强电磁环境下通信台站的屏蔽与接地研究.docx

1、强电磁环境下通信台站的屏蔽与接地研究强电磁环境下通信台站的屏蔽与接地研究摘 要 本文论述了舰船复杂电磁环境产生的基本原因，简要介绍了电磁屏蔽的基本理论，其中包括电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽的屏蔽机理，并且推出了完整屏蔽题的电磁屏蔽效能的计算，最后给出了在舰船特殊环境下通信设备的电磁屏蔽的整体设计依据和关键措施，了解强电磁感应的产生及分类，分析对通信线路及系统影响过程，为减小强电磁感应影响，提出屏蔽与接地的改进措施。定量分析大于150KA的电流在其周围产生的强电磁感应，造成的电势分布，由此确定最佳的隔离与防护距离，及屏蔽与接地措施 。 关键词：电磁兼容 电磁屏蔽 屏蔽效能 抗扰度Abstract T

2、his article discusses the basic reasons of the ships produced by the complex electromagnetic environment, briefly introduced the basic theory of the electromagnetic shielding, including electrical shielding, magnetic shielding and electromagnetic shielding shielding mechanism, and introduced a compl

3、ete shielding problems of electromagnetic shielding effectiveness calculations, and finally given the overall design of the basis and key measures in the special circumstances of ship communications equipment electromagnetic shielding, and the generation of strong electromagnetic induction and class

4、ification, process analysis on the communication lines and systems, in order to reduce the influence of strong electromagnetic induction shielding and ground improvement measures. Quantitative analysis greater than to 150KA the current in the surrounding generated strong electromagnetic induction, c

5、aused by the electric potential distribution, which determine the best isolation and protection distance, and shielding and grounding measures. Key words: electromagnetic compatibility electromagnetic shielding, the shielding effectiveness of immunity第一章 强电线路对通信线路的影响 强电线路我们通常将电力系统传送动力及照明电力的输电线路和交流电气

6、化铁路接触网统称为强电线路，强电线路传输的是工频（50Hz）的交流电。输电线路按电压等级可以分为35KV500KV高压输电线路、10KV的农村输电线路、310KV的高压配电线路和线电压为380V的用户配电网。而交流电气化铁路接触网的供电电压则为25KV，采用单相制，以铁轨为返回导体。在我国的电力网中有500、330、220、154、110、35和10千伏几种作为高压输电线路的电压等级。高压输电线路基本上都采用三相三线输电制输电线，但在过去很长一段时间，有些农村输电线路采用了两线一地制输电方式，最近几年农村电力网进行了改造，已经基本上取消了10千伏两线一地制输电线路，全部改造为三相三线输电制线路

7、了。因此，10千伏输电线路成为高压输电网向城市和农村高压配电网输送电力的输电线路。10千伏以下到380伏变压器的线路，属于高压配电线路。用户配电线路网采用线电压为380伏的三相四线制配电线路。三相四线制配电线有三根对地电压为220伏的相导线，还有一根接地的中性线。所有使用220伏电压电源的电器都是由一根相导线（俗称火线）和一根中性线（俗称地线）完成供电的。就目前的公用电力网，几乎都是三相制的。三相发电机的三个线圈有两种连接法，即形（星形）连接法和形（三角形）连接法。三相负载也同样有上述两种连接法。1形（星形）连接法若发电机的三个线圈用形（星形）连接法向负载供电，这三个线圈的尾端均应连接在一点点

8、上，点称为三相电源的中性点。同样用形连接法，三个负载的首端应分别接三相电源，其尾端均应连接在一点o点上，则o点就是三相负载的中性点。点与o点的连接线称为中性线。这种供电方式称为三相四线制，如下图所示。BCA中性线oo假如三相负载相等，则中性线oo上应无电流，（因三相电压的矢量和为零）中性线遂可省去不用，线路就成为三相三线制。对于形（星形）连接法的线路，三相的相电压绝对值是相等的，相位互差120；而三线间的线电压绝对值则是相电压的3倍。2形（三角形）连接法若发电机电枢的三个线圈系连成形，三相线圈的首尾相互连接，相电压与线电压是相等的，而线电流则是相电流的3倍。相位同样互差120。如下图所示。上面

