Audio a EMC

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

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

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

Obrázek: Ventus CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

Historie

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

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

Důsledky nedodržení EMC v praxi

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

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

Současnost

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

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

Odolnost

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

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

Rušení

Co jsme naměřili v praxi si můžete přečíst zde.

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

• Kompatibilní úrovně pro nízkofrekvenční rušení šířené vedením (ČSN EN 61000-2-2)
• Popis prostředí vyzařovaných jevů a jevů šířených vedením nevztahujících se k síťovému kmitočtu (ČSN IEC 1000-2-3)
• Meze pro emise harmonických proudů (ČSN EN 61000-3-2)
• Omezování změn napětí, kolísání napětí a flikru (ČSN EN 61000-3-3)
• EMC požadavky na spotřebiče pro domácnost, elektrické nářadí (ČSN EN 55014-1)
• A další…

Audio a EMC

Jelikož lidský sluch je extrémně citlivý a to s rozlišením až 1:10¹² , tak skutečně sluchem dokážeme rozlišit velmi jemné detaily. Naše audio spotřebiče jsou napájeny z rozvodné sítě, kde v posledních desetiletích hladina vysokofrekvenčního rušení stále stoupá. I když naše přísná legislativa omezuje vyzařování spotřebičů do okolí i sítě, tak přece jen obrovské množství spínaných zdrojů od nabíječky na mobil přes mikrovlnku, solární a větrné elektrárny až po nabíjecí stanice elektromobilů citelně zvyšují míru vysokofrekvenčního rušení v síti. Vysokofrekvenční rušení se potom přes napájení audio komponentů, jejich zdrojové části dostává na signálovou cestu. Ano, neslyšíme vysoké frekvence řekněme od 20 kHz, ale na frekvencích vysokých jsou namodulovány frekvence nízké, slyšitelné. Rušení v síti výrazně zvyšuje vlastní šum zařízení a tím pádem dramaticky snižuje užitečný odstupup od šumu.

Abychom vyhověli dnešním potřebám mít „ultra čisté napájení“ z „extrémně zaneřáděné sítě“, vyvinuli jsme síťový filtr s integrovanou přepěťovou ochranou RD EMI Neutralizer určený pro kategorii HighEnd.

Obrázek: Grethe Spongsveen CC BY-SA 4.0 , from Wikimedia Commons

EMC biologických systémů

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

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

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

Odkazy

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

Naše síťové filtry pro audio

RD Power filter
RD EMI Neutralizer