Tineretul Liber septembrie 15, 2009




COMPATIBILITATEA ELECTROMAGNETICĂ A APARATURII DE AUTOMATIZARE

Odată cu folosirea intensivă a circuitelor integrate, problema interferenţei şi susceptibilităţii electromagnetice a devenit o condiţie în proiectarea unor echipamente de automatizare de înaltă fiabilitate. Prin compatibilitate electromagnetică se înţelege particularitatea unui echipament, sau a unui sistem în ansamblu, de a funcţiona în condiţiile unui mediu poluat electromagnetic, fără a fi perturbate intolerabil funcţiile acestuia. Interferenţa electromagnetică ( FMI – electomagnetic interference, sau RFI – radio frequence interference ) este reprezentată printr-un semnal nedorit, care este indus datorită câmpului electromagnetic poluant, semnal care poate defecta funcţionarea unui echipament sau sistem. Interferenţa electromagnetică poate fi definită ca o poluare electromagnetica, la fel de periculoasă ca poluarea aerului sau a apei în mediul ambiant. Fenomenul de compatibilitate electromagnetică are trei componente : sursa unui câmp electromagnetic poluant, calea de propagare şi receptorul afectat, reprezentat prin echipamentul sau sistemul în funcţionare normală. Sursele de zgomot electromagnetic sunt cauzate de fenomene naturale sau artificiale, ca de exemplu:

· Zgomotele electrice generate de furtuni electrice, reprezintă surse naturale de zgomote electromagnetice cu frecvente sub 10 MHz.

· Zgomotele generate de radiaţiile solare şi zgomotele cosmice reprezintă surse naturale de zgomote cu frecvente peste 10 MHz.

· Zgomotele electrice artificiale sunt generate de activităţile umane şi pot fi neintenţionat sau intenţionat create. Sursele neintenţionat create de om sunt echipamente a căror funcţionare nu are ca scop emisia de câmpuri electromagnetice, precum calculatoarele electronice, motoarele electrice, echipamentele cu relee cu contacte, tuburi fluorescente, sudura cu arc, motoarele cu autoaprindere, cablurile TV etc. Sursele de poluare electromagnetică intenţionat create de activitatile umane sunt acele echipamente a căror funcţionare normală constă în emisia de semnale electromagnetice, ca de exemplu echipamente radar, radiouri mobile, echipamente cu modulare în frecventă sau amplitudine etc.

Important în poluarea electromagnetică este mecanismul de cuplare între sursă şi receptor, care poate fi prin radiaţie sau prin conducţie. Cuplarea prin radiaţie se face prin intermediului câmpului electromagnetic între sursă şi receptor ca între două aparate, ca de exemplu un pistol de lipit în contact manual şi cu transformator poate afecta prin impulsurile câmpului electromagnetic un calculator. Cuplarea prin conducţie între două aparate se face prin firele reţelei de alimentare , prin firul comun de împământare al echipamentelor , etc. De exemplu, cuplând la aceiaşi reţea de alimentare un calculator şi un termostat pentru încălzirea unui volum, conectarea/deconectarea automată a rezistentei de încălzire a termostatului provoacă variaţii ale tensiunii de alimentare a reţelei care influenţează aparatele conectate la aceiaşi reţea de alimentare. Poluarea electromagnetica, adică operaţia unor tensiuni parazite în circuitele electrice, poate fi numai între două aparate, ci şi în cadrul aceluiaşi aparat. De exemplu, poluarea prin conducţie apare în cadrul unui aparat în care funcţionarea unui etaj de putere în impulsuri poate provoca variaţii ( căderi ) ale tensiunii de alimentare, ceea ce poate influenţa ( prin conducţie ) alte etaje ale aparatului respectiv. Poluarea prin inducţie în cadrul unui aparat poate apare atunci când de exemplu variaţii ale unui semnal electric provoacă, datorită câmpului magnetic propriu, semnale în alte circuite ale aparatului.