9、我们介绍的不管是形连接法还是形连接法的三相三线制输电线路，在正常运行时，各根导线内的电流或电压在数值上相等，相位彼此差120。因此，三个相电压和三个相电流的矢量和都是零。我们常把这样的输电线路称为对称制强电线路。在理想情况下，对称强电线各相导线的电气参数和负载都应相同，是没有不平衡电流和不平衡电压的。这样，只要通信线和输电线保持适当的间距，对通信线路就不会有电场和磁场感应影响。实际上，对输电线路来说，各相导线的电气参数和负载总要有一点差别，以致于各相的电流或电压也不完全相等，所以绝对对称的强电线路并不存在。然而这并不影响我们在实际应用中把三相三线制的输电线路当作对称制强电线路看待。在强电线路中

10、除去对称制强电线路外，还存在不对称制强电线路。所谓“不对称”，是指强电线路在正常运行状态下的合成电压和电流不等于零。这主要包括单线大地制和二线大地制强电线路。3两线一地制农村电力网线路在相当长的时间里，在农村电力网的部分线路采用的是10KV两线一地制输电线路。这种输电线路是不对称的三相输电线路，在发电机侧三相电压的绝对值相等，相位相差120。这与三相三线制并无不同，线电压同样为10KV。但是其输电导线只有两根，其中的一根相导线用大地代替了，也就是说发动机的三相中有一相是接地的。如下图示。由于C相接地，0点的电位比大地高出单相电压值。而在三相三线制，0点的对地电位为零。此时，导线A与导线B间的线

11、电压为3相，而导线A对地的电位是A相电压和C相电压的向量和，恰好与三相三线制中A导线和C 导线间的线电压值相同，也为3相。B导线对地的电位与此相同。由此可以得出如下结论：1) 两线一地制的两根导线的对地电压，比同电压等级的三相三线制输电导对地压提高3倍，也就是两根架空导线各自对地电压等于线电压。对于10千伏输电线路而言，三相三线制输电系统中每相导线对地电压为5.8千伏，而在两线一地制系统中，导线对地电压则高达10千伏。所以两线一地制输电线路正常运行时两条导线对地电压的向量和会很大，因而它的静电场会在附近通信线路上产生较大的感应电压和感应电流。2) 两线一地制输电线路的两根导线，如果有一根发生接

12、地故障，就形成两相间短路的事故，瞬间短路电流的磁场，会在附近通信线路上产生很大的感应电压和感应电流。在我国35千伏以下的三相三线制输电线路，如果发生一根架空相导线的接地故障，其他两相还可以继续供电，提高了供电的可靠性。而两线一地制输电线路的供电可靠性远不如三相三线制。3) 两线一地制输电线路在正常运行时，不仅两根架空导线的合成电压不等于零，在导线周围产生电场，能够在附近通信线上产生感应电压和感应电流（静电感应）；两根架空相导线的合成电流也不等于零，在导线周围产生交变磁场，能够使附近的通信线上诱生出感应电压和感应电流（磁感应）。4) 在三相三线制10千伏输电系统中，接地装置在正常情况下没有电流通

13、过。但两线一地制输电系统接地相的接地装置则是工作接地，不是保护接地，所以接地装置在正常运行情况下是通过工作电流的；在短路接地情况下则通过短路电流。因此对接地电阻的要求很高（即要求接地电阻值达到相当低的数值），如不符合要求，便会形成危险的跨步电压，危害人畜安全。既然两线一地制输电线路有这么多缺点，为什么还要在农村输电线路中采用10千伏www.biyezuopin.cc两线一地制输电方式呢？这主要是因为建国初期，我国生产力发展水平还比较低，农村的电气化水平就更低了，对电力的需求量还不能达到一定的水平；而农村的广阔地域对输电线路的传输长度要求又比较长，如果采用两线一地制输电线路，那么就可以减少1/3

14、的导线需求量。目前，农村的发展水平已经有了根本的改变，综和国力也有了很大的提高，为了适应农村建设的需要，国家已经对农村电力网进行了改造，两线一地制输电线路已基本被三相三线制输电线路所取代。这对在农村发展通信线路创造了有利环境。4交流电气化铁路接触网铁轨4050 公里接触网分区亭交流电气化铁路接触网是单相输电线路网，是采用单根输电导线与铁轨组成输电回路为机车供电。在交流电气化铁路沿线有牵引变电所把动力系统送来的电能（一般由110220千伏高压输电线传送的工频50赫高压交流电）转变为25千伏，然后输入接触网供应电力机车。一般沿铁路线隔4050公里设置一个牵引变电所。接触网在相邻的两个牵引变电所的中

