Обеспечение совместной работы различных радиотехнических и электронных систем является одной из наиболее актуальных проблем техники, т.к. прогресс развития технических средств усиливает зависимость результатов их применения от условий их совместного функционирования. В соответствии с МЭК 60050-161:1990 под ЭМС понимают «способность оборудования или системы удовлетворительно функционировать в своей электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам в этой обстановке» (термин 161-01-07). Таким образом, ЭМС в современном понимании − это совместимость оборудования и систем с окружающей электромагнитной средой.
На ранних этапах развития техники обеспечение совместной работы технических средств решалось в основном путём совершенствования отдельных схемных и конструкторских решений и планирования распределения радиочастот, используемых отдельными радиосредствами. В настоящее время принятия отдельных частных мер уже недостаточно, а проблема в целом имеет ярко выраженный системный характер. Учёт требований электромагнитной совместимости (ЭМС) необходим на всех стадиях жизненного цикла любого радиоэлектронного оборудования. Неправомерно отделение во времени вопросов разработки и создания конкретного устройства и обеспечения его ЭМС с другими аппаратами и системами в процессе эксплуатации. Если аспекты ЭМС игнорируются до тех пор, пока они не приведут к нарушению совместимости аппаратуры, обеспечение ЭМС будет дорогостоящим и неудовлетворительным.
Исторически наибольшее внимание уделялось вопросам межсистемной ЭМС, при которых рассматривается возможность совместной работы различных радиосистем, например, радионавигационной и радиолокационной в пределах аэродромной службы. Это определялось относительно низкими частотами работы аналоговой аппаратуры связи, уровнем подготовки специалистов в области конструирования аппаратуры, бурным развитием разнообразных радиосистем, что требовало акцентировать внимание именно на межсистемных аспектах ЭМС. По мере развития техники, внедрения цифровых методов обработки информации и, главное, постоянно повышающегося быстродействия, акценты сместились на внутрисистемные вопросы ЭМС, которые стали определяющими при проектировании аппаратуры и систем. Предпосылки для этого заключаются во введении обязательной сертификации продукции по показателям ЭМС, в возрастающем объёме проектных работ в области создания аппаратуры различного применения, непрерывном росте быстродействия, что усугубляет проблему ЭМС. Кроме этого изменилась электромагнитная обстановка, в которой работают современные радиоэлектронные средства. К мощным источникам помех в настоящее время можно отнести: электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва, молнии, геомагнитные бури, высоковольтные линии электропередачи, контактные сети железных дорог, высоковольтные установки, мощные радиопередающие средства и радиолокационные станции, генераторы сверхширокополосных электромагнитных импульсов, генераторы микроволнового излучения.
В этих условиях при проектировании радиоэлектронной аппаратуры можно отметить следующие тенденции и новые задачи в области обеспечения внутрисистемной ЭМС. Для формирования обоснованных требований к уровню электромагнитной защиты аппаратуры необходимо проанализировать источники мощных электромагнитных излучений с целью выявления интенсивностей генерируемых ими полей. Расширение спектра воздействующих помех и частот функционирования аппаратуры требует моделей процессов и аппаратуры, более адекватно отражающих высокочастотные процессы, и пригодных для верификации проектных решений; на основе подобных моделей необходимы проблемно ориентированные программные средства для оценки таких факторов как целостность сигнала, эффективность экранирования с учётом реальных неоднородностей в экранах, оценка уровня излучения от аппаратуры на стадии проектирования, развитие виртуальных сертификационных испытаний для отладки проектов и т.п.
ЭМС строго регламентируется стандартами, выполнение требований которых является обязательным при проведении сертификационных испытаний. До 1985−1990 гг. проблема ЭМС применительно к народнохозяйственной продукции рассматривалась как проблема обеспечения функционирования без взаимных помех различных радиосредств, использующих радиочастотный спектр, с учётом возможных помех радиоприёму, которые могут быть созданы определёнными техническими процессами и устройствами (индустриальных радиопомех). После 1985−1990 г. данная концепция ЭМС была на международном уровне кардинально изменена. Основную роль в изменении содержания понятия ЭМС сыграли европейская директива 89/336 «О согласовании законодательных актов государств-членов, касающихся электромагнитной совместимости» (издана в 1989 г.) и международный терминологический стандарт МЭК 60050-161 «Электротехнический словарь. Гл. 161. Электромагнитная совместимость» (издан в 1990 г.).
В свою очередь, в Директиве 89/336 были впервые введены в качестве норм обязательные требования по ограничению электромагнитной эмиссии, т.е. по исключению загрязнения электромагнитными помехами окружающей среды и по обеспечению устойчивости к воздействию внешних электромагнитных помех любых технических средств, способных создавать электромагнитные помехи и/или зависящих от их воздействия. После этого, начиная с 1992 г, происходит процесс устойчивого принятия новых международных и европейских региональных стандартов в области ЭМС, соответствующих принципам, установленным в МЭК 60050-161 и Директиве 89/336. Эти стандарты, в основном, разрабатываются и принимаются международными организациями по стандартизации – МЭК, СИСПР, ИСО и европейскими организациями – СЕН, СЕНЕЛЕК, ЕТСИ.
Требования по электромагнитной совместимости в международных стандартах представляют собой, в общем случае, требования устойчивости функционирующего по назначению аппарата к воздействию на его порты электромагнитных помех конкретных видов и, с другой стороны, нормы электромагнитных помех конкретных видов, создаваемых функционирующим аппаратом на его портах. Под портами аппарата понимают границы (интерфейсы) аппарата с внешней электромагнитной средой. В качестве портов рассматривают в общем случае, порты корпуса, порты электропитания переменного и постоянного тока, а также порты ввода-вывода, сигнализации, управления, заземления и др.
