電磁兼容報(bào)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(jí)：電卓141姓名：陳金鋒、賈興、張進(jìn)1電磁兼容問(wèn)題的引入從地球表面到人造衛(wèi)星活動(dòng)的近千千米空間內(nèi)處處存在著電磁波，電和磁無(wú)時(shí)無(wú)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(wèn)題，是我們必須要研究的問(wèn)題。對(duì)于電磁問(wèn)題的研究，有場(chǎng)和路兩種觀點(diǎn)。其中，場(chǎng)研究無(wú)限伸展的三維空間，關(guān)注的是空間各點(diǎn)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(chǎng)是路的物理背景，路是場(chǎng)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(wèn)題歸結(jié)為路尤其是電路的問(wèn)題去研究，如均勻傳輸線，電機(jī)的等效電路。即使是從場(chǎng)的角度出發(fā)，考慮的也往往是簡(jiǎn)化的模型。這種思路方便了的分析和計(jì)算，但很多時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很多問(wèn)題。因?yàn)閳?chǎng)是存在于無(wú)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(chǎng)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(huì)存在地磁場(chǎng)的分量，如果其他地方有一個(gè)點(diǎn)電荷的話在這里也會(huì)有其產(chǎn)生的電場(chǎng)。當(dāng)電磁環(huán)境不可忽略時(shí)，就會(huì)對(duì)電磁環(huán)境內(nèi)的系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。同時(shí)，被干擾的電磁設(shè)備自身也會(huì)對(duì)原有的電磁環(huán)境產(chǎn)生干擾。這時(shí)電磁問(wèn)題就會(huì)變得復(fù)雜，以路的角度無(wú)法分析電磁問(wèn)題

3、，必須從場(chǎng)的角度出發(fā)去研究。電磁兼容就是從場(chǎng)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(guó)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(gè)領(lǐng)域。以下我們只對(duì)其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用做簡(jiǎn)要介紹。2電力系統(tǒng)的電磁干擾源概括起來(lái),電力系統(tǒng)的干擾源有以下幾種:1. 高壓開(kāi)關(guān)操作.主要包括隔離開(kāi)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(dòng)機(jī)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(guò)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(huì)引起地電位升高和產(chǎn)生地電位差,對(duì)接地的設(shè)備產(chǎn)生干擾;高頻接地電流則產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng),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(shí)都會(huì)向外發(fā)射不同強(qiáng)度的電磁能量,因而相互之間會(huì)產(chǎn)生干擾;5其他干擾如靜電放電（ESD）、高頻無(wú)線電干擾（對(duì)講機(jī)、手機(jī)）、高頻載波等。高壓開(kāi)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(jī)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(gè)不同電路的電流流過(guò)公共阻抗時(shí),就會(huì)出現(xiàn)共阻抗耦合,其中一個(gè)電路的電流將在另一個(gè)電路產(chǎn)生干擾電壓。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),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(huì)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(yán)重此外，電容式電壓互感器（CVT）在操作時(shí)會(huì)流過(guò)很大的暫態(tài)充電電流，此電流經(jīng)大地返回，同時(shí)在接地電阻上產(chǎn)生很高的暫態(tài)過(guò)電壓，當(dāng)互感器的二次電纜接地時(shí)，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(chǎng)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(hào)會(huì)通過(guò)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(zhǎng)，容性耦合就越嚴(yán)重。3. 電感性耦合（感性耦合、磁場(chǎng)耦合）通過(guò)磁場(chǎng)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(shí),交鏈到二次回路的磁通也隨之發(fā)生變化,進(jìn)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(huì)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(qiáng)（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(guò)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(guò)CT、CVT及傳輸電纜傳至低壓設(shè)備,其次是通過(guò)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(duì)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(shí)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(gè)方面綜合考慮.但在實(shí)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(shí)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(chǎng)干擾,將需要屏蔽的區(qū)域用一個(gè)屏蔽體包圍起來(lái),使經(jīng)過(guò)屏蔽體的電磁場(chǎng)被反射和吸收而衰減.屏蔽按起作用機(jī)理可以分為三類:電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁屏蔽。電場(chǎng)屏蔽主要用于消除容性耦合;磁場(chǎng)屏蔽主要用于抑制感性耦合;電磁屏蔽主要用來(lái)防止高頻電磁場(chǎng)的影響,但對(duì)于低頻磁場(chǎng)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(huì)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(kāi)縫。當(dāng)有開(kāi)縫存在時(shí),為取得良好的屏蔽效果,應(yīng)采

