Raport Z21/ /1184/08

Transkrypt

1 Zakład Kompatybilności Elektromagnetycznej ul. Swojczycka Wrocław T:[+71] , F:[+71] National Institute of Telecommunications ul. Szachowa 1 PL Warszawa T: [+48 2] F: [+48 22] info@itl.waw.pl Metody pomiarowe stanu środowiska EM oraz parametrów EMC urządzeń elektrycznych i elektronicznych pracujących w kopalniach, ze szczególnym uwzględnieniem pomiarów w dziedzinie czasu Raport Z21/ /1184/08 WROCŁAW grudzień 2008

2 Nr pracy : Nazwa pracy : Metody pomiarowe stanu środowiska EM oraz parametrów EMC urządzeń elektrycznych i elektronicznych pracujących w kopalniach, ze szczególnym uwzględnieniem pomiarów w dziedzinie czasu Zleceniodawca : Praca Statutowa Data rozpoczęcia : Styczeń 2008 r. Data zakończenia : Grudzień 2008 r. Słowa kluczowe : EMC, metody pomiarowe, emisja zaburzeń, odporność na zaburzenia, bezpieczeństwo funkcjonalne, kopalnia Kierownik pracy : mgr inż. Marek Michalak Wykonawcy pracy : prof. dr hab. inż. Ryszard Strużak dr inż. Mirosław Pietranik mgr inż. Magdalena Modrzewska mgr inż. Marek Kałuski mgr inż. Karolina Skrzypek mgr Marta Macher mgr inż. Piotr Tyrawa technik Michał Stajszczyk technik Rafał Bobrowski Autorzy raportu : mgr inż. Marek Michalak mgr inż. Magdalena Modrzewska mgr inż. Karolina Skrzypek mgr inż. Marek Kałuski Praca wykonana w Pracowni Badania Pól i Zaburzeń Zakładu Kompatybilności Elektromagnetycznej Instytutu Łączności we Wrocławiu Kierownik Pracowni BPiZ: mgr inż. Marek Kałuski Kierownik Zakładu: dr inż. Janusz Sobolewski Niniejsze opracowanie może być powielane i publikowane wyłącznie w całości Powielanie i publikowanie fragmentów wymaga uzyskaniu zgody Instytutu Łączności Copyright by Instytut Łączności, Wrocław 2008 Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

3 Spis treści 1. WPROWADZENIE METODY BADAŃ METODY BADAŃ ŚRODOWISKA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W KOPALNI METODY BADAŃ KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ URZĄDZEŃ STOSOWANYCH W KOPALNIACH STANOWISKA POMIAROWE STANOWISKA POMIAROWE DO BADAŃ ŚRODOWISKA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W KOPALNI STANOWISKA POMIAROWE DO BADAŃ KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ URZĄDZEŃ STOSOWANYCH W KOPALNIACH Stanowiska do badań odporności w warunkach in situ Stanowiska do badań emisji w warunkach in situ PROCEDURY POMIAROWE POMIARY ŚRODOWISKA I KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ RZECZYWISTYCH OBIEKTÓW POMIARY ŚRODOWISKA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W WYBRANEJ KOPALNI MIEDZI Pomiary w dziedzinie czasu Pomiary w dziedzinie częstotliwości Pomiary jakości sieci energetycznej POMIARY KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ URZĄDZEŃ STOSOWANYCH W KOPALNIACH PODSUMOWANIE BIBLIOGRAFIA ZAŁĄCZNIK 1 METODY BADAŃ I STANOWISKA POMIAROWE (DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO) Z1.1. METODY BADAŃ Z1.2. STANOWISKA POMIAROWE ZAŁĄCZNIK 2 WYNIKI POMIARÓW ŚRODOWISKA EMC NA TERENIE I W WYROBISKACH KOPALNI MIEDZI W ROKU 2008 (DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO) Z2.1 POMIARY WIDMA CZĘSTOTLIWOŚCI RADIOWYCH W WYBRANYCH PUNKTACH KOPALNI Z2.2. POMIARY JAKOŚCI SIECI ENERGETYCZNEJ W WYBRANYCH PUNKTACH KOPALNI Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

4 1. Wprowadzenie Producenci różnorodnego sprzętu elektrycznego/elektronicznego muszą uwzględniać wymagania formułowane w Dyrektywie maszynowej [1], niskonapięciowej [2] i w Dyrektywie EMC [3]. W przypadku Dyrektywy EMC, jeśli dla rozważanej grupy urządzeń (czy też pojedynczego urządzenia) nie ma norm dedykowanych (tzw. norm wyrobów lub rodziny wyrobów) odpowiednie wymagania z zakresu EMC ustala się na podstawie norm ogólnych [4, 5, 6, 7]. W Polsce Dyrektywę EMC wdraża Ustawa o Kompatybilności Elektromagnetycznej [28] z 13 kwietnia 2007 r., która w zakresie dotyczącym kopalni i sprzętu górniczego zadania kontrolne dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej nakłada na prezesa Wyższego Urzędu Górniczego (Art. 27 Ustawy). W dokumentacji towarzyszącej urządzeniu przekazywanemu przyszłemu jego użytkownikowi powinny znaleźć się odpowiednie ustalenia dotyczące norm z zakresu EMC, które zostały wybrane do wykazania zgodności wyrobu z wymaganiami Dyrektywy EMC lub innymi wymaganiami, które mogą wynikać z wzajemnych ustaleń między producentem i użytkownikiem wyrobu. Należy tu zwrócić uwagę na dwa aspekty oceny wyrobu pod kątem jego właściwości z zakresu EMC. Są to: Emisje zaburzeń (o różnorodnym charakterze), dla których podaje się wyniki ich pomiarów, wykonanych zgodnie z wymaganiami, właściwych dla każdego parametru norm. Przyszły użytkownik urządzenia ma tu pełną wiedzę o tym, czy brane pod uwagę konkretne urządzenie, po jego uruchomieniu w określonym miejscu nie spowoduje zakłóceń w pracy innych urządzeń, już działających lub planowanych do uruchomienia. Odpowiednie normy (powoływane w normach ogólnych, [4-7]) dokładnie określają, jakiego rodzaju zaburzenia mają być zmierzone, jakimi metodami oraz jakie są dla nich dopuszczalne poziomy z uwzględnieniem rodzaju środowiska ich przyszłej pracy. Odporność na zaburzenia. W tym przypadku pozyskiwana, z dokumentacji wyrobu, wiedza może być niewystarczająca do oceny jego zachowania się w przyszłym miejscu pracy. Z zasady powołanie normy z zakresu badań odporności na zaburzenia radioelektryczne oznacza tylko (i tylko) stwierdzenie faktu, że przy określonym poziomie zaburzenia rozważane urządzenie zachowuje swoje parametry użytkowe. Ta informacja jest jednak niewystarczająca w warunkach, gdy w przewidywanym miejscu pracy danego urządzenia mogą wystąpić zaburzenia o innym charakterze, nieuwzględnione w dokumentacji wyrobu lub, jeśli ich poziom jest większy od zadeklarowanej w dokumentacji wyrobu. Przyszły użytkownik konkretnego urządzenia ma w takiej sytuacji dwa wyjścia: Dokonać w przewidywanym miejscu pracy rozważanego urządzenia takich przedsięwzięć, aby ewentualne zaburzenia nigdy nie przekroczyły poziomu, przy którym było testowane urządzenie. Ale to może być kosztowne dla użytkownika. Inne podejście to zażądać od dostawcy urządzenia podania dokładniejszych danych o charakterze i poziomie zaburzeń, przy których występują "niekontrolowane działania urządzenia. Takie podejście może z kolei prowadzić do wzrostu ceny urządzenia (producent musiał wszak dokonać obszerniejszych, czasochłonnych i kosztownych badań). W efekcie nabywca urządzenia musi przeprowadzić analizę swojej sytuacji z uwzględnieniem także aspektów ekonomicznych. Sposób postępowania w indywidualnych przypadkach wynikających albo z ograniczonej ilości nabywanych urządzeń albo ze specyfiki przyszłych miejsc ich pracy jest sygnalizowany w normach EN. Przykładowo norma PN-EN [8] daje w tym względzie następującą radę: Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

