ZAŠTITA MJERNIH INSTRUMENATA U POLJU DJELOVANJA ELEKTROMAGNETNIH SMETNJI

UVOD

Elektromagnetna kompatibilnost (EMC) je relativno nova disciplina elektrotehnike koja se bavi usklañivanjem rada raznih elektrotehničkih sustava i ureñaja s ciljem što većeg smanjenja njihovog štetnog meñudjelovanja. EMC definiramo i kao sposobnost električne i elektroničke opreme da u zadanom EM okruženju radi pravilno, a da pri tome sama nije izvor smetnji. Problematika EMC prisutna je svuda oko nas. Ona uključuje analizu rada gotovo svih ureñaja: kućanskih aparata, medicinskih ureñaja, radio ureñaja, energetskih postrojenja itd. U slučaju nekompatibilnosti smanjuje se vijek trajanja ureñaja i kvaliteta rada, a u pojedinim slučajevima može doći do ugrožavanja života i zdravlja ljudi. Problematika EMC ima veoma široko frekvencijsko područje i to od najnižih frekvencija do frekvencija od 50 GHz s tendencijom daljnjeg proširenja. Kada se razmatra otpornost ureñaja na EM smetnje obavezno se razmatraju ove električne vrijednosti:

a) otpornost na magnetska i EM polja, b) otpornost na NF smetnje; c) otpornost na elektrostatička pražnjenja.

Kao i drugi ureñaji i električni mjerni instrumenti su osjetljivi na EM smetnje. U ovom radu definisati će se izvore EMI i dati neki odgovori u cilju sprečavanja uticaja smetnji (šuma) na električne mjerne instrumente. U poglavlju I dati su izvori smetnji koji su podjeljeni u elektromagnetskom frekventnom spektru. Najinteresantnija je osnovna podjela na istosmjerne i izmjenične izvore smetnji. U poglavlju II obrañena je zaštita mjernih instrumenata od smetnji. Date su vrste vanjskih smetnji, obrañene pojedine smetnje te vodljivo vezana smetnja kao karakterističan slučaj. Poglavlje III razmatra izvedbe uzemljenja opreme u funkciji eliminisanja vodljivih veza. Obrañuje se uzemljenje u jednoj tački i poredi sa uzemljenjem u više tačaka. Takoñer razmatramo primjenu hibridnih sistema uzemljenja, te sistem uzmljenja šuma i uzemljenje sklopa. U poglavlju IV date su vrste kablova koje imaju dobru zaštitu od elektromagnetne influencije.

2

Peto poglavlje govori o korištćenju oklopljenih kablova u energetskim i industrijskim postrojenjima. Pravi se i usporedba FTP i UTP kablova te donosi zaključak o oklopljenim kablovima. U prilogu A predstavljeni su parametri smetnji, a u cilju pojašnjenja i lakšeg praćenja teksta. Prilog B predstavlja jedan grafički prikaz isplaćenih naknada za oštećenja elektroničke opreme u 1998. godini u Njemačkoj. Prilog C je slika nastanka i širenja veličina interferencije u elektroenergetskom postrojenju. 1. ELEKTROMAGNETSKA KOMPATIBILNOST – OSNOVE Radi boljeg razumjevanja i praćenja problematike elektromagnetne kompatibilnosti, prije svega, potrebno je dati ispravne definicije osnovnih pojmova iz područija elektromagnetne kompatibilnosti. Te definicije su sljedeće: Elektromagnetna kompatibilnost (electromagnetic compatibility-EMC) je udešenost ureñaja, opreme ili sistema da zadovoljavajuće funkcionira u svom elektromagnetnom okruženju bez unošenja nedopustivih smetnji na bilo koji elemenat u okruženju. Elektromagnetna smetnja (distrubance) je svaka elektromagnetna pojava koja može degradirati rad ureñaja, opreme, ili sistema. Elektromagnetna smetnja se može pojaviti u obliku elektromagnetnog šuma, neželjenog signala ili degradacije materijala. Elektromagnetna interferencija ( interference-EMI) je degradacija tj. neželjeno odstupanje od predviñenog načina rada ureñaja, opreme ili sistema, uzrokovana elektromagnetnom smetnjom. Elektromagnetnom interferencijom zovemo pojavu neželjenih napona i/ili struja koji uzrokuju poremećaj u radu opreme. Ti naponi i struje prenose se do opreme voñenjem kroz vodiče ili elektromagnetnim poljem (načini sprezanja). Elektromagnetno okruženje (environment) je sveukupnost elektromagnetnih pojava koje su prisutne u posmatranom području, i ono uključuje sve izvore smetnji kao i puteve i načine sprezanja s njima. Slično, preko istih puteva sprezanja, elektromagnetne veličine u opremi djeluju na njeno okruženje, slika 1.1.

3

Slika 1.1. Multilateralni model interferencije Suština elektromagnetne kompatibilnosti u elektroenergetskom postrojenju je nivo usklañenosti smetnji koje stvara primarna oprema, koja je obični izvor elektromagnetskih smetnji, i odgovarajuće sekundarne opreme koja je sposobna raditi u odreñenom elektromagnetnom okruženju. Stoga je potrebno definirati smetnje koje izaziva primarna elektroenergetska oprema. Posljedice svih smetnji treba detaljno ispitati da bi se mogli razumjeti mehanizmi njihovog nastanka i definirati odgovarajuća rješenja. Geometrijski i elektrotehnički parametri primarnog postrojenja i sekundarnog sistema (nadzor, upravljanje, zaštita i mjerenje) su poznati iz glavnog projekta postrojenja. Sekundarni sistem je u pravilu izložen elektromagnetnim smetnjama i u stacionarnom, a posebno u prijelaznim stanjima primarnog postrojenja. S druge strane i elementi sekundarnog sistema mogu biti izvori takvih smetnji. Da bi se osiguralo ispravno i pouzdano djelovanje sekundarnog sistema, potrebno je identificirati i kvantificirati, u mjeri u kojoj je to moguće potencijalne izvore i puteve prijenosa smetnji, te utvrditi mjere kojima će se njihov uticaj na funkcioniranje i sigurnost elemenata sekundarnog sistema svesti na prihvatljiv nivo. Pažnja mora biti usmjerena na osiguranje elektromagnetne kompatibilnosti u svakoj fazi projekta postrojenja, od definiranja uspostave elektromagnetnog okruženja, definiranja i provjere mjera koje će biti provedene, do potrebnih koraka kada (ako) doñe do preureñenja ili proširenja. Te procedure su navedene u tabeli 1.1.

4

EMC analiza Prepoznavanje (identifikacija) izvora interferencije Odreñivanje veličina interferencije Proračun/procjena/mjerenje sprezanja Odreñivanje interferentne otpornosti interferencijom obuhvaćenih

sekundarnih sistema Mjere za postizanje EMC Mjere na izvorima interferencije Mjere na putevima sprezanja Mjere na prijemniku interferencije Potvrda (dokaz) EMC Izazivanje veličina interferencije sa sklopnim operacijama (na objektu

– u stvarnosti) Simuliranje veličina interferencije u laboratoriji

Tabela 1.1. Procedure za postizanje EMC u elektroenergetskim postrojenjima

Elektromagnetne smetnje u elektroenergetskom postrojenju mogu se podijeliti u slijedeće grupe:

a) Niskofrekventne smetnje u napojnim energetskim dijelovima ureñaja i pripadajućim strujnim krugovima;

b) Visokofrekventne konduktivne smetnje na napojnim energetskim i sekundarnim strujnim krugovima, koje su prije svega posljedica indukcije;

c) Smetnje uzrokovane djelovanjem elektromagnetnog polja što se odražava na sve ureñaje i opremu u elektroenergetskom postrojenju.

Loši spojevi su često osnovni uzrok kod stvaranja šuma tj. neprihvatljivih padova napona, zagrijavanja, prekida u radu. Struje visokih frekvencija kada prolaze kroz spojne vodiče imaju osobine kratkog trajanja, impulsi brzih promjena te veliki raspon u nivoima struja. Uzemljivački sistem u pravilu ima svojstvo povećanja impedanse sa frekvencijom. Ova osobina ograničava djelotvornost uzemljivačkog sistema u smanjenju visokofrekventnih šumova. Prema valnoj teoriji, zemlja i spoj na nju predstavlja diskontinutet serijske impedanse za većinu impulsnih struja brzog porasta i kratkog trajanja. Stoga, taj spoj generira refleksije struje i napona kada se takvi valni oblici narinu na uzemljenje. Takve refleksije se onda šire natrag u zemljovode i prenose se na sve dijelove opreme koja je na njih povezana kroz sistem napajanja ili preko mreže zemljovoda. Osim toga, tok struje kroz zemljovode stvara, zbog neravnoteže struja, velika bliska i udaljena elektromagnetna polja i time oni postaju izvori elektromagnetnih smetnji. Npr. elektromagnetne smetnje nastale zbog toka struje kroz zemljovode stvaraju elektromagnetnu spregu sa susjednim vodičima, odnosno mogu zračiti udaljeno elektromagnetno polje u okruženje kao radifrekventni val u kojem ugroženi vodiči i strujni krugovi djeluju kao antene. Ako su uzemljivački sistem ili pripadajući zemljovodi galvanski spojeni na signalne krugove, onda će na njih izravno djelovati vodljiva strujna elektromagnetna smetnja.

5

1.1. Elektromagnetni frekventni spektar

Elektromagnetni spektar je podjeljen na jonizujući i nejonizujući dio, kao na slici 1.1.(a) Prema frekvenciji, EM zračenje je podijeljeno na jonizujuće i nejonizujuće.

Slika 1.1.(a)

6

Nejonizirajuće zračenje je opšti izraz za dio elektromagnetnog spektra u

kome je energija fotona mala tako da ne može razbiti veze izmeñu dijelova atoma ozračenog materijala, ali ima jake posljedice kao što je grijanje. Da bismo ovo razmotrili posmatrajmo enegiju kvanta pri učestanosti od 50 Hz, datu umnoškom Plankove konstante sa frekvencijom, koja iznosi 2 x 10-13 eV. Pošto je energija potrebna za jonizaciju razbijanjem hemijskih veza tipično oko 1 eV, jasno je da niskofrekventna polja ne izazivaju jonizaciju. Jonizirajuća i nejonizirajuća zračenja su razdvojena u elektromagnetnom spektru. Opšte prihvaćena granica je prihvaćena na talasnim dužinama oko 1(nm) u ultraljubičastom (UV) području. Iznad ove granice je jonizirajuće zračenja, u kome fotoni imaju dovoljnu energiju da fizički promijene atom koji pogode, mijenjajući ga u naelektrisanu česticu zvanu jon. Svi tipovi EM zračenja imaju iste fizičke osobine u smislu divergencije, interferencije, spajanja, i polarizacije; razlikuju se po količini energije. Frekventni opseg EM spektra koji se danas tehnički koristi obuhvata red veličina 1012.

1.1.1. Nejonizirajuće zračenje

Nejonizirajuće zračenje je EM zračenje koje ne posjeduje dovoljnu energiju da izazove jonizaciju u živim organizmima. Prirodni izvori nejonizirajućeg zračenja su rijetki i izrazito slabi. Jedini izvori su sunce, udaljeni pulsari, ostali kosmički izvori, te zemaljski izvori kao što je munja, pretežno u tropskim područjima. Razvojem električnih ureñaja, gustina EM energije oko nas je mnogo veća od prirodnih nivoa.

Uopšteno, EM spektar možemo podijeliti u tri široke oblasti: polja vrlo niskih frekvencija (VNF), radiofrekventno zračenje (RFZ) te nekoherentno optičko zračenje. Veća izdijeljenost EM spektra u ovom dijelu rada zahtijeva novu terminologiju.

1.1.2. VNF električna i magnetna polja

Po definiciji to su polja frekvencije do 3 kHz. Na ovim frekvencijama, talasna dužina je veoma velika (6000 km za 50 Hz i 5000 km za 60 Hz). Električna i magnetna polja, u ovom opsegu, djeluju nezavisno i tako se i mjere. Pošto je 6000/5000-kilometarska talasna dužina, 50/60 Hz-nog zračenja mnogo veća od relevantnih udaljenosti od izvora polja, intenzitet tzv. bliskog polja je znatno veći od tzv. polja zračenja. Praktično, samo 1 (mW) je ozračen sa 10-kilometarskog prenosnog energetskog voda 60 Hz, 500 MW, što je jako mali dio od energije koja se prenosi. VNF polja se koriste u energetskim primjenama (prenos, distribucija, i razne aplikacije) i za stratešku komunikaciju podmornica zaronjenih u morima. VNF polja proizvode veoma različiti ureñaji i postrojenja kako u kući tako i na radnom mjestu. To su na primjer mašine za fotokopiranje, energetski vodovi, transformatori, kućni ureñaju, električni vozovi i računari.

7

1.1.3. Radiofrekventno zračenje (RFZ)

Radiofrekventno zračenje (RFZ) je termin koji se primjenjuje za upotrebu EM talasa za radio i televiziju, radar, i ostale RF/mikrotalasne komunikacione ureñaje. RFZ se sastoji od pokretnih talasa, koji leže u frekventnom opsegu od 3 kHz do 300 GHz. Niži dio RFZ opsega se zove niskofrekventni (NF) opseg. On se definiše od 30 do 500 kHz. Prvenstveno se koristi za pomorske i vazduhoplovne radio navigacijske ureñaje.Srednjefrekventni (SF) opseg obuhvata talase talasne dužine manje od 200 metara i prepušten je eksperimentima i radio amaterima. Visokofrekventni (VF) opseg se definiše od 3 do 30 MHz. Ovaj opseg se tradicionalno koristi za komunikacije. Satelitske usluge postepeno zamjenjuju VF usluge. Interesantan opseg sa širokom primjenom i ureñajima posebno u bežičnoj, mobilnoj, celularnoj, personalnoj i satelitskoj komunikaciji je vrlo visokofrekventni (VVF, ili poznatiji kao VHF) i ultra visokofrekventni (UVF, ili poznatiji kao UHF) opseg od 30 MHz do 3 GHz. Prostiranje iznad 30 MHz je uglavnom u pravoj liniji sa vjerovatnoćom rasijanja. Frekvencije od posebnog interesa za celularne komunikacije su u opsegu od 800 do 900 MHz, dok je opseg frekvencija personalnih komunikacija od 1700 do 2200 MHz. Frekvencija od 2.45 GHz je rezervisana za industrijske, naučne i medicinske ureñaje, a najviše za mikrotalasne pećnice. Frekvencije iznad 3 GHz se mogu podijeliti na super visokofrekventni (SVF) opseg (3-30 GHz) i ekstra visokofrekventni (EVF) opseg (30-300 GHz). Ove frekvencije se koriste za radar, mobilni radio i satelitske potrebe.

1.1.4. Nekoherentno optičko zračenje

Jasna razlika izmeñu oblasti nekoherentnog optičkog zračenja i RFZ javlja se na talasnoj dužini od priblizno 1 mm. Podjela optičkog zračenja je sledeća: infracrveno (IC) zračenje je u oblasti talasnih dužina od 1 mm do 750 nm, vidljiva svjetlost je u opsegu od 740 do 400 nm, dok je ultraljubičasto zračenje od 5 do 400nm.

8

1.2. Polja vrlo niskih frekvencija kao izvori električnih i magnetnih polja

Izloženost ljudi VNF električnim i magnetnim poljima je prvenstveno vezana za proizvodnju, prenos i upotrebu električne energije. Različiti izvori VNF polja se nalaze u našoj okolini, kući i radnom mjestu. Ove izvore možemo podjeliti u dvije grupe: jednosmjerne (DC) i naizmjenične (AC). 1.2.1. Jednosmjerni izvori (DC izvori) Polja jednosmjerne struje su poznatija i kao statička polja, jer se ne mjenjaju tokom vremena. Njihova frekvencija je jednaka nuli pa je talasna dužina beskonačna. U takvom slučaju, kolo prenosi svu energiju i ne zrači nimalo. Prema tome, možemo imati samo polje. Pošto je polje statičko, nema pobuñivanja okolnih molekula pa prema tome ni grijanja. DC polje može izazvati peckanje kada stojimo blizu viskonaponskog izvora. Daćemo primjer jednog prirodnog i jednog vještačkog DC izvora.

1.2.1.1. Magnetosfera

Zemlja proizvodi polje, koje je skoro statičko. Zemljino statičko električno polje ima vrijednost oko 120 V/m pri površini, dok je intenzitet Zemljinog magnetnog polja oko 50 Tµ skoro svuda širom Zemlje. Zemlju možemo zamisliti kao magnet prikazan na slici 1.2.

Slika 1.2.

Linije magnetnog polja se protežu izmeñu sjevernog i južnog pola kao izmeñu polova stalnog magneta. Na sjevernom polu Zemlje, linije magnetne indukcije su usmjerene ka Zemlji; na južnom polu Zemlje su usmjerene od Zemlje. Nelektrisane čestice bivaju zarobljene ovim poljem, formirajući magnetosferu, koja je dio svemira blizu Zemlje, odmah iznad jonosfere.

9

Zemljina magnetosfera je dinamički pojas plutajuće plazme voñene magnetnim poljem, koja ponekad dolazi u dodir sa sunčevim magnetnim poljem. Magnetosfera se prostire u svemiru od Zemlje otprilike 80 do 60000 km sa strane prema Suncu do 300000 km udaljenosti na strani okrenutoj od Sunca. U magnetosferi se nalazi hladna plazma koja potiče iz jonosfere, vruća plazma koja potiče iz spoljašnje strane sunčeve atmosfere, i još topliju plazmu ubrzanu do ogromnih brzina, koja se može i usijati na gornjim slojevima zemljine atmosfere stvarajući polarnu svjetlost bilo na južnoj ili sjevernoj hemisferi. Magnetosfera ima nekoliko komponenti, ponekad upijajući sunčeve zrake, a ponekad ih i odbija. Geomagnetski pojačavajući efekt utiče da su oboljenja od raka, nastala od sunčevog zračenja češća u industrijskim nacijama na većim geografskim širinama. Sila sunčanih vjetrova potiskuje magnetosferu, stiskajući je sa strane prema Suncu i razvlačeći je na noćnoj strani u dugi rep. Ovaj efekt se zove magnetni rep, koji se proteže hiljadama kilometara u svemir. Solarna aktivnost izaziva geomagnetski indukovane struje, koje mogu teći unutar i izvan električne mreže kroz razne tačke uzemljenja. Frekvencija ovih struja je jako mala (ispod 1 Hz) , pa je možemo svrstati u skoro jednosmjernu struju. Struje izmjerene u Sjevernoj Americi su 184 A i 200 A u Finskoj.

1.2.1.2. Magnetna rezonanca

Magnetna rezonanca je postala značajno dijagnostičko sredstvo kojim se dobija kvalitetan uvid u unutrašnjost ljudskog tijela. Stacionarno magnetno polje stvara ureñaj koji se zove magnetno rezonansni skener (MRS). MRS može podvrći unutrašnjost tijela intenzitetu i do 2 T u kratkom vremenskom periodu. Vjeruje se da je ta vrijednost bezopasna u tom vremenskom periodu, ali dulje izlaganje ili veća vrijednost magnetne indukcije može poremetiti rad srca.

