Анализ проблем электромагнитной совместимости структурированная кабельная система.

      
     
     
     
     
     Информационно-технологический факультет
     
     Кафедра информационных технологий и управляющих систем
     
     



Реферат
По курсу человеко-компьютерное взаимодействие
На тему «Анализ проблем электромагнитной
совместимости Структурированная кабельная система»













Выполнил 
магистрант Старичихин М.Г., группа ИМО-15

Преподаватель
доцент Аббасова Татьяна Сергеевна

Королёв
2016


ВВЕДЕНИЕ
     Развитие телекоммуникационных технологий позволяет внедрять современное информационное оборудование. и с помощью СКС могут использоваться для управления сложными технологическими процессами на предприятиях с большими объемами обрабатываемой и передаваемой информации. Под термином СКС понимают телекоммуникационную инфраструктуру зданий, среду переда любых слаботочных сигналов в предал жилых, офисных, промышленных зданий. Эта стандартная основа локальных компьютерных и телефонных сетей является универсальной, удобной в эксплуатации и надежной.
     Из-за роста объемов информации, который используется для управления, технологического к процессам, более большие требования помещены в увеличение пропускной способности, коммуникационных каналов и оборудования. Использование новых материалов и конструкции кабелей, интегрирующих их в единственной кабельной системе, поставили задачу дальнейшего развития исследований влияния внешних электромагнитных помех на оборудовании кабельных систем на программе.
     Увеличение диапазона частот делает проблему электромагнитной совместимости МКС, особенно фактического как с ростом рабочей частоты не только уровни собственных излучений увеличения МКС, но также и они становятся уязвимыми для внешнего шума.
Резкость проблемы объяснена двумя основными причинами. Первое — высокая частота и низкий уровень сигналов, переданных на МКС, делают их очень восприимчивый к шумам, особенно к высокочастотному. Второе - то, что подавляющее большинство предприятий было разработано задолго до массовой реализации современных информационных систем и, поэтому, без должного исследования ЭМС вопросов.


ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
     
     В последние годы на промышленных предприятиях происходит интенсивное внедрение современного информационного оборудования, базирующегося на использовании структурированных кабельных систем. Рост скоростей передачи данных делает проблему электромагнитной совместимости структурированных кабельных систем особенно актуальной, так как с увеличением скорости увеличиваются не только уровни собственных излучений кабельных каналов, но и становятся более уязвимы высокоскоростные протоколы к внешним шумам.
     В связи с этим одной из важнейших проблем современного предприятия является обеспечение электромагнитной совместимости структурированных кабельных систем с жесткой электромагнитной обстановкой.
     «Острота проблемы объясняется двумя главными причинами. Первая – высокая частота и низкий уровень сигналов, передаваемых по структурированным кабельным системам, делают их очень восприимчивыми к помехам, особенно к высокочастотным. Вторая – это то, что подавляющее большинство предприятий проектировалось задолго до массового внедрения современных информационных систем и, следовательно, без должной проработки вопросов электромагнитной совместимости.»[2]
     Цель работы - разработка методов увеличения помехоустойчивости структурированных кабельных систем в условиях интенсивного влияния электромагнитных помех.
     Достижение цели требует решения строки задач:
     - разработка метода вычисления ослабления электромагнитных помех в случае их распределения к структурированным кабельным системам;
     - разработка метода вычисления ослабления электромагнитных помех, вызванных, экранируя оба источника электромагнитных помех и оборудование структурированных кабельных систем; 
     - разработка метода вычисления экранирующих свойств расположений, в которых установлено оборудование структурированных кабельных систем;
     - разработка практических рекомендаций, позволяющих увеличить помехоустойчивость структурированных кабельных сетей в условиях интенсивного влияния электромагнитных помех; 
     - разработка практических рекомендаций, позволяющих улучшить электромагнитную ситуацию в местах работы структурированных кабельных систем.
     Решение перечисленных задач требует привлекательности научных методов исследования на основе методов теории поля, случайных процессов, статистической радиотехники, математического моделирования на ПЭВМ.