5 jeśli badane urządzenie ma pracować tylko w kilku miejscach, to wówczas analiza miejscowych źródeł zaburzeń umożliwia np. obliczenie związanego z nimi natężenia pola, na które może być narażone rozważane urządzenie (lub ich grupa). Jeśli nie są znane parametry źródeł zaburzeń i matematyczne modele ich rozprzestrzeniania się, wówczas należy zmierzyć poziomy zaburzeń w rozważanych miejscach przyszłej lokalizacji kupowanych (instalowanych) urządzeń. Bardziej szczegółowe kroki w tym względzie sugeruje Publikacja IEC [9], która dotyczy niskoczęstotliwościowych zaburzeń przewodzonych (typu harmonicznych, interharmonicznych, zmian napięcia zasilania i zapadów) wytwarzanych przez urządzenia w zakładach przemysłowych. Według tej publikacji, aby osiągnąć konsensus ekonomiczny (nakłady na zakup tańszych lub droższych wyrobów i odpowiednich działań w obrębie własnego środowiska elektromagnetycznego) należy pamiętać, że: rzeczywista emisja zaburzeń wytwarzanych przez określone urządzenie zależy od parametrów sieci zasilającej w punkcie jego przyszłej pracy, rozpatrywane urządzenie, nawet przekraczające wymagania wynikające z norm ogólnych (właściwych dla np. środowiska przemysłowego) może mieć małe znaczenie dla konkretnej sytuacji, jeśli inne znajdujące się tu urządzenia wytwarzają (tolerowalne z innych względów) silniejsze zaburzenia, wynik sumowania się zaburzeń powodowanych przez różne źródła zależy nie tylko od samych urządzeń, ale także od parametrów sieci zasilającej i charakteru aktualnego procesu technologicznego w Zakładzie. użytkownik urządzeń może ustalić, w jakimś ważnym dla niego punkcie Zakładu, dopuszczalny poziom zaburzeń inny, niż to formułują np. normy ogólne [4, 5 6, 7]. Jest to zawsze wynik kompromisu kosztów ponoszonych na zmniejszanie poziomu zaburzeń (zakup urządzeń bardziej odkłóconych lub przeprowadzenie we własnym zakresie działań prowadzących do zmniejszenia poziomu zaburzeń w wyniku zastosowania filtrów przeciwzakłóceniowych, ekranów elektromagnetycznych, zmian w konfiguracji urządzeń, itp) lub zakup urządzeń bardziej odpornych na zaburzenia. Aby to osiągnąć muszą być znane ustalenia (wspomniane już wcześniej) między producentem urządzenia, jego użytkownikiem i zarządzającym siecią energetyczną. Powinni oni dokonać wymiany informacji na temat: dopuszczalnych poziomów zaburzeń na przyłączu Zakładu do zewnętrznej sieci energetycznej oraz w newralgicznych dla użytkownika punktach Zakładu (gdzie mogą być zgrupowane urządzenia, których zakłócenie może nieść za sobą poważne skutki, np. w aspekcie bezpieczeństwa funkcjonalnego), parametrów (o ile jest to możliwe do określenia) dotyczących impedancji źródła zaburzeń w przewidywanym punkcie jego włączenia z uwzględnieniem konfiguracji innych urządzeń, dopuszczalnych poziomów zaburzeń dla różnych istotnych zakresów częstotliwości oraz ich parametrów czasowych (dotyczy to w szczególności zaburzeń o charakterze impulsowym), itp. Ponadto końcowy użytkownik urządzenia powinien dostarczyć (dla zarządzającego siecią energetyczną i dla producenta) informację o: wymaganych parametrach urządzenia, w tym informacje o trybach jego pracy (np. opis wykonywanego procesu technologicznego z uwzględnieniem jego rozkładu czasowego), przewidywanych, dopuszczalnych (o ile to będzie konieczne) przedsięwzięciach zmniejszających zaburzenia generowane przez inne urządzenia stosowane w Zakładzie, planach instalacji elektrycznej i parametrach innych urządzeń, już działających w danym punkcie Zakładu. Z kolei producent urządzenia jest proszony o informacje dotyczące: Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

6 oczekiwanych poziomów zaburzeń wytwarzanych przez urządzenie, jeśli będzie ono pracować w określonych trybach, (które powinny być jednoznacznie określone bądź to na podstawie własnej wiedzy producenta, bądź też wspólnych uzgodnień producenta i docelowego użytkownika urządzenia); przy czym najlepszym wyjściem są tu pomiary stanu środowiska elektromagnetycznego w docelowym miejscu pracy uzgadnianego urządzenia, zależności wytwarzanych zaburzeń od zmian obciążenia (lub innych zmian, np. prędkości obrotowej silników sterowanych elektronicznie), zmian napięcia zasilania itp. Jeśli wynikiem analizy wymienionych powyżej czynników będzie stwierdzenie, że oczekiwany poziom zaburzeń radioelektrycznych przekroczy próg gwarantujący określony poziom kompatybilności elektromagnetycznej (rozumianej jako poprawne działanie każdego z urządzeń bez wytwarzania nadmiernych, szkodzących innym urządzeniom, zaburzeń) dla sytuacji aktualnej i dla przyszłej (w aspekcie rozbudowy Zakładu, jego modernizacji) wówczas należy rozważyć możliwość: modyfikacji sposobu zasilania dany zespół urządzeń, zmian parametrów zaburzających urządzeń, zastosowanie odpowiednich filtrów, ograniczników, zmian konfiguracji ustawienia itp.), w końcu, pogodzenia się ze zwiększonym poziomem zaburzeń pod warunkiem zwiększenia odporności wszystkich istotnych urządzeń pracujących (lub przewidywanych do pracy) w danym punkcie Zakładu. Wszystkie powyższe wzajemne uzgodnienie w relacji: producent użytkownik dostawca energii elektrycznej, bardzo często są wielokrotnie powtarzane aż do osiągnięcia określonego, zadowalającego rezultatu. Celem niniejszej pracy było Opracowanie metod i stanowisk pomiarowych (ogólnych zaleceń dotyczących ukompletowania stanowisk i sposobu wykonania pomiarów) do badań: a/ stanu środowiska elektromagnetycznego w kopalniach, b/ kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń elektrycznych i elektronicznych (małych i dużych obiektów) stosowanych w kopalniach ze szczególnym uwzględnieniem pomiarów w dziedzinie czasu Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

