Příklady použití filtrů a odrušení různých zařízení

Všechny výrobky, nejen spotřební elektronika, prodávaná (vyrobené nebo dovezené ) v ČR musí odpovídat Zákonu č. 22/1997 Sb. – o technických požadavcích na výrobky a u výrobků, které obsahují elektrické prvky i z hlediska EMC - elektromagnetické kompatibility nařízení vlády č. 169/97 Sb. Totéž platí v zemích EU - značka CE. Touto značkou musí být označeny všechny výrobky, prodávaná v zemích Evropské unie.

V podstatě to znamená, že výrobek vyhovuje všem platným normám, které se vztahují na tento výrobek. Jedny z těchto norem jsou normy EMC. Jednoduše řečeno, výrobek elektromagneticky kompatibilní ( slučitelný ) je výrobek, který neruší okolí například vyzařováním a naopak je odolný oproti vnějšímu rušení.

Můžeme si to představit například tak, že mikrovlnná trouba svými účinky neruší televizní příjem a zároveň, že když zapneme žehličku, tak spínáním jejího termostatu se nezmění chování mikrovlnná trouby ( náhodně se nepřeprogramuje, nevypne a pod. ). U průmyslových zařízení jde o často rozsáhlé systémy, které musí pracovat i za velkého vnějšího rušení, kde však jediná porucha ( způsobená vnějším rušením ) může být velmi drahá - například zničení drahého obrobku nenadálým posuvem obráběcího nože, způsobeným rušením. Proto je nyní stále více dbáno na to, aby výrobky nerušily a zároveň byly odolné oproti vnějšímu rušení.

Základem je to, aby výrobky nerušily okolí. Když jsou náchylné na okolní rušení a nezpůsobí to škody na zdraví, výrobek jen nebude konkurenceschopný. Když však výrobek ruší okolí, může následovat zastavení provozu, pokuta za porušení zákona č.22. V každém případě je nutné odstranění zdroje rušení- filtrem. Proto je potřeba při nákupu zařízení ze zahraničí ( i starších ! ) dbát na odrušení a vyžadovat po dodavateli osvědčení o splnění ČSN EN 61000-6-3 a ČSN EN 61000-6-4 . Dovozce se jinak může dostat do problémů uvedených výše. Je známo též mnoho případů, kdy je zahraniční firmou potvrzeno odrušení a v dovezeném zařízení žádný filtr není.

Zařízení, která jsou obvykle zdroji rušení:

- frekvenční měniče
- pulzní a tyristorové zdroje a nabíječe
- tyristorové regulátory otáček ss. motorů
- tyristorové regulátory výkonu
- rozváděče se stykači a pod. s četností spínání vyšší než 5x za 1 minutu

Odrušovací filtry se používají ve většině případů pro odrušení těchto zdrojů rušení.

Důvodem použití je splnění norem EMC - elektromagnetické kompatibility, v zásadě ČSN EN 61000-6-3 a 61000-6-4. Tyto normy definují vliv zařízení na okolí, ať už se jedná o emise vyšších harmonických, emise radiového rušení do napájecího vedení, emise radiového rušení elektromagnetickým polem, emise blikání a další. Tyto normy platí, pokud pro daný výrobek neexistuje předmětová norma ( svítidla, trakce, přístroje informační techniky atd. ).

Filtry se používají pro omezení rušení v pásmu 150 kHz – 30 MHz – to je rušení sledované a měřené na síťových svorkách. 

Pravidla použití odrušovacích filtrů závisí na:

zapojení obvodů
napěťovém dimenzování
proudovém dimenzování
prostředí
povoleném unikajícím proudu
 

Zapojení obvodů.

Odrušovací filtry jsou zapojeny ( z důvodu ceny a rozměrů) jako kompenzovaná indukčnost, vektorový součet vstupních proudů musí být roven nule. Prakticky to znamená, že PE svorkou nesmí téci pracovní proud. U jednofázových zapojení je zapojen filtr ve fázi i v nulovém vodiči, U trojfázových zapojení se používá 3 cívkový odrušovací filtr, je-li zařízení zapojeno tak, že se u třífázové soustavy používá nulový vodič N jako pracovní ( je použit jednofázový spotřebič , zapojený mezi fázi a N) je nutno zařízení napájet 5-ti vodičově ( 3 fáze N a PE) a použít 4 cívkový odrušovací filtr ( 3 fáze a N ). Spojení N a PE se provede před odrušovacím filtrem. Odrušovací filtry nelze použít místo fázových reaktorů – jejich indukčnost je kompensovaná, tedy rozdílová indukčnost je minimální. Odrušovací filtry nelze řadit paralelné – z důvodu proudového nevykompenzování jednotlivých filtrů.

Dimenzování filtrů

Filtry dimenzujeme napěťově a proudově podle jmenovitého vstupního napětí a proudu použitého zařízení. Filtry jsou obvykle schopny přenést bez poškození nárazový proud při zapnutí, například frekvenčního měniče na síť ( nabití kondenzátoru ss meziobvodu ). Firma ELFIS vyrábí filtry 2,3,4 cívkové 3-1600A na napětí až 750V AC.

Prostředí.

V zásadě lze rozdělit prostředí na
1. Průmyslová prostředí.
2. Prostředí obytná, obchodní prostory a lehkého průmyslu.

Rozdělení závisí zejména na připojení na veřejnou rozvodnou síť, kde průmyslová prostředí mají vlastní VN transformátor a na jeho NN stranu nejsou přímo napojeny obytné prostory. Je třeba zdůraznit, že povolené meze rušení pro prostředí obytná jsou mnohem přísnější a tím i odrušení vychází dražší než odrušení pro prostředí průmyslová.

