滬通鐵路站后工程電磁兼容的探討

劉夢鳴 滬通鐵路建設籌備組

電磁兼容 (EMC)是指電器系統在所處的電磁環境中能正常工作，且不對該環境中任何其它事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

在高強度電器設備集中的鐵路系統中，由于其電牽引引起的電弧頻率較高而產生較大的電磁干擾。故沿線鐵路系統中的數字式電器設備的抗干擾能力要求要比普通工業電器設備高。

1 滬通鐵路電磁兼容的主要因素

滬通鐵路電磁兼容主要有兩方面的干擾因素：電磁騷擾源、傳輸途徑。

1.1 電磁騷擾源可能是電磁噪聲和無用信號

電磁噪聲是不帶任何信息的電磁現象，主要在電壓或電流發生急劇變化時產生，例如雷電、靜電放電、電??；電氣設備中電感負載切斷時產生的瞬變脈沖噪聲；接通負載時的沖擊電流及開關觸點的抖動產生的脈沖噪聲等。

無用信號是指一些功能性信號，例如無線廣播、電視、雷達等，本身是有用信號，但干擾了鐵路電氣設備的正常工作，所以對敏感設備而言是無用信號。

電磁騷擾源是客觀存在的，只有在影響了敏感設備的正常工作時才構成"干擾"，也就是人們通俗所說的電磁干擾。

1.2 騷擾的傳輸途徑

騷擾的傳輸途徑有兩條，通過空間輻射和通過導線傳導。騷擾通過導線傳輸時主要通過共阻抗耦合和地環路耦合方式產生干擾。當設備或元器件公用電源線和地線時，設備或元器件之間就會通過公共阻抗產生相互干擾。電源線和地線本身的電阻很低，但由于包含分布電感，所以在高頻時其阻抗不能忽略。高頻騷擾電流會在公共阻抗上產生相當可觀的騷擾電壓疊加到其他電路上。當兩個設備相互間有信號連接 ，同時又各自在不同地點接地，或如果兩個接地點之間存在地電位差，就會產生地環路干擾。

騷擾通過空間傳播時，產生干擾的形式分為近場耦合和遠場輻射兩種。如果敏感電路離騷擾源的距離＜λ/2π(λ為騷擾源最高頻率的波長)則為近場耦合，騷擾源通過電場和磁場對敏感電路產生干擾。一般設備內部各部分電路之間的相互干擾常用近場耦合方式處理。如果敏感電路離騷擾源的距離＞λ/2π，騷擾電磁波或穿過敏感設備外殼干擾其內部電路，或在敏感設備的外部連接線上感應干擾電流，通過導線傳人設備內部。一般設備或系統之間的干擾屬于遠場輻射干擾。

2 滬通鐵路電磁兼容總體要求和管理計劃

2.1 總體要求

在本系統工程項下，必須保證：

(1)設備供應商提供的所有電氣和電子設備的設計和制造確保在滬通鐵路的電磁環境的運用中，無質量和性能的退化或功能的損失。

(2)設備供應商的設備運行所在的環境選擇采用的EMC符合等級，并向業主提供一個經濟有效的最佳EMC方案。

(3)設計單位須確保各子系統所產生的任何電磁干擾對環境的影響不能超過技術規格的詳細規定，同時設備的運行也不受其電磁環境的影響。

(4)工程承包單位所提供的系統須與環境及其周圍的部件、子系統、系統等實現電磁兼容。

(5)工程承包商保證采取必要的措施，確保所有運輸系統、軍事設施、高壓傳輸和分配設備、電視和無線電廣播設備、無線電通訊設備以及公眾攜帶的電氣設備或系統的電磁輻射既不干擾滬通鐵路站后系統，又不受滬通鐵路各子系統電磁環境的干擾。這些電磁干擾包括：傳導（包括瞬時干擾）、輻射、電容耦合、電感耦合和靜電干擾。

(6)工程承包商須通過嚴密的測試，以證實其系統不會干擾到現有鄰近電氣網絡的正常操作，也不會受鄰近電氣網絡現有設備的干擾。

2.2 電磁兼容管理計劃

本工程的EMC質量管理目標就是減少由于所交付系統而產生的現場電磁兼容性潛在問題，包括對由其他方安裝的設備的系統干擾。主要通過在設計、施工階段充分考慮電磁兼容性達到此目標。

電磁兼容性質量管理任務盡可能地與正常接口管理、設計、采購、設備整合和驗證生效融合，以便在合適的時間提供適當的考慮，減少不必要的工作。對于任何工程設計參數，通過與其他所需性能和成本效益比較，在采取有關的折衷方案時，首先要在設計階段考慮電磁兼容性。