Требования устойчивости аппарата к электромагнитным помехам включают степени жёсткости испытаний (уровни испытательных воздействий) и критерии качества функционирования при воздействии электромагнитных помех на различные порты. Нормы создаваемых электромагнитных помех представляют собой предельные значения измеряемых параметров электромагнитных помех в установленных полосах частот измерений.
Основной задачей Российского технического комитета по стандартизации ТК 30 стало введение этих новых международных и региональных стандартов в области ЭМС в качестве национальных стандартов Российской Федерации и межгосударственных стандартов. Специалистами ТК 30 было подготовлено свыше 200 гармонизированных национальных и межгосударственных стандартов. Гармонизированными стандартами являются те, которые обеспечивают взаимозаменяемость продукции и/или взаимное понимание результатов её испытаний. К гармонизированным стандартам относят идентичные и модифицированные по отношению к международным стандартам.
Комплект национальных стандартов широко применялся при установлении требований ЭМС к различным техническим средствам, а также при создании и аккредитации испытательных лабораторий ЭМС и органов по сертификации во многих системах обязательной сертификации («ГОСТ Р», «Электросвязь», «ОИТ» и др.). В 2003–2010 гг. данный комплекс национальных стандартов ЭМС, был актуализирован и дополнен с учётом новых изданий международных и европейских стандартов ЭМС и затем использован при разработке и введении в действие технического регламента Таможенного союза «Электромагнитная совместимость технических средств» (ТР ТС 020/2011) (введён в действие с 15 февраля 2013 г.). В настоящее время специалистами ТК 30 завершена работа по переоформлению более сорока национальных стандартов, входящих в этот комплекс, в межгосударственные стандарты с их одновременной актуализацией. Эта работа выполнена в связи с развитием технического регулирования в Таможенном союзе и формированием Евразийского Экономического союза. Национальные стандарты ЭМС (ГОСТ Р) подлежат в ближайшее время отмене в связи с принятием в качестве национальных стандартов новых межгосударственных стандартов (ГОСТ).
С использованием новых межгосударственных стандартов ЭМС будут внесены изменения в Перечень стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований ТР ТС 020/2011 и в Перечень стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения требований ТР ТС 020/2011 и осуществления оценки (подтверждения) соответствия продукции.
Значительное внимание при развитии существующего фонда национальных и межгосударственных стандартов в области ЭМС уделяется введению новых стандартов на основе международных стандартов в области ЭМС, устанавливающих (1):
- требования и методы достижения функциональной безопасности технических средств в условиях электромагнитных помех;
- методы защиты технических средств от преднамеренных электромагнитных воздействий;
- требования ЭМС к техническим средствам радиосвязи (на основе стандартов ЕТСИ);
- требования к качеству электрической энергии в электрических сетях.
Выполнение требований Технического регламента и стандартов является непременным условием поставки технических средств на рынок. В условиях импортозамещения и повышения конкурентоспособности фактор ЭМС выходит на ведущие позиции при создании технических средств. Успешное решение вопросов ЭМС при создании новой техники во многом зависит от компетенции инженерных кадров в этих проблемах.
В этой сфере имеются серьёзные проблемы, связанные с отсутствием соответствующего направления подготовки. Отдельные дисциплины читаются в различных вузах разрозненно, без системной связи, в большинстве случаев в виде краткого обзора. Для решения перспективных задач в области внутрисистемной ЭМС необходим пересмотр программ подготовки бакалавров, магистров и аспирантов по направлению конструирования и технологии электронных средств и другим смежным направлениям с целью включения ряда дисциплин, относящихся к проблеме межсистемной и внутрисистемной ЭМС. Работа в этом направлении была начата ещё несколько десятилетий назад, но до настоящего времени решение не найдено. В ряде учебных планов имеется дисциплина ЭМС, но большая часть времени посвящается вопросам межсистемной ЭМС. Низкая квалификация инженеров-конструкторов радиоэлектронной аппаратуры в области внутрисистемной ЭМС заставляет их искать пути повышения квалификации, поскольку новые задания и требования к аппаратуре вынуждают проектировщиков обращаться к проблеме внутрисистемной ЭМС, от решения которой во многом зависят сроки и стоимость разработки, а также функциональная безопасность объекта при электромагнитных воздействиях на него. Проблема функциональной безопасности становится одной из узловых для критически важных объектов, подверженных электромагнитным воздействиям, и решения в этой области только сейчас находят своё теоретическое обоснование.
Необходимо развивать обучение и сертификацию для профессиональных инженеров и технического персонала, работающих в сфере ЭМС, по таким направлениям, как электрические соединения, экранирование, заземление, прогнозирование и анализ электромагнитных помех, защиты от молний, мощным электромагнитным воздействиям и другим.
Межсистемная ЭМС, как показывает мировая практика, становится одной из основополагающих дисциплин при создании радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры, и важнейшей (кроме электробезопасности) для допуска продукции на рынок. Технический регламент по ЭМС Таможенного союза подвёл законодательную базу под проблему ЭМС в РФ, что в ещё большей мере требует внимания к проблеме ЭМС.
Автор: Кечиев Л.Н. - д-р. техн. наук, проф. НИУ «Высшая школа экономики»
Список литературы:
- Кармашев В.С. Фонд национальных и межгосударственных стандартов в области ЭМС и задачи по его гармонизации и развитию. Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости. Труды Всероссийской НТК «Техно-ЭМС 2013», Москва 19-20 ноября 2013. - /Под ред. А.С. Кривова. - М.: ЗАО «НПФ «Диполь», 2013. − С. 6-7.
