发布时间:2023-10-11 17:26:25
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇电磁发射技术,期待它们能激发您的灵感。
Multi-level electromagnetic launch system modeling
XIA Yujie (Anhui University Communication Engineering Anhui Hefei 230601 )
Abstract:Electromagnetic emission technology is widely used in military, civilian aspects and gradually replace the traditional firepower, machinery and other means of transmission. So establishing numerical simulation model of the electromagnetic launch system is necessary. By analyzing the characteristics of the transmission circuit and system kinematics, establish electromagnetic launch system model, and thus derived system of equations, choose a better stability Treanor algorithm for solving nonlinear ordinary differential equation, system model established stable solution.
Keyword:electromagnetic emissions; mathematical model; system of equations
一、引言
现有的化学式推进装置有许多缺点,传统的化学式弹射会产生强光、强冲击波以及弹射系统过于庞大和复杂。随着脉冲功率技术、脉冲强磁场、等离子体技术、新材料技术、高能工质技术及测试等相关技术的发展,电磁弹射技术的进展为改进传统弹射方法提供了可能。
二、电磁发射技术分类及工作特点
电磁推进技术对比于传统的机械推进装置和化学高速发射装置来说,具有以下突出优点:(一)能源简单、成本低;(二)可移动性强、工作稳定;(三)电磁推进装置清洁环保,无噪音及其它污染;(四)对推进装置的结构限制较小。电磁发射按照结构不同可以分为导轨式、同轴线圈式和磁力线重接式3种,表3-1分别对三种电磁发射结构进行说明[1]:
2.1导轨型电磁推进器
导轨式电磁推进器是由两条平行的金属导轨和一个抛体电枢及载荷,以及高功率脉冲电源组成,如图2-1所示。电枢位于两导轨之间被加速运动,可以是高导电率的固体金属,也可以是等离子体,或者是两者的混合体。高功率脉冲电源通过开关向导轨和电枢回路通电,提供脉冲大电流,在两平行导轨之间产生强大的磁场,与流经电枢的电流相互作用,产生强大的电磁力,该力推进抛体电枢加速运动。
2.2同轴线圈型电磁推进器
同轴线圈式电磁推进器由固定不动的驱动线圈、被加速的抛体线圈或电枢和激励电源组成。当激励电源通过开关向驱动线圈馈以电流时,驱动线圈中产生磁场或磁行波,同时使抛体线圈载流或电枢感应电流驱动线圈中的磁场对抛体线圈电流产生电磁力=,电磁力含有纵向和横向两个分量,纵向力拉动或推动抛体线圈加速运动。其结构如图2-2所示[2]:
2.3重接型电磁推进器
变化的磁场在抛体上感生涡流,涡流与重接磁场相互作用产生电磁力。重接型电磁推进过程中系统负互感被正互感取代,电感变化较大, 用于加速抛体的轴向力较大,因此具有更高的效率;重接型电磁推进中抛体受力波动较小,抛体加速运动有更大的稳定性。原理图如2-3所示。
三、电磁发射系统结构
3.1 电磁发射器的系统方程
式中:[L]为各个线圈的自感矩阵;[M]为线圈间的互感矩阵; [I]为定子线圈与抛体的电流列阵;[VC]为电容器组的电压列阵;[C]为电容器组的电容列阵;[R]为电阻矩阵;MP、v、X分别是抛体的质量、速度、位置。该系统方程为非线性方程组,参数的变动性与相互耦合性给解方程组带来了困难。首先要计算其系数阵,需要计算分片抛体与定子线圈间互感、自感与互感梯度。在系统发射的过程中,互感与互感梯度与抛体与定子线圈的相对位置有关,因此要进行多次重复计算,选择计算方法时要优先考虑算法效率与计算精度。
3.2 单层螺线管的互感方程
互感梯度的计算转换成四项单重积分运算,利用高斯求积公式可以增加计算精度的可控性。
3.5系统方程的刚性特征
时间常数是通常用来表示指数函数衰减,如果方程组中的时间常数相差很大,方程中的变量变化速度相差较大,导致数值解法误差变大,则此常微分方程组特性为刚性性质,刚性方程又称病态方程。描述刚性方程分量变化差异的量化值为刚性比。
刚性由微分方程自身性质决定,电磁发射中的系统方程组呈现刚性,传统的常微分方程组的解法不适用,所以,求解系统方程组选择对求解刚性方程良好稳定性的 Treanor 算法[4]。
四、结语
电磁发射与以往的发射方式相比具有更高的出速度、发射成本低、准备周期短、发射隐蔽等优点,因此它在武器装备、导弹防御系统、空间应用等许多领域内有广泛的应用前景。目前仍存在着一些有待解决的问题,为电磁发射系统建立恰当的数值仿真模型尤为重要,这会对我国电磁发射技术发展起到关键性作用。
参 考 文 献
[1] Wang Ying, Richard A.Marshall, and Cheng Shukang. Physics of Electric Launch[M].Beijing: Science Press, 2004.
[2]王莹,肖峰.电炮原理[M].北京:国防工业出版社.1995.
关键词 电磁兼容;电磁干扰;电磁抗干扰;汽车;零部件;手机;便携式无线发射设备干扰
中图分类号 U463 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)122-0200-01
电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁干扰指电磁骚扰引起的设备,传输通道或系统性能的下降。
1 电磁兼容问题的出现
越来越多电子设备的出现并集成在一起使用,使得问题越来越突出,相互之间的影响越来越大,多个电子设备之间相互影响,尤其是现在的汽车电子设备的增多,汽车的智能零部件,控制零部件的数量多样化,复杂化,使得电磁兼容问题越来越突出。常常造成电子设备的性能降低,失效不能工作,误动作甚至损坏等。例如汽车开到某无线发射塔会出现某些频率的收音机出现很大杂音或不能工作。
2 便携式发射设备与汽车电磁兼容问题的出现以及影响
便携式发射设备由于其可移动性,也经常在汽车内使用,或者汽车经常行驶到此内设备附近,如现在最为常见的手机,无线路由,蓝牙设备,平板电脑,对讲机等等。如果这些设备接近汽车的电子装置,就可以造成汽车电子装置的失灵误动作等。如某些手机或者平板电脑放置到汽车的车载导航系统或车载倒车雷达附近,出现导航系统显示图像异常或者倒车雷达异常鸣叫或失灵。又比如汽车开至高压线,无线路由器,雷达站,手机或电视发射塔附近时,都会导致汽车遭受到较强的电磁骚扰而可能出现汽车运行异常,严重的可能造成安全事故。这些都是常见的电磁兼容性问题。
3 汽车对便携式发射设备的抗干扰检测
辐射抗扰度的测试主要集中在了频率为10 kHz-18 GHz的测试,而目前主要各家汽车厂家的辐射抗扰度测试多为200 MHz以上的辐射抗扰度测试并且测试均只进行了连续波以及AM的调幅测试。对于便携式设备由于其频率及其信号调制的多样性,目前的便携式设备的电磁抗扰度检测主要进行了常见设备的一些测试,比如手机频段,对讲机频段,蓝牙,wifi的频段等的测试,对于一些较少见的频段并未进行测试,同时由于无线频率的多样性,国家及地区使用频段的不同,也可能造成测试不全,如收音频段中国为86 MHz-109 MHz,而日本就为76 MHz-91 MHz。如果某车在86 MHz-109 MHz的频段抗干扰能力很差,在76 MHz-91 MHz能力正常,那么就有可能出现该车在日本一切正常,但是车开到中国就可能出现在某些广播信号较强的地方出现异常。
便携式发射设备的抗干扰检测方法(在专业电磁兼容实验室内):
1)构造出一个便携式发射设备,该发射设备的功率可以调节,使得信号比较强,使汽车电子设备遭受到比较强的便携式设备无线干扰。模拟恶劣情况下的汽车抗电磁干扰的能力。
2)将标准的便携式发射天线移动挨近汽车或零部件的各个部位,各位置点做好标记,缓慢移动便携式发射天线,由远及近,从一个位置到另外一个位置。仔细的观察汽车以及零部件的反应,是否出现任何异常。测试过程中,详细记录检测数据
3)转变天线的计划方向,重复以上步骤2)。
4)对汽车和汽车零部件的各个位置以及各个面重复步骤2),3)的进行试验。
5)更换发射频率,调节发射天线的输出功率,使其达到标准的要求,再次重复2),3),4)的步骤进行试验。测试过程中均记录汽车对每一个频率的抗干扰能力。直到预先计划的频率点全部测试完毕。
以上方法的优点是,测试非常标准,发射功率,信号的调制方式等均可以进行调节。测试在电波暗室中进行,避免对其他设备的影响等。但是测试的费用昂贵。
便携式发射设备的抗干扰检测方法(生活中的实现):
对于生活中的人们,由于用户汽车的抗干扰能力的个体差异以及个人使用便携式设备的个体差异,可以将设备。用户可以将自己的便携式发射设备,以及自己生活中可能会带到车上的便携式设备移到车上进行试验。比如个人常使用的手机,笔记本电脑,对讲机等等甚至是移动充电器等等设备。将这些设备也进行试验。以个人手机为例,步骤如下:
1)在空旷的地方将汽车缓慢开行。
2)将手机拨通,进入并一直保持正常通话状态。
3)将手机移到汽车的仪表盘上方,停留几秒钟,然后缓慢的在仪表盘上移动,仔细观察仪表盘是否有任何异常。接着将手机缓慢的移到车载导航系统或车载DVD上面。观察汽车的各项性能是否正常。测试过程中,请注意更换手机的朝向。
4)如果有必要,可开启手机的其他无线功能,如wifi以及蓝牙的功能进行测试。
5)必要时可更换家人的另外一部手机进行测试。以上的测试目的是为了防止个人汽车在某些正常情况下,比如高速路上时突然遭受到你常使用的便携式发射设备的干扰而汽车某些性能出现异常。在日常生活中开车时也要多注意汽车在某些情况的异常现象并做好记录。将此类情况进行总结分析,必要时,需要将该情况向相关检测部门咨询。以避免在车辆的使用过程中出现意外情况。
参考文献
[1]国家标准化管理委员会.GB/T 4365-2003.中国标准出版社.
