电磁干扰知识.docx

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1、电磁干扰知识二、干扰源、干扰种类及干扰现象 传感器及仪器仪表在现场运行所受到的干扰多种多样，具体情况具体分析，对不同的干扰采取不同的措施是抗干扰的原则。这种灵活机动的策略与普适性无疑是矛盾的，解决的办法是采用模块化的方法，除了基本构件外，针对不同的运行场合，仪器可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高可靠性。在进一步讨论电路元件的选择、电路和系统应用之前，有必要分析影响模拟传感器精度的干扰源及干扰种类。 1、主要干扰源 (1) 静电感应 静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，因此又称电容性耦合。 (2) 电磁感应 当两个电路之间有互感

2、存在时，一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路，这一现象称为电磁感应。例如变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。 (3) 漏电流感应 由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降，导致漏电电流增加就会引起干扰。尤其当漏电流流入测量电路的输入级时，其影响就特别严重。 (4) 射频干扰 主要是大型动力设备的启动、操作停止的干扰和高次谐波干扰。如可控硅整流系统的干扰等。 (5) 其他干扰 现场安全生产监控系统除了易受以上干扰外，由于系统工作环境较差，还容易受到机械干扰、热干扰及化学干扰等。 2、干扰的种类

3、(1) 常模干扰 常模干扰是指干扰信号的侵入在往返2条线上是一致的。常模干扰来源一般是周围较强的交变磁场，使仪器受周围交变磁场影响而产生交流电动势形成干扰，这种干扰较难除掉。 (2) 共模干扰 共模干扰是指干扰信号在2条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返2个线路中流过。共模干扰的来源一般是设备对地漏电、地电位差、线路本身具有对地干扰等。由于线路的不平衡状态，共模干扰会转换成常模干扰，就较难除掉了。 (3) 长时干扰 长时干扰是指长期存在的干扰，此类干扰的特点是干扰电压长期存在且变化不大，用检测仪表很容易测出，如电源线或邻近动力线的电磁干扰都是连续的交流50 Hz工频干扰。 (

4、4) 意外的瞬时干扰 意外瞬时干扰主要在电气设备操作时发生，如合闸或分闸等，有时也在伴随雷电发生或无线电设备工作瞬间产生。 干扰可粗略地分为3个方面： (a) 局部产生； (b) 子系统内部的耦合(即地线的路径问题)； (c) 外部产生。 3、干扰现象 在应用中，常会遇到以下几种主要干扰现象： 发指令时，电机无规则地转动； 信号等于零时，数字显示表数值乱跳； 传感器工作时，其输出值与实际参数所对应的信号值不吻合，且误差值是随机的、无规律的； 当被测参数稳定的情况下，传感器输出的数值与被测参数所对应的信号数值的差值为一稳定或呈周期性变化的值； 与交流伺服系统共用同一电源的设备(如显示器等)工作不

5、正常。 干扰进入定位控制系统的渠道主要有两类：信号传输通道干扰，干扰通过与系统相联的信号输入通道、输出通道进入；供电系统干扰。 信号传输通道是控制系统或驱动器接收反馈信号和发出控制信号的途径，因为脉冲波在传输线上会出现延时、畸变、衰减与通道干扰，所以在传输过程中，长线的干扰是主要因素。任何电源及输电线路都存在内阻，正是这些内阻才引起了电源的噪声干扰，如果没有内阻，无论何种噪声都会被电源短路吸收，线路中也不会建立起任何干扰电压；此外，交流伺服系统驱动器本身也是较强的干扰源，它可以通过电源对其它设备进行干扰。 三、抗干扰的措施 1、供电系统的抗干扰设计 对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网

6、尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯，甚至电烙铁等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。 (1) 用硬件线路抑制尖峰干扰的影响 常用办法主要有三种： 在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从而减弱其破坏性； 在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲； 在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。 (2) 利用软件方法抑制尖峰干扰 对于周期性干扰，可以采用编程进行时间滤波，也就是用

