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1、上念倉事大学题目电力系统中电磁兼容技术的应用学院物流工程学院专业电力电子与电力传动科目电磁兼容技术教师姚刚姓名姜岳学号电力系统中电磁兼容技术的应用摘 要: 随着电力系统自动化设备的广泛应用 , 电磁兼容技术问题越 来越突出,必须充分注意并加以研究。本文简单介绍了电磁兼容技术 的发展现状。并分析了目前电力系统内所涉及的电磁兼容问题并介绍 了相应的电磁兼容技术。关键词：电磁兼容技术；电力系统；电磁干扰1. 发展现状电磁兼容是指电气设备在同一电磁环境中共存的一种特性 , 即要求在同一 环境中使用的电气设备正常工作而不能相互干扰, 达到兼容的目的, 更通俗的说, 要求工作中的电气设备对环境的电磁干扰值
2、和抗干扰能力必须满足法律法规的 要求, 否则该电气设备则会对其他正常工作的电气设备造成干扰或者不能再正 常允许的电磁环境中正常工作。它是与电磁环境密切相关的一门综合性极强的边 缘科学。主要以电气、电子科学理论为基础, 研究并解决各类电磁污染问题, 可 以说电磁兼容技术是一个正在不断发展的新型综合性学科 , 也是一门工程性极 强的应用技术。60 年代以来, 现代电子科学技术向高频、 高速、 高灵敏度、 高安装密度、 高集成度、 高可靠性方面发展, 其应用范围越来越广, 渗透到了社会的每个角落, 因而发达国家在 EMC 研究方面投入了大量的人力和物力。电磁兼容的研究在我 国起步较晚 , 发达的西方
3、国家早在 20 世纪 80 年代就已经发布了对电气设备 的电磁兼容指标进行强制性认证的法令 , 任何电气设备必须满足相关的法律法 规的要求方可投放市场 , 须取得认证合格证后才允许在市场上销售。早几年前 , 我国的电气产品没有对电磁兼容指标作出具体的要求 ,相关的法律法规尚在制定 中, 国内的产品开发人员还没有把电磁兼容这一理念认识理解 , 许多产品在设 计、 开发阶段根本没有考虑到电磁兼容这一问题 , 加之不了解国外的电磁兼容 相关标准, 使得研发的产品不能通过国外强制性的电磁兼容测试, 致使产品不能 投放国外市场。设计开发的产品需要送到境外去做电磁兼容测试, 不断地修改不 断地测试, 走了
4、很多弯路, 浪费了大量的人力物力 , 更浪费了宝贵的时间, 甚至 错失了许多商机。随着我国加入 WTO, 电磁兼容在我国得到了越来越高度的重 视, 我国政府制定了较为完善的标准和相应的实施细则, 从多种渠道推动国内电 磁兼容检测和研究工作, 开展了各种各样的围绕着电磁兼容设计、 开发、 测试 等方面的培训活动, 使产品的开发人员认识和领会了电磁兼容这一理论, 在一定 程度上推动了这一技术的实施。2. 技术应用2.1 电磁兼容控制技术电磁兼容性控制是一项系统工程, 应该在设备和系统设计、 研制、 生产、 使 用与维护的各阶段都充分的予以考虑和实施才可能有效。科学而先进的电磁兼容 工程管理是有效控
5、制技术的重要组成部分。屏蔽、 滤波、 合理接地、 合理布 局等抑制干扰的措施都是很有效的在工程实践中被广泛采用。 但是随着电子系 统的集成化、 综合化, 以上措施的应用往往会与成本、 质量、 功能要求产生 矛盾, 必须权衡利弊研究出最合理的措施来满足电磁兼容性要求。 又如新的导 电和屏蔽材料以及工艺方法的出现, 使电磁兼容性控制技术又有了新的措施, 可 见电磁兼容控制技术始终是电磁兼容科学中最活跃的研究课题。电磁兼容控制策略与控制技术方案可分为如下几类:( 1) 传输通道抑制 : 具体方法有滤波、 屏蔽、 搭接、 接地、 布线。( 2) 空间分离 : 地点位置控制、 自然地形隔离、 方位角控制
