电力系统电磁兼容的危害

电力系统电磁兼容的危害

理工学院自动化（2）班陈川09L0802201

摘要：介绍了电磁兼容的定义，所涉及的研究范围及在现代社会中的严重影响；重点分析了电力系统电磁兼容的危害———电磁骚扰在电力系统各个环节中的现象、特点及防护方法。随着现代科学技术的发展，各种电子、电气设备已广泛应用于人们的日常生活、国民经济的各个部门及国防建设中。

电子、电气设备不仅数量及种类不断增加，而且向小型化、数字化、高速化及网络化的方向快速发展。这些电子、电气设备正常工作时，往往会产生一些有用或无用的电磁能量，影响其他设备、系统和生物体，导致电磁环境日趋复杂，造成了“电磁污染”，形成电磁骚扰。电磁骚扰有可能使电气、电子设备和系统的工作性能偏离预期的指标或使各种性能出现不希望的偏差，严重时还可能摧毁电气、电子设备和系统，而且还将影响人体健康。因此，人们面临着一个这样的新问题，就是如何提高现代电子、电气设备和系统在复杂的电磁环境中的生存能力，以确保电气、电子设备和系统达到初始的设计目的。正是在这样的背景下产生了电磁兼容的概念，形成了一门新兴的综合性学科———电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）。

电磁兼容（EMC）在国际电工委员会（IEC）、美国国防部《国防及有关名词字典》以及美国国家标准学会暨美国电工与电子学会联合出版的《IEEE电工与电子学名词标准字典》中的定义是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备（分系统、系统、广义的还包括生物体）可共存并不致引起降级的一门科学。电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。研究对象是电磁骚扰，即骚扰源的形成及其性质；骚扰的耦合和运输；敏感设备的响应特性和抗骚扰措施等。20世纪60年代以来，现代科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度、高可靠性方向发展，其应用范围的越来越广，渗透到了社会的每一个角落，EMC这一学科，“随着电磁能量利用的发展，它将研究：预测并控制变化着的地球和天体周围的电磁环境、为了协调环境所采取控制方法、各项电气规程的制定以及电磁环境的协调和电磁能量的合理应用等。”

正由于大规模集成电路的出现把人类带入信息时代，近年来信息高速公路和高速计算机技术的快速发展，随之而来的是，电磁骚扰已不只限于电子设备本身，还涉及到电磁污染、电磁饥饿等一系列生态效应问题以及其他多方面的问题，这种环境污染形式，也成为水质污染、大气污染、噪声污染之后的第四大污染。因此，以电磁骚扰为研究对象的电磁兼容性研究在国内外已经受到普遍重视，渗透到每一个电气电子系统及设备中，涉及领域更广，并获得空前的大发展。电磁兼容设计已经成为电力和电子产品设计中不可缺少的环节。这里将主要介绍电力系统的电磁兼容性及带来的问题。所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化，有时变化速率还相当快，这样会导致在不同频率内或一个频带间产生电磁能量，而相应的电路则会将这种能量发射到周围的环境中。电磁骚扰有两条途径离开或进入一个电路：辐射和传导。信号辐射是通过外壳的缝、槽、开孔或其他缺口泄漏出去；而信号传导则通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在开放的空间中自由辐射，从而产生干扰。

正由于大规模集成电路的出现把人类带入信息时代，近年来信息高速公路和高速计算机技术的快速发展，随之而来的是，电磁骚扰已不只限于电子设备本身，还涉及到电磁污染、电磁饥饿等一系列生态效应问题以及其他多方面的问题，这种环境污染形式，也成为水质污

染、大气污染、噪声污染之后的第四大污染。因此，以电磁骚扰为研究对象的电磁兼容性研究在国内外已经受到普遍重视，渗透到每一个电气电子系统及设备中，涉及领域更广，并获得空前的大发展。电磁兼容设计已经成为电力和电子产品设计中不可缺少的环节。这里将主要介绍电力系统的电磁兼容性及带来的问题。所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化，有时变化速率还相当快，这样会导致在不同频率内或一个频带间产生电磁能量，而相应的电路则会将这种能量发射到周围的环境中。电磁骚扰有两条途径离开或进入一个电路：辐射和传导。信号辐射是通过外壳的缝、槽、开孔或其他缺口泄漏出去；而信号传导则通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在开放的空间中自由辐射，从而产生干扰。

电磁骚扰按场源频率范围分类，可分为6类：（1）50Hz低频骚扰；（2）30KHz以下甚低频骚扰；（3）30~300KHz载波骚扰；（4）0.3~300MHz射频、视频骚扰；（5）0.3~300GHz 微波骚扰；（6）核电磁脉冲骚扰。对电力系统来说，电磁骚扰主要偏重于低频（谐波）及暂态骚扰。主要表现在三方面问题：a.变电站电磁兼容技术问题；b.输变电工程的电磁环境问题；c.电能质量问题。其中，变电站的电磁兼容问题主要体现在：一次设备、二次设备之间的暂态骚扰；雷击、系统对地短路等带来的二次回路骚扰；高频辐射骚扰；GIS中的电磁骚扰问题等等。针对变电站电磁骚扰采取的防护有：屏蔽、接地和滤波三种方式。将以上三种方式结合到变电站的设计、施工、维护等各个环节中应考虑如下几个方面：a.变电站设计中，低电平信号电缆应与高电平电缆分开；b.变电站设计中，二次电缆在变电站内的走向应呈辐射状；c.变电站设计中，二次电缆应尽量远离高电压母线和暂态电流的入地点，并尽量减少和母线的平行长度；d.变电站设计中，利用电缆沟的屏蔽作用；e.变电站设计中，改善变电站的接地、降低接地电阻；f.变电站设计中，合理选择保护小室的接地方式并加强其屏蔽；g.采用隔离变压器、合理布线，增强瞬变骚扰的抑制措施，增强电子电路的抗骚扰措施来提高变电站二次设备抗骚扰能力措施；h.随着电力系统高科技程度的不断提高，在线监测的现场计算机受电网骚扰的抑制方法也愈来愈引起重视。对设计工程师而言，采用屏蔽材料是一种有效降低电磁骚扰的方法。

如今已有多种外壳屏蔽材料得到广泛使用，从金属罐、薄金属片和箔带到在导电织物或卷带上喷射涂层及镀层（如导电漆及锌线喷涂等）。无论是金属还是涂有导电层的塑料，一旦设计人员确定作为外壳材料之后，就可着手开始选择衬垫。在高频电场下，采用薄层金属作为外壳或内衬材料可达到良好的屏蔽效果，但条件是屏蔽必须连续，并将敏感部分完全遮盖住，没有缺口或缝隙（形成一个法拉第笼）。然而在实际中要制造一个无接缝及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多个部分进行制作，因此就会有缝隙需要接合，另外通常还得在屏蔽罩上打孔以便安装与插卡或装配组件的连线。输变电工程的电磁环境问题主要体现在：电力系统对邻近其他设施的电磁影响；电力系统工频磁场问题；工频电磁场的生物效应问题。这些问题在以往的设计、施工中考虑的程度不够；现在，随着高层建筑群的增加、电气化铁路的出现、现代通讯网络的迅猛发展、人类生存环境的变化等等，这些问题的解决已成为迫在眉睫的问题。电能质量恶化给电网和用户带来巨大经济损失，在电力市场运行机制下，电能质量作为电能商品的主要属性，将直接影响电能的价格。