7 2. Metody badań Pełna treść rozdziału Metody badań znajduje się w Załączniku 2. Najbardziej oczywistym sposobem potwierdzenia kompatybilności elektromagnetycznej urządzenia jest przeprowadzenie dla niego badań, pod kątem emisji zaburzeń i odporności na zaburzenia, zgodnie z metodyką i wymaganiami podanymi w normach kompatybilności elektromagnetycznej. Takie badania najlepiej jest wykonywać w kontrolowanych, powtarzalnych warunkach laboratoryjnych. Niestety nie zawsze jest to możliwe z uwagi np. na duże wymiary badanego urządzenia, konieczność badania całego rozległego systemu składającego się z wielu urządzeń lub niemożność zapewnienia w warunkach laboratoryjnych odpowiednich warunków pracy badanego urządzenia. W takich przypadkach często konieczne jest przeprowadzenie badań w warunkach in situ, tj. wykonywanie badań urządzeń w innych warunkach niż to wynika z ogólnych znormalizowanych wymagań. W szczególności dotyczy to pomiarów wykonywanych w: miejscu budowy EUT (czyli u producenta), ostatecznym miejscu pracy EUT (czyli u użytkownika), innych miejscach, do których możliwy jest transport EUT i stworzenie tam odpowiednich warunków pracy/obciążeń, starając się przy tym stwarzać warunki badań zbliżone maksymalnie do warunków znormalizowanych (definiowanych w odpowiednich normach EMC). Warto w tym miejscu zauważyć, że badania in situ nie muszą być koniecznie wymuszone ograniczeniami warunków laboratoryjnych, ale celem ich przeprowadzenia może być również chęć sprawdzenia jak dane urządzenie lub system będzie pracować w warunkach, w których przyjdzie mu rzeczywiście pracować. Coraz częściej zwraca się obecnie uwagę na problem związany z badaniami odporności, kiedy to urządzenie odporne na jeden rodzaj zaburzenia, może nie być odporne w sytuacji, gdy różne zaburzenia będą oddziaływały na nie jednocześnie. Stąd celowym może być badanie urządzenia w jego normalnym środowisku pracy, zwłaszcza w przypadkach, gdy są to warunki szczególnie trudne. Przede wszystkim dotyczy to środowisk przemysłowych Metody badań środowiska elektromagnetycznego w kopalni W przypadku badań środowiska elektromagnetycznego w kopalni, założono, że wymagane jest wykonanie, dla wybranych charakterystycznych punktów kopalni i potencjalnych źródeł zaburzeń w nich występujących, dwóch rodzajów badań: badań emisji zaburzeń elektromagnetycznych wytwarzanych przez występujące w kopalni urządzenia i systemy (pod uwagę należy wziąć zarówno badania emisji promieniowanych jak i emisji przewodzonych w kablach zasilających i sygnałowych), badań stanu sieci energetycznej w kopalni. Metody badań stosowane w przypadku badań emisji zaburzeń elektromagnetycznych są identyczne z metodami badań emisji zaburzeń w warunkach in situ. Badając środowisko elektromagnetyczne należy jednak dodatkowo zwrócić uwagę na prawidłową identyfikację potencjalnych zaburzeń i właściwie określić kierunek ich rozchodzenia się, w przypadku zaburzeń promieniowanych. W przypadku badań wykonywanych w podziemnych wyrobiskach kopalni szczególną trudnością jak pojawia się w przypadku tych badań jest ograniczona przestrzeń, długie wąskie i niskie chodniki oraz nagromadzenie dużej ilości Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

8 urządzeń elektrycznych na małej przestrzeni (patrz Rys. 1). Na zdjęciach widoczna ekipa pomiarowa. Rys. 1 Chodnik kopalni miedzi oraz przykłady nagromadzenia urządzeń elektrycznych w jednym miejscu Stycznikownia W przypadku badań stanu sieci energetycznej sytuacja jest prostsza, ponieważ badania przeprowadza się zgodnie z normą PN-EN Kompatybilność elektromagnetyczna. Część 4-30: Metody badań i pomiarów - Metody pomiaru jakości energii. Jedyny aspekt badań, na który należy zwrócić szczególną uwagę jest taki, że ze względu na duże nagromadzenie urządzeń oraz bezpieczeństwo pracy ekipy pomiarowej i bezpieczeństwo pracy górników, wszelkie połączenia (analizator stanu sieci musi być podłączony do za pomocą sond prądowych i napięciowych bezpośrednio do przewodów sieci energetycznej w danym punkcie kopalni) muszą być wykonywane przez wykwalifikowany personel kopalni, którego pomoc (ustalenie układu zasilania, napięć znamionowych, wskazanie punktów przyłączenia aparatury pomiarowej i wykonanie połączeń) i stała współpraca są niezbędne do prawidłowego i bezpiecznego przeprowadzenia pomiarów. Na Rys. 2 przedstawiono podłączone do punktu pomiarowego sondy prądowe i napięciowe analizatora stanu sieci. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

9 Rys. 2 Podłączenie sond analizatora stanu sieci do punktu pomiarowego Aspekt bezpieczeństwa, na który zwrócono uwagę w poprzednim akapicie ma szczególne znaczenie w całym procesie badań stanu środowiska elektromagnetycznego w kopalni. Należy pamiętać, że kopalnia jest specyficznym obiektem, gdzie w wąskich korytarzach prowadzone jest prowadzonych wiele przewodów wysokiego napięcia i sygnałowych a także przewodów trakcyjnych, które mogą stanowić potencjalne zagrożenie dla ekipy pomiarowej. Dodatkowo w korytarzach przemieszczają się pojazdy transportujące ludzi i urobek. Bezpieczne poruszanie się po kopalni wymaga odpowiedniego przeszkolenia oraz asysty doświadczonych górników. W tym miejscu właściwe będzie skierowanie podziękowań skierowanych do Dyrekcji ZG Lubin oraz kierownictwa Wydziały Energetyki ZG Lubin, za umożliwienie badań, wszelką okazaną pomoc i zapewnienie sprawnego i bezpiecznego przeprowadzenia pomiarów w podziemnych wyrobiskach kopalni Metody badań kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń stosowanych w kopalniach W przypadku badań kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń mamy do czynienia z dwoma rodzajami obiektów badań: małe urządzenia i podzespoły (np. urządzenia kontrolne, czujniki, urządzenia łączności osobistej itp.), duże urządzenia (kombajny chodnikowe, lokomotywy, ładowarki itp.). W przypadku małych urządzeń wskazane jest wykonywanie badań w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, które zapewniają dobrą powtarzalność wyników i występuję w ich przypadku znacznie mniej elementów wpływających na niepewność pomiaru. Metodologia tych pomiarów jest dobrze znana i szczegółowo opracowana w normach kompatybilności elektromagnetycznej dla środowiska przemysłowego. Należy jednak zwrócić uwagę na dwa zagadnienia, które trzeba wziąć pod uwagę wybierając metodę badań: Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

