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电力自动化系统中的电磁兼容设计

来源:智能电力网 时间:2020-10-31 15:33:00 发布信息

      在发达国家目前形成了一套完整的EMC技术工作体系,包括理论研究、试验与测试、规范标准及抗十扰技术等,为了提高我国电力系统自动化设备在国际市场和国际招标的竞争能力,必需加强EMC技术的研究和技术答理工作,使EMC技术标准和技术答理标准与国际标准接轨。


电力系统自动化设备电磁兼容问题

      由于电力系统本身是众多一次系统设备和二次系统设备的集合体,因此电力系统自动化设备作为二次系统设备的一部分,其电磁干扰的来源十分复杂。外来电磁辐射、一次系统设备、二次系统设备、二次系统设备之间、自动化设备内部元件之间、各传送通道间的电磁干扰均对自动化设备产生干扰与破坏。


      (1)电力系统自动化设备均包含有以微机系统为核心的大规模数字电路和模拟电路,其中应用最多的是二极管、集成电路块、A/D转换电路等,它们既是干扰源,又是对干扰敏感的器件,尤其以CMOS , D/A最为敏感。


      (2)干扰信号在微机系统表现的形态有差模与共模两种形态。电磁干扰侵入微机系统的主要途径有电源系统、传导通路、对空间电磁波的感应3方面(包括内部空间的静电场、电磁场的感应)。其中静电场、电磁场的感应在微机系统内部普遍存在,静电是CMOS电路的大敌。由于微机系统工作于低电压大电流方式,电源线、输入输出线构成高速大电流回路,故有较强的电磁感应。


      (3)微机系统之间的内部传输线有延时、波形畸变、受外界干扰等3方面问题。


      (4)脉冲干扰是研究的重点,因为微机保护系统是以识别二进制码为前提的,其组成以数字电路为主,数字电路传送的是脉冲信号,同时也易对脉冲干扰敏感。以开关模式工作的开关及开关电源变化频率高达几十万Hz,容易在内外产生脉冲十扰。


       ( 5)对电源影响比较敏感。电源对电子系统的影响有电源波动影响和系统作用影响两个方面。所谓电源波动影响是指由于电源波动引起的信号紊乱和系统失调。系统作用影响是指因电源是系统所有信号的交叉点而引起的系统各信号之间的相互影响。系统作用的大小与电源功率裕度、滤波能力及电源连线方式、分布形状有关。


电磁兼容技术的设计方法

      影响系统或设备受干扰严重程度的因素有三个方面,他们都是函数,该数学模型提示了提高抗干扰能力的原理是:

      ①切断干扰源;

      ②减小传播途径;

      ③提高受干扰系统(或设备)的敏感度阀值。

      在实际情况中,往往是3个因索综合考虑,并按①②③的顺序去采取措施,以获得最佳的效果。

      电磁兼容技术的设计要从电磁兼容的3个基木要索着手,从原理的可行性、元器件的选择、加工生产工艺、安装运行环境等几个方面来考虑。把握不同类型电磁干扰的木质,对不同的干扰频率、频谱采用相应的滤波、隔离、接地、屏蔽等措施。


滤波

      滤波是利用滤波器来抑制电磁干扰,滤波器是由集中参数的电阻、电容和电感,或者是分布参数的电阻、电容、电感构成的一种网络,这种网络只允许有用信号的频率分量通过,阻止其他干扰频率通过,使电磁干扰减少到满意的工作电平上。滤波器是防止传导电磁干扰的主要措施,如电源滤波器解决传导干扰的问题;滤波器同时也是解决辐射干扰的重要武器,如抑制无线电干扰,在发射机的输出端和接收机的输入端安装相应的电磁干扰滤波器,滤掉干扰信号,以达到电磁兼容的目的。滤波器工作方式有两种:一种是不让无用信号通过,并把它们反射回信号源;另一种是把无用信号在滤波器里消耗掉。在采用滤波方法来抑制传导干扰时,首先要了解干扰源的频谱、干扰源在频带中的分布情况,干扰波幅值等。可以通过干扰仪器来检测,获得干扰源的频带分布和幅值,有针对性地选择滤波器的种类或者设计滤波器电路。


隔离

      隔离是干扰线路(馈线)周围存在干扰电磁场,当其他线路(导线)在其附近时,由于电磁祸合而形成干扰。防止这种干扰最简单而有效的方法是将干扰线路与其它线路隔离开来,以切断或削弱它们之间的电磁耦合。隔离的原则和方法是:

      (1)干扰线路和其他线路尽可能不要平行排列,如必须平行,导线间距L与导线直径D之比应不小于40,在可能情况下导线间距应尽量大,并且平行部分的长度越小越好;

      (2)敏感线路与一般线路如平行排列,其间距应大于30mm;

      (3)电源馈线与信号线应于隔离,当他们平行排列时,其间距应大于30mm;

      (4)高频导线是对其他线路干扰最大的线路,一般都要屏蔽;

      (5)有此脉冲线路的脉冲功率较大,对其他线路构成严重干扰,应按干扰线路对待。至于电平较低,功率很低的数字电路可按一般线路处理,原则上按敏感电路对待,也可根据具体情况处理。


接地

      接地是指在系统的某个选定点与某个接地面之间建立导电的低电阻的通路,把系统中电子元件的零电位互相连接起来,再把它们同时与某个等价于“地”的参考点连起来。具体方法可以将理想的接地体作为一个零电位、零电阻的物理实体,作为与各有关电路中信号电平的参考点,任何不需要的电流通过它都不产生电压降,这种理想的接地体实际上是近似的,在设备上接地是为了使设备木身所流过的干扰电流经过接地线流入大地,减少干扰源所传播和发布的能量。接地的主要目的是防电磁干扰,消除公共电路阻抗的耦合,也是为了保障人身和设备的安全。基本接地技术有浮地、单点接地、多点接地和混合接地4种。

      (1)浮地常用于电路或设备工作状态不能与公共地或大地相连接,它的原理近似于起到隔离变压器的作用;

      (2)单点接地是所有需要接地的引线全部接到一个点,再由这个点直接与地相连接。一般用于抑制频率在1MHz以下的干扰信号;

      (3)多点接地是指系统或设备中所需接地的引线直接接到离它们最近的地上。一般用于抑制频率在10MHz以上的干扰信号;

      (4)混合接地是在复杂情况下,设备或单元电路的接地难以通过一个简单的接地形式来解决而采取的混合形式,用于干扰信号频率在1一10MHz的情况。


利用接地的方式可以减少或衰减干扰源的能量,但应注意以下几点:

      ①接地线尽量短;

      ②接地线阻抗要尽可能小;

      ③应采用金属材料相同的导线作为接地线;

      ④接地线的接地点应有良好的导电性能;

      ⑤接地线的连接点要有足够的机械强度。


屏蔽

      屏蔽就是用导电或导磁材料制成的盒、壳、屏、板等将电磁能限制在一定空间范围内,使场的能量从屏蔽体的一面传到另一面时,受到很大衰减而防止电磁干扰的措施。有电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽3种方法。


      电力系统自动化设备的电磁兼容技术也是基于上面的理论,对不同功能、不同安装地点、不同结构的设备应分别有侧重点的采取不同的电磁兼容技术措施。

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