[2]国际标准化组织.ISO DIS 11452-9.2-2010道路车辆 电气干扰的部件试验方法 窄带辐射的电磁能量 第9部分:便携式发射机[J].国际标准化组织.
【摘要】二次设备作为发电厂电气系统主要构成内容之一,它的运行状态对于总体发电厂生产和运行具有决定性的影响。一定要加大对于二次设备状态检测的力度,同时选择合理有效的检修方式,减少二次设备出现故障的次数,增强发电厂电气系统运行稳定程度。因此,本文主要阐述了发电厂电气二次设备检修技术,旨在给其提供一定的参考和帮助。
【关键词】发电厂 电气二次设备 检修 技术
最近几年,由于通信和计算科学等技术以及自动化元件等不断加快发展的速度,发电厂电气二次设备检修手段和策略产生了极大的改变。针对发电厂电气二次设备具体运行的特点,使用科学的检修技术,确保故障检测和诊断工作的真正落实。充分发挥出维护和检修工作的作用,让发电厂电气二次设备一直处于一个理想的运行状态,增强其经济和社会效益。因此,下面将进一步阐述发电厂电气二次设备检修技术。
一、发电厂电气二次设备检修概述
以往我们对于继电保护,通常是完全按照继电保护调理上面的要求实施的,关键内容就是对于继电保护和二次回路接线,安全自动设备在规定的时间里进行检测。进而可以保证供电设备功能的良好使用,并且还可以确保回路接线及定值是正确的。若在对于设备实施二次核对期间,保护设备发生故障,无法顺利的运行,没有办法保护电力设备,只有在下一次进行检测的时候才能够发现,这是十分严重的。所以,电气二次设备也需要定期进行检测工作,保证和以此设备检测一致,这也是电力发展的必经之路。
二、发电厂电气二次设备检修的必要性
由于我国最近几年电力系统体制的改革,促使其经营理念也产生了极大的变化。由于经济发展对于供电可靠程度方面提出了更高的要求,减少停电的时间,甚至达到完全不停电,这也是社会快速发展所提出的基本要求。因此,这就急切的让电力系统对于电力设备实施定期检修,由以往到期组织检修,转变成需要时便组织检修,这样的转变有利于提高电力单位生产的效益。电气设备二次状态检修属于十分先进的一项技术,和检修管理,状态检修能够有效弥补之前定期检修存在的不足之处,同时还可以在确保电气设备不停止运转的情况下,降低检修的频率,有效提升供电的可靠程度。
三、发电厂电气二次检修技术及方法
(一)人工神经网络技术。通过人工神经网络诊断技术,能够准确的判断出二次设备部分比较复杂的故障,合理预估其故障严重性,判断其可能存在的故障问题。在具体使用的过程中,BP网络诊断方式有着良好的实用性,利用其对于二次设备故障进行诊断的时候,关键是借助传感设备去收集其噪音和电流以及故障等一系列的信息,之后依照傅里叶变换原理对于二次设备故障数据信息进行分析和处理,最终在BP网络当中当中录入特征信号频率峰值,通过神经网络传达出故障的种类,并且其还有联想记忆和自主学习以及映射二次设备反映故障种类以及输入特征信号的功能,进而能够快速准准确的诊断出二次设备存在的故障。
(二)信转变技术。使用数学转变方式,比如,小波变换法,能够调整二次设备故障及电气信号,对于其进行具体的分析。在分析发电厂电气监督控制设备工作过程中故障的情况,可以在多尺度环境借助小波转变特殊检测二次设备部分地方突变点能够得到其故障信息,监控设备运行参数的改变情况。这样小波转变诊断的方式可以在其正常工作下进行,可靠性和稳定性均比较强。
(三)收集数据。工作人员应运用现代化信息管理方法,全面、详细地记录发电厂电气二次设备的运行状态数据,并定期进行测试,加强实时状态监测,形成二次设备的原始数据资料。通过这些分析这些资料和数据,全面、科学、客观地判断二次设备的运行状态,有针对性地进行设备检修。
(四)状态监测。状态检测属于发电厂电气二次设备故障检测的基础,其重点是通过二次保险断开报警,纸篓回路绝缘测试,TV与TA断线检测等检测的方式。电气系统智能故障诊断系统和计算机自动设备自诊断技术的广泛应用给其状态检测提供了可能。目前,计算机保护设备内部所有模块能够循环诊断保存设备,A/D转换等一系列插件的条件下,使用特征字和监控定时以及编码等方法进行检测。发电厂电气二次设备状态检测对象重点涵盖自检和信号系统以及直流掌控等,其核心内容是检测逻辑分辨系统软件的作用和硬件逻辑,判断回路和信号系统以及直流控制系统信号回路和掌控操作的精准程度等。对于其实时性能进行检测。比如,电压和电流互感设备的实时变化,收集离线监测数据,使用在诊断电气二次设备运行状态的监测工作。
(五)科学预测设备状态。针对发电厂电气二次设备获得的数据,对其状态进行分析,参数和数据二者的关系,同时经过分析其启动和停运的次数,和工作的时间等,具体分析其运行的详细情况,判断二次设备存在的故障,之后采用针对性的检修维护策略。
(六)加大机械设备管理力度。在电力工程施工的时候,有关工作人员必须要认真检查设备,保证其性能和幸好以及质量这些方面都能够符施工规定。若发现施工设备的问题,必须要采取有效的方法进行维修,或者是更换,严禁存在以此充好这类问题。施工单位必须要聘请专业性较强的操作人员,买入高精细化设备。同时,在施工的时候,安排专业的技术工作者检查设备工作的具体情况。
结束语:通过本文对电厂电气二次设备检修技术的进一步分析和阐述,使我们了解到电气二次设备状态检修作为电力系统使用和发展的前提,计算机保护自诊断技术应用促使设备状态检测技术提供了进行的可能。并且,因为一些保护拥有的PLC功能,促使保护的检测范围能够拓展到设备之外的回路当中,给见识保护系统有关回路奠定了良好的基础,也可以说由保护设备的检测变成了有关回路的检测,进而让继电保护状态检修有了实施的可能。因此,希望通过本文的阐述,能够给发电厂电气二次设备检修方面提供一定的参考和帮助。
参考文献:
[1]丁立华.发电厂电气设备检修方案的优化与技术创新[J].山东工业技术,2016,06:191.