10 specyfikę środowiska kopalni i w związku z tym możliwość występowania sygnałów zaburzeń nie objętych zakresem norm dla typowego środowiska przemysłowego, a na które urządzenie pracujące w kopalni może być narażone, system lub większe urządzenie, w skład którego może wchodzić badane urządzenie należy dołożyć szczególnej staranności przy doborze urządzeń współpracujących z badanym urządzeniem (szczególnie gdy zamiast rzeczywistych urządzeń współpracujących stosowane są ich symulacje), a w wielu przypadkach może być konieczne przeprowadzenie przynajmniej niektórych badań w warunkach pracy całego systemu lub dużego urządzenia pracuje badane małe urządzenie (np. czujnik metanu pracujący w ramach całego systemu monitorującego lub zainstalowany na kombajnie chodnikowym) takie podejście powinno być stosowane zwłaszcza w przypadku urządzeń istotnych dla bezpieczeństwa ludzi pracujących w kopalni. W przypadku dużych urządzeń lub systemów wykonanie badań w warunkach laboratoryjnych jest niemożliwe nie tylko ze względu na duże rozmiary, ale również ze względu na specyficzne warunki zasilania badanego urządzenia i konieczne do jego właściwej pracy dodatkowe urządzenia współpracujące. Jest to klasyczny przykład, w którym konieczne jest podjęcie decyzji o wykonaniu badań w warunkach in situ. Takie badania cechują się znacznie słabszą powtarzalnością i ich wyniki obarczone są większą niepewnością, ale często stanowią jedyną możliwość oceny tego jakie zagrożenie dla pracy innych urządzeń może stanowić i jak będzie reagować na mogące wystąpić w środowisku jego pracy narażenia. Poniżej przedstawiono kilka ważnych zagadnień, na które należy zwrócić uwagę podczas przygotowań do badań in situ i opracowywania programu badań [27]. Ponieważ warunki in situ często w bardzo znaczący sposób odbiegają od warunków znormalizowanych, jeżeli decydujemy się na wykonywanie pomiarów in situ należy dołożyć szczególnych starań przy udokumentowaniu badań w taki sposób, aby możliwe było jak najdokładniejsze odtworzenie warunków, w jakich badania zostały przeprowadzone. Może to mieć szczególne znaczenie w sytuacjach spornych, a poza tym ocena wyników pomiarów w sytuacji, gdy nie znamy warunków ich wykonania jest absolutnie niemożliwa i niemiarodajna. Przy prowadzeniu pomiarów in situ należy zwrócić uwagę przede wszystkim na następujące elementy: 1. Ustalenie programu badań. 2. Przygotowanie do badań. 3. Dokumentowanie badań. Na wszystkich powyższych etapach realizacji badań, a także na dowolnych innych tutaj nieujętych (np. w wyniku wzajemnych uzgodnień użytkownika i producenta wyrobu), należy prowadzić szczegółowe zapisy. Ustalenie programu badań Program badań musi być szczegółowo ustalony ze Zleceniodawcą może to być producent lub użytkownik końcowy badanego urządzenia lub instalacji i musi uwzględniać cel badań in situ jak również możliwości techniczne. Ustalając program badań należy brać pod uwagę: Normy wyrobów/rodzin wyrobów, jeśli są takie normy i mają zastosowanie dla konkretnego EUT; Normy ogólne właściwe dla środowiska przemysłowego: o PN-EN Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 6-2: Normy ogólne - Wymagania dotyczące odporności w środowisku przemysłowym o PN-EN Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 6-4: Normy ogólne - Wymagania dotyczące emisyjności w środowisku przemysłowym Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

11 Przygotowanie do badań: Przygotowując się do badań in situ należy zwrócić uwagę na szereg zagadnień, które mogą mieć wpływ na wybór parametrów EMC, które będą przedmiotem badań w warunkach in situ, jak również odpowiedniej metodologii pomiarowej. Bardzo pomocne na etapie przygotowania do badań jest przeprowadzenie przez zespół pomiarowy wstępnej wizyty w miejscu przyszłych badań i wykonanie swoistej wizji lokalnej. Pozwoli to uniknąć wielu niespodzianek, które można napotkać wyjeżdżając na pomiary w nieznanej lokalizacji. Często nawet najdokładniejszy opis i dokumentacja zdjęciowa nie jest w stanie zastąpić osobistych obserwacji. Poza tym taka wstępna wizyta umożliwia omówienie z personelem na miejscu, gdzie będą przeprowadzone badania, niezbędnych przygotowań, które należy poczynić przed badaniami może konieczne będzie usunięcie niektórych urządzeń lub przeszkód, albo doprowadzenie dodatkowego zasilania dla urządzeń pomiarowych lub dodatkowej instalacji uziemiającej. Dokumentowanie badań: Dokumentacja z badań in situ musi być jeszcze bardziej szczegółowa niż ma to miejsce w przypadku badań na stanowiskach znormalizowanych, ponieważ dla końcowej oceny i porównań szczególne znaczenie ma możliwość odtworzenia warunków pomiarowych i ocena wpływu tych warunków na reprezentatywność wyników badań. Pełna treść rozdziału Metody badań znajduje się w Załączniku 2. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

