通信電纜屏蔽層EMC接地設(shè)計分析

1、722005年7月10日TelecommunicationsforElectricPowerSystemJul.10,2005通信電纜屏蔽層EMC接地設(shè)計分析史銀建,袁春,劉云鴿,鄧湘平2(1.重慶通信學(xué)院研究生隊,重慶400035;2.中國人民解放軍92665部隊,427200)摘要:對通信電纜屏蔽層進(jìn)行周密、精心的接地設(shè)計,對于減少通信電纜的電磁輻射,降低對傳輸信號的噪聲干擾,有著十分重要的意義。文章從電纜屏蔽層接地將直接產(chǎn)生電場屏蔽和磁場屏蔽這樣兩種效果為主線,分別計算、論證了接地對抑制干擾所產(chǎn)生的重要作用;在電纜屏蔽中,又將降低頻信號屏蔽層與高頻信號的屏蔽方式進(jìn)行分析對比,總結(jié)出不同接

2、地方式的各自特點及影響。為幫助尋求較理想的屏蔽層接地方式,提供了具有一定參考價值的模式。關(guān)鍵詞:EMC;屏蔽;接地中圖分類號:TN913.32文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1005-7641(2005)07-0072-030引言在EMC(electr,效和最廉價方法,既能提高抗干擾度,。從廣義說,接地的含義是為電路或系統(tǒng)提供1個等地點或面,如果接真的大地,則這個參考點或面就是大地電位;接地的另1個含義是為電流流回源提供一條低阻抗路徑。電纜屏蔽層大都為金屬屏蔽體,要起到良好屏蔽效果,必須要根據(jù)不同頻率的傳輸信號對屏蔽的不同要求進(jìn)行的接地設(shè)計。1電纜屏蔽層接地分類電纜屏蔽層接地,可以劃分為多種類別。若根

3、據(jù)屏蔽層接地產(chǎn)生的屏蔽效果,可分為對電場屏蔽和對磁場屏蔽;若從電路參考點的角度考慮,可分為懸浮地、單點接地、多點接地和混合接地;按照傳輸信號頻率的不同,對屏蔽有不同的要求,又可分為在低頻及高頻兩種情況下的接地分類。,Ug2為,A、B、C、D4條虛線代表電纜屏蔽層不同的接地方式。A種接地方式使流過屏蔽層的各種屏蔽噪聲電流經(jīng)過1條信號線流入大地,會產(chǎn)生很強的串模噪聲。對于B、C、D接地方式,可通過電路分析,求出噪聲電壓作用在信號線之間電容C2的電壓,可依據(jù)信號線間電容電壓最小的接地方式即為電場屏蔽效果最好的屏蔽層接地方式。由B方式的等效電路圖b不難得出jc2(Ug2+Ug1)=Uc2=+jc1jc

4、2cc1+c2(Ug2+Ug1)(1)由C方式的等效電路圖c得出Uc2=0由D方式等效電路圖d不難得出Uc2=cc1+c2Ug2(2)(3)2低頻率信號屏蔽層的電場屏蔽接地分析對于頻率低于1MHz的低頻接地系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)到信號源、負(fù)載放大器的接地情況來設(shè)計電纜屏蔽層的接地方式。(1)信號源本身浮空,放大器接地如圖1所示,Us為輸入信號源,C1、C2、C3分別為信號之間及信號線與屏蔽層之間的分布電容,Ug1為負(fù)載收稿日期:2004-12-07從式1、2、3可以看出C種接地方式產(chǎn)生的電場屏蔽效果最好。圖1對信號源浮空,放大器接地電路的低頻信號電纜屏蔽分析設(shè)計與開發(fā)史銀建,等通信電纜屏蔽層EMC接地設(shè)

