電磁兼容典型案例分析課件

第9章電磁兼容案例分析19.1防雷保護(hù)案例分析9.1.1雷電的產(chǎn)生及其對電器設(shè)備的危害雷電的產(chǎn)生

形成雷暴的積雨云常有大量冰晶，云內(nèi)垂直方向的熱力對流發(fā)展旺盛，不斷發(fā)生起電和放電（閃電）現(xiàn)象，其機(jī)制十分復(fù)雜。在放電過程中，閃電通道上的空氣溫度驟升，空氣中水滴汽化膨脹，甚至還有電離現(xiàn)象產(chǎn)生，短時(shí)間內(nèi)空氣迅速膨脹，從而產(chǎn)生了沖擊波，導(dǎo)致強(qiáng)烈的雷鳴（打雷）。由于云中的電荷在地面上引起感應(yīng)電荷，使云底與地面之間形成“閃道”。當(dāng)電荷積累和其他條件（如突出的建筑物、孤立的煙筒和曠地上的人等等）具備時(shí)，就會(huì)發(fā)生閃電擊地，即雷擊，造成雷電災(zāi)害。2雷電對電器設(shè)備的危害雷電對電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個(gè)方面造成：①直擊雷；②傳導(dǎo)雷；③感應(yīng)雷；④開關(guān)過電壓。直擊雷：雷電直接擊中建筑物，雷電的不到50%的能量將會(huì)從引下線等外部避雷設(shè)施泄放到大地，其中接近40%的能量將通過建筑物的供電系統(tǒng)分流，其中5%左右的能量通過建筑物的通信網(wǎng)絡(luò)線纜分流，其余的雷擊能量通建筑物的其他金屬管道、纜線分流。

39.1.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)防雷保護(hù)方案方案設(shè)計(jì)說明系統(tǒng)防雷方案包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個(gè)方面:（1）

外部防雷包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針、避雷帶、引下線等，泄放入大地。（2）

內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的安全而設(shè)置的。將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設(shè)備的安全。5方案設(shè)計(jì)思想直擊雷的外部防護(hù)措施接閃器避雷針及其變形產(chǎn)品避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等統(tǒng)稱為接閃器。一定高度的金屬導(dǎo)體會(huì)使大氣電場畸變，這樣雷云就容易向該導(dǎo)體放電，并且能量越大的雷就越易被金屬導(dǎo)體吸引。這樣接閃器的防雷是因?yàn)閷⒗纂娨蜃陨矶乐沽吮槐Ｗo(hù)物被雷電擊中。引下線引下線的作用是將接閃器閃接的雷電流安全的導(dǎo)引入地6接地體

接地體是指埋在土壤中起散流作用的導(dǎo)體接地匯集線的布置接地匯集線（匯流排）應(yīng)布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地連接線最短，各樓層的分匯集線應(yīng)直接與樓底的總匯集線相連，這樣能保證實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地方式。感應(yīng)雷的防護(hù)措施感應(yīng)雷可通過兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體：靜電感應(yīng)：在雷云中的電荷積聚時(shí)，附近的導(dǎo)體也會(huì)感應(yīng)上相反的電荷，當(dāng)雷擊放電時(shí)，雷云中的電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中原來被雷云電場束縛住的靜電也會(huì)沿導(dǎo)體流動(dòng)尋找釋放通道，就在電路中形成電脈沖。7(5)

計(jì)算站場地技術(shù)文件

GB2887-89(6)

計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器

GA173-1998(7)

雷電電磁脈沖的防護(hù)

IECI312(8)

微波站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范

YD2011－93(9)

通信局（站）接地設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定YDJ26E9綜合防雷方案設(shè)計(jì)前端設(shè)備的防雷傳輸線路的防雷終端設(shè)備的防雷9具體保護(hù)措施----各部分防雷設(shè)備的安裝