Interferenţa electromagnetică poate apare şi între echipamente de calcul, atât prin inducţie ( prin sursa de alimentare în ca ) cât şi prin conducţie ( prin câmpul electromagnetic creat de funcţionarea unui calculator ). Pentru a studia interferenţa electromagnetică sunt necesare teste, prin care se măsoară amplitudinea şi frecvenţa semnalului nedorit, indus de sursa poluantă în aparatul supus testării. Aceste măsurări se fac cu analizoare spectrale.

Pentru a reduce semnalele parazite care apar prin inducţie de la sursa poluantă se folosesc ecrane electrice între sursă şi aparatul testat. Pentru a reduce semnalele parazite care apar prin conducţie între sursa poluantă şi aparatul testat, se folosesc filtre electrice pe tensiunile de alimentare. De exemplu, în acest scop la aparatele cu circuite integrate, circuitul imprimat este astfel realizat încât barele de alimentare ( +, – ) sa fie suprapuse pe suprafaţe cât mai mari, ceea ce formează de fapt un condensator electric cu rol de filtrare.

În prezent, datorită apariţiei a numeroase surse poluante, problema compatibilităţii electromagnetice este deosebit de actuală, existând instituţii de specialitate care se ocupă cu elaborarea de standarde şi recomandări în acest domeniu. La nivel internaţional, există organizaţii de standardizare, specializate pe anumite domenii de aplicaţie, ca de exemplu:

· ISO – în domenii largi ( mecanic , electric etc. )

· IEC, CISPR – în domeniul electrotehnic, electronic

· CCITT – în domeniul telecomunicaţiilor

· CCIR – în comunicaţii radio

În prezent există şi agenţii naţionale, care de exemplu preiau recomandările de la CISPR ( Internaţional Special Committee on Radio Interference ). Prin aceste standarde se stabileşte nivelul acceptabil de interferenţa ( de susceptibilitate ) electromagnetică pentru diferite surse poluante şi diverse echipamente influenţate prin poluare electromagnetica. În domeniul aparaturii de automatizare cel mai important organism internaţional este IEC ( International Electrotehnical Commission ). Acest organism are comitete pe diferite domenii, ca de exemplu:

TC 77 – Compatibilitate electromagnetică între echipamente electrice, inclusiv reţele

TC 65 – Măsurări industriale şi conducerea proceselor

În tara noastră, Institulul Român de Standardizare şi Mărci are ca preocupare principala coordonarea lucrărilor de cercetare şi de adaptare a recomandărilor şi regulamentelor internaţionale în domeniul standardelor, inclusiv în domeniul compatibilităţii electromagnetice.

INFLUENŢA CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC ASUPRA ORGANISMULUI UMAN.

Operatorul uman, în activitatea sa de îndeplinire a rolului său de a conduce un proces tehnologic, este supus influentei câmpurilor electromagnetice. Principala acţiune a câmpurilor electromagnetice asupra organismului uman constă în agravarea sau accelerarea apariţiei bolilor cardiace, vasculare, neurologice şi psihice. Această influenţă, care depinde de intensitatea câmpurilor electromagnetice şi de durata de expunere, este în continuă creştere datorită măririi numărului de surse poluante cu câmpuri electromagnetice. Pentru aprecierea influentei câmpurilor electromagnetice asupra organismelor vii s-au făcut cercetări experimentale asupra unui individ separat şi asupra unui grup de indivizi, de diferite vârste, pe durate diferite de expunere în timpul serviciului şi pentru diferiţi parametrii ai factorilor poluanţi. De exemplu dintr-o grupă de indivizi, cu vârste peste 40 ani, care se ocupau cu instalaţii la frecvenţe înalte 10KHz – 30 MHz, cu o intensitate de 100 – 300 V/m, numai 7,4 % nu au reclamat perturbări ale stării de sănătate şi în primul rând al sistemului nervos şi cardio-vascular. Cercetări similare s-au efectuat în spaţii de producţie, unde s-a constatat că prezenţa câmpurilor electromagnetice de joasa frecvenţă are o influenţă negativă asupra sistemului cardio-vascular al muncitorilor, observându-se o reducere a pulsului, o modificare a ECG, o micşorare a puterii de recepţie vizuale şi auditive şi o accentuare a stării de oboseala.

