Temp

vedení vn a vvn jsou výboje dvojího druhu. Koronové výboje vznikají jen u vedení velmi vysokého napětí (110 kV a více) na nerovnostech vodičů, na armaturách a zařízeních rozvoden. Korona se podobá doutnavému výboji a její spektrální složky nepřesahují 10 MHz. Velikost výbojů se zvyšuje za vlhka (projevuje se jako intenzivní slyšitelný praskot pod vedením vvn). Intenzita rušivého pole koronového výboje však není příliš velká, takže jeho nežádoucí vlivy lze omezit především tím, že venkovní linky vvn vedou mimo obytná území. Kapacitní výboje jsou typické pro vedení vysokého napětí 22 kV, kde vznikají na nedokonalém spojení kovových předmětů, které se nacházejí v těsné blízkosti částí vedení pod napětím. Takovými místy jsou především kovové kloubové spoje závěsných izolátorů, u nichž se v důsledku koroze vytvoří izolační vrstvička a dielektricky se oddělí kovové části kloubového spoje. Po překročení dielektrické pevnosti této vrstvičky či při jejím mechanickém narušení (např. při kývání izolátoru ve větru) dojde k jiskrovému výboji. Vznikající kmitočtové spektrum sahá až k 1000 MHz a rušivý signál se „dobře“ vyzařuje částmi armatur i vlastním vn vedením. Za suchého počasí bývá toto rušení větší, za vlhka někdy i zcela vymizí. Rušení kapacitními výboji lze odstranit pouze použitím jiné konstrukce izolátorů bez závěsného kloubu.
2.6 Pojednejte o přírodních zdrojích napěťového přepětí. Charakterizujte bleskový výboj a jeho přímé a nepřímé účinky. Nakreslete časový průběh impulzu blesku a specifikujte jeho hlavní kvantitativní proudově časové parametry.
Zdroje napěťového přepětí lze podle jejich původu rozdělit na dvě skupiny: přírodní zdroje a zdroje uměle vytvořené lidskou činností. Základní příčinou neustále rostoucí poruchovosti a klesající odolnosti elektronických zařízení proti přepětí je rostoucí hustota součástek v elektronických obvodech.
Nejdůležitějším přírodním zdrojem přepětí je bleskový výboj, jakožto nejsilnější přírodní elektrický výboj. Úder blesku ohrožuje elektrická a elektronická zařízení až do vzdálenosti cca 4 km. Vybíjení atmosférické elektřiny bleskem způsobuje vznik strmého elektromagnetického impulzu (označovaného zkratkou LEMP – Lightning Electromagnetic Pulse), který má na zasažená i vzdálenější zařízení rušivé až destrukční účinky. Velikost proudu bleskového výboje činí až 200 kA. Z kmitočtového hlediska produkuje blesk rušení o hodnotě až 140 dBµV v pásmu 2÷30 kHz, dále úroveň rušení klesá se strmostí 20 dB/dek až do kmitočtu cca 100 MHz. Přímý úder blesku do budovy má za následek rázový impulz proudu, který neprotéká jen hromosvodovým svodem, ale může se uzavírat i přes kovové konstrukce budovy, a tedy protéká i vnitřkem budovy v blízkosti elektronických zařízení. Kromě silného magnetického pole indukuje v síťovém rozvodu budovy sekundární napěťové rázy.
Nepřímý účinek blesku spočívá v zavlečení napěťového rázového impulzu z vnějšího vedení nízkého, případně i vysokého napětí do vnitřního silového rozvodu budov. V tomto případě je důležité, aby na vstupu budovy byla instalována primární přepěťová ochrana (bleskojistky, varistory) a aby budova byla vybavena dokonalým zemnicím systémem. Všem napěťovým či proudovým bleskovým impulzům je společná velká strmost náběžné hrany (jednotky µs) a pomalejší pokles (stovky µs), který závisí na velikosti náboje blesku.
