煤礦用產(chǎn)品電磁兼容測試技術研究

1、    煤礦用產(chǎn)品電磁兼容測試技術研究    翟文濤摘要：電磁兼容是一門新興的綜合性學科。對于我國煤礦行業(yè)而言，對礦井電磁環(huán)境的研究、測量和相關的試驗研究剛開始起步，電磁環(huán)境的危害尚未充分顯現(xiàn)。因此，研究煤礦井下電磁環(huán)境特殊性，制定針對煤礦井下設備電磁兼容性能的實驗方法，對開展煤礦井下電磁兼容性研究具有指導意義。關鍵詞：電磁兼容；干擾源；監(jiān)控系統(tǒng)；屏蔽1.前言隨著電子技術的飛速發(fā)展，礦用電氣設備的品種和數(shù)量也急驟增加，針對產(chǎn)品小型化、數(shù)字化、高速化、網(wǎng)絡化的發(fā)展特點，再加之礦井特定有限空間里已有的惡劣電磁干擾環(huán)境，導致了井下電磁環(huán)境日趨復雜，如裝備與裝備

2、、裝備與環(huán)境、裝備與工作人員之間，形成了不可忽視的“電磁污染”。電磁兼容的英文名稱為electromagnetic comp-atibility，簡稱emc。emc是從過去的“電磁干擾”發(fā)展起來的。是一門新興的綜合學科。它是在無線電抗干擾技術的基礎上擴展延伸而來。近幾年，隨著煤炭高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)技術的推廣應用，采煤、運輸?shù)仍O備的功率越來越大，監(jiān)控與通信設備不斷增多，這些設備產(chǎn)生的電磁干擾使礦用電子產(chǎn)品處于嚴酷的電磁環(huán)境中。為保證礦井監(jiān)控與通信等電子設備的正常工作， 而又不對環(huán)境或其他電子設備造成干擾，礦井監(jiān)控與通信等電子設備應具備電磁兼容性。2.煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的組成及試驗點選取煤礦監(jiān)控系統(tǒng)一

3、般由主機、傳輸接口、分站、傳感器、電源箱、電纜、避雷器和其他設備組成。主機和傳輸接口安裝于地面調(diào)度機房，分站安裝于采區(qū)變電所或掘進工作局部扇風機處，電源安裝在分站附近，傳感器安裝于工作面、掘進面制定位置。傳輸接口與分站距離10km，傳感器與分站距離2km。煤礦井下電磁兼容性研究是在有限的空間、時間等條件下，各種用電設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境下能正常工作，并不對環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。主要概括為3個方面的含義：2.1井下的電磁環(huán)境應是給定的或可預期的；2.2井下設備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)不應產(chǎn)生超過相關標準所規(guī)定的電磁騷擾發(fā)射（emi）限值的要求；2.3井下設備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)應滿足相關標

4、準所規(guī)定的電磁敏感性（ems）限值或抗擾度（immunity）限值的要求。分站是監(jiān)控系統(tǒng)的核心設備之一，向上通過總線與地面?zhèn)鬏斀涌谙噙B，向下可與傳感器、執(zhí)行器等相連，還與礦用本安電源相連，任何一個環(huán)節(jié)處理不當，就會引入傳導干擾。因此，電磁干擾試驗點將主要設置在以上幾個部位（如圖2.1所示）。產(chǎn)生電磁兼容問題必須具備3個條件：干擾源，產(chǎn)生干擾的電路或設備；敏感源，受這種干擾影響的電路或設備：禍合路徑，能將干擾源產(chǎn)生的干擾能量傳遞到敏感源的路徑。本章將著重就以上三個方面，結(jié)合設備在礦井中的實際使用環(huán)境，提出針對礦井監(jiān)控系統(tǒng)電磁兼容試驗的測試部位和嚴酷等級。3.煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的電磁兼容性要求監(jiān)控系統(tǒng)的

5、電磁兼容性要求按照煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術要求（aq6201規(guī)定），監(jiān)控系統(tǒng)應能通過gb/117020.3規(guī)定的射頻電磁場輻射抗擾度試驗、通過gb/t17626. 4規(guī)定的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、通過gb/t17626.5規(guī)定的浪涌（沖擊）抗擾度試驗，且試驗過程中系統(tǒng)應能正常進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、報警和斷電，模擬量輸入傳輸處理誤差、系統(tǒng)最大巡檢周期、控制執(zhí)行時間、最大傳輸距離、最大監(jiān)控容量應能滿足要求。電磁兼容測試貫穿在產(chǎn)品的設計、開發(fā)生產(chǎn)、使用和維護的整個周期，對設備達到電磁兼容起到至關重要的作用。設備的抗擾度測試又稱為設備的敏感度測度（ems），目的是測試設備承受各種電磁騷擾的能力

6、。當設備由于受到騷擾影響而性能下降時其性能判據(jù)可分為四級：a： eut工作完全正常；b： eut工作指標或功能出現(xiàn)非期望偏離，但當騷擾去除后可自行恢復；c： eut工作指標或功能出現(xiàn)非期望偏離，騷擾源去除后不能自行恢復，必須依靠操作人員的介入，例如“復位”（不包括技術人員進行的硬件維修和軟件得裝）方可恢復；d： eut的元器件損壞，數(shù)據(jù)丟失、軟件故障等。施加騷擾的強度由試驗等級決定，等級越高強度越大。ems試驗結(jié)果應標明試驗等級和性能判據(jù)。以下針對騷擾的不同性質(zhì)、不同傳播途徑和方式，敘述各種不同的測試方法。4.嚴酷等級4.1 電快速瞬變脈沖群采煤機、輸送機等大型機電設備啟/停和架線電機車火花將

7、會在礦井監(jiān)控與通信等電子設備的電源線、控制線和信號線上產(chǎn)生脈沖干擾。電快速瞬變脈沖群試驗就是考核禍合到電子設備電源線、控制線和信號線上的由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群試驗。試驗嚴酷等級分為1、2、3、4和x級。4.2 靜電放電為防止靜電放電引起井下瓦斯和煤塵爆炸，用于井下的電氣設備均具有防靜電措施，例如：采用塑料外殼的設備，應能防止正常工作時外殼積聚危險靜電，其塑料外殼表面的絕緣電阻應不大于1 *109，并且由于煤礦井下有淋水、潮濕，因此，工作在煤礦井下的電氣設備沒有必要對靜電放電再進行要求。4.3輻射電磁場透地通信、漏泄通信、感應通信等礦井無線通信設備輻射的電磁場往往會干擾礦井監(jiān)控與通信等電子設備的正常工作。輻射電磁場試驗就是考核電子設備抗人為產(chǎn)生的連續(xù)電磁場輻射的能力。當然，礦用架線電機車產(chǎn)生的電火花、大型機電設備啟/停產(chǎn)生的寄生輻射也會干擾礦井監(jiān)控與通信等電子設備的正常工作，但這種干擾主要表現(xiàn)為傳導干擾，這將在電快速瞬變脈沖群中考慮。當然，用于抗連續(xù)電磁輻射的抗干擾措施同樣也能減少礦用架線電機車產(chǎn)生的電火花、大型機電設備啟/停產(chǎn)生的寄生輻射等干擾的影響。5.結(jié)論本文在研究煤礦井下電磁環(huán)境特殊性的基礎上，逐一分析輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、靜電放電、電浪涌等電磁干擾的產(chǎn)生機理和影響范圍、具有針對性地提出了井下電器設備電磁