煤礦用產品電磁兼容測試技術研究

翟文濤

摘要：電磁兼容是一門新興的綜合性學科。對于我國煤礦行業而言，對礦井電磁環境的研究、測量和相關的試驗研究剛開始起步，電磁環境的危害尚未充分顯現。因此，研究煤礦井下電磁環境特殊性，制定針對煤礦井下設備電磁兼容性能的實驗方法，對開展煤礦井下電磁兼容性研究具有指導意義。

關鍵詞：電磁兼容；干擾源；監控系統；屏蔽

1.前言

隨著電子技術的飛速發展，礦用電氣設備的品種和數量也急驟增加，針對產品小型化、數字化、高速化、網絡化的發展特點，再加之礦井特定有限空間里已有的惡劣電磁干擾環境，導致了井下電磁環境日趨復雜，如裝備與裝備、裝備與環境、裝備與工作人員之間，形成了不可忽視的“電磁污染”。電磁兼容的英文名稱為Electromagnetic Comp-atibility，簡稱EMC。EMC是從過去的“電磁干擾”發展起來的。是一門新興的綜合學科。它是在無線電抗干擾技術的基礎上擴展延伸而來。近幾年，隨著煤炭高產、高效、安全生產技術的推廣應用，采煤、運輸等設備的功率越來越大，監控與通信設備不斷增多，這些設備產生的電磁干擾使礦用電子產品處于嚴酷的電磁環境中。為保證礦井監控與通信等電子設備的正常工作， 而又不對環境或其他電子設備造成干擾，礦井監控與通信等電子設備應具備電磁兼容性。

2.煤礦監控系統的組成及試驗點選取

煤礦監控系統一般由主機、傳輸接口、分站、傳感器、電源箱、電纜、避雷器和其他設備組成。主機和傳輸接口安裝于地面調度機房，分站安裝于采區變電所或掘進工作局部扇風機處，電源安裝在分站附近，傳感器安裝于工作面、掘進面制定位置。傳輸接口與分站距離≥10km，傳感器與分站距離≥2km。煤礦井下電磁兼容性研究是在有限的空間、時間等條件下，各種用電設備或系統在其電磁環境下能正常工作，并不對環境中任何事物構成不能承受的電磁干擾的能力。主要概括為3個方面的含義：

2.1井下的電磁環境應是給定的或可預期的；

2.2井下設備、分系統或系統不應產生超過相關標準所規定的電磁騷擾發射（EMI）限值的要求；

2.3井下設備、分系統或系統應滿足相關標準所規定的電磁敏感性（EMS）限值或抗擾度（Immunity）限值的要求。分站是監控系統的核心設備之一，向上通過總線與地面傳輸接口相連，向下可與傳感器、執行器等相連，還與礦用本安電源相連，任何一個環節處理不當，就會引入傳導干擾。因此，電磁干擾試驗點將主要設置在以上幾個部位（如圖2.1所示）。

產生電磁兼容問題必須具備3個條件：干擾源，產生干擾的電路或設備；敏感源，受這種干擾影響的電路或設備：禍合路徑，能將干擾源產生的干擾能量傳遞到敏感源的路徑。本章將著重就以上三個方面，結合設備在礦井中的實際使用環境，提出針對礦井監控系統電磁兼容試驗的測試部位和嚴酷等級。

3.煤礦監控系統的電磁兼容性要求

監控系統的電磁兼容性要求按照煤礦安全監控系統通用技術要求（AQ6201規定），監控系統應能通過GB/117020.3規定的射頻電磁場輻射抗擾度試驗、通過GB/T17626. 4規定的電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、通過GB/T17626.5規定的浪涌（沖擊）抗擾度試驗，且試驗過程中系統應能正常進行數據采集、傳輸、顯示、報警和斷電，模擬量輸入傳輸處理誤差、系統最大巡檢周期、控制執行時間、最大傳輸距離、最大監控容量應能滿足要求。

電磁兼容測試貫穿在產品的設計、開發生產、使用和維護的整個周期，對設備達到電磁兼容起到至關重要的作用。設備的抗擾度測試又稱為設備的敏感度測度（EMS），目的是測試設備承受各種電磁騷擾的能力。當設備由于受到騷擾影響而性能下降時其性能判據可分為四級：

A： EUT工作完全正常；

B： EUT工作指標或功能出現非期望偏離，但當騷擾去除后可自行恢復；

C： EUT工作指標或功能出現非期望偏離，騷擾源去除后不能自行恢復，必須依靠操作人員的介入，例如“復位”（不包括技術人員進行的硬件維修和軟件得裝）

方可恢復；

D： EUT的元器件損壞，數據丟失、軟件故障等。

施加騷擾的強度由試驗等級決定，等級越高強度越大。EMS試驗結果應標明試驗等級和性能判據。以下針對騷擾的不同性質、不同傳播途徑和方式，敘述各種不同的測試方法。

4.嚴酷等級

4.1 電快速瞬變脈沖群

采煤機、輸送機等大型機電設備啟/停和架線電機車火花將會在礦井監控與通信等電子設備的電源線、控制線和信號線上產生脈沖干擾。電快速瞬變脈沖群試驗就是考核禍合到電子設備電源線、控制線和信號線上的由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群試驗。試驗嚴酷等級分為1、2、3、4和X級。

4.2 靜電放電

為防止靜電放電引起井下瓦斯和煤塵爆炸，用于井下的電氣設備均具有防靜電

措施，例如：采用塑料外殼的設備，應能防止正常工作時外殼積聚危險靜電，其塑料外殼表面的絕緣電阻應不大于1 *109Ω，并且由于煤礦井下有淋水、潮濕，因此，工作在煤礦井下的電氣設備沒有必要對靜電放電再進行要求。

4.3輻射電磁場

透地通信、漏泄通信、感應通信等礦井無線通信設備輻射的電磁場往往會干擾礦井監控與通信等電子設備的正常工作。輻射電磁場試驗就是考核電子設備抗人為產生的連續電磁場輻射的能力。當然，礦用架線電機車產生的電火花、大型機電設備啟/停產生的寄生輻射也會干擾礦井監控與通信等電子設備的正常工作，但這種干擾主要表現為傳導干擾，這將在電快速瞬變脈沖群中考慮。當然，用于抗連續電磁輻射的抗干擾措施同樣也能減少礦用架線電機車產生的電火花、大型機電設備啟/停產生的寄生輻射等干擾的影響。

5.結論

本文在研究煤礦井下電磁環境特殊性的基礎上，逐一分析輻射電磁場、電快速瞬變脈沖群、靜電放電、電浪涌等電磁干擾的產生機理和影響范圍、具有針對

性地提出了井下電器設備電磁兼容抗擾度的測試方法、測試部位和實驗的嚴酷等級，并從理論上說明上述這些實驗條件的建立是可行的，但其正確性還需具體的實驗加以驗證。

參考文獻：

[1]王藝華.煤礦井下甚高頻電磁十擾分布的分析[J].電信科學，2002 （2）： 1112.