電磁干擾的不利影響與防范控制

王 亮

（中國(guó)人民解放軍91245部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001）

電磁干擾的不利影響與防范控制

王 亮

（中國(guó)人民解放軍91245部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001）

電磁干擾是自然界中的一種電磁現(xiàn)象，對(duì)電氣及電子設(shè)備的性能產(chǎn)生了諸多不利影響.由于電磁干擾來(lái)源廣泛，并且能夠借助不同的傳播載體擴(kuò)散開來(lái)，此種干擾會(huì)對(duì)其它電磁信號(hào)的接收也會(huì)造成破壞.新時(shí)期各種新型的電子電氣設(shè)備普及應(yīng)用，解決電磁干擾產(chǎn)生的阻礙作用是極為關(guān)鍵的.本文分析了電磁干擾的干擾來(lái)源及造成的不利影響，以干擾電流為重點(diǎn)提出了抗干擾措施.

電磁干擾；原因；影響；防范控制

“電磁”是地磁場(chǎng)造成的一種特殊現(xiàn)象，但非正常的電磁現(xiàn)象則屬于“異常干擾”.近年來(lái)，科研人員對(duì)電磁干擾的研究程度不斷深入，更加肯定了電磁干擾對(duì)電纜信號(hào)傳輸?shù)钠茐男?，若不有效地解決該問(wèn)題將會(huì)阻礙電力系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)行.因而，弄清電磁干擾的主要來(lái)源并制定針對(duì)性的干擾防范措施，有助于電力行業(yè)朝著高效、安全、節(jié)能等方向發(fā)展，促進(jìn)電力傳輸技術(shù)的改革創(chuàng)新.

1 電磁干擾來(lái)源的具體分類

一般說(shuō)來(lái)電磁干擾源分為兩大類：自然干擾源與和人為干擾源，其構(gòu)成要素如圖1.具體情況：①干擾源.干擾源是產(chǎn)生電磁波的根源，也是整個(gè)電磁干擾過(guò)程的關(guān)鍵元素.一般情況，電磁干擾的來(lái)源集中于微處理器、微控制器、傳送器等不同的元件.②路徑.路徑是干擾傳播的載體，不同路徑的電磁干擾程度是不一樣的.電磁干擾最常見的路徑是通過(guò)導(dǎo)線，導(dǎo)線在高負(fù)荷工作狀態(tài)下產(chǎn)生噪聲，為電磁波傳播提供了空間.③接收器.電磁干擾僅少數(shù)電磁干擾是經(jīng)過(guò)射頻輻射接受感應(yīng)，其它均是利用接收器來(lái)感應(yīng)電磁波.

圖1 電磁干擾構(gòu)成的要素

電磁干擾產(chǎn)生的主要來(lái)源包括自然干擾、人為干擾.具體情況：①自然干擾源.主要來(lái)源于大氣層的天電噪聲、地球外層空間的宇宙噪聲.自然噪聲會(huì)對(duì)人造衛(wèi)星和宇宙飛船的運(yùn)行產(chǎn)生干擾，也會(huì)對(duì)彈道導(dǎo)彈運(yùn)載火箭的發(fā)射產(chǎn)生干擾[1].②人為干擾源.有機(jī)電或其他人工裝置產(chǎn)生電磁能量干擾，其中一部分是專門用來(lái)發(fā)射電磁能量的裝置，如：廣播、電視、通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等無(wú)線電設(shè)備.另一部分是在完成自身功能的同時(shí)附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射，如交通車輛、架空輸電線、照明器具等.

2 電磁干擾產(chǎn)生的不利影響

電磁干擾由干擾源、耦合路徑、接收器等三個(gè)部分組成，每一個(gè)構(gòu)成要素都是電磁干擾產(chǎn)生作用的必要條件.信號(hào)傳輸是電磁干擾的主要對(duì)象，電氣控制系統(tǒng)或電子信息系統(tǒng)處于正常運(yùn)行階段，其所接收或發(fā)送的信號(hào)易受到電磁干擾的破壞，造成信號(hào)的強(qiáng)弱程度、清晰程度等明顯降低.按照不同的影響程度，電磁干擾現(xiàn)象產(chǎn)生的不利作用如下：

2.1 減弱信號(hào).無(wú)論是哪一種形式的電磁干擾，其均會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸造成明顯的阻礙.最普遍的影響則是減弱信號(hào)的強(qiáng)度，降低了信號(hào)輸送的時(shí)效性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性.伴隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)傳輸信號(hào)的次數(shù)日趨頻繁，不少非正常的電磁現(xiàn)象也隨之而來(lái).以移動(dòng)通信為例，遠(yuǎn)距離電纜連接需通過(guò)基站擴(kuò)散信號(hào)，電磁干擾現(xiàn)象會(huì)破壞基站感應(yīng)通信信號(hào)的能力，所擴(kuò)散出去的信號(hào)頻率也明顯減弱.