[2]张云枫.基于水电厂自动化技术的电气二次设备状态检修论述[J].科技与企业,2015,14:224.
【关键词】数字化变电站;二次设备;调试方法
数字化变电站通过高速网络通信平台,使用标准的通信协议,以数字式互感器和智能型断路器为基础,实现数字化传输状态,使电气设备之间能够实现信息资源共享以及互操作。这时对数字化变电站二次设备的运行工作有着更高要求。而掌握二次设备的调试方法,对数字化变电站运行维护工作的顺利开展起到积极促进作用。
1 数字化变电站二次设备的变化
数字化变电站二次设备及相应的继电保护装置与传统设备有着很大不同,不管是在制造原理、模拟信号方面,还是在调试方式和调试仪器方面,都具备着较大的差异性。传统变电站的过程层和间隔层都是利用电缆连接,保护装置的I/O接口单元同构电缆直接接受模拟量信号。数字化变电站的二次回路由传统电缆转化为光纤,而光电收发模块也代替了保护装置的I/O接口单元。保护装置内部的模拟量采样、低通滤波以及模数转换等元件得到了有效简化,并将数字信号直接传输到数据处理单元中进行高效率的数据处理。另外传统的保护装置之间的传输方式主要是点对点,现今的数字化变电站保护装置通过交换机以GOOSE和SMV的形式发送给对方。
2 数字化变电站二次设备的调试方法
(1)数字化变电站二次设备的验收调试阶段。二次设备出厂前的验收。在设备出厂前,可以成立相应的数字化变电站工作组,验收人员要严格按照相关要求对二次设备进行验收。验收人员要提高自身的数字化变电站基础知识,熟练掌握调试方法,顺利完成二次设备的调试工作。验收人员要详细记录每天验收和调试记录,善于发现问题和解决问题,为二次设备的调试工作提供科学依据。
(2)保护装置和测控装置的调试方法。在调试保护和测控装置时,需要对操作仪器进行相应的配置,通常是进行61850配置,并且输出光纤配置和GOOSE接点配置也需要安置在操作仪器上。在调试内容中,可以采取常规调试方法,重点是对变电站配置文件SCD的导入和光口的定义进行调试。在SCD配置文件中主要包括变电站的保护设备信息,并要做好GOOSE输入和输出以及SMV输入的调试工作。GOOSE输入是对调试前智能终端保护装置的位置信息进行模拟输入,GOOSE输出是对调试过程中智能终端的输入保护装置的位置信息进行模拟。SMV输入主要是对调试过程中合并单元输出的数据进行模拟,并为保护装置判断故障的电流电压量提供科学依据。要对GOOSE输入和输出以及SMV输入进行分别调试工作,在配置完成后,要进行有效的通用测试,可进行电压电流测试工作,用常规方式进行测试。
(3)监控系统的调试工作。在调试数字化变电站二次设备工作中,进行监控系统的调试工作时,要对监控系统的遥信和遥控功能进行严格检查。在调试工作中,当测试仪将测量信号发至在监控系统的输入端时,要保证监控设备能够实时和精确的反应出测量信号。同时要在现场将设备的开关信号进行有效模拟,监控设备能够正确和实时的检测变化位置的信息。当设备处于异常情况时,监控系统能够较为准确的提供故障信息,为技术人员及时解决故障提供科学依据。另外在进行监控试验时,要对五防闭锁逻辑和防误闭锁功能进行试验,并准确反应设备动作情况。
(4)网络调试。在调试单件隔保护装置时,首先要确保站控层、间隔层和过程层之间的相关设备网络通道连接的准确性,主要是保护设备到合并单元、保护设备到交换机、合并单元到智能单元等有着正确的光纤连接,同时光线在出现故障或通道异常情况下,能够及时发出报警信号。主要调试方法是将两个设备之间的连接光纤进行插拔,并将设备显示的报文进行查看。在将两个设备之间的连接光纤拔除后,若是设备的通信中断告警灯亮后,并且后台能够收到通信中断告警信号。当连接设备之间的光纤后,设备的通信中断告警灯灭,并且后台可以受到通信恢复的信号,表示网络调试质量符合相关要求。
(5)光纤衰耗测试表。在调试现场装置时,当光纤核对、清洁完毕,并且不会再进行插拔时,就需要专门人员对每条光纤的衰耗情况做好详细记录情况,并要将光纤的起点和终点进行表明,主要包括光纤起点和终点的屏柜、装置、端口以及用途等,为以后二次设备的校验和测试工作提供原始的科学依据。
(6)统计光纤和网线标识标签。数字化变电站二次设备的应用光纤有着本身的特殊性,确保查找和消除光纤问题时具备着准确性和快速性,能够在最大程度上建好数字化设备的异常时间和退运时间,确保二次设备运行工作的安全性和稳定性。要结合测试情况以及数字化变电站实际情况,制定合理的光纤标识管理方法,要求技术人员按照规定进行施工。建立相应的光纤标识表,要准确对应标签号和光纤头标签,方便工作人员对其进行查找。保证标识内容清晰准确,具备着良好的可操作性和可行性,以此有效提高光纤寿命,并为光纤走向进行快速准确查找和指导。
(7)启动调试工作。在启动调试工作中,主要是要做好核相和带负荷试验工作。在调试启动工作时,通常是因为二次设备都是直接利用光纤连接,在测量幅值和相位时,无法使用电压表和钳形电流表。这时在测量时,就需要利用保护装置自身的测量值,测量相量的准确性。为了保证变电站二次系统相量的准确,必须要在投运数字化变电站之前,可以利用一次通流同压方式,对相位的正确性进行检测,保证核相和带负荷试验工作的准确性,强化数字化变电站二次设备的启动水平。
3 总结
在数字化变电站二次设备的调试工作中,要对数字化变电站二次设备的变化情况进行有效分析,做好数字化变电站二次设备的分析工作。在调试方法中,要做好数字化变电站二次设备的验收调试阶段工作,做好保护装置和测控装置、监控系统、网络、光纤衰耗测试、统计光纤和网线标识标签以及启动装置的调试工作,保证数字化变电站二次设备的安全稳定运行。
参考文献:
[1]王文琦,曹磊,王江涛,张立辉.数字化变电站二次设备调试经验探讨[J].电工研究,2013(25).
[2]车向北.110kV数字化变电站二次设备检修方法[J].电气时空,2011 (06).
[3]陈培琦.数字化变电站现场调试方法的研究[J].应用研究,2013(16).
