Często zwracają się do mnie firmy, które poszukują doświadczonego inżyniera, który pomoże w procesie uzyskania zgodności w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej (EMC z ang. ElectroMagnetic Compatibility). Niestety, najczęściej okazuje się, że urządzenie jest już zaprojektowane, a klient pilnie potrzebuje wystawić deklarację zgodności. Wydawałoby się, że nic prostszego, prawda? Po co zatem ten artykuł? Na czym zatem polega problem? Problem niestety tkwi w braku wiedzy. Po pięciu minutach rozmowy okazuje się, że zleceniodawca nie wie jakie wymagania (dyrektywy, rozporządzania i normy) powinien spełnić. Nigdy nie zrobił żadnych badań, a co najgorsze nie ma już budżetu na wykonanie badań w laboratorium. A trzeba zaznaczyć, że znaczna większość urządzeń elektrycznych lub elektronicznych znajduje się także w zakresie LVD, RoHS, BR, EcoDesing i innych unijnych wymagań. Moje doświadczenie pokazuje, że takich „szczęściarzy”, którzy przechodzą wszystkie badania EMC z wynikiem pozytywnym za pierwszym razem, są bardzo nieliczne jednostki – promil lub maksymalnie procent. Co zatem zrobić, aby na koniec projektu z pełną świadomością i zaufaniem do swojego projektu, wystawić i podpisać obowiązkową deklarację zgodności?
Od czego zatem zacząć?
Zanim zaczniemy pracować nad rozwiązaniem technicznym naszego pomysłu lub projektu, należy poświęcić czas na zdefiniowaniu wymagań.
W pierwszej kolejności musimy odpowiedzieć sobie na pytanie, jakie urządzenie chcemy stworzyć? Czy ma to być np. ładowarka USB, a może sterownik bramy garażowej, a może urządzenie medyczne albo urządzenie gospodarstwa domowego? Każdy powinien sobie sam na to pytanie odpowiedzieć, bo od tego będą zależeć następne kroki.
W następnym kroku powinniśmy zdefiniować, gdzie nasze urządzenie ma pracować, w jakim środowisku. Ten sam zasilacz przeznaczony do środowiska domowego, będzie musiał spełnić inne wymagania od zasilacza przeznaczonego do pracy w środowisku przemysłowym, a jeszcze inne, jeśli będzie miał spełnić wymagania dla aparatury medycznej, a może będzie pracował w atmosferze wybuchowej? Już w tym miejscu widać, że produkt tej samej kategorii jakim jest wspomniany zasilacz, będzie musiał spełniać inne wymagania w zależności od tego, gdzie będzie pracował, a co za tym idzie, najprawdopodobniej będzie musiał zostać inaczej zaprojektowany.
Kolejny krok, to określenie, gdzie chcielibyśmy, aby nasz produkt był sprzedawany. Czy naszym celem jest wyłącznie rynek Unii Europejskiej, a może chcielibyśmy działać globalnie? Rynek docelowej sprzedaży produktu również wpływa na nasz produkt i jego projekt, a ponadto może znacząco wpłynąć na koszt wykonania badań. Wiele krajów ma swoje własne wymagania, które najczęściej nie są spójne czy harmonijne z wymaganiami z innych stref ekonomicznych. Takim najlepszym przykładem jest rynek USA, gdzie urządzenia muszą spełnić wymagania FCC, a w Unii Europejskiej mamy normy EN.
Następnym elementem, który należy sprawdzić, to czy jest wymagana pozytywna decyzja agencji dopuszczającej produkt na dany rynek. Rolą takiej agencji w Unii Europejskiej są jednostki notyfikowane, które mają kompetencje w zakresie określonych wymagań, i na podstawie dokumentacji technicznej dopuszczają lub nie nasz produkt do sprzedaży na rynku europejskim
Jeśli już wiemy, jaką funkcjonalność ma nasz produkt, do jakiej grupy produktów możemy go zaklasyfikować, do pracy w jakim środowisku będzie przeznaczony oraz jaki jest nasz rynek, na którym chcielibyśmy sprzedawać nasz produkt, wtedy możemy dopiero przystąpić do określenia wymagań i standardów jakie będą miały zastosowania do naszego produktu. W przypadku rynku europejskiego w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej sytuacja jest dosyć prosta. Otwieramy wykaz norm zharmonizowanych z dyrektywą EMC 2014/30/EU i szukamy tam odpowiedniej normy, pod którą podlega nasze urządzenie. Co do zasady w pierwszej kolejności szukamy normy, która definiuje grupę produktów. Przykładem takich produktów, które mają swoją normę produktową są np. urządzenia powszechnego użytku, oprawy oświetleniowe, szafy sterownicze, falowniki, sterowniki PLC i wiele, wiele innych. Jako przykład normy dla grupy produktów możemy wymienić np. EN 55014-1, EN 55014-2, EN 55015, EN 61800-3, EN 61326-1, EN 55032 czy EN 55035. Niestety ze względu na tak ogromny wachlarz różnych urządzeń i ich funkcjonalności, często nie znajdziemy normy, która określałaby wymagań EMC dla naszego produktu. W takim wypadku szukamy normy z wymaganiami EMC, która określi środowisko pracy, w którym przewidujemy prace naszego urządzenia. Jako przykład norm środowiskowych możemy wymienić EN 61000-6-1, EN 61000-6-2, EN 61000-6-3, EN 61000-6-4, EN 61000-6-5.