1.3. Naizmjenični izvori (AC izvori) AC polja nastaju u toku prenosa, distribucije i upotrebe električne energije. Frekvencija VNF polja zavisi od izvora polja. Iako su dominantne frekvencije od 50 i 60 Hz, ljudi su uglavnom izloženi mješavini frekvencija, od kojih neke mogu biti i mnogo veće. Na primjer, frekvencije odreñenih dijelova elektronske opreme televizora ili monitora mogu ići i do 50 kHz. Pored toga prilikom isključenja mogu se javiti nagli pikovi u talasnim oblicima struje i napona, dovodeći do visokofrekventnih prelaznih stanja koja mogu da prouzrokuju i zračenja frekvencije od nekoliko MHz. Takoñe nelinearne karakteristike električnih ureñaja mogu da dovedu do stvaranja značajnih harmonika na frekvencijama od nekoliko kHz. Električna i magnetna polja su komponente EM polja. Električna polja se stvaraju u ureñajima koji su uključeni u instalacijske mreže, ali ti ureñaji ne moraju biti u pogonu. Od njih se lako zaštiti ili ih promijeniti raznim lako dostupnim, jeftinim, materijalima. Stavljanjem u rad ureñaja nastaje struja koja proizvodi magnetna polja. Magnetna polja prolaze kroz Zemlju, ljude, i najveći dio materijala. Njih je teško ograničiti.

10

Jačina VNF magnetnog polja opada sa udaljenošću od izvora. Na primjer, za jedan provodnik jačina magnetnog polja je obrnuto proporcionalna udaljenosti od izvora. Jačina magnetnog polja opada sa kvadratom udaljenosti, od izvora koji se sastoji od više provodnika. Jačina magnetnog polja opada sa kubom udaljenosti, od izvora koji je oblika navojka ili kalema. Ove relacije su značajne kada želimo da smanjimo jačinu magnetnog polja. Malo detaljnije ćemo obraditi 4 tipa AC izvora:

1.3.1. Polje koje isijava jedan provodnik

Usamljen prav provodnik se smatra osnovnim izvorom polja. Moguće je odrediti intenzitet magnetne indukcije u svim tačkama u prostoru oko njega. Tipični predstavnici ove grupe izvora su kablovi, dugački provodnici, struje u vodovodnim instalacijama i struje uzemljenja, električna željeznica, električna podzemna željeznica i sistem za trolejbuse. Oblik polja je prikazan ranije na slici 1.3.

Slika 1.3.

1.3.2. Polje koje isijavaju dva provodnika

Magnetno polje para struja suprotnih smjerova u dva paralelna provodnika na nekoj maloj udaljenosti d opada sa kvadratom udaljenost od para provodnika, slika 1.4.

Slika 1.4.

Izraženo formulom: B= 2Id / r2 . Gajtani električnih ureñaja, prenosne i distributivne mreže spadaju u ovu grupu izvora.

11

1.3.3. Navojak kao izvor EM polja Jedan navojak se može takoñe smatrati tipičnim izvorom polja. On postoji u naizmjeničnim motorima, transformatorima, računarima, izvorima električne energije, električnim pećima i mikrotalasnim pećima.

1.3.4. Trofazni izvori

Električna energija se prizvodi i distribuira koristeći trofazni naizmjenični sistem. Svaki od tri fazna napona i struje se predstavlja intenzitetom efektivne vrijednosti i početnom fazom, a meñusobno su fazno pomjereni za 2π / 3 (1200).

Magnetno polje simetričnog trofaznog voda sastavljenog od tri horizontalna ili vertikalna provodnika na jednakoj udaljenosti d jedan od drugoga opada sa kvadratom rastojanja što možemo opisati formulom: B=3.46 x I x d.

1.4. VNF polja u našem okruženju Mada su gore navedeni izvori sastavni dijelovi ureñaja u našoj okolini, pogodnije nam je da polja posmatramo na taj način da posmatramo upravo te ureñaje kao izvore polja. U tom smislu svo okruženje u kojem čovjek boravi izloženo je VNF magnetnim i električnim poljima koja potiču iz mnogo izvora: prenosnih vodova koji povezuju elektrane i domove preko distributivnih vodova i kablova koji razvode energiju do naših kuća, škola, i radnih mjesta, transformatorskih stanica, transformatora, instalacija u našim kućama i zgradama, prevoza i različitih električnih ureñaja.

1.4.1. Elektroenergetski sistem

Slika 1.5.

12

Ako se pogleda slika tipičnog elektroenergetskog sistema, slika 1.5., izvlači se zaključak da je prenosni dio glavni izvor električnog i magnetnog polja, zbog visokog linijskog napona. Meñutim, električne instalacije i distributivni dio sistema su poznati kao značajni izvori magnetnih polja u našem okruženju.

1.4.2. Nadzemni energetski vodovi

Prenosne i distributivne vodove možemo nazvati jednim imenom energetski vodovi. Nadzemni energetski vodovi su najjeftiniji način za prenos električne energije. Obično su sastavljeni od paralelnih žica, koje prenose najveći dio energije sa jako malim gubicima, odnosno malom izračenom energijom. Polje izmeñu žica je intenzivno, ali obično je zatvoreno izmeñu njih. Magnetna polja koja proizilaze iz energetskih vodova su odreñena intenzitetom struje koja teče kroz vodove, blizinom žica, visinom voda iznad površine tla i udaljenošću jednog energetskog voda od drugog. Na slici 1.6. je prikazana moguća raspodjela magnetnog polja u zavisnosti od primjenjene izvedbe voda. Pod a) su prikazane linije magnetnog polja jednog provodnika, pod b) trofaznog niskonaponskog voda, pod c) dva trofazna sistema na jednom stubu, i pod d) dva trofazna sistema na jednom stubu (transponovane faze). Širom svijeta postoje ogromne energetske mreže. To znači da je skoro kompletna ljudska populacija izložena poljima raznih dijelova energetskog sistema. Razlika je samo u stepenu izloženosti koja varira u danu, danima sedmice, godišnjem dobu i temperaturi okoline. Najjača polja se obično nalaze ispod visokonaponskih prenosnih vodova; meñutim, intenzitet polja zavisi od intenziteta struje. Vrijednosti variraju od 40 do 1 µ T za linijski napon od 400 kV do 415 V. Američki istraživač Zafanela je odreñivao polja prenosnih vodova i odreñenih struktura distributivnih vodova. Srednja vrijednost je bila u opsegu od 0.09 do 0.38 Tµ za prenosne vodove, a za distributivne vodove utvrdio je vrijednosti od 0.01 do 0.02 Tµ .

Slika 1.6.

13

1.4.3. Kablovi

Pod kablom podrazumjevamo odreñenu dužinu izolovanog provodnika ili više njih, od kojih je svaki provodnik posebno izolovan. Postoje različite vrste kablova od onih sa olovnim plaštem do običnih fleksibilnih kablova za uobičajne kućne ureñaje. Ovdje posmatramo energetske kablove koji se polažu u zemlju i služe da prenose energiju od jedne do druge tačke sistema. Karakteristični su za gradske sredine. Pojedinačni provodnici kabla su sada bliže nego kod nadzemnih vodova, što dovodi do većeg poništavanja polja a time i do smanjenja intenziteta polja. Meñutim, smanjenjem udaljenosti od površine polja tako oslabljena polja mogu da budu jača od polja nadzemnih vodova. Američki naučnik Zafanela je mjerio vrijednosti magnetnog polja od podzemnih distributivnih vodova u domovima i dobio vrijednosti od 0.03 Tµ sa oko 5 % rezultata iznad 0.13 Tµ (ovo je rezultat za 75 % svih domova).

1.4.4. Transformatorske stanice Transformatorske stanice su jedne od najvažnijih dijelova u energetskom sistemu, koje služe za promjene naponskih nivoa. Često su locirane blizu škola i kuća, prema tome, moramo ih razmotriti kao izvore električnih i magnetnih polja. Imaju mnoge funkcije u prenosu i kontroli toka električne energije. Postoji nekoliko načina za izgradnju transformatorskih stanica radi postizanja pouzdanog elektroenergetskog sistema. U suštini one su sklop opreme kao što su prekidači, rastavljači, uzemljivači, uz naravno transformatore namijenjene regulisanju i mijenjanju napona. Transformatori su izvori jakih magnetnih polja jer im se princip rada zasniva na vremenski promjenljivim magnetnim poljima. Problem magnetnog polja, kod trafansformatorskih stanica, je složeniji pošto struje koje ulaze ili izlaze iz stanice nisu, u opštem slučaju, simetrične.

Polja koja proizvodi oprema stanice slabe sa udaljenošću i ne šire se van fizičkih granica stanice. Meñutim, magnetna polja u blizini stanica su jača nego u ostalim dijelovima zbog fizičkog spuštanja energetskih linija koje ulaze ili izlaze iz stanice. Aproksimativne vrijednosti koje možemo naći na udaljenosti ograde tansformatorske stanice zavise od nivoa napona: 10 Tµ za 275-400 kV stanice i 1.6 Tµ za stanice 11 kV.

1.4.5. Transformatori

Transformatori su ureñaji koje se obično koriste za prilagoñavanje napona i struja električnom kolu tako da bismo najbolje iskoristili energiju prilikom prenosa i distribucije. Kao samostalne ureñaje nalazimo ih u seoskim sredinama te u gradskim sredinama. Takvi transformatori snižavaju napon na 380/220 V, to jest na napon koji se koristi u kućnim instalacijama. VNF polja u blizini transformatora mogu biti velika, ali zbog malih gabarita ureñaja jačina polja opada naglo sa udaljenošću od transformatora, kao za navojak kao izvor. Mjerenja na nivou ulice direktno ispod transformatora montiranih na stubu nisu mnogo veća nego ispod nadzemnih energetskih vodova.

14

1.4.6. Električne instalacije

Prosječna vrijednost magnetnih polja u kućama koje su udaljene od energetskih vodova i transformatorskih stanica je mala. Srednja vrijednost za kuće u većim gradovima je oko 0.1 µ T. Vrijednosti u manjim gradovima i selima je pola te vrijednosti. U metropolama, oko 10% kuća ima bar jednu sobu gdje vrijednost polja prelazi 0.2 µ T. U susjedstvu energetskih vodova i transformatorskih stanica jačine magnetnih polja su još veće. Utvrñeno je da 0.5% kuća ima vrijednosti magnetnih polja koje prelaze 0.2 µ T. Za komercijalne zgrade, transformatori i razvodni ormani su smješteni u posebnim prostorijama u tim zgradama; sa druge strane, u objektima na periferijama grada transformatori su u posebnim objektima. Vrijednosti polja u područjima oko takvih prostorija, odnosno objekata idu od 1 µ T do 10 mT.

1.4.7. Prevozna sredstva

Električni tramvaji i vozovi su takoñe izvori statičkih i VNF polja. Za električnu vuču se negdje koristi jednosmjerna, a negdje naizmjenična struja. Blizu podova unutar putničkih vagona statička polja mogu dostići 0.2 mT, dok magnetna naizmjenična polja mogu dostići nekoliko stotina µ T. Na nivou sjedišta putnika, električna polja mogu doseći i 300 V/m, dok magnetna polja dostižu vrijednosti od nekoliko desetina µ T. Vrijednosti nivoa zavisi od dizajna električne opreme i lokacije te opreme unutar vozne kompozicije. Vučni motori i oprema su često smješteni ispod podova u putničkim vagonima. Oni stvaraju veoma intenzivna polja u području poda ispod koga se nalaze. Još dodatno, putnici su izloženi magnetnim poljima od izvora koji se nalaze uz tračnice.

1.4.8. Električni ureñaji

Svi električni ureñaji, tokom rada, proizvode magnetna polja. Takva polja, u opštem slučaju, opadaju obrnuto srazmjerno trećem stepenu udaljenosti, i prema tome značajna su samo na malim udaljenostima od ureñaja.

Izvor Magnetno polje u Tµ

(udaljenost 30 cm) Magnetno polje u Tµ

(udaljenost 90 cm) Kancelarijski ureñaji

Monitor 0.02-13.00 0.001-0.9 Kopir mašina 0.005-1.80 0.00-0.2 Fax mašina 0.00-0.016 0.00-0.003

Fluroscentno svjetlo 0.5-2.00 0.02-0.25 Štampač 0.07-4.3 0.02-0.25 Skener 0.2-2.60 0.009-0.3

Radni ureñaji Električna bušilica 0.02-3.3 0.003-0.8 Stolarska testera 0.05-1.4 0.005-0.075

Kuhinjski ureñaji

Aparat za kafu 0.009-0.7 0.00-0.06 Mašina za suñe 0.5-0.8 0.08-0.16 Električni šporet 0.15-0.5 0.01-0.04 Mikrotalasna peć 0.05-5 0.011-0.45

Mikser 0.05-4 0.009-0.4 Zamrzivač 0.01-0.3 0.001-0.06

Toster 0.03-0.45 0.001-0.05 Ureñaji u sobama

Analogni sat 0.18-4.1 0.003-0.32 Digitalni sat 0.03-0.57 0.00-0.13

Prenosni radio 0.04-0.4 0.003-0.1 Usisivač 0.7-2.2 0.05-0.13

Ureñaji u kupatilu Električni brijač 0.01-10 0.01-0.3

Fen za kosu 0.01-7 0.01-0.03 Ureñaji u dnevnoj sobi

Ventilator 0.04-8.5 0.03-0.3 Televizor u boji 0.02-1.2 0.007-0.11

Neki drugi ureñaji Pegla za veš 0.15-0.3 0.025-0.035

Mašina za veš 0.15-3 0.01-0.15

Tabela 1.2.

U tabeli 1.2. data je lista tipičnih ureñaja i njima pridruženih vrijednosti

naizmjeničnih magnetnih polja.

Vidimo da su električni ureñaji kao što su mašine za fotokopiranje značajni izvori EM polja i mogu da emituju jaka polja kada su u režimu čekanja, a čak i dvostruke vrijednosti kada rade. Odreñene industrije imaju opremu koja proizvodi velika magnetna polja. U elektroenergetskim sistemima to su generatorske sabirnice i neki reaktivni elementi u stanici. U drugim industrijama, odreñeni zavarivači, grijači i elektrolitički procesi mogu proizvesti velika polja.

16

2. ZAŠTITA MJERNIH INSTRUMENATA OD SMETNJI

Zbog dugog vlastitog titrajnog vremena (rezonantne frekvencije) instrumenti s neposrednim pokazivanjem osjetljivi su na smetnje čija je frekvencija reda veličine 1 Hz ili manja. Kako su smetnje tih frekvencija rijetke, možemo slobodno reći da su ti instrumenti neosjetljivi na smetnje. Na žalost to se ne može tvrditi za elektroničke instrumente, jer se i najmanja smetnja u frekvencijskom pojasu pojačala pojačava zajedno sa mjerenim signalom i izaziva pogrešku. Njezin iznos ovisi o odnosu razina smetnje i signala. U mjernoj praksi često valja mjeriti i signale niske razine, tj. one čije su amplitude manje od 100 mV. Takvi se signali radi mjerenja ili daljnje obrade pojačavaju. Nažalost, postoje mnogi izvori, koji u vodovima sa mjernim signalom induciraju neželjene signale tzv. smetnje (interference signals), ili šum (nois), a koje se pojačavaju skupa sa mjerenim signalom. Kako je moguće da razina smetnji bude istog reda veličine kao i mjereni signal, pa i više, bitno se smanjuje pouzdanost mjerenja. Zato je vrlo važni dio svakog mjernog postupka upravo otkrivanje izvora smetajućeg signala i poduzimanje mjera za otklanjanje ili bar smanjivanje njegova uticaja. Mjere za otklanjanje smetnji često su različite za svaki pojedini mjerni sklop, pa postoji veliki broj kombinacija.

Smetnje mogu nastati i u samom ispitivanom (i)ili mjernom ureñaju. Izvori tih smetnji mogu biti različiti, ali načelno smetnje možemo podijeliti na unutarnje i vanjske.

Unutarnje smetnje nastaju na samim elementima elektroničkih sklopova, a najčešće su prouzročene promjenama temperature (termički ili Johnsonov šum), gibanje nosilaca naboja u poluvodičkim komponentama (Schottkyev šum), gibanje ili titranje vodiča u magnetskom polju itd. Meñutim, tim se smetnjama nećemo baviti.

2.1. Vanjske smetnje

Ima veliki broj smetnji koji nastaju izvan ureñaja tzv. vanjske smetnje. One se mogu podijeliti prema tome kako nastaju ili kako se prenose. Tako, ako vodičem teče struja u njegovoj okolini postoji magnetsko polje. Izmeñu dva vodiča postoji kapacitet i promjena napona jednog od vodiča će se preko tog kapaciteta prenositi na drugi vodič.

Izvori vanjskih smetnji su izvan ureñaja, a prenose se na ureñaj kapacitivnim i induktivnim putem te petljama nastalim uzemljivanjem mjernog sklopa, tzv. smetnje zajedničkog potencijala (common-mode interference). Postoje još elektromagnetske i vodljivo vezane smetnje.

17

2.1.1. Kapacitivno vezane smetnje Uzrok kapacitivno vezane smetnje prikazan je na slici 2.1.(a). Neka npr. u blizini vodiča A, koji spaja izvor mjerenog napona i mjerni instrument, postoji vodič B (smetajući izvor) na naponu UB = 220 V frekvencije 50 Hz, kojim ne teče struja (npr. vodič do utičnice u zidu na koju nije priključeno trošilo).

Slika 2.1. Kapacitivno vezana smetnja: a) parazitski kapaciteti vodiča A i B; b) nadomjesna šema; c) oklapanje vodiča A; d) nadomjesna šema s oklopljenim vodičem

18

Izmeñu vodiča A i B postoji kapacitet C, a svaki od vodiča ima kapacitet CAZ i CBZ prema zemlji. Izlazni otpor mjerenog izvora (izvor nije prikazan) i ulazni otpor

mjernog ureñaja neka su iznosa 2R i jednim krajem uzemljeni. Nadomjesna šema prikazana je na sl. 2.1.(b). Otpor R je paralelna kombinacija dvaju otpora 2R.

Kapaciteti su reda veličine pF, a otpori reda MΩ , pa je pri nižim frekvencijama: R< <l/ω CAZ.

Kapacitet CBZ, paralelan s izvorom UB, ne pridonosi smetnji u vodiču A. Kapacitetom C teći će struja iz petlje B u petlju A. Napon smetnje na otporu R bit će:

UA = ω RCUB. Dakle, kapacitivna smetnja povećava se sa povećanjem ulazne impedance instrumenta, povećanjem kapaciteta izmeñu smetajućeg izvora i mjernog sklopa, povišenjem napona i frekvencije smetajućeg izvora. Uz konstantan napon i frekvenciju izvora smetnji, kapacitivnu smetnju možemo smanjiti: 1) povećanjem razmaka izmeñu vodiča A i B, jer se time smanjuje kapacitet (C1). 2)vrlo dobra zaštita od ove vrste smetnje je oklapanje vodiča A.

