城市軌道交通低壓配電基礎(chǔ)-電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識

電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識01

限制內(nèi)部能量泄漏出內(nèi)部區(qū)域（主動屏蔽）

電磁屏蔽的原理屏蔽的含義：3.原理：用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻钠帘误w將電磁干擾能量限制在一定范圍內(nèi)。2.目的：防止外來的干擾能量進(jìn)入某一區(qū)域（被動屏蔽）

二次場理論（一次場作用下，產(chǎn)生極化、磁化形成二次場);

反射衰減理論4.屏蔽的分類（按工作原理）

電場屏蔽：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽（利用良好接地的金屬導(dǎo)體制作）

磁場屏蔽：靜磁屏蔽、低頻交變磁場屏蔽（利用高導(dǎo)磁率材料構(gòu)成低磁阻通路）

電磁屏蔽：用于高頻電磁場的屏蔽（利用反射和衰減來隔離電磁場的耦合）02電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識01

分類：靜電屏蔽、低頻交變電場屏蔽

電場屏蔽靜電屏蔽

電場屏蔽的作用：防止兩個設(shè)備（元件、部件）間的電容性耦合干擾原理：靜電平衡要求：完整的屏蔽導(dǎo)體和良好接地02屏蔽體的材料以良導(dǎo)體為好，對厚度無什么要求屏蔽體的形狀對屏蔽效能有明顯的影響電場屏蔽的設(shè)計要點屏蔽體要靠近受保護(hù)的設(shè)備屏蔽體要有良好的接地03

磁場屏蔽1．原理

高頻磁場屏蔽高頻磁場金屬板渦流反磁場

低頻磁場屏蔽（f<

100kHz）

利用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料（如鐵、硅鋼片、坡莫合金），對干擾磁場進(jìn)行分路。

利用低電阻的良導(dǎo)體中形成的渦電流產(chǎn)生反向磁通抑制入射磁場。04屏蔽體應(yīng)選用高導(dǎo)磁率的材料，但應(yīng)防止磁飽和被屏蔽物體不要緊貼在屏蔽體上磁場屏蔽的設(shè)計要點注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，縫隙或長條通風(fēng)孔循著磁場方向分布對于強磁場的屏蔽可采用多層屏蔽，防止發(fā)生磁飽和盡量縮短磁路長度，增加屏蔽體的截面積（厚度）對于多層屏蔽，應(yīng)注意磁路上的彼此絕緣05

電磁屏蔽1.原理與分析方法原理：①表面反射（R—反射損耗）②屏蔽材料吸收衰減（A—吸收損耗）③多次反射（B—多次反射修正）分析方法：①電磁感應(yīng)原理.計算屏蔽體上的渦流的屏蔽效應(yīng)來計算屏蔽效能②平面波的反射與折射來計算反射與衰減③等效傳輸線理論計算反射與衰減t061.確定屏蔽效能2.材料的選擇

屏蔽設(shè)計要點根據(jù)電磁特性：近場電屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，接地；近場低頻磁場屏蔽——高導(dǎo)磁率材料，不接地；近場高頻磁場屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，可不接地；遠(yuǎn)場電磁屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，良好接地可根據(jù)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求來確定電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識01什么是“浪涌”?電氣線路上出現(xiàn)的短暫電壓突然升高現(xiàn)象.02這種現(xiàn)象通常只持續(xù)幾納秒至幾毫秒..000000001秒03浪涌出現(xiàn)時的電壓和電流值超過正常值兩倍以上.0伏220伏>500伏04瞬間浪涌的波形?脈沖型浪涌根據(jù)

IEEE的定義,這種浪涌的電壓在幾微秒里從幾百伏至2萬伏05振蕩型浪涌根據(jù)IEEE的定義,這種浪涌的電壓值在幾微秒至幾毫秒內(nèi)從幾百伏至6000伏瞬間浪涌的波形?06

浪涌的來源用電線路出現(xiàn)“浪涌”或“尖刺”的原因既可以來自外部，也可以來自于內(nèi)部。主要來源:外部—主要是雷擊內(nèi)部–用電設(shè)備的開關(guān)等主要是指配電、微電子設(shè)備的運行所引起的電壓瞬變、凹陷、尖峰、高次諧波等外部20%內(nèi)部80%外部20%內(nèi)部80%07雷電侵入的路徑01通信線附近或幾公里以外的直接雷擊浪涌在電力導(dǎo)體、地和通信線間產(chǎn)生幾千伏的電壓差雷電：直接雷擊01電源、數(shù)據(jù)線Buildingmetalwork雷電擊中從地面感應(yīng)到電流的物體雷電釋放電流電磁場感應(yīng)電流