攝像機(jī)：

前端設(shè)備如攝像頭應(yīng)置于接閃器（避雷針或其它接閃導(dǎo)體）有效保護(hù)范圍之內(nèi)。監(jiān)控中心機(jī)房在監(jiān)控中心機(jī)房各終端設(shè)備設(shè)備的前端，安裝通流容量10KA電源防雷器若干套，作為監(jiān)控中心機(jī)房內(nèi)各終端設(shè)備電源第三級的防雷防護(hù)，具體防雷器數(shù)量根據(jù)終端設(shè)備數(shù)量決定。電源避雷器的選擇和應(yīng)用原則109.1.3通信線路的雷電過電壓及抑制措施通信裝置遭受到雷害有兩種：感應(yīng)雷雷害：當(dāng)落雷到通信設(shè)施附近的場所時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電磁場，就有在通信線路上感應(yīng)一個(gè)非常高的感應(yīng)電壓。直擊雷雷害：當(dāng)落雷到天線鐵塔或者建筑物頂?shù)谋芾揍槙r(shí)產(chǎn)生的一部分雷電流直接流入通信裝置，由于產(chǎn)生的電位差而損壞通信裝置。對這些雷害的基本保護(hù)措施是：1.等電位法，2.旁路法，3.隔離法。11通信中心大樓的直擊雷害及其防雷措施直擊雷在通信中心大樓的通信線路上產(chǎn)生的雷電壓和雷電流侵入大樓內(nèi)的雷電流帶來的影響:

一部分雷電涌電流流入通信裝置；在大樓以外場所的通信裝置之間會(huì)產(chǎn)生電位差；大樓內(nèi)配線用的通信電纜上產(chǎn)生感應(yīng)電壓；出現(xiàn)上述幾種情況就會(huì)有損壞通信裝置的電子電路的情況。13從通信中心大樓流出到樓外的雷電流帶來的影響由于直擊雷電流從通信中心大樓流出到樓外而進(jìn)入大地時(shí)，該大樓的接地電位上升，來自連接到遠(yuǎn)處的配線的通信電纜或交流供電線路的雷電涌電流流出到樓外時(shí)，會(huì)出現(xiàn)損壞在通信電纜或交流供電線路的引出大樓分支點(diǎn)上的避雷器的情況。通信中心大樓的直擊雷的防雷措施一種方法是集成接地法，盡可能分散侵入通信裝置的雷電流。

第二種接地方法稱為隔離接地法，以隔離作為重點(diǎn)的接地方法，以便使雷電流不得侵入大樓內(nèi)。

149.1.4油庫及汽車加油站系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)汽車加油站的環(huán)境特點(diǎn)地理位置：加油站通常設(shè)在城區(qū)開闊地帶或郊區(qū)、山區(qū)、鄉(xiāng)村、高速公路等道路邊的開闊地帶；實(shí)施條件：無論在城區(qū)還是鄉(xiāng)村，這些加油站建筑往往都不具備符合要求的防雷實(shí)施電源系統(tǒng)：一般加油站的380V交流供電線路是架空明線接入至站區(qū)附近再地埋引入建筑的，部分加油站是由10KV電力線架空接入，經(jīng)變壓器后再地埋引入建筑的。在鄉(xiāng)村和山區(qū)有時(shí)根本沒有地埋措施，因此非常容易感應(yīng)雷電電磁脈沖；通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：引入加油站的ISDN等通信線路通常也是由戶外架空明線引入的，并且通常未安裝專用電涌保護(hù)器（SPD）做雷電防護(hù)措施。

15汽車加油站直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)站區(qū)的防雷設(shè)計(jì)油罐區(qū)的防雷設(shè)計(jì)引下線的設(shè)計(jì)地網(wǎng)的設(shè)計(jì)電源配電系統(tǒng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)外來導(dǎo)體的布置電源系統(tǒng)電涌保護(hù)器的布置和選擇電涌保護(hù)器的布置原理：盡量通過多級鉗位使殘壓逐步降低，以有效地抑制外來雷電波入侵和雷電電磁脈沖的危害。

