés sok baj okozója lehet, a kivitelezés következő fázisában a kábelezés, huzalozás kialakítására kell kiemelt figyelmet fordítani, hogy a vezetékek más áramkörökkel sem számottevő kapacitív, sem induktív kapcsolatba ne kerüljenek. Kisfeszültségű berendezések esetében a kapacitív hatás káros mérték alá történő csökkentése többnyire nem okoz nehézséget. A két rendszer közötti néhány centiméteres távolság elegendő erre. Lényegesen nagyobb probléma a mágneses csatolás kiküszöbölése.

Az elektromágneses zavarok villamos készülékeinkbe többféle úton is bejuthatnak. Sok berendezés elsősorban az elektromágneses zavarok tápfeszültséget torzító hatásaira érzékeny. A hálózati táplálású fogyasztóberendezések esetében a zavarforrás gyakran maga a „szennyezett” villamos hálózat. Előfordulhat az is, hogy a tápvezeték – a nyomvonalon található zavarforrással szemben vevőantennaként viselkedve – különféle sugárzott zavarokat szed össze, melyeket aztán vezetett zavarként juttat be a készülékünkbe. Míg az előzőnél a bemeneti kapcsokon elhelyezett felharmonikus szűrő jelentheti a megoldás, a második esetben a kábel árnyékolása is segíthet a zavar kiiktatásában.

A nemkívánatos elektromágneses szmog sugárzás útján is bejuthat készülékeinkbe. Ha a gyárilag kialakított burkolat nem adna kellő védettséget, utólagos árnyékolással hatékonyan védekezhetünk a jelenséggel szemben. Villamos berendezéseink jelentős része valamilyen jelfeldolgozó feladatot lát el. Ilyenkor egy (vagy több) érzékelő információkat gyűjt a környezetéből és azt villamos jellé alakítva egy jelvezetéken keresztül továbbítja a feldolgozó készülék felé. Az információ útja (a kábel nyomvonala) sok esetben több tíz métert is elérhet. A nem megfelelő kábel vagy a nem megfelelő gondossággal kijelölt nyomvonal miatt a vezeték vevőantennaként viselkedhet, és a külső mágneses erőtér hatásait érzékelve a hasznos jellel együtt zavarjelként továbbítja azokat.

Az energiahálózatból felvett áram zárt áramkörben halad, az oda- és viszszavezetője körül elkerülhetetlenül mágneses erőtér keletkezik. A kivitelezés során ügyelni kell tehát arra, hogy az áramkör oda- és visszavezetője között ne legyen számottevő távolság, lehetőleg azonos kábelben, azonos védőcsőben fussanak. Vigyázni kell továbbá arra is, hogy a fázisvezetőn a fogyasztóhoz vezetett áram teljes egésze ezzel a fázisvezetővel együtt vezetett nullavezetőn át térjen vissza.

A fentiek biztosítására lehetőleg kerülni kell

• az épületen belül a PEN-vezető alkalmazását, hiszen ilyenkor elkerülhetetlen, hogy a fogyasztói áram egy része ne a fémes épületszerkezeten át térjen viszsza a tápforráshoz;
• a különböző áramkörök nullavezetőinek nem átgondolt összekötését (áram-védőkapcsoló alkalmazása esetén annak működése ezt eleve nem teszi lehetővé);
• a különböző IT-(információ-átviteli) vezetékek árnyékolásának mindkét oldali földelését (a földelési pontok közt fellépő potenciálkülönbség az árnyékoláson áramot hozna létre);
• minden energiaátviteli (erősáramú) áramkörnél a számottevő nagyságú területet átölelő áramhurkok létrejöttét, mert ezek mágneses erőteret keltenek;
• a zárt körök kialakítását az információátviteli és érzékelő áramköröknél is, mert a létrejövő hurkok méretével arányosan nő a bennük más áramkör mágneses tere által keltett indukált feszültség.

Nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy minden villamos fogyasztó be- és kikapcsolásakor fellépő ún. tranziens áramerősség-változás az áramkör oda- és visszavezetője körül kialakuló mágneses térben impulzusszerű változást okoz akkor is, ha ez a készülék EMC szempontból egyébként tökéletes kialakítású.