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ 
СОВМЕСТИМОСТИ 

     Одной из важнейших проблем современных промышленных предприятий и офисов различных учреждений является обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) оборудования СКС с жесткой электромагнитной обстановкой (ЭМО) на объекте.
     «Острота проблемы объясняется двумя причинами. Во-первых, высокая частота и низкий уровень сигналов, используемые в современных СКС, делают их очень восприимчивыми к электромагнитным помехам. Во-вторых, подавляющее большинство предприятий проектировалось задолго до массового внедрения информационного оборудования и, следовательно, без должной проработки вопросов ЭМС.»[2]
     Практика показывает, что даже на стандартных предприятиях ЭМО параметры могут отличаться значительно друг от друга. Это может быть вызвано влиянием различных факторов, такого, например, как старение основания устройства (GD), незначительного, на первый взгляд, отклонения от проекта, влияние от внешних объектов, и т.д. Поэтому на местах часто необходимо решить проблемы дополнительной защиты от электромагнитных помех. Трудозатраты решения этих задач, в первую очередь, зависят на уровне устойчивости оборудования SKS, помещенного его поставщиком. Одновременно, незаконно завышенные требования к помехоустойчивости оборудования нежелательны, поскольку они переносят к увеличению его стоимости.
     Как правило, затраты на EMS поддержки обычно довольно мощны. Однако, есть много методов, позволяющих им понизиться. Возможно перенести следующий к числу таких действий.
     Для предприятий: учет EMS вопросов должен быть помещен на начальные стадии проекта строительства или реконструкцию объектов; выполнение оценки ЭМО перед работой над реконструкцией; использование утвержденных портативных решений для проекта.
     При проектировании и монтаже оборудования СКС: широкое использование унифицированных узлов с достоверными данными по характеристикам ЭМС, особенно это касается корпусов, средств подавления помех, интерфейсных элементов, блоков питания и т.п.; применение апробированных проектных решений; совмещение исследовательских и сертификационных испытаний. 
     Обычно оценка ЭМО на действующих предприятиях проводится путем проведении натурных испытаний и измерений включающих 100%-й контроль сопротивлений оснований электроаппаратов и конструкций, присоединенных к ЗУ. 
     Кроме того, измерение сопротивления распространению памяти в целом, и также предполагаемая и экспериментальная оценка потенциалов на элементах памятей и шумах во вторичных кабелях взяты в случае коротких замыканий и разрядов молнии, измерения уровней помех во вторичных схемах в случае переключающихся операций, оценки уровней импульса и постоянных полей в широком диапазоне частот. 
     Результатами разработки оценки и реализации комплекса защитных мер, направленных к приведению ЭМО в соответствии с требованиями современного электронного оборудования, сделан. 
     Эти действия могут включать: улучшение состояния основывающихся устройств распорной деталью дополнительных заземляющих проводов и восстановлением поврежденной связи; защита схем вторичных кабелей, экранируя; изменения схем заземления элементов освещения защиты; распорные детали заземляющих проводов "барьера"; изменение методов и маршруты распорной детали кабелей на отдельных участках; оптимум, в соответствии с электромагнитной совместимостью, размещением цифрового оборудования, рабочих мест и коаксиальных кабелей; организация основания и предоставления цифрового оборудования, включая установку источников бесперебойного питания, средства ограничения повышенного напряжения, фильтров, и т.д.