17電涌保護(hù)器的選擇A、動(dòng)作電壓的選擇變壓器低壓側(cè)的電涌保護(hù)器其三相電壓為動(dòng)作電壓；U0=400VB、電涌保護(hù)器的通信容量選擇加油站電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案電源一級防雷：應(yīng)在380V低壓總配電箱安裝標(biāo)稱通流容量25KA的10/350μs波形的開關(guān)型模塊式電源電涌保護(hù)器,用于整個(gè)加油站所有用電設(shè)備的第一級電源防護(hù)。

18電源二級防雷電源三級防雷信號系統(tǒng)保護(hù)方案應(yīng)在從營業(yè)廳液位儀檢測儀引出的液位儀控制線上安裝額定負(fù)載電流1～1.5A的大功率特殊信號電涌保護(hù)器，用于液位儀檢測儀信號線路的保護(hù)。應(yīng)在從營業(yè)廳加油機(jī)總控制線上安裝精密的控制信號電涌保護(hù)器，用于加油機(jī)總控制線路的保護(hù)。應(yīng)在PSTN撥號網(wǎng)絡(luò)通訊線MODEN前和電話通訊系統(tǒng)進(jìn)線端分別安裝電話線路通信線電涌保護(hù)器，用于各設(shè)備網(wǎng)卡及電話通信線路的防雷保護(hù)。19實(shí)際問題解決問題的解決包括：如果靜電放電敏感元件（ESDS）在生產(chǎn)和維護(hù)期間暴露在外面，那么在這些元件附近，應(yīng)防止電荷的積累，并且在運(yùn)輸和保管過程中，將這些元件按防靜電放電的方法包裝。靜電放電保護(hù)區(qū)域（EPA）靜電放電保護(hù)區(qū)域（EPA），有時(shí)指安全操作區(qū)，是任意一種靜電放電控制措施的核心所在。典型的靜電放電保護(hù)區(qū)如下圖所示。該圖給出了各種可能的措施，但并沒有必要全部使用這些措施，這主要由特定的環(huán)境決定。2122安全性EPA內(nèi)一般有加電的工具和設(shè)備。在這種環(huán)境中，將單個(gè)物件或設(shè)備直接連接到地是很危險(xiǎn)的。

239.2.2直流放大器電磁兼容分析故障現(xiàn)象和原因分析故障現(xiàn)象：某直流放大器在進(jìn)行GJB151中的CS06試驗(yàn)時(shí)，放大器出現(xiàn)飽和現(xiàn)象而失效。故障原因分析：

該直流放大器安裝在一塊線路板上，為了安裝方便，整塊線路板通過一條電纜與其它電路模塊連接起來，如下圖所示。2526干擾的隔離所謂干擾的隔離，是指從電路上把干擾源和易受干擾的部分隔離開來，使它們不發(fā)生電的聯(lián)系。設(shè)置濾波器在系統(tǒng)線路中設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導(dǎo)干擾到電源電動(dòng)機(jī)。輸入濾波器通常又有兩種：線路濾波器：主要由電感線圈構(gòu)成。它通過增大線路在高頻下的阻抗來削弱頻率較高的諧波電流。輻射濾波器：主要由高頻電容器構(gòu)成。它將吸收掉頻率很高的、具有輻射能量的諧波成分。29輸出濾波器：也由電感線圈構(gòu)成。它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成分，不但起到抗干擾的作用，而且能削弱電動(dòng)機(jī)中由高次諧波諧波電流引起的附加轉(zhuǎn)矩。屏蔽干擾源屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。接地正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地抑制外來干擾，又能降低設(shè)備本身對外界的干擾。采用電抗器交流電抗器串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。直流電抗器串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。30合理布線對于通過感應(yīng)方式傳播的干擾信號，可以通過合理布線的方式來削弱。具體方法有（1）設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線。（2）其他設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)避免和變頻器的輸入、輸出線平行。319.4開關(guān)電源中電磁干擾的抑制9.4.1180W開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)分析與電磁干擾測試主電路與結(jié)構(gòu)布局分析

