机车电缆的抗电磁干扰性研究杨钊

机车电缆的抗电磁干扰性研究杨钊

杨钊卢鸿健尹梦迪迟颖

（中车大连机车车辆有限公司辽宁大连116000）

摘要：本文主要研究了机车电缆的抗电磁干扰性问题，从抗电磁干扰的角度研究了机车电缆的相关问题，希望可以为今后的机车电缆的抗电磁干扰性研究带来参考和借鉴。

关键词：机车电缆；抗电磁干扰

前言

在机车电缆的研究方面，我们所需明确的就是在机车电缆的抗电磁方面能否有心的一些方法和技术，因此，本文所探讨的机车电缆的抗电磁干扰性问题，就是为了提高其抗干扰能力。

1、干扰源及干扰的一般分类

干扰源大都产生在电流、电压、电场、磁场剧烈变化的部位。干扰类型多种多样，按噪声的干扰模式分为共模干扰，差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串人，地电位差及电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加而成，其数值有时较大，并可通过不对称电路形成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏，也是造成一些OU模块高损坏率的主要原因。差模干扰作用于信号两极之间，主要由空间电场在信号间祸合感应及由不对称电路转换来的共模干扰所形成，该电压迭加在信号上，直接影响测量与控制精度。

随着科学技术的快速发展，设备的智能化和控制的自动化程度越来越高，特别是网络通信的广泛应用，对装置及设备的电磁兼容性要求也越来越高，越来越严。铁路上，近年来大量新技术新产品的不断出现，如列车监控系统、列车网络通信系统等，已使得机车环境的电磁兼容问题愈来愈突出。电缆，作为连接各类电气

设备的纽带，对设备的正常工作起着举足轻重的作用。机车用电缆的种类大致可以分为3类：一般电缆线、普通屏蔽线和双绞屏蔽线。很多时候，电缆的选择和端接往往不受重视，从而导致电磁环境的恶化及控制装置的失效。

2、试验模型

对磁场耦合和电场耦合的感应作用，可用图1所示的试验装置来模拟。

图1试验装置

图中AB段为测试电缆，分别为一般电缆线、普通屏蔽线和双绞屏蔽线。射频输入信号为测试要求限值电平的骚扰信号。6dB衰减器起到隔离和衰减作用，同时减小由于阻抗不匹配带来的影响。R1和R2分别为近端负载和远端负载，阻值均为50Ω。U1为R1两端的电压。电磁钳对测试电缆建立磁场和电场耦合。磁场耦合通过铁氧体管建立，铁氧体管长0.6m，直径20mm，在EUT侧，由10个4C65型的环（μ=100）组成，AE侧由26个3C11型的环（μ=4300）组成。电场耦合通过靠近EUT的电缆和铜片间的耦合来建立。去耦钳由各种电感组成，以便在整个频率范围内产生高阻抗。试验时，使6dB衰减器、电磁钳、去耦钳放置在参考接地平面上。骚扰电压的有效值为3V，载波频率为150kHz~80MHz，幅度调制信号为1kHz正弦波，调制度80%。R1两端的电压用示波器进行测量，测量参数为峰-峰值在150kHz~80MHz之间进行测试，同时改变测试电缆的种类和屏蔽层端接情况。试验分2种情况进行，双绞屏蔽线每米绞合数为60。从试验数据中各个频段选取有代表性的频率点。

3、数据分析

3.1单根电缆连接方式

电缆连接方式模拟了前面描述的2根平行导线之间的耦合。

（1）AB段为一般电缆线

电磁钳和测试电缆之间的感应耦合，可看作2根平行导线之间的耦合。在频率较低时。此时，磁场耦合产生的噪声和电场耦合产生的噪声为同相位。在频率较高时，由式（2）和式（4）可见，2种耦合产生的噪声电压较低频时要大得多。因此，由感应耦合产生的噪声较大，在50MHz时峰-峰值达到5.92V。