7、程序控制可控硅导通瞬间不采样，从而有效地消除干扰。 变电站综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、可节约占地面积、减轻值班员操作及监视的工作量、缩短维修周期以及可实现无人值班等优越性。但它的工作环境是在电磁干扰极其严重的强电场所中，如果没有采取必要的措施，这样的综合自动化系统在强电磁场干扰下将会产生负面影响。 例如：变电站内的高压设备操作、低压交、直流回路内电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围的静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路故障所引起的瞬变过程等都会产生电磁干扰。这些电磁干扰进入变电站内的综合自动化系统或其他电子仪器设备，就可能引起自动化系统工作不正常，甚至损坏某些部件或元

8、器件。因此，采取合理的抗干扰预防措施是非常必要的。 电磁兼容的意义是：电气或电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能，它们本身所发射的电磁能量不致影响其他设备或系统的正常工作，从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下执行各自功能的共存状态。 电磁兼容的内容包括干扰(设备和系统抵抗电磁干扰的能力)和电磁发射控制(设备和系统发射的电磁能量的控制)两方面。 电磁干扰的三要素是：干扰源、传播途径和电磁敏感设备。针对电磁干扰的三要素，提出三种解决电磁干扰问题的方法是：1、抑制干扰源产生的电磁干扰(滤波、屏蔽和接地)；2、切断干扰的传播途径；3、提高敏感设备抗电磁干扰的能力(降低对干扰的

9、敏感度)。 电磁干扰源的分析 目前与电子系统有关的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方面。外部干扰源是指与变电站综合自动化系统的结构无关，而是由使用条件和外部环境因素决定的干扰源。对变电站综合自动化系统来说，外辞干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷(非线性负荷、波动性负荷)短路故障、大气过电压(雷电)、静电、无线电干扰和核电磁脉冲等，概括表现为如下三类：变电站设备的交流电源及直流电源受低频振动扰动；传导瞬变和高频干扰；电、磁场的干扰。内部干扰是由自动化系统结构、元件布置和装配工艺等决定。主要有杂散电感、电容引起的不同信号感应；交流声、多点接地造成的电位差干扰；长线传输造成的波的反射；寄生

10、振荡和尖峰信号引起的干扰等。从物理的角度分析，外部干扰和内部干扰具有同一物理性质。因而消除和抑制的方法没有质的区别。 变电站抗电磁干扰的措施 干扰源的能量通过各种途径以传导或辐射方式耦合至变电站的一次系统和二次回路，表现在电力线、信号线、控制回路和自动化系统上的干扰电压和干扰电流的水平或电场和磁场的水平。因此，电磁兼容是至关重要的问题。按规定的电磁兼容标准进行电磁兼容设计是预防出现电磁干扰的一个基本要求。但电磁环境是千变万化的，要真正达到经济上和技术上的电磁兼容，保证一、二次设备运行的可靠性，必须根据具体情况，灵活运用各种技术和措施。下面是作者根据实际运行情况，并吸收兄弟单位的经验，介绍几种常

11、用的电磁兼容技术措施。 (一)屏蔽措施 (1)一次设备与自动化系统输入、输出的连接均采用带有金属外皮(屏蔽层)的控制电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦合和磁耦合都有显著的削弱作用。当屏蔽层一点接地时屏蔽层电压为零，可明显减少静电感应(电容耦合)电压；当两点接地时，干扰磁场在屏蔽层中感应电流，该电流产生的磁通与干扰磁通方向相反，互相抵消，因而显著降低磁场耦合感应电压。两端接地可将感应电压降到不接地时感应电压的1%以下； (2)二次设备内，综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层，这样可起电场屏蔽作用，防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统

12、的相应部件； (3)相箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干扰。由于干扰都是通过端子串入的，当高频干扰到达端子时，通过电容对地短路，避免了高频干扰进入自动化系统内部； (4)变电站综合自动化系统的机柜和机箱所采用的铁质材料，本身也是一种屏蔽。 (二)减少强电回路的感应耦合为了减少变电站综合自动化系统以外由一次设备带来的感应耦合，可采用以下方法： (1)控制电缆尽可能离开高压母线和暂态电流的入地点，并尽可能减少平行长度。高压母线往往是强烈的干扰源，因此，增加控制电缆和高压母线间的距离，是减少电磁耦合的有效措施。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器、耦合电容器等是高频暂态

