信号设备电磁兼容的研究及改善

信号设备电磁兼容的研究及改善

陈吉琼

宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司315000

摘要：从电磁兼容的定义入手，结合信号设备的施工及安装，分析信号设备电磁干扰的预防改善措施，从而提高信号设备的稳定性，确保地铁运营的安全、正点。

关键词：电磁兼容；信号设备；接地；防雷；隔离

信号系统不断发展，信号设备也从人工闭塞的机械设备，逐渐变为移动闭塞的电子化、智能化设备。但随着电子设备的不断加多，电磁兼容（以下简称电磁兼容）问题变得越来越不容忽视。如何改善信号设备的电磁兼容性能，提高其可靠性，成为信号系统的重要研究部分。

1电磁兼容的定义

电磁兼容表示电子设备或系统在电磁环境中能良好的工作，并且不会给其它设备造成电磁扰动的能力。电磁兼容包括两个方面的要求：一是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；二是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰。

2电磁干扰的分类

为提高电磁兼容性能，需对电磁干扰进行研究。电磁干扰一般传导干扰和辐射干扰两种。

2.1传导干扰

传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（谐波干扰）到另一个电网络。传导干扰一般是通过电压或电流的形式在电路中进行传播的。

传导干扰源按照带不带信息可分为：信息传导干扰源和电磁噪声传导干扰源。信息传导干扰源是指带有信息的无用信号对接收器产生干扰；电磁噪声传导干扰源是指不带任何信息的电磁噪声对接收器产生的干扰。

传导干扰的测量是对受试设备通过电源线或信号线向外发射的干扰进行测试。因此，测试的对象主要是输入电源线、互连线及控制线等。

2.2辐射干扰

辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。辐射干扰一般是通过电磁感应的形式在空间进行传播的。

辐射干扰分为差模辐射干扰和共模辐射干扰。差模干扰在两根信号线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。

辐射干扰的测试，是检验受试设备通过空间传播的辐射干扰场强。按标准要求应在开阔场地或半电波暗室进行。然而，符合要求的开阔场很难找到，故一般多在屏蔽电波暗室内测试。测量主要采用天线法和诊断法。

3电磁干扰的消除

为减少传导干扰和辐射干扰对信号设备带来的影响，一般可通过设备接地与设备隔离来实现。

3.1信号设备接地

3.1.1安全接地

由于电磁干扰的存在，信号设备外壳会不断积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全。

通过将信号设备的外壳与大地连接，可及时释放电荷，消除电磁干扰；此外，当设备的绝缘损坏而设备外壳带电时，通过接地，促使电源的保护动作而切断电源，以便进一步保护工作人员的安全。对信号设备机柜而言，应将各直接连接到设备机房的接地端子盒，并采用星型方式做单点接地，即应保证各机柜是单独连接到接地排上，而不能是各机柜串联环接。建议从信号室内电缆屏蔽层到机柜接地汇流排最小线径6mm2，从室外电缆铠装层到接地汇流排最小线径10mm2，从信号或其他设备机柜到信号设备房接地汇流排最小线径16mm2，从电源、分线柜或防雷柜到信号设备房接地汇流排最小线径25mm2。

3.1.2防雷接地

由于雷击或者电源瞬间峰值电流会引起输入输出端过压增加，形成传导干扰，信号设备都有可能受到很大损害甚至报废，影响行车安全，故信号设备应增加防雷保护以消除这种影响。在有雷电活动的地区，交流电源外线、电子设备、轨道电路、计轴设备、转辙机、遥信遥控设备等与外线连接的信号设备必须设防雷装置。

防雷装置和被防护设备之间绝缘应匹配，以便将雷电感应电压限制在被保护的冲击耐压水平以下。正常情况下，防雷装置不应影响被防护设备工作：受雷电干扰时，应能保证信号设备不错误动作，确保故障-安全原则。采用多级防护时，各级防护元件应配置合理。

3.1.3屏蔽接地

屏蔽可分为电场屏蔽和磁场屏蔽。电场屏蔽应注意以下几点：①选择高导电性能的材料，并且要有良好的接地；②正确选择接地点及合理的形状，最好是屏蔽体直接接地。电磁场屏蔽通常只是指直流或低频磁场的屏蔽。磁屏蔽时应注意以下几点：①要选用铁磁性材料；②磁屏蔽体要远离有磁性的元件，防止磁短路；③可采用双层屏蔽甚至三层屏蔽；④屏蔽体的开孔要注意开孔的方向，尽可能使缝的长边平行于磁通流向，使磁路长度增加最少。

对信号设备室外电缆而言，为提高其机械强度，需使用铠装屏蔽电缆。但在电缆通电时，其铠装屏蔽层的内侧将感应出与带电导体等量异种的电荷，外侧出现与带电导体等量的同种电荷，形成电场，对信号电缆的传输及通信带来干扰。此时，可通过电缆屏蔽层和护套单端接地的方法，以消除电磁干扰，增加屏蔽效果。如计轴电缆屏蔽层采用单端接地，在室内分线盘处进行电缆屏蔽接地，施工要求执行铁道部有关电缆施工技术标准；计轴分线盘至主机柜屏蔽双绞线采用RVSP2×23-42×0.15屏蔽铜芯双绞塑料软线，屏蔽层在分线盘处单端接地；计轴机柜到控制台、组合架屏蔽双绞线采用RVSP2×23-42×0.15屏蔽铜芯双绞塑料软线，屏蔽层在机柜单端接地。

3.2信号设备隔离

在同一电缆槽内或同一电缆中的电信号会互相影响，但其传输电压（如24V、380V等）、频率（50HZ、2.4GHZ等）的不同，产生的磁场、电场也不同。所以有必要制定一定原则以避免信号传输受扰。

3.2.1信号设备识别及分级

通过分析信号设备干扰源的电压、频率、功率等因素，进行分级识别。以宁波轨道交通1、2号线信号系统为例，常见的信号设备干扰源分为如下7类，可分为3级。

注：1级：数字电路（以太网、FIP网络、串行连接、转换器电路（模拟电路）

2级：半导体控制电路（50HZ）

3级：牵引电路

不同等级之间的电缆，应考虑一定的距离进行隔离防护。信号电缆应安装在专用的水泥管或者电缆槽中，可以与小电流信号的电缆共存。必须远离大电流和高电压电缆，例如电力线、隧道照明电源等。高压信号必须与信号电缆和通信电缆保持最少1m的距离。

4结束语

随着信号系统电子设备的广泛应用和技术的进步，电磁兼容问题越来越突出，推广现有的、成熟的电磁兼容技术，建立完善的试验、测试制度和检验标准，研究电磁兼容新问题、新方向是信号系统应用技术的当务之急。在信号系统工程设计及应用中，只要充分考虑设备的电磁兼容性，并通过各种技术措施和管理办法就可以消除电磁干扰，提高设备的稳定性和可靠性。

参考文献

[1]付茂金.客运专线信号设备雷电防护和电磁兼容研究[J]铁道通信信号，2008（12）.

[2]李明,朱中文,蔡伟勇.电磁兼容技术研究现状与趋势[J].电子质量，2007（7）.