在電磁兼容性方面，下列各項措施將用于滬通站后所有電器項目：

(1)應根據設備位置、設備用途和試驗中的設備端口類型，確定EMC性能的嚴格程度和所需的試驗，采用EMC要求。

(2)承包商的系統/設備附近的其他系統/設備的發射和抑制，將由業主按照相應的EMC標準加以控制，以確保它們的發射和抑制符合其用途和位置。

(3)如果沒有更可行的備擇方案，業主不反對提供發射等級高些而抑制等級低些的OEM設備，并且要嚴格地證實這樣將不會導致降低設備的安全性、可靠性或者設備在其設計用途和使用位置方面的可利用率。如果這樣需要采用減少的操作規程，應由承包商編制這些規程，并由業主審查同意。

從設計到單機測試以及設備安裝與系統運行整個過程要嚴格地按該電磁兼容管理計劃執行。該計劃主要包括產品或系統EMC分析，制定EMC設計技術指標、設計方法、標準、實施計劃與測試方法等。具體包括如下幾個部分：

◆所提供的主要子系統涉及電磁兼容的描述；

◆所有電磁兼容控制原理和電磁兼容設計程序的描述；

◆初步電磁干擾的隱患分析；

◆列出所采用的電磁兼容標準；

◆工程各階段為示范和保證電磁兼容性能所執行的活動與任務；

◆列出須提交給業主的設計文件以證明設計滿足了技術規格；

◆列出將要執行的測試以演示遵守了技術規格；

◆簡述將要采用的與電磁兼容相關的設計與安裝指導；

◆電磁兼容測試計劃簡述；

◆簡述保證系統電磁兼容的維護要求。

3 滬通鐵路站后工程電磁兼容控制技術

3.1 屏蔽技術

采用機箱、屏閉罩等屏蔽和設備內部某些元器件的屏蔽用于切斷騷擾通過空間傳播的途徑。設備采用金屬機箱或在塑料機箱內噴涂一層金屬作為屏蔽層。但實際上機箱上總是存在各式各樣的孔和縫隙，例如通風孔、進出線孔、面板器件安裝孔、機箱各板的連接縫隙、機箱蓋和箱體之間的縫隙等。這些孔、縫都可能造成電磁波的嚴重泄漏，因此在設計中要遵循下面的經驗公式：

設備機箱孔縫直徑d<λ<2；

屏蔽效能可達20 dB以上。

為提高機箱的屏蔽效能，在接縫處可使用導電襯墊，通風窗可使用波導管，顯示屏可使用屏蔽玻璃。

3.2 濾波技術

用于切斷沿導線傳播的傳導騷擾。電源線、信號線和控制線端口采用低通濾波器來濾除頻率較高的共模騷擾（線--地間騷擾）和差模騷擾（線--線間的騷擾）。濾波器的安裝很關鍵，直接影響到濾波性能。濾波器應該安裝在機箱入口處，金屬外殼和屏蔽機箱緊密搭接，搭接面積越大越好，以保證良好的低阻抗接地通道。同時濾波器的輸入輸出線要最大限度地相互隔離，不能靠近和平行走線。

3.3 接地技術

接地可以理解為一個等電位點或等電位面，是電路或系統的基準電位，但不一定為大地電位。為了防止共地線干擾，每個設備中可能有多種接地線，但概括起來可以分成三類：以安全為目的的保護地線，通常與金屬機架機殼相連接；為設備中各個電路提供穩定的零基準電位的工作地線；為了抑制噪聲，電纜、變壓器等的屏蔽層需接地，相應的地線稱為屏蔽地線；各系統的聯合接地。

3.4 隔離技術

隔離技術是切斷地環路干擾的關鍵技術。在傳輸線上插入隔離變壓器或光電耦合器，它們只能傳輸有用的差模信號，不能傳輸共模信號，從而切斷了地環路。光電耦合器重量輕、體積小，響應速度快，又可傳輸直流和低頻信號，因此，已廣泛應用于數字信號的傳輸中。例如用于工業控制的計算機，其數字輸入模塊大多采用光電耦合器。

3.5 平衡傳輸

設備之間的信號傳輸如果能從不平衡方式改變成為平衡傳輸方式并與隔離技術結合，將可以進一步抑制地環路干擾。具體作法可以是傳輸線中的兩條線都不接地、對地平衡、發送端和接收端都采用平衡差分電路。這樣，兩條線上的共模電流對地是平衡的，因此在負載端不能轉變成差模電流而干擾設備的正常工作。

4 結束語

研究電磁兼容(EMC)的目是控制和消除電磁干擾，使電子設備或系統與其它設備聯系在一起工作時，不會引起設備或系統任何部分的工作性能惡化或降低。因此電磁兼容須在工程項目設計、施工、設備制造的工程中進行綜合考慮，這樣可以達到事半功倍的效果。