关键词:电力系统;继电保护;信息技术;综合自动化
中图分类号:TM77文献标识码: A
1信息技术与自适应控制技术
1.1信息技术
在电力系统继电保护中信息技术的应用特征主要表现为以下几个方面:(1)远方投切与整定,具备自诊断与监视报警的功能;(2)信息保护与多种保护的集成;(3)波形识别,从稳态发展至暂态,有利于推动综合自动化发展;(4)可提供动态的定值修改功能。
在电力系统继电保护中信息技术的应用主要表现为2个方面,即数字信号处理技术与小波变换:(1)数字信号处理技术。随着通信技术以及计算机技术的快速发展,信息产业也得到了相应的发展,就电力行业来讲,在继电保护发展过程中,数字信号处理技术的发展对其所产生的影响非常大,尤其是DSP。(2)小波变换。小波变换其实是将一个信号波形划分为不同位置与尺度的小波总和,为振荡波形,持续的周期最多为几周,且形式较为多样,可产生新小波或者小波函数。小波变换具备较好的时频局部化分析性能,可分析信号或者图像中一些小细节。
1.2自适应控制技术
在电力系统继电保护中,自适应控制这一概念出现于20世纪80年代,其含义为按照电力系统自身运行方式与故障状态所发生的变化,实施定值改变、保护性能或者特性的一种新继电保护。自适应控制模型如图1所示。在电力系统继电保护中应用这种技术的原理为使保护能够适应电力系统所发生的各种变化,从而在此基础上使保护性能得到改善。在继电保护中,自适应控制技术不仅可使电力系统响应得到有效的改善,同时还可提高继电保护的可靠性与经济效益。自适应控制技术在输电线路自动重合闸、距离保护、发电机保护以及变压器保护等方面具有良好的应用前景。
图1自适应控制模型
2人工神经网络技术与模糊理论
2.1人工神经网络技术
人工神经网络就是模仿脑细胞结构和功能、脑神经结构以及思维方式等人脑功能的信息处理系统。其所具备的动力学特性相对比较复杂,可实现问题的并行处理,不仅具备记忆、学习以及联想等功能,还具备较高的自适应能力与自组织能力,经过学习可反映输入特征量的样本,不论对何种状态或过程均可实施分类及识别。在电力系统继电保护中,这种技术主要应用于非线性优化、人工智能、自动控制以及信息处理等方面,具体如图2所示。
图2继电保护中人工神经网络技术的应用
近年来,随着信息技术水平的提升,在电力系统继电保护范围内开始借助于人工神经网络技术来判故障的类型、测定故障的实际距离等。比如,电力系统中输电线路的两侧系统电势角度摆开,并在此基础上引发了非线性问题时,由于距离保护难以正确地判别故障的实际位置,因此会导致拒动或者误动。在这种情况下,可借助人工神经网络技术的应用,学量的故障样本,只要该样本综合考虑了故障的各种情况,那么在出现故障时继电保护就能正确地进行判别。除此之外,还可采用遗传算法与进化规划等手段,它们均具备复杂问题的求解能力,把这些先进且合理的智能方式有效结合,能使问题求解的速度变得更快。
2.2模糊理论
在电力系统继电保护中,模糊理论的应用与发展主要表现为以下几个方面:(1)通过模糊理论可有效区分电力系统在出现多模振荡时,是同步振荡,还是失步振荡。通过区分,在对一些复杂系统的失步振荡实施系统解列时,可有效提高其解列稳定性与可靠性。(2)借助小波理论来提取特征,用模糊集法来进行变压器励磁故障与涌流的区分,即借助于小波变极大值符号特征来进行变压器励磁涌流间断角特征的提取,而这种识别方式也为新变压器保护的研制提供了相对比较先进且合理的思路。(3)通过振动中所存在的无功功率和阻抗中电抗分量之间的关系,借助于模糊原理来实施振荡中不对称故障的选相,待正确选相以后,电力系统距离保护就能将振荡中存在的这种不对称故障及时切除。
3可编程控制器和新型互感器
3.1可编程控制器
可编程控制器在工业生产过程中被看作一种具备特殊体系结构的计算机,这种类型的计算机可应用各种语言完成编程,便于控制。在由继电器所构成的需定期改变操作任务与实现复杂逻辑关系的控制系统中,要想用导线将各分立元件有效地连接在一起,显然是十分困难的,但应用可编程控制器则可有效地解决这一问题,即借助于软件编程来代替各分立元件接线。除此之外,为减少设备占地面积,还可借助于可编程控制器内所定义的各辅助继电器代替以往的机械触点继电器来完成保护工作,并实现各种更为复杂的逻辑关系,以降低工作人员的劳动强度,同时确保其工作质量与效率、
3.2新型互感器
在电力系统中互感器为实现自动化的一个关键部件。推动电力系统继电保护技术发展的一个根本性因素即光电流互感器与光电压互感器在电力系统中的应用。相对于传统互感器而言,这些新型互感器具有显著的优势,它们不仅可完全将高压与弱电绝缘、隔离,还可通过光纤的应用来实现无电磁干扰影响的数据测量与信号传递,同时响应频带相对较宽,可有效改善各种保护技术的性能,改变继电保护应用的条件与方式,拓宽其应用范围。
4综合自动化技术
相对于常规变电所二次系统而言,这种综合自动化技术具备以下特征:
(1)设备、监视与操作的微机化。在综合自动化系统中,各子系统都实现了微机化,即实现了信号数字化与系统功能软件化等,其完全摒弃了常规变电所中的模拟式设备、机电式设备等,在一定程度上使得二次系统电气性能以及可靠性得到了相应的提高,再加上监视与操作的微机化,可使我们通过人机联系系统更为便捷地监视与控制变电所。
(2)运行管理的智能化。综合自动化技术不仅包含了常规的自动化功能,比如故障录波、自动报警、事故判断和处理、电压调节等,还具备在线自诊断功能,可实时把所获得的信息传送至控制中心,从而将运行管理从以往的被动模式转变成主动模式。
(3)通信局域的光缆化与网络化。随着光纤通信技术与局域网络技术的广泛应用,综合自动化系统自身所具备的抗电磁干扰性能也相对提高。另外,通信局域的光缆化与网络化不仅符合当前电力系统继电保护的实时性要求,可实现数据的高速传输,同时也使系统组态也更为灵活,有利于扩展,还简化了以往变电所中各种复杂的电缆,使得施工更为便捷。总的来看,综合自动化技术打破了传统二次系统的设备划分原则与各专业的界限,弥补了以往常规保护装置与调度中心不可通信这一不足,赋予了变电所自动化发展更为先进的内容及含义。随着信息技术的快速发展,结构更为完善、功能更为全面且智能化水平更高的综合自动化系统必然出现,也必然会将电网运行的经济性、安全性、稳定性等提升到更高层次。
5结语
综上所述,随着社会经济的快速发展,信息网络技术水平与通信技术水平不断提高,电力系统继电保护技术也取得了突飞猛进的发展,涌现出了很多新技术,而这些新的继电保护技术的发展也为电力系统的完善奠定了基础,拓宽了电力系统自动化运行的范围,减轻了电力工作者的劳动强度。相信在今后的发展过程中,继电保护新技术将会得到更加广泛的推广及应用,继而进一步确保电力系统运行的稳定性、安全性以及可靠性。
参考文献:
[1]熊小伏,陈星田,夏莹,等.面向智能电网的继电保护系统重构[J].电力系统自动化,2009(17):33~37.