Principalele surse de poluare sunt :

· Câmpul electric natural al Pământului care depinde de latitudine şi altitudine

· Câmpul electric static artificial ( care de exemplu apare în procesul de prelucrare a unor mase plastice, în utilizarea unor ţesături din materiale sintetice etc. )

· Câmpul magnetic terestru ( care are o componentă variabilă, numită furtună magnetică, în funcţie de fenomene astronomice, ca de exemplu datorită exploziilor solare )

· Câmpurile electromagnetice naturale ( de exemplu de la fulgere )

· Câmpurile electromagnetice artificiale ( de exemplu, undele radio în gama 3105 – 3107 Hz, reţelele industriale de alimentare cu energie electrică, la frecvenţa de 50 Hz etc. )

Pentru măsurarea intensităţii câmpului electromagnetic se pot folosi aparate pentru lucrări de cercetare ( foarte scumpe, de precizie ridicată şi produse intr-un număr redus de exemplare ) şi aparate pentru verificări experimentale ( de precizie redusă şi produse în serie mare ). Pentru măsurarea intensităţii câmpurilor electromagnetice în laboratoare, în spatii industriale de lucru, în centre urbane etc. se pot folosi aparate, care au costuri reduse şi cu o precizie satisfăcătoare.

În prezent, pe plan mondial, se întreprind acţiuni pentru limitarea efectelor câmpurilor electromagnetice asupra organismelor vii, dintre care cele mai importante sunt:

· Normarea intensităţii admisibile ale câmpurilor electromagnetice, pentru activitati industriale şi pentru locuinţe, în centre urbane sau rurale. Această diferenţiere este necesară deoarece timpul de expunere a unei persoane diferă într-o activitate industrială şi în spaţiul de locuit. De exemplu, în SUA este recomandată densitatea de putere maximă a câmpului electromagnetic de 10 mW/cm2, în domeniul de frecvenţe de 10 105 MHz. În multe ţări sunt elaborate tabele, prin care se determină valorile admisibile în funcţie de timpul de expunere.

· Aplicarea de măsuri de protecţie în desfăşurarea unor activităţi cu surse de câmpuri electromagnetice, dintre care se pot menţiona :

· Protecţia faţă de câmpuri magnetice puternice, constante şi de joasă frecvenţă, realizând ecrane din materiale feromagnetice care au o permeabilitate ridicată, ca de exemplu din aliaje fier-nichel.

· Protecţia prin limitarea timpului de expunere, utilizând aparate de avertizare acustică sau optica.

· Protecţia prin desfăşurarea activităţilor la distanţă calculată faţă de sursa de câmp electromagnetic, se face utilizând relaţii empirice în care intervin parametrii sursei radiante.

· Protecţia prin utilizarea unor ecrane ale locului de munca, ca de exemplu a unor încăperi formate din plase metalice.

· Protecţia prin utilizarea unor suprafeţe reflectorizante ale câmpului electromagnetic, ca de exemplu a unor folii metalice.

· Protecţia prin utilizarea unor halate sau alte articole de îmbrăcăminte de protecţie, realizate din ţesături din bumbac, mătase, etc. , în structura cărora intră fire subţiri metalice, care de exemplu formează ochiuri de dimensiunile 0,5 0,5 mm.