3233電磁干擾測試下表所列為測得的7～21次諧波電流的數(shù)值，其中11、15、17次諧波電流都超標(biāo)。

34下圖為測得的傳導(dǎo)干擾超標(biāo)現(xiàn)象。35輻射騷擾預(yù)測結(jié)果在30～50MHz和100MHz處超出限值，如下圖所示。369.4.2電磁干擾的抑制諧波電流的抑制采用功率因數(shù)校正可以解決諧波電流超標(biāo)的問題。傳導(dǎo)騷擾的抑制輸入濾波器是為變換器的電磁騷擾電平和外界的電磁騷擾源設(shè)計(jì)的一種低阻抗通道（即低通濾波器），以抑制或去除電磁騷擾，達(dá)到電磁兼容的目的。輸入濾波器的組成見下圖：

37輻射騷擾的抑制從電磁騷擾源產(chǎn)生的機(jī)理入手，查找輻射騷擾源的所在，從根本上降低其產(chǎn)生輻射騷擾噪聲的電平。389.5通信網(wǎng)絡(luò)及電力線路中的干擾及其解決方案研究9.5.1無線通信系統(tǒng)頻率干擾及其解決方案研究頻率干擾原理分析工作于不同頻率的系統(tǒng)間的共存干擾，本質(zhì)上都是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的非完美性造成的。通常，有源設(shè)備在發(fā)射有用信號的同時(shí)，由于器件本身的原因和濾波器帶外抑制的限制，在它的工作頻帶外還會(huì)產(chǎn)生雜散、諧波、互調(diào)等無用信號，這些信號落到其他無線系統(tǒng)的工作頻帶內(nèi)，就會(huì)其他系統(tǒng)形成干擾。39無線通信系統(tǒng)頻率干擾情形無線干擾基本情形

40GSM1800、PHS、SCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA等無線系統(tǒng)的頻段直接相鄰或重合，難以避免之間的相互干擾，而UWB的超寬帶的特點(diǎn)也會(huì)造成干擾。移動(dòng)通信系統(tǒng)干擾移動(dòng)通信系統(tǒng)中的各種干擾一般可以分為小區(qū)內(nèi)的干擾、小區(qū)間的干擾、不同通信制式之間的干擾、不同運(yùn)營商之間的干擾、系統(tǒng)設(shè)備造成的干擾等。

41干擾解決方案基本技術(shù)類方法從具體技術(shù)角度分析，小區(qū)內(nèi)干擾可以采用設(shè)計(jì)正交性好的多址碼、上下行鏈路同步、糾錯(cuò)編碼、功率控制、分集接收/發(fā)送、聯(lián)合檢測、智能天線、空時(shí)處理等信號處理技術(shù)加以改善或解決。而小區(qū)間的干擾以及TDD與FDD系統(tǒng)間的干擾，可以從物理層技術(shù)方面考慮，也可以從高層的無線資源管理技術(shù)著手。42工程建設(shè)類方法這些方法主要有：增加頻率保護(hù)帶、提高濾波精度、增加站址間距、優(yōu)化天線安裝、限制設(shè)備參數(shù)等。9.5.2衛(wèi)星通信中的常見干擾及處理措施地面干擾地球站設(shè)備的雜波干擾產(chǎn)生干擾的原因包括：設(shè)備雜散指標(biāo)不合格，工作載波中帶有雜波或諧波；調(diào)制器、上變頻器輸出電平過高，或者“功放”工作非線性，出頻譜擴(kuò)散；上變頻器、功放的工作點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)，造成載波噪聲。

