EMC

Co je to „elektromagnetická kompatibilita“? Slouží dnes k něčemu, nebo se snad jedná o přežitek? Proč většina spotřební elektroniky nevydrží úder blesku do rozvodné sítě v okolí a proč si lidé na sídlištích pořizují stále silnější Wi-Fi? Má elektromagnetické záření („elektrosmog“) kolem nás vliv na živé organismy?

Problematika EMC je velmi komplexní obor, který se nás všech bezprostředně dotýká, a to logicky zvláště dnes, v době, kdy je elektronika přítomná takřka ve všech oblastech našeho života. EMC nedovolí vaší sousedce, aby rušila vaši televizi, když si zrovna bude fénovat vlasy.

Mezinárodně uznávaná zkratka EMC pochází z anglického „electromagnetic compatibility“.
Každé elektrotechnické zařízení vyzařuje do svého okolí elektromagnetické rušení a zároveň je okolím s dalšími zařízeními ovlivňováno. Normy EMC definují limity elektromagnetického rušení, které naše spotřebiče mohou vyzařovat do okolí, a zároveň limity, na které tyto spotřebiče musí být odolné.

Historie

Elektromagnetická kompatibilita jako samostatná vědeckotechnická disciplína vznikla v šedesátých letech 20. století v USA a poměrně dlouhou dobu byla v zájmu jen úzkého okruhu odborníků pracujících ve vojenském a kosmickém průmyslu. S prudkým rozvojem elektroniky (zejména mikroprocesorové a komunikační techniky) v posledních desetiletích a jejím pronikáním do všech oblastí každodenního života se problematika EMC stále více dotýká nás všech.

H. M. Schilke, jeden ze zakladatelů EMC již v roce 1968 řekl: „Systém sám o sobě může být dokonale spolehlivý – bude však prakticky bezcenný v provozu, pokud současně nebude elektromagneticky kompatibilní. Spolehlivost a elektromagnetická kompatibilita jsou neoddělitelné požadavky na systém, který má fungovat v každé době a za všech okolností.“

Důsledky nedodržení EMC v praxi

Nízká odolnost a celkové nerespektování zásad EMC může mít dokonce až tragické následky.:

  • Diagnostická souprava na jednotce intenzivní péče nemocnice v Praze monitorovala dech, tep a teplotu pacientů. Spínání okolních spotřebičů však vyvolávalo v kardioskopu přídavné pulsy, které byly vyhodnocovány jako nesynchronní tep srdce. Navíc, vadný startér zářivkového svítidla poblíž jednotky, který spínal každou sekundu, vyvolával trvale hlášení překročení meze tepů a blokoval měření. Celá souprava musela být vzhledem k její naprosté neodolnosti vůči rušení vyměněna za jiný systém od jiného výrobce, splňující požadavky EMC.
  • Zničení stíhacího letounu NATO typu Tornado v roce 1984. Příčinou katastrofy bylo rušení elektronického řídicího systému letadla elektromagnetickým vlněním. Letadlo letělo ve výšce 230 m rychlostí 800 km/h nad vysílačem velkého výkonu u Mnichova v Německu. V důsledku selhání autopilota se letadlo zřítilo.
  • Potopení britského křižníku Sheffield v roce 1982 během falklandské války. Příčinou bylo nedodržení elektromagnetické kompatibility mezi komunikačním zařízením lodi a jejím protiletadlovým systémem rušícím navigaci nepřátelských raket. Ten způsoboval tak velké poruchy, že musel být během rádiového spojení s velitelstvím ve Velké Británii vypínán. V jednom z takových okamžiků odpálilo argentinské letadlo raketu, která křižník potopila.
  • Havárie rakety typu Persching II v Německu v důsledku elektrostatického výboje. Při převozu rakety byl její pohon neúmyslně odpálen elektrostatickou elektřinou z okolní bouřky.
  • Havárie v hutích na východním pobřeží USA v roce 1983. Příčinou havárie bylo rušení mikroprocesorového systému řízení jeřábu, přenášejícího licí pánev s tekutou ocelí příruční vysílačkou. Pánev se převrhla.
  • Havárie systému hromadného dálkového ovládání těžních mechanismů na Náchodsku. Těžní stroj o výkonu 3,4 MW byl připojen k rozvodné síti 35 kV přímo, bez odpovídající filtrace a kompenzace. Rušivý zpětný vliv pohonu způsobil zhroucení systému hromadného ovládání (a tím i sama sebe) v celé oblasti Náchodska.
  • Z podobných důvodů vznikl havarijní stav v cukrovaru Mělník. Po připojení zařízení s novými měniči o výkonu 200 kW k napájecí síti 22 kV došlo k takovému kolísání a deformacím napájecího napětí, že nastal jejich skupinový výpadek. Ten vyvolaly samy měniče, které byly (dle tehdejších zvyklostí) připojeny bez potřebné filtrace a kompenzace. Vznikla tak opět situace, při níž se zdroj rušení stal obětí vlastního rušení.

