Curs 2:

Notiuni de Compatibilitate Electromagnetica

Disciplina: COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICĂ

Titular curs: Conf. Dr. Ing. Denisa ȘTEȚ

CURS pentru anul IV IE, Specializările: ET, I&AD, IM

AN UNIVERSITAR: 2017-2018

http://users.utcluj.ro/~denisad

http://users.utcluj.ro/~lcmn

2.1. Decibelul [dB]

2.2. Nivele absolute

2.3. Nivele specifice în tehnica CEM

2.4. Masa si pamant

2.5. Perturbatii de mod comun (MC) si perturbatii de mod

diferential (MD)

Definirea si intelegerea notiunii de dB (exemple numerice)

Definirea nivelelor specifice în tehnica CEM

Definirea si intelegerea notiunilor de pamant si masa

Intelegerea notiunilor de perturbatii de mod comun (MC) si perturbatii

de mod diferential (MD) (exemple)

Obiectivele cursului:

Cuprinsul cursului:

2COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

A măsura înseamnă a asocia numere mărimilor şi fenomenelor fizice.

MĂSURARECOMPARAȚIE: Realizarea unui raport, între

mărimea de „măsurat" şi o alta, de aceeaşi

natură, considerată „de referinţă " → ETALON

Unitate de măsură: numele cantităţii de referinţă, uzual al

etalonului.

Un ansamblu coerent de unităţi formează un sistem de măsură →

unităţile pe care le include se numesc absolute.

Numărul rezultat prin raportarea mărimii "de măsurat" la "etalon" se

numeşte valoare absolută (nivel absolut) şi se exprimă în unităţi de

măsură.

3COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

Adesea este utilă reprezentarea relativă a valorii unei

mărimi prin raportarea valorii absolute a mărimii (M)

dintr-un punct al sistemului, faţă de o valoare de

referinţă de aceeaşi natură (M0) care nu este etalon

(este din alt punct al sistemului sau este stabilită prin

anumite condiţii)

→ rezultatul raportării se numeşte valoare relativă

sau nivel relativ şi se exprimă în "fracţiuni", "procente"

(%) sau "părţi per milion" (ppm).

4COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

5COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.1. DECIBELUL [dB]

2. Notiuni de CEM

Decibelul (deci-bell de la "deca" adica de 10 de ori mai

putin) este o măsură logaritmică a raportului dintre

două puteri.

http://ro.wikipedia.org/wiki/Laboratoarele_Bell

ISO/IEC 80000 (2009)

Este folosită în acustică,

fizică, electronică (inginerie)…

Este a zecea parte dintr-un

bell (B).

Este fără unitate de măsură!!!

6COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

Unitate Tip unitateValoare de

referintaUtilizare

dB(a) Putere 10-11.5W Zgomot

dB(m) Putere 1mW

dB(rn) Putere 10-12W Zgomot

dB(rnc) Putere 10-12W Zgomot

dBspl Presiune acustica 20µPaa Acustica

dB(u) Tensiune 0.775Vb Audio

dB(V) Tensiune 1V

dB(mV) Tensiune 1mV

dB(µdB) Tensiune 1µV

dB(µV/m) Intensitate camp 1µV/mCamp

electromagnetic

dB(W) Putere 1W

dB poate fi folosit corect atunci cand:

1. Se vorbeste de raportul a doua numere

2. Se specifica o valoare de referinta la care o marime este raportata

2. Notiuni de CEM

spl=sound pressure level

[2]

La fiecare dublare a nivelului de putere, se

înregistrează o creștere a acesteia cu 3 dB

(valabilă și viceversa)

( demonstratie… )

La fiecare multiplicare cu 10 a nivelului de putere,

se inregistrează o creștere a acesteia cu 10 dB

(valabilă și viceversa)

( demonstratie… )

REGULA LUI 3 ȘI 10

7COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

8COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

EXEMPLE NUMERICE…

9COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

Pentru aprecierea calitativă a CEM se utilizează logaritmii

rapoartelor mărimilor ca: tensiuni, curenți, intensități de câmp,

puteri etc.