关键词:短波广播 抗电磁 干扰措施
中图分类号:TN934.81 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)06-0240-01
材料科学的进步、信息技术的发展都大大推动了广播行业的前进,它们为广播行业的前进奠定了稳固的技术基础。短波广播因为其特殊的传输方式,尤其容易受到电磁波的影响,对短波广播发射时的抗电磁干扰措施探讨势在必行。
1 短波广播的特点及电磁干扰类型
1.1 短波广播的特点
短波广播因为建立其信号发射台的成本较低,搭建相对容易,再加上短波广播对相关收听设施设备、技术的要求也比较低,接收短波广播的难度较小,简单方便,使得短波广播辐射范围大,覆盖面积广,受到市场的欢迎,在广播行业中占有举足轻重的地位。
但与此同时,短波广播也有不足。因为短波广播需要首先调整信号的频率、幅度才能进行信号传递,该信号很容易受到其他信号的影响,总体来说大概有两种:一是相近频率的短波彼此影响,二是相同频率的短波彼此影响,进而产生广播电台信号不稳定,影响听众的收听体验。同时短波广播信号还存在另一种受干扰的可能。有些发射台需要采集相关数据信息,于是会在发射台内安放一些监测设备,设备的运行必然会产生新的电磁,这会给短波广播带来电磁干扰。正是因为这些缺陷,阻碍了其发展前景的广阔性。
1.2 电磁干扰类型
根据不同的分类标准,电磁干扰有不同的分类。广播行业内习惯将其分为传导干扰与辐射干扰两种。前者存在的情况比较少,是指电磁波通过导体干扰短波;后者是出现频率最高、最普遍的干扰,同时也比较不容易应对,短波抗干扰难度较高。在抵抗辐射干扰时一般会利用电磁干扰源。电磁干扰源有两种类型,一种是人为干扰源,是利用各种电磁设备装置间的能量传输来削减辐射干扰的影响程度;二是自然干扰源,即利用自然存在的声音来抗电磁干扰。另外,电磁干扰还有一种分类方式,依据电磁干扰的属性不同而为功能型、非功能型两种。功能型是指设备在发挥其使用价值时,产生电磁波,干扰了其他设备、短波广播,比如发射台用来集相关数据信息的设施设备,便属于功能型电磁干扰;相反地,非功能型是指该设施设备在运行过程中伴随着一些电磁感染活动。
2 干扰短波广播的电磁类型
2.1 被测信号电磁干扰
这是最常见的干扰短波广播的电磁类型。被测信号分为两种,一种是能够被使用的直流信号,一种是变化较小的交流信号。该干扰类型可以细分为常态干扰模式与共模干扰模式两种。前者是指短波在传递时反复受到电磁的干扰。这种电磁一般是变化不清晰、缺乏规则的交流信号。后者的干扰源是信号转化器接口处的直流电业或者交流电压所产生的电磁波,进而干扰到短波广播。
2.2 程序电磁干扰
这是比较普遍的一种电磁干扰类型。随着信息技术的发展,广播行业的进步,很多发射台采用高科技的操作系统与设施设备,用来检测、控制发射台,采集相关数据并进行反馈调整,这些设施设备具备一定的抗电磁干扰能力,但是由于相关技术仍然有待提升,加上发射台电磁密度大,种类多,波长繁多,这些系统与设备可能受到其他电磁的影响,产生信号模糊、不稳定等问题,导致系统程序、设施设备运行紊乱、停止运行甚至直接被损坏,进而影响整个发射台的工作质量。
2.3 线间耦合电磁干扰
由于发射台存在很多用来传输广播信号的线路,这些线路会彼此影响,产生电磁干扰,即线间耦合电磁干扰。该干扰类型可以被细分为三种:一是电容性耦合电磁干扰,原因是电磁场间的彼此影响;电感性耦合电磁干扰,原因是回路磁场彼此影响;电磁性耦合电磁干扰,原因是电场与磁场间的彼此影响。
3 短波广播发射时的抗电磁干扰方法
3.1 处理被测信号电磁干扰的措施
根据被测信号电磁干扰的细化分类,可以从两个方面探讨其应对措施。首先是应对共模干扰。有两种方法可以用来削减共模干扰的消极影响:一是通过改变发射台转换器的输入端口,将单端接口转变为双端接口,减少被测信号在传递短波信号的过程中承受的负担,增强被测信号传递信号的能力,减少产生共模回路的可能性,进而降低电磁干扰的影响程度;二是通过数字滤波技术实现程序通用,尽可能降低不同通路的相互影响,进而降低干扰出现的可能性。其次是应对常态干扰。在应对常态干扰时首先要辨识其干扰源,测量干扰源的频率,了解干扰源的特点,根据不同特点,有的放矢地进行抗干扰行为。比如当干扰源频率较低时,主要利用高通滤波器来抵抗,减小干扰源,降低干扰的波及范围。
3.2 处理程序电磁干扰的措施
首先需要国家加大资金投入,深化对发射台内使用的智能控制系统与相关设施设备的研发,设计具备屏蔽功能的程序,提高它们的抗电磁干扰水平,减少他们在运行过程中可能产生的电磁波,降低它们彼此之间以及对短波广播的影响;其次,发射台工作人员可以充分发挥特效电缆的屏蔽作用,在一定程度上保证系统与设施设备的良好运行,尽可能减少外来干扰给它们带来的影响。
3.3 处理线间耦合电磁干扰的措施
线间耦合电磁干扰产生的源头是发射台的智能监测系统,所以,在应对线间耦合电磁干扰时应重点关注智能监测系统,通过技术研发与创新,尽可能减少其干扰信号的产生,同时生产并利用具备屏蔽信号抑或削减信号功能的设备,降低系统产生的干扰信号的强度。
4 结语
综上所述,根据干扰短波广播的电磁类型,相关工作人员应该在分析、判断干扰类型的基础上采取相应的抗干扰措施。比如将发射台转换器的输入端口由单端接口转变为双端接口通过数字滤波技术降低不同通路的相互影响,提高智能控制系统与相关设施设备的抗电磁干扰水平,生产并利用具备屏蔽信号抑或削减信号功能的设备。
参考文献
[1]刘广辉.解决中短波发射机之间的电磁干扰问题对策探讨[J].电子技术与软件工程,2014(04).
1、调频发射机被电磁干扰
蒙山台去年新增加一套电视节目,承担发射任务的发射机是东芝10KWUHF电视发射机,自从该发射机开播以来,每当使用陕西广播设备制造厂的3KW调频发射机时,如果再开启东芝10KWUHF电视发射机,就会对调频发射机产生严重电磁干扰,使正在播出的调频发射机瞬间掉高压二档中断播出,严重地影响了安全优质播出工作。而且东芝10KWHF电视发射机的电源隔离变压器就在3KW调频发射机附近,在东芝10KWUHF电视发射机开机的瞬间,电源隔离变压器的电流、电压剧变就容易引起干扰,这是因为东芝10KWUHF电视发射机的电源隔离变压器的零线和地线是其共用的,而陕西广播设备制造厂的3KW调频发射机的零线和地线也是其共用的,看来东芝10KWUHF电视发射机就是3KW调频发射机的干扰源。
2、解决干扰的方法
首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径,这三要素缺少一个,电磁兼容问题都不会存。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决办法,一般干扰源和敏感源是没办法解决的,通常是从耦合路径想办法,也是最常用的办法。如加屏蔽、加滤波等手段。
抑制电磁干扰首先要查找出电磁干扰源;然后切断电磁干扰耦合途径,降低电磁敏感装置的敏感性。首先必须确定何处是干扰源,在越靠近干扰源的地方采取措施,抑制效果越好。
电磁干扰耦合途径主要为传导和辐射两种。抑制传导干扰的主要措施是串接滤波器。滤波器分为低通(LPF)、高通(HPE)、带通(BPF)、带阻(BEF)四种,根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器。如果噪声频率远高于信号频率,常采用LC低通滤波器,这种滤波器结构简单,滤除噪声效果也较好,对于军用或技术要求较高的民用产品,则必须采用穿心式滤波器,象此类产品我们台、站采用的不多,怎样利用现有的条件采用相应的措施对电磁干扰进行有效的抑制呢?