13、电流的人地点。控制电缆要尽可能离开它们，以便减少感应耦合； (2)电流互感器回路的A、B、C相线和中性线应在同一根电缆内，避免出现环路； (3)电流和电压互感器的二次交流回路电缆，从高压设备引出至监控和保护安装处时，应尽量靠近接地体，减少进入这些回路的高频瞬变漏磁通。 (三)接地和减少共阻抗耦合接地是变电站一、二次设备电磁兼容的重要措施之一，也是变电站综合自动化系统抑制干扰的主要方法。在变电站设计和施工时过程中，如果能把接地和屏蔽很好地结合起来，则可以解决大部分干扰问题。 (1)综合自动化系统的地线种类在变电站综合自动化系统中，大致有如下5种接地线： 1)微机电源地线和数字地线(即逻辑地)，这

14、种地是微机直流电源和逻辑开关网络和零电位； 2)模拟地线，这是A/D转换器和前置放大器或比较器的零电位； 3)信号地线，通常为传感器的接地线； 4)噪声地线，继电器、电动机等噪声接地线； 5)屏蔽地线，即壳接地。 (2)微机电源接地(0V)和数字接地的处理电磁干扰可能进入综合自动化系统弱电部分的主要途径是通过微机电源。因为电源与干扰源的联系比较紧密，同时电源线直接连接至各部分，包括CPU部分，因此来自电源的干扰很容易引起死机。对于处理微机电源的地线问题，一般采用浮地和共地、一点共地和多点共地等几种接线方式： 1)微机电源采用浮地的方法。微机电源地和数字地采用浮动地方法是指微机电源的零线不与机壳

15、相连。这种方法必须尽量减少电源线同机壳之间的分布电容； 2)微机电源地与机壳共地。电源地与机壳共地存在的主要问题是：电源零线与机壳接地线间总有一定的阻抗，很难避免浪涌电流流过电源线对微机系统造成干扰的情况，而且这种干扰容易造成微机系统工作紊乱，甚至死机； 3)一点接地和多点接地的问题。对微机电源地或数字地的接地方式，一般认为：高频电路(10MHz以上)宜采用多点接地；而低频电路(1MHz以下)常采用一点接地。因为在低频电路中，布线和元件的电感并不是什么大的问题，但是接地电路若形成环路，则对干扰影响大，采用一点接地，对避免地线形成环流有利，变电站综合自动化系统属低频系统，应尽量采用一点接地，变电

16、站综合自动化系统中的各个子系统都由多块插件组成，各插件板之间应遵循一点接地的原则。 (3)数字地和模拟地的处理由于A/D转换器的数字地通常和电源地是共地连接，实践证明：数字地上电平的跳跃会造成很大的尖峰干扰，会影响A/D转换器的模拟地电子的波动，影响转换结果的精度。为了解决此问题，对数字地和模拟地间的关系有如下处理方式： 1)数字地和模拟地共地； 2)模拟地浮空的接线方式。其特点是将模拟地和信号地连在一起然后浮空，不与数字地连在一起；3)模拟地和数字地通过一对反相二极管相连接，这种接线方式使模拟地和数字地有所隔离，而又保证了模拟地对数字地的电位漂移被二极管所箝制，其连接方法如图3所示，这种连接

17、方式对保证A/D转换精度比插件较为有利。 以上介绍了三种模拟地的处理方法，至于采用哪一种方式最佳，要结合系统的实际情况，通过反复调试、试验最终确定。 (4)噪声地的处理对于继电器或电动机等回路的噪声地采用独立接地的方式，不要与模拟地和数字地合接在一起。以上介绍了变电站综合自动化系统的几种接地方式，在实际应用中，并不是简单地采用某一种接地方式即可消除电磁干扰，而往往是根据地线的分流的原则，综合运用上述几种接地方式。地线分流的原则是：强、弱信号分开；信号、噪声分开；连线则是模、数分开。 (四)隔离措施采取良好的隔离和接地措施，可以减小干扰传导侵入。在变电站综合自动化系统中行之有效的隔离措施有以下几

