船舶電磁干擾抑制和電氣接地的研究

朱彥剛

摘 要：我國船舶系統在信息技術的支撐下，運行水平有了很大的提升，使得與船舶相關的電氣設備增多，當電氣設備在運行時，會產生較為復雜的電磁環境，其電磁性較強，對傳播信號的影響極大。基于此，本文主要分析了發射干擾的原因和抑制原理，并提出船舶電磁抑制和接地處理的具體措施，以期提升船舶電氣系統的運行效率。

關鍵詞：船舶電氣；電磁；抑制；接地

1分析設備發射干擾產生的原因

1.1傳導發射干擾產生的原因

傳導發射按照產生發射的機理分為諧波發射和射頻發射。諧波發射是指交流電的諧波成分的發射，其產生的主要原因是設備的非線性導致的工作電壓、電流的畸變；射頻發射是更高頻率的騷擾成分，這些騷擾成分主要來自于開關電源的頻繁切換以及數字電路高低電平的轉換、感性負載的切換等。另外，供電電源線也可能感應外部空間的輻射干擾而產生射頻傳導干擾。

1.2輻射發射干擾產生的原因

電氣電子產品產生輻射發射的兩個必要條件是驅動源和輻射發射天線。驅動源包括系統內各個電路正常工作時產生的有用信號源和由于產品中存在的未知信息（包括線路之間的寄生電感、寄生電容等）在等效天線中感應寄生的干擾信號；輻射發射天線主要包括產品電路板上環路等效天線和單極等效天線（或對稱偶極子天線）。滿足以上兩個必要條件后，產品在工作時就會向空間環境輻射信號。

2 兼容技術的主要研究方向及其應用原理

2.1抑制干擾源的影響

抑制干擾源對敏感電路、元件和設備實現了電磁兼容，確保敏感設備穩定運行，是電磁兼容技術的一個重要研究方向。其中，最常見的有效手段是通過設置濾波電路或組件抑制干擾源的傳播，根據干擾源的電磁特性實現對特定幅值電磁波的過濾攔截或者將其在濾波過程中消耗吸收，從而形成對濾波電路下游電路的有效保護。

2.2阻斷電磁干擾的傳播路徑和弱化電磁干擾

電磁兼容技術的另一個研究思路是研發和利用屏蔽材料，構建起對電力系統的設備、線路或裝置的密閉保護空間，從而通過屏蔽材料吸收干擾源的磁力線，將電磁干擾隔離在空間內部或外部。一方面阻止外部電磁干擾源對屏障內設備和裝置的干擾，另一方面可以防止屏蔽裝置內部的高頻率、大功率和高電壓設備的運行成為電力系統干擾源。

2.3優化電子電力設備的電磁環境

通過合理布置電力系統中的設備和線路，能夠降低發生電磁干擾的概率，有效優化電子電力設備的電磁環境。首先通過分析所有設備、線路和裝置的電磁干擾與電磁耐受性能特征，將易于發生相互干擾的線路和設備盡量分開，并且對重點干擾源采取電磁屏蔽措施，防止不同設備之間發生電磁耦合和感應。其次是在線路設計中需要針對脈沖功率大、高頻導線以及敏感線路進行屏蔽或隔離，利用電路隔離元件把敏感電路隔離和保護起來。但是，在選擇和使用隔離電氣元件時要注意避免元件本身成為新的干擾源，在滿足電磁兼容要求的前提下盡量選擇小功率的元件。

3船舶電磁干擾抑制和電氣接地

3.1電纜選型

信號電纜一般指承載各種采樣信號的電纜。信號電路是船舶中較容易受干擾的線路，其選型要謹慎：（1）選用對絞電纜用于信號傳輸和儀表線路；（2）對于長距離輸送且沿電纜路徑存在較復雜的電磁輻射環境的線路需考慮帶有屏蔽；（3）用于CAN總線和RS-485等類似接口的較長距離傳輸的線路，建議選用帶有內外屏蔽的信號電纜；（4）敏感度高的重要安保信號線路，例如安保系統的測量線路，建議選用帶有內外屏蔽的信號電纜。

控制電纜是一種承載被人為放大的信號電流的電纜，其電流用以控制其它執行元件。控制電纜是船舶上最容易受電磁輻射干擾的電纜，而由于控制電路的敏感程度低于信號電路，所以設計過程中往往掉以輕心。對于部分敏感的控制電路或長距離傳輸信號的電纜，需謹慎考慮屏蔽，必要時更換為對絞屏蔽電纜是較好的解決方案。