43電磁干擾

由于地面存在著大量的微波、雷達(dá)、無線電視、調(diào)頻廣播、工業(yè)電噪聲等，這些干擾源串入用戶站，通過上行鏈路發(fā)射到衛(wèi)星造成上行干擾或串入下行鏈路造成接收干擾?；フ{(diào)干擾

一般存在于上行站處于多載波工作狀態(tài)時(shí)，由于功放容量儲(chǔ)備不足，回退不夠，三階互調(diào)分量超過規(guī)定，或上行發(fā)射功率超標(biāo)，使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器被推至非線性工作區(qū)，導(dǎo)致下行互調(diào)特性惡化。44交叉極化干擾上行交叉極化干擾是因?yàn)榈厍蛘咎炀€系統(tǒng)發(fā)射交叉極化隔離度沒有調(diào)整好，導(dǎo)致上行交叉極化分量過大，或天線饋源薄膜受損未能及時(shí)更換，有其他物質(zhì)掉進(jìn)饋源也會(huì)導(dǎo)致交叉極化干擾。接收用戶站天線接下來收時(shí)極化未調(diào)整好，導(dǎo)致下行接收受干擾?？臻g干擾鄰星干擾鄰星干擾有上行干擾：鄰星系統(tǒng)個(gè)別用戶天線口徑小，上行電平過高，功率譜密度超出協(xié)調(diào)指標(biāo)，鄰星個(gè)別用戶天線偏向被干擾衛(wèi)星或其旁瓣指向被干擾衛(wèi)星。45下行干擾：干擾衛(wèi)星和被干擾衛(wèi)星具有重疊覆蓋區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，被干擾衛(wèi)星地球站在接收正常信號的同時(shí)，其旁瓣接收到鄰星信號。相鄰信道干擾用戶載波頻率分配與相鄰信號的頻帶出現(xiàn)重疊，沒有足夠的保護(hù)帶寬；用戶載波頻譜特性不符合要求，噪聲過高或出現(xiàn)副瓣。個(gè)別用戶不規(guī)范操作誤發(fā)信號干擾有的衛(wèi)星地球站入網(wǎng)操作時(shí)誤操作，頻率、速率、糾錯(cuò)、調(diào)制設(shè)置有誤；沒有按照程序嚴(yán)格測試即上星；新裝設(shè)備急于調(diào)試，誤操作；甚至個(gè)別用戶私自上載波偷發(fā)信號，這些錯(cuò)誤動(dòng)作都會(huì)對正常的通信造成影響。46自然干擾雨衰當(dāng)電波在傳輸過程中穿過降雨區(qū)域時(shí)，雨滴會(huì)對電波產(chǎn)生吸收和散射造成衰減。衰減的大小與雨滴半徑和波長的比值有關(guān)，由于C波段波長一般大于雨滴半徑而KU波段波長與雨滴大小相近，所以降雨對C波段影響比較小而對KU波段就非常嚴(yán)重。日凌每年春分和秋分前后，在衛(wèi)星地球站所在地的每天中午時(shí)分，衛(wèi)星將處在太陽與地球之間的直線上，這時(shí)衛(wèi)星地球站天線在對準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)也對準(zhǔn)太陽，使太陽產(chǎn)生的強(qiáng)大的電磁波變成一個(gè)個(gè)巨大的噪聲源，對其所接收的衛(wèi)星信號造成干擾從而使接收鏈路嚴(yán)重惡化甚至中斷，這種現(xiàn)象即稱為衛(wèi)星通信的“日凌現(xiàn)象”。

47電離層閃爍

當(dāng)電波穿越電離層時(shí)，由于電離層結(jié)構(gòu)的不均勻性和隨機(jī)時(shí)變性，造成信號的振幅、相位、到達(dá)角等特性短周期變化，形成電離層閃爍。衛(wèi)星蝕

每年的春季和秋季，在每天的特定時(shí)間內(nèi)，衛(wèi)星將進(jìn)行入地球的陰影區(qū)域，此時(shí)衛(wèi)星見不到太陽光，太陽能電池不能提供電能，衛(wèi)星只能依靠蓄電池或燃料電池供電，這一階段稱做”星蝕期”。

