144 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 90 NR 1/2014 Kamil FILIK, Grzegorz KARNAS, Grzegorz MASŁOWSKI, Stanisław WYDERKA, Robert ZIEMBA Politechnika Rzeszowska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki Badania funkcjonalne generatora udarów do prób odporności awioniki Streszczenie. Przeprowadzono badania funkcjonowania generatora przeznaczonego do prób odporności awioniki pojedynczymi udarami napięciowymi i prądowymi odwzorowującymi zagrożenie zaburzeniami powstającymi w czasie wyładowań piorunowych. Obiektem poddanym próbom był wybrany zasilacz komputerowy. Wyniki badań potwierdziły właściwości i parametry generatora gwarantowane przez jego wytwórcę, a także zgodność tych parametrów z wymaganiami normy DO-160. Pozwoliły również na ocenę odporności badanego zasilacza na udary napięciowe i prądowe oraz umożliwiły identyfikację charakteru impedancji jego obwodu wejściowego. Abstract. Functional investigations were conducted of generator dedicated for immunity tests of avionics with voltage and current single strokes representing the threat coming from disturbances caused by lightning discharges. Selected computer supplier was the tested object. Investigation results confirmed the characteristics and parameters of the generator guaranteed by the manufacturer, and also the conformity of these parameters with the DO-160 standard requirements. The results also allowed to evaluate the immunity of tested supplier to voltage and current surges, and they enabled to identify the character of its input circuit impedance. (Functional investigations of surge generator for immunity tests of avionics). Słowa kluczowe: awionika, odporność na zaburzenia, próby udarami napięciowymi i prądowymi. Keywords: avionics, immunity to disturbances, tests with voltage and current surges. doi:10.12915/pe.2014.01.34 Wstęp Wśród wielu typów wyładowań atmosferycznych można wyróżnić wyładowania doziemne oraz wyładowania w chmurach. W pierwszym przypadku wyładowania są inicjowane liderami odgórnymi (tereny równinne) lub oddolnymi (tereny górzyste, wysokie obiekty). Wyładowania w chmurach wiążą się z przepływem ładunku w obrębie jednej chmury lub między chmurami [1]. Efekty w postaci zaburzeń pola elektromagnetycznego dla tych dwóch rodzajów wyładowań są różne. Decyduje o tym wiele czynników. Charakter przebiegu poszczególnych faz wyładowania zależy od warunków lokalnych, które mogą decydować np. o rozwoju wstępnego wyładowania skokowego. Będą mieć wpływ na jego parametry, np. długość pojedynczego skoku, czas pomiędzy skokami, średnia prędkość rozwoju lidera, wartość prądu. Wpływ na kształt przebiegu pola elektrycznego ma długość kanału, która dla wyładowań doziemnych wynosi kilka kilometrów, a wewnątrz chmury poniżej 1 km. Z tego powodu w przebiegach prądu wyładowania w chmurach uwidacznia się obecność składowych o wyższych częstotliwościach [2]. Wpływ zaburzeń generowanych przez wyładowania atmosferyczne na pracę urządzeń elektrycznych i elektronicznych zależy od ich odległości od kanału wyładowania. Od tej odległości zależą zarówno wartości szczytowe, jak i kształty przebiegów natężenia pola elektrycznego oraz indukcji magnetycznej [1]. Na zaburzenia spowodowane wyładowaniami w chmurach najbardziej narażone są statki powietrzne i inne obiekty znajdujące się w pobliżu. Narażone na te zaburzenia mogą być także czułe urządzenia pracujące na powierzchni ziemi. Podobnie, wyładowania doziemne zagrażają nie tylko obiektom naziemnym, ale i statkom powietrznym, szczególnie podczas ich startu i lądowania. Jedną z grup urządzeń narażonych na efekty wyładowań atmosferycznych są elementy wyposażenia statków powietrznych, a w tym szczególnie awionika. Szacuje się, że średnio raz na 1000 godzin lotu samolotu cywilnego dochodzi do wyładowania atmosferycznego bezpośrednio w jego poszycie [3]. W zależności od miejsca kontaktu kanału wyładowania z elementami kadłuba oraz parametrów samego kanału piorunowego, stopień ryzyka uszkodzeń elementów awioniki bądź ich nieprawidłowej pracy jest różny. Efektem wieloletnich badań są liczne publikacje dotyczące wyładowań atmosferycznych z udziałem statków powietrznych, np. [4-7], a przede wszystkim wytyczne oraz normy określające warunki, procedury oraz sprzęt niezbędny do przeprowadzenia testów odporności awioniki na przepięcia atmosferyczne, m.in. [8-12]. Przebiegi napięcia i prądu probierczego Jedną z norm stosowanych w lotnictwie cywilnym jest aktualizowana sukcesywnie przez Radio Technical Commission for Aeronautics (RTCA) norma DO-160 [8], która jest także podstawą dla bardziej szczegółowych wytycznych opracowywanych przez producentów samolotów, m.in. takich jak Boeing i AirBus. Wymagania i zalecenia dotyczące badań odporności awioniki na przepięcia atmosferyczne ujęte są w tej normie w sekcji 22 (Lightning induced transient susceptibility) oraz 23 (Lightning direct effects). Treść sekcji 23 określa warunki testów symulujących bezpośrednie działanie prądu piorunowego na cały statek powietrzny. Sekcja 22 zawiera zaś opis badań odzwierciedlających pośrednie efekty wyładowania piorunowego - pojawienie się indukowanych przebiegów napięcia i prądu. W badaniach odporności awioniki na pośrednie efekty wyładowania rozróżnia się trzy rodzaje przebiegów probierczych [8]: - udar pojedynczy (Single Stroke), - udar wielokrotny (Multiple Stroke), - ciąg impulsów (Multiple Burst). Próby wymienionymi przebiegami stosowane są do określenia zarówno odporności udarowej poprzez badania o charakterze niszczącym, jak i weryfikacji poprawności pracy urządzenia przy określonym poziomie zaburzenia - badanie kompatybilności elektromagnetycznej. Mimo faktu, że w obecności rzeczywistych zaburzeń generowanych przez pioruny, przebiegi pojawiające się w instalacji statku powietrznego są bardzo złożone, uznano przedstawiony wyżej podział przebiegów probierczych jako bardziej praktyczny dla celów projektowych i weryfikacyjnych. Dopuszczalne jest przeprowadzenie prób oddzielnie dla każdego rodzaju przebiegów i przyjęcie wyniku końcowego jako superpozycji wyników cząstkowych. W normie DO-160 przyjęto następujące kształty (WF - WaveForm) przebiegów probierczych [8]: - WF1 6,4/69 µs - udar prądowy, - WF2 0,1/6,4 µs - udar napięciowy, - WF3 1 MHz lub 10 MHz - przebieg prądowy lub napięciowy,