Současnost

Evropská legislativa definuje problematiku EMC základní normou IEC 1000-1-1 a souvisejícími normami. Ve zkratce jde o to, aby jakékoliv elektrotechnické zařízení, které si koupíme, bylo použitelné v daném prostředí. Pro domácí prostředí jsou to spotřebiče od elektrického zubního kartáčku, přes počítač, televizi, mikrovlnku, až po indukční sporák.

Pojďme se krátce podívat, jaká kritéria jsou z hlediska EMC kladena na naše domácí spotřebiče. Z důvodu honby za co nejnižší cenou jsou většinou výrobců spotřební elektroniky konstrukční kritéria tlačena na samotnou hranici povinných norem. Zákazníkovi potom jen zbývá smířit se s předpokladem, že to či ono za chvíli vyhodí, v lepším případě do kontejneru na tříděný odpad.

Odolnost

Zařízení musí být dostatečně odolné proti rušení ze vzduchu a z napájecí sítě a odolné vůči přepětí v síti.

  • Harmonické a meziharmonické síťové napětí energetické sítě (ČSN EN 61000-4-7)
  • Krátkodobé poklesy, krátká přerušení síťového napětí (ČSN EN 61000-4-11)
  • Rázový impulz napětí a proudu (IEC 1000-4)
  • Vysokoenergetický rázový impulz napětí a proudu (ČSN EN 61000-4-5)
  • Skupiny rychlých přechodných jevů (rychlé transienty – BURST) (ČSN EN 61000-4-4)
  • Tlumené oscilační vlny (ČSN EN 61000-4-12)
  • Elektrostatické výboje (ČSN EN 61000-4-2)
  • Magnetická pole (ČSN EN 61000-4-8, ČSN EN 61000-4-9, ČSN EN 61000-4-10)
  • Vysokofrekvenční elektromagnetická pole (ČSN EN 61000-4-3)

Rušení

Rušení, které zařízení produkuje, nesmí být větší, než definují následující normy:

  • Kompatibilní úrovně pro nízkofrekvenční rušení šířené vedením (ČSN EN 61000-2-2)
  • Popis prostředí vyzařovaných jevů a jevů šířených vedením nevztahujících se k síťovému kmitočtu (ČSN IEC 1000-2-3)
  • Meze pro emise harmonických proudů (ČSN EN 61000-3-2)
  • Omezování změn napětí, kolísání napětí a flikru (ČSN EN 61000-3-3)
  • EMC požadavky na spotřebiče pro domácnost, elektrické nářadí (ČSN EN 55014-1)
  • A další…
Obrázek: Grethe Spongsveen [CC BY-SA 4.0 ], from Wikimedia Commons

EMC biologických systémů

se zabývá celkovým elektromagnetickým pozadím našeho životního prostředí a přípustnými úrovněmi rušivých i užitečných elektromagnetických signálů (přírodních i umělých) s ohledem na jejich vlivy na živé organismy. Biofyzikální výzkumy dodnes nejsou jednoznačné v oblasti vlivu elektromagnetického rušení na člověka a ostatní živé organismy. Biologické účinky elektromagnetického pole totiž závisí na jeho charakteru, době působení i na vlastnostech organismu. Protože nejsou známy biologické receptory el. pole, posuzují se tyto účinky jen podle nespecifických reakcí organismu.

Každý člověk reaguje na působení elektromagnetického pole jinak, protože jeho adaptační, kompenzační a regenerační možnosti a schopnosti jsou individuální. Proto je velmi obtížné analyzovat změny v organismu a na základě statistických výsledků dojít k obecně platným závěrům. To je jeden z důvodů, proč je ve světě zatím jen málo konkrétních klinických studií, a ty co existují, jsou zaměřeny na vyšší expozice elektromagnetickému poli v pracovním procesu. Za potenciální nežádoucí vlivy na člověka lze dnes považovat nejen přímé působení elektromagnetického pole na jeho pracovišti (obsluha vysílačů, radiolokátorů apod.), ale i dlouhodobé působení moderního životního prostředí, kde na nás chtě nechtě kromě vlastních domácích spotřebičů působí také Wi-Fi od sousedů, signál několika mobilních operátorů a podobně.

Problematikou EMC biologických systémů se zabývají některá výzkumná lékařská pracoviště s cílem posoudit odolnost lidského organismu vůči elektromagnetickým vlivům, mechanismy jejich působení apod. U vysokofrekvenčních a mikrovlnných polí jsou relativně objasněny tepelné účinky, které se objeví jako výsledek ohřevu tkání. Účinky elektromagnetického pole na centrální nervový systém, srdečně-cévní, krvetvorný a imunitní systém se přisuzují tzv. netepelným účinkům, déle trvajícím expozicím polí s relativně nízkou výkonovou úrovní. Ani tyto, ani genetické či karcinogenní účinky však zatím nebyly jednoznačně prokázány. Tyto nejednoznačnosti výzkumů způsobily, že v hygienických normách ve světě existují až řádově velké rozdíly v přípustných dávkách elektromagnetického záření.

Odkazy

en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_compatibility (v angličtině)
www.elektrorevue.cz/clanky/01025/index.html
www.elektrorevue.cz/clanky/01036/index.html
www.elektrorevue.cz/clanky/01021/index.html
www.radio.feec.vutbr.cz/emc/index.php?src=node73 (offline)