关键词：电磁兼容；电力系统；微处理器；微机型产品
随着微电子技术、计算机技术、网络技术的迅猛发展和相互渗透，电力系统中微机型产品的应用愈来愈广泛。微机型产品在实现复杂功能、灵活控制、远程监控、系统升级等方面都是传统产品所无法比拟的，加上电力系统可靠性不断提高，它必然成为今后的发展方向。但是，电力系统是一个非常复杂的系统，其电磁环境非常恶劣，以微处理器为核心的微机型产品很容易受到这些电磁的干扰而导致产生误动、拒动、数据丢失或死机等故障，给电力系统的安全经济运行带来非常严重的后果。据质检部门统计，在产品设计过程中从来没有考虑电磁兼容问题，只有10%的产品能一次通过电磁兼容的测试。为了达到电磁兼容的要求，就需
要对它们进行反反复复的修改，有的甚至将原来的设计方案全部推翻重来，从而大大浪费了人力、物力，也增加了开发周期, 所以将电磁兼容设计贯穿到产品设计的整个过程中是非常有必要的。
1电力系统中电磁干扰的来源和传输途径
与一般的电磁干扰一样，电力系统中的电磁干扰也是由三个要素组成：传导和辐射电磁能量的干扰源；干扰的传输途径；对干扰敏感的接受设备。要使产品不受电磁干扰，在产品设计中就要从分析干扰源、干扰传输途径以及被干扰对象出发，根据产品性能要求采取有效措施，抑制干扰源，消除干扰的耦合通道和提高设备的抗干扰能力。
由于电力系统是由大量的一次设备和二次设备组成的，应用于这样一个复杂系统的微机型产品，其电磁干扰来源也是非常复杂的, 其主要来源有：高压开关操作；雷电；短路故障；电晕放电；高电压、大电流的电缆和设备向周围辐射电磁波；高频载波、对讲机等辐射干扰源；附近的电台、通信等产生的电磁干扰；静电放电等。
电磁干扰按传输途径可分为两大类：传导干扰和辐射干扰。传导干扰是通过干扰源和被干扰设备之间的公共阻抗进行传播的，辐射干扰是通过电磁波进行传播的。图1示出了一个微机型产品典型的干扰传输途径。
2电磁兼容标准
国家标准GB/T 4365—1995（等同IEC 60050）
1-电源线的传导干扰；2-信号线的传导干扰；3-设备向外辐射和接收干扰；4-电源线作为天线向外辐射和接受干扰；5-信号线作为天线向外辐射和接受干扰；6-设备内部干扰；7-地线混入的干扰
对电磁兼容的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力。它包括两层含义：设备要在电磁环境中正常工作，设备对于电磁环境中的电磁干扰有一定的抵御能力，而不会导致失效；设备本身在工作中对环境产生的电磁骚扰不应超出一定量值，不对该环境中的其他设备产生不能承受的干扰。
到目前为止，我国已经制订了70多个有关电磁兼容的国家标准。应用于电力系统的微机型产品的电磁兼容测试项目主要有：静电放电(ESD); 电快速瞬变脉冲群(EFT); 浪涌; 工频磁场; 衰减振荡波。它们也是产品在设计过程中必须加以重点考虑的。采用的最新国家标准是GB/T 17626系列，其等效的国际标准是IEC 610004系列，它们之间的对应关系如表1所示。
3电力系统微机型产品的电磁兼容设计
电力系统微机型产品的电磁兼容设计就是根据产品正常工作时所处的电磁环境条件来选择电磁兼容标准中适用的试验等级，研究如何将电磁干扰的各种抑制方法（接地、屏蔽、隔离和滤波等）运用到产品设计的全过程中，使产品性能满足标准中该试验等级的电磁兼容性要求。
3.1产品结构的电磁兼容设计
产品结构的电磁兼容设计主要是采用电磁屏蔽和接地技术。
电磁屏蔽是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一个区域感应和辐射传播的方法。在进行产品结构设计时，应尽量使其形成一个封闭的金属整体。产品结构可以有几个部分组成，但必须保证这几个部分之间有良好的电气连接，以使它们形成一个金属整体。有时几个部分之间由于某种原因（比如表面喷涂）而不能形成良好的电气连接，这时必须在每个部分专门设置接线点用于将所有分立部分连接起来。在产品的结构设计中应将装置的强电部分和弱电部分尽量分开来，在可能的情况下，于强电部分和弱电部分之间加一层金属板加以屏蔽，该金属板也要与机箱、大地连到一起。