5、計分析(2)信號源接地,放大器浮空73如圖2所示,A、B、C、D4條虛線分別代表電纜屏蔽層不同的接地方式。分析方式與圖1類似,A種接地方式會產(chǎn)生很強的串模噪聲。由B方式的等效電路圖b,不難得出(4)Uc2=0由C接地方式等效電路圖c不難得出Uc2=c1c1+c2Ug2(5)圖3對信號源、放大器均接地電路的低頻信號電場屏蔽由D接地方式等效電路圖d不難得出jc(Ug2+Ug1)=Uc2=+jc1jc2c1c1+c2(Ug2+Ug1)(6)(5)、(6),D從式(4)、采用信號地多點接地。因為傳輸?shù)母哳l信號會在負(fù)載終端處發(fā)生反射,造成波形畸變和增加延時,考慮到高頻信號功率傳輸?shù)淖杩蛊ヅ鋯栴},通常使用

6、具有固定阻抗特性的同軸電纜,(相鄰接地點距1波長),。,可將電纜屏蔽,這樣電,從屏蔽層外表面流過;而要傳輸?shù)母哳l信號在屏蔽層的內(nèi)表面?zhèn)鬏?并且由于地電位引起的共模電位差,其頻率遠(yuǎn)低于信號頻率,易于慮除,從而產(chǎn)生較好的屏蔽效果。4電纜屏蔽層接地的磁場屏蔽分析圖2對信號源接地,放大器浮空電路的低頻信號電場屏蔽分析電纜屏蔽層接地的磁場屏蔽分析如圖4所示。(3)信號源、放大器均接地如圖3所示,Ug1為信號源Us的接地端0對信號源處的大地G1之間的共模電壓,Ug2為負(fù)載放大器信號地端2對放大器處大地G2,Ug3為G1、G2不同接大地端之間的噪聲電位差。若屏蔽層不接地,Ug1、Ug2、Ug3串聯(lián)G102G

7、2G1中,形成地回路噪聲電流,它將在信號線02上產(chǎn)生壓降,成為差模電壓進(jìn)入負(fù)載放大器。解決問題的唯一辦法,是利用屏蔽層的電阻比信號線電阻小得多的特點,將屏蔽層屏蔽線兩端分別與信號地端及負(fù)載放大器地端相連,使Ug1、Ug2、Ug33個噪聲電壓產(chǎn)生的地回路電流主要被屏蔽層分流,從而達(dá)到較好的屏蔽效果。若在微弱信號測量等對EMS要求較高的場合,可通過接入屏蔽良好的信號隔離變壓器、平衡變壓器、光耦合器或差動放大電路,破壞G102G2G1地回路,從而達(dá)到較好的屏蔽效果。圖4電纜屏蔽層接地的磁場屏蔽分析3高頻信號電場屏蔽接地分析當(dāng)信號頻率高于1MHz,或者電纜長度超過1/10波長時,為保證部件、電纜的信號

8、保持同一電位,必須(b)、(c)3個簡圖標(biāo)示出在屏蔽層流過圖4(a)、的均勻軸向電流Is,I1為流過芯線的電流。Us為芯線上的總噪聲電壓源;Ls、rs分別為屏蔽層的電感和電阻;為I產(chǎn)生的全部磁通;M=/I為屏蔽層和芯線之間的互感,故M=Ls。RL為負(fù)載輸入阻抗。從圖4(b)可以看出,如果屏蔽層不接地或只是單點接地,芯線電流經(jīng)地面返回,屏蔽層不起作用。只有屏蔽層兩端接地,接地點為A、B點,再回源端,其等效電路如圖4(c)所示,則jMI1jLsI1jI1Is=(7)jLs+rsjLs+rsj+00=rs/Ls為屏蔽層截止頻率。式中當(dāng)µ時,Isi1,地電流IG0,I1幾乎全部經(jīng)由屏蔽層流回

9、源端,屏蔽層外由I1和回流產(chǎn)生的磁場大小相等,方向相反,因而互相抵消,抑制了騷擾源向74外的電磁輻射。電力系統(tǒng)通信2005,26(153)enceR.IEEETransactiononEMC,1969.5Rhoadeswt.Rectifiers,NoiseandRegulatorsR.1979IEEEInternationalEMCSymposiumRecord,1979.6諸邦田.電子電路實用抗干擾技術(shù)M.北京:人民郵電5結(jié)束語實踐證明,良好的屏蔽設(shè)計、加上良好的接地設(shè)計,可以解決大部分設(shè)備的噪聲干擾問題,有利于提高系統(tǒng)整體的EMC效果。出版社,1994.史銀建(1978-),男,河北涿州人