12 3. Stanowiska pomiarowe Pełna treść rozdziału Stanowiska pomiarowe znajduje się w Załączniku Stanowiska pomiarowe do badań środowiska elektromagnetycznego w kopalni Na podstawie doświadczeń z 3 lat badań w podziemnych wyrobiskach, z aparatury posiadanej przez Laboratorium Badań EMC zestawiono przewoźne stanowisko pomiarowe, dostosowane do warunków przeprowadzania badań w podziemnych wyrobiskach kopalni. Głównymi kryteriami zestawienia stanowiska były jego mobilność, odporność na trudne warunki zewnętrzne (wysoka temperatura i duża wilgotność powietrza, spora ilość kurzu w powietrzu), możliwość zasilania bateryjnego urządzeń pomiarowych oraz prostota obsługi umożliwiająca sprawne wykonanie pomiarów, niedezorganizujące pracy kopalni. Stanowisko zostało intensywnie przetestowane podczas tegorocznych pomiarów (patrz Załącznik 1) i wykazało swoją dużą przydatność i niezawodność w trudnych warunkach podziemnych wyrobisk kopalni miedzi Stanowiska pomiarowe do badań kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń stosowanych w kopalniach Stanowiska do badań odporności w warunkach in situ Podstawowe wymagania dotyczące odporności urządzeń pracujących w środowisku przemysłowym definiuje norma PN-EN Jeżeli w wyniku zastosowania zdefiniowanych w normie testów badane urządzenie przestaje pracować prawidłowo, a w szczególności, co może mieć miejsce zwłaszcza w środowisku przemysłowym, staje się niebezpieczne lub może stanowić zagrożenie, to uważa się, że nie spełnia ono odpowiednich wymagań. Norma PN-EN określa parametry generowanych zaburzeń testowych, przywołuje odpowiednie normy podstawowe (w szczególności normy serii PN-EN x) oraz określa kryteria oceny odporności urządzenia/instalacji na testowe zaburzenie. Należy podkreślić możliwość wykonywania badań wg innych kryteriów oceny EUT, co może mieć miejsce w przypadku pracy EUT w środowisku specjalnym, gdzie istnieje duże prawdopodobieństwo wystąpienia większych poziomów zaburzeń lub np. dużego prawdopodobieństwa jednoczesnego występowania kilku bardzo silnych zaburzeń (np. praca EUT w pobliżu silnej stacji radiowej, urządzenia PMN, zjawiska burzowe i nagłe przełączanie dużych obciążeń w sieci zasilania, itp.). Wytypowania tego rodzaju sytuacji wynika z faktu, że jakiekolwiek niepoprawne zadziałanie EUT może stwarzać niebezpieczeństwo dla ludzi, innych urządzeń (problem bezpieczeństwa funkcjonalnego). Zestawione stanowiska pozwalają na generację sygnałów zaburzeń zgodnych z wymaganiami normy PN-EN , zostały skalibrowane, zostały przetestowane w rzeczywistych warunkach pomiarowych w halach przemysłowych i w otwartym terenie podczas wielu badań Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

13 wykonanych w ramach zleceń zewnętrznych klientów Laboratorium Badań EMC i potwierdziły swoją przydatność Stanowiska do badań emisji w warunkach in situ Podstawowe wymagania dotyczące dopuszczalnych poziomów emisji w środowisku przemysłowym definiuje norma PN-EN W kwestii metodologii pomiarów norma ta odwołuje się głównie do normy PN-EN Najistotniejsze znaczenie z punktu widzenia badań emisji mają: 1. Pomiar zaburzeń przewodzonych w przewodach zasilania AC lub DC oraz w przewodach sygnałowych i kontrolnych, który wykonuje się przy pomocy sieci sztucznej, sondy napięciowej lub sondy prądowej. W warunkach in situ często nie ma możliwości podłączenia odpowiedniej sieci sztucznej, dlatego istotnego znaczenia nabierają pomiary z wykorzystaniem sond napięciowych i prądowych. 2. Pomiar zaburzeń promieniowanych, dla którego procedura pomiarowa jest szczegółowo opisana w normie PN-EN W przypadku badań emisji promieniowanych należy zwrócić uwagę na dwa zakresy częstotliwości: od 9 khz do 30 MHz i drugi powyżej 30 MHz W przypadku pomiaru zaburzeń promieniowanych w zakresie od 9 khz do 30 MHz należy mierzyć przede wszystkim natężenie pola magnetycznego z kierunku największego promieniowania w takich warunkach pracy badanego urządzenia, przy których wytwarza ono największe zaburzenia, przy czym zaleca się wykonanie pomiarów dla trzech ortogonalnych położeń anteny i wyznaczenie na tej podstawie wypadkowego natężenia pola magnetycznego zgodnie ze wzorem: gdzie: Hx, Hy, Hz H = H + H + H sum 2 x 2 y składowe pola magnetycznego dla trzech ortogonalnych położeń anteny, wyrażone w jednostkach podstawowych W przypadku małych odległości anteny pomiarowej od badanego obiektu preferowane są oddzielne pomiary składowej elektrycznej i składowej magnetycznej pola zaburzeń. Jeżeli nie można zastosować odległości znormalizowanej zalecanej w normie wyrobu lub w normie ogólnej, wówczas pomiaru można dokonać w odległości innej, jednak należy pamiętać, aby za każdym razem odnotować ten fakt w raporcie z badań. W przypadku pomiaru zaburzeń promieniowanych w zakresie powyżej 30 MHz należy mierzyć natężenie pola elektromagnetycznego z kierunku największego promieniowania w odległości znormalizowanej (np. 10 m). Dopuszcza się pomiar z odległości mniejszej, jednak należy pamiętać, aby za każdym razem odnotować ten fakt w raporcie z badań. Natężenie pola przelicza się wtedy zgodnie z wzorem: gdzie: Estd Emea dstd dema E std = E mea 2 z d + n 20 log d natężenie pola dla odległości znormalizowanej natężenie pola dla odległości wykonania pomiaru odległość znormalizowana odległość wykonania pomiaru mea std Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

14 Doświadczenie w pomiarach in situ, pochodzące zarówno z badań środowiska elektromagnetycznego w kopalni jak i z wielu badań kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń prowadzonych w halach produkcyjnych lub miejscach pracy tych urządzeń, wskazuje, że pomiar z odległości mniejszej niż odległość znormalizowana jest najczęstszym przypadkiem, gdyż urządzenia badane pracują zazwyczaj w halach, gdzie pracują również inne urządzenia, natomiast gdy pomiary wykonujemy w hali produkcyjnej gdzie urządzenie powstało, to znajdują się tam również inne urządzenia tam wytwarzane. Producent zazwyczaj nie ma możliwości wyznaczenia osobnej hali, gdzie mógłby zapewnić bardziej komfortowe warunki pomiaru. Odległość pomiarowa nie powinna być jednak mniejsza niż 3 m, chyba, że odpowiednie normy stanowią inaczej (przykład norm które określają mniejszą niż 3 m odległość pomiaru emisji promieniowanych są normy wojskowe, które definiują odległość pomiarową równą 1 m). Zestawione stanowiska pozwalają na pomiar emisji zaburzeń przewodzonych i promieniowanych zgodnie z odpowiednimi normami dla środowiska przemysłowego, zostały skalibrowane, zostały przetestowane w rzeczywistych warunkach pomiarowych w halach przemysłowych i w otwartym terenie podczas wielu badań wykonanych w ramach zleceń zewnętrznych klientów Laboratorium Badań EMC i potwierdziły swoją przydatność Procedury pomiarowe W ramach pracy wprowadzono do odpowiednich procedur pomiarowych Laboratorium Badań EMC zmiany, uwzględniające specyfikę pomiarów in situ. Znowelizowane procedury zostały włączone w program tegorocznego auditu przeprowadzonego w Laboratorium przez Polskie Centrum Akredytacji audit zakończył się wynikiem pozytywnym. Pełna treść rozdziału Stanowiska pomiarowe znajduje się w Załączniku 2. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