• Raportează mărimile de sistem la o mărime de referință

Nivele

• Raportează mărimile de intrare și de ieșire ale unui sistem

Rapoarte de transfer

!!! Observație: mărimile care se raportează trebuie să fie mărimi

exprimate în domeniul frecvență; se raportează numai modulele

mărimilor (valori de vârf sau valori efective)

10COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.2.1. Nivele absolute în dB

Nivele de semnale

2.2. Nivele absolute

2. Notiuni de CEM

…

11COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

Nivele de câmp

Nivel de câmp electric

Nivel de câmp magnetic

mVEE refE

E

ref

x /1];dB[lg20 μV/mdB

mAHH refH

H

ref

x /1];[dBlg20 μA/mdB

2. Notiuni de CEM

2.2.2. Nivele absolute în Np (neperi)

]Np[lnNp ref

x

v

vv

]Np[ln21

Np ref

x

P

Pp

12COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 1 12COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

În locul logaritmilor zecimali se folosesc logaritmi naturali

(Neperieni)

Relaţiile de transformare din Np în dB şi invers:

1Np=8,686dB

1dB=0.115Np

2. Notiuni de CEM

13COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

Exprimarea NIVELULUI unui semnal in dB

Amplitudinea unui semnal poate fi exprimat in dB, ca raport

între amplitudinea sa și o valoare de referință specificată

Exemplu: Un semnal cu amplitudinea de 100-μvolt poate fi

exprimat:

14COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

Aplicații numerice:

Să se exprime semnalele

alăturate, în unitațile lor

de măsură:

15COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

16COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

Generatoarele de semnal: au domeniul de putere de iesire:

-140dBm si +20dBm (intre 0.01fW si 0.1W);

Statiile de baza utilizate in telefonia mobila: emit cu o putere de

+43 dBm → 20 W;

Telefoanele mobile emit cu o putere de +10dBm pana la

+33dBm: 10 mW pana la 2W;

Emitatoarele de radiodifuziune emit cu 70dBm pana la 90dBm:

10kW pana la 1MW;

Campurile electrice perturbatoare de 20dBµV/m: 10 µV/m. [1]

2. Notiuni de CEM

Nivele absolute (rezulta din raportarea la o marime de referinta binedeterminata)

Nivel de perturbaţii – valoarea raportată a unei mărimi perturbatoare

Nivelul pragului de perturbaţii – valoarea minimă a semnalului util

care dacă este depășită de nivelul de perturbații este percepută la locul

de recepție ca semnal perturbator

Nivel de semnal util – valoarea nominală raportată a semnalului util

(100%)

Nivele relative (se determina ca diferente intre nivele)

Margine de imunitate (interval semnal-perturbaţii sau raport

semnal-zgomot) – diferența dintre nivelul semnalului util și nivelul

pragului de perturbații

Margine de compatibilitate (interval de siguranţă la perturbaţii) –

diferența dintre nivelul pragului de perturbații și nivelul de perturbații

17COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.3. Nivele specifice în tehnica CEM

2. Notiuni de CEM

18COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

I. ZGOMOT GALACTIC

Semnal de interferenţă

II. ZGOMOT ŞI SEMNAL UTIL

III. SIGURANŢĂ

IV. UTIL

Nivelul semnalului [dB]

Frecvenţa [Hz]

Rapoarte logaritmice exprimate sub forma de nivele absolute si relative

(Nivel de semnal util 100%)

(Nivel prag de perturbatii)

(Nivel perturbatii)

Intervalul semnal

perturbatii (margine de

imunitate)z

Intervalul de siguranta la

perturbatii (margine de

compatibilitate)

2. Notiuni de CEM

Exemple de calcul pentru nivele absolute si nivele relative [1]:

Raportul de tensiuni al unui amplificator

Raportul de puteri al unui amplificator

Determinarea nivelului unui generator

Reducerea intensitatii campului electric

Conversia nivel de putere → nivel de tensiune

Masurarea semnalelor la limita de zgomot

19COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

2.4. Masa si pamant

!!! Conductorul de pamantare este parcurs de

curent numai in caz de defect.

