煤礦用產(chǎn)品電磁兼容測試技術(shù)研究

翟文濤

摘要：電磁兼容是一門新興的綜合性學(xué)科。對于我國煤礦行業(yè)而言，對礦井電磁環(huán)境的研究、測量和相關(guān)的試驗(yàn)研究剛開始起步，電磁環(huán)境的危害尚未充分顯現(xiàn)。因此，研究煤礦井下電磁環(huán)境特殊性，制定針對煤礦井下設(shè)備電磁兼容性能的實(shí)驗(yàn)方法，對開展煤礦井下電磁兼容性研究具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電磁兼容；干擾源；監(jiān)控系統(tǒng)；屏蔽

1.前言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，礦用電氣設(shè)備的品種和數(shù)量也急驟增加，針對產(chǎn)品小型化、數(shù)字化、高速化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展特點(diǎn)，再加之礦井特定有限空間里已有的惡劣電磁干擾環(huán)境，導(dǎo)致了井下電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，如裝備與裝備、裝備與環(huán)境、裝備與工作人員之間，形成了不可忽視的“電磁污染”。電磁兼容的英文名稱為Electromagnetic Comp-atibility，簡稱EMC。EMC是從過去的“電磁干擾”發(fā)展起來的。是一門新興的綜合學(xué)科。它是在無線電抗干擾技術(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展延伸而來。近幾年，隨著煤炭高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，采煤、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的功率越來越大，監(jiān)控與通信設(shè)備不斷增多，這些設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾使礦用電子產(chǎn)品處于嚴(yán)酷的電磁環(huán)境中。為保證礦井監(jiān)控與通信等電子設(shè)備的正常工作， 而又不對環(huán)境或其他電子設(shè)備造成干擾，礦井監(jiān)控與通信等電子設(shè)備應(yīng)具備電磁兼容性。

2.煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的組成及試驗(yàn)點(diǎn)選取

煤礦監(jiān)控系統(tǒng)一般由主機(jī)、傳輸接口、分站、傳感器、電源箱、電纜、避雷器和其他設(shè)備組成。主機(jī)和傳輸接口安裝于地面調(diào)度機(jī)房，分站安裝于采區(qū)變電所或掘進(jìn)工作局部扇風(fēng)機(jī)處，電源安裝在分站附近，傳感器安裝于工作面、掘進(jìn)面制定位置。傳輸接口與分站距離≥10km，傳感器與分站距離≥2km。煤礦井下電磁兼容性研究是在有限的空間、時(shí)間等條件下，各種用電設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境下能正常工作，并不對環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。主要概括為3個(gè)方面的含義：

2.1井下的電磁環(huán)境應(yīng)是給定的或可預(yù)期的；

2.2井下設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)不應(yīng)產(chǎn)生超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的電磁騷擾發(fā)射（EMI）限值的要求；

2.3井下設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的電磁敏感性（EMS）限值或抗擾度（Immunity）限值的要求。分站是監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，向上通過總線與地面?zhèn)鬏斀涌谙噙B，向下可與傳感器、執(zhí)行器等相連，還與礦用本安電源相連，任何一個(gè)環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就會引入傳導(dǎo)干擾。因此，電磁干擾試驗(yàn)點(diǎn)將主要設(shè)置在以上幾個(gè)部位（如圖2.1所示）。

產(chǎn)生電磁兼容問題必須具備3個(gè)條件：干擾源，產(chǎn)生干擾的電路或設(shè)備；敏感源，受這種干擾影響的電路或設(shè)備：禍合路徑，能將干擾源產(chǎn)生的干擾能量傳遞到敏感源的路徑。本章將著重就以上三個(gè)方面，結(jié)合設(shè)備在礦井中的實(shí)際使用環(huán)境，提出針對礦井監(jiān)控系統(tǒng)電磁兼容試驗(yàn)的測試部位和嚴(yán)酷等級。

3.煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的電磁兼容性要求

監(jiān)控系統(tǒng)的電磁兼容性要求按照煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求（AQ6201規(guī)定），監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能通過GB/117020.3規(guī)定的射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)、通過GB/T17626. 4規(guī)定的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)、通過GB/T17626.5規(guī)定的浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)，且試驗(yàn)過程中系統(tǒng)應(yīng)能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、報(bào)警和斷電，模擬量輸入傳輸處理誤差、系統(tǒng)最大巡檢周期、控制執(zhí)行時(shí)間、最大傳輸距離、最大監(jiān)控容量應(yīng)能滿足要求。