6、、 电场矢量方 向控制。( 3) 时间分隔 : 时间共用准则、 雷达脉冲同步、 主动时间分隔、 被动时间 分隔。( 4) 频率管理 : 频率管制、 滤波、 频率调制、 数字传输、 光电转换。( 5) 电气隔离 : 变压器隔离、 光电隔离、 继电器隔离、 DC/DC 变换。2.2 电磁屏蔽技术屏蔽一般分为两种类型 : 一类是静电屏蔽, 主要用于防治静电场和恒定磁场 的影响, 另一类是电磁屏蔽, 主要用于防止交变电场、 交变磁场以及交变电磁场 的影响。静电屏蔽应具有两个基本要点, 即完善的屏蔽体和良好的接地。电磁屏 蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传 播的方法。电
7、磁屏蔽不但要求有良好的接地, 而且要求屏蔽体具有良好的导电连 续性, 对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。因而为了满足电磁兼容性要 求, 常常用高导电性的材料作为屏蔽材料, 如铜板、 铜箔、 铝板、 铝箔、 钢 板或金属镀层、 导电涂层。 在实际的屏蔽中, 电磁屏蔽效能更大程度上依赖于 机箱的结构, 即导电的连续性。 机箱上的接缝、 开口等都是电磁波的泄漏源。 穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降的主要原因。3. 电力系统电磁兼容的研究内容(1) 电磁环境评价 电力系统的电磁环境评价是电磁兼容技术中的重要环节 ,也是解决电磁干扰 问题的基础。它通过实测或数字仿真等手段,对设备在运行时可能受到
8、的电磁干 扰水平进行估计。如实测可通过可移动的电磁兼容测试车进行 ,数字仿真可通过 电磁暂态计算程序对可能产生的瞬变电磁场进行等。(2) 电磁干扰耦合路径 即电磁干扰源的传输通道。一般分为传导型干扰和辐射型干扰两大类。传导 干扰是指电磁干扰通过电源线路 ,接地线和信号线传播到达对象所造成的干扰。 如雷电冲击源干扰。辐射干扰是指通过电磁源空间传播到达敏感设备的干扰。如 无线电干扰或电视干扰。研究干扰的耦合途径对制定抗干扰的措施 ,消除或抑制 干扰有重要的意义。(3) 电磁抗扰性评价 涉及电磁兼容的国际上的标准化组织主要是国际电工委员会 ( International Electrotechnic
9、al C om2mission - IEC)。国际电工委员会(IEC)中，从事与电磁兼容 标准化工作有关的有第77技术委员会（IECn TC77），即电磁兼容技术委员会, 国际无线电干扰特别委员会（IECn CISPR），以及大约50多个关心特定产品的 电磁兼容方面问题的产品技术委员会和分委员会。负责制定四类电磁兼容出版物 和标准: 基础电磁兼容出版物; 通用电磁兼容标准; 产品类电磁兼容标准; 产品电磁兼容标准。涉及电磁兼容的国际上的标准化组织主要是国际电工 委员会（International Electrotechnical C ommission2IEC）。针对目前电力系统中强电设备和弱
10、电设备一体化趋势 ，通过采用试验来模 拟运行中可能出现的干扰并在设备尽可能接近工作条件下 ，试验被试设备是否 会产生误动或永久性损坏。从而评价电力系统中继电保护、 自动装置、 计算机 系统、 电能计量仪表等各种敏感设备仪表的耐受电磁干扰的能力。4. 电力系统电磁干扰的来源电力系统是一个强大的电磁干扰源 ，在运行时会产生各种复杂的电磁干扰 ， 常见的电磁干扰有以下几种。（1）传导干扰源a）电力系统内故障所产生的瞬态过程干扰和暂态过电压干扰；b）电网中负荷变化产生的电压暂降、中断、不平衡、谐波和频率变化等 干扰；c）低压供电系统传输的传导干扰和自动化设备、无线电设备产生的高频传 导；d）发电机和变
