通信電纜屏蔽層EMC接地設(shè)計(jì)分析

1、722005年7月10日TelecommunicationsforElectricPowerSystemJul.10,2005通信電纜屏蔽層EMC接地設(shè)計(jì)分析史銀建,袁春,劉云鴿,鄧湘平2(1.重慶通信學(xué)院研究生隊(duì),重慶400035;2.中國(guó)人民解放軍92665部隊(duì),427200)摘要:對(duì)通信電纜屏蔽層進(jìn)行周密、精心的接地設(shè)計(jì),對(duì)于減少通信電纜的電磁輻射,降低對(duì)傳輸信號(hào)的噪聲干擾,有著十分重要的意義。文章從電纜屏蔽層接地將直接產(chǎn)生電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽這樣兩種效果為主線,分別計(jì)算、論證了接地對(duì)抑制干擾所產(chǎn)生的重要作用;在電纜屏蔽中,又將降低頻信號(hào)屏蔽層與高頻信號(hào)的屏蔽方式進(jìn)行分析對(duì)比,總結(jié)出不同接

2、地方式的各自特點(diǎn)及影響。為幫助尋求較理想的屏蔽層接地方式,提供了具有一定參考價(jià)值的模式。關(guān)鍵詞:EMC;屏蔽;接地中圖分類(lèi)號(hào):TN913.32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1005-7641(2005)07-0072-030引言在EMC(electr,效和最廉價(jià)方法,既能提高抗干擾度,。從廣義說(shuō),接地的含義是為電路或系統(tǒng)提供1個(gè)等地點(diǎn)或面,如果接真的大地,則這個(gè)參考點(diǎn)或面就是大地電位;接地的另1個(gè)含義是為電流流回源提供一條低阻抗路徑。電纜屏蔽層大都為金屬屏蔽體,要起到良好屏蔽效果,必須要根據(jù)不同頻率的傳輸信號(hào)對(duì)屏蔽的不同要求進(jìn)行的接地設(shè)計(jì)。1電纜屏蔽層接地分類(lèi)電纜屏蔽層接地,可以劃分為多種類(lèi)別。若根

3、據(jù)屏蔽層接地產(chǎn)生的屏蔽效果,可分為對(duì)電場(chǎng)屏蔽和對(duì)磁場(chǎng)屏蔽;若從電路參考點(diǎn)的角度考慮,可分為懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地;按照傳輸信號(hào)頻率的不同,對(duì)屏蔽有不同的要求,又可分為在低頻及高頻兩種情況下的接地分類(lèi)。,Ug2為,A、B、C、D4條虛線代表電纜屏蔽層不同的接地方式。A種接地方式使流過(guò)屏蔽層的各種屏蔽噪聲電流經(jīng)過(guò)1條信號(hào)線流入大地,會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的串模噪聲。對(duì)于B、C、D接地方式,可通過(guò)電路分析,求出噪聲電壓作用在信號(hào)線之間電容C2的電壓,可依據(jù)信號(hào)線間電容電壓最小的接地方式即為電場(chǎng)屏蔽效果最好的屏蔽層接地方式。由B方式的等效電路圖b不難得出jc2(Ug2+Ug1)=Uc2=+jc1jc

4、2cc1+c2(Ug2+Ug1)(1)由C方式的等效電路圖c得出Uc2=0由D方式等效電路圖d不難得出Uc2=cc1+c2Ug2(2)(3)2低頻率信號(hào)屏蔽層的電場(chǎng)屏蔽接地分析對(duì)于頻率低于1MHz的低頻接地系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)到信號(hào)源、負(fù)載放大器的接地情況來(lái)設(shè)計(jì)電纜屏蔽層的接地方式。(1)信號(hào)源本身浮空,放大器接地如圖1所示,Us為輸入信號(hào)源,C1、C2、C3分別為信號(hào)之間及信號(hào)線與屏蔽層之間的分布電容,Ug1為負(fù)載收稿日期:2004-12-07從式1、2、3可以看出C種接地方式產(chǎn)生的電場(chǎng)屏蔽效果最好。圖1對(duì)信號(hào)源浮空,放大器接地電路的低頻信號(hào)電纜屏蔽分析設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)史銀建,等通信電纜屏蔽層EMC接地設(shè)

