煤矿井下电子设备电磁干扰的预防

摘要：煤矿井下的电子设备会受到电磁干扰的严重影响，为了使煤矿井下的电子设备能够发挥正常的作用，避免发生安全事故，必须采取有效的措施来预防煤矿井下电子设备的电磁干扰。文章对电磁干扰的来源和传播途径进行了介绍，并以此为基础提出了煤矿井下电子设备的电磁干扰预防措施。

关键词：煤矿；井下电子设备；电磁干扰；电磁场干扰；电感性干扰；电容性干扰 文献标识码：A

中图分类号：TD61 文章编号：1009-2374（2015）31-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.082

在我国煤矿生产的各个领域都已经广泛地应用到了现代电子设备，例如煤矿井下瓦斯多点智能监测系统、洗煤厂的电磁筛、井下生产监控系统等，这些设备都会受到电磁干扰的影响。在煤矿井下广泛地用电子设备，会增加周围空间的电磁场电频，严重影响煤矿井下的电磁环境，因此必须采取有效的措施来预防煤矿井下电子设备受到电磁干扰的影响。

1 煤矿井下电磁干扰的来源

1.1 电磁的兼容性

在频谱资源、时间和空间有限的情况下，各电子系统和设备能够互不干扰的状态称之为电磁兼容性。要对电子产品的质量进行衡量，电磁兼容性是一个重要的指标。要通过电磁兼容性来消除和控制电磁干扰，使电子系统和设备在一起工作时不会降低和恶化任何部分的工作性能。

1.2 电磁干扰的来源

电磁干扰的形式包括电磁场干扰、电感性（磁场）干扰、电容性（电场）干扰，必须详细了解电磁干扰的来源。煤矿井下的电磁干扰主要有两方面的来源，外部干扰源带来的干扰是其中一种。设备外部的电源和线路会对设备造成电磁干扰，表现在以下五个方面：第一，电力机车的接触网造成的电磁干扰。电力车的轨道钢轨是接触网的地线，其直接与巷道中的岩石接触。这也造成了岩层中流入了大量的杂散电流，形成交变分量的电磁干扰。这一类型的电磁干扰不仅具有电力电缆电磁干扰的特性，而且还具有随机脉冲特性。第二，煤矿井下电力电缆带来的干扰。由于在电力电缆中突然接入了大功率的设备，造成了电压的波动，从而形成高次分量的频谱，形成电磁干扰，这一类型的电子干扰具有起伏性、周期性和脉冲的特点。第三，环境温度造成的电磁干扰。设备内部的一些元件对温度比较敏感，温度的变化会使其参数发生改变，进而对其他原因造成干扰。第四，变频装置和外部大功率设备造成的电磁耦合效应产生的电磁干扰。第五，外部电源漏电造成的电磁干扰。

2 电磁干扰的传播形式

2.1 直接传导

通过导线能够将电磁干扰从干扰源传递给电子设备。在煤矿井下如果电子设备和干扰源具有电气联系或者共用一个电源，就会出现直接传导。

2.2 辐射传播

当电磁干扰源具有较高的频率时，而被干扰的电子设备与电磁干扰的波长相比较大时，或者干扰对象和电磁干扰源之间的距离r≥λ/2π，就会以干扰源为辐射场向外辐射电磁。这样一来，电子设备中的敏感元件就会受到电磁波的能量。一些具有天线效应的控制线和输电线路能够接收空间中的电磁辐射能，一旦超过了电子设备的电磁兼容性，就会影响电子设备的工作。

2.3 感应耦合

当电磁干扰源较低的频率时，而且被干扰的电子设备的几何尺寸与电磁干扰波长相比相对较小，或者被干扰设备与电磁干扰源之间的距离r≤λ/2π，就可以将电磁干扰源视为感应场或者似稳场。此时其对电子设备的影响主要是通过电子感应的方式来传播电子干扰，包括电感性耦合、电容性耦合和共阻抗耦合等。与辐射传播不同的是，能量通过感应耦合的方式传输时，随着传输距离越来越远，能量也会加速衰减。与此同时，感应耦合的传播方式具有很强的方向性。