網線的選型，各控制站間的通訊網絡，考慮到信號傳輸路徑較長，電磁環境復雜，信號傳輸也更重要，建議選用帶屏蔽的網線。

3.2電纜的敷設

施工人員需要在敷設過程中注意以下幾點：（1）將高壓電纜與低壓電纜進行分開敷設，分別敷設于相應的電纜托架上；（2）如果電纜帶有屏蔽信號，施工人員可以將信號電纜與電力電纜、照明電纜進行同束敷設，如果電纜不帶有屏蔽信號，施工人員需要將信號電纜與電力電纜、照明電纜進行分開敷設，并將距離控制在50mm以上；（3）將本質安全電纜和非本質安全電纜分開敷設，如果兩者敷設于同一個電纜托架上，需要將距離控制在50mm以上。

3.3濾波處理

濾波處理的主要目的是通過濾波處理，為騷擾信號提供合適的電流回路從而減少流過等效電阻的電流。由于電路系統中任何部分的騷擾信號都可能通過耦合的方式對輸入電源線產生影響，因此在產品電路的各個設計模塊中都應加入濾波處理。目前實驗室有記錄的傳導發射超標的整改措施都是選擇更換合適的電源濾波器。

3.4屏蔽抑制

屏蔽抑制方式主要用于抑制輻射干擾，該技術主要通過屏蔽體的而應用，實現干擾信號的阻隔或者衰減。第一，確保屏蔽體表面可以連續導電；第二，導體不可以直接穿透屏蔽體。只有滿足上述兩個條件，才可以保障電磁波的有效吸收與反射，實現電磁干擾的衰減。

3.5隔離措施

（1）變壓器直接耦合，用于高低壓電網間或大型電動機的變壓器應選用隔離型式，也即要求制造廠在繞組間加一層可靠接地的屏蔽，從而克服了普通變壓器繞組間寄生電容較大的缺點，可以提高對高頻噪聲的抑制能力；

（2）光電耦合隔離是可以通過光回路將輸入和輸出線路完全隔離，可以有效抑制尖峰脈沖的干擾。

（3）通過信號隔離器輸入或輸出，對于少量受干擾信號線路，可以通過增加信號隔離器解決問題。信號隔離器配套不困難，通常封裝設計較好，尺寸不大，也易于安裝。

3.6合理選擇接地方式

通常來說，鋼質船舶電氣設備與電纜的接地主要包括保護接地、屏蔽接地以及工作接地這三種接地方式。施工人員需要根據船舶的實際狀況及接地需求，選擇合理的接地方式，保障船舶電氣接地的有效性。

（1）保護接地，保護接地可以有效保障工作人員的人身安全，避免電磁干擾及火花放電。在鋼質船舶中，除了雙重絕緣或者工作電壓低于50V的電氣設備，所有船舶電氣設備及電纜都需要采取保護接地措施，從整體上保障電氣設備的穩定運行。

（2）工作接地，屏蔽抑制方式需要滿足兩種條件，但是從實踐角度而言，這種條件僅可以在實驗室中滿足，船舶實際運行過程難以做到。因此，在實際船舶電磁干擾抑制中，技術人員需要將工作接地和屏蔽抑制方式配合應用，通過屏蔽接地方式的應用，提高電磁干擾信號的屏蔽效果。具體而言，技術人員需要將電纜的屏蔽層接地，將屏蔽層的外側電荷傳輸到大地中，消除屏蔽體的外側電場，營造良好的信號傳輸環境。就目前的船舶運行現狀而言，不同的電氣設備與電纜，需要采用不同的接地方式。就單層屏蔽電纜而言，技術人員需要采取單端接地方式，將靠近電源的一側接地，避免電位差的形成，從而實現電磁干擾電流的有效控制，該接地方式主要應用于低頻電路中；就兩個以上的屏蔽層電纜而言，技術人員需要將外層兩端接地，避免電感性干擾源的產生，并將內層一端接地，避免電容性干擾源導致電磁干擾，該接地方式主要應用于高頻電路中；就空余的電纜多余芯線，技術人員需要將其兩端接地，當電磁場感應進入到多余芯線時，可以呈現出短路狀態，有效避免了電磁干擾的產生。

結語：綜上所述，隨著船舶電氣設備應用的覆蓋率越來越高，對船舶電氣的穩定性和信號可靠性提出了更高的要求，有關技術人員要不斷探尋影響電氣運行的干擾因素，并對其做出有效措施，以此確保船舶電氣系統運行的安全。

參考文獻：

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