船舶电磁干扰抑制和电气接地的研究

朱彦刚

摘 要：我国船舶系统在信息技术的支撑下，运行水平有了很大的提升，使得与船舶相关的电气设备增多，当电气设备在运行时，会产生较为复杂的电磁环境，其电磁性较强，对传播信号的影响极大。基于此，本文主要分析了发射干扰的原因和抑制原理，并提出船舶电磁抑制和接地处理的具体措施，以期提升船舶电气系统的运行效率。

关键词：船舶电气；电磁；抑制；接地

1分析设备发射干扰产生的原因

1.1传导发射干扰产生的原因

传导发射按照产生发射的机理分为谐波发射和射频发射。谐波发射是指交流电的谐波成分的发射，其产生的主要原因是设备的非线性导致的工作电压、电流的畸变；射频发射是更高频率的骚扰成分，这些骚扰成分主要来自于开关电源的频繁切换以及数字电路高低电平的转换、感性负载的切换等。另外，供电电源线也可能感应外部空间的辐射干扰而产生射频传导干扰。

1.2辐射发射干扰产生的原因

电气电子产品产生辐射发射的两个必要条件是驱动源和辐射发射天线。驱动源包括系统内各个电路正常工作时产生的有用信号源和由于产品中存在的未知信息（包括线路之间的寄生电感、寄生电容等）在等效天线中感应寄生的干扰信号；辐射发射天线主要包括产品电路板上环路等效天线和单极等效天线（或对称偶极子天线）。满足以上两个必要条件后，产品在工作时就会向空间环境辐射信号。

2 兼容技术的主要研究方向及其应用原理

2.1抑制干扰源的影响

抑制干扰源对敏感电路、元件和设备实现了电磁兼容，确保敏感设备稳定运行，是电磁兼容技术的一个重要研究方向。其中，最常见的有效手段是通过设置滤波电路或组件抑制干扰源的传播，根据干扰源的电磁特性实现对特定幅值电磁波的过滤拦截或者将其在滤波过程中消耗吸收，从而形成对滤波电路下游电路的有效保护。

2.2阻断电磁干扰的传播路径和弱化电磁干扰

电磁兼容技术的另一个研究思路是研发和利用屏蔽材料，构建起对电力系统的设备、线路或装置的密闭保护空间，从而通过屏蔽材料吸收干扰源的磁力线，将电磁干扰隔离在空间内部或外部。一方面阻止外部电磁干扰源对屏障内设备和装置的干扰，另一方面可以防止屏蔽装置内部的高频率、大功率和高电压设备的运行成为电力系统干扰源。

2.3优化电子电力设备的电磁环境

通过合理布置电力系统中的设备和线路，能够降低发生电磁干扰的概率，有效优化电子电力设备的电磁环境。首先通过分析所有设备、线路和装置的电磁干扰与电磁耐受性能特征，将易于发生相互干扰的线路和设备尽量分开，并且对重点干扰源采取电磁屏蔽措施，防止不同设备之间发生电磁耦合和感应。其次是在线路设计中需要针对脉冲功率大、高频导线以及敏感线路进行屏蔽或隔离，利用电路隔离元件把敏感电路隔离和保护起来。但是，在选择和使用隔离电气元件时要注意避免元件本身成为新的干扰源，在满足电磁兼容要求的前提下尽量选择小功率的元件。

3船舶电磁干扰抑制和电气接地

3.1电缆选型

信号电缆一般指承载各种采样信号的电缆。信号电路是船舶中较容易受干扰的线路，其选型要谨慎：（1）选用对绞电缆用于信号传输和仪表线路；（2）对于长距离输送且沿电缆路径存在较复杂的电磁辐射环境的线路需考虑带有屏蔽；（3）用于CAN总线和RS-485等类似接口的较长距离传输的线路，建议选用带有内外屏蔽的信号电缆；（4）敏感度高的重要安保信号线路，例如安保系统的测量线路，建议选用带有内外屏蔽的信号电缆。

控制电缆是一种承载被人为放大的信号电流的电缆，其电流用以控制其它执行元件。控制电缆是船舶上最容易受电磁辐射干扰的电缆，而由于控制电路的敏感程度低于信号电路，所以设计过程中往往掉以轻心。对于部分敏感的控制电路或长距离传输信号的电缆，需谨慎考虑屏蔽，必要时更换为对绞屏蔽电缆是较好的解决方案。