11、压器产生的工频电场和磁场；e）系统绝缘击穿时产生的高频暂态电流和电压；f）高压电气设备的操作，低压交直流回路内电气设备的操作、变频设备；g）接地地线回路产生的公共电路耦合干扰；h）旋转电机产生的传导干扰电压；i）电力线路传导的行谐波和雷电波；j）电能质量差所产生的传导干扰；k）系统的静态功率设备。（2）辐射干扰源a）高压输电线在输送电能时产生的辐射干扰；b）宇宙电磁辐射；c）闪电和雷电的磁场；d）大气中的无线电辐射；e）大气中的电流电场；f）核电磁脉冲辐射；g）电力线路绝缘子局部放电产生的脉冲；h）荧光灯辐射源；i）人体静电放电干扰；j）机动车干扰源；k）周围截至的非线性效应。5. 电磁兼容技
12、术的设计影响微机系统电磁兼容性的因素见下式:N(e)=G(e)C(e)/I(e)式中:N( s)干扰对系统(或设备)的影响；G( s)干扰的强弱；C(s ) 干扰传输的耦合函数；I(s ) 受干扰系统(或设备)的抗干扰能力, 即敏感度阀值。显然, 影响 系统(或设备)受干扰严重程度的因素有 3 个方面, 他们都是频率的函数。该数学 模型提示了提高抗干扰能力的原理是: 切断干扰源, 即减小 G(s )； 减小耦合, 即减小 C(s )； 提高受干扰系统(或设备)的敏感度阀值，即加大1(s)。在实际情况中，往 往是 3 个因素综合考虑, 并按的顺序去采取措施, 以获得最佳的效果。电 磁兼容技术的设
13、计要从电磁兼容的 3 个基本要素着手，从原理的可行性、 元器 件的选择、加工生产工艺、 安装运行环境等几个方面来考虑。把握不同类型电 磁干扰的本质， 对不同的干扰频率、 频谱采用相应的滤波、 隔离、 接地、 屏 蔽等措施。5.1 滤波滤波是利用滤波器来抑制电磁干扰， 滤波器是由集中参数的电阻、 电容和 电感， 或者是分布参数的电阻、 电容、 电感构成的一种网络， 这种网络只允许 有用信号的频率分量通过， 阻止其他干扰频率通过， 使电磁干扰减少到满意的工 作电平上。滤波器是防止传导电磁干扰的主要措施， 如电源滤波器解决传导干扰 的问题； 滤波器同时也是解决辐射干扰的重要武器， 如抑制无线电干扰，
14、 在发射 机的输出端和接收机的输入端安装相应的电磁干扰滤波器， 滤掉干扰信号， 以达 到电磁兼容的目的。滤波器工作方式有两种:一种是不让无用信号通过， 并把它们 反射回信号源； 另一种是把无用信号在滤波器里消耗掉。在采用滤波方法来抑制 传导干扰时， 首先要了解干扰源的频谱、干扰源在频带中的分布情况， 干扰波幅 值等。可以通过干扰仪器来检测， 获得干扰源的频带分布和幅值， 有针对性地选 择滤波器的种类或者设计滤波器电路。5.2 隔离隔离是干扰线路(馈线)周围存在干扰电磁场， 当其他线路(导线)在其附近时， 由于电磁耦合而形成干扰。防止这种干扰最简单而有效的方法是将干扰线路与其 它线路隔离开来，
15、以切断或削弱它们之间的电磁耦合。隔离的原则和方法是:(1) 干扰线路和其他线路尽可能不要平行排列 ， 如必须平行 ， 导线间距 L 与导线直径D之比应不小于40(L/D40),在可能情况下导线间距应尽量大些, 并且平行部分的长度越小越好；(2) 敏感线路与一般线路如平行排列，其间距应大于50mm;(3) 电源馈线与信号线应予隔离 , 当他们平行排列时 , 其间距应大于 50mm；(4) 高频导线是对其他线路干扰最大的线路, 一般都要屏蔽；(5) 有些脉冲线路的脉冲功率较大 , 对其他线路构成严重干扰 , 应按干扰 线路对待。至于电平较低, 功率很低的数字电路可按一般线路处理, 原则上按敏 感电路对待, 也可根据具体情况处理。5.3 接地接地是指在系统的某个选定点与某个接地面之间建立导电的低电阻的通路 , 把系统中电子元件的零电位互相连接起来 , 再把它们同时与某个等价于 “地” 的参考点连起来。具体方法可以将理想的接地体作为一个零电位、零电阻的物理 实体,作为与各有关电路中信号电平的参考点 , 任何不需要的电流通过它都不产 生电压降, 这种理想的接地体实际上是近似的, 在设备上接地是为了使设备本身 所流过的干扰电流经过接地线流入大地, 减少干扰源所传播和发布的能量。接地 的主要目的是防止电磁干扰, 消除公共电路阻抗的
