城市軌道交通低壓配電基礎(chǔ)-電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識(shí)

電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識(shí)01

限制內(nèi)部能量泄漏出內(nèi)部區(qū)域（主動(dòng)屏蔽）

電磁屏蔽的原理屏蔽的含義：3.原理：用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻钠帘误w將電磁干擾能量限制在一定范圍內(nèi)。2.目的：防止外來的干擾能量進(jìn)入某一區(qū)域（被動(dòng)屏蔽）

二次場(chǎng)理論（一次場(chǎng)作用下，產(chǎn)生極化、磁化形成二次場(chǎng));

反射衰減理論4.屏蔽的分類（按工作原理）

電場(chǎng)屏蔽：靜電屏蔽、低頻交變電場(chǎng)屏蔽（利用良好接地的金屬導(dǎo)體制作）

磁場(chǎng)屏蔽：靜磁屏蔽、低頻交變磁場(chǎng)屏蔽（利用高導(dǎo)磁率材料構(gòu)成低磁阻通路）

電磁屏蔽：用于高頻電磁場(chǎng)的屏蔽（利用反射和衰減來隔離電磁場(chǎng)的耦合）02電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識(shí)01

分類：靜電屏蔽、低頻交變電場(chǎng)屏蔽

電場(chǎng)屏蔽靜電屏蔽

電場(chǎng)屏蔽的作用：防止兩個(gè)設(shè)備（元件、部件）間的電容性耦合干擾原理：靜電平衡要求：完整的屏蔽導(dǎo)體和良好接地02屏蔽體的材料以良導(dǎo)體為好，對(duì)厚度無什么要求屏蔽體的形狀對(duì)屏蔽效能有明顯的影響電場(chǎng)屏蔽的設(shè)計(jì)要點(diǎn)屏蔽體要靠近受保護(hù)的設(shè)備屏蔽體要有良好的接地03

磁場(chǎng)屏蔽1．原理

高頻磁場(chǎng)屏蔽高頻磁場(chǎng)金屬板渦流反磁場(chǎng)

低頻磁場(chǎng)屏蔽（f<

100kHz）

利用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料（如鐵、硅鋼片、坡莫合金），對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行分路。

利用低電阻的良導(dǎo)體中形成的渦電流產(chǎn)生反向磁通抑制入射磁場(chǎng)。04屏蔽體應(yīng)選用高導(dǎo)磁率的材料，但應(yīng)防止磁飽和被屏蔽物體不要緊貼在屏蔽體上磁場(chǎng)屏蔽的設(shè)計(jì)要點(diǎn)注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縫隙或長(zhǎng)條通風(fēng)孔循著磁場(chǎng)方向分布對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)的屏蔽可采用多層屏蔽，防止發(fā)生磁飽和盡量縮短磁路長(zhǎng)度，增加屏蔽體的截面積（厚度）對(duì)于多層屏蔽，應(yīng)注意磁路上的彼此絕緣05

電磁屏蔽1.原理與分析方法原理：①表面反射（R—反射損耗）②屏蔽材料吸收衰減（A—吸收損耗）③多次反射（B—多次反射修正）分析方法：①電磁感應(yīng)原理.計(jì)算屏蔽體上的渦流的屏蔽效應(yīng)來計(jì)算屏蔽效能②平面波的反射與折射來計(jì)算反射與衰減③等效傳輸線理論計(jì)算反射與衰減t061.確定屏蔽效能2.材料的選擇

屏蔽設(shè)計(jì)要點(diǎn)根據(jù)電磁特性：近場(chǎng)電屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，接地；近場(chǎng)低頻磁場(chǎng)屏蔽——高導(dǎo)磁率材料，不接地；近場(chǎng)高頻磁場(chǎng)屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，可不接地；遠(yuǎn)場(chǎng)電磁屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，良好接地可根據(jù)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求來確定電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識(shí)01什么是“浪涌”?電氣線路上出現(xiàn)的短暫電壓突然升高現(xiàn)象.02這種現(xiàn)象通常只持續(xù)幾納秒至幾毫秒..000000001秒03浪涌出現(xiàn)時(shí)的電壓和電流值超過正常值兩倍以上.0伏220伏>500伏04瞬間浪涌的波形?脈沖型浪涌根據(jù)