10、,碩士研究生,主要從事軍事電源裝備保障研究。袁春(1962-),男,四川資陽人,教授,碩導(dǎo),主要從事發(fā)供電技術(shù)及移動電源技術(shù)研究。劉云鴿(1972-),男,山西大同人,碩士研究生,主要從事軍事電源裝備保障研究。鄧湘平(1979-),男,湖南慈利人,工程師,從事通信裝備管理工作。參考文獻(xiàn):1白同云,呂曉得.電磁兼容設(shè)計M.北京:北京郵電大學(xué)出版社,2001.2高攸綱.電磁兼容總論M.北京:北京郵電大學(xué)出版社.2001.3錢照明.電磁兼容設(shè)計基礎(chǔ)及干擾抑制技術(shù)M.浙江:浙江大學(xué)出版社,2000.4EdelmanL.PredictionofPowerSupplyGeneratedInterfer2A

11、nalyseforEMCgroundigilI,LIUYun211121I2.PLA92665Unit,427200,China)Abstract:EMCgroflayerofcablescanreduceradiationofelectricmagneticandtransmissionsignalnoiseinter2ference.Accordingtogrofthecableshieldinglayerwhichcanshieldtheelectricandmagneticdisturbance,thepaperanalyzesthatEMCgroundingdesignofthesh

12、ieldinglayerofcablecansuppressthenoiseinterfereobviously,andthedifferentgroundingmodescanproducedifferentshieldingeffecttolowfrequencyandhighfrequencysignals.Basedonthat,thepapergivesoutthedifferenteffectsondif2ferentgroundingmodes,andprovidessomeimportantreferencesforsearchingtheidealmodeofcableshi

13、eldinglayergrounding.Keyword:EMC;shield;grounding(上接第64頁)3辛耀中.電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系J.電力系統(tǒng)自動化,1999,23(1):40-44.4張勝.IEC870-5-101與DNP3.0遠(yuǎn)動通信規(guī)約比較J.電力自動化設(shè)備,2001,21(3):38-41.5張勝.IEC870-5-101遠(yuǎn)動規(guī)約實現(xiàn)的測試J.電網(wǎng)技術(shù),2000,25(8):62-63.6張建設(shè),馬維青,郭晉祥.IEC60870-5-104協(xié)議在遠(yuǎn)動通及現(xiàn)場應(yīng)用J.電網(wǎng)技術(shù),2002,27(5):43-45.9張慎明,黃海峰.基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)調(diào)度自動化系

14、統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)J.電力系統(tǒng)自動化,2002,26(10):45-48.梁運華(1974-),男,湖南株洲人,工程師,從事電力系統(tǒng)及其自動化、繼電保護(hù)工作。張穎(1963-),男,湖南長沙人,副教授,從事信息安全、電力系統(tǒng)及其自動化教學(xué)科研工作。羅志平(1977-),男,湖南長沙人,工程師,從事電力系統(tǒng)及其自動化管理工作。ApplicationofIECTC57communicationprotocolsinthepowersystemLIANGYun2hua,ZHANGYing,LUOZhi2ping12(1.TheElectricPowerSupplyBureauofXiangTanofHuna

15、n,Xiangtan411104,China;2.NetworkCenterofChangShaUniversityofScience&Technology,Changsha410076,China;3.HunanProvincialEHVTransmission&TransformationCO,Changsha410015,China)Abstract:Thereareseveralkindsofcommunicationprotocoladoptedbytelecontrolsystemincurrentrunningelectricpowersystem,butthereisstillnoacommunicationseamlesslinksystemsetupbyelectricpowersystem,thishashinderedthepromotionofautomaticdegreeseriously.OnthebasisofintroducingTC57seriescommunicationprotocolbriefl