電磁兼容報告全解

1、©車M電力犬學(xué)NortheastDianliUniversity電磁兼容在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用學(xué)期：2015-2016（II）班級：電卓141姓名：陳金鋒、賈興、張進1電磁兼容問題的引入從地球表面到人造衛(wèi)星活動的近千千米空間內(nèi)處處存在著電磁波，電和磁無時無刻不在影響著人們的生活及生產(chǎn)，電磁能的廣泛應(yīng)用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。所以電磁問題，是我們必須要研究的問題。對于電磁問題的研究，有場和路兩種觀點。其中，場研究無限伸展的三維空間，關(guān)注的是空間各點的特征，用矢量函數(shù)作為基本變量。路研究的是有限空間，關(guān)注局部區(qū)域特征，用矢量函數(shù)在空間的積分作為基本變量。場是路的物理背景，路是場的集中體現(xiàn)

2、。在工程中，由于我們往往只關(guān)注局部區(qū)域的特征，我們往往把電磁問題歸結(jié)為路尤其是電路的問題去研究，如均勻傳輸線，電機的等效電路。即使是從場的角度出發(fā)，考慮的也往往是簡化的模型。這種思路方便了的分析和計算，但很多時候會產(chǎn)生很多問題。因為場是存在于無限伸展的三維空間，所以任何事物都處在一定的電磁環(huán)境中（存在于給定場所的電磁現(xiàn)象的總和稱為電磁環(huán)境。）例如，我們所處的地方會存在地磁場的分量，如果其他地方有一個點電荷的話在這里也會有其產(chǎn)生的電場。當(dāng)電磁環(huán)境不可忽略時，就會對電磁環(huán)境內(nèi)的系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。同時，被干擾的電磁設(shè)備自身也會對原有的電磁環(huán)境產(chǎn)生干擾。這時電磁問題就會變得復(fù)雜，以路的角度無法分析電磁問題

3、，必須從場的角度出發(fā)去研究。電磁兼容就是從場的角度出發(fā)，研究裝置的干擾和被干擾，研究裝置內(nèi)部的組織和裝置之間的相容性。國際上電磁兼容的發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，已應(yīng)用在電力行業(yè)，電子行業(yè)，通信行業(yè)，IT行業(yè)等多個領(lǐng)域。以下我們只對其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用做簡要介紹。2電力系統(tǒng)的電磁干擾源概括起來,電力系統(tǒng)的干擾源有以下幾種:1. 高壓開關(guān)操作.主要包括隔離開關(guān)操作、斷路器操作、投切電容器組以及投切空載變壓器、電抗器、電動機等;2. 雷電。包括感應(yīng)雷和直擊雷,干擾的形式有雷擊高壓線、雷擊接地構(gòu)架和雷電輻射三種;3. 系統(tǒng)短路和地電位差.包括操作過電壓、雷擊高壓線和污閃等產(chǎn)生的高頻電流的接地和工頻接地.工頻

4、接地電流入地會引起地電位升高和產(chǎn)生地電位差,對接地的設(shè)備產(chǎn)生干擾;高頻接地電流則產(chǎn)生強磁場,影響二次回路和設(shè)備,是較大的外部噪聲源;4. 二次回路操作.指低壓電子設(shè)備的相互干擾,這些電子設(shè)備在工作時都會向外發(fā)射不同強度的電磁能量,因而相互之間會產(chǎn)生干擾;5其他干擾如靜電放電（ESD）、高頻無線電干擾（對講機、手機）、高頻載波等。高壓開關(guān)操作是電力系統(tǒng)最主要的干擾源，其次就是雷電和系統(tǒng)短路此外,由大功率可控硅整流器、可控硅調(diào)速器、電力機車和家用電器等產(chǎn)生的電力系統(tǒng)諧波也是干擾源之一。3電力系統(tǒng)電磁干擾的傳播途徑電磁干擾從干擾源傳遞到敏感設(shè)備有兩種方式,即傳導(dǎo)和輻射。傳導(dǎo)可分為電導(dǎo)性耦合、電容性耦