     Проведение указанных мероприятий позволяет избежать появления помех, превышающих уровни, указанные в действующих стандартах, однако уровни помех все равно остаются значительными. 
Таким образом, минимизация затрат по обеспечению ЭМС оборудования СКС требует: достоверного определения ожидаемых параметров ЭМО; выбора требований к ЭМС оборудования СКС в соответствии с ожидаемыми параметрами ЭМО; проведения мероприятий, обеспечивающих неукоснительное соблюдение разработанных требований к ЭМС оборудования СКС.
     Государственные и международные стандарты, а такжеотраслевые нормы на электромагнитную совместимость, предусматривают довольно жесткие требования. В ряде случаев, требования отраслевых документов перекрывают требования общих стандартов. 
     В общем случае, соответствие требуемым нормам должно обеспечиваться производителем оборудования. Проверка этого соответствия выполняется в ходе процедур сертификации и экспертной оценки. 
     В табл. 1 представлены основные виды испытаний на устойчивость к электромагнитным помехам, а также статистические данные по типичным отказам, накопленные в ходе экспертной оценки и сертификации оборудования связи, защиты автоматики для энергетики и т.д.
     Таблица 1.
Виды испытаний на ЭМС
Испытание
Имитируемое
явление
Степени
жесткости
Способ подачи
воздействия
1
2
3
4
Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии – МИП ГОСТ Р 50007-92 (ГОСТ Р 51317.4.5-99, МЭК 1000-4-5-95)
Импульсная помеха от грозового разряда
1 - 0,5 кВ
2 - 1 кВ
3 - 2 кВ
4 - 4 кВ
5 – согласование с заказчиком
Входы питания.
Входы и выходы информационных цепей.
Устойчивость к наносекундным импульсным помехам – НИП ГОСТ 29156 (ГОСТ Р 51317.4.4-99, МЭК 1000-4-4-95)
Импульсные помехи при работе электроинструментов, коммутациях в электроустановках и т.п. 5/50 нс
2 - 1 кВ
3 - 2 кВ
4 - 4 кВ
5 – согласование с заказчиком
Входы питания.
Входы и выходы информационных цепей.
Устойчивость к затухающим синусоидальным колебаниям (Т = 10 мкс)
Коммутационные помехи, непрямой эффект грозового разряда
1 – 0,5 кВ
2 – 1 кВ
3 – 2 кВ
4 – 4 кВ
Входы питания.
Входы и выходы информационных цепей.
Волны с затухающими колебаниями (Т = 1 мкс) по ГОСТ 29280
Коммутационные
 помехи
1 – 0,5 кВ
2 – 1 кВ
3,4 – 2,5 кВ
Входы питания.
Входы и выходы информационных цепей.
Устойчивость к динамическим изменениям напряжения сети электропитания ГОСТ Р 50627-93 (ГОСТ Р 51317.4.11-99)
Провалы, прерывания и выбросы напряжения питания
Провалы (30%) – от 0,2 до 2 с
Прерывания (100%) – от 0,02 мс до 0,2 мс
Выбросы (20%) – от 0,2 до 2 с
Входы питания.
Устойчивость электростатическим разрядам ГОСТ 29191 (ГОСТ Р 51317.4.2-99)
ЭСР с тела человека или заряженных предметов контактный/воздушный)
1 – 2/4 кВ
2 – 4/6 кВ
3 – 6/8 кВ
4 – 8/15 кВ
Корпус аппаратуры, незакрытые клавиатуры, разъемы и т.п.
Устойчивость к радиочастотным электромагнитным полям в диапазоне 80-1000 МГц (1300-2000 МГц) ГОСТ Р 50008 (ГОСТ Р 51317.4.3-99)
Работа радиопередатчиков различного назначения
1 –1 В/м
2 – 3 В/м
3 – 10 В/м
4 – 30 В/м
Аппаратура в целом с присоединенными кабелями
Устойчивость к магнитным полям промышленной частоты по ГОСТ Р 50648-94 (ГОСТ Р 51317.4.8-99)
Работа силового электрооборудования в нормальном режиме/ в режиме КЗ
1 - - А/м
2 - - А/м
3 - - А/м
4 – 400 А/м
5 – 600 А/м
Аппаратура в целом с присоединенными кабелями
Устойчивость к импульсным магнитным полям в соответствии с ГОСТ Р 50649-94 (ГОСТ Р 51317.4.9-99)
Поля при грозовом разряде
1 - - А/м
2 - - А/м
3 – 100 А/м
4 – 400 А/м
5 – 600 А/м
Аппаратура в целом с присоединенными кабелями
     