15、央断开，在断开处设置油开关，此处所称为分区亭。分区亭将牵引变电所之间分成两个接触网供电区段，每个供电区段只从一端获得电流，这种方式通常称为单侧供电。如果将分区亭油开关闭合，便可以将两供电区段接通，使接触网同时从左右两侧获得电力，这种方式被称为双侧供电方式。交流电气化铁路接触网属于不对称强电线路，是单线大地制输电线路。在电气化铁路沿线附近的通信线路都会受到影响。5超高压直流输电线路在电力输送网中，除去交流电输送线路以外还有一种超高压直流输电线路。就是在发电厂端将产生的交流电经整流变为直流电在电力网上输送，到远端降压变电站再经整流还原为工频交流电，在下一级电力网中输送。这种线路输送的电压高达几十万

16、伏以上（线间电压），输送距离可达上千公里。一般在超大型发电厂（如大型水力发电站、核电站）向超远距离输送超大容量电力时采用。（3千伏以上）（3千伏以上）（380伏）（300千伏以上）三相形连接法输电线三相形连接法输电线三相四线制输电线三相三线制输电线对称制强电线高压直流输电线强电线从上面介绍的内容归纳起来，强电线路有如下分类：（25千伏）（10千伏）交流电气化铁路接触网两线一地制输电线不对称制强电线在野外勘查时，往往需要我们在勘查现场就判断我们勘查范围内强电线路的电压等级，下面就将对称三相输电线路的一些安装特征介绍一下，以便于在现场勘查时判断参考：1 架空三相输电线路的主要数据线电压（千伏）相邻

17、各相线间的距离（米）相线悬挂高度（米）相分裂导线间的距离（米）杆档长度（米）悬垂绝缘子串的绝缘子片数最大平均31.06501(针式绝缘子)61.27701(针式绝缘子)101.571001(针式绝缘子)353.071501(针式绝缘子)或5片以下绝缘子片1104.07250681545.57.5300102207.0228350133308.5228.54001950012.5229.00.450028注：所谓相分裂导线，是指用数根恩导线合组成一个相位的导线。在超高压线路上，这样做可以避免使用截面积过大的导线，并可降低回路阻抗。所谓悬垂绝缘子，是指将多个绝缘子片连成一长串，用于高压及超高压线路

18、的绝缘子。针式绝缘子又称高压直脚瓷瓶，和通信线路上的直脚隔电子相似。2 输电线的杆面型式对称三相输电线路的杆面型式一般有以下几种：正三角形水平形垂直形三角形1) 三角形排列 电杆较为轻便，通常用于线电压不高于35千伏的强电线路。2) 垂直形排列 电杆结构牢固，常用铁塔，通常用于110千伏以上高压双回路输电线路，每侧一回路。3) 水平形排列 一般用于110千伏以上高压输电线路，常用混凝土电杆，有时也采用铁塔。4) 正三角形排列 35千伏以下的高压输电线路，采用针式绝缘子时，用混凝土杆单杆架设；110千伏以上高压输电线路用铁塔架设。两线一地制输电线路一般只用单杆架设，常用混凝土电杆，在杆上装设一根

19、横担，两侧各安装一个针式绝缘子，架设两条10千伏相导线。对于对称三相输电线路，由于线路中性点接地方式的不同又有区别。常见的有如下几种方式：中性点绝缘中性点经消弧线圈接地中性点不直接接地中性点直接接地对称三相输电线1) 中性点绝缘的高压输电线路中性点是否接地，对于对称三相输电线路在正常运行状态时并没有什么区别，但当其中一相导线发生接地故障时，如果采用中性点绝缘方式，那么输电线路就相当于两线一地制输电线路，另两相导线仍可以继续送电。因此，可以在不停电的情况下，找出故障予以修复。但是当输电线路的电压比较高，送电距离比较长时，由于长距离高压输电线的电容电流过大，使短时间内的接地故障难以自动消除，断续电

20、弧接地的过电压会对电力设备的绝缘构成威胁。因此这种方式一般用于360千伏的输电线路上。2) 中性点直接接地的高压输电线路中性点直接接地的高压输电系统，其变压器的中性点直接和大地连接，当发生单相导线接地故障时都变成短路，而短路电流非常大，既会对输电线路设备造成破坏，其产生的磁场也会对与输电线路平行接近的通信线路诱生出较大的感应电压，对通信线路的人员和设备构成威胁。因此，每次单相接地故障都必须将线路切断，暂时停止送电，这一过程时间非常短暂，所产生的短路故障电流被称为瞬间短路电流。尽管时间短暂，但瞬间短路电流仍然会对电力设施和附近的通信线路人员及设备产生影响，所以对通信线路必须采取保护措施。同时，中