IEEE的定義,這種浪涌的電壓在幾微秒里從幾百伏至2萬伏05振蕩型浪涌根據(jù)IEEE的定義,這種浪涌的電壓值在幾微秒至幾毫秒內(nèi)從幾百伏至6000伏瞬間浪涌的波形?06

浪涌的來源用電線路出現(xiàn)“浪涌”或“尖刺”的原因既可以來自外部，也可以來自于內(nèi)部。主要來源:外部—主要是雷擊內(nèi)部–用電設(shè)備的開關(guān)等主要是指配電、微電子設(shè)備的運(yùn)行所引起的電壓瞬變、凹陷、尖峰、高次諧波等外部20%內(nèi)部80%外部20%內(nèi)部80%07雷電侵入的路徑01通信線附近或幾公里以外的直接雷擊浪涌在電力導(dǎo)體、地和通信線間產(chǎn)生幾千伏的電壓差雷電：直接雷擊01電源、數(shù)據(jù)線Buildingmetalwork雷電擊中從地面感應(yīng)到電流的物體雷電釋放電流電磁場(chǎng)感應(yīng)電流

雷電：感應(yīng)耦合10雷擊即便沒有直接擊中建筑物，也會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)的微電子設(shè)備造成損壞，因?yàn)橹灰讚糁行狞c(diǎn)發(fā)生在距建筑物半徑２Km范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)的空間里就會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的電磁場(chǎng)，所有從這個(gè)電磁場(chǎng)中穿越的供電線路，網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)線路等，都會(huì)因電磁感應(yīng)而在線路上產(chǎn)生一個(gè)浪涌電壓，并沿著線路進(jìn)入大樓內(nèi)的設(shè)備輸入端口，從而將電子設(shè)備摧毀．2KM01鄰近的雷電擊中地–建筑物間由電纜連接浪涌電流沿著電纜侵入設(shè)備端口雷電：地電勢(shì)上升0地電勢(shì)雷擊點(diǎn)的距離80kV200kV10kV電纜兩頭的地可能有幾十千伏的電勢(shì)差

12雷電波侵入直接雷擊擊中電力線路或引下線疏導(dǎo)雷電流時(shí)，在電力線路上會(huì)產(chǎn)生雷擊過電壓并在電力線纜周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁脈沖，凡是在此電磁脈沖范圍內(nèi)的各種電力、信號(hào)及控制線路都會(huì)感應(yīng)出過電壓，這部分過電壓將會(huì)沿各種線路傳輸?shù)胶蠖说脑O(shè)備，從而引起設(shè)備的誤動(dòng)作或損壞。13雷電浪涌的防護(hù)14（一）等電位連接為了消除雷電瞬態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，可以將所有現(xiàn)場(chǎng)儀表的所有金屬外殼、構(gòu)架、生產(chǎn)裝置的金屬設(shè)備、設(shè)施、儀表控制室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼、金屬設(shè)施連接在一起，并且與儀表控制室的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成完善的等電位連接。15電話電源信息線水管暖氣天然氣配電箱空調(diào)管PE暖氣片16（二）屏蔽為防止從交流供電線路及信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸線路上傳輸過來的電涌，損壞設(shè)備并危及人員安全，對(duì)外部傳輸線及線纜，應(yīng)使用封閉金屬線槽或穿金屬管道敷設(shè)，并對(duì)技術(shù)線槽，穿線金屬管道進(jìn)行可靠適度的多點(diǎn)接地，以最大限度的減少感應(yīng)雷擊所產(chǎn)生的電涌破壞設(shè)備事故。17 1、建筑物或房間外部屏蔽：

用鋼筋和金屬框架構(gòu)成的大空間屏蔽電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識(shí)01靜電的基本定義