5、合和電感性耦合。1. 電導(dǎo)性耦合（直接耦合、共阻抗耦合）當(dāng)兩個不同電路的電流流過公共阻抗時,就會出現(xiàn)共阻抗耦合,其中一個電路的電流將在另一個電路產(chǎn)生干擾電壓。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時,地網(wǎng)接地電阻將產(chǎn)生很高的電壓降,地電位升高，這樣便會使接在地網(wǎng)上的二次設(shè)備上出現(xiàn)很高的電位接地電阻越大，電導(dǎo)性耦合干擾就越嚴重此外，電容式電壓互感器（CVT）在操作時會流過很大的暫態(tài)充電電流，此電流經(jīng)大地返回，同時在接地電阻上產(chǎn)生很高的暫態(tài)過電壓，當(dāng)互感器的二次電纜接地時，暫態(tài)電壓將侵入二次回路形成干擾.2. 電容性耦合（容性耦合、電場耦合）導(dǎo)體之間存在著分布電容，干擾源產(chǎn)生的電壓干擾信號會通過分布電容的作用在敏

6、感設(shè)備上感應(yīng)出干擾電壓干擾源電壓越大，頻率越高，一次回路與二次回路靠得越近，平行線段越長，容性耦合就越嚴重。3. 電感性耦合（感性耦合、磁場耦合）通過磁場產(chǎn)生的干擾,由導(dǎo)體間的互感引起。當(dāng)二次回路中電流發(fā)生突變時,交鏈到二次回路的磁通也隨之發(fā)生變化,進而感應(yīng)出干擾電壓,設(shè)一、二次回路間的互感為M12,則在二次回路中會出現(xiàn)感應(yīng)電壓,一次回路暫態(tài)電流幅值越大，頻率越高,一次回路與二次回路間的磁聯(lián)系越強（互感M12越大）,則感性耦合造成的干擾就越大。4. 輻射耦合（電磁耦合）輻射耦合是指一次回路產(chǎn)生的電磁干擾輻射的干擾能量通過空間電磁波的形式傳播到二次回路中,產(chǎn)生干擾。根據(jù)二次回路接地方式的不同可產(chǎn)

7、生共模和差摸兩種干擾。電力系統(tǒng)的干擾主要是通過CT、CVT及傳輸電纜傳至低壓設(shè)備,其次是通過高頻輻射耦合,主要耦合形式為電導(dǎo)性和電感性耦合。干擾源對二次回路的耦合途徑是相當(dāng)復(fù)雜的,通常情況下都是多種干擾源與多種耦合途徑共同存在。4電力系統(tǒng)電磁干擾的抑制干擾源、傳播途徑和敏感設(shè)備是干擾形成的三要素,所以要實現(xiàn)電磁兼容,需要從控制干擾源、減小干擾源與敏感設(shè)備的耦合和提高敏感設(shè)備的抗干擾能力三個方面綜合考慮.但在實際的電力系統(tǒng)中,電磁環(huán)境已經(jīng)確定,所以主要應(yīng)從考慮切斷干擾耦合途徑和提高設(shè)備抗擾度兩方面實現(xiàn)電磁兼容。電力系統(tǒng)常用的抑制干擾措施主要有屏蔽、接地、濾波、隔離和限幅等幾種。1.屏蔽屏蔽技術(shù)用

8、于抑制輻射電磁場干擾,將需要屏蔽的區(qū)域用一個屏蔽體包圍起來,使經(jīng)過屏蔽體的電磁場被反射和吸收而衰減.屏蔽按起作用機理可以分為三類:電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽。電場屏蔽主要用于消除容性耦合;磁場屏蔽主要用于抑制感性耦合;電磁屏蔽主要用來防止高頻電磁場的影響,但對于低頻磁場干擾其屏蔽效果是非常小的,如果屏蔽接地,則還可以起到靜電屏蔽的作用。1）二次回路低壓電子設(shè)備的屏蔽。電力系統(tǒng)的大多數(shù)電壓電子設(shè)備布置在一般的箱體中,這些箱體能提供一定程度的屏蔽,但由于電纜的接入會使箱體變得不連續(xù),阻斷了渦流的通路,屏蔽效果便因此降低,因此要盡量避免或減小屏蔽體的開縫。當(dāng)有開縫存在時,為取得良好的屏蔽效果,應(yīng)采