Ovisno o duljini kabla oklop se uzemljuje na jednom ili na oba kraja (sl. 2.1.(c)). Time se kapacitivna struja smetnje odvodi u zemlju te ne ulazi u mjereni krug (sl. 2.1.(d)). Važno je da neoklopljeni dio kabla koji je potreban za spoj s mjernim instrumentima bude što kraći.

Najbolja zaštita, sa stepenom korisnog dejstva 80 % do 98 %, postiže se koaksijalnim kablovima. Kvalitet zaštite ovisi o veličini "oka" mrežastog oklopa kabela. Neke izvedbe koaksijalnih kablova imaju neprekinuti oklop, pa se njima postiže stepen zaštite 100 %. 2.1.2. Induktivno vezane smetnje Induktivne smetnje nastaju djelovanjem magnetskog polja smetajućeg vodiča protjecanog strujom. Na sl. 2.2.(a) prikazan je primjer kada vodičem B teče izmjenična struja iznosa IB, a njezino magnetsko polje zahvaća petlju koju čine: otpor mjerenog izvora (R)-vodič B-otpor mjernog instrumenta (R)-zemlja. Zbog toga se u vodiču A inducira napon smetnje UA=ω BAcos β , gdje je: ω – kružna frekvencija struje IB, B – magnetska indukcija, A – površina petlje vodiča A, β -kut što ga stvaraju ravnine petlji vodiča A i B. Ako su te ravnine paralelne β = 0°, kako je to prikazano na sl. 2.2.(a), smetnja je najveća, a kada su meñusobno okomite (crtkano), smetnje nema. Napon UA protjerat će u mjernoj petlji struju razmjernu otporu petlje.

1 1 Kapacitet izmeñu dva vodiča promjera d, koji su meñusobno razmaknuti na udaljenost D> 3d, je C = π × ε 0 / ln(2D/d) F/m, gdje je ε 0 dielektrična konstanta vakuuma (8,85xI0-12 F/m)

19

Ta se smetnja naziva serijskom ili transverzalnom, jer se na otporu mjernog instrumenta pojavljuje serijski tj. na isti način kao i mjereni signal sl. 2.2.(b). Pojavu smetnji možemo promatrati i kao posljedicu meñuinduktivne veze dviju petlji, kako je to prikazano na nadomjesnoj šemi na sl. 2.2.(c).

Slika 2.2. Induktivno vezana smetnja: a) Veza izmeñu vodiča A i B; b) nadomjesna šema; c) nadomjesna šema za meñuinduktivnu vezu; d) djelovanje oklopa od dobro vodljiva mekog magnetskog materijala Ta se smetnja može smanjiti ili ukloniti: povećanjem razmaka izmedu izvora smetnji i mjernoga kruga, smanjivanjem površine petlji izvora smetnji i mjernoga kruga (npr. uplitanjem vodiča), povećanjem kuta izmedu vodiča, stavljanjem prikladne brane za smetnju na ulazu u mjerni instrument (ako se frekvencije smetnji i mjerenog signala dovoljno razlikuju) i oklapanjem mjernoga kruga dobro vodljivim mekim magnetskim materijalom ili, još bolje, slojevima magnetski i električki (bakar ili aluminijum) dobro vodljivih materijala.

Budući da magnetski materijal kojim je oklopljen stićeni sklop A ima mnogostruko veću permeabilnost µ Fe od okolnog prostora ( µ 0 za zrak), tj. veću magnetsku vodljivost, magnetske će silnice smetajućeg toka Φ prolaziti njime i neće prodirati u unutrašnji prostor sl. 2.2.(d). Električki dobro vodljivi oklop štiti

20

od induktivnih smetnji tako da se u njemu, pod utjecajem vanjskog izmjeničnog magnetskog polja, induciraju struje. Te struje, po Lenzovom pravilu, stvaraju polje takvog smjera da poništava polje koje ih je prouzrokovalo.

Dobra zaštita postiže se i koaksijalnim (suosnim) kabelima, jer su oba vodiča cijelom duljinom tijesno jedan uz drugoga.

Valja spomenuti da postoje razlike izmedu kapacitivnih i induktivnih

smetnji. Prvo, smanjivanjem otpora smetanog kruga induktivna se smetnja ne smanjuje, kao što je to kod kapacitivne veze (usporediti izraze za UA). Drugo, kod induktivne veze napon smetnji je serijski dodan u petlju vodiča A, a kod kapactivne veze spojen je izmedu vodiča A i zemlje.

Potiskivanje (odbacivanje) serijske smetnje iskazuje se omjerom izmeñu

napona smetnji i naponske pogreške, koju će on prouzročiti u pokazivanju instrumenta (NMRR – normal mode rejecting ratio), ili se tzv. odbacivanje serijske smetnje (NMR – normal mode rejection) iskazuje u decibelima.

Na primjer kada tjemena vrijednost napona smetnji 1 V u priključenom voltmetru, prouzroči pogrešku tjemene vrijednosti 1 µ V; NMRR iznosi 106, a NMR iznosi 120 dB. 2.1.3. Elektromagnetske smetnje Izvori elektromagnetskih smetnji su prirodni i vještački.

Meñu prirodne se ubrajaju: atmosferska pražnjenja, kozmička zračenja i Sunce.

Vještački su: radiovalovi, izboji u fluorescentnim cijevima, iskrenje u

ureñajima, elektromotorima, mehaničkim relejima itd. Najbolja zaštita od tih smetnji su uzemljeni oklopi iz električki dobra vodljiva materijala. Različite pukotine na kučistima ureñaja, otvori za ventilaciju itd. mogu biti reda veličine dužine vala, pa zato ta mjesta isijavaju smetnje ili omogućuju njihov ulazak.

Zaštitu od isijavanja viskofrekvencijskih elektromagnetskih polja iz nekog

obujma (petlje) ili njihova ulaska u taj obujam, pružaju različita brtvila, saće, mrežice, prozirne ploče, tzv. "gaskets", načinjeni od prikladnog materijala. Njima se brtve pukotine kutija s elektroničkim sklopovima, odnosno zaštićuju otvori za ventilaciju (računala, mjerni i ostali ureñaji) od ulaska nečistoće i od isijavanja ili prodiranja smetnji.

21

2.1.4. Vodljivo vezane smetnje kao karakterističan slučaj Vodljivo vezane smetnje izaziva električna mreža kojom se napajaju instrumenti i mjerni sklopovi. Prenaponi u mreži koji nastaju uključivanjem i isključivanjem velikih tereta (motori, peći) prenose se u mjerni sklop izravno, preko vodova napajanja. Pri upotrebi mrežnih transformatora prenose se induktivnim i kapacitivnim vezama. 2.1.5. Mjere zaštite kod smetnji zbog vodljivih veza Kapacitetom C izmeñu primarnog i sekundarnog namota transformatora, koji je reda veličine nanofarada, lako se prenosi viskofrekvencijska smetnja. Ta se smetnja može znatno smanjiti umetanjem uzemljenoga vodljivoga neferomagnetskog oklopa (bakrena ili aluminijska folija) izmeñu primarnog i sekundarnog namota (na sl. 2.3. prikazan crtkano). Pritom se mora imati na umu da se ne načini kratkospojeni zavoj. Kapacitetom C1 smetnja se prenosi u "zemlju". Često se za smanjivanje smetnji koriste i odgovarajući filtri za mrežni napon.

Slika 2.3. Oklapanje mrežnog transformatora

Jedan od uzroka smetnja mogu biti i tzv. staze zajedničke impedancije

(common impedance ground path). Naime, u složenijim električkim ureñajima postoji više sklopova (npr. više stupnjeva pojačanja). Ti se sklopovi mogu spojiti na zajedničku "masu" (šasiju) na tri načina (sl. 2.4). Struje koje iz pojedinih sklopova sl. 2.4.(a) teku prema zajedničkoj "masi", stvaraju u vodičima padove napona, pa tako spoj sklopa 1 s vodičem ima jedan potencijal, spoj sklopa 2 drugi itd., umjesto da su svi spojevi na zajedničkom potencijalu.

Tzv. paralelno povezivanje sl. 2.4.(b) najbolje je za sklopove koji rade na niskim frekvencijama. S povišenjem frekvencije povećavaju se impedancije tih veznih vodiča, jačaju kapacitivne i induktivne veze meñu njima, a pri vrlo visokim frekvencijama djeluju i kao antene za isijavanje smetnji.

22

Pri višim frekvencijama koristi se spajanje u više točaka sl. 2.4.(c). Vodiči do dobro uzemljene šasije moraju imati malu impedansu. Pri visokim frekvencijama duljine tih vodiča su svega nekoliko milimetara.

Slika 2.4. Načini spajanja sklopova na zajedničku tačku

U digitalnim instrumentima i ureñajima, zbog impulsnog rada, digitalni sklopovi mogu prouzročiti smetnje u analognim sklopovima. Te se smetnje smanjuju ili potpuno eliminišu, meñu ostalim, zasebnom "analognom zemljom" (analog ground) i "digitalnom zemljom" (digital ground), tj. postoji jedna zajednička tačka za analogne, a druga za digitalne sklopove. Te se dvije tačke zatim spajaju na zajedničku tačku (priključnicu) instrumenta za uzemljenje (ground). Često se za smanjivanje smetnji koriste i filtri za mrežni napon. Drugi uzrok smetnji su neispravno priključeni tereti na izvor (slika 2.5.).

Slika 2.5. Priključivanje tereta: a) ispravno paralelno priključivanje; b) neispravno paralelno priključivanje Kod priključivanja tereta valja voditi računa o slijedećem:

a) Osigurati siguran spoj malog prijelaznog otpora. Kabelske stopice dobro pritegnuti, ali ne pretegnuti. Slabo pritegnute stopice uzrok su velikom prijelaznom otporu, što teret osjeća kao povećan unutarnji otpor izvora;

b) Ako istim izvorom, malog otpora, napajamo dva ili više tereta, tada ih

23

priključujemo paralelno, kao na slici 2.5.(a). Priključivanje prema slici 2.5.(b) može biti uzrokom promjene napona ostalih tereta kada se mijenja struja jednog od njih.

Ako su drugi tereti digitalni sklopovi može doći do neispravnosti u njihovom radu. To izbjegavamo paralelnim spajanjem kondenzatora što bliže svakom teretu;

c) Kod priključivanja tereta prema slici 2.5.(a) treba voditi računa da spojni vodiči izmeñu tereta i izvora nisu predugački;

d) Prije spajanja ili raspajanja tereta izvor treba isključiti. 2. 2. Smetnje od zajedničkog potencijala

Pretpostavimo da je mjereni izvor napona Ui (često se naziva "normal mode signal") povezan vodičima otpora Ra i Rb s voltmetrom ulazne (unutarnje) impedancije Zu sl. 2.6. Impedanciju Zu možemo zamisliti priključenu izmeñu dviju ulaznih stezaljki, koje se često označuju sa "Hi" i "Lo" (iz engleskoga "high" i "low"). Stezaljka "Hi" je na višem potencijalu prema zemlji (često se naziva i "živim krajem"), a "Lo" na nižem potencijalu prema zemlji.

Slika 2.6. Povezivanje izvora s uzemljenim voltmetrom: a) principijelna šema; b) nadomjesna šema Neka je stezaljka "Lo" voltmetra spojena na kućiste kao što je to i u osciloskopu. Tada se ta stezaljka označuje s riječju "Ground" (zemlja), ili odgovarajućim simbolom. Ako voltmetar i izvor napona Ui, čiji je unutarnji otpor obuhvaćen otporom Ra, uzemljimo u jednoj tački, struja će teći petljom: izvor – Ra – Zu – "zemlja". Uzemljimo sad izvor i voltmetar u različitim, medusobno udaljenim tačkama. Zbog lutajućih struja koje teku zemljom, izmeñu dva uzemljivača postoji razlika potencijala koja može biti reda veličine 10 V, a ponekad čak i reda veličine 100 V.

24

Tu razliku potencijala možemo prikazati izvorom napona UZ, tzv. izvorom zajedničkog potencijala (common mode source), koji će protjerati struje kako je to debelim crtama prikazano na sl. 2.6.(a). Kako je ZU uglavnom mnogo veće od Ra, otporom Rb (nadomjesna shema na sl. 2.6.(b), veći dio napona UZ pojavit će se na Zu i prouzročiti pogrešku.

Slika 2.7. Mjerenje napona djelila s uzemljenim voltmetrom Na sl. 2.7. prikazan je jednostavni primjer mjerenja pada napona na otporu R1 djelila s takvim voltmetrom. Zbog kratkog spoja otpora R2, voltmetar će umjesto 2 V pokazati napon 4 V. Dakle, pri upotrebi takvih instrumenata, uključujući i osciloskope, valja imati na umu što se i kako mjeri. Posebno valja biti oprezan kad se izvor i mjerni instrument napajaju iz mreže preko kabla sa "šuko" utikačem u odgovarajučoj utičnici, jer su tada oba instrumenta zajednički uzemljena preko zaštitnoga kontakta utikača. Ako je električni krug voltmetra izoliran od kućista, na njemu će postojati tri stezaljke označene sa "Hi", "Lo" i "Ground". Takav se voltmetar naziva "plivajućim" (floating). Izmeñu stezaljki "Lo" i "Ground" postoji impedancija Z1, a izmeñu stezaljki "Hi" i "Ground" impedancija Z2. Ako su impedancije Z1 i Z2 meñusobno jednake i mnogostruko veće od Ra i Rb, struje izazvane naponom UZ podijelit će se približno jednako, kako je prikazano na sl. 2.8.(a). Ako su i otpori spojnih vodiča meñusobno jednaki, neće postojati razlika potencijala na Zu prouzročena tim strujama sl. 2.8.(b), pa pogreške neće biti. Kada Ra i Rb nisu meñusobno jednaki, potencijali stezaljki "Hi" i "Lo" neće biti jednaki, što će prouzročiti pogrešku u pokazivanju, a koja je razmjerna razlici izmedu Ra i Rb.

25

Kod mnogih se instrumenata Z1 i Z2 bitno meñusobno razlikuju. Redovito je impedancija Z2 mnogostruko veća od Z1, pa se može smatrati beskonačnom, a struje teku kako je prikazano na sl. 2.9.(a). Isti pad napona kao na Rb pojavit će se na serijskom spoju Ra i Zu (nadomjesna šema na sl. 2.9.(b).

Slika 2.8. Mjerenje napona idealnim «plivajućim» voltmetrom»: a) šema spoja; b) nadomjesna šema s izvorom zajedničkog potencijala Kako je Ra<Zu, veći dio tog pada napona bit će na Zu, i izazvati pogrešku razmjernu omjeru otpora Rb i impedancije Z1. Što je Rb manji od Z1 bit će i manja pogreška. Impedanciju Z1 čini paralelna kombinacija izolacijskog otpora iznosa 108 Ω do 1010 Ω i kapaciteta reda veličine 10-9 F do 10-7 F. Kod istosmjernih napona impedancija Z1 jednaka je izolacijskom otporu, a kod izmjeničnih napona ona se smanjuje s frekvencijom, zbog utjecaja kapaciteta. Vlaga, prašina i ostale nečistoće takoñer smanjuju vrijednost Z1 za više stotina ili tisuća puta, tako da se pogreška zbog napona zajedničkog potencijala povećava. U optimalnim uvjetima spojem kao na sl. 2.9. omjer potiskivanja pogreške od napona zajedničkog potencijala (common mode rejection ratio – CMRR) za istosmjerni napon iznosi od 104 do 106 (CMR 80 dB do 120 dB), a za izmjenični napon mrežne frekvencije od 103 do 105 (CMR od 60 dB do 100 dB).

26

Slika 2.9. Mjerenje napona idealnim «plivajućim» voltmetrom a) šema spoja; b) nadomjesna šema s izvorom zajedničkog potencijala

Pri najpreciznijim mjerenjima zahtijeva se veće eliminisanje smetnji (CMRR) nego što se postiže "plivajućim" instrumentom. Takvo eliminisanje može se ostvariti stavljanjem još jednoga metalnog oklopa u instrument. Taj je oklop dobro izoliran od kućišta instrumenta sl.2.10.(a) i ima izvod na stezaljku označenu sa "Guard". Izolacijska impedancija stezaljke "Lo" prema tom oklopu označena je sa Z1, a izolacijska impedancija tog oklopa prema kućistu instrumenta sa Z2. Izolacijske impedancije Z3 prema "Guard" i Z4 prema "Ground" stezaljke "Hi" su vrlo velike, pa ih možemo smatrati beskonačnima. Dodatnim se oklopom izolacijski otpor stezaljke "Lo" prema kućistu povećao, a kapacitet smanjio. Učinkovitost tog oklopa ovisi o ispravnom spajanju mjernoga kruga na stezaljku "Guard". Spajanjem kao na sl. 2.10.(b), struje prouzročene zajedničkim potencijalom ne teku mjernim krugom, pa se postiže potiskivanje smetnje zajedničkog potencijala 160 dB za istosmjernu i 140 dB za izmjeničnu smetnju 50 Hz. Potiskivanje 140 dB znači da Uz =100 V izaziva pogrešku pokazivanja mjernog instrumenta od 10 µ v.

27

Slika 2.10. Voltmetar s oklopom «guard»:

a) moguće struje uslijed izvora zajedničkog potencijala; b) ispravno spajanje oklopa (stezaljke) «guard»

28

Smetnje digitalnih voltmetara ovise i o načinu analogno-digitalne pretvorbe. Iz prethodnih se izlaganja može zaključiti, da na iznos pogreške zbog zajedničkog potencijala najviše utječe otpor vodiča Rb. Pri odreñivanju i mjerenju potiskivanja smetnje pretpostavlja se da je otpor vodiča Rb jednak 1K Ω . Osnovna pravila za priključak stezaljke "Guard" su: -bliskost ili jednakost potencijala sa stezaljkom "Lo"; -sprečavanje prolaska struje zbog zajedničkog potencijala kroz bilo koji otpor kojim se odreñuje ulazni napon u mjerni instrument. Kada je razlika mjerenja veće od 10 µ V, duljina voda kojim je mjereni izvor spojen na instrument mala (otpor Rb mali) te napon zajedničkog potencijala nizak, može se stezaljka "Guard" spojiti sa stezaljkom "Lo" kako je to prikazano na sl. 2.10. Na nekim instrumentima i ureñajima postoji kratkospojnik (jumper strap) kojim se ta veza jednostavno ostvaruje.