15 4. Pomiary środowiska i kompatybilności elektromagnetycznej rzeczywistych obiektów 4.1. Pomiary środowiska elektromagnetycznego w wybranej kopalni miedzi Pomiary w dziedzinie czasu Pomiary w dziedzinie czasu dają możliwość lepszej oceny szczególnie w przypadku sygnałów transmisji cyfrowych. Pomiary takie wymagają specjalistycznej aparatury pomiarowej, która umożliwi zarejestrowanie zmian badanego sygnału w czasie. Laboratorium Badań EMC dysponuje analizatorem widma czasu rzeczywistego. Niestety jest to urządzenie duże i wrażliwe na wpływ warunków zewnętrznych, takich ja temperatura i wilgotność. W związku z tym nie istniała możliwość zastosowania go w części pomiarów wykonywanych pod ziemią, w wyrobiskach kopalni, ze względu właśnie na występujące tam wysoką temperaturę połączoną z dużą wilgotnością powietrza i związane z tym ryzyko uszkodzenia drogiej aparatury badawczej. Dlatego pomiary w dziedzinie czasu z zastosowaniem analizatora czasu rzeczywistego wykonano tylko podczas jednej serii pomiarów, w Dyspozytorni systemów łączności znajdującej się na powierzchni ziemi. Z Dyspozytorni sygnały są dalej prowadzone pod powierzchnię ziemi do podziemnych wyrobisk kopalni, więc również ten pomiar daje pewne pojęcie o tym z jakimi sygnałami można mieć do czynienia pod ziemią. Pomiary wykonano za pomocą sondy prądowej zapiętej na kable, dla kilku wiązek kabli prowadzących do podziemnych wyrobisk kopalni, niosących sygnały: łączności telefoniczna z dołem, systemu Promos, modemu wewnętrznego, wag licznik, łącza modemowego Sindis (analogowe łącze telefoniczne), łącza analogowego stanowiska sejsmicznego, kamery do biurowca + sterowania. Uzyskane wyniki pomiarów potwierdzają zasadność prowadzenia badań w dziedzinie czasu, które pozwalają na precyzyjniejsze określenie występujących w danym miejscu sygnałów, a co za tym idzie oznaczenie środowiska elektromagnetycznego występującego w danym miejscu będzie precyzyjniejsze i pozwoli na dokładniejszą analizę potencjalnych zagrożeń dla innych urządzeń. Na rysunkach 3 i 4 przedstawiono wyniki pomiaru jednego z sygnałów telekomunikacyjnych, na częstotliwości ok. 215 MHz, zarejestrowanego na przewodach wiązki 3. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

16 Rys. 3 - Spektrogram wiązki nr 3 dla częstotliwości 215 khz (200 khz span) Dzięki spektrogramowi w dolnej części rysunku, będącemu wynikiem pomiaru zmian widma sygnały w czasie, wyraźnie widać, że badany sygnał nie jest sygnałem nadawanym na pojedynczej częstotliwości, tylko, że występuje zmiana tej częstotliwości w czasie ( przeskakiwanie na inną częstotliwość). Na rysunku 4 poniżej przedstawiono ten sam sygnał zmierzony w węższym zakresie częstotliwości, co pozwala lepiej zaobserwować schemat zmian częstotliwości sygnału. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

17 Rys. 4 - Spektrogram wiązki nr 3 dla częstotliwości 215 khz (20 khz span) Na rysunku 5 przedstawiono inny przykład sygnału zmiennego w czasie. W tym wypadku sygnał jest nadawany w stałym zakresie częstotliwości, ale dzięki pomiarowi w czasie można łatwo zaobserwować na spektrogramie dużą zmienność amplitudy sygnału. Poza tym wyraźnie widać pojawiający się w tym sygnale dodatkowy sygnał o węższym paśmie, który również pojawia się w pewnych odstępach czasowych. Więcej przykładów pomiarów w dziedzinie czasu można znaleźć w Załączniku 1 (rozdział Z1.1.4). Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

18 Rys. 5 - Spektrogram wiązki nr 14 dla częstotliwości 650 khz (500 khz span) Pomiary w dziedzinie częstotliwości Szczegółowe wyniki pomiarów znajdują się w Załączniku 1. Pomiary w dziedzinie częstotliwości były w bieżącym roku prowadzone dwutorowo: 1. Powtórzono pomiary emisji promieniowanych i przewodzonych w wybranych punktach kopalni, w których pomiary były realizowane również w latach ubiegłych. 2. Wykonano dodatkowe pomiary, których celem było zarejestrowanie widma sygnałów od systemu łączności DOTRA stosowanego w części podziemnych wyrobisk kopalni (poza łącznością przewodową) oraz pomiary, których celem było zarejestrowanie widma sygnałów zaburzeń, które są generowane przez przejeżdżający elektrowóz. 3. Wykonano dodatkowe pomiary w rejonie Wywrotu zachodniego, gdzie przewożone są wagoniki z urobkiem i urobek jest tam następnie zrzucany wykonano szereg pomiarów widma częstotliwości radiowych promieniowanych i przewodzonych. Podobne pomiary wykonano również w rejonie Pompowni. Ad. 1. Pomiary prowadzone w punktach, w których pomiary były realizowane w latach ubiegłych prowadziły do potwierdzenia wniosków poczynionych już wcześniej. Główne zagrożenia, Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

19 jakie powstają na dzień dzisiejszy w warunkach badanej kopalni dotyczą zaburzeń przewodzonych dla częstotliwości poniżej 1 MHz w tym zakresie częstotliwości powstają najsilniejsze zaburzenia, które często przekraczają poziomy dopuszczalne dla środowiska przemysłowego. Ten stan rzeczy wymaga dogłębniejszej analizy i wskazuje na potrzebę opracowania specjalistycznych norm dla środowiska górniczego obecnie takie normy nie istnieją i dla urządzeń górniczych stosuje się normy ogólne dla środowiska przemysłowego, tymczasem wyniki tej i wcześniejszych prac wskazują, że normy te nie są adekwatne dla środowiska górniczego, a szczególnie dla środowiska podziemnych wyrobisk kopalni. W tym środowisku małe znaczenie mają sygnały powyżej 30 MHz, gdzie praktycznie jedynym istotnym sygnałem, którego obecność w tym zakresie częstotliwości udało nam się potwierdzić jest sygnał systemu łączności DOTRA (patrz niżej). Ewentualne inne sygnały zaburzeń w tym zakresie częstotliwości mogą pochodzić od nowoczesnych systemów sterowania urządzeń niestety nie udało nam się tego rodzaju sygnałów zarejestrować pod ziemią, ale spotykaliśmy się z tego typu sygnałami podczas badań nowych urządzeń, które mają pracować w kopalniach (np. zdalne sterowanie lokomotywy). Natomiast bardzo duże znaczenie w środowisku podziemnych wyrobisk kopalni mają zaburzenia generowane w przewodach sygnałowych i, w jeszcze większym stopniu, zasilających dla stosunkowo małych częstotliwości, głównie poniżej 1 MHz i ten zakres częstotliwości może wymagać zwiększenia poziomów odporności urządzeń. Ad. 2. Podstawę łączności w kopalni stanowią tradycyjne systemy przewodowe oraz system łączności bezprzewodowej DOTRA. Sygnały systemu DOTRA są czasami rozprowadzane za pomocą systemów antenowych, ale podstawowym medium transmisji jest tzw. cieknący kabel. Na rysunkach 6 i 7 przedstawiono wybrane wyniki pomiarów sygnałów systemu DOTRA wykonanych w podziemnych wyrobiskach kopalni miedzi K - 1 K - 2 K - 3 K - 4 K - 5 U [dbuv] f [MHz] Rys. 6 - Widmo częstotliwości w pobliżu cieknącego kabla dla zakresu 200 MHz 500 MHz Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