9、用一些必要的防護措施.如盡量使箱體上開口的最長尺寸小于輻射電磁波波長的1/20;當(dāng)電纜進入箱體時,屏蔽應(yīng)采用低于截止頻率的波導(dǎo)管來實現(xiàn);將導(dǎo)電的通筒連接到箱體的內(nèi)側(cè);在開縫處用螺絲接合件、接地襯墊或?qū)щ娙κ拐麄€開縫長度有可靠的電接觸。2) 電纜的屏蔽。采用屏蔽電纜對削弱靜電耦合和電磁耦合都有明顯的效果.為增強屏蔽效果,屏蔽電纜在敷設(shè)時應(yīng)盡可能不要靠近高壓母線平行布置,并遠離可能產(chǎn)生入地網(wǎng)的高頻暫態(tài)電流設(shè)備,如避雷器、電容式電壓互感器和耦合電容器等.同一電纜溝中的電纜要分類布置,不同類型的電纜要保持一定的距離,交、直流回路以及電平不同的回路不能共用一根電纜,且應(yīng)盡量避免平行走線.二次電纜的走線應(yīng)

10、盡可能成輻射狀,同一回路的電纜芯應(yīng)該安排在一根電纜內(nèi),避免出現(xiàn)環(huán)路，有條件時信號傳輸線可采用對絞線。CT、PT回路的兩根二次引線應(yīng)布置在相同電纜內(nèi)并各自單獨走線,不和其它回路共用一根電纜,控制信號回路、通信及動力回路也應(yīng)如此.有必要時，也可在電纜溝內(nèi)沿電纜走向的上方敷設(shè)與電纜平行的導(dǎo)線并在兩端可靠接地，這樣可以起到一定的磁屏蔽和靜電屏蔽作用。2.接地1) 安全接地它為設(shè)備的安全接地和防雷安全接地。設(shè)備的安全接地是將高壓電氣及電子設(shè)備的外殼、底座等接地，以防高壓直接接觸外殼或漏電打火使機殼帶電而使人觸電和發(fā)生靜電放電.防雷安全接地的目的是把雷電引入大地，從而保護設(shè)備和人身安全，使之免遭雷擊，同時

11、要求在消除雷擊的同時不要影響其它接地系統(tǒng)。2) 工作接地(信號接地)它是將電路及設(shè)備的各部分都連接到一個共同的等電位點或等電位面，以便有一個共同的參考電位，使各部分電路執(zhí)行其正常功能。工作接地可分為浮地、單點接地、多點接地和混合接地四種。1)浮地:將電路或設(shè)備的信號接地系統(tǒng)與公共地或大地隔離開來，近似于起到隔離變壓器的作用，可使公共地中存在的干擾電流不致耦合到信號電路中，它的缺點是由于設(shè)備不與大地直接相連，容易產(chǎn)生靜電積累現(xiàn)象，甚至引起靜電放電和靜電擊穿，形成危害.除了為防止公共地或附近導(dǎo)體有大干擾電流流動影響信號傳輸外，一般不采用浮地的接地方式。at信號地覆大地電極紊統(tǒng)77777777777

12、77777777777777777777777777圖1浮點接地2）單點接地:整個系統(tǒng)中只有一個物理點被定義為接地參考點,其它各個需要接地的點都直接接到這一點上?？煞譃榇?lián)單點接地和并聯(lián)單點接地兩種,對于較大的系統(tǒng)應(yīng)用串聯(lián)單點接地方式,但是此接地方式的缺點是存在共阻抗耦合,單點接地方式只適用于低頻（1MHz以下）。在高頻時，地線間的互感較大，增加了電感耦合,引起電磁干擾,所以高頻時應(yīng)采用多點接地方式。3）多點接地:系統(tǒng)或設(shè)備的各個接地點都直接接到距它最近的平面上.接地平面可以是設(shè)備的底板,也可以是貫通整個系統(tǒng)的接地母線。用于抑制頻率在10MHz以上的干擾信號。77777777777777777

