柔性直流輸電換流站閥廳電磁兼容技術(shù)

牛帥

摘 要：柔性直流輸電換流站閥廳表面會因一些實(shí)際需要而開孔，這是影響電磁屏蔽效能的主要因素。為了保證屏蔽體的屏蔽效能，必須對各種孔縫進(jìn)行妥善的處理。本文給出了閥廳各部分的電磁屏蔽設(shè)計(jì)方案，有助于指導(dǎo)柔性直流輸電換流站閥廳電磁兼容設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：閥廳 電磁兼容 孔縫 電磁屏蔽1引言

閥廳電磁屏蔽的主要目的是抑制內(nèi)部電磁騷擾的外泄。閥廳屬于典型的大型屏蔽體，其尺度可達(dá)十到數(shù)十米。大型屏蔽體電磁屏蔽的主要特點(diǎn)是接縫多，這些接縫是由于大量金屬板的搭接形成的。此外，屏蔽體表面還會因一些實(shí)際需要而開孔。由于金屬板本身對除低頻磁場以外的電磁場都具有很高的屏蔽效能，所以開孔和接縫是屏蔽體內(nèi)外電磁耦合的主要途徑，是影響電磁屏蔽效能的主要因素。

2 閥廳各部位的電磁屏蔽設(shè)計(jì)

2.1 閥廳墻壁上金屬板的選取

對于10kHz頻率以上的電磁波，包括相對較難屏蔽的磁場波（1米距離），0.5mm厚度的鋁板或鋼板均可提供45dB以上的屏蔽效能?？紤]到10kHz頻率以下的電磁騷擾主要以傳導(dǎo)形式耦合進(jìn)出，建議閥廳墻壁上用于電磁屏蔽的金屬板可以選擇0.5mm以上厚度的鋁板或鋼板。

2.2金屬板的搭接間距的選取

閥廳的屏蔽屬于大尺度不完整電磁屏蔽問題，需要通過用金屬螺釘和螺栓搭接金屬板來實(shí)現(xiàn)。搭接結(jié)構(gòu)在建造閥廳屏蔽的過程中大量存在，因而搭接技術(shù)是影響閥廳屏蔽效能的最主要因素之一。搭接縫隙的長度（L）稱為搭接長度，即相鄰金屬螺釘?shù)拈g距，是決定閥廳屏蔽效能的關(guān)鍵之一。在相同的屏蔽效能要求下，搭接長度一般與電磁輻射的波長正相關(guān)。綜合積累的理論、仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在10kHz-10MHz頻率范圍，搭接長度L與屏蔽效能的對應(yīng)關(guān)系大致如下：

（1）L=70cm，電場屏蔽效能40dB，磁場屏蔽效能20dB。

（2）L=35cm，電場屏蔽效能45dB，磁場屏蔽效能25dB。

（3）L=20cm，電場屏蔽效能50dB，磁場屏蔽效能30dB。

對上述結(jié)果進(jìn)行擬合，可以得出相應(yīng)的估計(jì)公式：在10kHz-10MHz頻率，閥廳的電場和磁場屏蔽效能可分別按下式進(jìn)行近似估計(jì)：

SEE=40+20log（70/L） （dB） （1）

SEH=20+20log（70/L） （dB） （2）

其中，搭接長度L以cm為單位。

在對金屬屏蔽板進(jìn)行搭接時(shí)應(yīng)注意：金屬表面要緊密接觸、光滑、清洗干凈并去除非導(dǎo)電物質(zhì)；在搭接前應(yīng)使搭接面干燥，搭接后要防潮；避免敲擊已固定好的螺釘和反復(fù)打入、取出螺釘。

綜合考慮，要想獲得40dB的屏蔽效能，建議閥廳的搭接間距取20cm。

2.3 閥廳穿墻套管的電磁封堵

穿墻套管瓷套中有很多同心圓筒形管狀的金屬膜，構(gòu)成穿墻套管的電容均壓系統(tǒng)。穿墻套管中的這些同心圓筒形管狀的金屬膜對電磁輻射而言，構(gòu)成了圓形波導(dǎo)管系統(tǒng)，對頻率低于其截止頻率的電磁輻射形成阻斷而實(shí)現(xiàn)屏蔽作用，其電場的屏蔽效能可按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

SEE=32l/d （dB） （3）

式中，d為圓形波導(dǎo)管的內(nèi)直徑，應(yīng)該遠(yuǎn)小于被屏蔽頻率的電磁波波長的一半。l為波導(dǎo)管的長度。穿墻套管法蘭還應(yīng)與閥廳屏蔽體進(jìn)行良好的電氣連接。為了達(dá)到40dB的屏蔽效果，長度l應(yīng)為直徑d的1.25倍以上。