9、用一些必要的防護(hù)措施.如盡量使箱體上開(kāi)口的最長(zhǎng)尺寸小于輻射電磁波波長(zhǎng)的1/20;當(dāng)電纜進(jìn)入箱體時(shí),屏蔽應(yīng)采用低于截止頻率的波導(dǎo)管來(lái)實(shí)現(xiàn);將導(dǎo)電的通筒連接到箱體的內(nèi)側(cè);在開(kāi)縫處用螺絲接合件、接地襯墊或?qū)щ娙κ拐麄€(gè)開(kāi)縫長(zhǎng)度有可靠的電接觸。2) 電纜的屏蔽。采用屏蔽電纜對(duì)削弱靜電耦合和電磁耦合都有明顯的效果.為增強(qiáng)屏蔽效果,屏蔽電纜在敷設(shè)時(shí)應(yīng)盡可能不要靠近高壓母線平行布置,并遠(yuǎn)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(shí)信號(hào)傳輸線可采用對(duì)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(dú)走線,不和其它回路共用一根電纜,控制信號(hào)回路、通信及動(dòng)力回路也應(yīng)如此.有必要時(shí)，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(jī)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(hù)設(shè)備和人身安全，使之免遭雷擊，同時(shí)

11、要求在消除雷擊的同時(shí)不要影響其它接地系統(tǒng)。2) 工作接地(信號(hào)接地)它是將電路及設(shè)備的各部分都連接到一個(gè)共同的等電位點(diǎn)或等電位面，以便有一個(gè)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(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地四種。1)浮地:將電路或設(shè)備的信號(hào)接地系統(tǒng)與公共地或大地隔離開(kāi)來(lái)，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(hào)電路中，它的缺點(diǎn)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(dòng)影響信號(hào)傳輸外，一般不采用浮地的接地方式。at信號(hào)地覆大地電極紊統(tǒng)77777777777

12、77777777777777777777777777圖1浮點(diǎn)接地2）單點(diǎn)接地:整個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其它各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上?？煞譃榇?lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地兩種,對(duì)于較大的系統(tǒng)應(yīng)用串聯(lián)單點(diǎn)接地方式,但是此接地方式的缺點(diǎn)是存在共阻抗耦合,單點(diǎn)接地方式只適用于低頻（1MHz以下）。在高頻時(shí)，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(shí)應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式。3）多點(diǎn)接地:系統(tǒng)或設(shè)備的各個(gè)接地點(diǎn)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(gè)系統(tǒng)的接地母線。用于抑制頻率在10MHz以上的干擾信號(hào)。77777777777777777

13、77777777777nt7mT3串點(diǎn)單點(diǎn)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(shí)應(yīng)對(duì)低頻電路采用單點(diǎn)接地,高頻電路采用多點(diǎn)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(hào)，實(shí)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(shí)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(guò)傳導(dǎo)耦合進(jìn)入控制電路,所以對(duì)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(chǎng)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(gè)相互連接的設(shè)備的地電位相差較大時(shí),應(yīng)該在中間連線上接入隔離器,常見(jiàn)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(gè)殼內(nèi)組成光電耦合器,發(fā)光二極管兩端為信號(hào)輸入端,光敏三極管的集電極和發(fā)射極作為輸出端,信號(hào)傳輸由發(fā)光二極管在信號(hào)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(hào),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(shí)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(hào)從原邊傳至副邊,將不同的電路隔離開(kāi)來(lái),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(huì)更好.在一些場(chǎng)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(guò)電壓的峰值在某一安全值以下,使被保護(hù)設(shè)備不會(huì)因?yàn)檫^(guò)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(guó)內(nèi)外對(duì)電力系統(tǒng)電磁兼容的研究工作已取得相當(dāng)大的進(jìn)展,也得出了一些對(duì)實(shí)際工程具有指導(dǎo)意義的結(jié)論.但有一些問(wèn)題仍困擾著各國(guó)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(shí)電流的分布情況,CT、PT在電磁暫態(tài)過(guò)程中精確的數(shù)學(xué)模型以及用于感應(yīng)干擾計(jì)算的數(shù)學(xué)模型等,這些都有待進(jìn)一步深入地研究.模型的建立是仿真計(jì)算的基礎(chǔ),但也是難點(diǎn)之一,今后要做的工作主要有:1) 電磁干擾源量化分析。對(duì)各種干擾源在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度、頻譜特征、干擾電平等進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算。2) 電磁干擾途徑場(chǎng)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(cè)試評(píng)估.求得干擾源及干擾路徑后,計(jì)算在路徑負(fù)載端的干擾量。計(jì)算結(jié)果是評(píng)估二次系統(tǒng)及其設(shè)備的干擾敏感度的重要參考