2.7 Vysvětlete mechanismus a podmínky vzniku lokálních elektrostatických výbojů ESD, jejich charakter a možnosti omezení. Načrtněte časový průběh impulzu ESD a specifikujte jeho parametry. Popište možné účinky ESD na elektronické součástky a obvody.
Umělé zdroje přepětí jsou, jak bylo naznačeno výše, prakticky všechna spínací zařízení. Velikost vzniklého přepětí závisí především na velikosti spínaného proudu a napětí, na kvalitě spínacích prvků u mechanických zařízení, na rychlosti spínacího procesu a na impedančních poměrech v energetické síti. Za nebezpečné zdroje přepětí (a rovněž vysokofrekvenčního rušení) je nutno považovat všechna zařízení, v nichž dochází ke vzniku elektrického oblouku. K umělým zdrojům přepětí, jejichž význam v posledních letech stále vzrůstá, patří lokální elektrostatické výboje (ESD – Electrostatic Discharge). S jejich vlivem je nutno počítat všude tam, kde se vyskytuje třecí pohyb mechanických částí (kovových a/nebo dielektrických – pevných, kapalných či plynných). Přestože energie lokálních výbojů je velmi nízká (často menší než 10 mJ), je jejich napěťová úroveň jednotek až desítek kV velmi nebezpečná pro elektronické prvky a zařízení. Pro většinu moderních elektronických součástek a integrovaných obvodů pracujících s nepatrnými proudy a vysokými pracovními odpory (obvody CMOS apod.) je pravděpodobně největším provozním nebezpečím elektrostatický náboj vznikající na osobách při jejich chůzi, pohybu končetin či třením částí oděvu. Osoba tak může běžně dosáhnout napětí proti zemi 5 ÷ 15 kV.
K elektrostatickým výbojům dochází zejména při současné kumulaci následujících podmínek:
• Pracovníci obsluhující elektronické přístroje mají nevhodné oblečení z hlediska vzniku
vysokého elektrostatického napětí – jejich oděvy jsou ze syntetických tkanin.
• Povrchy stolů, židlí i podlahová krytina jsou z umělých hmot s vysokým izolačním odporem.
• Nízká vlhkost vzduchu v místnosti.
Elektrostatický výboj může vyvolat potíže zejména v obytném prostředí (byty, kanceláře apod.), neboť zde jsou
uvedené podmínky zpravidla dobře splněny – zejména nízká vlhkost vzduchu a syntetické podlahové krytiny.
Zvláště v zimních měsících klesá vlhkost v obytných prostorech pod 40 % a napětí elektrostatického výboje může narůst až na 15 kV. Těmto vysokým hodnotám napětí lze zabránit klimatizací s řízenou vlhkostí a použitím antistatických materiálů podlah a čalounění. Rovněž přírodní materiály oděvů (např. vlna) snižují napětí výboje ESD.
Tření šatů a bot o izolační povrch vyvolává vznik náboje o vysokém elektrickém napětí, které dále narůstá s každým krokem pracovníka na izolačním povrchu (koberci, podlahové krytině). Při dotyku pracovníka povrchem
elektrického zařízení o vztažném potenciálu okolí se pak náboj kapacity těla člověka vybije. Ekvivalentní kapacita těla je cca 100 ÷ 200 pF, odpor „vybíjecí“ paže člověka je 100 Ω až 2 kΩ. Vznikající výboj o napětí až 15 kV má sice velmi malou energii ale impulz vybíjecího proudu je však velký a velmi rychlý. Jak je vidět z jeho typického
časového průběhu na obr. 2.11, je vybíjecí proud elektrostatického výboje tvarově podobný bleskovému proudovému impulzu na obr. 2.8, avšak s výrazně odlišnými kvantitativními parametry: během jediné ns dosáhne
vybíjecí proud ESD velikosti několika jednotek až desítek A a následně klesá k nule po dobu několika desítek ns.