Cercetările recente privind influenţa câmpurilor electromagnetice asupra organismelor vii, au demonstrat că acestea actioneaza într-un mod deosebit de complex asupra fenomenelor intracelulare, asupra celulelor şi organelor şi organismului pe ansamblu. În prezent cercetările în acest domeniu sunt dirijate spre elaborarea de noi normative privind sursele de poluare şi pentru implementarea de noi tehnici de protecţie a omului faţă de influenţa câmpurilor electromagnetice.

2. IMPACTUL SECTORULUI ENERGETIC ASUPRA MEDIULUI

Energia este esenţială pentru bunăstarea economică şi socială, pentru bunul mers al majorităţii activităţilor industriale şi comerciale. Cu toate acestea, producţia şi consumul de energie exercită presiuni considerabile asupra mediului, care includ contribuţii la schimbările climatice, deteriorarea ecosistemelor naturale, deteriorarea mediului construit şi producerea de efecte adverse asupra sănătăţii umane.

Sectorul energetic presupune activităţi ce au ca scop principal obţinerea de energie electrică şi energie calorică necesare încălzirii sau pentru incinerarea deşeurilor.

Sectorul energetic cuprinde următoarele activităţi: extracţia şi prepararea cărbunelui, extracţia petrolului şi gazelor naturale, extracţia şi prepararea minereurilor radioactive, industria de prelucrare a ţiţeiului, producţia, transportul şi distribuţia de energie electrică şi termică, gaze şi apă caldă.

Energia există în diferite forme definite ca energie mecanică, energie termică, energie chimică, energie electrică, energie radiantă şi energie atomică.

Creşterea vertiginoasă a necesarului de energie, o componentă de bază în evoluţia omenirii, s-a realizat, în decursul mai multor generaţii, prin ignorarea totală a efectului pe care îl are asupra mediului, înregistrându-se numeroase accidente ecologice, unele cu efecte iremediabile.

Dintre sursele de energie, centralele termo-electrice reprezintă sursa cea mai importantă care poluează aerul prin procesele de combustie şi care generează emisii de gaze cu efect de seră.

Energia nucleară furnizează o proporţie redusă din totalul energiei necesare iar energia solară constituie o rezervă a viitorului.

Principalii combustibili folosiţi în prezent şi care vor fi folosiţi şi în viitor sunt combustibilii fosili (cărbune, petrol, gaze naturale).

Teoretic, printr-o ardere completă a unui combustibil pur, ar rezulta numai bioxid de carbon şi apă, substanţe practic lipsite de nocivităţi considerabile. In practică însă nici combustibilii nu sunt puri şi nici procesul de ardere nu este complet. Rezultă deci din aceste procese de ardere o cantitate de produşi secundari care intră în compoziţia fumului şi care sunt emişi în atmosferă. Cantitatea lor este cu atât mai mare cu cât combustibilul conţine mai multe impurităţi şi arderea este mai puţin completă. Fumul rezultat conţine atât suspensii, cât şi gaze ce conţin oxizi de azot, bioxid de sulf, oxid de carbon, acid fluorhidric, aldehide şi alte hidrocarburi. Toate aceste substanţe au efecte nocive atât asupra omului cât şi asupra mediului înconjurător.

Poluarea aerului duce la ploi acide, datorate în primul rând emisiilor de bioxid de sulf şi oxizi de azot de la centralele termoelectrice şi autovehicule, care produc daune pădurilor şi lacurilor.

Hidrocentralele modifică peisajul, ecosistemele, varietatea şi numărul de specii, calitatea apei (prin concentrarea în săruri), apa nefiind potabilă. Construcţia unei hidrocentrale necesită eliberarea unei suprafeţe mari de teren, defrişări masive, deplasarea populaţiei spre alte zone. Datorită excesului de umiditate atmosferică în zonă se produc perturbaţii climatice: scăderea temperaturii medii, ceaţă.

Lacul de acumulare crează presiuni mari în straturi, generatoare de cutremure, totodată acestea preiau volumul mare de apă în caz de viituri, evitând producerea inundaţiilor. Barajele sunt bariere în calea migraţiei peştilor, cei mai afectaţi fiind somonii şi păstrăvii. In lac creşte temperatura apei, deci pot dispărea unele specii de peşti şi scoici. Dacă o specie dispare, întreg echilibrul ecologic este afectat, prin lanţul trofic.

