电磁干扰的预防措施

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  电磁干扰的预防措施

   电磁兼容是一个比较热门的社会话题，继电保护装置抗电磁干扰能力的提高，更是我们全行业非常关注的目标。许多前辈和同行已作了大量的工作，制定了相关的标准和试验方法。在抗电磁干扰方面，也有许多专著和文章，见著于众多的书刊之上。他们从理论到实践提出了许多提高产品抗电磁干扰能力的真知灼见，一些厂家通过自己的努力，已经做出了许多抗干扰能力很强的产品。根据电力系统的运行环境和继电保护装置发展的实际情况，这次行业抽查，将四项抗电磁干扰检验列为检测项目，其中静电放电干扰、‘快速瞬变干扰和辐射电磁场干扰是首次作为行检项目。通过检验，发现我们的一些产品不能满足上述电磁干扰的检验要求，有些产品对电磁干扰还非常敏感，拒动、误动、死机、改变定值等现象都有发生。因此，电磁干扰仍应该引起我们足够的重视。全行业继电保护装置抗电磁干扰能力的提高，仍然任重道远，还需我们艰苦努力。以下是根据在电磁干扰中的试验情况，针对上述电磁干扰，我们应该采取的一些措施和方法，供大家参考，不当之处请批评指正。
  一、抗静电放电干扰
   静电放电干扰试验，主要是模拟人体带静电以后，操作继电保护装置时，将产生静电放电现象，对保护装置造成影响和破坏，其防护措施简述如下：
   1、面板上尽量不放置或少放置开关、拨盘、防护较差的信号灯、按钮等。面板上的液晶显示屏一定要有较好的软、硬件防护措施。这些器件都有可能将静电放电干扰引入到装置内部，引起装置内部电路元器件的失效和损坏。面板上如必须放置这些器件一定要注意两点：a．面板和器件都要可靠接地，使静电放电电流有一个良好的接地通道n(注意，如果装置脆弱的话，静电放电过程中放电火花产生的高频辐射干扰，仍有可能引起装置的混乱和误动) b．器件内部电路与金属外壳的电气间隙要足够大。使高压静电不至于由于间隙过小产生击穿现象，进入器件的内部电路。
  2、装置采用整体式金属面板，比插件式金属面板要好。整体面板，容易可靠接地(有许多厂家采用了整体金届面板，但没有设计专门的接地线，仅仅依靠金属面板的固定螺钉或面板与机箱的金属铰链实现接地,这样很不可靠，很容易在静电放电干扰过程中出问题，希望各个厂家能够引起注意)，金属面板上要有专门的接地螺钉或其它措施通过专用接地线实现可靠接地。插件式面板、接地困难，常常只能够靠面板背面与机箱框架的接触实现接地连结，面板上喷漆的漆膜或铝型材的氧化膜都不导电，且很难清除。无法保证面板与金属机箱框架之间形成良好的电接触。如果通过插件印制板布排专门的面板接地线，往往是得不偿失，很可能把静电放电过程中产生的高电压大电流直接引入到印制板上一一形成“干扰地线”，使装置抗静电放电干扰的能力更加脆弱。同时该地线还有可能对一些导电回路的绝缘性能带来不利的影响o
  3、对整体面板最好能实行整体面膜覆盖。对整体面板实行面膜覆盖，可将面板上的显示器、信号灯、按键等等都保护起采，只要面膜的强度足够高(一般的绝缘面膜都能满足要求)，当把静电高压施加到面膜上时，根本就没有放电现象发生，也就不会有静电放电干扰了。
二、快速瞬变干扰的防护