13、77777777777nt7mT3串點單點接地4）混合接地:在有些設(shè)備中，既有高頻部分又有低頻部分，這時應(yīng)對低頻電路采用單點接地,高頻電路采用多點接地.這種接地體系稱為混合接地系統(tǒng)。用于抑制頻率在110MHz的干擾信號，實用中這種接地方式更為普遍。濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的重要手段,它的功能是由電容和電感在不同頻率下呈現(xiàn)出不同的阻抗而實現(xiàn)的。由于電力系統(tǒng)的接地線被很多的設(shè)備所共用,任何外部電源產(chǎn)生的干擾電流都可以通過傳導(dǎo)耦合進入控制電路,所以對于靈敏的接地導(dǎo)體應(yīng)配置合適的RF扼流圈.鐵氧體磁珠等吸收裝置則可用于外部共模干擾引起的外部場去耦。常用的濾波器件還有旁路電容等。4. 隔離隔離就是隔斷相互干擾

14、的線路,以切斷或削弱它們之間的電磁耦合.例如當(dāng)兩個相互連接的設(shè)備的地電位相差較大時,應(yīng)該在中間連線上接入隔離器,常見的隔離方法有光電隔離和變壓器隔離。1)光電隔離.光電隔離是將發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個殼內(nèi)組成光電耦合器,發(fā)光二極管兩端為信號輸入端,光敏三極管的集電極和發(fā)射極作為輸出端,信號傳輸由發(fā)光二極管在信號電壓的控制下發(fā)光,傳遞給光敏三極管完成.由于是靠光傳輸信號,切斷了電路地線間的聯(lián)系,從而有效地抑制了干擾.但由于輸入端和輸出端存在雜散電容,光電隔離在高頻時抑制干擾的能力將迅速下降。2)變壓器隔離.隔離變壓器利用電磁耦合將信號從原邊傳至副邊,將不同的電路隔離開來,使共模電壓不能形

15、成回路,從而有效地抑制了共模干擾,如果隔離變壓器帶多重屏蔽并可靠接地,效果會更好.在一些場合還能防止發(fā)生反擊.隔離變壓器只用于交流電路。5. 限幅限幅的作用是限制瞬態(tài)過電壓的峰值在某一安全值以下,使被保護設(shè)備不會因為過電壓而損壞.常用的限幅器件主要有壓敏電阻、硅雪崩二極管和放電管等。5電力系統(tǒng)電磁兼容的研究方向國內(nèi)外對電力系統(tǒng)電磁兼容的研究工作已取得相當(dāng)大的進展,也得出了一些對實際工程具有指導(dǎo)意義的結(jié)論.但有一些問題仍困擾著各國學(xué)者,至今尚未得出令人信服的結(jié)論如雷擊建筑物和接地構(gòu)架時電流的分布情況,CT、PT在電磁暫態(tài)過程中精確的數(shù)學(xué)模型以及用于感應(yīng)干擾計算的數(shù)學(xué)模型等,這些都有待進一步深入地研究.模型的建立是仿真計算的基礎(chǔ),但也是難點之一,今后要做的工作主要有:1) 電磁干擾源量化分析。對各種干擾源在現(xiàn)場環(huán)境下產(chǎn)生的電磁場的強度、頻譜特征、干擾電平等進行數(shù)值仿真計算。2) 電磁干擾途徑場路耦合建模分析3) 二次系統(tǒng)及其設(shè)備的抗干擾能力測試評估.求得干擾源及干擾路徑后,計算在路徑負載端的干擾量。計算結(jié)果是評估二次系統(tǒng)及其設(shè)備的干擾敏感度的重要參考