沪通铁路站后工程电磁兼容的探讨

刘梦鸣 沪通铁路建设筹备组

电磁兼容 (EMC)是指电器系统在所处的电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何其它事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

在高强度电器设备集中的铁路系统中，由于其电牵引引起的电弧频率较高而产生较大的电磁干扰。故沿线铁路系统中的数字式电器设备的抗干扰能力要求要比普通工业电器设备高。

1 沪通铁路电磁兼容的主要因素

沪通铁路电磁兼容主要有两方面的干扰因素：电磁骚扰源、传输途径。

1.1 电磁骚扰源可能是电磁噪声和无用信号

电磁噪声是不带任何信息的电磁现象，主要在电压或电流发生急剧变化时产生，例如雷电、静电放电、电弧；电气设备中电感负载切断时产生的瞬变脉冲噪声；接通负载时的冲击电流及开关触点的抖动产生的脉冲噪声等。

无用信号是指一些功能性信号，例如无线广播、电视、雷达等，本身是有用信号，但干扰了铁路电气设备的正常工作，所以对敏感设备而言是无用信号。

电磁骚扰源是客观存在的，只有在影响了敏感设备的正常工作时才构成"干扰"，也就是人们通俗所说的电磁干扰。

1.2 骚扰的传输途径

骚扰的传输途径有两条，通过空间辐射和通过导线传导。骚扰通过导线传输时主要通过共阻抗耦合和地环路耦合方式产生干扰。当设备或元器件公用电源线和地线时，设备或元器件之间就会通过公共阻抗产生相互干扰。电源线和地线本身的电阻很低，但由于包含分布电感，所以在高频时其阻抗不能忽略。高频骚扰电流会在公共阻抗上产生相当可观的骚扰电压叠加到其他电路上。当两个设备相互间有信号连接 ，同时又各自在不同地点接地，或如果两个接地点之间存在地电位差，就会产生地环路干扰。

骚扰通过空间传播时，产生干扰的形式分为近场耦合和远场辐射两种。如果敏感电路离骚扰源的距离＜λ/2π(λ为骚扰源最高频率的波长)则为近场耦合，骚扰源通过电场和磁场对敏感电路产生干扰。一般设备内部各部分电路之间的相互干扰常用近场耦合方式处理。如果敏感电路离骚扰源的距离＞λ/2π，骚扰电磁波或穿过敏感设备外壳干扰其内部电路，或在敏感设备的外部连接线上感应干扰电流，通过导线传人设备内部。一般设备或系统之间的干扰属于远场辐射干扰。

2 沪通铁路电磁兼容总体要求和管理计划

2.1 总体要求

在本系统工程项下，必须保证：

(1)设备供应商提供的所有电气和电子设备的设计和制造确保在沪通铁路的电磁环境的运用中，无质量和性能的退化或功能的损失。

(2)设备供应商的设备运行所在的环境选择采用的EMC符合等级，并向业主提供一个经济有效的最佳EMC方案。

(3)设计单位须确保各子系统所产生的任何电磁干扰对环境的影响不能超过技术规格的详细规定，同时设备的运行也不受其电磁环境的影响。

(4)工程承包单位所提供的系统须与环境及其周围的部件、子系统、系统等实现电磁兼容。

(5)工程承包商保证采取必要的措施，确保所有运输系统、军事设施、高压传输和分配设备、电视和无线电广播设备、无线电通讯设备以及公众携带的电气设备或系统的电磁辐射既不干扰沪通铁路站后系统，又不受沪通铁路各子系统电磁环境的干扰。这些电磁干扰包括：传导（包括瞬时干扰）、辐射、电容耦合、电感耦合和静电干扰。

(6)工程承包商须通过严密的测试，以证实其系统不会干扰到现有邻近电气网络的正常操作，也不会受邻近电气网络现有设备的干扰。

2.2 电磁兼容管理计划

本工程的EMC质量管理目标就是减少由于所交付系统而产生的现场电磁兼容性潜在问题，包括对由其他方安装的设备的系统干扰。主要通过在设计、施工阶段充分考虑电磁兼容性达到此目标。

电磁兼容性质量管理任务尽可能地与正常接口管理、设计、采购、设备整合和验证生效融合，以便在合适的时间提供适当的考虑，减少不必要的工作。对于任何工程设计参数，通过与其他所需性能和成本效益比较，在采取有关的折衷方案时，首先要在设计阶段考虑电磁兼容性。