To jeszcze nie koniec przygody ze standardami. Dopiero określiliśmy normy w zakresie EMC, które projektowane urządzenie musi spełnić. W tych normach znajdziemy wykaz procedur badawczych, czyli de facto wykaz innych norm, opisujących metody badawcze wraz z poziomami testowymi. Do tych najczęściej stosowanych należą metody badawcze opisane w EN 61000-4-2, EN 61000-4-3, EN 61000-4-4, EN 61000-4-5, EN 61000-4-6, EN 61000-4-11. Poziomy testowe różnią się w zależności o tego z jakim interfejsem mamy do czynienia. Najczęściej normy opisują trzy główne rodzaje interfejsów, a są nimi zasilanie AC, zasilanie DC oraz inne interfejsy przewodowe.
I ostatnie dwa kroki przed przystąpieniem do realizacji naszego pomysłu, jednym z nich to zdefiniowanie kryteriów oceny naszego urządzenia podczas badań EMC, a drugim zdefiniowanie dopuszczalnych odchyłek czy tolerancji dla danej funkcjonalności naszego urządzenia, czyli np. w przypadku wejść czy wyjść analogowych, określenie z jaką dokładnością my definiujemy, pomiar jakiejś wartości, czy dostarczymy jakiś sygnał.
Teraz możemy przystąpić do realizacji naszego pomysłu. Oprócz tego, że wiemy jakiej funkcjonalności oczekujemy od swojego urządzenia, to dzięki temu, że na początku projektu określiliśmy wymagania, to możemy zdefiniować rodzaj obudowy, czy to musi być metalowa obudowa, a może wystarczy plastikowa. Znając wymagania możemy również zaprojektować zabezpieczenia naszych portów wejściowych i wejściowych, czy zasilania przed różnymi zaburzeniami, które podczas testów będą wstrzykiwane do tych portów. A może dzięki temu, że określiliśmy maksymalną dopuszczalna długość dołączanego przewodu, pewnych badań nie będziemy musieli wykonywać?
Jest jeszcze jedna zmienna, o której często zapominamy - czyli koszt wykonania badań. Ten koszt często pomijany w planowaniu budżetu projektu powoduje, że na samym końcu projektu jest on wstrzymywany z powodu braku środków na wykonanie badań. Należy wziąć pod uwagę, że w niewielkim procencie projektów udaje się przejść badania EMC za pierwszym razem. A ci którym się to udało wiedzą, ile czasu spędzili na obliczeniach, symulacjach, przemyśleniach, dyskusjach, konsultacjach i pomiarach, zanim pojechali wykonać badania w laboratorium. Koszt wykonania badań wprost zależy od ilości interfejsów kablowych dostępnych w urządzeniu, trybów testowych i oczywiście ilości badań jakim podlega badane urządzenie. Dla prostych urządzeń zasilanych z wewnętrznej baterii i nieposiadających zewnętrznych połączeń kablowych, koszt takiego badania to kilka tysięcy złotych. Dla skomplikowanych urządzeń posiadających wiele interfejsów różnego rodzaju, ten koszt może wynosić nawet kilkadziesiąt tysięcy złotych.
Wykonanie badań EMC według odpowiednich norm zharmonizowanych z dyrektywą EMC, które mają zastosowanie do naszego produktu, jest najprostszym sposobem udowodnienia domniemania zgodności z dyrektywą EMC. Dopiero po pozytywnym zakończeniu badań i otrzymaniu raportu, który potwierdzi zakres wykonanych testów możemy przystąpić do przygotowania deklaracji zgodności DoC (z ang. Declaration of Conformity).
W tym miejscu należy przypomnieć również o karach nakładanych przez instytucje nadzoru rynku za wprowadzenie do obrotu wyrobu nie spełniającego zasadniczych wymagań dyrektywy EMC. Wysokość kary może być na tyle duża, że przestaje być opłacalnym unikanie wykonywania badań.
Autor: Szymon Kręblewski
Szkoleniowiec i EMC Engineer prowadzący EMCSOLUTION