!!! Conductorul de referinta (masa) conduce

curentul de lucru si reprezinta adesea

conductorul comun de intoarcere, la sursa,

pentru mai multe circuite de semnal.

Pamant Masa

Conductor de protectie

Pamantare

Pamantare de protectie

Conductor de pamantare de referinta

Pamantarea carcasei

Pamantarea statiei

Conductor neutru

Masa schemei

Referinta semnalului

Masa semnalului

Pamant de masura

“0” volt

20COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.4.1. Masa

Masa unui circuit reprezinta un punct de referinţă comun, fata de care se masoara tensiunile

din diferitele puncte ale schemei.

In aceeasi schemă electrica pot fi definite, alese, mai multe tipuri de puncte de masa:

- masa analogica (fata de care se raporteaza tensiunile din nodurile circuitelor analogice),

- masa digitala (fata de care se raporteza tensiunile din nodurile circuitelor digitale),

- masa de forta (fata de care se raporteaza tensiunile din nodurile unui circuit de putere)

21

2. Notiuni de CEM

Definitie conform Normativ I7/2011: parte conductoare accesibila a unui echipament, care poate

fi atinsa si care in mod normal nu se afla sub tensiune, dar care poate fi pusa sub tensiune in

urma unui defect a izolatiei de baza.

Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3

L

1

I1

L

2

I2

L

3

I3

GND

Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3

L

1

I1L

2

I2L

3

I3

GND

I2+I3

I1+I2+I3

conexiune serie

Circuit 1 Circuit 2 Circuit 3

L1I1

L2I2

L3I3

GND

conexiune paralel (stea)

- punct de masă central cu sau fără legaturi radiale (single point ground);

- masă distribuită sau masă de suprafaţă (multi point ground).

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 22

2. Notiuni de CEM

În general, o instalaţie de legare la pământ trebuie să satisfacă trei cerinţe:

Lovituri de trăsnet şi scurtcircuit: instalaţia de legare la pământ trebuie să

protejeze personalul, să prevină daunele determinate de exemplu de incendii,

conturnări sau explozii provocate de loviturile directe de trăsnet şi supraîncălzirile

provocate de curenţii de scurtcircuit;

Securitate: instalaţia de legare la pământ trebuie să conducă curentul de

trăsnet şi curenţii de scurtcircuit fără a determina apariţia unor valori inadmisibile

ale tensiunilor de pas şi de atingere;

Protecţia echipamentelor şi disponibilitate: instalaţia de legare la pământ

trebuie să protejeze echipamentele electrice prin asigurarea unei căi de

impedanţă redusă între ele.

[Ghid de Aplicare - Calitatea Energiei Electrice 6.1 Legarea la pământ & CEM

http://www.sier.ro/Articolul_6_1.pdf]

2.4.2. Sisteme de legare la pamant

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 23

2. Notiuni de CEM

24COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

25COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

[Preluare din: Normativ pentru proiectarea, executia si

exploatarea instalatiilor aferente cladirilor, I7/2011]

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 2626COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

http://fomplast.umi.ru/intrebari/

27COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

28COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

29COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

30COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

Reţeaua din clădire

Staţie de transformare

carcasă

(metalică)

Contor

RARB

Echipament

trifazat

Priză

monofazată

L1

L2

L3

L1L2

L3

PEN

PE

N

Bară de

echipoten-

ţializare

Sistem de conducte

metalice

N

2. Notiuni de CEM

Exemplu de punere la pamant intr-o retea electrica de JT

• Echipamentele electrice fixe din instalatiile de utilizare realizate cu protectia

principala prin legare la nul trebuie sa aiba o dubla legatura de protectie: una printr-

un conductor de protectie aflat in cablul de alimentare, prin care se leaga borna de

protectie aflata in cutia de borne a echipamentului de bara de nul a tabloului de

distributie; a doua printr-un conductor vizibil sau platbanda care leaga borna de

protectie, aflata pe carcasa echipamentului in exterior, de instalatia de legare la

pamant care se afla in incinta unde este montat echipamentul.