Centralele nuclearo-electrice poluează mediul prin debitul mare de apă necesar în sistemul de răcire şi prin conţinutul în radionuclizi al gazelor, lichidelor şi materialelor solide evacuate. Apa caldă provenită din sistemul de răcire poate provoca poluarea termică în zona de evacuare, deci o înmulţire a algelor, dispariţia unor specii.

Centralele eoliene ocupă o mare suprafaţă de teren şi prin zgomot produc poluare fonică – mult mai redusă, comparativ cu celelalte surse de energie.

Centralele solare blochează o suprafaţă mare de teren pentru captare, dar nu au alt impact asupra mediului.

România încearcă să se alinieze cu ţările Uniunii Europene în privinţa principalelor prevederi referitoare la impactul sistemelor energetice asupra mediului. Reducerea impactului sistemelor energetice asupra mediului şi apropierea normelor prevăzute în acest domeniu de reglementările Uniunii Europene urmează să se realizeze prin lucrările de reabilitare şi modernizare, prin ecologizarea haldelor de zgură şi cenuşă, monitorizarea continuă a calităţii mediului în zona marilor obiective energetice, reabilitarea solurilor poluate şi reintroducerea acestora în circuitul agricol, reducerea emisiilor de noxe la rafinării şi minimizarea pierderilor, refacerea ecologică a unor zone petrolifere prin reducerea riscului în operare.

Finalizarea şi punerea în funcţiune a Unităţii 2 de la Centrala Nuclearoelectrică Cernavodă va contribui semnificativ la procesul de reducere a impactului sectorului energetic asupra mediului.

De asemenea, în domeniul petrolier urmează să se producă benzine şi motorine ecologice şi să se continue adoptarea de norme şi reglementări pentru stabilirea condiţiilor de introducere pe piaţă a unor produse petroliere în conformitate cu standardele Uniunii Europene.

In sectorul extractiv se va urmări monitorizarea, prevenirea şi reducerea impactului asupra mediului, precum şi reabilitarea zonelor miniere dezafectate.

Sectorul energetic poate şi trebuie să beneficieze de oportunitatea creată de potenţialul de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră, prin mecanismele flexibile promovate de Protocolul de la Kyoto la Convenţia-Cadru a Naţiunilor Unite asupra schimbărilor climatice, ratificat de România prin Legea nr. 3/2001. Valorificarea acestui potenţial prin proiecte „implementate în comun” sau „comerţ cu emisii” este o importantă sursă de finanţare a procesului de eficientizare şi dezvoltare durabilă a sectorului energetic. Compatibilitatea cu mediul pentru produsele şi tehnologiile energetice este parte integrantă a competitivităţii acestora.

3. IMPACTUL CONSUMULUI DE ENERGIE ASUPRA MEDIULUI

Emisiile totale de gaze cu efect de seră în UE au scăzut în 1990 şi 2000, dar emisiile din sectorul energetic, reprezentând cea mai mare parte a acestora, au avut o scădere mult mai redusă, făcând improbabile scăderile semnificative ale emisiilor totale în deceniile următoare.

Reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră din domeniul energetic în cursul ultimului deceniu a fost realizată datorită reducerilor considerabile în cadrul sectorului industrial şi al sectorului de producere a energiei, reduceri ce au fost în general depăşite de creşterea din domeniul transportului.