48人為干擾不法分子利用衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)器的弱點(diǎn)，干擾我們的正常衛(wèi)星電視廣播，并采用“功率掠奪”的形式進(jìn)行非法宣傳。從已發(fā)生的案例來看，這些惡意干擾的技術(shù)含量并不高，使用的也不過是衛(wèi)星通信的常規(guī)設(shè)備，這暴露了目前我們衛(wèi)星通信的弱點(diǎn)。9.5.3線路諧波的危害及抑制規(guī)定的諧波極限值

1992年電力系統(tǒng)對諧波控制方法及必要條件做了修改，重新規(guī)定了電源線公共耦合點(diǎn)處單獨(dú)的和總的電流、電壓諧波允許的極限值。

49抑制諧波的方法

為滿足新規(guī)定的電流、電壓畸變極限要求，我們可以使用以下三種方法來抑制諧波：驅(qū)動(dòng)濾波器下圖為用于各種驅(qū)動(dòng)的專用濾波器，這種濾波既不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，又能抑制和消除靠近電源的有害諧波，且不影響其他設(shè)備。5051模擬脈沖系統(tǒng)

采用一半負(fù)荷由接成Δ/Y結(jié)線的變壓器供電，另一半負(fù)荷由接成Δ/Δ結(jié)線變壓器供電，這樣可以產(chǎn)生一種近似12脈沖驅(qū)動(dòng)的混合諧波，具體接線見下圖。

如果使Δ/Y結(jié)線的負(fù)荷總量等于Δ/Δ結(jié)線的負(fù)荷，這種作法能在公共耦合點(diǎn)處較好的減少諧波。

5253專用脈沖系統(tǒng)對于較大容量拖動(dòng)狀況(370kW以上)，考慮采用兩個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)組成一套專用的12脈沖系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有均分負(fù)荷能力，并能產(chǎn)生12脈沖驅(qū)動(dòng)，合成諧波相當(dāng)穩(wěn)定。這種方法將降低需過濾的總量和相應(yīng)的投資，這種系統(tǒng)有兩種基本接線組合。（1）兩臺(tái)隔離變壓器各自獨(dú)立，其中一臺(tái)接成Δ/Y結(jié)線；另一臺(tái)接成Δ/Δ結(jié)線?？偟慕泳€見下圖。5455（2）采用一臺(tái)變壓器，但具有兩個(gè)二次繞組。這種情況，初級繞組接成Δ結(jié)線，而次級繞組，一組接成Y形，另一組接成Δ形，具體如下圖所示.。569.6計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的射頻,電磁干擾的解決射頻干擾源

我們要做的第一件事就是決定CPU和監(jiān)視器所產(chǎn)生的射頻干擾有多大。

(1)快速掃描整個(gè)頻段，弄清射頻干擾在什么頻率處最強(qiáng)。

(2)從主機(jī)上依次斷開鼠標(biāo)、串口電纜、打印機(jī)電纜、鍵盤、視頻電纜、顯示器電源線等，將接收機(jī)用電池供電（如果可能），觀察射頻干擾是否減小。57

(3)然后再依次連接上鍵盤、鼠標(biāo)、串口電纜、并口電纜、顯示電纜、顯示器電源線（但先不要打開顯示器），在連接的同時(shí)，注意射頻干擾的變化。作完這些后，你對哪部分是主要的射頻干擾源就有了一些認(rèn)識。(4)打開顯示器，同時(shí)注意射頻干擾的增加，運(yùn)行文字和圖形兩種模式的應(yīng)用程序，看射頻干擾是否有變化。(5)重新把無線電廣播設(shè)備連接到電源上，注意觀察射頻干擾的增加。(6)斷開與接收機(jī)連接的所有天線（包括內(nèi)部和外部天線），觀察射頻干擾是否消失。5