抑制电磁干扰的主要措施,一般采用适当的屏蔽材料,在适当的位置屏蔽,其屏蔽效果非常明显。除静电屏蔽外,还需考虑磁屏蔽以及接地和接大地技术。由于陕西广播设备制造厂的两部3KW调频发射机已经定型,其连线大都采用裸塑导线,并且东芝10KWUHF电视发射机和3KW调频发射机的零线和地线都是共用的,上边介绍的措施都无法应用,只得另寻别径。
3、采取的主要措施
首先将高压二档40A的交流接触器拆下来,分解后将铁芯用水磨沙纸轻轻打磨,增强其吸合能力,减小电磁干扰的敏感度,重新上机实验有效果,但不能根除降低电磁干扰。
【关键词】中短波;广播发射台;电磁干扰;抗干扰;措施
引言
随着时代的不断前进和技术的迅速发展,电视、广播、互联网等计算机技术逐渐趋向融合,各种媒体的竞争日益激烈。在这样激烈的竞争中,中短波广播的发展面临着重大的挑战。因此,为进一步发展中短波广播,我们就必须分析其受干扰的原因及方式,并不断探索加强其抗干扰能力的有效措施。
一、对中短波广播及电磁干扰的认识
(一)中短波广播的发展现状
中短波广播具有覆盖面广、成本低廉的优势。一般而言,一个发射台可以覆盖的范围就已经较为广泛,其发射成本和接收成本都普遍较低,且收听较为方便,从而吸引了一大批听众,具有一定的发展前景。但相对的,中短波广播的缺点也较为明显。主要是中短波广播多采用调幅方式,在传输过程中十分容易受到外界的干扰,进而影响其传输质量;频率资源的过度占用使得中短波广播中同频、邻频间的相互干扰较为严重,在影响收听效果的同时也严重影响了中短波广播的下一步发展。此外目前大部分中短波发射台都配置了自动化、自台监测等系统,但广播发射台电磁干扰比较严重,这也对数据采集、设备控制的影响较大,很容易造成取样信号异常、出现误告警误动作等情况,还形成了新的干扰源。
(二)电磁干扰的基本内容
电磁干扰可分为辐射干扰和传导干扰两类。辐射干扰即指干扰源通过空间造成其信号对另一个电磁网络的干扰;传导干扰即指一个电磁网络上的信号通过导电介质而干扰到另一个电磁网络。一般情况下电磁干扰以辐射干扰的形式发生的情况较多。
产生辐射干扰时的电磁干扰源又可以分为自然干扰源和人为干扰源两类。其中,自然干扰源主要是指大气层、地球外层空间等存在的自然噪声;人为干扰源则是指各类电磁能量装置所产生的电磁能量干扰。此外,从电磁干扰属性的角度来说,电磁干扰又分为功能型干扰源和非功能性干扰源。功能性干扰源是指一个设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰;非功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生的副作用。
二、中短波广播发射台电磁干扰的分析
(一)被测信号干扰
被测信号干扰是中短波广播发射台电磁干扰的主要方式。被测信号干扰又包括共模干扰及常态干扰。我们所说的共模干扰就是指转换器的两个输入端上共同的干扰电压,而直流电压或交流电压都可造成此种干扰;而我们所说的常态干扰则是指干扰噪声在被测信号上的叠加,此时所谓的被测信号就是指变化缓慢的交变信号或者有用的直流信号,干扰噪声则是指变化颇快且杂乱无用的交变信号。在被测信号干扰中我们尤其需要注意的一点就是在整个监控系统中,一旦被测信号采用了单端输入的方式,其在共模干扰的情况下,其电压会变为常态干扰的信号。因此,我们必须应采用双端输入的方式。
(二)程序干扰
中短波广播发射台的电磁干扰还包括程序干扰。目前大部分发射台站,都配置了自动化控制、自台监测系统。所谓的程序干扰就是指在中短波广播发射台复杂的电磁环境中,工控机箱体及可编程逻辑控制器虽然都具有一定的抗干扰能力,但在整个工作的具体施工过程中,由于电位接地、屏蔽等工作没有处理完善,极易造成对工控机及可编程逻辑控制器的电磁干扰。降低了中短波广播发射台程序运行的安全性和稳定性。可以通过使用屏蔽电缆、可编程逻辑控制器局部屏蔽、使用高压泄放元件等措施加以预防。
(三)线间耦合干扰
线间耦合干扰主要包括电感性耦合、电容性耦合、及电磁性耦合三种形式。不论哪种形式,其实质就是多个线路之间的耦合干扰。电感性耦合主要是两个回路间电磁场相互作用的结果;电容性耦合则是在电场之间的相互影响下形成的;电磁耦合则在电场与磁场之间相互影响而产生的。
三、中短波广播发射台抗干扰的有效措施分析
目前我国中短波广播发射台的抗干扰措施尚处于初级发展的阶段。为了进一步推动中短波广播的发展,和保证发射台安全播出的顺利进行,我们通过实践可以采用以下几种抗干扰措施。
(一)抗共模干扰的有效措施
共模干扰是电磁干扰中较为常见的一种干扰形式,一般为降低共模干扰而采取的措施主要包括两种。一种就是模数转换器的前置放大器必须使用双端输入的运算放大器。这有利于变压器或电磁干扰器将数字信息源同各项模拟负载分别开来。这时被测信号就可以通过此种方式获得通路,进而使共模干扰无法形成回路,进而实现有效的抗干扰效果。第二种方式就是利用数字滤波技术。通过利用数字滤波技术可以实现多个通道共用一个滤波程序进行数字滤波,进而实现抗共模干扰。
(二)抗常态干扰的有效措施
抗常态干扰主要从干扰信号的特性及来源两方面着手进行有效控制。当常态干扰频率高于被测信号频率时,我们则可采取输入低通滤波器的方式对高频常态干扰进行一定程度上的抑制;当常态干扰频率低于被测信号频率时,我们则需采去输入高通滤波器的方式进行低频常态干扰的抑制;当常态干扰频率与被测信号相近时,采取带通滤波器的方式降低干扰的效果更好。此外,在电磁感应情况下产生的常态干扰,我们应尽可能地对被测信号进行前置放大,并及时完成数模的转换,采取相应的隔离或屏蔽措施。
(三)抗线间耦合干扰的有效措施
中短波发射台的自动化、自台监测等计算机控制系统的输入及输出都是依靠众多的信号线实现的。而这些信号线往往也会容易形成干扰源。为减低信号线与电力线之间耦合作用的干扰,我们一般会采取抑制干扰源的方式抗干扰。首先,双绞线或同轴电缆的使用可以有效抵抗线间耦合干扰的发生。其次,采取特殊手段屏蔽干扰源,或对较易受到影响的信号线及回路进行合理保护等,都可以有效实现抗线间耦合干扰的效果。
四、结语
综上所述,中短波广播具有一定的发展优势。但其较易受到电磁干扰的影响,进而阻碍了它的进一步发展。针对这一现象,我们必须深入研究电磁干扰的方式及其产生的原因,并对症下药,研究切实可行的抗干扰措施,实现中短波广播的可持续发展。
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【关键词】无限通信电磁干扰防范措施
现阶段我国的无线通信技术飞速发展,加强了人们之间的交流,在人们的生活中占有很重要的地位。但是由于城市无线通信系统的分布过于集中,所以会产生很大的电磁干扰现象,严重的影响了人们的正常通信。因此,对于现阶段的电磁干扰问题的防范十分重要,对无线通信系统干扰的发生源的类别划分,主要可以分为无线电台干扰与非无线电台干扰两方面。
一、无线通信中的电磁干扰
1.1无线电台中的电磁干扰
由于无线通信设施过于集中,并且大量的使用会造成很严重的电磁干扰现象,对人们的正常通信有着很严重的影响,对于无线电台的电磁干扰问题主要分为以下几个方面:(1)同频道干扰。同频道干扰主要是所有落在收信机通带内的信号频道相同相近,又称同信道干扰[1]。由于在通带中的信号都是以相同的方式进入,所以对于中频通带对于信号是无法过滤和避免的。这种干扰出现的问题主要是,会使收信的信号灵敏度下降,并且会造成通信阻塞,在通信中会出现啸声的现象,使数据与信令传输发生错误,从而影响通信的质量。(2)邻频道干扰。邻频道干扰模式主要是指在信号发射机在向外发出信号的时候,电磁波向外辐射,收信机的信号接收出现问题,会影响相邻频道的信号接收,从而导致了两个频道之间受到干扰,影响了正常的通信。(3)互调干扰。互调干扰主要是指多个信号在非线性传输电路中互相调至,产生了频道的信号频率相互接近,从而对通信造成了影响。互调干扰模式主要是有两种形式:①发信机互调,这主要是指信号发射天线之间的距离相离较近,最终导致了信号发射机之间的信号相互干扰侵入,使得发射信号发生互调,产生新的频率信号,并且将信号一起发射出去,从而影响了接收机的接收;②接收机互调,在多个信号进入接收机前端由于非线性作用,会导致接收的通带内信号互调。
1.2非无线设施的干扰
非无线设施的干扰主要是指电磁波干扰,电磁干扰主要是指在通过电磁空间传播到敏感接收设备的干扰[2],电磁干扰主要表现在静电感应与电磁感应之间相互干扰以及电磁波辐射的干扰。在载流导体之间会产生电磁感应现象,这种电磁感应现象会对无线信号的接收产生很大的干扰,会扰乱无线通信信号的频率,从而影响了通信的质量。
二、无线通信电磁干扰的防治
2.1对无线电台干扰的防治
2.1.1对同频道干扰的防治
首先,要对信号的频率进行严格的规定,必须要进行科学的规划,以保证发射载频相等,使各基站发射的频率同步。并且要做好通频道之间距离的计算,从而来防止频道间信号发生干扰。
2.1.2邻频道干扰的防治
对于邻频道干扰的防治,主要是可以提高收信机中频滤波的选择,缩小中心台的服务半径,并且要将服务台靠近中心台,从而来降低发信机的输出功率。
2.1.3互调干扰的防治方法
对于互调干扰的防治方法主要有:①要根据所需要的频道数量来选择最小的占用频道数的频道组;②由于信号频率的发射机主要用一副天线,所以一定要提高信号发射天线之间的距离,从而来防止两个发射天线之间的信号进行互调,产生影响;③动态发信机采用APC技术来减少移动台对发射信号机的干扰;④扩大线性动态范围;⑤对于信号发射天线以及一些电台的信号发射接收设备的接触一定要好,防止在信号的接收以及发射中出现问题。
2.2对于非无线电台电磁干扰的防治
对于非无线电台干扰的防治主要可以分为以下几个方面:①抑制干扰源,对于干扰源的抑制,必须要确定干扰源在何处,从而来采取相关的措施进行抑制。②切断电磁干扰耦合,对于辐射的干扰,可以采取屏蔽的技术以及分层技术[3];③降低电磁敏感装置敏感度,对于电磁波敏感的装置会影响信号的接收,敏感度过高会受噪声的影响,所以要根据具体情况适当的降低设备的敏感度。