Consumul de energie este o sursă majoră de poluare atmosferică. Acesta contribuie la peste 90% din emisiile de bioxid de sulf din UE, la aproape totalitatea emisiilor de oxizi azotici, la aproape jumătate din emisiile de compuşi organici volatili fără metan şi la aproximativ 85% din particule. Măsurile luate pentru reducerea poluării atmosferice din sectorul energetic au dus la scăderea emisiilor de bioxid de sulf şi oxizi azotici. O contribuţie importantă a avut-o trecerea de la utilizarea cărbunelui la utilizarea gazului natural, creşterea eficienţei producerii de

electricitate cu ajutorul combustibililor fosili, precum şi procentul tot mai mare al surselor de energie nucleară şi regenerabilă.

Alte presiuni asupra mediului datorate producerii şi consumului de energie includ deşeuri miniere şi nucleare. Poluarea cu petrol de la rafinăriile de coastă, platformele petroliere şi transportul maritim a fost redusă, însă continuă să aibă un impact semnificativ asupra mediului marin.

Prin folosirea energiei termice se produce poluare termică şi estetică.

Folosirea energiei electrice poate polua termic, fonic, electromagnetic, chimic şi estetic mediul, însă impactul asupra mediului înconjurător privind distribuţia şi furnizarea energiei electrice este nesemnificativ.

Poluarea vizuală se resimte prin deteriorarea peisajului, mai pregnant vizibil în zonele rurale şi în special în zonele turistice.

Din analiza categoriilor de impact negativ al câmpului electromagnetic creat de elementele reţelei electrice de foarte înaltă tensiune rezultă că în România nu se depăşesc limitele normate sau recomandate de standardele internaţionale. Singurele categorii care ar putea afecta populaţia, câmpul magnetic şi ionizarea creată de descărcarea de tip coronă şi descărcările parţiale nu sunt clarificate pe plan internaţional, cercetări ştiinţifice desfăşurându-se în continuare.

In mod normal, în timpul activităţii de distribuţie şi furnizare a energiei electrice nu rezultă poluanţi în aer.

Poluarea psihică este provocată de teama de apropierea de instalaţiile energetice.

Poluarea zonelor protejate este limitată deoarece din faza de proiect, aceste zone sunt evitate. In cazurile excepţionale se apelează la soluţii tehnice ecologice, cum ar fi: montarea pe vârful stâlpilor de cuiburi de barză, montarea pe izolatoarele de 110 kV de dispozitive antipasăre, folosirea de linii cu multiple funcţiuni cu fibră optică, transmisii de înaltă frecvenţă FIF. In cazul amplasării instalaţilor energetice în zone silvice, se efectuează defrişări în faza de construcţie, care se menţin şi pe perioada exploatării, refecându-se numai vegetaţia de mică înălţime.

Nivelul de zgomot şi vibraţii produs este în limitele normate (STAS10009/88); echipamentele care produc zgomot, sunt ecranate fiind amplasate în clădiri zidite, staţiile de distribuţie de energie electrică sunt amplasate la distanţe de protecţie faţă de zonele de locuit conform PE 101 A/1985.

Pentru diminuarea aproape de zero a nivelului de radiaţii emise în mediu, instalaţiile sunt amplasate la distanţe de protecţie faţă de sol, clădiri.

Sursele majore de poluare a mediului sunt reprezentate de centralele termoelectrice cu funcţionare pe păcură şi gaze naturale, cu funcţionare pe lignit şi gaze naturale şi de centralele termice din aşezările urbane.

Principalii poluanţi emişi de sursele de ardere produc poluarea aerului. Aceştia pot fi:

§ pulberi (cenuşa zburătoare, particule de cărbune, zgură, pământ, funingine, etc);

§ oxizi de sulf (SO2 şi SO3 );

§ oxizi de azot (NO şi NO2);

§ oxizi de carbon;

§ gudroane;

§ hidrocarburi;

§ acizi organici, etc.

Combustibilul nuclear uzat reprezintă deşeul cel mai puternic radioactiv, în multe cazuri fiind nevoie de câteva sute de mii de ani pentru ca acestea să se dezintegreze. Deoarece cantitatea produsă depinde în principal de cantitatea de energie produsă de centralele nucleare.