Energie:
Elektrostatický výboj tak může ovlivnit funkci i životnost elektronického zařízení či jeho součástek buď přímo nebo indukcí magnetickým či elektrickým polem do jiných signálových obvodů. Výboje mikroskopického charakteru nemusí přitom v integrovaných obvodech způsobit jen jejich okamžité zničení, ale mohou vyvolat drobná poškození či zúžení vodivých drah, příp. zhoršení jejich izolačních parametrů. To se projeví jako zjevná závada až později, avšak v době mnohem kratší, než je normální životnost dané součástky či integrovaného obvodu.
2.10 Pojednejte o zdrojích a příčinách kontinuálního elektromagnetického rušení a možných
opatřeních proti němu. Problematika CB radia a kabelových komunikačních rozvodů.
Kromě obávanějšího průmyslového a přepěťového rušení mohou ohrozit správnou činnost elektronického systému i rušivé signály kontinuálního (spojitého) charakteru, jejichž působení trvá obvykle buď nepřetržitě (příp. jen s krátkými přerušeními) nebo alespoň relativně delší dobu. Nejznámějšími zdroji tohoto rušení jsou rozhlasové a televizní vysílače, příp. radarové vysílače. Jejich signály jsou buď parazitně injektovány do kabelových a jiných vedení, nebo se šíří pouze vyzařováním. V napájecích rozvodech mají kontinuální charakter rovněž vyšší
harmonické složky proudu vyvolané některými (nelineárními) spotřebiči.
Dále je to nežádoucí vyzařování různých systémů rychle se rozvíjejících tzv. neveřejných radiokomunikačních služeb. K nejmasovějším patří tzv. CB radio (Citizen Band radio) v pásmu 27 MHz. Odhaduje se, že v současné
době aktivně používá občanské radiostanice ve světě více než 40 miliónů lidí. Základním zdrojem potenciálního rušení u této služby je časté – byť zakázané – překračování povoleného vf. vyzařovaného výkonu zařazením výstupního výkonového zesilovače do anténního přívodu stanice. Z obr. 2.13 je zřejmé, že spektrum takto „ošetřeného“ signálu obsahuje kromě funkční složky 27 MHz i řadu nežádoucích harmonických složek: druhá
harmonická přitom spadá do pásma 1. TV kanálu, třetí do pásma mobilních rádiových služeb. Nepřípustně vysokou úroveň mají i další harmonické.
Dalším masově se rozšiřujícím potenciálním zdrojem elektromagnetického spojitého rušení jsou systémy pro společný rozvod rozhlasových a TV signálů, zejména společné TV antény a celoplošné TV kabelové rozvody. Širokopásmové kabelové systémy v pásmu 40 až 300 MHz používají k rozvodu TV signálů stejná kmitočtová pásma, jaká užívají pozemní pohyblivá i pevná služba, letecké služby, družicová meteorologická
služba i amatérská radiokomunikační služba (obr. 2.14). Na vyzařování kabelových rozvodů se podílí prosakování
vf. signálu pláštěm souosých kabelů a vf. netěsnostmi prvků rozvodu (rozbočovače, konektory, účastnické šňůry a zásuvky). Stejnými cestami se mohou dostat i vnější rušivé signály dovnitř kabelového rozvodu a (celoplošně) tak rušit TV či rozhlasový příjem. Stupeň rušení je především věcí kvality koaxiálního kabelu, uplatňuje se zde
však i stínění budov, způsob uložení vedení i úroveň užitečného signálu v té části kabelového rozvodu, která je vystavena rušení.
2.11 Co je to NEMP ? Popište jeho vznik a základní charakteristiky. Srovnejte NEMP a LEMP
z hlediska jejich kvantitativních parametrů a rušivých účinků.