   快速瞬变干扰脉冲的主要特点是幅值高，前沿陡，脉冲尖，重复率高。干扰脉冲的前沿特别陡，只有5个纳秒，半峰宽度只有50纳秒，其频谱分布非常宽，理论计算达70MHz(要用200MHz以上的示波器才能很好的观测)。且脉冲的幅值很高，国家标准规定3级为2KV，4级为4KVo对频谱这样宽幅值又很高的干扰进行抑制并非易事，在我们这次抽查检验中，四项干扰试验，不能满足快速瞬变干扰要求的最多，这个结果与我们平时的试验结果也是一致的。可见这是一个普遍而又不轻松的难题。
   由于快速瞬变脉冲的特点，其干扰传播方式虽以传导为主，但由于其频谱带宽所致利用分布电容锅台也是其重要传播方式之一，另外也有一部分通过空间辐射进行干扰，这就要求我们对装置进行全面考虑，整体防护。
   1、元器件选用：元器件选择的要求、方法很多，就继电保护装置而言，在满足功能要求的前提下，CPU最好选择自带队RAM、EPROM、E’PROM，不用扩展，使地址总线、数据数总线都不出芯片。CPU如不带 E’PROM，存放定值可选用I’C总线的E’PROM芯片，A/D转换最好选用模数隔离的芯片，或用V／F转换后用光耦进行隔离，CPU的 I／O口线都用要光电耦台器进行隔离，CPU回路要单独供电，并用DC／DC电源模块进行隔离。以保证外部进来的干扰与CPU回路最大限度的隔离o
  2、印制板和电路布局
   多层印制板的选用是抑制干扰的一个很好手段，其电源回路具有很大的板间电容，可抑制电源上的各种干扰脉冲，器件间的布线也更简洁、短少、方便，可大大减少各回路间的串扰耦合。
   如选用双面板进行布线，则更要对整个电路进行仔细推敲，精心布置，其主要原则是易引进干扰的器件和布线，一定要远离易受干扰的器件和布线，在电路中起隔离作用器件的进线和出线要分开。如光电耦合器的输入和输出的布线一定要尽可能的分开，继电器线圈和接点的布线也要远离，PT、CT的进出线更要严格分离。
   3、装置输入、输出回路的配线和布线
   继电保护装置的特点是有大量的输入、输出回路，如电源回路、电压回路、电流回路，开入回路、开出回路等，由于整屏布线时很难把他们一一分开，分别布置，它们常常都是捆扎在一起，由电缆通过各种沟、槽通道连到各个取样点或控制点，因此，通过分布电容的锅台，各个输入、输出回路，都可能会引入干扰。对这样的输入、输出线，在装置内部的布线一定要精心安排，进入装置后要尽快进入隔离器件，如 PT、CT、开关电源、光耦等，布线越短越好，不能与装置内插件间的连线捆扎在一起或混排交叉。对装置内一些必需的软引线也应采取措施，如各个回路采用单独紧密绞合——双绞线。正确的布线也是—种很有效的抗干扰措施，它能大大降低干扰，不需增加工．序和成本，却可收到满意的抗干扰效果，希望大家能够对此给予足够的关注。
   4、开关电源
   开关电源对电源回路的干扰有一定的隔离作用。但开关电源的进出线一定要分开布线，有的装置装有电源开关，并把电源开关布置在面板上，对这样的设计一定要小心安排，首先开关连线要取在电源滤波器(开关电源的内部滤波器)的后面即弓1向面板开关的线一定要相对“干净”一些，最好选用屏蔽线，其次，开关引线不能+5V、+-15V、+24V面板指示灯线捆扎或布排在一起，以减少输入／输出间的干扰耦合，
   许多开关电源中的输入回路、输出回路与接地线间都接有抗干扰电容，其中输出回路的对地电容有时可能会对装置的抗干扰效果带来不利的影响，因为接地线并非“纯净??，输入回路上的干扰信号会通过输入对地电容进入地线，再经过输出电容进入输出回路。从而引入干扰，必要时可拆除输出回路的对地电容，使内部电路与“地”彻底隔离，真正浮起来。
   5、滤波器的选用：