• Echipamentele electrice mobile si portabile trebuie prevazute la capatul cablului

de alimentare cu fise cu contact de protectie. Cablul trebuie sa contina un

conductor separat prin care masele echipamentului electric sunt legate la contactul

de protectie al fisei.

• Pe conductoarele de protectie este interzis a se intercala sigurante, intreruptoare

sau oricare alt element care poate sa intrerupa circuitul.

• Masele echipamentelor tehnice electrice trebuie legate la pamant prin

conductoare astfel dimensionate incat sa reziste curentului de scurtcircuit care

apare in caz de defect pentru nulul de lucru si de protectie.

31COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

• Carcasele metalice ale corpurilor de iluminat interior, din locurile de munca

periculoase si foarte periculoase, alimentate la tensiuni mai mari de 50 V,

trebuie sa fie legate la nul de protectie daca distanta de la sol sau pardoseala

pana la ele este mai mica de 2,5 metri.

• Este interzisa legarea in serie la conductorul de nul de protectie a carcaselor

mai multor aparate. Fiecare utilaj trebuie legat la conductorul de nul de

protectie cu o legatura speciala.

• Conductorul de nul de protectie trebuie sa fie separat de conductorul de nul de

lucru, incepand de la ultimul tablou la care bara de nul este legata la pamant

pana la masa echipamentului tehnic care trebuie protejat.

• Pana la ultimul tablou electric de distributie, se admite existenta unui singur

conductor de nul, utilizat atat drept conductor de lucru cat si de protectie. De la

ultimul tablou, la care se racordeaza receptorul, in sensul de distribuire a

energiei electrice, conductorul de nul de lucru trebuie sa fie separat de

conductorul de nul de protectie. Bara de la care se separa conductorul de nul de

lucru de cel de protectie trebuie sa fie legata la instalatia de legare la pamant a

incintei.

32COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

• Conductoarele de legare la nul de protectie trebuie sa aiba sectiunea

dimensionala corespunzator prevederilor standardelor in vigoare si culoarea

de izolatie galben-verde.

• Toate tablourile electrice trebuie sa aiba o bara de nul, racordata la instalatia

de legare la pamant care se afla in incinta unde este montat tabloul; in cazul

tablourilor electrice cu carcasa metalica, bara de nul se leaga la carcasa, iar

carcasa se leaga vizibil la instalatia de legare la pamant.

• Bara de nul trebuie sa aiba cel putin atatea borne cate conductoare sunt

racordate la aceasta bara. Nu se admit mai multe conductoare racordate la

o singura borna.

• Toate conductoarele de protectie trebuie sa aiba papuci la capete, iar bornele

de protectie trebuie sa fie asigurate impotriva desurubarii,

• Instalatia de legare la pamant a fiecarei incinte, la care sunt racordate

instalatiile, echipamentele si utilajele la care protectia principala o constituie

legarea la nul, trebuie sa aiba o rezistenta de dispersie de maxim 4 ohmi

• Toate instalatiile de legare la pamant din incinta unei unitati industriale trebuie

sa fie legate electric intre ele cel putin prin conductorul de nul de protectie al

retelei de alimentare

33COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 34

Solutii pentru realizarea prizei de pamant

Tevi de Cu sau tevi de apa galvanizate infipte in pamant

Puturi de substante chimice conductoare (sulfat de cupru, sulfat de magneziu) in

care se insereaza tevi de cupru

Retea de bare de cupru implantate in fundatia cladirii odata cu constructia

acesteia

Bara electrolitica incarcata cu o sare (NaCl)

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

Rezistenta electrica a unei prize de pamant

Tensiunea de pas

lr

drdR

2

d

r

nr

d

ln

k

r

dr

ln

kR

00

ln22

3,1

2

k

ld

lr

iJE

21

2ln2

2

1r

r

l

idrEU

r

r

p

8,002

01

rr

rrTensiunea de atingere

35

2. Notiuni de CEM

I – reţea izolată (cu neutrul izolat) faţă de pământ;

T1 – reţea legată la pământ cu un sistem de eliminare a defectului;

T2 - reţea legată la pământ cu două sisteme de eliminare a defectului.

36COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

… →

37COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

→…

2. Notiuni de CEM

38COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.5. Perturbatii de mod comun si de mod diferential

2.5.1. Conexiuni simetrice si asimetrice

CALE DE

SEMNAL

SURSA DE SEMNAL

(comandata/ necomandata)

CIRCUIT

ELEMENTARRECEPTOR= + +

39

2. Notiuni de CEM

[5][5]

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

Conexiuni asimetrice = prin conductoare circula curenti diferiti si nu sunt identice

constructiv, avand impedante proprii si/sau de cuplaj diferit

Conexiuni simetrice = ambele conductoare ale conexiunii sunt parcurse de aceeasi

curenti si sunt identice din puctul de vedere constructiv (au aceleasi impedante

proprii si de cuplaj parazit)

40

2. Notiuni de CEM

[5]

SEMNAL DE MOD DIFERENTIAL

(NORMAL)

Se mai numeste si:

Tensiune transversala

Tensiune simetrica

Mod diferential

Mod serial

Mod impar

Mod normal

41COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.5.2. Perturbatii de mod diferential (normal, in tact opus) = curentul de

interferenta intra printr-o borna a receptorului si iese prin borna cealalta

42

2. Notiuni de CEM

[5]

SEMNAL DE MOD COMUN

Se mai numeste si:

Tensiune longitudinala

Tensiune nesimetrica

Mod comun

Mod paralel

Mod par

Tensiune sincrona

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 43

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.5.3. Perturbatii de mod comun (in acelasi tact) = curentul de interferenta

intra prin ambele borne ale receptorului si se inchide prin capacitati

parazite

44

2. Notiuni de CEM

[5]

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 45

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2

2.5.3. Conversia mod diferential/ mod comun

46

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 47

2. Notiuni de CEM

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 48

Bibliografie CURS 2

1. A.J. Schwab și W.W. Kȕrner, “Compatibilitate electromagnetică”, Editura Agir, București,

2013;

2. M. Botezat, A. Dina, R. Fotin, M. Popovici, “Studiul comparativ privind dimensionarea

instalaţiilor de legare la pământ, de înaltă tensiune, conform standardelor româneşti şi

standardelor IEEE”, Buletinul ISPE, Publicaţie a institutului de studii şi proiectări

energetice, Vol. 55 – nr. 1/ 2012;

3. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Aplicatii in ingineria sistemelor

electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2005;

49

4. G. Hortopan, “Principii si tehnici de compatibilitate electromagnetica”,

Editura Tehnica, Bucuresti, 1998;

5. E. Coca, Curs de CEM, Universitatea Ştefan cel Mare Suceava, Facultatea de

Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor

6.http://www.et.upt.ro/admin/tmpfile/fileU1318247974file4e92de2666117.pd

7. http://www.et.upt.ro/admin/tmpfile/fileK1318247974file4e92de265a415.pdf

1. Ce inseamna dB si care este motivul pentru care se utilizeaza aceasta

cantitate in exprimarea marimilor utilizate in CEM?

2. Aplicatii numerice utilizand dB.

3. Nivele specifice în tehnica compatibilităţii electromagnetice.

4. Care este diferenta dintre notiunea de pamant si notiunea de masa?

5. Pamant (definitie, caracteristici constructie priza de pamant,

rezistenta priza de pamant, tensiune de pas, tensiune de atingere…)

6. Explicati notiunea de masa (definitie, tipuri de puncte de masa… )

7. Conexiunui simetrice si asimetrice.

8. Perturbatii de mod comun (definitie, exemplu).

9. Perturbatii de mod diferential (definitie, exemplu).

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2