雷電：感應(yīng)耦合10雷擊即便沒有直接擊中建筑物，也會對建筑物內(nèi)的微電子設(shè)備造成損壞，因為只要雷擊中心點發(fā)生在距建筑物半徑２Km范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)的空間里就會產(chǎn)生極強的電磁場，所有從這個電磁場中穿越的供電線路，網(wǎng)絡(luò)和信號線路等，都會因電磁感應(yīng)而在線路上產(chǎn)生一個浪涌電壓，并沿著線路進(jìn)入大樓內(nèi)的設(shè)備輸入端口，從而將電子設(shè)備摧毀．2KM01鄰近的雷電擊中地–建筑物間由電纜連接浪涌電流沿著電纜侵入設(shè)備端口雷電：地電勢上升0地電勢雷擊點的距離80kV200kV10kV電纜兩頭的地可能有幾十千伏的電勢差

12雷電波侵入直接雷擊擊中電力線路或引下線疏導(dǎo)雷電流時，在電力線路上會產(chǎn)生雷擊過電壓并在電力線纜周圍產(chǎn)生強大的電磁脈沖，凡是在此電磁脈沖范圍內(nèi)的各種電力、信號及控制線路都會感應(yīng)出過電壓，這部分過電壓將會沿各種線路傳輸?shù)胶蠖说脑O(shè)備，從而引起設(shè)備的誤動作或損壞。13雷電浪涌的防護(hù)14（一）等電位連接為了消除雷電瞬態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，可以將所有現(xiàn)場儀表的所有金屬外殼、構(gòu)架、生產(chǎn)裝置的金屬設(shè)備、設(shè)施、儀表控制室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼、金屬設(shè)施連接在一起，并且與儀表控制室的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成完善的等電位連接。15電話電源信息線水管暖氣天然氣配電箱空調(diào)管PE暖氣片16（二）屏蔽為防止從交流供電線路及信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸線路上傳輸過來的電涌，損壞設(shè)備并危及人員安全，對外部傳輸線及線纜，應(yīng)使用封閉金屬線槽或穿金屬管道敷設(shè)，并對技術(shù)線槽，穿線金屬管道進(jìn)行可靠適度的多點接地，以最大限度的減少感應(yīng)雷擊所產(chǎn)生的電涌破壞設(shè)備事故。17 1、建筑物或房間外部屏蔽：

用鋼筋和金屬框架構(gòu)成的大空間屏蔽電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識01靜電的基本定義

靜電就是靜止的電荷。靜電的產(chǎn)生是由于電子在外力的作用下，從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體或者是受外界磁場的影響而產(chǎn)生的極化現(xiàn)象以下每個項目都會令靜電產(chǎn)生：摩擦、碰撞、剝離靜電感應(yīng)電容改變壓電效應(yīng)電磁輻射感應(yīng)02靜電感應(yīng)靜電場帶電物體03日常生活可以感覺得到的靜電現(xiàn)象：閃電冬天在地毯上行走及接觸把手時的觸電感在冬天穿毛衣時所產(chǎn)生的噼啪聲這些對我們平常生活沒有很大影響，但它對電子元件及電子線路板有很大的沖擊。靜電放電(ESD)

-ElectroStaticDischarge在具有不同靜電勢的兩個物體之間的靜電轉(zhuǎn)移。靜電敏感器件(ESDS)

--ElectroStaticDischargeSusceptibility日常操作、試驗和運輸容易遭受靜電場或靜電放電所損害的分立器件、集成電器或組件.注：損害包括器件性能的任何降低或不正常。一般現(xiàn)象的靜電值：0506靜電放電的破壞ESD半導(dǎo)體破壞率的分配：59%都是由靜電引致的07靜電對集成電路的損傷主要表現(xiàn)為：芯片內(nèi)熱二次擊穿金屬噴鍍?nèi)廴诮橘|(zhì)擊穿表面擊穿體積擊穿等最后綜合表現(xiàn)為功能故障甚至造成人身傷害。08半導(dǎo)體的損壞形式有兩種：1.災(zāi)難性損壞器件不能操作約占受靜電破壞的原件的百分之十2.潛在性損壞器件可以操作但性能不穩(wěn)定，維修次數(shù)因而增加約占受靜電破壞原件的百分之九十08防靜電方法1.接地2.靜電屏蔽3.離子中和防靜電的三種基本方法：09接地就是將靜電通過一條線的連接放入大地，這是防靜電措施中最直接最有效的。導(dǎo)體常用的接地方法有：帶防靜電手腕及工作表面接地等。防靜電方法一：接地防靜電方法10靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響。最通常的方法是用靜電屏蔽袋作為保護(hù)。防靜電方法二：靜電屏蔽11絕緣體往往是易產(chǎn)生靜電的，對絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常采用的方法是離子中和，即在工作環(huán)境中使用離子風(fēng)機，離子氣槍。防靜電方法三：離子中和12常用的防靜電用品1.個人防靜電用品腕帶腳帶靜電服其他：靜電鞋手套/指套佩帶時應(yīng)緊貼皮膚！雙腳都須穿帶！應(yīng)無破損，扣緊132.防靜電表面產(chǎn)品防靜電地板防靜電臺墊143.離子中和設(shè)備離子風(fēng)機離子風(fēng)機離子風(fēng)槍154.靜電防護(hù)包裝靜電屏蔽袋防靜電袋不可使用在ESD防護(hù)區(qū)外浪涌保護(hù)器的工作原理01一、浪涌保護(hù)器的工作原理