電磁兼容測試貫穿在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)生產(chǎn)、使用和維護(hù)的整個(gè)周期，對設(shè)備達(dá)到電磁兼容起到至關(guān)重要的作用。設(shè)備的抗擾度測試又稱為設(shè)備的敏感度測度（EMS），目的是測試設(shè)備承受各種電磁騷擾的能力。當(dāng)設(shè)備由于受到騷擾影響而性能下降時(shí)其性能判據(jù)可分為四級：

A： EUT工作完全正常；

B： EUT工作指標(biāo)或功能出現(xiàn)非期望偏離，但當(dāng)騷擾去除后可自行恢復(fù)；

C： EUT工作指標(biāo)或功能出現(xiàn)非期望偏離，騷擾源去除后不能自行恢復(fù)，必須依靠操作人員的介入，例如“復(fù)位”（不包括技術(shù)人員進(jìn)行的硬件維修和軟件得裝）

方可恢復(fù)；

D： EUT的元器件損壞，數(shù)據(jù)丟失、軟件故障等。

施加騷擾的強(qiáng)度由試驗(yàn)等級決定，等級越高強(qiáng)度越大。EMS試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)標(biāo)明試驗(yàn)等級和性能判據(jù)。以下針對騷擾的不同性質(zhì)、不同傳播途徑和方式，敘述各種不同的測試方法。

4.嚴(yán)酷等級

4.1 電快速瞬變脈沖群

采煤機(jī)、輸送機(jī)等大型機(jī)電設(shè)備啟/停和架線電機(jī)車火花將會在礦井監(jiān)控與通信等電子設(shè)備的電源線、控制線和信號線上產(chǎn)生脈沖干擾。電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)就是考核禍合到電子設(shè)備電源線、控制線和信號線上的由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群試驗(yàn)。試驗(yàn)嚴(yán)酷等級分為1、2、3、4和X級。

4.2 靜電放電

為防止靜電放電引起井下瓦斯和煤塵爆炸，用于井下的電氣設(shè)備均具有防靜電

措施，例如：采用塑料外殼的設(shè)備，應(yīng)能防止正常工作時(shí)外殼積聚危險(xiǎn)靜電，其塑料外殼表面的絕緣電阻應(yīng)不大于1 *109Ω，并且由于煤礦井下有淋水、潮濕，因此，工作在煤礦井下的電氣設(shè)備沒有必要對靜電放電再進(jìn)行要求。

4.3輻射電磁場

透地通信、漏泄通信、感應(yīng)通信等礦井無線通信設(shè)備輻射的電磁場往往會干擾礦井監(jiān)控與通信等電子設(shè)備的正常工作。輻射電磁場試驗(yàn)就是考核電子設(shè)備抗人為產(chǎn)生的連續(xù)電磁場輻射的能力。當(dāng)然，礦用架線電機(jī)車產(chǎn)生的電火花、大型機(jī)電設(shè)備啟/停產(chǎn)生的寄生輻射也會干擾礦井監(jiān)控與通信等電子設(shè)備的正常工作，但這種干擾主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)干擾，這將在電快速瞬變脈沖群中考慮。當(dāng)然，用于抗連續(xù)電磁輻射的抗干擾措施同樣也能減少礦用架線電機(jī)車產(chǎn)生的電火花、大型機(jī)電設(shè)備啟/停產(chǎn)生的寄生輻射等干擾的影響。

5.結(jié)論

本文在研究煤礦井下電磁環(huán)境特殊性的基礎(chǔ)上，逐一分析輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、靜電放電、電浪涌等電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理和影響范圍、具有針對

性地提出了井下電器設(shè)備電磁兼容抗擾度的測試方法、測試部位和實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)酷等級，并從理論上說明上述這些實(shí)驗(yàn)條件的建立是可行的，但其正確性還需具體的實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]王藝華.煤礦井下甚高頻電磁十?dāng)_分布的分析[J].電信科學(xué)，2002 （2）： 1112.