Implemetácia zásad EMC v bežnej praxi

Staršie výrobné zariadenia, dlhoročne spoľahlivo pracujúce, treba časom osadiť automatizačnými prvkami, ktorých úlohou je vylepšiť niektoré ich technické, ekonomické alebo aj len ergonomické parametre, prípadne treba takéto zariadenia skĺbiť s modernejšou časťou výrobnej linky a vtedy zrazu dochádza k zvýšeniu nárokov na elektrické rozvody s ohľadom na možné rušenia.

Hneď na úvod treba zdôrazniť, že zásady EMC sa často na starších výrobných zariadeniach zanedbávajú, až bagatelizujú, a to hlavne zo strany pracovníkov dlhoročne pracujúcich so staršími elektrickými zariadeniami, ale len dovtedy, kým sa nestretnú s výsledným efektom elektromagnetického rušenia v praxi. Zväčša je to z dôvodu potreby aplikovať znalosti, ktoré donedávna neboli potrebné, a tiež z dôvodu chýbajúcich skúseností z oblasti vysokofrekvenčných zariadení, ktoré doteraz nemali ako získať.

Takýmito prevádzkovými vlastnosťami, „novými“ z hľadiska EMC, sa v súčasnosti prejavujú napríklad aj snímače či frekvenčné meniče elektrických pohonov a ich ovládanie, ktoré sa s novšími generáciami zariadení stávajú na jednej strane čoraz závažnejšími zdrojmi rušenia, na druhej strane analógové aj digitálne vstupy takýchto zariadení pracujú s nižšími napäťovými úrovňami v širšom frekvenčnom pásme, s vyššími vzorkovacími frekvenciami, z čoho vyplýva ich ľahšia zarušiteľnosť. V porovnaní so staršími generáciami použitých zariadení sa tým výrobné linky stávajú citlivejšie aj na existujúce rušenia, ktoré pred aplikovaním novších zariadení nespôsobovali nestabilitu či výpadky systémov. Asi netreba ozrejmovať, že tieto negatívne vlastnosti modernejších zariadení sú zanedbateľným mínusom oproti prínosu využívaním nových funkcií alebo zlepšením prevádzkových vlastností z technického aj ekonomického hľadiska.

Čoraz častejšie veľkú úlohu zohrávajú také detaily elektrických rozvodov, ako indukčnosť prívodov, blízkosť ďalších vodičov a kovových povrchov, intenzita pretekajúcich prúdov a najmä povrchový jav, takzvaný skinefekt. Uzemnenia zariadení a vodičov už nestačí realizovať a kontrolovať len z hľadiska noriem zameraných na bezpečnosť prevádzky. Tento spôsob spoľahlivo vedie k problémom už pri oživovaní zariadení.

U nás v prevádzke sa osvedčilo zadeliť elektrické káblové vedenia aspoň do štyroch skupín, z ktorých by každá mala byť inštalovaná dôsledne podľa zásad EMC. Niekedy treba vyčleniť kritické vedenia aj mimo rámca týchto skupín a úplne ich osamostatniť, prípadne cielene na kritických frekvenciách tieniť a filtrovať. V praxi to však znamená kompromis medzi požiadavkami inštalácie, zohľadňujúcimi EMC a rozumnou úrovňou zvýšenia nákladov či už priamo nákladmi na tienené káble, špeciálne filtre a iné vyhotovenie káblových žľabov, alebo nepriamo napríklad zvýšenou prácnosťou pri jej realizácii.

Vytváranie skupín vodičov s podobnými vlastnosťami z hľadiska EMC preferujú a podporujú čoraz viac samotní výrobcovia odporúčaniami priamo v technickej dokumentácii výrobkov, samostatnými firemnými publikáciami alebo aj nepriamo cez publikácie organizácií zastrešujúcich výrobcov najmä automatizačnej techniky, aby uľahčili aplikovanie svojich elektrických a elektronických prvkov a zrejme tiež aby predchádzali zbytočným problémom, resp. reklamáciám pri využívaní ich produktov.

Triedenie vedení s ohľadom na EMC býva bežne v nasledujúcej forme:

  1. veľmi citlivé (napr. vodiče analógových signálov),
  2. citlivé (digitálne signály, vodiče k snímačom, 24 V rozvody...),
  3. zdroj rušenia (rozvody 230 V a viac, prívody od stýkačov k elektromotorom...),
  4. zdroj silného rušenia (vodiče od frekvenčných meničov k motorom, zváracie káble,...).

Okrem zdrojov rušení vznikajúcich priamo v rozvodoch technologických zariadení treba uvažovať aj cudzie zdroje súvisiace napríklad s mobilnými sieťami telefónnych operátorov alebo poskytovateľov internetového pripojenia. V neposlednom rade môže byť rušenie prijímané cez napájacie káble z rozvodov elektrickej energie.

Pri realizácii elektrických rozvodov je najlepšie všetky spomenuté faktory v čo najväčšej miere implementovať už do návrhu elektrických rozvodov, či už formou odporučení, alebo priamo predpísaných postupov a použitých odrušovacích komponentov v projekte. Problémy môže totiž spôsobiť napríklad aj úhľadne stočený, zbytočne dlhý kábel v blízkosti vodičov s vyššou úrovňou rušenia, pričom v určitých prípadoch stačí viesť vodiče vedľa seba po dĺžke necelého metra, aby došlo k naindukovaniu impulzov s úrovňou aj stovky voltov schopných odstaviť alebo zničiť frekvenčný menič cez kábel k elektromotoru.

Aplikovanie zásad EMC pri predchádzaní rušeniu a najmä jeho odstraňovaní kladie vysoké nároky na vedomosti zodpovedných pracovníkov aj z oblasti šírenia elektromagnetického vlnenia, rezonátorov a filtrov. Tu majú vplyv okrem bežných elektrických veličín charakteristických pre nízkofrekvenčné aplikácie aj parametre typické pre vysokofrekvenčné zariadenia, napríklad povrchový odpor a indukcia vodičov na určitých frekvenciách, permitivita a permeabilita použitých materiálov v cievkach, kondenzátoroch a v neposlednom rade v izoláciách použitých káblových rozvodov, čím sa napríklad menia aj nároky na správny výber káblov a vhodné vyhotovenie vodičov a tienení.

Aj keď nezanedbateľnú časť vplyvov rušenia možno obísť modernými prostriedkami, napríklad rozvodmi s optickými káblami či dátovými prenosmi s vyššou redundanciou, takéto technológie sa nedajú aplikovať všade a nie vždy vyriešia všetky problémy. Nezanedbateľným efektom ich implementácie sú aj výrazne vyššie náklady pri ich realizácii a servisovaní.

Ako sa postupom času ukazuje, rušenie a minimalizácia jeho vplyvu na zariadenia sa najmä pre svoju zložitosť stáva samostatnou odbornosťou, ktorú bude v praxi nutné akceptovať v menšom rozsahu možno iba formou konzultácií so špecialistami a v prípade rozsiahlejších projektov participovaním firiem zaoberajúcich sa touto oblasťou už aj na úrovni predprojektovej prípravy.