（2）AB段为普通屏蔽线

①若屏蔽层不接地，情形和一般电缆线类似，但是由于屏蔽线的屏蔽层面积比普通导线大，与其他导线的耦合电容大，因此产生的感应噪声也比较大。

②若A端屏蔽层接地，磁场耦合和环路没有改变，因而由它产生的噪声基本不变。对于电场耦合，由于屏蔽层的接地，噪声基本消除。

③若A、B两端屏蔽层同时接地，此时电缆和屏蔽层构成了接收电路的整个环路，面积要小得多，所以磁场耦合作用将减弱。但是低频时，回流大部分流经地面返回，如果电缆两端接地点之间存在电位差，则屏蔽层中就有噪声电流流过，该噪声电流Is与屏蔽层电阻Rs的乘积即为噪声电压。U11为地环路影响后产生的电压，则U11=Un+Rs•Is。噪声电压被串联在信号回路中而使屏蔽层的屏蔽效果受到影响。当频率升高（f>1MHz）时，由于高频集肤效应，噪声电流只在屏蔽层外表面流动，电磁钳所形成的磁场对电缆的干扰减少。而且，屏蔽层的端接使得导体与屏蔽层接地线之间的面积仍较大，从而使磁场耦合量的减小受到限制。对于电场耦合，由于测试电缆的长度l>λ/20，屏蔽层的双端接地避免了噪声电流需要流过较长距离才入地而导致屏蔽层上各点电位不等的现象，特别是当频率较高时，双端接地对电场耦合量的减少较为明显。

3.2一对电缆连接方式

由于建立数学模型较复杂，因此仅仅针对试验数据分析。AB段为一般电缆线和普通屏蔽线（未接地）时，峰-峰值电压在f为65.5MHz时达到12.2V，说明电缆受外界的干扰很大，而其本身几乎没有屏蔽效果。这是因为电缆的长度（L为2.5m）和半波长（λ/2）大致相当，使得电缆的辐射能量达到最大值。当普通屏蔽线的屏蔽层接地，无论是在施加干扰端单端接地，还是双端接地，都有较大的屏蔽效果，特别是频率较高时（如f为65.5MHz）效果很明显。

若A端屏蔽层接地，磁场耦合作用较未接地时相类似。可是，屏蔽层的单端接地能起到电场屏蔽作用，故电场耦合量可以得到减弱。

若A、B端屏蔽层同时接地，由于屏蔽层的阻抗比信号线本身的阻抗要低，根据电流总是走最低阻抗路径的原理，屏蔽层分流了一大部分地环路噪声电流，导致磁场耦合量减少。特别当频率高于1MHz时，地环路噪声电流在屏蔽层外表面流动，磁场耦合的削弱进一步加强。需要注意的是，对于此种方式，有时侯会因为某些原因屏蔽层感染上噪声电流并流入信号线，而影响电路的正常工作。

通过研究可以发现，屏蔽线和一般电缆线相比，能提供较好的屏蔽效果，其中双绞屏蔽线的屏蔽效果略胜一筹。在低频（100kHz以下）高功率所形成的磁场附近，双绞屏蔽线的效果更明显。

使用屏蔽线时，如何接地很重要。屏蔽层单端接地的效果较未接地时有较大的改善，双端接地在高频段能提供更好的效果。

在选择电缆时，应该从综合性能方面考虑，根据使用场合的电磁环境情况，使用频率的高低，合理地选择电缆。同时，从有效性和可维护性等方面出发，正确地对屏蔽电缆的屏蔽层进行端接。如：控制电源线可采用双绞屏蔽线，并选用编织层较紧密的屏蔽线；电压较高、抗干扰能力较强的信号线采用一般电缆线即可；小信号线（包括高电平模拟、高电平数字）一般采用普通屏蔽线，有条件时，采用双绞屏蔽线；对于特别弱的敏感信号线，还需要进行特殊处理。

4、结束语

综上所述，在进一步思考机车电缆的抗电磁干扰性的问题的过程中，我们要始终致力于提高机车电缆的抗电磁干扰效果，采取多种手段提升抗干扰效果，保证抗干扰质量。

参考文献：

[1]程坦，王洪林.浅议变电站内综合自动化系统的抗电磁干扰[J].内江科技.2016.09

[2]侯德明.浅析变电站抗电磁干扰的措施[J].价值工程.2016.12