Slika 2.11. Ispravno spajanje stezaljki «guard» i «Lo»

29

Stezaljka "Guard" ne smije se ostaviti otvorenom (nespojenom), jer to može oštetiti instrument. Naime, probojni napon izmeñu stezaljke "Lo" i "Guard" obično je manji nego izmedu "Lo" i "Ground". Ako su impedancije Z1 i Z2 istog reda veličine, padovi napona na njima, prouzročeni od Uz, biti će jednaki. Takoñer se ne smije spajati stezaljka "Guard" sa stezaljkom "Ground", jer će se čitav napon Uz pojaviti izmeñu stezaljki "Lo" i "Guard". Na slikama su vodiči koji povezuju izvor s instrumentom prikazani razdvojeno, kako bi analiza šeme bila jasnija. Meñutim, osim zaštite od smetnje zajedničkog potencijala, valja zaštititi mjerni sklop od kapacitivnih i induktivnih smetnji, pa se za povezivanje najćešće koristimo koaksijalnim (suosnim) i tzv. "twinax" kabelima. Ovi posljednji imaju dva upletena vodiča i jedan ili dva oklopa. Njihov kapacitet po jedinici dužine veći je nego kod koaksijalnih (suosnih) kabela, ali su za mjerne sklopove pri istosmjernim i niskofrekvencijskim izmjeničnim naponima, najbolji. Na sl. 2.12. prikazani su neki od načina spajanja izvora i mjernog instrumenta sa koaksijalnim (suosnim) i "twinax" kablovima.

Slika 2.12. Spajanje izvora i mjernog instrumenta: a) kabelom «twinax»; b) suosnim (koaksijalnim) kablovima Sposobnost električne opreme da radi u danom prostoru s ostalom opremom, a da pritom ne izaziva nedopuštene razine elektromagnetskih smetnji, ili obratno, sposobnost da električna oprema normalno radi u okruženju elektromagnetskih smetnji naziva se elektromagnetskim skladom (elektromagnetskom kompatibilnosti).

30

3. IZVEDBE UZEMLJENJA OPREME U FUNKCIJI ELIMINISANJA VODLJIVIH (ŠTETNIH) VEZA 3.1. Uzemljenje u jednoj tački poreñeno sa uzemljenjem u više tačaka

Postoje dva osnovna načina vezivanja kod uzemljenja signala: sistemi sa uzemljenjem u jednoj tački i sistemi sa uzemljenjem u više tačaka.

Sistem sa uzemljenjem u jednoj tački je onaj u čijim podsistemima uzemljenja imamo linije čvrsto povezane samo sa jednom tačkom u tom podsistemu. Namjera u upotrebi sistema sa uzemljenjem u jednoj tački je da spriječi struje iz dva različita podsistema da dijele iste povratne staze i proizvode sprege zajedničke impedanse.

I2

I2

I+ I+ I1 2 3

I+ I1 2

I3

I3

I2

I2

I1

I1

Izvor

Izvor

3

Slika 3.1. Ilustracija problema uzemljenja u jednoj tački: (a) sprega zajdničke impedanse u «daisy-chain» konekciji; (b) nenamjerna sprega izmeñu vodiča uzemljenja, a u sistemu uzemljenja u jednoj tački.

31

Slika 3.1(a) pokazuje tipičnu implementaciju načina uzemljenja u jednoj tački. Tri podsistema imaju istovjetan izvor. Model prikazan na slici 3.1(a) može se prikazati kao metoda serijskog povezivanja. Ova tehnika ima očit problem da spriječi sprege zajedničke-impedance izmeñu uzemljenja svoja dva podsistema. Veze prikazane na slici 3.1(a) će imati signale sistema SS # 2 i SS # 3, a koji zajedno prave uticaj na sistem SS # 1 na način kako je pokazano na slici. Ovo naglašavamo da mi moramo biti svjesni postojanja povratnih staza za struje. Paralelno povezivanje pokazano na slici 3.1(b) je idealno povezivanje kod uzemljenja u jednoj tački. Meñutim, ono trpi od nedostataka koje će imati pojedini vodiči uzemljenja. Zna se da vodiči uzemljenja imaju odreñene impedanse, a koje su zavisne od njihove dužine. U distibucijskim sistemima ne može se tražiti da ovi spojni vodiči budu predugački. To će se desiti samo ako se striktno pristaje uz način uzemljenja u jednoj tački. Zbog toga će dugački vodiči uzemljenja posjedovati i veliku impedansu, a koja će najvjerovatnije da negira pozitivni efekat uzemljenja.

Takoñer, povratne struje koje teku kroz ove vodiče uzemljenja utiču na druge vodiče uzemljenja i prouzrokuju sprege izmeñu pojedinih podsistema.

Emisijom uticaja induciraju se signali šuma u drugim vodičima, a koji su

veliki problem prilikom prenosa i mjerenja. Ovaj dogañaj zavisi od spektralnog sadržaja ovih povratnih signala: visokofrekventne komponente će vršiti EM uticaj i sprezati se mnogo efikasnije nego niskofrekventne komponente.

Zbog svega navedenog može se zaključiti da uzemljenje u jednoj tački

nije jedini način za rješavanje problema sistema uzemljenja. Sistem uzemljenja u jednoj tački najbolje radi kod nisko frekventnih podsistema.

32

Izvor

I+ I+ I1 2 3 I3I+ I1 2 I3

Uzemljena ploča

3

Slika 3.2. Prikaz uzemljenja u više tačaka: (a) idealni slučaj; (b) ilustracija problema koji se javlja u šemama sa uzemljenjem u više tačaka Drugi tip sistema uzemljenja je uzemljenje u više tačaka prilazano na slici 3.2. Tipično je da jedan veliki provodnik (često uzemljena ploča) služi kao povratni vodič kod uzemljenja u više tačaka. Znači, kod uzemljenja u više tačaka pojedina uzemljenja svakog podsistema su povezana (u različitim tačkama) na vodič uzemljenja. Kod praktične upotrebe sistema uzemljenja u više tačaka pretpostavljeno je da je povratni vodič uzemljenja na koji su spojena pojedina uzemljenja konačan (preporučlivo što kraći). Takoñer mora da ima veoma malu impedansu izmeñu bilo koje dvije tačke uzemljenja, a na frekvencijama koje su predviñene za normalan rad postavljenih ureñaja. Inače, ne bi bilo tehničke razlike izmeñu ovog i serijskog spoja (pogledati uzemljenje u jednoj tački na slici 3.1.(a)).

33

Prednost uzemljenja u više tačaka nad uzemljenjem u jednoj tački ogleda se kroz to da dužine spojnih linija mogu biti manje. Sve je to zbog toga što su im dostupnije raspoložive tačke uzemljenja. Meñutim, ovdje se opet pretpostavlja kao da uzemljenje ima nultu ili barem veoma nisku impedansu izmeñu tačaka uzemljenja, a na frekvencijama koje su predviñene za normalan rad postavljenih ureñaja. Ako se uzemljena ploča na slici 3.2.(a) zamijeni sa dugom, dobro pričvršćenom površinom na PCB (Printed Circuit Board – štampana ploča sa strujnim krugom), može da se primjeni uzemljenje u više tačaka. To će se desiti u slučaju ako se pričvrste uzemljenja podsistema na tačke duž ove površine. Jednostavno povezivanje podsistema na različite tačke vodiča uzemljenja ne sadržava sistem uzemljenja u više tačaka sve dok je sačuvan način starog sistema. U praksi to znači da je potrebno ostvariti malu impedansu izmeñu pojedinih spojnih tačaka uzduž vodiča uzemljenja, ali na odreñenim frekvencijama koje su predviñene za normalan rad instaliranih ureñaja. Slijedeći problem sa uzemljenjem u više tačaka može biti da je izuzetno mala pažnja poklonjena i drugim strujama koje teku kroz uzemljivač. Na primjer, pretpostavlja se da «uzemljena ravan», na koju su podsistemi višestruko uzemljeni, ima slučajno i neke druge struje koje iz raznih izvora prolaze kroz nju. Jedan primjer je pokazan na slici 3.2.(b) gdje radi istosmjerni motor i povezan je u kolo na istoj PCB ploči kao i druga digitalna elektronska kola. Priključen je napon od + 38 Volti potreban je za pogon istosmjernog motora i napon od + 5 Volti potreban je da napaja digitalnu elektroniku. Oni su povezani na PCB ploču preko konektora. Pretpostavlja se da su sva ova kola uzemljena na zajedničkoj mreži uzemljenja, a koja postoji na PCB ploči. Više struje motorskog kruga će prolaziti kroz zemlju, uzrokujući visoke potencijale (koji takoñer imaju i visoku frekvenciju) izmeñu dvije tačke u zajedničkoj mreži uzemljenja. Sve se ovo pretpostavlja u slučaju kada se motorski pogonski element bude uključivao i isključivao. Ako je i krug digitalne logike takoñer vezan u više tačaka za tu zajedničku mrežu uzemljenja, neželjeni naponi se razvijaju kroz mrežu uzemljenja putem povratnih struja motora. Oni mogu da se sprežu u digitalno logičko kolo, praveći probleme u predviñenim osobinama digitalnog logičkog kola tj. remete rad digitalnog kola. Naknadno, pretpostavlja se da je signal skinut sa PCB-a putem konektora i to na suprotnj strani od konektora napajanja. Traži se da su što više razmaknuta mjesta konektora napajanja i konektora digitalnog signala. Ako nije tako vodič uzemljenja iz signalnog kabla biti će na promjenljivom potencijalu šuma, a koji je prouzrokovan spregom sa sistemom uzemljenja. Vodič može da isijava EM polje i time prouzrokuje nove probleme mjernim ureñajima.

34

Tipično, uzemljenje u jednoj tački se upotrebljavaju u analognim podsistemima, gdje se pojavljuju signali nižeg napona. U ovim slučajevima, razlika potencijala izmeñu uzemljenja reda milivolti ili čak mikrovolti mogu da proizvedu značajne sprege zajedničke impedanse prouzrokujući probleme interferencije za ova kola. Sistemi sa uzemljenjem u jednoj tački su takoñe zastupljeni u podsistemima visokog napona kao što su motorski pogoni, gdje je namjera da se preduhitre povratne povišene struje, a koje razvijaju velike naponske padove preko zajedničke mreže uzemljenja. Digitalni podsistemi, na drugoj strani, su u svom sastavu «imuni» na šum iz vanjskih izvora, meñutim, oni su podložni unutarnjem šumu. Izmeñu ostalog on se manifestuje termičkim zagrijavanjem pojedinih elemenata digitalnog podsistema i stvaranjem unutrašnjih impedanci. U cilju da se minimiziraju ove sprege zajedničkih impedansi, sistem uzemljenja u digitalnim podsistemima su usmjereni da budu sistemi sa uzemljenjem u više tačaka. Primjenjuju se upotrebljavajući veliku uzemljenu ravan (ploču) i to takvu kakva je u unutrašnjosti štampane ploče ili paralelnim vezivanjem velikog broja alternativnih staza uzemljenja kao što su uzemljene mreže. Uzemljenjem u više tačaka reduciraju se impedanse na povratnoj stazi, a kojom se zatvara strujno kolo. Takoñer je važno da su svi signalni provodnici u jednom okruženju i to blizu sa povratnim uzemljenjem. Ovo radimo u cilju da smanjimo povratnu impedansu. 3.2 Hibridni sistemi uzemljenja Postoje i drugi tipovi sistema uzemljenja koji se upotrebljavaju u manjem broju slučajeva nego prethodni i to najčešće u specijalnim slučajevima. Oni se nazivaju hibridni sistemi uzemljenja i kombinacija su prethodna dva sistema i to za različite frekvencijske dijapazone. Kao primjer neka se razmotri oklopljeni vodič iznad uzemljene ravni, a kao što je prikazano na slici 3.3. Oklopljeni vodič će eliminisati induktivne sprege samo ako je oklop povezan sa uzemljenjem ili referentnim provodnikom na oba kraja. Dopušta se i mogućnost sprege zajedničkih impedansi, ali zavisno od veličine struja šuma. One ne smiju poprimiti velike vrijednosti jer teku kroz referentni provodnik generišući napone preko oklopa, a koji su opet u sprezi sa unutrašnjim vodičem. Ove sprege se obično pojavljuju kada niskofekventna električna energija teče kroz referentni vodič.

35

Način odabira implementacije uzemljenja oklopa i izbjegavanje ove niskofrekventne sprege je prikazana na slici 3.3. Ako kabal ima dva oklopa i to da je unutrašnji oklop pričvršćen na referentni vodič (uzemljenu ravan) na jednom kraju i vanjski oklop pričvršćen na referentni vodič na drugom kraju, tada nijedna niskofrekventna veza ne postoji izmeñu dva oklopa. Kako slijedi ovaj način sprečava da doñe do sprege zajedničke impedanse zbog IŠUMA koji teče kroz referentni vodič.

Slika 3.3. Način kreiranja oklopa uzemljenja u jednoj tački na niskim frekvencijama i oklopa uzemljenog na oba kraja na visokim frekvencijama da se spriječe «strujne petlje»

Meñutim, parazitni kapacitet izmeñu dva oklopa (koji je prilično velik zbog koncentrične prirode ova dva oklopa) obezbjeñuju visokofrekventnu konekciju izmeñu ova dva oklopa i to tako da su oklopi korisno povezani na referentni vodič na oba kraja. Ovaj primjer predstavlja frekventno-selektivno uzemljenje na šemi hibridnog uzemljenja. Može se primjeniti i na jedan oklop ako mi pričvrstimo jedan kraj oklopa na povratni vodič preko kondenzatora. Na niskim frekvencijama oklop će biti uzemljen na jednom kraju; s obzirom na to da će na visokim frekvencijama kapacitet pretstavljati nisku impedansu i morati će se uzemljiti na dva kraja. Tipično, ovo zahtijeva prilično veliki kapacitet.

36

Slika 3.4. Šema hibridnog uzemljenja: (a) uzemljenje u jednoj tački na niskim frekvencijama i uzemljenje u više tačaka na visokim frekvencijama; (b) uzemljenje u jednoj tački na visokim frekvencijama i uzemljenje u više tačaka na niskim frekvencijama. Slika 3.4. predstavlja dvije različite primjene sistema hibridnog uzemljenja. Kapaciteti pokazani na slici 3.4.(a) obezbjeñuju uzemljenje u jednoj tački na niskim frekvencijama i drugi sistem uzemljenja u više tačaka na visokim frekvencijama. Induktori (zavojnice) na slici 3.4. (b) obezbjeñuju upravo suprotno. Šema uzemljenja na slici 3.4. (b) je korisna kada je potrebno da se poveže podsistem na uzemljenje (zvano Green Wire), a sve je to zbog sigurnosnih razloga. Traži se i da se ima sistem uzemljenja u jednoj tački i to na visokim frekvencijama.

37

Tipični sistemi zahtjevaju tri različita sistema uzemljenja kao što je pokazano na slici 3.5. (a).

Uzemljenje signala(kola niskog nivoa)

Uzemljenje šuma(visoki nivo, kolašuma kao što sumotori)

Uzemljenje hardvera(kućišta, konzole, itd.)

Slika 3.5. Odvajanje uzemljenja: (a) idealno ureñenje; (b) PCB raspored sistema uzemljenja.

Signali nižeg nivoa kao što su napon, struja, snaga kod podsistema treba da budu čvrsto vezani na namijenjeno mjesto uzemljenja. Ovo uzemljenje signala niskog nivoa predstavlja se kao uzemljenje signala. Unutar ovog podsistema uzemljenja signala kola projektanti mogu da iskoriste: sistem uzemljenja u jednoj tački, sistem uzemljenja u više tačaka ili kombinaciju.

38

3.3. Sistem uzemljenja smetnje (šuma) Poseban tip sistema uzemljenja se predstavlja kao sistem uzemljenja smetnje (šuma). Inače, sistem uzemljenja šuma predstavlja kola koja rade na višim naponima i(ili) proizvode šum-tipkan signal tj. javlja se šum sličan tipkanju na tastaturi. Signal može da proizvodi šum samo na jednoj frekvenciji i ne na drugoj. Na primjer, spektar visokih frekvencija sadržan u signalima digitalnog sata može prouzrokovati šum, ali koji zadovoljava regulatorne limite. Šum digitalnog sata mješa se sa drugim podsistemima ne praveći veliku smetnju. Dozvoljava im da još uvijek posjeduju sve spektralne komponente svog signala. Sa druge strane, luk koji se pojavljuje na četkicama istosmjernog motora je uistinu šum i nije potreban za funkcionalne performanse motora. Na primjer, slika 3.5.(b) pokazuje PCB koji sadržava digitalno kolo, analogno kolo i šum koji proizvodi kolo motorskog pogonskog elementa. Uzemljenje kola šuma ima namjenske priključke na ploči, a koji sprečavaju veće povratne struje da prolaze kroz analogni ili digitalni sistem uzemljenja. Isto tako, digitalna i analogna kola imaju namijenski urañena povratna uzemljenja ka konektoru. Treba zapamtiti da je sistem uzemljenja unutar analognog sistema uzemljenja signala ustvari sistem uzemljenja u jednoj tački. Takoñer i sistem uzemljenja kod digitalnog sistema uzemljenja predstavlja sistem uzemljenja u više tačaka. 3.4. Uzemljenje sklopa Treći tip uzemljenja je uzemljenje sklopa. Ono je povezano sa šasijom (kučištem), okvirom, radnom prostorijom (sobom), stalkom sa opremom, itd. Ovo uzemljenje sklopa nije predviñeno da provodi struju u normalnom pogonu izuzev u slučaju greške ili za odvoñenje ESD signala (Electrostatic discharge – elektrostatsko pražnjenje). Ključ za razumjevanje zašto se predstavljaju ovi različiti i zasebni sistemi uzemljenja leži u tome da su predviñeni da spriječe sprege zajedničkih impedansi. Ako mi dozvolimo da visok nivo šuma iz kola motorskog pogonskog elementa proñe kroz vodič, koji takoñer služi i kao povratna staza za digitalna kola, to će struje visokog nivoa generisati naponske padove kroz ovu zajedničku povratnu stazu. Šum će biti vraćen u digitalno kolo i praviti će moguće funkcionalne probleme u digitalnom kolu. Važno je odvojiti povratne staze niskog nivoa i povratne staze visokog nivoa i to po veličini amplitude povratne struje i po veličini naponskog pada na zajedničkoj impedansi. Nekoliko različitih kola niskog nivoa mogu da dijele istu povratnu stazu i da ne prouzrokuju interferencije jedni sa drugima. To nam je cilj. To se dešava sve dok sprege zajedničke impedanse ne prouzrokuju naponske padove na mreži zajedničkih uzemljenja, ali oni možda neće biti dovoljno veliki da prouzrokuju interferenciju.

