煤礦井下電子設備電磁干擾的預防

摘要：煤礦井下的電子設備會受到電磁干擾的嚴重影響，為了使煤礦井下的電子設備能夠發揮正常的作用，避免發生安全事故，必須采取有效的措施來預防煤礦井下電子設備的電磁干擾。文章對電磁干擾的來源和傳播途徑進行了介紹，并以此為基礎提出了煤礦井下電子設備的電磁干擾預防措施。

關鍵詞：煤礦；井下電子設備；電磁干擾；電磁場干擾；電感性干擾；電容性干擾 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD61 文章編號：1009-2374（2015）31-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.082

在我國煤礦生產的各個領域都已經廣泛地應用到了現代電子設備，例如煤礦井下瓦斯多點智能監測系統、洗煤廠的電磁篩、井下生產監控系統等，這些設備都會受到電磁干擾的影響。在煤礦井下廣泛地用電子設備，會增加周圍空間的電磁場電頻，嚴重影響煤礦井下的電磁環境，因此必須采取有效的措施來預防煤礦井下電子設備受到電磁干擾的影響。

1 煤礦井下電磁干擾的來源

1.1 電磁的兼容性

在頻譜資源、時間和空間有限的情況下，各電子系統和設備能夠互不干擾的狀態稱之為電磁兼容性。要對電子產品的質量進行衡量，電磁兼容性是一個重要的指標。要通過電磁兼容性來消除和控制電磁干擾，使電子系統和設備在一起工作時不會降低和惡化任何部分的工作性能。

1.2 電磁干擾的來源

電磁干擾的形式包括電磁場干擾、電感性（磁場）干擾、電容性（電場）干擾，必須詳細了解電磁干擾的來源。煤礦井下的電磁干擾主要有兩方面的來源，外部干擾源帶來的干擾是其中一種。設備外部的電源和線路會對設備造成電磁干擾，表現在以下五個方面：第一，電力機車的接觸網造成的電磁干擾。電力車的軌道鋼軌是接觸網的地線，其直接與巷道中的巖石接觸。這也造成了巖層中流入了大量的雜散電流，形成交變分量的電磁干擾。這一類型的電磁干擾不僅具有電力電纜電磁干擾的特性，而且還具有隨機脈沖特性。第二，煤礦井下電力電纜帶來的干擾。由于在電力電纜中突然接入了大功率的設備，造成了電壓的波動，從而形成高次分量的頻譜，形成電磁干擾，這一類型的電子干擾具有起伏性、周期性和脈沖的特點。第三，環境溫度造成的電磁干擾。設備內部的一些元件對溫度比較敏感，溫度的變化會使其參數發生改變，進而對其他原因造成干擾。第四，變頻裝置和外部大功率設備造成的電磁耦合效應產生的電磁干擾。第五，外部電源漏電造成的電磁干擾。

2 電磁干擾的傳播形式

2.1 直接傳導

通過導線能夠將電磁干擾從干擾源傳遞給電子設備。在煤礦井下如果電子設備和干擾源具有電氣聯系或者共用一個電源，就會出現直接傳導。

2.2 輻射傳播

當電磁干擾源具有較高的頻率時，而被干擾的電子設備與電磁干擾的波長相比較大時，或者干擾對象和電磁干擾源之間的距離r≥λ/2π，就會以干擾源為輻射場向外輻射電磁。這樣一來，電子設備中的敏感元件就會受到電磁波的能量。一些具有天線效應的控制線和輸電線路能夠接收空間中的電磁輻射能，一旦超過了電子設備的電磁兼容性，就會影響電子設備的工作。

2.3 感應耦合

當電磁干擾源較低的頻率時，而且被干擾的電子設備的幾何尺寸與電磁干擾波長相比相對較小，或者被干擾設備與電磁干擾源之間的距離r≤λ/2π，就可以將電磁干擾源視為感應場或者似穩場。此時其對電子設備的影響主要是通過電子感應的方式來傳播電子干擾，包括電感性耦合、電容性耦合和共阻抗耦合等。與輻射傳播不同的是，能量通過感應耦合的方式傳輸時，隨著傳輸距離越來越遠，能量也會加速衰減。與此同時，感應耦合的傳播方式具有很強的方向性。

