Pomiary i testy EMC sprzętu oświetleniowego zgodnie z aktualnymi normami

Transkrypt

1 Pomiary i testy EMC sprzętu oświetleniowego zgodnie z aktualnymi normami Wprowadzanie na rynek sprzętu oświetleniowego wymaga wykonywania testów w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Najczęściej to producent musi zadbać, aby jego produkty: nie emitowały zaburzeń radioelektrycznych powyżej limitów określonych w normie PN-EN 55015:2013 Poziomy dopuszczalne i metody pomiaru zaburzeń radioelektrycznych wytwarzanych przez elektryczne urządzenia oświetleniowe i urządzenia podobne. były odporne na zaburzenia zgodnie z normą PN-EN 61547:2009 Sprzęt do ogólnych celów oświetleniowych dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej. nie emitowały zaburzeń harmonicznych określonych w normie PN-EN :2014 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 3-2: Poziomy dopuszczalne - Poziomy dopuszczalne emisji harmonicznych prądu (fazowy prąd zasilający odbiornika < lub = 16 A). Przywołane dokładnie definiują metody badań oraz niezbędny sprzęt do ich właściwego wykonywania. W poniższym opracowaniu przeanalizowano główne zagadnienia związane z badaniami najprostszego sprzętu oświetleniowego zasilanego z jednofazowej sieci 230 V AC o prądzie obciążenia nie przekraczającym 16 A. Podano także najpopularniejsze urządzenia i akcesoria pomiarowe wykorzystywane przez producentów sprzętu oświetleniowego oraz laboratoria przeprowadzające takie testy.

2 1. Pomiary emisji zaburzeń radioelektrycznych zgodnie z PN-EN 55015: Pomiary emisji zaburzeń radioelektrycznych zgodnie z PN-EN 55015:2013: Pomiary emisji zaburzeń elektromagnetycznych pochodzących od urządzeń oświetleniowych i podobnych są przeprowadzane typowo w zakresie częstotliwości od 9 khz do 300 MHz. W zależności od badanego pasma pomiary przeprowadza się przy pomocy anteny magnetycznej Van Veen Loop, sieci LISN lub CDN zgodnie z normą PN-EN Rozwiązaniem jest wykorzystanie pomiarowego odbiornika zaburzeń działającego w czasie rzeczywistym w dziedzinie czasu. Pomiary emisji wymaganego przez normę zakresu częstotliwości przeprowadzane przy użyciu odbiornika TDEMI X1, dostarczanego przez niemiecką firmę Gauss Instruments, są znacznie krótsze i trwają nawet poniżej minuty. Dodatkowo możliwe jest nagrywanie oraz analizowanie wykresów przedstawiających poziom emisji zaburzeń w dziedzinie czasu. Taki pomiar daje nam możliwość wykrycia zaburzeń, których częstotliwości zmieniają się w czasie. Norma PN-EN wymaga wykonania trzech typów pomiarów emisji: 1.1. Pomiary natężenia pola magnetycznego przy użyciu anteny Van Veen Loop (9 khz - 30 MHz) Pomiary natężenia pola magnetycznego przeprowadzane są przy użyciu odbiornika pomiarowego TDMI X1 oraz przykładowego systemu anten pętlowych HXYZ 9170 od firmy Schwarzbeck w kierunku trzech osi - X, Y i Z. Dodatkowo istnieje możliwość zautomatyzowania pomiarów, co skróci całkowity czas pomiaru do niecałych 2 minut. Pomiarowy odbiornik zaburzeń TDEMI X1 Gauss Instruments Antena Van Ven Loop HXYZ 9170 Schwarzbeck Sieć sztuczna LISN NSLK 8127 Schwarzbeck Sieć do pomiaru emisji CDNE M2 Schwarzbeck 1.2. Pomiary emisji przewodzonej przy pomocy sieci LISN (9 khz - 30 MHz). Pomiary natężenia pola magnetycznego przeprowadzane są przy użyciu odbiornika pomiarowego TDMI X1 oraz przykładowego systemu anten pętlowych HXYZ 9170 od firmy Schwarzbeck w kierunku trzech osi - X, Y i Z. Dodatkowo istnieje możliwość zautomatyzowania pomiarów, co skróci całkowity czas pomiaru do niecałych 2 minut. Sieć do pomiaru emisji CDNE M3 Schwarzbeck 1.3. Pomiary emisji przy użyciu sieci CDN (30 MHz MHz). Wraz z aktualizacją PN-EN rozszerzono zakres częstotliwości, dla których należy badać emisję przewodzoną urządzeń oświetleniowych. Norma pozwala na ocenę poziomu emitowanych zaburzeń przy użyciu sieci CDN. Firma proponuje zestawienie stanowiska składającego się z sieci Schwarzbeck CDNE M2 (N i L) oraz CDNE M3 (N, L i PE) oraz pomiarowego odbiornika zaburzeń Gauss Instruments TDEMI X1. Taki system pozwala na przeprowadzenie takiego pomiaru w czasie krótszym niż jedna minuta. Stanowisko pomiarowe w skład którego wchodzą: Stół drewniany o wymiarach 2 m x 1 m x 0,8 m Płaszczyzna metaliczna na blacie o wymiarach 2 m x 1 m 2