21、性点直接接地输电线路在正常运行时，由于存在三次倍数的谐波，对通信线会有磁干扰影响。中性点直接接地的方式在110千伏以上的高压输电线路上采用，在实际应用中，广泛应用于220千伏以上高压输电系统，因为其断电措施可以令其变压器可以采用分级绝缘，以降低造价，同时开关的绝缘水平也有所降低。这点对于长距离高压输电线路的建设是十分重要的。3) 中性点经消弧线圈接地的高压输电线路中性点经消弧线圈接地的高压输电线路就是在中性点绝缘的输电线路上，在中性点与大地之间接上消弧线圈。当输电系统正常运行时消弧线圈不起作用，中性点仍然是与大地绝缘，而当系统发生一相导线接地故障时，由于消弧线圈的作用，使得流经中性点的电流被抵

22、消，电流为零。这样线路在发生单相接地故障时，不但不会产生大的接地短路电流，就连接地故障电容电流也被消弧线圈补偿掉了，所以对通信线路不产生磁场危险感应影响。这样就能保证长距离高压输电线路在发生单相导线发生接地故障时，对附近的通信线路不会造成危险影响。由此可以看出，采取中性点经消弧线圈接地的措施主要是为了保证通信线路的安全运行。它既可以避免中性点绝缘方式在线路过长时因单相短路故障引起电容电流过大的缺点，保留供电可靠的优点；又可以避免直接接地方式因单相短路故障带来的大短路电流的问题。按照我国电力部门过电压保护规程的规定，中性点绝缘的电力网，当单相接地故障电容电流大于下列数值时，就应当装设消弧线圈：3

23、10千伏电力网 30安20千伏以上电力网 10安综合上述：对地绝缘方式一般用于60千伏以下的高压配电线路，这种供电线路发生一相接地故障时仍能继续供电，这时主要对周围的明线线路产生电影响，而几乎不影响电缆线路；中性点直接接地的方式，一般用于110千伏以上的高压输电线路，这种输电线路，当其中任一条输电导线断线碰地，即发生一相接地故障时，产生很大的短路电流，这个短路电流产生的强大磁场，能够在附近的通信线路上感应强大的纵向电动势，而严重威胁通信人员和设备的安全。经消弧线圈接地方式广泛采用于360千伏电力网，在110154千伏高压输电线路上也有采用的，这种输电线路可以满足长距离的电力输送，并在发生单相接

24、地故障时极大地限制了短路电流，对与之接近的通信线路实现了有效的保护。 强电线路对通信线路的影响强电线路对通信线路的影响，从物理性质来说可以分为电磁影响、静电影响和直接传导影响（地电流影响）三种。从影响产生的后果来说，可分为危险影响和干扰影响。1. 电磁影响（也称为磁耦合或磁性耦合）强电线路电流所产生的磁场，能使附近的通信线路受到影响，这种影响称为电磁影响。由电工学知识中我们已经知道，当一条导线有电流通过，在导线的周围就会产生磁场，我们将其称为电磁场。如果导线通过的电流不是恒电流，而是随时间变化的交变电流，那么在导线的周围就会产生随时间变化的交变磁场，如果此时在这个磁场内存在其他的导线，由于交变

25、磁场的作用，在这些导线上就会产生电动势，这就是电磁感应现象。在其他导线上因电磁感应而诱生的电动势被称之为感应电动势。当通信线路和强电线路接近，就会由于强电线路中的交流电作用，致使通信线路诱生感应电动势，而使通信线路的传输或安全受到影响。磁影响产生的感应电动势，与强电修路不平衡电流的大小、两线路平行接近的长度成正比，与两线路之间的隔距成反比，并与当地的土壤导电性能也有重要关系，土壤电阻系数越小，产生的感应电动势越小。电缆的金属护套对磁影响具有一定的屏蔽作用，能使电缆芯线上的感应电动势减小。减小的程度与电缆护套的材料和结构有关：有铠装的比没有铠装的屏蔽效果好，铝或钢护套又比铅护套好，最好的是纯铁带

26、铠装电缆。在前面我们已经介绍过，三相对称式输电线路在正常运行状态下的合成电流几乎为零，因而不会对接近的通信线路产生磁影响。但当其中一相导线发生接地短路故障时，将对接近的通信线路产生磁影响，这种影响达到一定的强度，有可能对通信设备或通信线路的施工、维护人员的安全造成影响，即危险影响。故要求对通信线路采取防护措施。不对称式输电线路即使在正常运行状态下也因其存在不平衡电流而对接近的通信线路产生磁影响，这种影响既可能对通信线路的信号传输产生干扰，也有可能对通信设备或通信线路的施工、维护人员的安全造成影响（即存在磁干扰影响和磁危险影响）。2静电影响（也称为电耦合或容性耦合）在任何带有电压的导体的周围都会