靜電就是靜止的電荷。靜電的產(chǎn)生是由于電子在外力的作用下，從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體或者是受外界磁場(chǎng)的影響而產(chǎn)生的極化現(xiàn)象以下每個(gè)項(xiàng)目都會(huì)令靜電產(chǎn)生：摩擦、碰撞、剝離靜電感應(yīng)電容改變壓電效應(yīng)電磁輻射感應(yīng)02靜電感應(yīng)靜電場(chǎng)帶電物體03日常生活可以感覺得到的靜電現(xiàn)象：閃電冬天在地毯上行走及接觸把手時(shí)的觸電感在冬天穿毛衣時(shí)所產(chǎn)生的噼啪聲這些對(duì)我們平常生活沒有很大影響，但它對(duì)電子元件及電子線路板有很大的沖擊。靜電放電(ESD)

-ElectroStaticDischarge在具有不同靜電勢(shì)的兩個(gè)物體之間的靜電轉(zhuǎn)移。靜電敏感器件(ESDS)

--ElectroStaticDischargeSusceptibility日常操作、試驗(yàn)和運(yùn)輸容易遭受靜電場(chǎng)或靜電放電所損害的分立器件、集成電器或組件.注：損害包括器件性能的任何降低或不正常。一般現(xiàn)象的靜電值：0506靜電放電的破壞ESD半導(dǎo)體破壞率的分配：59%都是由靜電引致的07靜電對(duì)集成電路的損傷主要表現(xiàn)為：芯片內(nèi)熱二次擊穿金屬噴鍍?nèi)廴诮橘|(zhì)擊穿表面擊穿體積擊穿等最后綜合表現(xiàn)為功能故障甚至造成人身傷害。08半導(dǎo)體的損壞形式有兩種：1.災(zāi)難性損壞器件不能操作約占受靜電破壞的原件的百分之十2.潛在性損壞器件可以操作但性能不穩(wěn)定，維修次數(shù)因而增加約占受靜電破壞原件的百分之九十08防靜電方法1.接地2.靜電屏蔽3.離子中和防靜電的三種基本方法：09接地就是將靜電通過一條線的連接放入大地，這是防靜電措施中最直接最有效的。導(dǎo)體常用的接地方法有：帶防靜電手腕及工作表面接地等。防靜電方法一：接地防靜電方法10靜電敏感元件在儲(chǔ)存或運(yùn)輸過程中會(huì)暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對(duì)電子元件的影響。最通常的方法是用靜電屏蔽袋作為保護(hù)。防靜電方法二：靜電屏蔽11絕緣體往往是易產(chǎn)生靜電的，對(duì)絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常采用的方法是離子中和，即在工作環(huán)境中使用離子風(fēng)機(jī)，離子氣槍。防靜電方法三：離子中和12常用的防靜電用品1.個(gè)人防靜電用品腕帶腳帶靜電服其他：靜電鞋手套/指套佩帶時(shí)應(yīng)緊貼皮膚！雙腳都須穿帶！應(yīng)無破損，扣緊132.防靜電表面產(chǎn)品防靜電地板防靜電臺(tái)墊143.離子中和設(shè)備離子風(fēng)機(jī)離子風(fēng)機(jī)離子風(fēng)槍154.靜電防護(hù)包裝靜電屏蔽袋防靜電袋不可使用在ESD防護(hù)區(qū)外浪涌保護(hù)器的工作原理01一、浪涌保護(hù)器的工作原理

浪涌保護(hù)器(SurgeprotectionDevice)是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護(hù)器”英文簡(jiǎn)寫為SPD。浪涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。01二、SPD的基本元器件及其工作原理1．放電間隙(又稱保護(hù)間隙)：它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成。其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當(dāng)瞬時(shí)過電壓襲來時(shí)，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)時(shí)滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是回路的電動(dòng)力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理2．氣體放電管：它是由相互離開的一對(duì)冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理3．壓敏電阻：它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流?。?0-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對(duì)瞬時(shí)過電壓響應(yīng)時(shí)間快（～10-8s），無續(xù)流。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理4．抑制二極管：抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級(jí)保護(hù)電路中的最末幾級(jí)保護(hù)元件。

01二、SPD的基本元器件及其工作原理5．扼流線圈：扼流線圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，如圖15e所示，要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(hào)（如雷電干擾），而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無影響。