Unikající proud

Je třeba mu věnovat pozornost při použití u zařízení s pohyblivým přívodem a při použití proudových chráničů.

Jde o proud, který teče nebo by mohl téci PE vodičem – žlutozeleným . Lze si jej představit jako proud, který by tekl lidským tělem při přerušení ochranného vodiče PE a člověk by se držel jednou rukou kostry zařízení a druhou ruku by měl uzemněnou ( např. dotykem na okolní topení a pod. ). Povolená hodnota unikajícího proudu je dána normami, obvyklá hodnota je 0.75 mA nebo 3.5 mA.

Proudové chrániče mají za úkol odpojit chráněné zařízení, jestliže vektorový součet všech fázových proudů a N není roven nule ( je větší než jmenovitý proud chrániče), při překročení jmenovitého proudu chrániče tento chránič  odepne záťež.
Při dimenzování proudových chráničů je potřeba brát do úvahy, že při zapínání zařízení spínací kontakty nemusejí sepnout všechny fáze ve stejný okamžik, může nastat situace, že se sepne jen jedna fáze a nesepne se N, potom proud , který vyhodnotí proudový chránič, může být až 6 x vyšší u třífázových zapojení a až 2 x vyšší u jednofázových zapojení než je potom trvalý proud PE vodičem v ustáleném stavu.
Pak lze volit proudové chrániče , které vybavují se zpožděním, případně použít proudové chrániče s vyšším vybavovacím proudem.
Při použití odrušovacích filtrů vytváří unikající proud kapacitní proud odrušovacími kondenzátory , zapojenými mezi fázemi a svorkou PE.
Dále je třeba nezapomenout na to, že kondenzátory z fáze na kostru mohou obsahovat i jiná zařízení, než odrušovací filtry, například frekvenční měniče, spínané zdroje a pod.


Příklady odrušení

1. Odrušení frekvenčního měniče s třífázovým vstupem, filtr je montován přímo pod měnič.

Požadované odrušení: pro průmyslová prostředí

Rozváděč musí odpovídat normám: ČSN EN 55011 pro zařízení třídy A -měření rušivých napětí na síťových svorkách v pásmu 150 kHz - 30 MHz a tedy ČSN EN 61000-6-4 pro prostředí průmyslová.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Odrušení rozváděče, který obsahuje frekvenční měnič s jednofázovým vstupem ( obvykle do 2,2 - 4 kW )

Požadované odrušení: pro obytné budovy, zařízení je přímo zapojeno na nízkonapěťovou síť v obytné budově. Rozváděč musí odpovídat normám: ČSN EN 55011 pro zařízení třídy B -měření rušivých napětí na síťových svorkách v pásmu 150 kHz - 30 MHz a tedy ČSN EN 61000-6-3 pro prostředí obytné, obchodní, kancelářské a lehkého průmyslu.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Odrušení rozváděče, který obsahuje frekvenční měnič s jednofázovým vstupem a frekvenční měnič s třífázovým vstupem. Použité odrušovací prostředky: pětivodičová napájecí soustava, proto byl použit odrušovací filtr se čtyřmi cívkami na vstupu. Požadované odrušení: pro průmyslová prostředí

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Odrušení rozváděče, který obsahuje třífázový tyristorový regulátor výkonu 1600A pro topení ve sklářské peci, zatěžovací odpory mohou být i elektrody ve vaně, zapojené přes oddělovací snižovací transformátor.

Požadované odrušení: pro průmyslová prostředí, sklárna má vlastní VN transformátor. Zařízení tedy musí odpovídat normě ČSN EN 61000-6-4 - pro prostředí průmyslová.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Odrušení frekvenčních měničů filtrem, který se montuje přímo pod měnič.

Pro úsporu místa v rozvaděčích se používají takto konstrukčně upravené filtry. Používají se jednoduché i dvojité filtry. Dvojité filtry jsou určeny pro prostředí obytná. V řadě proudů 3, 6, 10, 16 a 20A, je vyrábí firma ELFIS pro jednofázové (230V) i třífázové napájení ( 400V ). Rozměry upevňovacích matic pro připevnění měniče lze dodávat podle přání zákazníků.

Filtry pod frekvenční měniče OMRON, Siemens atd.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zásady.

Při odrušování platí:

Nejvíce vyzařuje kabel mezi frekvenčním měničem a motorem.

Používáme stíněný kabel, pokud možno nepřerušený.

Řídící a ovládací signály k frekvenčnímu měniči vedeme co nejdále od výstupních vodičů k motoru, křížení nejlépe s úhlem 90 stupňů.

Zemnící spoj má být co nejkratší a zapojený do bodu s dokonalým uzemněním.

Používat pro zemnění vodič s větším průřezem, z důvodu nižší indukčnosti.

Většina problémů vzniká nedokonalým uzemněním, rušivá napětí na vstupu filtru jsou v normě, ale měření na vstupní svorkovnici je nad povolenou mezí.

Používání umělohmotných korýtek pro vedení vodičů často svádí k vedení odrušených vodičů (před filtrem ) k souběžnému vedení s neodrušenými vodiči a tím dojde ke snížení útlumu filtru (kapacitní a zejména induktivní vazby.

 

Závěr

Používání rušících zařízení bez odrušení je riskantní. Je nutno dbát na odrušení již při návrhu zařízení, na dodatečnou montáž odrušení pak obvykle není vhodné místo nebo vůbec žádné místo. Obvyklá prosba zákazníků, že k odrušení stačí jeden kondenzátor na vhodném místě, z 99% nejde splnit.