结语:随着社会的不断发展,信息技术的不断进步,通讯设备的更新发展的速度极其的快,但是随之而来却有很大电磁干扰问题,严重的影响正常的通信质量。所以必须要加强对无线通信电磁干扰的防治工作,从而保证人们之间的正常通信。
参考文献
[1]孙严冬.无线通信的电磁干扰与防治[J].科技信息,2010,1(12):10-13
在中短波发射机之间存在着强高频电磁的干扰,这一干扰严重影响了发射机的正常工作。因此,为了使得广播中心的工作正常进展,就必须着手解决电磁干扰的问题,避免其带来的不良影响。中短波电磁干扰只是一个笼统的范畴,它包括很多系统,比如,监控系统、控制系统以及值班环境高频电磁干扰等。本文就此展开了理论上的研究和探讨。
【关键词】中短波 发射机 电磁干扰
1 中短波发射机之间存在的问题
1.1 有关电磁串扰的问题
中短波发射机对人们的贡献是极大的,为人们提供了一套套的广播电台节目,丰富了人们的生活。但是,在播出的过程中也存在着一定的问题,其中影响最大的就是高频电磁场的信号互相干扰的问题。为了不影响人们对于广播电台节目的收听,针对这一问题提出了很多解决措施,不过起到的作用不大明显。因此,怎样改善强场区的中短波高频电磁场的相互干扰以及串音等问题便成为了首要任务。完成这一任务,首先需要明确的一个问题就是,中短波电磁的概念。这种电磁的干扰覆盖面很广,其中就包括监控系统、控制系统、电源系统、信号传输系统、控制系统以及值班环境高频电磁干扰等。
1.2 强电磁场的影响分析
伴随着信息时代的到来,数字电路及计算机技术也被广泛推广到了生活的各个角落。由于这些技术的快速发展,广播电视也得到了逐步的完善和改进,各个系统、各个环节以及发射机等设备在配置等方面发生了很大的变化。脉冲信号所包括的工作频率范围很大,甚至连中短波、超短波的频率也包含在其中,而且它和一些通信设备有着相同的频段。是否会扰与电磁环境的复杂程度有着决定性的关系,电磁环境越是复杂,就越容易扰到。计算机虽然是一门比较成熟的技术,但是在这方面也是比较脆弱的,一旦单词辐射空间超过了一定的限度,就会严重干扰计算机的工作,而其受干扰的程度在不同情况下是不同的,需要具体情况具体分析。不过可以确定的是,计算机自身的电磁敏感度及抗干扰能力、场强这些因素都会在很大程度上影响到计算机受危害的程度。
2 中短波发射机之间电磁干扰问题的解决措施
通过以上情况的分析可以得知广播发射机的播出中会出现很多问题从而影响到其正常工作,为此我们需要采取一些措施来防止这些情况的发生,保障广播发射机高质量的播出,从而为人们提供便捷的生活,提升现代化技术与水平。
2.1 从机房入手降低电磁干扰
克服各种干扰的关键之处就在于从根源处降低电磁的干扰,这就涉及到了隔离屏蔽法。这种方法根据工作的原理大致可以分为三大类:磁屏蔽、电屏蔽以及静电屏蔽。首先,我们来介绍一下磁屏蔽的方法。这种方法比较适合在强磁场中应用,其原理就是通过借助于导磁率较高的材料从而影响磁力线感应达到屏蔽的作用。在高频的情况下,往往会用到电磁屏蔽,低电阻金属在其中扮演了不可缺少的角色,通过产生金属的电流来达到目的。而静电屏蔽,顾名思义就是减少静电对于电磁的干扰。
中短波机房之间的隔离可以通过建立一个简单的值班室来实现,这样既可以保证短波机房和长波机房互相独立的状态,又使得其不失为一个整体。机房的接地状况对于其能否成为一个感应体有着至关重要的作用,接地状况不够良好就会导致这种情况的出现,因而在建设中需要小心谨慎。中短波机房的接地网络同其它部分相连接就可以构建成一个比较完好的屏蔽层,这点是值得引起我们注意的。铝合金门窗也具有一定的隔离效果,因此建议使用铝合金双层门窗。同时,我们还建议使用网状屏蔽室,尤其是对于一些监控值班室和新装的短波发射机来说。该种屏蔽室的固定工具为三角架或者木质的骨架,等到用三角架或者木质的骨架固定好以后再用特定的框式骨架固定。
2.2 对节目信号线的处理
屏蔽层的音频电缆线是发射机节目信号线路常用的处理手段,而对于节目信号线的处理就是装有屏蔽金属管。屏蔽管的两端分别连接设备以及机房屏蔽层外层。这样简单的几个步骤便可以有效的减轻一些干扰,保证系统正常的工作了。
2.3 对于系统的处理
系统大致划分为发射机和屏蔽层这两个部分,不论哪一部分都需要与地相连接。地线连线多或者长的话很容易就会增大高频时的地线电感,从而使得地线的电感带来电磁干扰。为了防止这种不良情况的发生,我们建议安装短波广播发射机的时候使用多点接地系统,接地线也要避免过长。那么我们由如何减少接地线的数量呢?下面我们就来介绍一种行之有效的方法。我们可以利用地极,将其直接埋放在发射机的下面。但是在这个步骤之前,我们要用两块合适的铜板并联在该地极上,还要保证接地铜板同其焊接牢固,其次将其置于两米一下的地底,并且加入降阻的材料。接地电阻不宜过大,越小越好,参考标准大致为0.02。天气的干燥程度对电阻的大小有着一定的影响,越是干燥的环境电阻就越大。当然这也不是不能解决的,只要在安置地极的时候多加入一条四分管就可以在一定程度上降低电阻的大小。分析屏蔽层接地的原因,我们可以得知屏蔽层上存在着感应电流,所以这一做法就是为了避免其带电带来的影响。但是有的时候接地线会具有天线的作用,为了防止这一作用所引起的一系列感应,我们在接地线的过程中就会多增加几个点,并且安装铁管屏蔽。
3 总结
中短波广播发射机的正常工作的前提是不受任何的干扰,但是这也是一种理想的状态。一般情况下都会受到强高频电磁的干扰,为了不影响广播中心的正常工作进度,必须致力于电磁干扰问题的研究,设计出理想的方案从而避免电磁干扰等问题对于发射机的影响。文章重点阐述了如今中短波发射机之间存在的典型的问题,并以此为话题展开了探讨,提出了一系列的解决和完善的措施。
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摘要:
电磁兼容试验是铁路信号产品设计和验收中必不可少的一部分,而试验标准作为试验的指导文件就显得尤为重要。由于铁路信号产品电磁兼容试验通用标准发生变化,而很多标准使用者对标准变化内容的理解存在误区,导致试验在进行中产生分歧。文章介绍了电磁兼容以及铁路信号产品电磁兼容试验标准的基本内容,并且从引用试验方法标准版本、试验项目、抗扰度性能判据三个方面分析铁路信号产品电磁兼容试验通用标准的具体变化,一方面总结出铁路信号产品电磁兼容试验标准的发展趋势,对铁路信号产品标准中的电磁兼容部分提出建议;另一方面对标准变化产生的理解误区进行诠释,最终使铁路信号产品电磁兼容试验标准在实际中被顺利应用。
关键词:
铁路信号;电磁兼容试验;标准
随着计算机技术、微电子技术、网络技术及通信技术等先进技术不断在铁路信号系统中的应用,铁路信号系统更容易受到电磁干扰[1],并且自身也更易产生电磁辐射。因此铁路信号产品的电磁兼容试验显得尤为重要,作为试验依据的电磁兼容标准更应该得到关注,紧跟标准的发展趋势才能使试验更好地为产品服务。作为铁路信号产品电磁兼容试验的通用标准的TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》于2010年12月21日正式被GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》替代,但是由于很多产品标准中直接引用TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》,而且并未改版或作说明,所以很多企业仍以TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》作为试验的指导标准,这就导致试验中会对基础标准版本的选择、试验项目、以及试验结果的判定产生误解。因此对比分析TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》与GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》之间的差异性就显得尤为重要。
1电磁兼容的基本概念
国家标准GB/T4365-2003《电工术语电磁兼容》(等同采用IEC60050(161):1990《国际电工词汇(IEV)161章:电磁兼容》及其第一修正案Amend-ment1:1997和第二修正案Amendment2:1998)对电磁兼容性定义为:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。由定义可以看出电磁兼容(EMC)主要研究的是如何使在同一电磁环境下工作的电器电子系统、设备和元器件都能正常工作,互不干扰,达到兼容状态。骚扰源、传输途径和敏感设备构成了EMC研究的内容,称为干扰三要素。
2铁路信号产品电磁兼容标准概况
2.1电磁兼容标准的组织
铁路信号产品的电磁兼容标准基本上是基于国际无线电干扰特别委员会(CISPR)的CISPR系列标准和国际电工委员会(IEC)第77技术委员会(TC77)的IEC系列标准。CISPR与TC77同为国际电工委员会IEC在电磁兼容方面的委员会。CISPR负责大于9kHz所有类型电器的电磁干扰(EMI)无线电信号保护测试标准规范的编写,TC77负责EMC基础标准(发射和抗扰度标准)规范的编写。电磁兼容标准的中国组织与国际组织的接口关系如图1所示。全国无线电干扰标准化技术委员会主要任务是发展我国无线电干扰标准化体系,开展我国在无线电干扰方面的标准化工作,组织制定、修订和审查国家标准,开展与IEC/CISPR相对应的工作。全国电磁兼容标准化技术委员会是在电磁兼容领域内,从事全国性标准化技术工作与协调工作的组织。主要负责协调IEC/TC77的国内归口工作,推进对应IEC61000系列有关EMC标准的国家标准制定、修订工作,并对EMC需制定的政策、法规、标准化工作及组织建设提出建议。