在电磁兼容性方面，下列各项措施将用于沪通站后所有电器项目：

(1)应根据设备位置、设备用途和试验中的设备端口类型，确定EMC性能的严格程度和所需的试验，采用EMC要求。

(2)承包商的系统/设备附近的其他系统/设备的发射和抑制，将由业主按照相应的EMC标准加以控制，以确保它们的发射和抑制符合其用途和位置。

(3)如果没有更可行的备择方案，业主不反对提供发射等级高些而抑制等级低些的OEM设备，并且要严格地证实这样将不会导致降低设备的安全性、可靠性或者设备在其设计用途和使用位置方面的可利用率。如果这样需要采用减少的操作规程，应由承包商编制这些规程，并由业主审查同意。

从设计到单机测试以及设备安装与系统运行整个过程要严格地按该电磁兼容管理计划执行。该计划主要包括产品或系统EMC分析，制定EMC设计技术指标、设计方法、标准、实施计划与测试方法等。具体包括如下几个部分：

◆所提供的主要子系统涉及电磁兼容的描述；

◆所有电磁兼容控制原理和电磁兼容设计程序的描述；

◆初步电磁干扰的隐患分析；

◆列出所采用的电磁兼容标准；

◆工程各阶段为示范和保证电磁兼容性能所执行的活动与任务；

◆列出须提交给业主的设计文件以证明设计满足了技术规格；

◆列出将要执行的测试以演示遵守了技术规格；

◆简述将要采用的与电磁兼容相关的设计与安装指导；

◆电磁兼容测试计划简述；

◆简述保证系统电磁兼容的维护要求。

3 沪通铁路站后工程电磁兼容控制技术

3.1 屏蔽技术

采用机箱、屏闭罩等屏蔽和设备内部某些元器件的屏蔽用于切断骚扰通过空间传播的途径。设备采用金属机箱或在塑料机箱内喷涂一层金属作为屏蔽层。但实际上机箱上总是存在各式各样的孔和缝隙，例如通风孔、进出线孔、面板器件安装孔、机箱各板的连接缝隙、机箱盖和箱体之间的缝隙等。这些孔、缝都可能造成电磁波的严重泄漏，因此在设计中要遵循下面的经验公式：

设备机箱孔缝直径d<λ<2；

屏蔽效能可达20 dB以上。

为提高机箱的屏蔽效能，在接缝处可使用导电衬垫，通风窗可使用波导管，显示屏可使用屏蔽玻璃。

3.2 滤波技术

用于切断沿导线传播的传导骚扰。电源线、信号线和控制线端口采用低通滤波器来滤除频率较高的共模骚扰（线--地间骚扰）和差模骚扰（线--线间的骚扰）。滤波器的安装很关键，直接影响到滤波性能。滤波器应该安装在机箱入口处，金属外壳和屏蔽机箱紧密搭接，搭接面积越大越好，以保证良好的低阻抗接地通道。同时滤波器的输入输出线要最大限度地相互隔离，不能靠近和平行走线。

3.3 接地技术

接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止共地线干扰，每个设备中可能有多种接地线，但概括起来可以分成三类：以安全为目的的保护地线，通常与金属机架机壳相连接；为设备中各个电路提供稳定的零基准电位的工作地线；为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接地，相应的地线称为屏蔽地线；各系统的联合接地。

3.4 隔离技术

隔离技术是切断地环路干扰的关键技术。在传输线上插入隔离变压器或光电耦合器，它们只能传输有用的差模信号，不能传输共模信号，从而切断了地环路。光电耦合器重量轻、体积小，响应速度快，又可传输直流和低频信号，因此，已广泛应用于数字信号的传输中。例如用于工业控制的计算机，其数字输入模块大多采用光电耦合器。

3.5 平衡传输

设备之间的信号传输如果能从不平衡方式改变成为平衡传输方式并与隔离技术结合，将可以进一步抑制地环路干扰。具体作法可以是传输线中的两条线都不接地、对地平衡、发送端和接收端都采用平衡差分电路。这样，两条线上的共模电流对地是平衡的，因此在负载端不能转变成差模电流而干扰设备的正常工作。

4 结束语

研究电磁兼容(EMC)的目是控制和消除电磁干扰，使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时，不会引起设备或系统任何部分的工作性能恶化或降低。因此电磁兼容须在工程项目设计、施工、设备制造的工程中进行综合考虑，这样可以达到事半功倍的效果。