3 2. Testy odporności zgodne z :2009 Norma ta opisuje testy i przywołuje odpowiadające im podstawowe: 2.1. Badanie odporności na wyładowania elektrostatyczne zgodnie z PN-EN Testy odporności na wyładowania elektrostatyczne przeprowadza się na podstawie PN-EN , z uwzględnieniem poziomów napięć zawartych w Tabeli 1. Norma ta definiuje również parametry techniczne urządzeń, których należy używać podczas przeprowadzania testów, jak również samo stanowisko w postaci stołu testowego wyposażonego w płaszczyzny metalowe o odpowiednich wymiarach. Kompleksowym rozwiązaniem proponowanym przez firmę jest stanowisko testowe. Składa się ono z generatora wyładowań elektrostatycznych ESD3000 szwajcarskiej firmy oraz stołu testowego wyposażonego w niezbędne płaszczyzny metalowe. Generator dostarczany jest wraz z modułem sieci rozładowczej ESD3000DM1. Zestaw taki pozwala na wygenerowanie impulsu ESD o wybranej polaryzacji oraz poziomie napięcia (maksymalnie do 16 kv w przypadku wyładowań w powietrzu oraz 10 kv w przypadku wyładowań kontaktowych). Oprogramowanie generatora pozwala również na zautomatyzowanie pomiaru poprzez zaprogramowanie serii wyładowań o wybranych parametrach. Tab.1 Zjawisko Możliwości generatora ESD3000 Wyładowanie w powietrzu ± 8 kv ± 16 kv Wyładowanie kontaktowe ± 4 kv ± 10 kv Generator wyładowań elektrostatycznych ESD 3000 z siecią rozładowczą ESD3000DM1 EMC-PARTNER Stanowisko pomiarowe w skład którego wchodzą: Stół drewniany o wymiarach 2 m x 1 m x 0,8 m Płaszczyzna metaliczna na blacie o wymiarach 1,6 m x 0,8 m Płaszczyzna metaliczna pod stołem o wymiarach 3 m x 2 m Pionowa płaszczyzna metaliczna VCP Kable uziemiające 2 x 470 kω 2.2. Badanie odporności na promieniowane pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej zgodnie z PN-EN Jest to jeden z najbardziej kosztownych testów ze względu na środowisko pomiarowe, w którym należy wykonywać pomiary. Wymagana jest specjalna konstrukcja komory bezodbiciowej, która składa się z klatki Faraday a zapewniającej odseparowanie zaburzeń generowanych przez układ testowy od środowiska zewnętrznego. Drugim elementem są absorbujące pole elektromagnetyczne płytki ferrytowe oraz piramidalne absorbery, które minimalizują odbicia wewnątrz komory, co zapewnia jednorodne, zgodne z normą pole elektryczne. Najmniejszą komorą dedykowaną do takich pomiarów jest komora kompaktowa EMC-3C dostarczana przez Microwave Vision Group (MVG), montowana przez oraz walidowana przez niezależne laboratorium Seibersdorf. Kolejnym elementem stanowiska jest system do generowania mocy RF. Taki system musi zapewniać odpowiedni poziom mocy RF, która pozwoli na wygenerowanie odpowiedniego natężenia pola w wymaganym zakresie częstotliwości. Bardzo pomocną funkcją jest możliwość automatycznego kalibrowania płaszczyzny jednorodności pola oraz wykonywania testów z zadanymi parametrami testu zgodnie z Tabelą 2. Kalibracja płaszczyzny jednorodności pola, zapewniana przez systemy Amplifier Research, jest wymagana przez normę PN-EN ze względu na różne parametry głównych elementów systemu testowego takich jak: komora, anteny, długość i budowa torów RF, itd. Tab.2 proponowanego systemu Zakres częstotliwości 80 MHz... 1 GHz 80 MHz... 1 GHz Poziom testowy 3 V/m 3 V/m (niemodulowany) (niemodulowany) Modulacja 1 khz, 80%, AM, sinusoida 1 khz, 80%, AM, sinusoida 3