2.2 中斷信號(hào)

信號(hào)是收發(fā)信息內(nèi)容的傳播載體，操作人員利用電子信號(hào)及傳輸媒介可以快速地傳達(dá)生產(chǎn)信息.電磁干擾在接收或發(fā)送信號(hào)過(guò)程中易導(dǎo)致信號(hào)中斷，原先編制的信息內(nèi)容重新送回發(fā)送端[2].如：一些沒(méi)有實(shí)際用途的電磁信號(hào)、電磁波段等，常會(huì)干擾有用信號(hào)的收發(fā)，而正常的信號(hào)傳輸流程將被迫中斷.隨著電子信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的電子電氣設(shè)備普及應(yīng)用，電磁干擾中斷信號(hào)傳輸是極為不利的.

2.3 損壞信號(hào)

信號(hào)受損是電磁干擾破壞較為嚴(yán)重的程度，完整的信號(hào)內(nèi)容會(huì)因電磁干擾作用而損壞，波段信號(hào)也隨之失去使用價(jià)值.根據(jù)通信科技原理及基本技術(shù)的要求，通信信號(hào)在傳輸時(shí)需保持完整的內(nèi)容組合狀態(tài)，這樣才能維持傳輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行.特別是信號(hào)遇到較強(qiáng)的電子噪音，電磁干擾程序加深會(huì)瞬間性損壞信號(hào)，重要的信息內(nèi)容變得殘缺不全，損壞信號(hào)的結(jié)果是誤導(dǎo)設(shè)備系統(tǒng)“誤動(dòng)作”.

2.4 丟失信號(hào)

當(dāng)磁場(chǎng)所形成的電磁強(qiáng)度超出標(biāo)準(zhǔn)范圍之后，電磁干擾對(duì)信號(hào)的影響不再是減弱、中斷、損壞，而是數(shù)據(jù)傳輸信道直接丟失信號(hào).如：電力系統(tǒng)由多個(gè)電氣元件、設(shè)備等組裝而成，系統(tǒng)在日常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生三次、五次等不同級(jí)別的諧波.這種電磁現(xiàn)象會(huì)占據(jù)信號(hào)傳輸位置，短時(shí)間內(nèi)摧毀信號(hào)內(nèi)容且覆蓋其頻率區(qū)域，同時(shí)也降低了變壓器、斷路器、電纜等容量，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行.

3 以干擾電流為重點(diǎn)加強(qiáng)干擾防控

電纜是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的傳輸媒介，同時(shí)也是引起電磁干擾的重要因素.由于電纜內(nèi)存在著不同級(jí)別的干擾電流，這種電流會(huì)隨著導(dǎo)線傳入到電子設(shè)備中，破壞了良好的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境.另外，干擾電流也會(huì)隨著傳導(dǎo)線及輻射波散發(fā)給周圍相連接的設(shè)備，后期引起的電磁干擾作用更顯著.為了進(jìn)一步研究電磁干擾的防范措施，筆者以電流干擾為案例重點(diǎn)，從差摸干擾、共摸干擾兩方面進(jìn)行論述.

3.1 差摸干擾的控制

試驗(yàn)顯示，差摸干擾是電纜線路出現(xiàn)干擾問(wèn)題的主要表現(xiàn)之一，對(duì)電力電纜信號(hào)傳輸造成明顯的破壞作用.造成差模干擾是由于線路元器件發(fā)生異常，對(duì)電纜傳輸帶來(lái)的干擾作用.如：與電纜相連接的元器件，正常運(yùn)行狀態(tài)下形成了噪聲電流，不僅影響了本線路電流的運(yùn)行，對(duì)其它設(shè)備也造成雜波電流干擾.控制差摸的根本措施是對(duì)元器件進(jìn)行調(diào)整，配合優(yōu)化線路連接以發(fā)揮更好的抗干擾能力[3].具體措施：調(diào)整電纜線路的結(jié)構(gòu)，改善電纜信號(hào)傳輸?shù)男?；選用高性能電磁兼容器件，徹底杜絕噪聲干擾；安裝濾波器抑制電磁干擾波及其它相連接的設(shè)備.