电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽。在产品结构设计时应根据实际工作中电磁干扰的特性确定适合的电磁屏蔽类型，从而确定选用什么样的屏蔽材料。电场屏蔽的原理是用接地良好的金属屏蔽体将场源产生的交变电场限制在一定空间内，从而阻断了干扰源到敏感电路之间的电场传播路径，它要求屏蔽材料必须有良好的导电率，如铜、铝、银等，同时它的接地必须良好。磁场屏蔽分为低频磁屏蔽和高频磁屏蔽。低频磁屏蔽是利用高导磁率的铁磁材料(如铁、镍铁合金、坡莫合金等)构成磁力线的低磁阻通路，使大部分磁场“包封”在屏蔽体内，从而起到磁隔离作用。应该注意的是，用铁磁材料做的屏
蔽罩在垂直于磁力线方向上不应开口或有缝隙，否则屏蔽效果会变差。高频磁屏蔽是利用屏蔽体产生的涡流反磁场，抵消干扰磁 场，从而实现磁屏蔽，因此它要求采用高导电率的材
料，如铜、铝等。电磁场屏蔽原理与高频磁屏蔽原理是类似的，因此它也要求采用高导电率
的材料，如铜、铝等。
在产品结构设计中有时为了增加美观可采用工程塑料做机箱的材料，但必须采取措施解决电磁干扰的问题，一种方法是将塑料面板套在金属箱体的表面，电磁干扰由里面的金属结构进行屏蔽，另一种方法是采用薄膜屏蔽技术，即采用喷涂、真空沉积、电镀和粘贴等工艺技术在工程塑料表面覆盖一层导电膜，使其对电磁波具有反射和吸收作用。
3.2电源回路的电磁兼容设计
电源回路是电磁干扰最易进入的通道，所以在电磁兼容标准中，对于同一试验等级，电源回路的试验电压比其它回路高一倍，例如采用3级试验等级的EFT试验，电源回路的试验电压为2 kV，其它回路为1 kV。由于这个原因，所以电源回路必须采用比其它回路更多的抗电磁干扰措施。
电源回路的电磁兼容设计主要是采用滤波技术。使用电源滤波器是一个有效的方法，但在加滤波器时有两个问题需要注意：一是选用合适类型的滤波器，不同类型的电源选择的滤波器也不同，现在市面上已经有各种专用的滤波器可供选择，如线性稳压电源滤波器、开关电源滤波器等；二是必须在电源进线的最前端放置滤波器，使滤波器之前的电源进线尽可能短，以尽量避免电磁干扰通过这段进线窜入装置内对电路其它部分产生影响。在可能的情况下，可考虑将滤波器直接安装在机箱上，让滤波器的金属外壳与机箱的金属外壳紧密接触。
3.3交流量回路的电磁兼容设计
交流量回路主要是电流互感器、电压互感器(TA，TV)输入回路，该回路输入部分一般是1 A或5 A的交流电流信号以及57.7 V或100 V的交流电压信号，这些信号相对于微处理器系统来说都是强电信号，该回路的输出部分一般是直接送给A/D的标准电压信号（0～5 V，0～10 V, －10～10V），由A/D进行模数转换后送给CPU进行处理，所以其输出信号是与后面的微处理器系统有直接联系的弱电信号。这些强电信号与弱电信号之间的关系处理不好的话将对整机的电磁兼容性能带来非常大的影响。
由于电磁干扰是直接从TA，TV的初级引线进入装置内部的，所以TA，TV的初级引线要尽量短，并且不能互相交叉，以减少它们彼此之间的相互干扰。在设计印刷电路板时，应考虑将强电部分与弱电部分在空间上分开来，强电部分可考虑安装金属屏蔽罩，以减少强电部分对弱电电路的空间辐射电磁干扰。在电路设计上，信号调理的前端应考虑增加滤波电路，信号输出与A/D之间也应该有滤波或隔离电路。信号放大电路可考虑采用差动放大电路，以减少共模干扰带来的影响。对于正常工作中不使用的交流通道不要让它悬空，在其入口和出口（A/D之前）处采取短接或接地。
上一篇：一次调频的随机过程分析