3 煤礦井下電子設備電磁干擾的預防措施

3.1 控制干擾源

3.1.1 在電路設計時對干擾源進行控制。以開關電源為例，電源能夠產生強大的電磁干擾，其原因在于切換放過性質的電壓電流還出現了較大的諧波電流和電壓。這就需要保障開關電源的可靠性和穩定性，做好開關電源的電路設計工作，盡可能地削弱或抑制電磁干擾的產生。要盡量避免90°折線的電路布線，并且使用負反饋電路。要對模擬電路PCB布線和數字電路進行正確的分區，特別是提高對相鄰線之間的信號的信距和間距的重視，以避免出現串擾的現象。要使用小電流電路與大電流電路的單點接地，從而減小共組干擾。與此同時，還可以將輸出整流回路包圍的面積減小。

3.1.2 控制電磁干擾源傳播的能量。可以通過超導線圈耦合電容或者降低干擾源的電壓來降低干擾信號的電壓，從而實現控制電磁干擾源傳播的能量。與此同時，也可以使用分流的方法對其進行控制，例如分散場分布降低強場、使用加接分流回線的布置來削弱回路面積較大、線路引線較長的耦合干擾。

3.2 控制電磁干擾的傳播途徑

3.2.1 濾波。通過濾波能夠限制干擾信號，使有用信號能夠順利通過，對電子設備進行保護。濾波能夠有效地消除干擾耦合、抑制干擾源。例如將濾波器安裝在直流電源的輸出端，就可以將脈沖頻率中極高的部分吸收掉。

按照原理可以將濾波器分為吸收式和反射式兩類，吸收式濾波器在煤礦井下用的比較廣泛，其主要組成部分是鐵氧體材料制成的有耗器件，能夠吸收阻帶內的噪音，消除電磁干擾。

3.2.2 屏蔽。屏蔽主要是用來應對輻射耦合感應的電磁干擾，能夠將輻射來的電磁波切斷，隔離屏蔽體內外的“場”。如果被干擾設備和干擾源之間的距離≤λ/2π則為近場，反之則為遠場。電磁干擾主要集中在遠場，要選擇良好的金屬導體作為屏蔽材料，選擇導磁性較好的材料作為屏蔽低頻磁場的材料，選擇較薄的良導體作為屏蔽高頻磁場的材料。如果需要同時對磁場和電場進行屏蔽，就要選擇對較小的良導體材料。要以材料吸收電磁波的性能為依據，選擇合適的屏蔽材料

厚度。

要保障屏蔽外殼的完整性最好能夠使用防爆外殼。然而煤礦井下使用的防爆外殼具有一定的孔縫，降低了屏蔽的效果。為了減小泄漏，可以在孔縫中加入金屬絲網或導電襯墊。

3.2.3 接地。接地指的是地下或者接入作為參考的電路的某一點，因此稱為懸浮地。常見的接地形式有混合接地、多點接地和單點接地，被接地的對象主要是機殼接地、功率接地和弱信號接地。單點接地適用于低頻電路，高頻電路則應該使用多點接地或者擴大地下面積，盡量使用粗短的引線并且就近接地。

3.3 增強電子設備的抗干擾性能

電子設備的抗干擾能力能夠通過屏蔽、接地等方式得到提升，與此同時也可以使用光電耦合實現分離，從而增強電子設備的抗干擾性。在進行電子設備的電路設計時要考慮到電子設備干擾性的問題。

4 結語

在煤礦生產中，要運用到大量的電子設備，這就難免會產生電磁干擾。電磁波干擾會影響電子設備的正常運轉，從而嚴重影響了煤礦井下施工的安全。因此必須采取有效的措施來預防煤礦井下電子設備的電磁干擾，保障煤礦井下電子設備的正常運行。

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作者簡介：楊嘉如（1985-），男，江蘇常州人，中煤科工集團常州自動化研究院工程師，研究方向：礦用通信監控產品的檢測檢驗。

（責任編輯：蔣建華）endprint