18、种。 (1)模拟量的隔离变电站的监控系统、微机保护装置以及其他自动装置所采集的模拟量，大多数都来自一次系统的电压互感器和电流互感器，它们均处于强电回路中，不能直接输入至自动化系统，必须经过设置在自动化系统各种交流输入回路中的隔离变压器(常称小电压互感器TV和小电流互感器TA)隔离，这些隔离变压器一、二次之间必须有屏蔽层，而且屏蔽层必须可靠接地，才能起到比较好的屏蔽效果。 (2)开关量输入、输出的隔离变电站综合自动化系统开关量的输入，主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分头位置等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔离开关和主变压器分接开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，如果

19、与自动化系统直接相连，必然会引入较强的电磁干扰。因此，要通过光电耦合器隔离或继电器触点隔离，这样会取得比较好的效果。 (3)其他隔离措施二次回路布线时，应考虑隔离，减少互感耦合，避免干扰由互感耦合侵入。 1)强、弱信号电缆的隔离，强、弱信号不应使用同一根电缆；信号电缆应尽可能避开电力电缆；尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少其平行长度； 2)二次设备配线时，应注意避免各回路的相互感应； 3)印刷电路板上的布线要注意避免互相感应。 (五)滤波滤波是抑制自动化系统模拟量输入通道传导干扰的主要手段之一。模拟量输入通道受到的干扰(也称常态干扰)和共模干扰(也称共态干扰)两种。对于串人信号回路的差模干扰

20、，采用滤波的方法可以有效地滤波。因此，各模拟量输入回路都需要先经过一个滤波器，以防止频率混迭。滤波器能很好地吸收差模浪涌。如果差模干扰信号Unm的频率比被测信号Us的频率高，则采用低通滤波器来抑制高频差模干扰；若Unm的频率比Us的频率低，则采用高通滤波器；若干扰信号Unm的频率落在Us频率的两侧，则采用带通滤波器。 (六)计算机供电电源的抗干扰措施变电站综合自动化系统中，微机电源的供电系统大致分两类：大多数微机保护子系统或自动装置等均采用直流220V供电，其电源取自站内直流屏；大多数综合自动化系统的监控机或管理机或其他用途的微机系统，其供电电源常采用交流220V，一般取自站用变压器，这种情况

21、下，电网的冲击，电压和频率的波动都将直接影响到微机系统运行的可靠性和稳定性，甚至由于电网的冲击，会造成死机，而电源线是计算机的重要干扰途径。因此，对计算机交流供电系统采取必要的抗干扰措施是至关重要的，下述重点介绍交流供电系统的抗干扰措施。 (1)采用隔离变压器隔离在微机电源的输入侧，安装隔离变压器，由隔离变压器的输出端直接向计算机供电，这是很有效的抗干扰措施。隔离变压器的变比可取1：l，在一次和二次，采用双屏蔽技术，一次屏蔽层(用漆包线或铜线等非导磁材料绕一层，但电气上不能短路)接中线，以隔离来自电网或站用变的干扰；二次屏蔽层与微机或机柜共地。 (2)采用电源滤波器电网中常有高频干扰，在计算机

22、电源的输入侧安装电源滤波器，可以滤去交流电源输人的高频干扰和电源高次谐波。目前市面上有专卖的电源滤波器可以选用，它实质上是由R、L、C元器件组成。安装电源滤波器时需注意：滤波器的输入、输出端引线必须分开走线；滤波器安装在机柜内，其接地线要用粗线与机箱(或机柜)的保护接地相连。 (3)采用不问断电源UPS 通过UPS电源向微机系统供电，可有效地抑制电网低频常态干扰。选用UPS电源时，要注意选用在线式，输出为正弦波的，这样，当供电电源突然掉电时，UPS可直接向微机供电，从而保证计算机的安全连续运行。 (4)采用氧化锌压敏电阻氧化锌压敏电阻安装在交流电源输入端，其作用是吸收交流供电网络的过电压。电压的选择可由下式计算Ur=(22.5)Uac式中，Uac为交流电压的有效值。通流容量是按过电压能量来确定的。即：压敏电阻通流容量线路过电压能量。上述几种电源的抗干扰措施是实用而且有效的方法，但并不是几种方法都要同时采用，可根据实际情况(如计算机所承担任务的重要性情况和供电电源的干扰环境)选用其中一、二种措施。对于一些不具备采用UPS电源的则由电源母线单独引出，其线径按计算机额定电流的5倍考虑。但不论最终选用何种方法，都要以保证计算机能长期可靠连续运行为前提