3.2 共模干擾的控制

電纜的共模干擾主要是經(jīng)過(guò)分布電容、互感耦合等方面?zhèn)鬏敚⑶以斐上嗷ミB接的設(shè)備或線路遭受干擾，對(duì)電力設(shè)備及元器件造成損壞.根據(jù)共模干擾形成的原理，技術(shù)人員可以加強(qiáng)電容、電感耦合的抑制，盡可能減短電纜的長(zhǎng)度或選用屏蔽電纜，這樣能夠增強(qiáng)電纜的抗干擾性能[4].共模干擾的控制需從耦合、輻射等兩方面進(jìn)行.具體控制方法：

3.2.1 耦合方面.即電容耦合、電感耦合兩方面，如圖2.主要控制措施：一是縮小電纜線路的回路面積，線路截面面積越大承受的干擾強(qiáng)度越大，對(duì)電氣或電子設(shè)備造成的破壞力越大.減小電力回路面積范圍，能防止回路干擾對(duì)周圍的信號(hào)線帶來(lái)影響；二是擴(kuò)大導(dǎo)線之間的間距，導(dǎo)線之間相隔的距離越小，設(shè)備內(nèi)元器件被干擾的可能性越大.通過(guò)減弱電磁磁場(chǎng)強(qiáng)度的方式，減小電磁干擾的影響范圍，使干擾與被干擾導(dǎo)線之間的影響作用減小.

圖2 互感耦合原理

3.2.2 輻射方面.輻射電磁波也是引起電磁干擾的一大因素，由于電纜接口處易產(chǎn)生共模電壓、電流，經(jīng)過(guò)電纜傳輸作用后出現(xiàn)電場(chǎng)輻射問(wèn)題.根據(jù)這點(diǎn)，控制輻射電磁波必須調(diào)整電纜線路的連接[5].如：一是線路調(diào)整，根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行要求適當(dāng)?shù)販p短電纜長(zhǎng)度，并且不得出現(xiàn)交叉、環(huán)繞等線路連接；二是轉(zhuǎn)移，一些無(wú)法避免的電磁干擾現(xiàn)象，可選用輔助裝置將其轉(zhuǎn)移，如：電容器件把共模電流轉(zhuǎn)移到其它接地，以減小對(duì)連接設(shè)備的破壞；三是安裝屏蔽器件，把電磁干擾波段屏蔽在線路之外，中斷了電磁波與元器件的接觸，從根本上解決電磁干擾.

4 防范控制電磁干擾的注意事項(xiàng)

由于電磁感應(yīng)是自然界不可避免的現(xiàn)象，各種電子設(shè)備、電氣設(shè)備均會(huì)受到電磁干擾的破壞作用.為了滿足日常生產(chǎn)作業(yè)的需要，企業(yè)會(huì)投入一筆資金采購(gòu)新型的自動(dòng)化設(shè)備，新設(shè)備應(yīng)添加電磁干擾防范控制措施.企業(yè)在引入新型設(shè)備或元器件時(shí)需重點(diǎn)防范控制電磁干擾問(wèn)題，以免給設(shè)備日常操控性能產(chǎn)生破壞.除了上述電磁干擾控制措施外，還需要注意其它方面的抗干擾控制.具體包括：

4.1 結(jié)構(gòu)改造

現(xiàn)有線路連接進(jìn)行合理地改造，簡(jiǎn)化導(dǎo)線連接以降低電磁干擾的破壞.如：電子信息設(shè)備內(nèi)部接線調(diào)整，減少交叉線路的組合形式，增強(qiáng)了線路抗干擾的能力.從大范圍角度來(lái)說(shuō)，整套電子或電氣設(shè)備在組合運(yùn)行中也要注意結(jié)構(gòu)調(diào)整，控制設(shè)備連接的數(shù)量及次序.

4.2 更換設(shè)備

無(wú)論是電子或電氣設(shè)備均有規(guī)定的使用年限，企業(yè)應(yīng)注意舊設(shè)備的更新，定期更換新的裝置或元件，保持良好作業(yè)狀態(tài)的同時(shí)加強(qiáng)抗干擾措施.如：及時(shí)更換老化的電纜線路，為設(shè)備信號(hào)傳輸提供更加穩(wěn)定可靠的載體，使信息信號(hào)及時(shí)傳遞給控制人員.

4.3 綜合監(jiān)測(cè)

把計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)平臺(tái)，時(shí)刻關(guān)注電纜信號(hào)傳輸?shù)念l率，感應(yīng)到異常變化應(yīng)及時(shí)安排人員維修.如：設(shè)備內(nèi)外部安裝電子感應(yīng)器，及時(shí)接收干擾源發(fā)出的電磁信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示屏反饋給設(shè)備操控人員，以控制干擾破壞問(wèn)題的發(fā)生.

5 結(jié)論

總之，信號(hào)傳輸是信息表達(dá)的一種方式，在信息技術(shù)發(fā)展中得到了廣泛地運(yùn)用.由磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)是不可避免的，但電磁干擾卻是一種極為有害的現(xiàn)象.電磁干擾的種類繁多，對(duì)電氣、電子、通信等行業(yè)設(shè)備的運(yùn)行造成了許多不利的影響.從信號(hào)傳遞的安全角度考慮，制定多功能的防御系統(tǒng)是保證信號(hào)高效傳輸?shù)淖罴逊桨福瑪?shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣解決了抗電磁干擾的難題.

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1673-260X（2012）07-0040-02