网线的选型，各控制站间的通讯网络，考虑到信号传输路径较长，电磁环境复杂，信号传输也更重要，建议选用带屏蔽的网线。

3.2电缆的敷设

施工人员需要在敷设过程中注意以下几点：（1）将高压电缆与低压电缆进行分开敷设，分别敷设于相应的电缆托架上；（2）如果电缆带有屏蔽信号，施工人员可以将信号电缆与电力电缆、照明电缆进行同束敷设，如果电缆不带有屏蔽信号，施工人员需要将信号电缆与电力电缆、照明电缆进行分开敷设，并将距离控制在50mm以上；（3）将本质安全电缆和非本质安全电缆分开敷设，如果两者敷设于同一个电缆托架上，需要将距离控制在50mm以上。

3.3滤波处理

滤波处理的主要目的是通过滤波处理，为骚扰信号提供合适的电流回路从而减少流过等效电阻的电流。由于电路系統中任何部分的骚扰信号都可能通过耦合的方式对输入电源线产生影响，因此在产品电路的各个设计模块中都应加入滤波处理。目前实验室有记录的传导发射超标的整改措施都是选择更换合适的电源滤波器。

3.4屏蔽抑制

屏蔽抑制方式主要用于抑制辐射干扰，该技术主要通过屏蔽体的而应用，实现干扰信号的阻隔或者衰减。第一，确保屏蔽体表面可以连续导电；第二，导体不可以直接穿透屏蔽体。只有满足上述两个条件，才可以保障电磁波的有效吸收与反射，实现电磁干扰的衰减。

3.5隔离措施

（1）变压器直接耦合，用于高低压电网间或大型电动机的变压器应选用隔离型式，也即要求制造厂在绕组间加一层可靠接地的屏蔽，从而克服了普通变压器绕组间寄生电容较大的缺点，可以提高对高频噪声的抑制能力；

（2）光电耦合隔离是可以通过光回路将输入和输出线路完全隔离，可以有效抑制尖峰脉冲的干扰。

（3）通过信号隔离器输入或输出，对于少量受干扰信号线路，可以通过增加信号隔离器解决问题。信号隔离器配套不困难，通常封装设计较好，尺寸不大，也易于安装。

3.6合理选择接地方式

通常来说，钢质船舶电气设备与电缆的接地主要包括保护接地、屏蔽接地以及工作接地这三种接地方式。施工人员需要根据船舶的实际状况及接地需求，选择合理的接地方式，保障船舶电气接地的有效性。

（1）保护接地，保护接地可以有效保障工作人员的人身安全，避免电磁干扰及火花放电。在钢质船舶中，除了双重绝缘或者工作电压低于50V的电气设备，所有船舶电气设备及电缆都需要采取保护接地措施，从整体上保障电气设备的稳定运行。

（2）工作接地，屏蔽抑制方式需要满足两种条件，但是从实践角度而言，这种条件仅可以在实验室中满足，船舶实际运行过程难以做到。因此，在实际船舶电磁干扰抑制中，技术人员需要将工作接地和屏蔽抑制方式配合应用，通过屏蔽接地方式的应用，提高电磁干扰信号的屏蔽效果。具体而言，技术人员需要将电缆的屏蔽层接地，将屏蔽层的外侧电荷传输到大地中，消除屏蔽体的外侧电场，营造良好的信号传输环境。就目前的船舶运行现状而言，不同的电气设备与电缆，需要采用不同的接地方式。就单层屏蔽电缆而言，技术人员需要采取单端接地方式，将靠近电源的一侧接地，避免电位差的形成，从而实现电磁干扰电流的有效控制，该接地方式主要应用于低频电路中；就两个以上的屏蔽层电缆而言，技术人员需要将外层两端接地，避免电感性干扰源的产生，并将内层一端接地，避免电容性干扰源导致电磁干扰，该接地方式主要应用于高频电路中；就空余的电缆多余芯线，技术人员需要将其两端接地，当电磁场感应进入到多余芯线时，可以呈现出短路状态，有效避免了电磁干扰的产生。

结语：综上所述，随着船舶电气设备应用的覆盖率越来越高，对船舶电气的稳定性和信号可靠性提出了更高的要求，有关技术人员要不断探寻影响电气运行的干扰因素，并对其做出有效措施，以此确保船舶电气系统运行的安全。

参考文献：

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[2]彭江鹰.电力系统自动化设备的电磁兼容技术[J].通信电源技术，2019，36（02）：36-37.