3 煤矿井下电子设备电磁干扰的预防措施

3.1 控制干扰源

3.1.1 在电路设计时对干扰源进行控制。以开关电源为例，电源能够产生强大的电磁干扰，其原因在于切换放过性质的电压电流还出现了较大的谐波电流和电压。这就需要保障开关电源的可靠性和稳定性，做好开关电源的电路设计工作，尽可能地削弱或抑制电磁干扰的产生。要尽量避免90°折线的电路布线，并且使用负反馈电路。要对模拟电路PCB布线和数字电路进行正确的分区，特别是提高对相邻线之间的信号的信距和间距的重视，以避免出现串扰的现象。要使用小电流电路与大电流电路的单点接地，从而减小共组干扰。与此同时，还可以将输出整流回路包围的面积减小。

3.1.2 控制电磁干扰源传播的能量。可以通过超导线圈耦合电容或者降低干扰源的电压来降低干扰信号的电压，从而实现控制电磁干扰源传播的能量。与此同时，也可以使用分流的方法对其进行控制，例如分散场分布降低强场、使用加接分流回线的布置来削弱回路面积较大、线路引线较长的耦合干扰。

3.2 控制电磁干扰的传播途径

3.2.1 滤波。通过滤波能够限制干扰信号，使有用信号能够顺利通过，对电子设备进行保护。滤波能够有效地消除干扰耦合、抑制干扰源。例如将滤波器安装在直流电源的输出端，就可以将脉冲频率中极高的部分吸收掉。

按照原理可以将滤波器分为吸收式和反射式两类，吸收式滤波器在煤矿井下用的比较广泛，其主要组成部分是铁氧体材料制成的有耗器件，能够吸收阻带内的噪音，消除电磁干扰。

3.2.2 屏蔽。屏蔽主要是用来应对辐射耦合感应的电磁干扰，能够将辐射来的电磁波切断，隔离屏蔽体内外的“场”。如果被干扰设备和干扰源之间的距离≤λ/2π则为近场，反之则为远场。电磁干扰主要集中在远场，要选择良好的金属导体作为屏蔽材料，选择导磁性较好的材料作为屏蔽低频磁场的材料，选择较薄的良导体作为屏蔽高频磁场的材料。如果需要同时对磁场和电场进行屏蔽，就要选择对较小的良导体材料。要以材料吸收电磁波的性能为依据，选择合适的屏蔽材料

厚度。

要保障屏蔽外壳的完整性最好能够使用防爆外壳。然而煤矿井下使用的防爆外壳具有一定的孔缝，降低了屏蔽的效果。为了减小泄漏，可以在孔缝中加入金属丝网或导电衬垫。

3.2.3 接地。接地指的是地下或者接入作为参考的电路的某一点，因此称为悬浮地。常见的接地形式有混合接地、多点接地和单点接地，被接地的对象主要是机壳接地、功率接地和弱信号接地。单点接地适用于低频电路，高频电路则应该使用多点接地或者扩大地下面积，尽量使用粗短的引线并且就近接地。

3.3 增强电子设备的抗干扰性能

电子设备的抗干扰能力能够通过屏蔽、接地等方式得到提升，与此同时也可以使用光电耦合实现分离，从而增强电子设备的抗干扰性。在进行电子设备的电路设计时要考虑到电子设备干扰性的问题。

4 结语

在煤矿生产中，要运用到大量的电子设备，这就难免会产生电磁干扰。电磁波干扰会影响电子设备的正常运转，从而严重影响了煤矿井下施工的安全。因此必须采取有效的措施来预防煤矿井下电子设备的电磁干扰，保障煤矿井下电子设备的正常运行。

参考文献

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作者简介：杨嘉如（1985-），男，江苏常州人，中煤科工集团常州自动化研究院工程师，研究方向：矿用通信监控产品的检测检验。

（责任编辑：蒋建华）endprint