39

Nisu samo signalni nivoi važni u odvajanju sistema uzemljenja. Njihov spektralni sadržaj je takoñer važan. Neki podkrugovi sadrže već ugrañene elemente za filtriranje na njihovim ulazima. Zbog toga, signali šuma visokog napona koji postoje na njihovim ulazima neće kreirati probleme interferencije. To će se desiti ako je spektralni sadržaj tog šuma izvan odreñenog frekventnog pojasa koji je na ulaznom filteru kola. Digitalna kola teže da imaju na ulazu veliku pojasnu širinu, tako da nije prisutna frekventno-selektivna zaštita. Sa druge strane, analogna kola kao što su komparatori teže da imaju stepen visokofrekventnog filtriranja zbog dovoljnog vremena odziva. Uzemljenje sklopa je obično odvojeno od drugih uzemljenja u smislu da takoñer izbjegne probleme zajedničke impedanse. Visokofrekventni 60 Hz signali snage isto kao i ESD signali mogu prolaziti kroz ovo uzemljenje. Važno je da se ne omogući veza izmeñu uzemljenja sklopa i drugih uzemljenja. Mora se obratiti posebna pažnja na uzemljenje signala, tako da padovi napona nastali naprimjer od odvoñenja ESD signala neće prouzrokovati šiljke (skokove napona) unutar sistema signalnog uzemljenja, a koji se mjenjaju sa veličinom šuma. Može da se navede jedan primjer gdje spojevi odvojenih sistema uzemljenja mogu da proizvedu probleme, na slici 3.6. Dvije radne sobe ili stalka sa opremom sačinjavaju sistem i imaju uzemljenje sklopa spojeno na zajedničku tačku.

Slika 3.6. Ilustracija uzemljenja za sistem sa nekoliko prostorija.

40

Ove radne sobe (prostorije) su takoñer zajedno uzemljene da spriječe nastanak potencijala izmeñu njih. Naprimjer potencijal može nastati usljed elektrostatskog pražnjenja kroz njih. Dvije PCB ploče u jednoj radnoj sobi mogu da imaju povezana signalna uzemljenja. Uopćeno gledajući, signalno uzemljenje neće moći ispravno da se veže za radnu sobu, prije nego izvršimo elektrostatičko pražnjenje. Inače elektrostatičko pražnjenje prouzrokuje situaciju da se mijenja tačka signalnog uzemljenja u skladu sa ESD pražnjenjem. Meñutim, u nekim slučajevima može biti potrebno da se ova uzemljenja vežu zajedno da spriječe ESD probleme. Parazitne kapaciteti i induktiviteti izmeñu radne sobe i unutrašnjih krugova mogu prouzročiti visokofrekventno ponašanje ovih sistema uzemljenja i to tako da doñe do znatnog odstupanja od idealnog. Zbog toga kola moraju biti fizički odvojena jedno od drugog koliko je god to moguće. Takoñer moraju biti oklopljena, a sve u cilju da se izbjegnu ove visokofrekventne sprege. Ova pravila nisu nepromjenljiva i mogu se modifikovati pod odreñenim okolnostima. Važno je da projektant uzme u obzir potencionalne posljedice i objektivnost razloga zacrtanog cilja, a kojeg odvojeni sistemi uzemljenja imaju namjeru da postignu: sprečavanje sprege zajedničke impedanse. Moguće je da se pričvrste sva uzemljenja zajedno na ulaz konektora za PCB, kao što je naznačeno na slici 3.5.(b). Bilo da je ovo dopustivo ili ne često zavisi od padova visokofrekventnih napona duž uzemljenja spojnog vodiča, a koji se pričvršćuje na ovu tačku. Ako su različiti visokofrekventni naponi razvijeni preko pojedinačnih uzemljivačkih vodiča pojedinog kabla, tada se na štampanoj ploči može uspostaviti jedna indirektna staza sa jednog sistema uzemljenja na drugi.To se dogaña uslijed parazitnih napona izmeñu sistema uzemljenja. Takoñer bi se moglo fizički povezati sisteme uzemljenja na štampanoj ploči. Interesantan je primjer na slici 3.7.(a). PCB sadrži i digitalno i analogno kolo. Napojni kabal snabdjeva sa + 5 V digitalno kolo i + 38 V analogno kolo (motorski pogonski element). Ulazi na jednom kraju štampane ploče preko zajedničkog konektora za napajanje. U ovom slučaju moglo bi biti dopustivo da se spoje uzemljenja digitalnog i analognih kola višeg napona gdje se graniče dvije oblasti npr. na tački P1. Razlog zašto bi ovo moglo biti izvodljivo je da će struje visokog nivoa motorskog pogonskog elementa najvjerovatnije poći direktnom povratnom stazom ka njihovom izvoru, konektoru, i zbog toga neće prolaziti kroz mrežu uzemljenja digitalnih kola. Prolazak povratnih struja digitalnog kola kroz mrežu uzemljenja analognih kola neće prouzrokovati interferencije sa ovim kolom sve dok ne budu značajni padovi napona na zajedničkoj impedansi (generisani preko motorskog pogonskog elementa). Povratni napon od + 5 V i + 38 V može takoñer biti spojen na konektor snage P2 iz istog razloga. Sa druge strane ako je konektor napajanja smješten na lijevoj strani štampane ploče, povezivanje dvije mreže uzemljenja na P1 vjerovatno će prouzrokovati ozbiljne funkcionalne probleme u digitalnim kolima.

41

To se dešava zbog toga što veće struje struje motorskog pogonskog elementa prolaze kroz impedansu digitalnog uzemljenja. Ovaj primjer nam ilustruje da su ključevi dobrog EMC projektovanja u potpunom razumjevanju i prakse i teorije.

Slika 3.7. Problemi uzemljenja izmeñu analognog i digitalnog uzemljenja: (a) slučaj gdje se, zbog lokacije konektora, šum analognog signala neće vraćati kroz digitalno uzemljenje; (b) jedan analogni sistem pokreće digitalni sistem. Upoteba namjenskih povratnih staza u bliskoj aproksimaciji na signalne prvodnike sprečava velike površine petlji u (b). Obrnuti problem je prikazan na slici 3.7.(b). Jedan analogni podsistem osigurava signal za digitalni podsistem. Ako se upotrebljava jedno uzemljenje ili povratna staza da poveže dva podsistema, potencijalno se formira široka strujna petlja koja ima značajan EM uticaj. Jedna više preferirana implementacija bila bi da se pribavi pojedinačna povratna stazu prikazana crticama i smjerom kojim će se svaka povratna staza zatvarati. Najniža impedansa za svaki povratni signal će najvjerovatnije biti kroz projektovanu stazu zato što ona ima najnižu impedansu strujne petlje.

42

4. VRSTE KABLOVA SA DOBROM REDUKCIJOM ELEKTROMAGNETNE INFLUENCIJE 4.1. Oklopljeni kabel

Za zaštitu vodova mjernih instrumenata od smetnji koji nastaju zbog induktivnog sprezanja sa energetskim vodovima može se koristiti kabel sa posebno izvedenim metalnim plaštom, a koji pruža poboljšan faktor redukcije. Faktor redukcije se odreñuje odnosom izmeñu podužnog napona koji je trenutno indukovan i napona koji bi bio indukovan da nema metalnog plašta kabela. Za osnovnu snagu ili zvučnu frekvenciju, faktor redukcije kabla može se odrediti iz formule:

K = LjR

R

ω+

Gdje je: K - faktor redukcije; R - otpor plašta kabla; L - samoinduktivnost plašta kabla; ω - ugaona frekvencija inducirajuće struje. Faktor redukcije će biti manji ako je podužni otpor plašta nizak. Spojevi plaštova kablova velike provodnosti, koji su napravljeni od aluminijskih ili bakrenih žica, ili kablovi sa vanjskim plaštom od aluminija se, stoga, koriste da dobiju povoljan faktor redukcije. Za kablove sa lameliranim polietilenskim plaštovima, poboljšan faktor redukcije se postiže dodatnim aluminijskim ili bakrenim žicama.

43

4.2. FTP kabel Za razliku od UPT kabela FTP je zaštićeni kabel gdje su četri parice potpuno obavijene tankom metalnom folijom. Njegovo ime je Fully-shielded (or Foiled) Twisted Pair (FTP) – potpuno oklopljene i upletene parice. Drugi nazivi za FTP kabel su: Screened Unshielded Twisted Pair, Foiled Twisted Pair, Screened Foiled Twisted Pair. FTP i S/FTP su zaštićeni kablovi. FTP je zaštićen aluminijumskom folijom. Sama folija je izvrstan elektrostatički štit (oklop). Kablovi u kojima je iskorišten pokrivač od folije nisu namjenjeni za prenos visoko-frekventne energije. Folija je jako nepravilna i možemo je shvatiti kao izolator u smislu protoka površinske struje. Pored ovoga, kratke dionice ovakvog, folijom izolovanog kabla mogu se uspješno upotrijebiti kao koaksijalni kabel. S/FTP kabel je u unutrašnjosti zaštićen aluminijumskom folijom, a prema spoljašnjosti bakarnom mrežicom. Neki S/FTP kablovi oko folije imaju i sloj sirma.

provodnikizolacijaparicaoklopPVC obloga

Slika 4.2.1. FTP kabel

44

4.3. UTP kabel

UTP,FTP i S/FTP su izrazi za standardnu specifikaciju Ethernet kablova i odnose se na to da li je Ethernet kabel zaštićen ili nije. UTP je nezaštićen kabel "Unshilded Twisted Pair" od elektromagnetskih smetnji i kao takav je i najjeftiniji. Parice su jedino zaštićene plastičnom izolacijom od vanjskih elektromehaničkih uticaja ili vode. Druge zaštite nemaju. Ovaj nedostatak oklopa rezultira time da ovaj kabel ima visok stepen fleksibilnosti tj. sposobnost za postavljanje na neravnom terenu. UTP kablove možemo pronaći u mnogim Ethernet mrežama i telefonskim sistemima. FTP i S/FTP su zaštićeni kablovi (Shilded).

provodnikizolacijaparicaPVC obloga

Slika 4.3.1 UTP kabel

Ova vrsta kablova je napravljena od 2, 4 ili 25 pari žica debljine AWG 20, 22 ili 26. Žice su bakarne, jednožilne ili višežilne i mogu biti sa ili bez oklopa. Ove žice su uparene kroz cijeli kabel, a ovi parovi su razbijeni na parove za prenos i prijem. U svakom paru jedan vod nosi normalan signal, a drugi invertovan. Ovim se postiže pojačana otpornost na spoljne uticaje. UTP kabel je vrlo sličan telefonskom kabelu, ali ima veći broj žica. UTP kabel je prvenstveno namjenjen za povezivanje računara u mrežu. Ne može se zameniti nekim običnim kabelom.Djeli se u 5 kategorija. Kategorija 5 je najbolja i koristi se za Fast Ethernet.

45

4.4. Koksijalni kabel – fizička svojstva

Na tržištu postoji velik broj koaksijalnih kablova. Koji kabel primjeniti i upotrijebiti u odreñenoj situaciji najlakše je ukoliko imamo sve potrebne tehničke karakteristike pojedinih kablova. Pažnju pri odabiru moramo posvetiti na sljedeće karakteristike i svojstva kabela: 4.4.1. Unutarnji vodič

Glavni zadatak unutarnjeg vodiča je prenijeti signal do prijemnika. Unutarnji vodič, tačnije površina vodiča je odgovorna za 80% gušenja koaksijalnog kabela. Signal se kreće po površini unutarnjeg vodiča, što nazivamo «skin effect», dakle veći presjek vodiča, veća prijenosna površina i manji gubici. Današnji unutarnji bakreni vodiči izrañeni su od čistog bakra čistoče 99,9%. 4.4.2. Dielektrik koaksijalnog kabela

To je materijal koji je smješten oko unutarnjeg vodiča i služi da drži unutarnji vodič na istom osnovnom razmaku od vanjskog plašta i štiti ga od vanjskih atmosferskih utjecaja. Današnjom suvremenom tehnologijom dielektrik se fizički širi plinskim ubrizgavanjem plina nitrogena u polietilen u tri sloja. Prvi sloj štiti unutarnji vodič, drugi sloj služi za ubrzavanje širenja elektromagnetskih signala i na kraju treći sloj služi za fiksno zatvaranje dielektrika. Ovom metodom poboljšana su kako mehanička tako i električna svojstva, te je time takoñer povećana trajnost i postojanost kabela. 4.4.3. Vanjski vodič

Zadaća vanjskog vodiča je da zaštiti signal u unutarnjem vodiču od vanjskih interferencija i elektromagnetskih zračenja vanjskih signala. U današnje vrijeme oko nas sve vrvi velikim brojem elektromagnetskih zračenja pa je shodno tome potrebno upotrijebiti kabal visoke zaštite. Iz tog razloga uzimamo u obzir koaksijalne kablove od barem 75 dB otpornosti na ovakva nepoželjna zračenja. Vanjski vodič se sastoji od omota aluminijske folije i bakrenog opleta. 4.4.4. Zaštitni vanjski plašt

Štiti koaksijalni kabel od vanjskih uticaja. U najčešćem izboru za zaštitni vanjski plašt koristi se PVC zbog izvrsne savitljivosti, postojanosti i relativno niske cijene. PVC je prvenstveno namjenjen za instaliranje kabla u zatvorenim prostorima, no svojom kvalitetom i otpornošću na UV zračenja u praksi se pokazalo da je visoko zadovoljavajući i za vajnske instalacije. No za veće i važnije

46

trase za vanjski plašt koristi se crni PE (polietilen) koji sadrži crni karbon i ima veći stupanj otpornosti na UV zračenja negoli PVC. Kablovima za velike sustave i distribucijske trase gdje je potrebna visoka izdržljivost i čvrstoća kabela uz koaksijalni kabel dodaje se i čelična sajla koja mu poboljšava fizička svojstva. Materijali koji će biti odabrani za izradu koaksijalnog kabela osim da mu odreñuju njegova fizička svojstva kao što su stepen savitljivosti, izdržljivosti, područje i temperaturne uvjete rada, otpornost na amtosferske utjecaje i čvrstoću odreñuju mu i ono najvažnije, električna svojstva. 4.5. koaksijalni kabel – električna svojstva Impedancija - je otpor koji pruža električni krug u ovom slučaju kabel, toku izmjenične struje. Sastoji se od ohmskog i induktivnog otpora i izražava jedinicom (Ohm). Kapacitet - svaki kabel ima odreñenu vrijednost kapaciteta koji ovisi o impedanciji kabla i materijalu koji je upotrebljen kao dielektrik (izolacija) Brzina širenja - je u osnovi odreñena konstatom dielektrika koji odvaja unutarnji vodič od vanjskog vodiča, a odnosi se na brzinu širenja signala po kablu. Najčešće se brzina širenja označava u postotcima u odnosu na brzinu širenja svjetlosti u slobodnom prostoru. Nominalno gušenje - predstavlja smanjenje jačine signala koji prolazi kablom, a označava se jednicom dB/100m. Kakvo i u kolikoj mjeri će biti gušenje signala ovisi o frekvenciji signala, dužini i fizičkoj strukturi kabla. Tačnije ovisi o presjeku unutaranjeg vodiča (što je presjek veći gušenje je manje), sastavu vanjskog vodiča i o sastavu dielektrika (manja konstanta dielektrika, manje je gušenje). Strukrurno povratno gušenje - je jedno od važnijih svojstava koji odreñuju kvalitetu, a odnosi se na strukturnu tačnost i preciznost koaksijalnog kabla. Ovaj tehnološki termin izražava strukturne nedostatke koji se očituju u reflektirajućim elektromagnetskim valovima čija akumulacija postaje filter koji smanjuje jačinu signala na odreñenoj frekvenciji. Što je viša vrijednost SRL-a (structural return loss) veća je kvaliteta koaksijalnog kabla. Zaštita od el. magnetskih uticaja (screening effectiveness) - odreñuje sposobnost vanjskog vodiča na suprostavljanje djelovanja vanjskih elektromagnetskih intereferencija. Jedinica se izražava u dB i pokazuje za koliku vrijednost smanjuje signale interferencija.

47

4.6. Poreñenje koaksijalnog kabela sa oklopljenim kabelom

Koaksijalni kabel se koristi za prenos visoko-frekventnih signala. Frekventna područja koja se koriste u prenosu nemaju sprege prema drugim ureñajima tj. potpuno su sadržana unutar kabla. Ova osobina ne utiče na prekidanje ili uzemljenje na bilo kom kraju koaksijalnog kabela. Ukoliko kabel nije ispravno prekinut tada se energija reflektuje, ali je još uvijek unutar kabela. Uzemljenje coax-a zavisi samo od toga kako je signal nastao i kako se prekida. Kada se za povratni signal koristi provodnik van koaksijalne oplate onda kabel nije u upotrebi kao coax. Ovaj dodatni (vanjski) put odmah podrazumijeva da postoji polje i van oplate. Oklop koji se završava na jednom kraju i koji ne nosi signal upotrebljava se kao elektrostatički oklop (ponekad nazvan zaštitni oklop). Ovi oklopi (štitovi) su povezani na nulti potencijal, a što je referentna tačka za signal. Ako je signal uzemljen onda je ova odabrana tačka to mjesto spoja sa zemljom. Ovaj oblik oklopljavanja je najefikasniji na frekvencijama ispod 100 kHz. Pravilo 1/12 valne dužine (1/12 λ) će ograničavati karakteristike oklopljenog kabela da na ovoj frekvenciji vrše EM uticaj u pravcu od oko 165 metara. Oklopi su obično povezani zajedno i uzemljeni u jednoj tački. Ovo rješenje podrazumijeva da nema potencijalne razlike izmeñu pojedinih uzemljenja u sistemu. Ova tačka signala može biti “nula” za neke signale, ali očigledno je da može biti i pogrešna za druge signale. Uzemljenje u jednoj tački za VF signale obično nije dobro rješenje u praksi. Odabiranje tačke uzemljenja za oklop vrši se analognim instrumentom. Coax i uzemljenje u više tačaka koriste se za prenos energije visoke frekvencije. Na nižim frekvencijama uzemljeni oklop na oba kraja podrazumijeva da je razlika potencijala ista na ulazu i izlazu oklopne površine. Pri visokim frekvencijama struja sa vanjske površine ne pojavljuje se na unutrašnjoj površini zbog toga što “skin” efekat ograničava prodiranje polja (struja se rasporeñuje po površini – skin efekat).Ovo je moguće ako je oklop adekvatne kvalitete. Najbolji oklopi su napravljeni od kvalitetnog metala, kao cijevi sa tankom stjenkom. Ovaj način oklapanja folijom još se zove i električno tubiranje (electical tubing). Ono je daleko bolje od uplitanja kabela.