27、产生电场，金属导线在电场中，由于受到电场的感应作用，其内部的自由电子作有规则的移动，引起电荷的重新分布，使导线呈带电状态。这种由于外电场的影响，使中性导线出现电荷的现象，叫做静电感应现象，导线上带有电荷，它对地就有电位。当强电线路和通信线路接近时，强电线和通信线之间存在着电容，通信线和大地之间也存在着电容，所以在通信线上的静电感应电压实际上是通过与强电线之间的电容来耦合而产生的，因此也称为电耦合或容性偶合。对于三相三线制的强电线，在正常运行状态下，各相导线的电压基本相等，相位相差120，它们的向量和等于零。如果通信线路与三相三线制输电线路之间有足够的隔距，可近似地认为输电线的三根导线与通信线的

28、距离相等，则输电线路的三根相导线通过电容耦合在通信线上的静电感应电压互相抵消。故可认为静电感应电压接近于零。中性点不直接接地的三相三线制输电线路，在发生一相接地故障时，故障相导线的对地电压为零，其余两根相导线的对地电压升至线电压，这时输电导线通过电容耦合在通信线上的静电电压不能互相抵消，因此会对通信线路产生静电感应影响。不对称高压输电线路在正常运行状态下，对附近通信线路就会产生静电感应影响。3直接传导影响（电阻性耦合或阻性耦合）当强电线的接地电流流过工作接地装置时，大地表面形成漏斗状的分布电位。在以强电线的接地装置为圆心，一定距离为半径的范围内对通信设备的接地装置、单线通信回路和地下通信电缆带

29、来影响。这通常是指两线一地制输电线路的工作接地装置附近或交流电气化铁路牵引变电所的回流线附近，当这两种强电线正常运行时，都会有较大的工作电流在这些地方形成较高地位；另外，对于中性点直接接地的三相三线制输电线路发生短路接地故障时，在变电站内接地装置附近、输电线路短路点附近，都会产生很高的地电位。这种由于强电线路发生短路或不对称运行时，通过流入大地的电流使大地电位升高而对通信线路影响的途径叫电阻性耦合，也可简称为阻性偶合。通过阻性偶合途径产生的影响又叫做地电流影响或直接传导影响。直接传导影响主要对地下通信电缆、光缆构成威胁：a) 某些利用导线大地回路作为远端供电回路的线路，远端设备的电源是通过缆线

30、中的金属导线与大地作为回路由局端提供的。如果由于强电线路流入大地的电流造成入地点的大地电位升高，而因为地电位的分布不同影响到远供回路在不同地点的地电位不同，使得远供回路在不同地点出现了电位差，也就是使远供回路出现外加电压，当外加电压达到一定的程度，就会造成远供电源的接收设备的损坏。b) 当强电线路发生短路接地故障地点的附近埋有通信缆线时，由于短路接地点有大电流入地，便在入地点与缆线间产生很高的电位差，电位差达到一定的程度，便可能击穿它们间的土壤，发生跳弧而将缆线护套、金属芯线烧坏。c) 即使电位差没有击穿土壤，也可能会有部分短路电流流到缆线的金属护套上，向缆线的两侧流动，在缆线的金属导线与护套

31、间产生电压，此电压足够大时，会将缆线的金属导线与护套间的绝缘击穿。直接传导还有一种情况很重要，就是如果电力线故障点的入地电流很大，就会在入地点周围产生足够大的“跨步电压”，也就是在相隔一步距离（一般按80厘米计算）的两点间产生足够大的电位差。当有人、畜从此经过，会造成人畜触电伤亡事故。 强电线路对通信线路影响的后果上面我们已经了解到，强电线路是通过磁性耦合、感性耦合和阻性耦合三种途径对与之接近的通信线路造成影响的。对于这些影响所带来的后果，归纳起来有两类，一类是危险影响；另一类是干扰影响。1. 危险影响如果强电线路对通信线路的影响足以造成对人身安全的危害、造成对通信设备的损害和破坏，这类影响称为危险影响。危险影响的现象有音响冲击，在话机受话器中产生巨大的喀啦声，重者会震坏受话人的耳膜；伤害正在接触通信导线的人员；芯线与缆线金属护套间的绝缘击穿；烧坏缆线；损坏通信设备、仪表等；严重的会引起通信机房的火灾等。这上面谈到的仅仅是用作信号传输的金属导线受到的危险影响，除此之外，为缆线的敷设而使用的裸露的钢绞线，同样会因与强电线路接近而被感应产生电压和电流，达到一定程