封堵材料的電磁屏蔽功能主要依靠其金屬層來實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算封堵材料的屏蔽效能時(shí)，考慮到封堵材料離閥廳內(nèi)的電磁場源較近，選用了平板屏蔽體在近場情況下對磁場源的屏蔽效能的解析公式。計(jì)算時(shí)，考慮了碳鋼的相對磁導(dǎo)率隨頻率的變化，假定干擾源距離封堵材料5m，計(jì)算了單層0.5mm、單層1mm厚及兩層0.5mm厚鋼板屏蔽效能的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算時(shí)忽略了多次反射損耗。

結(jié)果表明，隨頻率的增加，吸收損耗和反射損耗都增大，總的屏蔽效能增加。當(dāng)頻率高于1kHz時(shí)，單層0.5mm厚鋼板也能提供50dB以上的屏蔽效能。單層1mm厚鋼板和單層0.5mm厚鋼板相比較，兩者反射損耗相同，但前者吸收損耗大一倍，因此越厚的板屏蔽越好。雙層鋼板和等厚的單層鋼板相比，吸收損耗相同，但前者的反射損耗大一倍，因此把一塊鋼板分成兩塊等厚的鋼板可以改善屏蔽效能。然而，如果波頻率很高，以至于電磁波的趨膚深度遠(yuǎn)小于鋼板厚度時(shí)，改善的余地會很小。

2.4 觀察窗

觀察窗應(yīng)該鋪設(shè)金屬網(wǎng)或使用內(nèi)含金屬網(wǎng)的特制的透明玻璃。

觀察窗的金屬網(wǎng)應(yīng)與閥廳屏蔽體進(jìn)行良好的電氣連接。將主要電磁騷擾源遠(yuǎn)離金屬網(wǎng)放置也可明顯減少其對外電磁泄露。

為了達(dá)到40dB以上的屏蔽效能，建議金屬網(wǎng)的孔徑為2cm。

2.5 屏蔽門

閥廳的門應(yīng)該采用含鋼板或鋁板等導(dǎo)電材料制作的屏蔽門，鋼板或鋁板的厚度一般為1mm左右，或雙層各厚0.5mm。屏蔽門與閥廳屏蔽體應(yīng)通過彈簧銅片來做到良好的電氣連接。相鄰兩個(gè)連接點(diǎn)的間距應(yīng)在20cm以下。在相鄰電氣連接點(diǎn)之間的縫隙處應(yīng)使用電磁密封襯墊，以進(jìn)一步改善屏蔽效果。

2.6通風(fēng)孔

可以采用如下兩種方法解決通風(fēng)口的屏蔽問題。

（1）含孔陣金屬板?？椎男螤顟?yīng)為圓形，孔的直徑應(yīng)盡可能小，至少2cm以下。在條件許可的情況下，相鄰兩孔之間的間距應(yīng)盡量大。

（2）金屬網(wǎng)。在通風(fēng)孔上安裝金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)與屏蔽體之間要可靠的電氣連接，以防止縫隙的電磁輻射泄漏。

2.7 地面

閥廳的地面應(yīng)采用鋼筋混凝土建造。地面的鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸可按15cm×15cm選取。若混凝土中含多層鋼筋網(wǎng)，可以適當(dāng)擴(kuò)大鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸。各層鋼筋網(wǎng)之間可以不直接進(jìn)行電氣連接，此時(shí)各層鋼筋網(wǎng)應(yīng)該直接與換流站接地網(wǎng)多點(diǎn)電氣連接。

2.8 天花板

閥廳的天花板可采用鋼板制作，鋼板厚度可以選1mm-2mm。鋼板與鋼板之間、鋼板與閥廳屏蔽墻壁之間應(yīng)具有良好的電氣連接。這種連接可以通過每隔一段距離的螺釘鉚接來實(shí)現(xiàn)。相鄰螺釘?shù)拈g距應(yīng)在20cm左右。

閥廳的天花板也可采用金屬網(wǎng)和其他非金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)制作。金屬網(wǎng)的網(wǎng)孔的尺寸在2cm以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]EMC Analysis Methods and Computational Models， F. M. tesche， Wiley Publication， 1986.

[2]Electromagnetic shielding， Salvatore Celozzl， Wiley Publication， 2008.

[3]Electromagnetic shielding， Kaiser， Taylor & Francis， 2006.