20 kabel cieknący - pom 2 kabel cieknący - pom 5 stacja DOTRY 80 U [dbuv] f [MHz] Rys. 7 - Widmo częstotliwości w pobliżu stacji czołowej systemu DOTRA zestawione z pomiarami cieknącego kabla dla zakresu 415 MHz 460 MHz Punkt pomiarowy w którym wykonywano te pomiary znajdował się w okolicy, gdzie często przejeżdżają elektrowozy ciągnące wagony z urobkiem, w związku z czy wykonano również pomiary emisji promieniowanych wytwarzanych przez przejeżdżający elektrowóz. Wybrane wyniki tych pomiarów przedstawiają rysunki 8 i 9. Jak można zauważyć porównując oba rysunki wyniki tych pomiarów nie są dobrze powtarzalne, ale daje się zauważyć, ze główne zaburzenia występują dla częstotliwości poniżej 50 MHz i te zaburzenia są dobrze powtarzalne, natomiast w jednym przypadku udało się zarejestrować sygnały zaburzeń występujące w zakresie MHz (najprawdopodobniej były to zaburzenia charakterystyczne dla danej lokomotywy pomiary dla rys. 8 i 9 zostały wykonane dla dwóch różnych typów elektrowozów). Drugim interesującym sygnałem, który został zarejestrowany jednorazowo jest sygnał o częstotliwości ok. 190 MHz (przebieg różowy na rys. 8) można przypuszczać, ze jest to widmo sygnału związanego ze sterowaniem elektrowozu, ale nie udało się tego potwierdzić możliwe są również inne źródła powstania tego sygnału zaburzającego. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

21 pom 1, RBW 100 khz pom 2, RBW 10 khz pom 5, RBW 100 khz 80 U [dbuv] f [MHz] Rys. 8 - Widmo częstotliwości zmierzone podczas jazdy elektrowozu dla zakresu 20 MHz 200 MHz RBW 100 khz 80 U [dbuv] f [MHz] Rys. 9 - Widmo częstotliwości podczas jazdy lokomotywy dla zakresu 20 MHz 200 MHz. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

22 Ad. 3. Pomiary w rejonie wywrotu zachodniego. W rejonie wywrotu zachodniego wykonano szereg pomiarów widma zaburzeń promieniowanych i przewodzonych. Pomiary widma sygnałów zaburzeń promieniowanych dały wyniki zbliżone do wyników uzyskiwanych w innych rejonach kopalni, natomiast nowe, interesujące z punktu widzenia opisu środowiska elektromagnetycznego w kopalni, wyniki dały pomiary zaburzeń przewodzonych na zasilaniu wywrotu. Pomiary wykonano przy zapięciu sondy prądowej na przewód zasilający stację tyrystorową sterującą wywrotem (wagoniki z urobkiem wjeżdżają na wywrot, wagonik jest obracany i urobek jest zrzucany). Pomiary wykonano w trzech trybach pracy: Przy wywrocie znajdującym się w stanie spoczynku. Podczas pracy wywrotu (obracania wagonika z urobkiem). Podczas odjazdu kolejki z wywrotu. Wyniki tych pomiarów przedstawia Rys pomiar pracy wywrotu, RBW 10 khz pomiar tła pracy, RBW 10 khz 100 odjazd kolejki z wywrotu, RBW 10 khz U [dbuv] f [khz] Rys Widmo częstotliwości zmierzone na przewodzie zasilającym (6 kv) stację tyrystorową APST 15/01 dla zakresu 100 khz 5 MHz. Pomiar wykonano w stanie spoczynku wywrotu, podczas pracy wywrotu oraz w czasie odjazdu kolejki z wywrotu. Na rys. 11 przedstawiono wyniki pomiarów emisji zaburzeń przewodzonych zmierzonych w Pompowni na przewodzie zasilania silnika 1600 kw pompy. Wyraźnie widoczny impuls podczas włączania pompy (przebieg błękitny). Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

23 pomiar pracy pompy nr 3 na przewodzie 6 kv, RBW 10 khz pomiar na przewodzie 6 kv podczas włączania pompy nr 3, RBW 10 khz pomiar pracy pompy na obwodzie wirnika pompy nr 3 pomiar tła pracy pompy na przewodzie 6 kv U [dbuv] f [khz] Rys Widmo częstotliwości zmierzone na przewodzie zasilającym (6 kv) silnika SBUD-144R 1600 kw pompy nr 3 oraz na obwodzie wirnika pompy nr 3 (w zakresie 100 khz 30 MHz). Więcej wyników pomiarów w dziedzinie częstotliwości (widma zaburzeń radiowych i widma zaburzeń przewodzonych) można znaleźć w Załączniku Pomiary jakości sieci energetycznej Pomiary jakości sieci energetycznej potwierdziły wnioski płynące z pomiarów wykonywanych w tym zakresie w latach ubiegłych, w szczególności: urządzenia bardzo dużej mocy o impedancji zespolonej (zwłaszcza o charakterze indukcyjnym), w wyniku ich nagłego odłączenia, generują krótkotrwałe, bardzo duże przepięcia o charakterze impulsowym o wartościach nawet kilkuset V (o czasie trwania poniżej 0,1 ms). urządzenia o nieliniowym charakterze impedancji są przyczyną powstawania dużych poziomów sygnałów harmonicznych Poniżej przedstawiono kilka wybranych wyników pomiarów jakości sieci w wybranych punktach kopalni miedzi (stycznikownia i rozdzielnia). Opisy punków pomiarów i mierzonych parametrów podano pod poszczególnymi rysunkami (rys ). Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

24 Rys Pomiar napięcia RMS na linii L1 w stanie ustalonym, pomiar przy pracującym taśmociągu, sondy zapięte przed falownikiem Rys Pomiar napięcia, prądu i częstotliwości podczas wyłączenia i włączenia taśmociągu. Sondy zapięte przed falownikiem Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