浪涌保護(hù)器(SurgeprotectionDevice)是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護(hù)器”英文簡寫為SPD。浪涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲兀Ｗo(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。01二、SPD的基本元器件及其工作原理1．放電間隙(又稱保護(hù)間隙)：它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成。其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當(dāng)瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡單，其缺點時滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是回路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理2．氣體放電管：它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理3．壓敏電阻：它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流小（10-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對瞬時過電壓響應(yīng)時間快（～10-8s），無續(xù)流。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理4．抑制二極管：抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動作響應(yīng)快的優(yōu)點，特別適合用作多級保護(hù)電路中的最末幾級保護(hù)元件。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理5．扼流線圈：扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個四端器件，如圖15e所示，要對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號（如雷電干擾），而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枱o影響。

電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識01

電磁干擾一、電磁兼容（EMC）概念我國從２０世紀(jì)80年代至今已制定了上百個電磁兼容的國家標(biāo)準(zhǔn)，強制要求多數(shù)電氣設(shè)備必須通過相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的性能測試，否則為不合格產(chǎn)品。電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且也不向處于同一環(huán)境的其它設(shè)備釋放超過允許范圍的電磁干擾。02電磁干擾三要素干擾源（發(fā)射器）傳輸（耦合路徑）接收器（敏感體）防止電磁干擾的三個途徑：（1）抑制源的發(fā)射（2）盡可能使耦合路徑無效（3）使接收器對發(fā)射不敏感03（一）電磁干擾源類型1、自然干擾源：雷電放電、局部自然干擾源、天電噪聲源、熱噪聲；2、人為干擾源：電力線干擾源、旋轉(zhuǎn)機械干擾源、點火系統(tǒng)干擾源、功能干擾源；3、大氣中的無線電噪聲：來源于全世界的風(fēng)暴，它主要的變量是地理位置、無線電頻率、一天的時間和季節(jié)。04（二）電磁環(huán)境和人為輻射源1、人為輻射源的數(shù)學(xué)模式（1）單個的技術(shù)裝置輻射源專門為輻射電磁能的裝置輻射電磁能是其副作用的裝置（2）城市輻射源：N=zM發(fā)射源數(shù)N,城市人口M，比例系數(shù)z是每人占有的發(fā)射源數(shù)一個城市的輻射功率

i=1,2,3…k05（二）電磁環(huán)境和人為輻射源在相當(dāng)遠(yuǎn)的距離時，城市則類似于一個同樣功率的點能源。將能流分成三種基本模式：1）類似線性波導(dǎo)的傳播模式AHo=(1/2)PHo——功率通量密度2）類似表面波導(dǎo)的傳播模式BHo=P/(2*Pi*r)（Pi：第i個輻射源的功率）3）自由空間的傳播模式CHo=P/(4*Pi*r*r)A線性模式：人口及輻射源是沿一直線而對稱分布的B平面模式：人口和輻射源的分布是在平面上對稱的C三維模式：假設(shè)人口和輻射源是對稱立體分布的06（二）電磁環(huán)境和人為輻射源2、人工接收機一類專門制造來對所輻射的電磁能起反應(yīng)的一類并不是有意制造對所輻射的電磁能起反應(yīng)的城市輻射源的上述研究得出結(jié)論：各最近的輻射源會產(chǎn)生最大的影響在城市中心的功率密度即使該城市是無窮大時也是有限的如果指定觀測點距離城市很遠(yuǎn)，則此給定點的功率密度與城市人口成正比可用一個范圍有限的作用區(qū)域來代替一個給定的城市07二電磁干擾波傳播或耦合1、傳導(dǎo)干擾波傳播通過導(dǎo)體傳播的電磁干擾2、輻射干擾波傳播通過空間傳播的電磁干擾（其耦合形式有近場感應(yīng)耦合、遠(yuǎn)場輻射耦合）

3、復(fù)合干擾：輻射和傳導(dǎo)干擾同時存在傳導(dǎo)干擾輻射干擾電耦合磁耦合電磁耦合近場感應(yīng)耦合遠(yuǎn)場輻射電磁干擾傳播磁感應(yīng)電感應(yīng)干擾源敏感設(shè)備

導(dǎo)體傳導(dǎo)干擾輻射干擾空間08電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識01抗干擾措施1.供電系統(tǒng)的抗干擾措施對交流供電網(wǎng)絡(luò)：穩(wěn)（壓）、濾（波）、隔（離）、UPS02

濾波器是抑制交流差模干擾的有效手段之一。有RC濾波器和LC濾波器等幾種。1.RC濾波器：當(dāng)信號源為熱電偶、應(yīng)變片等信號變化緩慢的傳感器時，利用小體積、低成本的無源RC低通濾波器將對串模干擾有較好的抑制效果。a）單節(jié)RC濾波器與放大器的連接b）雙節(jié)RC濾波器c）低通濾波器