Végezetül okulásként – tudatosan – egy régebben megtörtént, időközben minden tekintetben elévült eset leírásával szeretném bemutatni, hogy egy hibásan megtervezett és levezényelt kivitelezés során a gyakorlatban milyen problémákkal kell szembesülnünk. Egy többszintes áruház épületben a tulajdonos klímarekonstrukcióra szánta el magát. Ennek keretében a klímagépek fordulatszámának szabályozására frekvenciaváltók beépítését tervezték. A projekt kulcsrakész kivitelezésével a beruházó nem bízott meg generálkivitelezőt, a megfelelőnek ítélt készülékek kiválasztását követően külön-külön kötött szerződést az – egyébként jó nevű gyártóktól származó, megbízható készülékeket szállító – vállalkozókkal. Ebből adódóan nem volt, aki – átlátva a teljes rendszert – egyeztetett volna a frekvenciaváltó beszállítója, az épület-felügyeleti rendszer tervezője, egyben kivitelezője, és a technológiai szerelést végző cégek között. Megfelelő tervdokumentáció és koordináció hiányában ki-ki saját belátása szerint – mintegy különálló részegységként – valósította meg a rábízott feladatot. A megfelelő működés érdekében azonban a kialakított alrendszereknek elkerülhetetlenül kommunikálniuk kellett egymással, a jelkapcsolatok módját viszont nem rögzítette semmilyen dokumentum. Így fordulhatott aztán elő, hogy ahol a frekvenciaváltó egy – a külső zavarokra kevésbé érzékeny 4-20 mA-es – rendelkező jelet várt volna, ott az épületfelügyeleti rendszer egy köztudottan zavarérzékenyebb 0-10 V-os analóg feszültségjelet szolgáltatott. Ugyanúgy nem volt egységes szabály a különféle jelvezetékek árnyékolásainak földelésére sem. Gondolhatjuk, milyen kaotikus állapotok alakulhattak ki a létrehozott földhurkok miatt egy ilyen összetett rendszer esetében. A próbaüzem során derült ki, hogy a rendszer akkori formájában üzemképtelen. Az épületfelügyelet központi jelfeldolgozó egysége mondhatni állandóan, de teljesen véletlenszerű eloszlásban hibás visszajelzéseket kapott a rendszer állapotáról a villamos vezérlőtől gyakran több tíz méter távolságban elhelyezett érzékelőktől. A beruházó első körben a frekvenciaváltók beszállítóján próbálta elverni a port, mondván, ezek a készülékek a megfelelő működést megakadályozó zavar forrásai. Szó szót követett, míg a felek végül független szakértő kirendelésében állapodtak meg, aki a felmérést követően a következőket állapította meg. A hibás működést egyértelműen elektromágneses zavarok okozzák, melyek forrásai minden bizonnyal a frekvenciaváltók. Bár az inverterek beszállítója ajánlatában külön tételként megajánlotta a készülékek bemenetén elhelyezendő RFI-szűrőket, a beruházó azokat – valószínűleg költségmegtakarítási megfontolásból – nem rendelte meg. Ennek ellenére egyértelműen megállapítást nyert, hogy a bemeneten elhelyezett hálózati fojtók elegendő csillapítást biztosítanak, és a frekvenciaváltók nem terhelik a hálózatot olyan mértékű zavarokkal, melyek a hibás működést indokolnák. Nem okozott továbbá gondot az új klímarendszer üzemelése – sem vezetett, sem sugárzott zavarok formájában – az áruház egyéb (hírközlő rendszer, a gépterem alatti szinten található műszaki osztályon a bemutató rádió- és TV-vevőkészülékek, tűzjelző rendszer stb.) berendezéseinek működésében sem.

A technológiai szerelést végző cég szakemberei a frekvenciaváltókról megtáplált ventilátormotorok tápkábeleit perforált kábeltálcákon vezették el a kijelölt nyomvonalon. Annak ellenére, hogy ez az inverterek kezelési útmutatójának EMC fejezetében is egyértelműen szerepel, a kivitelező – nyilván költségeinek csökkentése érdekében – nem az előírás szerinti árnyékolt kábelt használta. Ráadásul az érzékelők bemeneti és a végrehajtó szervek kimeneti jelvezetékeit, melyek szintén nem voltak megfelelő kivitelűek, a motor-tápkábelekkel mindvégig párhuzamos nyomvonalon, közös kábeltálcán vitték végig. Annak érdekében, hogy a későbbiekben könnyebb legyen az egyazon technológiai egységhez tartozó kábelek azonosítása, ráadásul a jelvezetékeket kábelkötegelőkkel gondosan hozzáerősítették a motorkábelekhez, garantáltan biztosítva ezzel a hosszú nyomvonalon a sugárzó antennaként viselkedő motorkábelektől a minél nagyobb mágneses áthatás lehetőségét. Köztudott, hogy a feszültséginverteres elven működő frekvenciaváltók elektronika segítségével „szintetikusan” állítják elő a mindenkori viszonyoknak megfelelően a motorok tápfeszültségét, mely mindig csak közelít az elméleti szinuszos feszültséghez. A felharmonikus-tartalommal rendelkező tápfeszültség azután az antennaként viselkedő motorkábelen keresztül kisugárzódik a környező térbe, ahol más berendezésekben zavarokat okozhat. A motorkábel körül kialakuló mágneses erőtér, ezzel együtt a keletkező zavar mértéke ráadásul a vezetékben folyó áram erősségének függvénye. (Többek között ezzel is magyarázható volt a véletlenszerű eloszlásban jelentkező hibás működés.)
A fenti példában hivatkozott beruházás során a megfelelő koordináció hiánya miatt sajnos más – nem az elektromágneses összeférhetőség témakörébe tartozó – probléma is felszínre került, ezekkel azonban itt most nem foglalkozunk. Tanulságként levonhatjuk, hogy egy új rendszer kialakításakor hiába használunk fel a vonatkozó előírások követelményeit külön-külön tökéletesen teljesítő készülékeket, egyáltalán nem biztos, hogy végeredményként egy EMC-szempontból megfelelő villamos berendezést kapunk. Másik tanulság, hogy minden kivitelezési tevékenységnél kell lennie egy olyan személynek, aki a teljes feladatot átlátja, és közvetít a részfeladatokkal megbízott alvállalkozók között.

A következő részben bemutatunk néhány konkrét eszközt, megoldást az elektromágneses zavarok elhárítására.

Szigethy Pál

 

---