4 2. Testy odporności zgodne z :2009 Dla małych lamp (o max. największym wymiarze poniżej 0,5 m), zwłaszcza o zasilaniu bateryjnym, optymalnym rozwiązaniem może okazać się komora Gigahertz TEM. Jest ona dużo tańsza od komory bezodbiciowej, a system generowania mocy RF także będzie wymagał mniejszej mocy, co dodatkowo obniży koszt inwestycji w budowę stanowiska. Należy jednak pamiętać, że komora Gigahertz TEM nie pozwoli na normatywne pomiary większych urządzeń w przyszłości. Komora kompaktowa EMC-3C Microwave Vision Group (MVG) 2.3. Badanie odporności na pole magnetyczne o częstotliwości sieci elektroenergetycznej zgodnie z PN-EN Testy odporności na pole magnetyczne o częstotliwości napięcia zasilającego przeprowadzane są w odniesieniu do PN-EN Test ten powinien być wykonywany na urządzeniach zawierających elementy wrażliwe na działanie pola magnetycznego, takich jak czujniki Halla lub sensory pola magnetycznego. W przypadku urządzenia zasilanego z sieci elektrycznej częstotliwość generowanego pola powinna być taka sama, jak częstotliwość napięcia sieci. Firma dostarcza system odpowiedni do przeprowadzania takich testów, składający się z generatora IMU4000 wyposażonego w moduł EXT-TRA3000 V oraz anteny magnetycznej MF Poziom natężenia pola, jakim testowane urządzenie powinno zostać narażone oraz maksymalne natężenie pola generowane przy pomocy oferowanego systemu znajdują się w Tabeli 3. System do generowania mocy RF AR Tab.3 Częstotliwość pola magnetycznego Natężenia pola magnetycznego Możliwości urządzenia IMU4000-V 50 / 60 Hz 50 Hz 3 A/m 130 A/m Kompaktowy, uniwersalny generator IMU 4000 V Komora Gigahertz TEM - środowisko testowe alternatywne do komory kompaktowej EMC-3C Pętlowa antena magnetyczna MF ze stojakiem MF1STAND 4