5、計(jì)分析(2)信號(hào)源接地,放大器浮空73如圖2所示,A、B、C、D4條虛線分別代表電纜屏蔽層不同的接地方式。分析方式與圖1類(lèi)似,A種接地方式會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的串模噪聲。由B方式的等效電路圖b,不難得出(4)Uc2=0由C接地方式等效電路圖c不難得出Uc2=c1c1+c2Ug2(5)圖3對(duì)信號(hào)源、放大器均接地電路的低頻信號(hào)電場(chǎng)屏蔽由D接地方式等效電路圖d不難得出jc(Ug2+Ug1)=Uc2=+jc1jc2c1c1+c2(Ug2+Ug1)(6)(5)、(6),D從式(4)、采用信號(hào)地多點(diǎn)接地。因?yàn)閭鬏數(shù)母哳l信號(hào)會(huì)在負(fù)載終端處發(fā)生反射,造成波形畸變和增加延時(shí),考慮到高頻信號(hào)功率傳輸?shù)淖杩蛊ヅ鋯?wèn)題,通常使用

6、具有固定阻抗特性的同軸電纜,(相鄰接地點(diǎn)距1波長(zhǎng)),。,可將電纜屏蔽,這樣電,從屏蔽層外表面流過(guò);而要傳輸?shù)母哳l信號(hào)在屏蔽層的內(nèi)表面?zhèn)鬏?并且由于地電位引起的共模電位差,其頻率遠(yuǎn)低于信號(hào)頻率,易于慮除,從而產(chǎn)生較好的屏蔽效果。4電纜屏蔽層接地的磁場(chǎng)屏蔽分析圖2對(duì)信號(hào)源接地,放大器浮空電路的低頻信號(hào)電場(chǎng)屏蔽分析電纜屏蔽層接地的磁場(chǎng)屏蔽分析如圖4所示。(3)信號(hào)源、放大器均接地如圖3所示,Ug1為信號(hào)源Us的接地端0對(duì)信號(hào)源處的大地G1之間的共模電壓,Ug2為負(fù)載放大器信號(hào)地端2對(duì)放大器處大地G2,Ug3為G1、G2不同接大地端之間的噪聲電位差。若屏蔽層不接地,Ug1、Ug2、Ug3串聯(lián)G102G

7、2G1中,形成地回路噪聲電流,它將在信號(hào)線02上產(chǎn)生壓降,成為差模電壓進(jìn)入負(fù)載放大器。解決問(wèn)題的唯一辦法,是利用屏蔽層的電阻比信號(hào)線電阻小得多的特點(diǎn),將屏蔽層屏蔽線兩端分別與信號(hào)地端及負(fù)載放大器地端相連,使Ug1、Ug2、Ug33個(gè)噪聲電壓產(chǎn)生的地回路電流主要被屏蔽層分流,從而達(dá)到較好的屏蔽效果。若在微弱信號(hào)測(cè)量等對(duì)EMS要求較高的場(chǎng)合,可通過(guò)接入屏蔽良好的信號(hào)隔離變壓器、平衡變壓器、光耦合器或差動(dòng)放大電路,破壞G102G2G1地回路,從而達(dá)到較好的屏蔽效果。圖4電纜屏蔽層接地的磁場(chǎng)屏蔽分析3高頻信號(hào)電場(chǎng)屏蔽接地分析當(dāng)信號(hào)頻率高于1MHz,或者電纜長(zhǎng)度超過(guò)1/10波長(zhǎng)時(shí),為保證部件、電纜的信號(hào)

8、保持同一電位,必須(b)、(c)3個(gè)簡(jiǎn)圖標(biāo)示出在屏蔽層流過(guò)圖4(a)、的均勻軸向電流Is,I1為流過(guò)芯線的電流。Us為芯線上的總噪聲電壓源;Ls、rs分別為屏蔽層的電感和電阻;為I產(chǎn)生的全部磁通;M=/I為屏蔽層和芯線之間的互感,故M=Ls。RL為負(fù)載輸入阻抗。從圖4(b)可以看出,如果屏蔽層不接地或只是單點(diǎn)接地,芯線電流經(jīng)地面返回,屏蔽層不起作用。只有屏蔽層兩端接地,接地點(diǎn)為A、B點(diǎn),再回源端,其等效電路如圖4(c)所示,則jMI1jLsI1jI1Is=(7)jLs+rsjLs+rsj+00=rs/Ls為屏蔽層截止頻率。式中當(dāng)µ時(shí),Isi1,地電流IG0,I1幾乎全部經(jīng)由屏蔽層流回

