1.
Introducere
Dacă
în articolul precedent am prezentat natura zgomotului electric de
conducţie în reţeaua publică de curent alternativ, în articolul
de faţă voi prezenta, într-o forma condensată,
modalităţile de filtrare a acestui zgomot şi exemple practice de
realizare a filtrelor.
Aşa
cum am specificat în articolul precedent, studiul se concentrează asupra
zgomotului electric ce se manifestă în reţeaua electrică
locală, acolo unde funcţionează echipamentele radioamatorilor.
2.
Descrierea reţelei care este supusă analizei
4.
Metode de măsură a interferenţelor de conducţie
Proiectarea
filtrelor începe cu măsurarea parametrilor reţelei de curent din
amplasament şi care are ca scop determinarea nivelului perturbaţiilor
şi compoziţia spectrală a acestora.
Măsurarea
acestor curenţi necesită acceptarea unui model electric al liniei de
alimentare astfel încât să se poată utiliza pentru analiza
reţelei programe de simulare gen SPICE, MICROCAP, Qucs.
Măsurători îndelungate făcute de institute specializate în
tehnica curenţilor tari şi care au fost traduse în standarde, propun următoarea
abordare:
·
Linia de
curent de 230Vca se poate asimila cu o linie de transmisiune simterică,
tip 2 fire răsucite, în cazul curenţilor de mod diferenţial
·
Conductor
aflat deasupra solului în cazul curenţilor de mod comun
·
Pe traseul
liniei se manifestă pierderi cauzate de efectul pelicular, de diverşi
consumatori amplasaţi aleatoriu de-a lungul liniei şi pierderi ohmice
în conductori
·
Sursele de
perturbaţii sunt amplasate aleatoriu de-a lungul liniei şi cu
frecvenţe începând de la dublul 50 Hz până la 100 MHz
Pentru
o determinare exactă a parametrilor de reţea aceştia trebuie
măsuraţi cu platforme adecvate şi raportaţi la reţeaua
măsurată. Această metodă este exactă dar nu este
adecvată pentru amplasamentele radioamatorilor (necesită
aparatură de laborator şi platforme de măsură mai scumpe). Pentru
uzul radioamatorilor sunt adecvate platforme de măsură simple şi
bazate pe măsurători tipice. Literatura de specialitate este
bogată pe acest domeniu iar unele platforme au fost adoptate chiar ca
referinţă pentru testări de serie.
Am
ales pentru platforma de măsură cea specificată de standardul
MIL-STD-461F, uşor de realizat, şi care acoperă spectrul de
analiză în două zone:
·
CE101
emisii de conducţie pe firele de alimentare gama 30 Hz – 10 KHz. Valorile
limită admisibile sunt specificate în planşa din Fig. 3
·
CE102 emisii
de conducţie pe firele de alimentare gama 10 KHz – 10 MHz. Valorile
limită admisibile sunt specificate în planşa din Fig.4
Fig. 3 Nivel limita interferente de
conductie echipament la 220V ca. Frecvenţe joase
Fig. 4 Nivel limita interferente de
conductie echipament la 220V ca. Frecvenţe medii şi înalte
Graficele
3 şi 4 sunt folosite pentru dimensionarea filtrelor de atenuare a
interferenţelor. Mai este necesară informaţia referitoare la
nivelul real al interferenţelor care se manifestă pe reţea.
Pentru
măsurarea interferenţelor în gama 30 Hz – 10 KHz, standardul
STD-MIL-461F secţiunea CE101, recomandă platforma care este
prezentată în Fig.5
Fig.5
Această
platformă măsoară curenţii prin firele de alimentare
şi utilizează pentru aceasta bucle de curent. Buclele de curent sunt
mai greu derealizat şi calibrat, mai ales că trebuie să
funcţioneze pe trei decade de frecvenţe. O soluţie
alternativă este măsurarea tensiunii diferenţiale cu platforma din
Fig.6 şi scalarea graficului Fig.3 din dBµA în dBµV cu formula următoare,
valabilă pentru Z=50Ω:
(1)
dBµV
= dBµA + 34
Pentru
măsurarea interferenţelor în gama 10 KHz – 10 MHz, am folosit
platforma recomandată de standardul STD-MIL-461F secţiunea CE102-1,
şi care este prezentată în Fig.6
Fig. 6
Cele
două platforme de măsură sunt recomandate de mai mulţi
experimentatori şi laboratoare de măsură a interferenţelor.
Ambele platforme sunt utilizate atât pentru analiza curenţilor
diferenţiali cât şi pentru curenţii de mod comun.
In
ceea ce priveşte raportarea rezultatelor măsurate la valori
limită specificate de publicaţiile de profil, se constată
că nu există un standard sau o recomandare care să fie
utilizabilă pentru toate situaţiile reale. Fiecare realitate
necesită un nivel perturbator specific acelei realităţi.