48

4.7. Ribbon kabel ili trakasti kabel

Logički signali, a ponekad i napajanje prenose se upotrebom ribon kabela. U ovaj prenos su uključene i petlje, a što zavisi od upotrebe uzemljivača u kabelu. Proces EM uticaja može se minimizirati obezbjeñenjem uzemljivača za svaki od signalnih provodnika. Ovo se može ostvariti povezujući svaki treći provodnik za uzemljenje ili ako se obezbjedi oklop oko kabela. Svi uzemljivači moraju biti povezani zajedno i na prekid (kraj) ovakvog trakastog kabela i na uzemljenje kabela. Struje će uvijek izabrati onaj put koji zahtijeva minimalnu energiju potrebnu za prenos (liniju manjeg otpora). Ova geometrija kabela smanjiti će EM uticaj i smetnje u isto vrijeme. Ukoliko koristimo oklop on mora biti dobro izolovan od unutrašnjeg vodiča i uzemljen na oba kraja, a sve sa ciljem da bi postiglao najbolji efekat. Radijacija i osjetljivost se uvijek mogu reducirati uvrtanjem signalnih i povratnih signalnih provodnika. Kablovi sa naizmjenično uvrnutim parovima je drugi način da se reducira smetnja. Prevelik ribon kabel namotan u skladnu petlju može spregnuti slične signale iz vanjskih polja. Ova praksa se treba izbjeći. Dobar kopromis je da se omota višak kabla u piramidalne nivoe kao «taffy» kolač. Ova tehnika smanjuje područje petlji, a pored toga uklanja višak kabela na zgodan način. Ribon kabel se može naći sa dodanim uzemljivačkim vodičem. Ako ovaj vodič obuhvaća kabel to je takoñer efikasna zaštita. Ovo dodano uzemljenje može poslužiti kao povratna staza za signal obzirom da je spojen za uzemljenje na svakom kraju kabela. Jedan spoj sa vodičem uzemljenja putem konektora omogućava dobre performance. Ova kablovska Ribon geometrija je poznata kao “flexprint”, “stripline” ili “microstrip”. Takoñer se mogu naći i Ribbon kablovi napravljeni tako da je svaki provodnik pojedinačno oklopljen. Imamo i slučajeva gdje svaki signalni provodnik ima svoj koaksijalni povratni provodnik. Konektori koji pojedinačno završavaju oklope čine ove kablove idealnim za visoko-frekventne aplikacije. Testiranja su pokazala da se uspješno koriste trakasti kablovi dužine do 30 metara. 4.8. Foil oklopi (oklopi u vidu folije)

Aluminijumska folija se sve češće upotrebljava kao materijal za oklop kablova. Sama folija je izvrstan elektrostatički štit (oklop). Folija je jako nepravilna i čini se kao izolator u smislu protoka površinske struje. Uprkos svega, kratke dionice ovakvog, folijom prekrivenog kabla mogu se uspješno upotrijebiti kao koaksijalni kabel.

49

Folija se teško spaja na prekidima, jer se ne lemi, a vrlo lako se kida. Da bi izbjegli ove poteškoće proizvoñači često dodaju jednu tanku žicu, odnosno (drain) žicu za «drenažu» mogućih smetnji, kao i za povezivanje prilikom prekida. Idealno struja bi trebala ostati na vanjskoj strani oklopa. Skin efekat bi trebao ograničiti bilo kakve prelaze u unutrašnju stranu. Struja na unutrašnjoj strani kabla podrazumijeva polja koje se mogu sabirati u provodnicima kabla. Zbog toga «drain žica» u unutrašnjosti kabla može uvući struju u unutrašnje provodnike. Može se zaključiti da je oklop od folije sa vanjskom «drain žicom» bolja opcija. Ako je folija od «mylar backed» materijala, onda «drain žica» ne može doći u dodir sa folijom. Meñutim, ova izolacija ograničava osobine oklopa na visokim frekvencijama. Sa druge strane, pravljenje uskog grla za struje na završetku «drain žice» ograničava performanse kabla. Proizvoñači obezbjeñuju niz različitih načina za spajanje folijskih oklopa tako da su oni mehanički obezbjeñeni. Ove tehnike su često glomazne i skupe te se zbog toga često izbjegavaju u većini projekata. Spleteni (upleteni) oklopi ili provodnici sa tankom stjenkom su mnogo lakši za upotrebu i bolje se ponašaju pri visokim frekvencijama. Idealan tretman spleta (braid) na spojevima zahtijevaju upotrebu takozvanih “backshell” konektora, koji povezuju oklop kružno da bi se izbjeglo usko grlo. 4.9. Oklop od upletenih kablova

Splet od bakra je najčešće u upotrijebi kao obloga za oklopljene kablove. Splet obezbjeñuje fleksibilnost kabla uz razumne troškove. Splet je mnogo efikasniji ukoliko je i tkanje dobro urañeno. Mogu se naći i kablovi sa dva sloja tkanja sa ili bez izolacijskog materijala meñu tkanjima. Za mnoge upotrebe sasvim je dovoljan kabel jednosplet i za visoko-frekventne prenose, mada je dupli splet obično bolji.

Ukoliko ima rupa na plaštu onda vanjsko polje može elektrostatički utjecati na unutrašnje provodnike. Oklop formira kapacitivni djelitelj, a impendanca kola odreñuje koliko će biti efikasna obloga. Na niskim frekvencijama skin efekat je beznačajan i cijeli oklop se koristi za protok struje. Ukoliko je obloga uzemljena na oba kraja postojati će naponski gradijent duž obloge. Ukolko je jedan kraj obloge na nuli signalnog potencijala onda je preostala obloga, po definiciji, na jednom drugom (nepoznatom) potencijalu. Taj dio oklopa odspojen od tačnog uzemljenja će praviti šum u signalnom putu. Jedini način da se to izbjegne je uzemljenje i drugog kraja oklopa. Treba ponoviti da je ovo rješenje oklopljavanja za nisko-frekventne signale. Otvoreni oklop na jednom kraju signalnog puta uzrokuje probleme pri višim frekvencijama.

50

4.9.1. Prenosna impedanca

Struje teku sa vanjske strane zaštitnog oklopa kabla sprežu polja prema unutrašnjosti kabla. Mehanizam sprege je kompleksan i nije ga lako objasniti. U slučaju tvrdih zidova oklopa mehanizam se u cijelosti oslanja na skin efekat. Mjera sprege uključuje odnos izmeñu struje na izlazu iz oklopa sa naponom na unutrašnjoj površini. Ovaj odnos napona prema struji po metru zove se prenosna impendanca.

Prenosna impendanca se mjeri tako što se vanjska struja potjera na dijelu kabla koji je propisno okončan na oba kraja. Struja mora biti jednolika duž kabla koji se testira. Jedna polovina prenesenog napona se pojavljuje na svakom od krajeva. Generalno, prenosna impendanca svih upletenih oklopa povećava se sa frekvencijom. Fina upletenost oklopa će dati bolje rezultate odnosno bolju «oklopljenost», nego gruba. Višeslojni upleteni oklopi pružaju umjerene efekte u poboljšanju prenosne impendance. Ako posmatramo frekvencije na kojima je skin efekat dominantniji, tvrdi zidovi oklopa imaju nižu prenosnu impendancu na višim frekvencijama. Oklop sa tankim zidovima često se pokaže da bolje prihvaća široki spektar amplituda nego upleteni. Ima slučajeva u kojma jako dugi upleteni coax daje slabije rezultate od obične žice. Ovi su rezultati uzrokovani tijesnom spregom izmeñu oklopa i unutrašnjih provodnika kao i stajaćih valova na oblogama.

5. KORIŠĆENJE OKLOPLJENIH (UTP I FTP KABLOVA) U ENERGETSKIM I INDUSTRIJSKIM POSTROJENJIMA

5.1. Uvod – odabiranje UTP ili FTP kablovi

Osnovna tema koja se obrañuje je stepen zaštite od elektromagnetnih smetnji, sa prednostima i nedostacima pojedinih vrsta kablova u vezi ovog kriterijuma. Posebna pažnja je posvećena neophodnosti primjene ovakvih rješenja u industrijskim i elektroenergetskim postrojenjima.

U praksi vrlo često dolazi do zabune oko toga da li kabliranje za računarske mreže treba zasnovati na UTP ili FTP kablovima. Ovu zabunu najčešće stvaraju proizvoñači koji u svom proizvodnom programu nemaju oklopljene kablove, tako da površnim i vrlo često besmislenim argumentima pokušavaju da uvjere korisnike u visoke performanse svoje opreme, ili da bar izazovu sumnju u mogućnost efikasne zaštite od elektromagnetnih smetnji kod oklopljenih kablova.

5.2. Neželjena elektromagnetna indukcija

Svaki električni provodnik je potencijalna antena. U realnom okruženju u kome čovjek živi i radi, pored odreñenog broja prirodnih izvora elektromagnetnog polja, postoji i veliki broj vještačkih. Uticaj ovih polja na okolinu može biti različit, ali se najčešće ogleda u smetnjama koje mogu da proizvedu u različitim ureñajima. To je i razlog zbog koga se osjetljiva elektronska oprema (na pr. računari) postavlja u metalna kućišta ili zbog koga je zabranjeno korištenje mobilnih telefona u avionima ili bolnicama.

Kablovi za računarske mreže se u realnim uslovima praktično nikad ne polažu u okruženja koja su izolovana od elektromagnetnog polja. U poslovnim, a naročito proizvodnim objektima, veoma je teško definisati kablovske trase za računarsku mrežu koje se nigdje ne bi približavale ili ukrštale sa energetskom instalacijom. Energetska instalacija u svom normalnom radu, a posebno pri prelaznim stanjima (uključivanje/isključivanje ureñaja) proizvodi veoma snažno elektromagnetno polje koje se indukcijom u okolnim provodnim petljama pretvara u struju. Kako se nivo signala mreža za prijenos podataka može nalaziti u opsegu od reda veličine mV do nekoliko V, jasno je kakve smetnje protoku podataka mogu da proizvedu čak i klasične energetske niskonaponske instalacije.

52

Parični kablovi su tako konstruisani da se samim upredanjem parice postiže odreñen nivo zaštite na frekvencijama nižim od 30 MHz. S obzirom da energetske instalacije rade na znatno nižim učestanostima, ukoliko bi se kablovi meñusobno dovoljno udaljili, neželjen uticaj na tim frekvencijama bi praktično bio otklonjen.

Problem se meñutim javlja pri prelaznim stanjima (uključenja/isključenja) kad se u energetskoj instalaciji proizvode brzi, strmi impulsi velikog intenziteta, koji mogu imati veoma širok spektar, do reda veličine nekoliko GHz. Kako sama parica nije u stanju da se zaštiti od indukcije na tako visokim frekvencijama, u njenim provodnicima se javljaju smetnje koje najčešće samo ometaju protok podataka, a u izvjesnim slučajevima mogu da dovedu i do oštećenja (pregorijevanja) osjetljive komunikacione opreme. Osim za prelazne pojave, ovo razmatranje vazi i za sve ureñaje koji normalno rade u nekoj vrsti impulsnog režima.

5.3. Neoklopljeni i oklopljeni kablovi

Standardi za tzv. Strukturno kabliranje, koje se danas skoro isključivo koristi za formiranje računarskih mreža propisuju da se za povezivanje računara moraju koristiti četvoroparični kablovi. S obzirom da su u početnim fazama razvoja ovim tehnologijama dominirali američki proizvoñači, veliki broj rješenja je bio (i ostao) zasnovan na UTP kablovima.

UTP (Unshielded Twisted Pair – neoklopljene parice) su kablovi koji sadrže četiri parice bez ikakve vanjske zaštite od elektromagnetnih smetnji. Parice su jedino zaštićene plastičnom izolacijom od vanjskih mehaničkih uticaja i vode. Druge zaštite nemaju.

S obzirom da je problem elektromagnetne zaštite veoma ozbiljan, neki proizvoñači (IBM, evropske firme) su razvili tzv. oklopljene kablove, koji oko parica imaju odreñenu električno provodnu strukturu koja pruža znatno veći nivo zaštite.

U praksi postoje tri osnovna tipa oklopljenih kablova:

• FTP • S-FTP • STP

53

FTP kabl je napravljen tako da su četiri parice potpuno obavijene tankom metalnom folijom. Ova folija svoju zaštitnu funkciju obavlja tako što zahvaljujući visokoj impedansi reflektuje vanjske ometajuće elektromagnetne signale na učestanostima većim od 5 MHz i tako im onemogućava prodor do samih parica.

Ova vrsta kablova je od svih oklopljenih najviše prisutna na tržištu. FTP kablovi su relativno jeftini i jednostavni za montažu. Pored klasičnih FTP kablova sa jednom, postoje i kablovi sa dvije folije koji pružaju dopunsku zaštitu.

S-FTP kabl je sličan FTP kablu, jedino što oko folije imaju izveden sloj sirma. Što se tiče nivoa elektromagnetne zaštite nešto malo su bolji od klasičnog FTP-a, dok imaju isti nivo zaštite kao i FTP sa dvije folije. Meñutim, cijena je osjetno veća u odnosu na FTP i UTP, dok je i montaža nešto složenija.

STP kablovi imaju oko svake parice namotanu foliju, dok je oko svih zajedno postavljen sirm. Ovi kablovi su najbolji sto se tiče nivoa zaštite, ali su i najkomplikovaniji za montažu i prilično skupi.

Po odnosu cijena/performanse u praksi su se najbolje pokazali FTP kablovi, tako da se oni najčešće i koriste.

Ovdje treba napomenuti da najbolju zaštitu od elektromagnetnih smetnji pružaju optički kablovi.

Meñutim, zbog njihove visoke cijene, kao i zbog visoke cijene instalacije optičkih kablova (konektorizacija i sl.) ovakva rješenja se u praksi još uvijek koriste samo za manji broj linkova koji povezuju neka kritična mjesta ili mjesta koja su toliko udaljena da se prijenos signala ne može postići pomoću bakarnih kablova.

5.4. Pitanje uzemljenja

Jedan od argumenata protivnika oklopljenih kablova je pitanje uzemljenja. UTP kablovi se naime ne moraju (i ne mogu) uzemljivati, dok svi oklopljeni moraju. Uzemljenje se vrsi iz dva razloga: bezbjednosti i elektromagnetne kompatibilnosti.

Pitanje bezbjednosti se odnosi na klasična rješenja uzemljenja svih izloženih provodnih dijelova, odnosno njihovo dovoñenje na isti potencijal. Ovo uzemljenje se vrši tako što se sistem uzemljenja kablova poveze na jednu zajedničku tačku energetskog uzemljenja objekta.

54

Uzemljenje zbog elektromagnetne kompatibilnosti se vrši zbog toga što za struje visokih frekvencija energetsko uzemljenje ima suviše visoku impedansu tako da sprečava njihov protok i predstavlja otvorenu vezu. U takvim slučajevima folija kabla, pod nekim vanjskim uticajem, može doći na različit potencijal (možda promjenljiv u vremenu) u odnosu na zemlju, tako da sama postane izvor zračenja (antena koja emituje). Zbog toga se folija kabla mora uzemljiti i iz razloga elektromagnetne kompatibilnosti, povezivanjem za neku veću provodnu površinu, sto je najčešće ormar za smještaj opreme.

Iako prethodni, ukratko opisani postupci uzemljenja na prvi pogled mogu izgledati suviše komplikovani, to zapravo nije tako. U praksi se folija ili sirm jednostavno preko odgovarajućih stezaljki vezuju za kućište razdjelničkog ormara (elektromagnetna kompatibilnost), a kućiste ormara se klasičnom žuto-zelenom žicom odgovarajućeg presjeka vezuje za energetsko uzemljenje (zaštita). Postupak uzemljenja je dakle vrlo jednostavan, naročito kod FTP kablova, posto je sva oprema tako konstruisana da izvoñenje uzemljenja prilikom instalacije ne usporava rad.

5.5. Aplikacije

I pored očiglednih kvalitativnih prednosti FTP kablova, neki (a naročito američki) proizvoñači i dalje ulazu znatne napore u promociji UTP kablova. Ti napori nisu samo marketinške prirode u oblasti kabliranja, već se i kod proizvoñača aktivne opreme forsiraju takva rješenja koja će biti što manje osjetljiva na nedostatke UTP kablova. Glavni pravci u realizaciji aktivne opreme na fizičkom nivou se odnose na načine električnog kodovanja signala, kojim bi se spektar digitalnih signala što više suzio. Tako se na pr. kodovanjem tipa TP-PMD koje se koristi kod Brzog Interneta (100 Mb/s) spektar signala sabija na 31,25 MHz. To se radi zbog toga da bi se cio signal prenio sto vise u »bezbjednom« opsegu od 30 MHz u kome UTP kablovi nisu osjetljivi na smetnje. Odgovarajuća rješenja se takoñer prave i za ATM, ali je zajednička karakteristika svih da ona znatno poskupljuju krajnji proizvod. Ipak, sa uvoñenjemračunarskih mreža koje rade na veoma velikim brzinama, kao sto je na pr. Gigabitni Internet (ili 10-gigabitni Internet, koji je u pripremi) čak ni skupim i složenim metodama kodovanja neće biti moguće toliko suziti spektar signala da bude neosjetljiv na elektromagnetne smetnje kod UTP kablova. Pored toga, pretjerano složeno kodiranje samo po sebi proizvodi dodatnu osjetljivost i na smetnje manjih intenziteta. Imajući u vidu i nove standarde u kabliranju, gdje na pr. Kategorija 6 ima propusni opseg od 250 MHz, jasno je da u takvim instalacijama nema previše smisla postavljati UTP kablove koji mogu da prenesu signale tako širokog spektra (250 MHz), a koji su bezbjedni samo na učestanostima do 30 MHz. Optimalno rješenje u takvim slučajevima, imajući u vidu i cijenu kablova, je - FTP kabal.

55

5.6. Kabliranje industrijskih i energetskih postojenja

S obzirom na veliku koncentraciju energetskih instalacija, od kojih su mnoge visokog napona, kabliranje industrijskih postrojenja je uvijek veliki izazov za projektante mreže. Nepravilno projektovana mreža, sa neodgovarajućim kablovima može da zada velike glavobolje, kako administratorima mreže, tako i rukovodstvu firme, posto zbog povećanog nivoa smetnji mreža vrlo cesto ne funkcioniše kako treba i posao stoji.

Dodatna otežavajuća okolnost je i povećana vjerovatnoća oštećenja aktivne opreme (habova, svičeva, rutera, mrežnih kartica na računarima) do kojih može doći zbog prevelike vanjske indukcije.

Zbog toga u ovakvim postrojenjima gdje god je to moguće, a naročito u neposrednoj blizini izvora jakog elektromagnetnog polja treba koristiti optičke kablove. Na ostalim mjestima, gdje se inače polažu bakarni kablovi svakako treba koristiti FTP kablove ili čak STP, dok UTP kabliranje nikako nije poželjno.

Zanimljiv eksperiment je 1997. izvela jedna firma koja je umrežavala računare u električnim centralama Ukrajine. Zbog problema sa pregorijevanjem opreme izazvanih indukcijom u UTP kablovima, od spomenute firme je zatraženo da prikaze mogućnosti FTP kablova u realnom postrojenju. Cilj eksperimenta nije bio samo da se prikaze da će oklopljeni kablovi zaštititi opremu od oštećenja izazvanih indukcijom, nego i da će mreža moći da radi bez ometanja. Eksperiment je izveden u funkcionalnom djelu nuklearne elektrane Černobilj. Zbog neposjedovanja odgovarajuće opreme za mjerenje intenziteta smetnji i njihove statistike, primijenjeno je prosto, ali sasvim realno rješenje kod koga su dva računara bila povezana preko jednog haba za Brzi Internet. Jedan računar se pritom nalazio odmah pored haba, dok je drugi bio povezan FTP kablom maksimalne dozvoljene dužine od 100 m (proizvoñač Alcatel). Ovaj dugački kabl je zatim bio postavljan na različite lokacije u postrojenju, koje su bile sumnjive sa stanovišta izvora ometanja, dok je na računarima bio instaliran softver koji je saobraćajno maksimalno opteretio ovu jednostavnu mrežu. Brzi Internet je bio izabran zbog toga što je u tom trenutku to bio najbrži tip računarske mreže Internet tipa, koji je bio u mogućnosti da signale prenosi po bakarnim kablovima. Eksperiment je vršen i za uzemljenu i za neuzemljenu foliju FTP kabla. Rezultati ovog jednostavnog eksperimenta su pokazali da tokom rada, ne samo da nije došlo ni do kakvog oštećenja opreme, već je mreža sasvim normalno radila. Vrhunac je bio kada je kabl unijet u prostoriju sa agregatima, u kojoj je intenzitet elektromagnetnog suma bio toliki da nikakav radio prijenos nije bio moguć (radio, mobilni telefoni i sl.). FTP kabl je u jednom trenutku čak bio direktno položen na metalno kućište generatora, ali ni u takvim uvjetima nije došlo do smetnji niti oštećenja opreme.