電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識(shí)01

電磁干擾一、電磁兼容（EMC）概念我國(guó)從２０世紀(jì)80年代至今已制定了上百個(gè)電磁兼容的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制要求多數(shù)電氣設(shè)備必須通過相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的性能測(cè)試，否則為不合格產(chǎn)品。電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且也不向處于同一環(huán)境的其它設(shè)備釋放超過允許范圍的電磁干擾。02電磁干擾三要素干擾源（發(fā)射器）傳輸（耦合路徑）接收器（敏感體）防止電磁干擾的三個(gè)途徑：（1）抑制源的發(fā)射（2）盡可能使耦合路徑無效（3）使接收器對(duì)發(fā)射不敏感03（一）電磁干擾源類型1、自然干擾源：雷電放電、局部自然干擾源、天電噪聲源、熱噪聲；2、人為干擾源：電力線干擾源、旋轉(zhuǎn)機(jī)械干擾源、點(diǎn)火系統(tǒng)干擾源、功能干擾源；3、大氣中的無線電噪聲：來源于全世界的風(fēng)暴，它主要的變量是地理位置、無線電頻率、一天的時(shí)間和季節(jié)。04（二）電磁環(huán)境和人為輻射源1、人為輻射源的數(shù)學(xué)模式（1）單個(gè)的技術(shù)裝置輻射源專門為輻射電磁能的裝置輻射電磁能是其副作用的裝置（2）城市輻射源：N=zM發(fā)射源數(shù)N,城市人口M，比例系數(shù)z是每人占有的發(fā)射源數(shù)一個(gè)城市的輻射功率

i=1,2,3…k05（二）電磁環(huán)境和人為輻射源在相當(dāng)遠(yuǎn)的距離時(shí)，城市則類似于一個(gè)同樣功率的點(diǎn)能源。將能流分成三種基本模式：1）類似線性波導(dǎo)的傳播模式AHo=(1/2)PHo——功率通量密度2）類似表面波導(dǎo)的傳播模式BHo=P/(2*Pi*r)（Pi：第i個(gè)輻射源的功率）3）自由空間的傳播模式CHo=P/(4*Pi*r*r)A線性模式：人口及輻射源是沿一直線而對(duì)稱分布的B平面模式：人口和輻射源的分布是在平面上對(duì)稱的C三維模式：假設(shè)人口和輻射源是對(duì)稱立體分布的06（二）電磁環(huán)境和人為輻射源2、人工接收機(jī)一類專門制造來對(duì)所輻射的電磁能起反應(yīng)的一類并不是有意制造對(duì)所輻射的電磁能起反應(yīng)的城市輻射源的上述研究得出結(jié)論：各最近的輻射源會(huì)產(chǎn)生最大的影響在城市中心的功率密度即使該城市是無窮大時(shí)也是有限的如果指定觀測(cè)點(diǎn)距離城市很遠(yuǎn)，則此給定點(diǎn)的功率密度與城市人口成正比可用一個(gè)范圍有限的作用區(qū)域來代替一個(gè)給定的城市07二電磁干擾波傳播或耦合1、傳導(dǎo)干擾波傳播通過導(dǎo)體傳播的電磁干擾2、輻射干擾波傳播通過空間傳播的電磁干擾（其耦合形式有近場(chǎng)感應(yīng)耦合、遠(yuǎn)場(chǎng)輻射耦合）

3、復(fù)合干擾：輻射和傳導(dǎo)干擾同時(shí)存在傳導(dǎo)干擾輻射干擾電耦合磁耦合電磁耦合近場(chǎng)感應(yīng)耦合遠(yuǎn)場(chǎng)輻射電磁干擾傳播磁感應(yīng)電感應(yīng)干擾源敏感設(shè)備

導(dǎo)體傳導(dǎo)干擾輻射干擾空間08電磁兼容技術(shù)和電氣生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)知識(shí)01抗干擾措施1.供電系統(tǒng)的抗干擾措施對(duì)交流供電網(wǎng)絡(luò)：穩(wěn)（壓）、濾（波）、隔（離）、UPS02

濾波器是抑制交流差模干擾的有效手段之一。有RC濾波器和LC濾波器等幾種。1.RC濾波器：當(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢的傳感器時(shí)，利用小體積、低成本的無源RC低通濾波器將對(duì)串模干擾有較好的抑制效果。a）單節(jié)RC濾波器與放大器的連接b）雙節(jié)RC濾波器c）低通濾波器