Consider că cerinţele dintr-o locaţie de radioamator sunt mai
exigente faţă de altele şi, după mai multă
documentare, cred că se apropie de cerinţele standardelor militare
(cel puţin în ceea ce priveşte nivelul admisibil al
perturbaţiilor la intrarea receptorului).
Am folosit
o singură platformă de măsură, cea prezentată în Fig.6
motivat de faptul că platforma pentru frecvenţe joase necesită
bucle de curent calibrate şi care să funcţioneze pe trei decade.
Pe de
altă parte, platforma necesită un analizor de spectru care să
acopere şi fundamentala reţelei, 50 Hz. Am avut la dispoziţie în
laborator un analizor analogic foarte precis, care acoperă 10 Hz – 40 KHz,
şi cu care am ridicat în puncte spectrul de frecvenţe în această
gamă. Pentru frecvenţele ridicate am folosit analizorul TinySA. Gama
lipsă 50 KHz – 100 KHz am extrapolat-o din măsurătorile facute.
De
asemenea, a fost necesar să compensez caracteristica de
frecvenţă a platformei la frecvenţe medii şi joase pentru a
avea uniformitate a valorilor măsurate în toată gama de interes 10 Hz
– 10 MHz.
Caracteristica
de frecvenţă a platformei este prezentată în Fig. 7.
Ambele
platforme de măsură asigură o izolare a aparatelor de
măsură faţă de tensiunea de alimentare de 230Vca dar
asigură pe de altă parte alimentarea echipamentului supus analizei.
5
Procesare măsurători de interferenţe
In
Fig.8 este prezentată anvelopa spectrului de zgomot la frecvenţe
joase şi medii, 100 Hz – 100 KHz, iar în Fig. 9 la frecvenţe medii
şi înalte, 100 KHz – 10 MHz
Analizănd
valorile numerice şi grafice, rezultă următoarele date de
proiectare:
·
interferenţele
se manifestă cu precădere în gama frecvenţelor joase şi
medii
·
nivelul
acestora depăşeşte valorile limită admisibile recomandate
de standarde şi sunt necesare acţiuni de absorbţie a excesului
·
in gama
frecvenţelor 100 KHz – 10 MHz nivelul interferenţelor este sub cel
recomandat de standard şi ca atare nu este necesară o atenuare a
interferenţelor dar se manifestă prezenţa emiţătorului
de la Tâncăbeşti pe 865 KHz
Nota
Trebuie
reţinut faptul că interferenţele manifestate prin aceste
măsurători au ca sursă reţeaua electrică externă
de amplasament. Este posibil ca, sursele de interferenţe din amplasament
să necesite o altă abordare şi alte filtre.
Fig. 8
Fig. 9 Zgomot diferenţial de
conducţie în gama 100 KHz – 10 MHz
Fig.10
Fig. 11
Este
trasată pe acest grafic alura unui filtru trece-jos care reduce nivelul de
zgomot sub cel admis de standard.
Filtru
pentru mod diferenţial
Analizînd
graficul din Fig.13, se constată că până la frecvenţe de
150 KHz, impedanţa liniei de curent este în gama 4 – 25 Ω. Am
proiectat un filtru trece-jos, cu intrare serie, pentru a funcţiona ca
filtru diferenţial, şi care să respecte cerinţele de mai
sus. Făcând mai multe încercări am ajuns la următoarea configuraţie:
Fig.14
Filtru
pentru mod comun
Acest
tip de filtru are rolul de a împiedica circulaţia curenţilor pe firul
de împământare. O soluţie pentru această problemă este
realizarea unui inductor cu ambele fire de linie, bobinate în acelaşi
sens. Descărcarea curenţilor se face la firul de împământare.
Valoarea inductorului poate fi oricăt de mare dar, nu trebuie exagerat din
motive de spaţiu. O valoare tipică pentru acest inductor este 10 mH.
O
arhitectură tipică pentru filtrul de mod comun este cea din Fig. 15
Fig. 15
Cumulând
rezultatele până în acest punct se poate prezenta schema electrică a
unui filtru combinat care se poate monta la reţeaua elecrică înainte
de consumator, conform Fig.16.
Fig.16
5.
Măsurători
Pentru
a verifica rezultatele ansambluli de filtru asupra atenuării
interferenţelor, am folosit următoarea platformă de
măsură, Fig. 17:
Pe graficul
din Fig. 18 sunt figurate, comparativ, măsurătorile nivelului de
perturbaţii pe reţea, cu şi fără filtru de atenuare.
Măsurătorile au fost efectuate numai asupra zgomotului
diferenţial.
Fig. 18
- Ing. Mihai Stocec YO3AYX
-