Nukleární elektromagnetický impulz (NEMP – Nuclear Electromagnetic
Pulse), jedná se o zvláštní zdroje rušení, který je doprovodným jevem jaderného výbuchu. Účinky tohoto velmi strmého výkonového impulzu jsou destrukční pro všechna okolní elektrotechnická zařízení. Jejich dosah závisí na typu jaderné nálože a výšce její exploze nad zemí. Nukleární impulz NEMP je tvarově podobný impulzu blesku LEMP.
2.12 Vyjádřete následující napětí v [dBµV] a [dBm]:
a) 23 mV b) 670 µV c) 3,2 V d) 0,1 µV e) 1 mV f) 300 mV
jednotka [dBµV] znamená napětí U v [dB] nad úrovní 1 [µV]
jednotka [dBm] znamená výkon P v [dB] nad úrovní 1 [W]
a) 87,23 [dBµV], -19,755 [dBm]
b) 56,52 [dBµV], -50,468 [dBm]
c) 130,1 [dBµV], 23,118 [dBm]
d) -20 [dBµV], -126,99 [dBm]
e) 60 [dBµV], -46,99 [dBm]
f) 109,54 [dBµV], 2,553 [dBmV]
2.13
to stejné jako 2.12
2.14 Přepočtěte následující veličiny na napětí ve [V]:
a) –26 dBµV b) –35 dBm c) –16 dBm d) 36 dBµV e) –28 dBmV f) 20 dBm
a) 0,05×10-6 V
b) 0,00398V
c) 0,158×10-3 V
d) 63,096×10-6 V
e) 0,0398×10-3 V
f) 2,236V
2.16 Vyjádřete následující intenzity elektrického pole v [dBµV/m]:
a) 100 µV/m b) 1 mV/m c) 200 V/m
2.17 Efektivní hodnota napětí na zátěži 50 Ω má velikost 120 µV. Určete střední hodnotu
činného výkonu pohlceného touto zátěží a vyjádřete jeho velikost v [dBm].
P[W] = 2,88×10-10W
3.1 Vysvětlete vznik parazitní galvanické vazby mezi obvody či systémy a specifikujte její
základní charakteristiky. Jaké jsou zásady k minimalizaci této vazby společnou impedancí ?
Galvanická vazba neboli vazba společnou impedancí je vazbou dvou elektrických systémů či bloků, jejichž proudové smyčky se uzavírají společnými úseky spojovacích vedení, tedy přes společnou impedanci.
Tato impedance, která má nejčastěji charakter sériového obvodu RL, může být tvořena např. vnitřní impedancí společného napájecího zdroje (obr. 3.2.a), společného přívodu řídicích obvodů (obr. 3.2.b), nebo být impedancí společného zemnicího systému (obr. 3.2.c). Společnou impedancí tečou proudy všech (obou) bloků, takže napětí Ur vznikající na této impedanci průtokem proudu prvního bloku představuje pro druhý blok rušivé napětí. Na nízkých kmitočtech (v pásmu kHz) je rozhodující část společné impedance tvořena odporovou složkou R. V oblasti vyšších kmitočtů se uplatňuje především induktivní složka, na níž i poměrně malý proud prvního bloku může při rychlé časové změně vyvolat velké napětí, které je rušivé pro druhý blok zařízení. Indukčnost L společné impedance a kapacity spojů i součástí tvoří navíc rezonanční obvody, jejichž vlivem může být společná impedance (a tím i galvanická vazba) na některých vyšších kmitočtech dosti velká.
Častým případem parazitní galvanické vazby je vzájemná vazba dvou systémů či zařízení zapříčiněná tzv. zemní smyčkou, která vzniká v případě jejich separátního zemnění ve dvou různých bodech. Vlivem nahodilých
(bludných) zemních proudů vzniká mezi těmito body nahodilé rušivé zemní napětí Uz.