有的滤波器对快速瞬变干扰有明显的抑制作用，它是提高装置抗干扰水平最简单，最有效的方法之一。但是滤波器的最终效果与滤波器的选用和安装关系密切。一个好的滤波器很可能因为安装不当而起不到应有的作用。滤波器应直接安装在装置上，并按滤波器的使用要求进行安装布线，这样才能使滤波器发挥应有的作用，如只能将滤波器安装在屏架上，则需设计人员和安装人员认真安排，精心施工，滤波器的输入线和输出线一定要分开，输出线和其它可能产生干扰的回路一定要远离，输出线越短越好，防止在外暴露过长，重新接收或锅台干扰，滤波器的外壳要良好接地，以保证其滤波效果。另一方面，前面提到继电保护装置的特点是输入、输出回路特别多，常常捆扎在一起，任一回路防护不当都有可能使干扰窜入装置内部，所以在滤波器的选择上应选用有较多回路的组合滤波器对众多回路同时进行防护，也可通过试验只对一些敏感回路进行滤波防护。当然如能通过元器件的选用，印制板电路、元器件的布局，各个接地回路的安排处理，以及软件上的各种措施等，使装置的各个回路对干扰都不敏感。我们也就无需使用外挂滤波器，这是一个皆大欢喜的最好的结局。在这次抽查检验中就有一些这样的产品，可见，电磁干扰也并非十分神秘可怕，只要我们认真、细心，对电磁干扰的特性、传播方式和途径有所了解，在产品设计过程中对各种干扰给予充分考虑，我们还是能够通过各种技术手段对其进行衰减、分离、隔断，使装置最终不受或少受其影响。
三、辐射电磁场干扰的防护
辐射电磁场干扰的防护相对来说要轻松一些，特别是有金属外壳的微机型产品更容易通过，其防护要点就是屏蔽接地。只要静电放电和快速瞬变干扰能够通过，辐射电磁场干扰就很少出问题，如果静电放电和快速瞬变干扰不能通过，说明装置本身对电磁干扰十分敏感，常常在辐射电磁场干扰检验中也会有问题所以抗干扰设计的重点是抗速瞬变干扰和静电放电干扰。抗辐射电磁干扰所要做的就是选择金属机箱，保证机箱整体电气连结良好并可靠接地。装置面板上的开孔不能够太大。机箱上的散热孔应开成圆形小孔(圆孔比长孔屏蔽效果好)这样才能使机箱起到应有的屏蔽效果。
结束语
   电磁干扰的种类较多，传播方式、干扰途径不尽相同，对静态继电保护装置的可靠运行危害极大，应当引起我们足够的重视。虽然电磁干扰看不见，模不着，但还是有一定规律可循，我们应该在产品设计过程中，对装置的元器件、电路、印制板、机箱、配线等等的选用和设计都给予充分的考虑，在各个可能引入干扰的回路，设置各种滤波，隔离措施，对干扰信号进行有效的衰减、分离，直至减弱和消除其影响，
   在产品设计阶段同时进行综合的抗干扰设计，在相同的抗干扰水平下，可以做到成本最低，效果最好，可谓事半功倍，如有一些疏漏，补救起来也容易的多，如果在设计阶段没有进行抗干扰设计或对其考虑的很少，产品完成后发现问题时再进行补救，就困难的多，效果也很差。
电磁干扰的形式和种类很多，抗电磁干扰的方法和手段也很多。许多厂家通过实践有更多、更好的高招妙计，上面所谈都是在试验2户所遇到的一些常见措施和方法，会有许多不当之处，仅希望能够抛砖引玉，使大家能够把更多、更好的抗电磁干扰的方法和手段彼此互相交流讨论，加深我们对电磁干扰的认识，以及对抗电磁干扰的方法和手段的理解，提高全行业继电保护装置抗电磁干扰的能力，为电力系统提供优质、安全、可靠的继电保护产品。

jovenchao

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