     Таким образом, для решения проблемы электромагнитной совместимости оборудования СКС требуется как оценка и улучшение ЭМО в местах ее установки, так и обеспечение высокой помехоустойчивости самой структурированной кабельной системы.
     

 АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ, 
ДЕЙСТВУЮЩИХ НА СКС
      
     В качестве электромагнитной помехи (ЭМП) действующей на СКС может фигурировать практически любое электромагнитное явление в широком диапазоне частот. В зависимости от источника ЭМП их можно разделить на естественныепомехи и искусственные. Условная классификация естественных и искусственных источников электромагнитных помех представлена в табл. 2.
     Таблица 2.
Источники электромагнитных помех
Естественные
помехи
Атмосфера

Разряды в осадках

Среда распространения

Искусственные помехи
Радио-
электронные
Средства радио и телевещания


Средства радиосвязи и навигации


Средства мобильной связи


Радиолокационные станции


Спутниковые системы


Автоматические телефонные станции

Электроэнергия
Генераторы


Линии электропередач


Средства распределения


Преобразователи

Оборудование
Промышленное оборудование


Офисная техника


Компьютеры


Радиотелефоны

Прочие
Транспортные средства


Медицинское оборудование


Бытовая техника


Осветительная аппаратура
     
     В зависимости от среды распространенияЭМП могут разделяться на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называют ЭМП, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах, кондуктивные – в виде токов, текущих по проводящим конструкциям и земле.
     Подразделение шумов в индуктивное и проводящее - строго говоря, условное выражение. В действительности универсальное электромагнитное влияние процесса выполнение и непроводящий доходы среды. Во время распределения много шумов могут повернуться от индуктивного в проводящем и наоборот. Например, электромагнитное поле изменения способно, чтобы создать стремления в кабелях, которые расширяются далее, как классические кондуктивные помехи.[5] С другой стороны, токи в кабелях и схемах основания создают электромагнитные поля, т.е. индуктивные шумы.
     Кондуктивные помехи в схемах, имеющих больше чем один проводник, разделены на шумы взгляда "провод – землю" (асимметричное, общее мнение) и шумы "провод – провод" (симметричное, дифференциальный взгляд). В первом случае сила шума включена между каждым из проводников схемы и землей. Во втором – между различными проводниками одной схемы. Обычно самыми опасными для оборудования являются шумы "проводной провод", поскольку они включены, а также полезный сигнал. Реальные шумы обычно представляют комбинацию шумов "провод – провода" и "провода – земля".
     На спектральных характеристиках ЭМП разделены на узкополосные и широкополосные помехи. Как правило, шумы от систем связи на несущей частоте, системы питания переменный ток, и т.д. касаются к первому. Их отличительная особенность - то, что природа изменения шума своевременно синусоидальная или близко к нему. Одновременно диапазон шумов близко к строке, которая является максимальным уровнем – на основной частоте, пиках меньшего уровня – в частотах гармоник.
     У широкополосных шумов есть несинусоидальный символ, и их последовательности обычно показываются в форме отдельных импульсов, или. Для периодических широкополосных сигналов диапазон состоит из большого набора пиков в частотах, кратном числе к частоте основного сигнала. Для апериодических шумов диапазон - непрерывное и описан спектральной плотностью. Типичные широкополосные шумы: шум создан в сети предоставления оборудования работой импульсного блока питания; молниевые импульсы; импульсы созданы в случае переключающихся операций; электротехнические средства радиосвязи.
     «Другая спектральная характеристика - область частот, в которых основная часть диапазона шума заключается. Условно все шумы могут быть разделены на низкую частоту шумов и высокочастотные. Шумы переноса в диапазоне к низкой частоте 0 … 9 кГц, создаваемых в большинстве случаев строками силы и электрическими наборами. Высокочастотные узкополосные помехи, с частотой более чем 9 кГц, обычно создаются различными системами связи. Практически все типы импульсных помех высокочастотны. Иногда вводите понятие радиочастотного шума (диапазон – от 150 кГц до 1 … 2 ГГц) и шума очень высокой частоты (о нескольких ГГц).»[1]
     Причиной воздействия излучения являются электромагнитные волны, излучаемые токовым контуром и распространяющиеся в окружающем пространстве со скоростью света с=300000 км/с. Между длиной волны ? и частотой f существует известная связь:
     ? =с/f.                                                                                                   (1)
            При х> ?/2? или же х> c/2?f соблюдаются условия дальнего поля. Эти условия необходимо учитывать при частоте 1 МГц на расстоянии х=50 м, а при частоте 1 ГГц - на расстоянии х=5 см от источника (при частоте 10 МГц х=5 м, а при f=100 МГц х=0.5 м). Напряженность электрического поля на расстоянии х от источника мощностью P может быть определена из соотношения
     E_x=0.3??P/x, (2)
     при этом Еx выражается в В/м, Р - в кВт, х - в км. Например, при Р=10 Вт их=3 м Еx=10 В/м. 
       При воздействии электромагнитной волны на электропроводные объекты вследствие антенного эффекта возникают высокочастотные напряжения, непосредственно или косвенно являющиеся помехами в сигнальных контурах. Приближенно индуктируемая ЭДС в антенне рассчитывается
      U_st=E_x?l_eff(3)
     где leff - эффективная длина антенны. 
     Основные типы электромагнитных помех, определяющих электромагнитную ситуацию на современных предприятиях: шумы в случае короткого замыкания (КЗ) на земле в сетях с эффективно основанным нейтральный; шумы в случае разрядов молнии; импульсные помехи в случае переключающихся операций переключателями и разъединителями; импульсные помехи работой электромеханических устройств; курс значительных токов на памяти в нормальном режиме работы объекта; магнитные поля низкой частоты нормальным функционированием силы электрическое оборудование; низкое качество напряжения питания; электростатический разряд; высокочастотные электромагнитные поля, создаваемые по радио, помогают; другие источники шумов[4].
     В первую очередь, оба телевизионные передатчики и радары. Кроме того, возможно перенести микроволновые печи домашней и промышленной функции, отличающейся экспериментальный и тестовые средства, и т.д. им. Подобные шумы могут быть созданы также строками проводной связи, работающей в высокой частоте. Иногда существенный вклад в общий уровень шумов в радиодиапазоне сделан атмосферными и космическими радиопомехами, и также радиочастотным шумом, создаваемым работой блоков питания оборудования.[3]
     Традиционное оборудование высокочастотной передачи на высоковольтных строках обычно использует слишком низкие частоты и высокие мощности, чтобы подвергнуться влиянию источников радиочастотных полей. Однако, с ростом частот передачи проблемная EMS становится одной из электросетей.
     
