工程中电磁干扰的分类及解决方案

　　对电缆屏蔽层的接地, 许多行业规范原则上是规定一端接地; 另一端悬空。但单端接地只能防静电感应(即电容性耦合),在雷击时抑制不了雷电波的侵入。为此,除了内屏蔽层的一端接地外,还应增加有绝缘隔开的外屏蔽层,外屏蔽层应至少在两端做等电位接地。在雷击时外屏蔽层与地构成了环路,感应出一电流,该电流产生的磁通抵消或部分抵消雷击时的源磁场的磁通,从而抑制或部分抑制无外屏蔽层时所感应的电压。
通常,可利用金属走线槽或穿金属管作为外屏蔽层,但必须保证槽与槽之间或金属管与金属管之间的连接良好且两端接地(管线较长时, 宜每隔30 m设一个接地点)。
实践证明,如果将外屏蔽层直接埋地(或采用金属网格屏蔽的钢筋混凝土电缆沟),特别在进控制室前的一段距离L内,它会受到很好的防雷效果。L应符合下式的要求,但不应小于15 m。

控制室的屏蔽方式大体有建筑物的自身屏蔽、金属网格屏蔽以及用金属板材围成的壳体屏蔽等几种。壳体屏蔽效果好,但投资也大,适用于实验室装置。建筑物自身对屏蔽有一定的功能,但效果不甚理想。而网格屏蔽可以通过网格宽度的选择来满足控制系统的需要,最为实用。
网格的大小可以根据控制系统的脉冲磁场抗扰度的大小计算而得。但有一个问题往往被忽视,即一旦采用网格屏蔽后,控制系统的机柜应该和网
格的侧壁保持一定的安全距离。安全距离的大小和网格的大小有关,可以通过计算求取。
3.4　控制系统的浪涌防护
产生浪涌的主要原因是开关的离合和雷电电磁脉冲,其中以雷电电磁脉冲的威胁为最。在进行控制系统防雷设计时,应根据控制系统的特点,将外部防雷措施和内部防雷措施协调统一,按工程整体要求,进行全面规划,做到安全可靠、技术先进、经济合理。具体地说,控制系统的雷电防护需要在接地、等电位连接、屏蔽以及合理布线等多方面进行考虑。
在工程上,对于改造项目,由于接地系统、线缆的选型和敷设等这些防护措施都难以改变,采用浪涌保护器(SPD)便成了雷电防护的主要方法。
对于新建的工程,SPD的设置应根据控制系统的防护等级、被保护端口(参数)的重要性以及电缆在室外的敷设长度等因素去确定。不能按"万无一失"的要求去设计,必须考虑"经济合理"。
3.5　控制系统的静电防护
据资料介绍,电子器件硬件的损伤有15%源自静电。而在这15%中,又有90%源自静电造成的潜在性失效。这种失效事先难以检测,只能任其在元器件的生命周期内发生和积累,大大降低了元器件、部件或整机的可靠性。其危害性较那种突发性的失效更大。所以,无论在电磁兼容性(EMC)的研究领域内,或者在电过应力(EOS)的课题范围内,静电防护技术都占有重要的一席。
控制系统的静电防护除了在系统的开发设计阶段应予重要的考虑外,在工程应用中主要应注意如下两点。
a)保持控制室内的相对湿度在40%~60%之间。北方地区或在干燥的冬季,因静电产生的故障事例要远大于东南沿海地区或其他季节。有资料认为,如将相对湿度控制在65%左右,由于物体表面有层薄薄的水膜,静电荷可以通过水膜层缓慢释放,从而就形成不了静电危害源。
b)如果物体已经携带电荷,那么物体的放电应该缓慢进行,以限制放电电流的变化速度。因为人体是最主要的静电放电源头。任何带电物体都很容易将自己所携带的电荷转移到导电的人体皮肤层上。而后人又通过人机界面将静电释放到控制系统中,所以凡是和人接触的物体,包括地面、工作台椅等的材质都应考虑其表面电阻率大小的选择。
表面电阻率小于104Ω/m2的静电导体材料耗散电荷的速度最快,使用接地方式很容易将其表面所携带的电荷释放掉。但因迅速放电使放电电流峰值很大,一旦放电通道靠近已带电的控制系统,可能会产生某种损坏。所以这种材料不宜作为防静电材料。
静电绝缘材料的表面电阻率大于1011Ω/m2,不能耗散电荷,在静电敏感环境中严禁使用。与静电导体相比,静电耗散材料的耗散电荷的速度很慢,很安全。接地的静电耗散材料也可用于防止静电积累,一旦物体带电,也可以安全地释放这些电荷。
一般认为,防静电材质的表面电阻率不宜超过1011Ω/m2。对工程上其他的一些抗干扰的措施,限于篇幅,不再详述。
4　结束语
近几年笔者通过控制工程中抗干扰技术的调查研究,颇有体会。
a)世界上的许多事件,其深层次的基本单元和基本规律并不复杂。控制系统在工程中实际遇到的大多数的电磁干扰问题往往源于那些基本的干扰源和基本的耦合途径。任何的干扰现象都可以用一些基本的物理概念来解释,这就是所谓"天道崇简"。
b)经验告诉大家,在工程设计阶段考虑干扰的抑制问题,采用的技术方法多而且又非常直接简单,费用也低廉。如果待到投运过程中发现了问题再去解决,那就要花更高的代价和精力,有时甚至可能会无法彻底解决。