5 2. Testy odporności zgodne z : Badanie odporności na serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych zgodnie z PN-EN Testy odporności urządzeń na zakłócenia typu EFT / Burst przeprowadzane są w odniesieniu do PN-EN , zgodnie z poziomami testowymi podanymi w Tabeli 4 oraz Tabeli 5. Narażanie urządzenia tego typu zakłóceniami przeprowadza się przez minimum 2 minuty dla polaryzacji dodatniej oraz minimum 2 minuty dla polaryzacji ujemnej. Rozwiązaniem, jakie proponuje firma jest urządzenie IMU 4000 wyposażone w moduł EXT-IMU4000 F, które spełnia wszystkie podane wymagania, oferując nawet szerszy zakres możliwości. Tab. 4. Wymagane parametry testu dla wejściowych i wyjściowych linii zasilających DC: Możliwości IMU 4000 F Napięcie ± 0,5 kv od ± 0,25 kv do ± 4,4 kv Czas narastania / trwania impulsu 5 / 50 ns 5 / 50 ns Częstotliwość powtarzania impulsów 5 khz 5 khz Tab. 5. Wymagane parametry testu dla wejściowych i wyjściowych linii zasilających AC: Możliwości IMU 4000 F Napięcie ± 0,5 kv od ± 0,25 kv do ± 4,4 kv Czas narastania / trwania impulsu 5 / 50 ns 5 / 50 ns Częstotliwość powtarzania impulsów 5 khz 5 khz 2.5. Odporność na zaburzenia przewodzone, indukowane przez pola o częstotliwości radiowej zgodnie z PN-EN W zakresie testów odporności na zburzenia przewodzone specyfikowane są testy odporności na zaburzenia częstotliwości radiowych. Testowane urządzenie jest narażane modulowanym zaburzeniem nałożonym na napięcie sieciowe 230 V AC za pomocą układów CDN. Samo zaburzenie jest generowane przez system generujący wymaganą moc RF w zakresie częstotliwości minimum 150 khz MHz. Taki system CI00250AM1 wraz z wymaganymi sieciami CDN dostarcza firma we współpracy z Amplifier Research. Do przeprowadzenia w/w testu wymagane jest stanowisko MD110, które składa się ze stołu wykonanego z elementów nieprzewodzących oraz metalicznych płaszczyzn uziemionych. Tab. 6. proponowanego systemu Zakres częstotliwości 150 khz MHz 10 khz MHz Poziom testowy 3 Vrms 10 Vrms (niemodulowany) (niemodulowany) Modulacja 1 khz, 80%, AM, sinusoida 1 khz, 80%, AM, sinusoida Impedancja źródła 150 Ohm 150 Ohm System CI00250AM1 do testów odporności przewodzonej RF AR Kompaktowy, uniwersalny generator IMU 4000 F Stanowisko pomiarowe w skład którego wchodzą: Stół drewniany o wymiarach 2 m x 1 m x 0,8 m Płaszczyzna metaliczna na blacie o wymiarach 2 m x 1 m Stanowisko pomiarowe w skład którego wchodzą: Stół drewniany o wymiarach 2 m x 1 m x 0,8 m Płaszczyzna metaliczna na blacie o wymiarach 2 m x 1 m 5

6 2. Testy odporności zgodne z : Badanie odporności na udary zgodnie z PN-EN Testy odporności na impulsy Surge należy przeprowadzać na podstawie PN-EN przy użyciu podanych w Tabeli 7 poziomów testowych. Impulsy powinny być sprzęgane do linii zasilających w następujący sposób: należy wyzwolić pięć impulsów o dodatniej polaryzacji w kącie fazowym równym 90, a następnie 5 impulsów ujemnych w kącie 270. Norma definiuje dwa różne poziomy napięć impulsów Surge, w zależności od typu testowanego urządzenia oświetleniowego. Nasza firma jako rozwiązanie oferuje urządzenie IMU 4000 wyposażone w moduł EXTIMU4000 S, którego możliwości znacznie przewyższają wymagania, co dodatkowo zwiększa jego uniwersalność. Tab Badania odporności na zapady napięcia, krótkie przerwy i zmiany napięcia zgodnie z PN-EN Kompaktowy, uniwersalny generator IMU 4000 S Norma PN-EN wymaga, aby przy sprzężeniu impulsów generator zapewniał ustawienie impedancji źródła odpowienio: 2 Ohm dla sprzężeń faza-faza (także faza - przewód neutralny) oraz 12 Ohm dla sprzężeń faza-przewód PE (także przewód neutralny - przewód PE), które to wymagania spełnia proponowany generator IMU4000 S. Możliwości IMU Urządzenie 4000 S Lampy samostatecznikowe i półoprawy oświetleniowe Oprawy i dodatkowe urządzenia oświetleniowe Moc 25 W >25 W Kształt impulsu 1,2 / 50 us 1,2 / 50 us 1,2 / 50 us 1,2 / 50 us Poziomy testowe: faza - faza ± 0,5 kv ± 0,5 kv ± 1 kv do 4,1 kv faza - uziemienie ± 1 kv ± 1 kv ± 2 kv do 4,1 kv Testy odporności na zapady i zaniki napięcia w sieci zasilającej w przypadku urządzeń oświetleniowych przeprowadza się w odniesieniu do PN-EN z uwzględnieniem poziomów testowych wyszczególnionych w Tabeli 8 oraz Tabeli 9. Rozwiązaniem proponowanym przez firmę jest system IMU 4000 wyposażony w moduły EXT-IMU3000 V i EXT-IMU3000 D pozwalający na testy urządzeń zasilanych prądem o natężeniu maksymalnie do 5 A, po dodaniu zewnętrznego wariaka VAR-EXT1000 natężenie to może wynosić nawet do 16 A. Wyróżniamy dwie sekwencje testowe różniące się poziomem napięcia testowego oraz czasem trwania zaburzenia (liczba okresów), który spełnia proponowany generator: Kompaktowy, uniwersalny generator IMU 4000 D-V Tab. 8. Poziom napięcia testowego Liczba okresów Tab. 9. Poziom napięcia testowego Liczba okresów 70% 10 0% 0,5 Zewnętrzny autotransformator VAREXT1000 do 16 A / fazę. 6