9、源端,屏蔽層外由I1和回流產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等,方向相反,因而互相抵消,抑制了騷擾源向74外的電磁輻射。電力系統(tǒng)通信2005,26(153)enceR.IEEETransactiononEMC,1969.5Rhoadeswt.Rectifiers,NoiseandRegulatorsR.1979IEEEInternationalEMCSymposiumRecord,1979.6諸邦田.電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù)M.北京:人民郵電5結(jié)束語(yǔ)實(shí)踐證明,良好的屏蔽設(shè)計(jì)、加上良好的接地設(shè)計(jì),可以解決大部分設(shè)備的噪聲干擾問(wèn)題,有利于提高系統(tǒng)整體的EMC效果。出版社,1994.史銀建(1978-),男,河北涿州人

10、,碩士研究生,主要從事軍事電源裝備保障研究。袁春(1962-),男,四川資陽(yáng)人,教授,碩導(dǎo),主要從事發(fā)供電技術(shù)及移動(dòng)電源技術(shù)研究。劉云鴿(1972-),男,山西大同人,碩士研究生,主要從事軍事電源裝備保障研究。鄧湘平(1979-),男,湖南慈利人,工程師,從事通信裝備管理工作。參考文獻(xiàn):1白同云,呂曉得.電磁兼容設(shè)計(jì)M.北京:北京郵電大學(xué)出版社,2001.2高攸綱.電磁兼容總論M.北京:北京郵電大學(xué)出版社.2001.3錢(qián)照明.電磁兼容設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及干擾抑制技術(shù)M.浙江:浙江大學(xué)出版社,2000.4EdelmanL.PredictionofPowerSupplyGeneratedInterfer2A

11、nalyseforEMCgroundigilI,LIUYun211121I2.PLA92665Unit,427200,China)Abstract:EMCgroflayerofcablescanreduceradiationofelectricmagneticandtransmissionsignalnoiseinter2ference.Accordingtogrofthecableshieldinglayerwhichcanshieldtheelectricandmagneticdisturbance,thepaperanalyzesthatEMCgroundingdesignofthesh

12、ieldinglayerofcablecansuppressthenoiseinterfereobviously,andthedifferentgroundingmodescanproducedifferentshieldingeffecttolowfrequencyandhighfrequencysignals.Basedonthat,thepapergivesoutthedifferenteffectsondif2ferentgroundingmodes,andprovidessomeimportantreferencesforsearchingtheidealmodeofcableshi

13、eldinglayergrounding.Keyword:EMC;shield;grounding(上接第64頁(yè))3辛耀中.電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1999,23(1):40-44.4張勝.IEC870-5-101與DNP3.0遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約比較J.電力自動(dòng)化設(shè)備,2001,21(3):38-41.5張勝.IEC870-5-101遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約實(shí)現(xiàn)的測(cè)試J.電網(wǎng)技術(shù),2000,25(8):62-63.6張建設(shè),馬維青,郭晉祥.IEC60870-5-104協(xié)議在遠(yuǎn)動(dòng)通及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用J.電網(wǎng)技術(shù),2002,27(5):43-45.9張慎明,黃海峰.基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系

14、統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,26(10):45-48.梁運(yùn)華(1974-),男,湖南株洲人,工程師,從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、繼電保護(hù)工作。張穎(1963-),男,湖南長(zhǎng)沙人,副教授,從事信息安全、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化教學(xué)科研工作。羅志平(1977-),男,湖南長(zhǎng)沙人,工程師,從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化管理工作。ApplicationofIECTC57communicationprotocolsinthepowersystemLIANGYun2hua,ZHANGYing,LUOZhi2ping12(1.TheElectricPowerSupplyBureauofXiangTanofHuna

15、n,Xiangtan411104,China;2.NetworkCenterofChangShaUniversityofScience&Technology,Changsha410076,China;3.HunanProvincialEHVTransmission&TransformationCO,Changsha410015,China)Abstract:Thereareseveralkindsofcommunicationprotocoladoptedbytelecontrolsystemincurrentrunningelectricpowersystem,butthereisstillnoacommunicationseamlesslinksystemsetupbyelectricpowersystem,thishashinderedthepromotionofautomaticdegreeseriously.OnthebasisofintroducingTC57seriescommunicationprotocolbriefl