56

5.8. Zaključak o oklopljenim kablovima

Prethodni tekst predstavlja razmatranje kojim se prikazuju prednosti korištenja oklopljenih, naročito FTP kablova, u odnosu na rješenja sa UTP kablovima. Poseban akcent je stavljen na značaj primjene ovih kablova u industrijskim i elektroenergetskim postrojenjima. Na osnovu svega iznijetog korisnik će moći da donese pravu odluku u vezi svoje investicije, što je naročito važno kod ovakvih infrastrukturnih investicija, kao što je kabliranje za računarsku mrežu.

57

PRILOG: A

A. PREDSTAVLJANJE PARAMETRA SMETNJE (ŠUMA) A.1. Decibeli

Mnogi od parametara koji su vezani za kontrolu smetnji pokrivaju mnoge nizove magnituda. Impuls munje može imati vrh amplitude od 100 kA dok struja signala može imati samo 10 µA. Frekventni odziv može prekrivati dijapazon od 1 Hz do 10 MHz. Ovaj veliki dijapazon se najbolje rješava upotrebljavajući logaritamsku skalu. Pojedini logaritamski grafički prikaz može predstaviti amplitude od mikroampera do kiloampera i frekvencije od 1 Hz do 100 MHz. Logaritamski grafički prikaz je jedini praktični put kojim se ide u većini slučajeva.

Šum je definiran kao logaritam u odnosu od dva nivoa snage (koji moraju

da budu izraženi u nekim jedinicama). Jedan od nivoa snage je uobičajeno opisan kao referentni nivo. Na primjer, kada 10 W poredimo sa referentnim nivoom od 1 W i to je jednostavno jedan Bel (šum), kao što logaritam od 10/1 iznosi 1.

Izraženo matematski, proporcija snage N je jednostavno: N = log P1/P2 bels Bel (šum) je prvo korišten u telefoniji da mjeri nivoe snage zvuka preko

telefonskih linija. Decibeli ili 10 puta bel su ispali mnogo prikladnije jedinice kao njihov predstavnik za posljednju primjetnu promjenu u zvučnoj razini (nivou koji može da primijeti ljudsko uho). Izraženo matematski, proporcija snage N izražena u decibelima (dB) je jednostavno:

N = 10 log P1/P2 dB

Navedimo kao jedan primjer, 20 W izraženo u formi decibela je 10 log 20/1 ili drugačije rečeno 13 dB watts. Referentni nivo od 1 W je pretpostavljen. Kako 1000 mW odgovara 1 W, tada 20 W odgovara 20 000 mW. Izraženo u decibelima prethodno zabilježeno 20 W odgovara 10 log 20 000/1 ili 43 dB miliwati sa referentnim nivoom postaju 1 mW. To je standardna praksa da se piše dB milivati kao dBm (ili dBmW). Kako slijedi, 20 W odgovara 43 dBm. Omjer dva nivoa snage može biti izražen kroz jednačine koje su uvjetovane naponima i impedancama. Ako je P1 = V1

2/Z1 i P2 = V22/Z2 tada proporcija snage N

može biti napisana:

58

N = 10 log P1/P2 = 10 log V12/ V2

2 + 10 log Z1/ Z2 Izraz 10 log V1

2/ V22 je jednak 20 log V1/ V2.

Ako su impedance jednake tada je10 log 1 = 0 pa slijedi: N = 20 log V1/ V2

Važno je uvijek napomenuti da osnovna definicija zahtijeva da N predstavlja proporciju snage. Dvadeset volti izraženo u decibelima označava se sa 20 log 20/1. Ovdje je referentni nivo 1V. Napomenimo i drugi način: 20 V = 26 dB volti Razvijajući ovu ideju, 20 V odgovara 20000 mV. Kako slijedi iz prethodnog, 20000 mV predstavljeno u decibelima je: 20000 mV = 20 log 20000/1 = 86 dB milivolti = 86 dBmV Ovdje je referentni nivo 1mV. Iz naprijed izloženog trebalo bi biti jednostavno vidjeti zašto je tako neophodno da se odrede jedinice tj. kada da se upotrijebe dB: predstavit 26 dB u voltima je veoma različito nego predstaviti 26 dB u miliwatima (ovo dobro provjeriti). Bez preciznih jedinica, tvrdnje koje mogu biti napravljene u literaturi mogu biti baš one koje će naše razmišljanje zavest sa ispravnog puta. Decibeli se često upotrebljavaju bez upute ka odgovarajućim nivoima impedanse. Ova praksa je široko raširena i ona se ne planira mijenjati. Veoma je važno da se prepozna kada su decibeli upotrijebljeni ispravno, a kada ne. Pojačanje jednog pojačivača izraženo kao naponski odnos rijetko upućuje na izvor i konačne impedanse. Pojačanje za 60 dB jednostavno isijava (zrači) naponski prsten od 1000. Jednadžba za sistemsko povećanje može da uplete faktore prostora, impedanse i struje. Izraženo matematski, primjer ove jednadžbe može biti u formi: Gain = 20 AZI Ako je A = 10 cm, Z = 5 Ω i I = 2 A tada ova jednačina može biti izražena u decibelima kao: dB gain = 26 dB + 20 dBcm + 14 db ohm + 6 dB amper

59

Pretpostavljene jednice imaju smisla onda kada će povećanje u dB biti suma svih datih uslova ili rečeno računski: 26 + 20 + 14 + 6 = 66 dB. Očigledno ova upotreba decibela za sve faktore je pogodnost, kao što je sabiranje mnogo jednostavnije nego množenje. Decibeli su logaritamski odnos. Upotreba ovih jedinica u označavanju je uslovna prednost zbog toga jer dopušta da problem «proñe» mnogo lakše. Omi i amperi ne mogu biti sabirani (dodavani), ali u označavanju decibelima dB omi i dB amperi mogu se sabirati kao i ovaj predstavnik dB volti. Jedinice uključene u označavanje decibelima mogu se upotrijebiti da izraze odreñene širine pojasa. Na primjer, šum (noise) može biti okarakteriziran kao posjedovanje napona po kilohercu ili po megahercu. Ovo označavanje može biti dBmV/kHz (decibelmilivolt po kilohercu). Električno polje se mjeri u voltima po metru. Označavanje, dBV/m/kHz, se može čitati kao decibelvolti po metru po kilohercu. Zapazite u prethodnom izrazu da slovo m može značiti milliwate ili metre. Uobičajne je da je korektna interpretacija očigledna iz samog konteksta. Označavanje u decibelima je široko rasprostranjeno u vladinim regulativama i u njihovim detaljnim opisima (specifikacijama – misli se na USA). Referentni nivoi se mogu mijenjati ali je osnovna ideja ista. Referentni nivo šuma (rn) upotrebljava se u telefoniji. Signal koji se poredi sa ovim referentnim nivoom šuma može se izraziti u jedinicama: dBrn. U akustici upotrebljava se referentni nivo zvučnog pritiska. Logaritamska skala je veoma laka za baratanje i pronalazi svoj put u decibelima u skoro svim poljima. Skala u decibelima je laka za upotrebu ako se odreñena, ali jednostavna pravila slijede. Pretpostavljajući definiciji gdje je odnos 20 log u upotrebi onda faktor 2 je 6 dB, a faktor 3 je 10 dB i faktor 10 je 20 dB. Faktor od ½ je – 6 dB, a faktor od 1/3 je – 10 dB i faktor od 1/10 je – 20 dB. Slijedeći primjeri pokazuju nam kako se upotrebljavaju vrijednosti ovih decibela. Izrazimo faktor 20 u formi decibela: 20 log 20 = 20 log 10 ×××× 2 = 20 log 10 + 20 log 2 = 20 dB + 6 dB = 26 dB Izrazimo faktor 5 u formi decibela: 20 log 5 = 20 log 10/2 = 20 log 10 – 20 log 2 = 20 dB – 6dB = 14 dB Izrazimo faktor 0,005 u formi decibela: 20 log 0,005 = 20 log 5/1000 = 20 log 5 – 20 log 1000 = 14 dB – 60 dB = – 46 dB

60

A.2. Valni oblici i smetnje (interferencije) Signali interferencije mogu biti prolazni (tranzijentni) ili ponavljajući. Signali se karakteriziraju u vremenu po njihovim valnim oblicima, koji mogu biti od napona, struje ili jačine polja. Ovi valni oblici se karakteriziraju po vremenu njihovog prenosa, vremenu njihovog nastajanja, periodima i zadanim ciklusima. Neki signali mogu biti oni koji se ponavljaju u prirodi dok drugi pulsiraju u periodu koji kratko traje. Valni oblici predstavljeni u vremenu mogu takoñe biti predstavljeni u uvjetima zadovoljavanja frekvencije. Na primjer, kontinuirani četverokutni naponski talas može se formatirati sabiranjem beskonačnog broja sinusoidalnih napona. Kako slijedi, za kontinuirani kvadratne talase je rečeno da su napravljeni od serije sinusoida. Najniža frekvencija ili fundamentalna sinusoida dogaña se u ponavljajućoj mjeri kvadratnih talasa. Druge sinusoide ili harmonična dogañanja su na pojedinim harmonicima od osnovnog signala. Kvadratni valovi mogu biti efektni da sintetiziraju više odvojenih elemenata u jedan, tačnije oni sabiraju veliku grupu sinusoida. Većina EMI specifikacija je napisana u terminima za frekvenciju. Kao jedan primjer, FCC ograničenja dozvoljenog zračenja od kompjutera je na gornjim frekvencijama od 30 MHz. Ovo zračenje može se mjeriti sa jednom antenom. Ova ista granična pravila dirigovane emisije vrijede na vodičima snage. Ograničenja su izražena u voltima ili amperima kao frekventna funkcija. Kako slijedi to je potreba da bi se bilo sposobno preći put od interpretacije do analize kompleksnih valnih talasa u uvjetima njihovog frekventnog sadržaja. Frekventni sadržaj kompleksnog signala dat je putem Fourier-ove analize. Harmonici koji prave ponavljajuće talase poznati su kao Fourier-ov niz. Frekventni sadržaj jednog dogañaja je deriviran od Fourier-ovog integrala. Matematski detalji, iako važni, nisu neophodni da bi se razumio okvirni koncept. Danas postoje kompjuterski algoritmi koji dozvoljavaju valnim signalima da budu analizirani pritiskanjem samo nekoliko tipki. A.3. Neprekidni talasi Satni signal u logičnom sistemu je dobar primjer neprekidnih talasa. Ovaj signal je karakteriziran vremenom svog uspona i pada, mjerom ponavljanja i zadanim ciklusima. Uopće, u satnom signalu će biti harmoničan sadržaj na svakom integrisanom multiplu osnovne frekvencije. Jednačine koje predstavljaju amplitude su kompleksne. Amplitude se mogu približno ograničiti jednim definicionim područijem zvanim okvir.

61

Ovaj okvir, iako veoma netačan, može poslužiti kao startna tačka čak i u najgorem slučaju analize. Kod ponavljajućih talasa imamo drugačiji pristup. Najniži frekventni harmonik u ponavljajućim talasima imaju amplitude koje padaju proporcionalno sa frekvencijom. Naprimjer, ako treći harmonik ima amplitudu od jedne trećine volta tada će peti harmonik imati amplitudu jedne petine volta. Odreñeno vrijeme uspona i pada u tipičnom satnom signalu ograničava amplitude na višim harmonicima. Prelazna frekvencija je približno predstavljena sa 1/ππππττττr gdje je ττττr vrijeme uspona ili vrijeme pada. Iznad ovih frekvencija amplitude pojedinih harmonika padaju proporcionalno sa kvadratom frekvencije.

Slika A.1. Harmonike amplitudnog okvira za ponavljajuće talase. (a) Ponavljajući satni signal; (b) Harmonijske amplitude; (c) Okvir maximalnih harmonijskih magnituda nacrtan na log-log grafikonu: f1 = 1/ππππττττ i f2 = 1/ππππττττr . Amplitudni okvir za prikazivanje harmonijskih amplituda vidi se na slici A.1. Ovaj okvir je pokazan krivom gdje je na ordinati označena amplituda u decibelima, a apscisa je u log frekvenciji. U ovoj vrsti dijagrama linearno i kvadratno slabljene harmoničnih amplituda rezultira u pravim linijama.

62

Okvir ne znači da se ima drugi sadržaj osim na osnovnim frekvencijama i njihovim harmonicima. Maximalna amplituda na bilo kojim harmonicima je odreñena sa vrijednosti amplitudnog okvira na tim harmonicima. Frekvencije 1/πτ i 1/πτr se nazivaju prva i druga ugaona frekvencija, respektivno. Primjetite da je moguće za osnovnu frekvenciju da leži iznad ili ispod prvog frekventnog ugla (perioda). U jednom primjeru, razmotrimo napon od 2-V i simetrične kvadratne valove od 10-MHz gdje je τr = 10 nsec i τ = 40 nsec. Prvi ugao (period) frekvencije je na 1/πτ = 7,96 MHz . Drugi ugao frekvencije je na 1/πτr = 31,83 MHz. Amplituda na trećem harmoniku ima bazno (osnovno) vrijeme amplitude sa odnosom 7,96/30. Ako je ciklus trajanja (duty cycle) 50 % tada je bazna amplituda 2 V. Izraženo u decibelima amplituda trećeg harmonika je 6 dBV manja nego faktor slabljenja od 20 log 30/7,96 ili – 5,5 dBV. Interesantno je vidjeti šta se dešava kada se period načini dužim. Osnovna frekvencija na nižim harmonicima će sada pasti ispod prvog perioda (ugla) frekvencije. Otkad je ciklus trajanja očigledno manji, amplitude svakog harmonika će imati opadanje. Na granici harmonici će ići na nultu frekvenciju i svukuda će harmonici biti gusti. U ovom graničnom slučaju amplitude na svakom pojedinom harmoniku biti će nula. A.4. Tranzijentna sprega

Kada se tranzijentni signal spreže na sistem, korektna analiza uključuje odgovor na svaku frekvenciju i zbrajanje svih pojedinačnih odgovora. Ako je približno predstavljanje ono koje smo tražili onda postoje i druge tehnike koje se mogu primijeniti. Ako je sprezanje proporcionalno frekvenciji tada skup amplituda omogućuje vrijednu indikaciju u smislu kako postupiti i ići dalje. Okvir ispod drugog harmonika frekvencije indicira da je pad amplitude proporcionalan frekvenciji. Ovo znači da je signalno sprezanje linearno za sistem na frekvencije ispod drugog harmonika frekvencija. Prvo odreñivanje sprezanja zbog toga uključuje vrhove amplituda i i drugi harmonik frekvencija. Kao u primjeru, impuls munje od 50000 vrhova ampera raste u 0,5 µsec. Druga krajnja frekvencija je: 1/ππππττττr = 636 kHz. Vrh amplitude od 50000 A na frekvenciji od 636 kHz će proizvesti vrh sa spojenim odgovorom. Ako je žrtva koja može podnijeti signale na toj frekvenciji tada se šteta može prouzročiti.

63

A.5. Tranzijentni valni oblici Ograničavajući slučaj upravo je objasnio omogućavanje osnova za analizu jednog zasebnog električnog dogañaja. Zaseban impuls može se odnositi u frekventnom domenu kao posjedovanje frekvencijskog zadovoljenja na svim frekvencijama. Napon ili energija na svakoj frekvenciji više nema smisla. Mora se razmotriti mjerenje energije signala grupe frekvencija. Okvir maksimalnih amplituda upotrebljenih za ponavljajuće valne oblike može se primijeniti i na signalne dogañaje. Okvir ima isti osnovni oblik osim ako su to frekvencije sadržane bilo gdje. Osnovna (nulta) amplituda razmatranog talasa u ovom slučaju mora biti u obliku jedinice pojasne širine. Okvir ima dvije iste ugaone frekvencije 1/ππππττττ i frekvencije 1/ππππττττr. Osnovna amplituda je dana sa jednadžbom 2Aττττ. Gdje je A amplituda impulsa i ττττ je impuls dat u odreñenom periodu izražen u sekundama. Frekvencija nasuprot amplitudama za tipični impuls je pokazana na slici 8.2.

Ako je ττττ dat u jedinicama u formi sekundi tada osnovna amplituda ima jedinice izražene u hercima; ako je ττττ dat u jedinicama u formi milisekundi tada osnovna amplituda ima ima jedinice izražene u kilohercima. Amplitude koje imaju udio u čitavom spektru amplituda mogu biti riješene kroz svoju poziciju duž njihovog skupa.

Slika A.2. Okvir frekventnih amplituda za jedinični impuls. (a) Jedinični impus; (b) Amplituda frekventnog sadržaja; (c) Amplitude kao funkcija frekvencije

predstavljene na log-log grafiku: f1 = 1/ππππττττ i f2 = 1/ππππττττr .

64

A.6. Efektivna snaga zračenja

Neki eksperimenti su obično napravljeni da direktno zrače energiju sa antene. U komercijalnim televizijskim emitiranjima nema nikakvog smisla odašiljati ka nebu ili pak ka nenastanjenim područjima. U radarskim sistemima emitirana zraka mora biti veoma uska i koncentrisana da bi dobila dobre rezultate. U mikrovalnoj vezi zraka mora dosegnuti samo sljedeću repetitorsku stanicu. U svakoj od ovih aplikacija jedina briga je dovoljna energija polja koja može dosegnuti cilj.