7 3. Poziomy dopuszczalne emisji harmonicznych prądu (fazowy prąd zasilający odbiornika < lub = 16 A) zgodnie z PN-EN :2014 Nowoczesne konstrukcje lamp bazujących na diodach LED, których układy zasilania posiadają najczęściej zasilacze impulsowe, pobierają niesinusoidalny prąd z sieci. W zakresie wymaganych pomiarów EMC takich układów należy zmierzyć emisję zaburzeń harmonicznych. Firma proponuje dwa alternatywne rozwiązania o różnej funkcjonalności. Pierwszy, bazujący na rozwiązaniu HAR1000-1P 230V szwajcarskiej firmy EMC Partner opiera się na opatentowanym systemie wzmacniaczy kondycjonujących sieciowe napięcie zasilające EUT. Jest to najbardziej ekonomiczne rozwiązanie dostępne na rynku. Kompaktowy system HAR1000-1P 230V do pomiarów emisji harmonicznych Drugi typ systemów do pomiarów harmonicznych bazuje na źródłach mocy AC, które tworzą czyste napięcie zmienne AC. Takie systemy pozwalają na łatwe wygenerowanie innych napięć (np. o częstotliwości 60 Hz, 400 Hz, i napięć 115 V) zasilających EUT. dostarcza tak konstruowane systemy wykorzystując rozwiązania brytyjskiej firmy Newtons 4th. Źródło mocy AC N4A06 Newtons4th Podsumowanie: Powyższe opracowanie dotyczyło najprostszych jednofazowych lamp bez układów sterowania i sygnałowych. Firma może zaproponować rozwiązania pozwalające również na badanie lamp zasilanych 3-fazowo lub napięciem stałym DC oraz posiadających linie sygnałowe lub komunikacyjne. dostarcza także akcesoria do pomiarów samych opraw oświetleniowych. Norma PN-EN 55015:2013 wymaga zastosowania wzorcowych źródeł światła zwanych po angielsku Dummy Lamp. Podobnie jest z pomiarami źródeł światła, które wymagają wzorcowych opraw oświetleniowych. 3-fazowa sieć sprzęgająca CDN2000A do testów EFT/Burst i Surge Sieć do pomiarów linii sygnałowych CDN-UTP8 ED3 Układ IMP161 symulujący impedancję sieci zasilającej Newtons4th Akcesoria do pomiarów opraw oświetleniowych (dummy lamps) i źródeł światła Erika Fiedler Analizator harmonicznych PPA5511 Newtons4th W zależności od wymagań dotyczących konkretnej aplikacji lampy, oprawy lub źródła światła, w szczególności zastosowania kolejowe i motoryzacyjne oraz wojskowe i lotnicze, wymagają wykonania innych badań EMC. Specyfika tych badań wymaga stosowania innego sprzętu testowo-pomiarowego, który także może dostarczyć firma. 7

8 Pomiary i testy EMC sprzętu oświetleniowego zgodnie z aktualnymi normami ZAPRASZAMY DO KONTAKTU Grzegorz Urbaniak g.urbaniak@astat.com.pl Izabella Wiśniewska i.wisniewska@astat.com.pl Adam Torous a.torous@astat.com.pl Marcin Jurga m.jurga@astat.com.pl ASTAT sp. z o.o. ul. Dąbrowskiego Poznań tel fax info@astat.pl