25 Rys pomiar prądu (wartość szczytowa) na linii L1 w momencie rozruchu, sondy zapięte przed falownikiem Rys Pomiar napięcia RMS ½ na linii L1, sondy zapięte przed falownikiem Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

26 Rys Pomiar harmonicznych napięcia i prądu na wszystkich liniach podczas normalnej pracy, sondy zapięte przed falownikiem Rys Pomiar prądu na 3 liniach, stan chwilowy, sondy zapięte za falownikiem Więcej wyników pomiarów jakości sieci można znaleźć w Załączniku 2. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

27 Rys Pomiar na transformatorze pomocniczym 220/127 V. Pomiar napięcia, prądu i częstotliwości w stanie ustalonym bez obciążenia. Po ok. 3 minutach pomiaru rusza kolejka Pomiary kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń stosowanych w kopalniach Dzięki zdobytej podczas realizacji tej pracy oraz wcześniejszych prac z tej tematyki realizowanych w latach , zespół Laboratorium Badań EMC zdobył cenną wiedzę i doświadczenie w dziedzinie pomiarów środowiska elektromagnetycznego, ale również sprzętu stosowanego w kopalniach i narażeń, którym podlegają. Ta wiedza pozwoliła nawiązać współpracę z firmami produkującymi oraz badającymi urządzenia pracujące w przemyśle wydobywczym. Efektem tych kontaktów jest szereg prac komercyjnych, których tematem były badania kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń stosowanych w górnictwie. Badania te dotyczyły różnorodnych urządzeń, od drobnego osprzętu, poprzez urządzenia sterujące i łączności, do dużych maszyn. Prace te pozwoliły dalej pogłębić wiedzę o specyfice przemysły wydobywczego i stosowanych w nim urządzeń, a zdobyte doświadczenie pozwala ocenić, na jakie badania należy w szczególności zwracać uwagę podczas realizacji tego typu prac. Dodatkowo badania dużych maszyn pozwoliły pogłębić posiadaną wiedzę i doświadczenie w dziedzinie badań In-situ, a więc w miejscu zainstalowania urządzeń (w miejscu ich pracy lub u producenta), co samo w sobie stanowi cenną i unikalną wiedzę. Większość laboratoriów podchodzi do badań dużych urządzeń na zasadzie badania poszczególnych ich elementów, a na tej podstawie wyciągają wnioski dotyczące emisji i odporności całych urządzeń. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

28 Tymczasem nasze badania wskazują, że nie zawsze takie założenia mogą być zastosowane, szczególnie w przypadkach, gdy nie jest możliwe zasymulowanie oddziaływania współpracujących urządzeń. W takich przypadkach konieczne jest sprawdzenie, szczególnie w przypadku odporności, całych urządzeń bądź systemów, w skład których te podzespoły wchodzą. Jak wspomniano wcześniej badania kompatybilności elektromagnetycznej rzeczywistych urządzeń stosowanych w kopalniach były prowadzone w ramach prac komercyjnych i są objęte tajemnicą klienta. Z tego względu ograniczono się w tym miejscu tylko do powyższych ogólnych wniosków. Warto jednak jeszcze raz podkreślić, że dzięki właściwemu połączeniu działalności naukowo-badawczej, w którą wpisuje się niniejsza praca statutowa, z działalnością badawczą będącą wynikiem zleceń podmiotów zewnętrznych, udało się w znacznym stopniu zgromadzić i pogłębić wiedzę z dziedziny kompatybilności elektromagnetycznej w środowiskach specjalnych, co będzie niewątpliwie procentowało w dalszej działalności badawczej i komercyjnej Laboratorium i Zakładu Kompatybilności Elektromagnetycznej. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław

29 5. Podsumowanie W ramach pracy: Opracowano metodologię badań środowiska elektromagnetycznego w kopalni oraz badań kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń stosowanych w kopalniach. Opracowano stanowiska pomiarowe realizujące te metodologie. Wykonano serię pomiarów stanu środowiska elektromagnetycznego w wytypowanej kopalni miedzi, które wraz z wynikami pomiarów przeprowadzonych w tej samej kopalni w latach ubiegłych dają obszerną wiedzę o stanie środowiska elektromagnetycznego w tego typu kopalni oraz pozwalają wnioskować o najistotniejszych pod względem kompatybilności elektromagnetycznej zagrożeniach dla wprowadzanych do tego środowiska urządzeń. Opracowano i wprowadzono do praktyki Laboratorium Badań EMC nowe lub znowelizowane procedury pomiarowe, z uwzględnieniem zdobytej podczas realizacji pracy wiedzy o środowisku i specyfice kopalni. Realizacja pracy pozwoliła na poszerzenie wiedzy i kompetencji zespołu Laboratorium Badań EMC w zakresie: Stanu środowiska elektromagnetycznego w kopalniach. Metodologii i praktyki pomiaru środowiska elektromagnetycznego w kopalniach. Metodologii i praktyki pomiaru kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń stosowanych w kopalniach (najistotniejsze zjawiska, najbardziej wrażliwe elementy i układy, biegłość zestawiania stanowiska i wykonania pomiarów). Szczególnie interesujące są wyniki badań w dziedzinie czasu z uwagi na coraz częstsze stosowanie systemów cyfrowych w kopalniach oraz ze względu na dużą zmienność w czasie zjawisk zachodzących w środowisku elektromagnetycznym kopalni, tego typu badania dają cenną informację nie tylko o amplitudzie występujących zaburzeń, ale również o częstości ich występowania w czasie, na podstawie czego można wnioskować o prawdopodobieństwie ich wystąpienia i można szacować zagrożenia z tego wystąpienia wynikające. Takie analizy wykraczały poza zakres i możliwości niniejszej pracy, ale wydaje się, że warto takie badania kontynuować w przyszłości. Wyniki pomiarów dotyczące: zaburzeń przewodzonych, szczególnie w sieci energetycznej, zmierzonych wartości natężenia pola (systemy łączności i sterowania), odporności urządzeń na zaburzenia indukowane w przewodach, odporności urządzeń na promieniowane pole wskazują na: uzasadnioną konieczność badania odporności na zaburzenia związane z polem elektromagnetycznym dla poziomów probierczych określonych w normach kompatybilności elektromagnetycznej dla środowisk przemysłowych, możliwą konieczność badania odporności na zaburzenia występujące w sieci energetycznej o poziomach probierczych większych niż wynika to z norm kompatybilności elektromagnetycznej dla środowisk przemysłowych, konieczność kontynuacji badań w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej w środowisku kopalni, szczególnie dotyczy to badań dotyczących zjawisk zachodzących w sieci energetycznej oraz badań w dziedzinie czasu, potrzebę opracowania norm branżowych / norm wyrobu dotyczących środowiska kopalni (szczególnie podziemnych wyrobisk kopalni) oraz urządzeń w tym środowisku stosowanych. Raport nr Z21/ /1184/06, Instytut Łączności, Wrocław