Základním principem zmenšení tohoto rušivého napětí je zvětšit celkovou impedanci zemní smyčky,
zvýšit její útlum, případně ji elektricky zcela rozpojit. Nízkofrekvenční „přerušení“ zemní smyčky lze realizovat jednobodovým uzemněním celého systému. Zemní smyčka je nyní galvanicky rozpojena malou zemní kapacitou zařízení 2 (přijímače) vůči společné zemi. Celkový přenosový útlum takto „rozpojené“ smyčky je na nízkých kmitočtech velmi vysoký, s rostoucím kmitočtem se však zmenšuje až na hodnotu galvanicky uzavřené smyčky
(obr. 3.3.c). Na vysokých kmitočtech útlum smyčky (i galvanicky uzavřené) nejprve opět roste vzrůstem její vysokofrekvenční impedance vlivem povrchového jevu, dále však jeho hodnota periodicky klesá a opět roste tak, jak se zde uplatňuje periodická změna impedance spojovacích vedení obou systémů na velmi vysokých kmitočtech.

4.12 Jaké znáte speciální druhy odrušovacích filtrů ? Vysvětlete, co jsou filtry EMP a filtry TEMPEST. Jaké jsou základní odlišnosti datových odrušovacích filtrů vůči síťovým odrušovacím filtrům ? Uveďte možné způsoby realizace datových filtrů.
Zvláštním druhem síťových odrušovacích filtrů jsou tzv. filtry NEMP, příp. LEMP, nazývané též filtry EMP. Tyto filtry byly vyvinuty pro ochranu elektronických
zařízení proti působení rušivých impulzů velké intenzity. Na rozdíl od běžných síťových odrušovacích filtrů LC má filtr EMP na svém vstupu zapojeny ještě součástky omezující přepětí. Tyto filtry se užívají všude tam, kde je nebezpečí výskytu přepěťových pulzů v důsledku bouřek; TEMPEST-slouží k zamezení úniku informací předávaných telekomunikačními zařízeními a zařízeními pro přenos dat, které mohou být zneužity nepovolanými osobami. Odlišnost DF a SF-je nižší pracovní proud a napětí datových filtrů. Datové filtry-pracují v impedančně přizpůsobených systémech (ZS =ZZ) a jimi propouštěné užitečné signály jsou značně širokopásmové; požadavky-velká strmost útlumové
charakteristiky mezi propustným a nepropustným pásmem; realizace-lze splnit jen pomocí vícestupňového filtru LC. Miniaturní datové filtry se zapojují přímo na desky plošných spojů telekomunikačních zařízení.
4.26 Co jsou přepěťové ochranné prvky ? Specifikujte jejich druhy a použití. Pojednejte o principu činnosti, základních statických a dynamických parametrech a konstrukci plynem plněných bleskojistek a výbojek. Jaký druh přepěťové ochrany zajišťují? Jsou to součástky, příp. jejich kombinace, sloužící k potlačení či omezení napěťového přepětí vznikajícího na přenosových vedeních v důsledku některých rušivých elektromagnetických dějů; druhy: hrubá ochrana (základním prvkem hrubých přepěťových ochran elektrotechnických a elektronických zařízení i energetických a telekomunikačních vedení) a jemná ochrana (užívané v elektronických omezovačích a stabilizátorech napětí); Liší se zejména ochrannou úrovní napětí a rovněž rychlostí své reakce. Plynem plněné bleskojistky (výbojky)- Ochranné napětí [V] 10 ÷ 12 000; Max.proud po dobu 1 ms [A] 500; Max. absorbovaná energie [J] 60; Přípustné výkonové zatížení [W] 800; Vlastní kapacita [pF] 0,5 ÷ 10; Doba reakce [ns] > 1 000; druh ochrany: hrubá; konstrukce-elektrody jsou umístěny v keramickém či skleněném pouzdru naplněném vzácným plynem; použití-přepěť. ochranná součástka, nebo jako galvanické