Jedan posmatrač daleko udaljen od odašiljača može mjeriti jačinu polja, ali nema načina odrediti kako je energija usmjerena ili koncentrisana na anteni. Ako je uobičajni prijenos u svim smjerovima pretpostavljen i tražena udaljenost je poznata, može se pristupiti računanju snage zračenja. Ako je energija koncentrisana da isijava preko 10% od čvrstog (odreñenog) ugla tada je uključena efektivna snaga reducirana sa faktorom 10. Efektivna snaga zračenja (ERP – effective radiated power) je fiktivni izvor snage koji jednolično zrači energiju u svim smjerovima. Sa ovim nivoom snage jačina polja može biti izračunata na svim udaljenostima bez pritužbi na dizajn antene. Ova koncentracija emitovane energije (zračenjem) uobičajeno je zvana antensko pojačanje. Gustoća snage na sfernoj površini sa udaljenošću R od jednoličnog (skladnog) isijavanja je:

P = ERP/4πR2

Ova gustoća snage može se izraziti u uvjetima električnog polja jačine E i talasne impedance Z:

P = E2/Z Upotrebljavajući ovaj proračun za P i rješavajući za E jačina električnog polja na udaljenosti R je dana sa:

E = ERP30 /R gdje Z ima vrijednost 377 Ω. Važno je napomenuti da E polje proporcionalno opada na prvobitnu snagu sa udaljenošću, a nema kvadratnu karakteristiku opadanja. U slobodnom prostoru H polje sa udaljenošću od izvora zračenja je dato sa E/377.

65

A.7. Efektivna snaga zračenja iz tipičnih izvora Pravila FCC odreñuju upotrebu elektromagnetnog spektra u Sjedinjenim Američkim Državama. Ovo dodjeljivanje uključuje i frekvencije i dozvoljene razine snage. Lista emitiranih zračenja i njihove efektivne snage zračenja je dana u Tabeli A.1. TABELA A.1. Tipični antenski predajnici (radijatori) i njihove razine snage Aplikacija Frekventni opseg Efektivna snaga zračenja VLF navigacija 10-300 kHz 300 kW AM radio 0,5-1,5 MHz 50 kW Podešeni HF 3-30 MHz 10 kW Hams 3-30 MHz 750 W Mobilni telefoni (zemni) 3-30 MHz 100 W VHF TV (niski) 50-80 MHz 200 kW FM radio 80-120 MHz 100 kW VHF TV (visoki) 150-250 MHz 250 kW UHF TV 400-900 MHz 5 MW Vojni radari 0,2-100 GHz 10 GW Radar- ATC 1 GW Radar- mornarica 100 MW A.8. Strukture zračenja U tipičnom odašiljaču energija se daje anteni preko koaksijalne prenosne linije. Energija sadržana u prenosnoj liniji isijava na anteni. Najobičnija antena za emitiranje je poluvalni dipol, koji se sastoji od vertikalnog provodnika podignutog sa ravni zemlje. Emitirajuća linija dovodi se na antenu i to na njeno podnožije. Ovaj dogovor je uzet u obzir da bude jedan nebalansiran spoj ( prelazni otpor mora biti nizak) i pogodan je za direktno spajanje sa koaksijalnom linijom. Zemlja sama za sebe nije adekvatna osnova i uobičajno je snabdjevena sa metaliziranom zamjenom (uzemljenjem). U AM emitovanju, metalni provodnici su položeni radijalno na podnožje antene. Ovi provodnici su oklopljeni. Teoretski primjer zračenja sa ovakve antene je isti kao da je slika antene locirana ispod podnožija (temelja) antene ili polja sa cijelog dipola. U dogovoru za punovalni dipol, prenosna linija ili koaksijalno napajanje povezuje centralnu tačku izmeñu dva horizontalna provodnika. I linija napajanja i antena uzimaju u obzir balans u prirodi . Ako je napajajuća linija putem koaksijalnog kabla onda je potrebna neka vrsta balansirane transformacije da se poveže na antenu ( prelazni otpor mora biti nizak). Takav transformer se naziva balun , a što je kovanica riječi koja opisuje pretvorbu ka balansiranom signalu

66

(BALanced signal) sa nebalansiranog signala (UNbalanced signal). Ako je pogonska jedinica simetrična, kao što je to u slučaju 300-Ω dvostruke istovjetne linije, tada je nepotreban balun. Isijavanje (zračenje) antene se analizira tako što rastavljamo antenu na veliki broj malih antena. Svaki taj segment antene daje mali doprinos u pravljenju velike antene. Totalno isijavanje je suma zračenja iz svakog segmenta. Analize su uobičajno izvedene uzimajući u obzir neprekidne valove (continuous wave – CW) sinusoidalne struje u svakom segmentu. H polje udruženo sa svakog segmenta treba jedno konačno (ograničeno) vrijeme da dosegne udaljenu tačku. Na niskim frekvencijama ovo H polje će predstavljati energiju pohranjenu u iduktivnosti. Na niskim frekvencijama ova energija biti će vraćena u generator. Kako se frekvencija povećava vrijeme odlaganja uključeno u povratak ove energije mora da se uzme u obzir (i razmotri). Zakašnjenje H polja koje se vraća može se podijeliti u dvije komponente. Prvu komponentu u fazi sa strujom i drugu komponentu u faznom pomaku za 90 stepeni ( u kvadraturi sa strujom) . Ovo fazno pomaknuto polje ne može vratiti energiju ka izvoru i ona je zbog toga isijavajuća (ona koja zrači) komponenta.

Ova lekcija je jednostavna. Svaki upravljani segment koji nosi struju može isijavati (zračiti). Ako je polje udruženo sa tokom struje sadržano u bliskom regionu kao u dijelovima koaksijalnog kabla tada neće biti zračenja. Ako je vodič izložen otvorenom prostoru tada će biti zračenja. Ovo je razlog zašto su problem dugi uzemljeni vodiči (ground conductors) na svom putu u zemlju. Viskofrekventne struje koje se prenose mogu lahko da zrače u slobodni prostor. Gorespomenuto je osnovni razlog što duge trase uzemljivača (opreme uzemljenih provodnika) nisu efektivne na frekvencijama koje prelaze jedan dvadeseti dio valne dužine (1/20λλλλ). Oklapajući provodnik neće poboljšati situaciju. Prvo je oklop čvrsto spregnut (priljubljen) sa provodnikom tako da će i on ubuduće isijavati (zračiti). Povratna staza za struju u provodniku je daleko udaljena od uzemljene staze i oblast zračenja je velika. Ovaj veliki kružni postupak će se takoñer udružiti sa drugim elektromagnetnim poljima i dovesti ovu energiju u opremu. Uzemljeni provodnik u kanalu (kanalici) zaštićen je tim istim kanalom i do kraja kanala naš provodnik funkcioniše dobro. Meñutim, ovaj kanal nema veze sa reduciranjem zračenja. Proces zračenja koji smo upravo razmatrali bio je u uvjetima H polja. Maxvelove jednačine dovode u vezu promjene H polja u jedno E polje i obratno. Kako slijedi, na udaljenosti od strujnog segmenta biti će jedno E polje. Jedno slično razmatranje zračenja može takoñe početi imajući u vidu električno polje koje sakuplja energiju. Energija koja se vraća u faznom pomaku od 90 stepeni je isijavajuća komponenta. Promjena E polja je povezana sa H poljem putem Maxvelovih jednačina. Polje koje je u blizini dipola je različito od polja blizu petlje. Blizu dipola E polje dominira, a blizu petlje dominira H polje. Na udaljenosti je E/H proporcija konstantna i naziva se valna impedansa u slobodnom prostoru.

67

Ova E/H proporcija je u jedinicama zvanim Omima, kao što je H (jačina magnetnog polja) ima jedinicu izraženu u amperima po metru i E ima jedinice izražene u voltima po metru. Na većoj udaljenosti od izvora zračenja E/H = 377 Ω.

Meñutim, blizu izvora zračenja pravila su različita. Blizu dipola ili blizu mjesta brze promjene napona, E polje dominira i proporcija E/H za komponente koje zrače može biti nekoliko hiljada Oma. Blizu petlje može dominirati H polje i E/H odnos može biti manji od 50 Ω. A.9. Interferencija u blizini izvora polja i na udaljenosti od njih Maxwelova jednačina se može riješiti na dobrobit (koji dopušta) E i H koponente polja za jednostavne radijacijske geometrije. Ova rješenja pokazuju da razmaci duži od λ/2π (gdje je valna dužina na frekvenciji koja se odašilje), odnos E/H je 377Ω. Za 1 MHz ova razdaljina je 48 metara. Ova razdaljina se naziva interferencja bliskog polja - udaljenog polja (near field-far field). Unutar ove razdaljina polje se naziva induktivnim ili bliskim poljem. Termin induktivno polje se upotrebljava kada je valna impendanca niska. Udaljenost interferencija bliskog-udaljenog polja na frekvenciji 60 Hz je nekoliko hiljada milja (nekoliko hiljada km). Zaštita (oklopljavanje) ovakvih pojava je dakle područje “bliskog” polja ili induktivnog polja. Problem je vidno teži kada treba magnetno polje na 60 Hz prigušiti. Prigušenje obezbjeñeno putem komada metala (oklopa) mora se uraditi u srazmjeri sa valnom impendancom i impendancom barijere. Kada je nizak talas impedance omjer očigledno nije povoljan.

Tanka folija bakra je u biti efektivna protiv 60 Hz indukcionog polja. Čelik daje bolju zaštitu nego bakar za indukciono polje ako ima odgovarajuću propustljivost. Ako se razmatra prigušenje onda moramo koristiti dodatne slojeve bakra i čelika. Magnetični materijali blizu magnetskog izvora mogu neutralisati metal i i učiniti ga neefektivnim. Ovo je djelimično tačno kad se koriste neuobičajni ili visoko-magnetični materijali. Magnetno polje može ponekad biti skrenuto u krug osjetljivog područja. Magnetno polje će slijediti zidove čelične izolacione cijevi(oklopa) radije nego ući u njih. Ovo može biti iskorišteno da zaustavi polje od spajanja provodnika unutar izolacione cijevi. Čelična ljuska oko priključka će skrenuti polje s spajajućeg puta i reducirati spajanje. Magnetna traka može biti omotana oko kablova da reducira magnetno udvajanje.

Specijalni magnetni materijali kao mumetali raspolažu sa visokom propustljivošću. Ova sposobnost se odnosi na omjer indukcionog poja B i magnetne sile H. Ovi materijali su teški za rad sa mehaničkim naprezanjima ili visokim temperaturama što dovodi do smanjenja njihove djelotvornosti.Visoka permeabilnost je efektivna samo na niskim frekvencijama jer npr. slojni efekt i vrtložne struje komplikuju efekat oklapanja. Ovi materijali će lako štiti provodnik, ali neće biti korišteni kad su najbliže struje ili vanjska polja visoka.

68

Kada su magnetični materijali sastavljena od malih umetnutih dijelova (nalik na vrpce ili tanke trake) onda će zaštitni efekat za E polje postati bolji.

Nekoliko slojeva različitih materijala su često neophodni da dostignu dobru zaštitu za širok rang frekvencija. A.10. Kola od petlji

Krugovi koji emituju energiju ili signale su napravljeni od petlji, koje se sastoje od izvora signala, izlaznih vodova, opterećenja (trošila) i povratnih vodova. Svaka petlja može poslužiti kao antena (radijator). Jačina magnetnog polja je proporcionalna površini petlje i pripadajućem protoku te petlje. Slika A.3. daje komponentu H za razmak od 1 i 3 m od područja petlje površine jednog kvadratnog metra, a kroz koju prolazi struja od jednog ampera. Ona je dana kao funkcija od frekvencije. Na niskim frekvencijama H područje je induktivno. Na frekvencijama za koje se smatra da je polje jako udaljeno (far field), polje zrači u svim pravcima.. Nužno je primjetiti da se na velikoj daljini, H povećava sa kvadratom frekvencije. Uticaj odgovarajućeg antenskog kruga je proporcionalan prostoru. Ovo važi sve dok vodovi nisu uvrnuti i dok dužina ne prelazi četvrtinu valne dužine (1/4 λ). Vrijednosti H polja sa Slike 8.3. mogu se iskoristiti u kompleksnim krugovima za procjenu totalnog isijavanja (zračenja). Polje svake pojedine petlje može se smatrati pojedinačnim sabirkom. Na štampanim pločama područja kola moraju uključivati kondenzatore za isključivanje i pinove (priključne konektore) na integrisanim kolima.

Slika A.3. Isijavanje (zračenje) iz kvadratne žičane petlje površine 1 cm2 na 1 V rms

69

A. 11. Spojna mjesta dva oklopa (mjesta prekida)

Kvaliteta oklopljavanja je obično usaglašena sa uslovima mjesta spajanja (prekida), odnosno načina spoja dva kabla. Ukoliko je struja koja teče vanjskom površinom oklopa veoma blizu unutrašnjem vodiču, polje koje stvara ova struja može vrlo lako ući u unutrašnjost kabla. Drugačije rečeno, spojna žica predstavlja relativno veliku impedancu. Struja koja teče ovim putem stvara potencijalnu razliku izmeñu oklopa i pregrade (bulkhead) ili čak i prekid. Pojava ovog napona je uobičajna u praksi. Ovaj napon pravi uticaj na sve unutrašnje vodove. Oklop je gusto spleten i blisko spregnut sa svojim unutrašnjim provodnikom. Ako se oklop uzbudi isto će se desiti i sa svim unutrašnjim provodnicima. Najbolji način povezivanja oklopa sa pregradom (bulkhead), koja razdvaja analogni i digitalni krug, je preko (backshell) konektora. Ovo je neophodno za vojne potrebe gdje su testovi provedeni na oklopima u teškim uslovima gdje su visoka polja. Ovaj backshell spoj daje kontinuitet oklopu duž cijelog kabla. Tamo gdje nisu upotrijebljeni «backshell connectors» dolazi do smanjenja performansi i takve slučajeve treba izbjegavati. Ove preporuke pretpostavljaju da aplikacije koje koriste ove vodove nemaju analognu prirodu. Pletenice na krajevima oklopa koje ulaze u konektor i završavaju u unutrašnjosti pregrade praviće smetnje (šum). Pletenice na krajevima oklopa koje vire iz kabla na konektoru prave indukciju. Smetnja struji u ovim induktancama i pretvara se u zajednički signal na konektoru. Izravne konekcije od upleta do pregrade su prioritetnije. Četiri upletena provodnika na četiri vijka na konektoru omogućiće najnižu konkekcijsku impendancu prema upletu van backshell konektora, ali ova procedura nije praktična. Konektor nikada ne bi trebao biti pričvršćen na anodiziranu ili obojenu podlogu. Metalna ploča je bolje rješenje, mada bi i ona trebala biti zaštićena od oksidacije ispravno primijenjenim zaštitnim gelom. Čisti metal može dobro izgledati, meñutim vremenom doñe do uništenja spoja.

A. 12. Potreba za korištenjem više oklopa

Zaštitni oklopi u analognim instrumentima ne omogućavaju zaštitu od visokih frekvencija. Ukoliko se kontrolišu ova polja potreban je dodatni vanjski oklop. Unutrašnji oklop se uzemljuje na isto mjesto gdje i signal, a vanjski tamo gdje je uzemljen izvor i neprepusna pregrada (bulkhead). Može biti od značaja ako se vanjski oklop uzemlji na više mjesta. Svako uzemljenje smanjuje polje petlji, a koje se može spregnuti sa vanjskim poljem. Ovo je potpuno obrnuta filozofija od one koja se koristi u nisko-frekventnom oklopljavanju. Obično je dobro da se mnogi signali i njihove zaštite dovedu u jedan RF oklop. Ovaj RF oklop može imati tvrde stijenke načinjene od provodnika. Na ovaj način jedan vanjski oklop koji štiti od mnogo signala je relativno jeftino rješenje. Ukoliko ovaj vanjski provodnik nije propisno tretiran na krajnjim spojevima treba obratiti pažnju na njegovu efektivnost.

70

PRILOG: B Nastanak i širenje veličina interferencije u elektroenergetskom postrojenju

71

PRILOG C

72

ZAKLJUČAK Sprečavanje šuma koji unosi grešku u mjerenje kod električnih mjernih instrumenata postižemo na više načina, a posebno pravilnim izborom samog instrumenta te izborom što kvalitetnijih spojnih kablova i konektora. Inače, električni mjerni instrumenti fabrički se proizvode dobro oklopljeni, a sve u cilju da se spriječi EM sprega našeg ureñaja sa izvorima EMI u njegovom okruženju. Posebno su izražene velike EMI u neposrednoj blizini pogonskih ureñaja, a to su mjesta gdje se i najčešće upotebljavaju električni mjerni instrumenti. Sprečavanje unutrašnjeg šuma zavisi i od kvaliteta komponenata ugrañenih u električni mjerni instrument jer šum nastaje i prilikom njihovog zagrijavanja. Vanjski šum se sprečava izborom kvalitetnih kablova koji moraju da prenesu neizobličen signal do instrumenta. Moraju biti otporni na sve uticaje EM polja u postrojenju gdje se vrši mjerenje. Kablovi za mjerenje ne smiju biti dugački, tj. testiranjem je odreñena maksimalna dužina za svaki tip kabla, a da mu se ne izobliči preneseni signal. Takoñer i konektori i spojnice na mjestima spoja kablova sa mjernim instrumentom moraju biti sa malim prelaznim otporom. Oklapanje mjernih instrumenata i kablova je jedan od najvažnijih zadataka za spečavanje šuma kod mjernih instrumenata.

73

LITERATURA [1] Dr A.Muharemović Elektroenergetski sistem i okolina, ETF Sarajevo, 1996.

[2] M. Puharić, Elektromagnetska kompatibilnost, Zagreb, 2001

[3] Dr Salih Čaršimamović, Atmosferska pražnjenja, Institut zaštite od požara i eksplozije, Sarajevo 1998

[4] V. Bego, Mjerni transformatori, Školska knjiga , Zagreb, 1977

[5] Z.Haznadar, Analiza utjecaja energetskih linija na komunikacione linije, Zagreb, 1973

[6] Z.Haznadar, Ž.Štih, Elektromagnetizam, Školska knjiga Zagreb, 1997

[7] V. Bego, Mjerenja u elektrotehnici, Tehnička knjiga, 8. izdanje, Zagreb, 1990

[8] Grupa autora, Tehnički priručnik (četvrto izdanje), SOUR RADE KONČAR ZAGREB, 1980

[9] JUS N.CO.101 Zaštita telekomunikacionih postrojenja od uticaja elektroenergetskih postrojenja - ZAŠTITA OD OPASNOSTI, 1988

[10] JUS N.CO.102 Zaštita telekomunikacionih postrojenja od uticaja elektroenergetskih postrojenja - ZAŠTITA OD SMETNJI, 1988 [ ]11 Ralph Morrison and Warren H. Lewis, Grounding and shielding in facilities, John Wiley & Sons, Inc.-Interscience Publication, New York, 1990 [12] Clayton R. Paul, Introduction to Electomagnetic Compatibility, John Wiley & Sons, Inc.-Interscience Publication, New York, 1992 [13] Dr. Dušan Vujević, Mjerenja u elektrotehnici (Laboratorijske vježbe), Zagreb, 1993 [14] D. Vujević, B. Ferković, Osnove elektrotehničkih mjerenja (II Dio), Školska knjiga – Zagreb, 2001 [15] Grupa autora, Elektromagnetna kompatibilnost u visokonaponskim postrojenjima, Elektrotehnički fakultet-Sarajevo, 2003

« For every difficult problem there is always a simple answer and most of them are wrong»