Список литературы 

      Артюшенко, В. М. Обработка информационных параметров сигнала в условиях аддитивно-мультипликативных негауссовских помех [Текст] / В.М. Артюшенко: монография. – Королев МО: Изд-во «Канцлер», 2014. – 298 с.
      Енютин, К. А. Исследование влияния внешних электромагнитных помех на электрооборудование мультисервисных кабельных систем: диссертация. — М: 2009. 128 с.
      Артюшенко, В. М. Оценка влияния электромагнитных помех радиоэлектронных средств на беспроводные устройства малого радиуса действия [Текст] / В.М. Артюшенко, В.А. Корчагин //Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2010. – Т.6. – №2. С.10 – 17.
      Артюшенко, В. М. Оценка влияния помех от радиоэлектронных систем на беспроводные устройства малого радиуса действия с блоковым кодированием [Текст] / В. М. Артюшенко, В.А. Корчагин //Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2010. Т.6. №4. С.3 – 6.
      Артюшенко, В. М. Проектирование сетей подвижной связи с кодовым разделением каналов [Текст] / В.М. Артюшенко: монография - ФГБОУ ВПО ФТА. – М., – 2012. – 204 с.
      Артюшенко, В. М. Системный анализ в области управления и обработки информации: монография [Текст] / В.М. Артюшенко, Т.С. Аббасова, Ю.В. Стреналюк, Н.А. Васильев, И.М. Белюченко, К.Л. Самаров, В.Н. Зиновьев, С.П. Посеренин, Г.Г. Вокин, А.П. Мороз, В.С. Шайдуров, С.С. Шаврин /под науч. ред. док.техн. наук, проф. В.М. Артюшенко. – Королев МО: МГОТУ, 2015. – 168 с. 
      Артюшенко, В. М. Информационные технологии и управляющие системы: монография [Текст] / В.М. Артюшенко, Т.С. Аббасова, Ю.В. Стреналюк, В.И. Привалов, В.И. Воловач, Е.П. Шевченко, В.М. Зимин, Е.С. Харламова, А.Э. Аббасов, Б.А. Кучеров /под науч. ред. док.техн. наук, проф. В.М. Артюшенко. – М.:Издательство «Научныйконсультант», 2015. – 185 с.
      Artyushenko V. M., Volovach V. I. Threshold method of measurement of extended objects speed of radio engineering devices of short-range detection // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2014). Kiev, Ukraine, September 26-29, 2014– 2014. KNURE, Kharkov. – РР. 220-223.
      Артюшенко, В. М. Цифровое сжатие видеоинформации и звука [Текст] / В.М. Артюшенко, О.И. Шелухин, М.Ю. Афонин: Учебное пособие / Под ред. В.М. Артюшенко. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К0». – 2003, - 426 с.
      Артюшенко, В.М. Беспроводные системы связи [Текст] / В.М. Артюшенко, Т.С. Аббасова: учебное пособие / под ред. д-ра тех. Наук, проф. В.М. Артюшенко, ФГОУ ВПО «РГУТиС». – М., 2008. – 170 с.
      Отт Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах: Пер. с. англ. М.: Мир, 1979.-320 с.
      Князев А.Д., Кечиев Л.Н., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. -М.: Радио и связь, 1989. 224 с.
      Варне Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами: Пер. с англ. -М.: Мир, 1990.-228 с.
      Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 224 с.
      Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Вып. 2. Внутрисистемные помехи и методы их уменьшения: Сокр. пер. с англ. Под. ред. А.И. Сапгира. М.: Сов. радио, 1978. - 272 с.
      Кузьмин В. И. Задачи обеспечения электромагнитной совместимости при интегрировании локальных вычислительных сетей на объектах. Радиоэлектроника, телекоммуникации и информатика. Сб науч. трудов кафедры РТУиС МГИЭМ. Выпуск 1.-М.: МГИЭМ, 1997. с. 50 - 52.
      Кузьмин В. И. Обеспечения электромагнитной совместимости при монтаже локальных вычислительных сетей. НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов. Москва. МГИЭМ, 1997, с. 3.
      Буга Н.Н., Контрович В.Я., Носов В.И. "Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств" Москва, Радио и связь, 1993.




.......................