oddělení vodičů, které za normálního provozu nemají být vzájemně vodivě spojeny. Když napětí přesáhne hodnotu zápalného napětí bleskojistky-galvanickému propojení; činnost-pokud se přesáhne zápalného napětí(závisí na strmosti časového nárůstu přicházejícího napěť.impulzu,) UZ-dojde k „zapálení“ výbojky-odpor prudce klesá až o deset řádů; přechod do doutnavého výboje- napětí mezi elektrodami 60 ÷ 120 V; umožní-li impedance obvodu, aby jí protékal vyšší proud než cca 100 mA-nastane režim obloukového výboje a napětí na ní klesne na 10 ÷ 30 V; Statické zapalovací napětí Ustat-nárůst napětí pomalejší 100 V/s; hodnoty 90 ÷ 1200 V. Dynam. zapalovací napětí-nárůst napěťového impulzu du/dt = 1 kV/µs; hodnota souvisí s reakční dobou bleskojistky 600 ÷ 700 V. Při velmi strmých impulzech (< 30 ns) většina plynových bleskojistek nezapálí; přednost-vysoké sváděné proudy, vysoká výkonová zatížitelnost a velmi malá vlastní kapacita
4.27 Které součástky řadíme mezi jemné přepěťové ochrany ? Popište jejich obvyklé
konstrukce, vlastnosti, základní charakteristiky a parametry. Vzájemně srovnejte jednotlivé součástky z hlediska omezovaných úrovní přepětí a z hlediska rychlosti reakce.Patří tu: varistory, Zenerovy diody a speciální lavinové, tzv. supresorové polovod. diody.Varistor-konstrukce: se vyrábějí z ZnO nebo SiC; činnost-omezí nebezpečné přepětí
na určitou hodnotu téměř nezávislou na protékajícím proudu; má vysoký odpor; překročení ochranného napětí-odpor klesá 1÷10Ohm-protéká proud desítky A; absorbuje energii vysokonapěť.rušivých impulsů; Použití-vysoká kapacita: negativ.-špatná ochrana ve vysokofrekv.systémech.; pozitiv-přídavná kapacita odrušovacího filtru LC. Nevýhoda-při dlouhodobé zátěži se zvětšuje svod a roste svodový proud; parametry: ochranné napětí 6÷2 000 V; Max.proud po dobu 1 ms 120A; Max.absorbovaná energie 2000J; Přípustné výkonové zatížení 2W; Vlastní kapacita [pF] 40÷40 000; doba reakce 25 ns; druh ochrany: hrubá; Zener.d-použití v el.omezovačích a stabilizátorech napětí; ochranu vůči rychlým přepěťovým impulsům-křemíkové lavinové diody, které proti „klasickým“ Zenerovým diodám vykazují vyšší proudovou zatížitelnost v závěrné Zenerově oblasti, kratší reakční dobu a schopnost absorbovat větší energii signálu. parametry:ochran.napětí 2,4 ÷ 200V; max.proud po dobu 1 ms 10A; Max. absorbovaná energie 0,1J; přípustné výkon.zatížení 50W; vlastní kapacita [pF] 5÷15 000; Doba reakce 10 ns; druh ochrany: jemná; Supresorové d.-konstrukce: pouzdřeny jako pár diod zapojených antisériově proti sobě; výhody-krátká reakční doba-ochrana zařízení i vůči velmi rychlým (krátkým) přepěťovým impulzům. parametry:ochranné napětí 6÷440 V; max.proud po dobu 1 ms 200A; max.absorbovaná energie 1J; přípustné výkon.zatížení 5W; vlastní kapacita [pF] 300 ÷ 15 000; Doba reakce 0,01 ns; druh ochrany: jemná; Porovnání: nejrychl. Supr.d, nejpomal-bleskojistky;
4.30 Jaké je obvodové zapojení kombinovaných přepěťových ochran ? Popište jejich činnost, průběhy napětí, důvody použití.Objasněte výhody a nevýhody vlastní kapacity přepěťových ochranných prvků a vliv délky jejich přívodů. Zapojením několika
typů ochranných prvků do společného vedení; typické zapojení- kombinace bleskojistky