2.2铁路信号产品电磁兼容试验标准
铁路信号产品电磁兼容性主要包括两个方面:发射和抗扰度。发射是指设备或系统对同环境下的其他产品产生的电磁干扰;抗扰度是指设备或系统抵抗环境中的电磁干扰的能力。2003年9月1日至2010年12月21日铁路信号产品的电磁兼容试验以TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》为通用标准,TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》主要规定了不同端口所需进行的试验、需达到的试验等级要求以及性能判据。目前铁路信号产品的电磁兼容试验以GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》及GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》(此标准规定的试验项目以及依据的基础标准如图2所示)作为通用标准。GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》中对性能判据进行了定义,GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》中规定了不同端口所需进行的试验,需达到的试验等级要求以及性能判据。对于具体产品的电磁兼容要求则由相对应的产品标准来规定。通用标准为试验项目指导标准,试验方法、试验等级的分类主要采用国家基础标准(见图2),抗扰度等同采用IEC61000-4系列标准,发射限值等同采用IEC61000-6-4和CISPR22标准。抗扰度试验基础标准还包括GB/T17626.11-2008《电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验》及GB/T17626.13-2006《电磁兼容试验和测量技术交流电源端口谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度试验发射试验》两项标准。发射限值常用的基础标准还包括GB9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》。
3TB/T3073-2003与GB/T24338.1-2009、GB/T24338.5-2009的比较
3.1引用试验方法标准版本
TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》中引用的试验方法标准明确指出了日期,凡是注日期的引用标准,其随后所有的修改单(不包括勘误)或修订版均不适用于此标准如图2所示。GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》中引用的试验方法标准没有指出日期,不注明日期的引用文件,最新版本依然适用于此标准。例如TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》中引用GB/T17626.4-1998《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》,而目前使用的GB/T17626.4为2008年的版本,GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》就可以使用此版本的标准。GB/T17626.4-2008《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》相较于GB/T17626.4-1998《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》对试验等级中增加了100kHz的重复频率,并注释“100kHz更接近实际情况。专业标准化技术委员会应决定与特定的产品或者产品类型相关的那些频率”,还增加了对试验时间的要求,其中有说明“专业标准技术委员会可选择其他试验持续时间”。由此可以看出电磁兼容标准的发展趋势是使试验更贴近产品的实际情况,根据产品实际使用情况来选择试验方法中的一些参数。GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》紧跟引用标准的发展趋势。
3.2试验项目
TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》与GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》相比对电源端口抗扰度试验增加了交流电源谐波试验及电压暂降、短时中断和电压变化试验。交流电源谐波抗扰度试验及电压暂降、短时中断和电压变化试验的对象主要为与低压电网有直接联系的设备,目前铁路信号产品大多通过专供电源取电。对这两项试验有要求的特殊设备可在其产品标准中单独提出。
3.3抗扰度性能判据
如表1所示TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》中所有试验项目均采用相同的判据。由于瞬时脉冲性质(静电放电、浪涌、脉冲磁场)的抗扰度试验干扰施加时间为微秒级甚至纳秒级,所以只能观察到设备试验后的状态,由此可见TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》的性能判据过于笼统。GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》中性能判据A主要针对持续性试验(射频电磁场辐射、工频磁场、射频场感应的传导骚扰、电快速瞬变脉冲群),性能判据B主要针对瞬时脉冲性试验。GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》性能判据A与B主要针对不同类型的试验,并不是两个级别的判据,试验结果判为“A”或者“B”的依据是试验项目而不是性能下降。这是GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》与TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》在性能判据中最大的差异,也是目前GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》在使用中存在的最大误区。TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》的性能判定方法已经深入人心,由此导致GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》在使用中,很多使用者对于其性能判据的理解存在误区,认为被判为“B”就是指设备性能下降,是不可接受的。目前TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》已经被GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》替代,希望通过这两类标准性能判据的对比,使以后标准的使用者可以更好理解标准,消除误区。
3.4电磁兼容标准发展趋势
通过对TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》与GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》、GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》的比较,可以看出电磁兼容标准发展的趋势是更加结合实际情况,综合考虑产品的本质与应用环境,使试验环境更加贴近现场使用环境。GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》中“当设备按预期使用时,设备的性能没有下降或能力丧失不允许低于制造商规定的相应性能等级”表明对于性能下降是否在技术范围内主要由制造商和用户来决定。在GB/T17626系列标准的最新版本中也可以发现“试验结果的评定”中提到“相关的性能水平由设备的制造商或试验的需求方确定,或由产品的制造商和购买商双方协商同意”。从以上性能判据和试验结果的评定说明中均能看出电磁兼容标准的发展趋势是向着更加灵活、更加实用的方向发展,紧密的与产品本质及实际使用相结合。结合电磁兼容标准的发展趋势,在试验中应该把握以下基本原则:受试设备(EUT)与实际使用的条件、状态相同,采用“相当”实际使用的条件时,试验报告中必须详细记录当时的试验配置。
4铁路信号产品标准中的电磁兼容
对于已经成熟的铁路信号产品有专门的铁路产品标准。目前的产品标准中对电磁兼容试验的描述有些不够详细,试验方法直接指向基础标准,对于试验结果中性能判据需要的功能要求没有明确提出,建议在产品标准中增加说明。对于试验结果及功能要求建议遵循以下的原则:①用最坏结果作为试验结果;②试验中不仅要测试技术功能,更要测试安全保障功能。
5结束语
电磁兼容试验是铁路信号产品试验中很重要的一个环节,GB/T24338.1-2009《轨道交通电磁兼容第1部分:总则》、GB/T24338.5-2009《轨道交通电磁兼容第4部分:信号与通信设备的发射与抗扰度》已经替代了TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》。在这两个标准的应用过程中,要注意试验方法所依据的基础标准的版本号,选择试验项目要根据产品的性质、使用环境等来决定,最重要的是对于性能判据的选择要区别于老标准,走出老标准带来的惯性思维,避免在试验过程中产生误解,使电磁兼容试验顺利进行。同时在试验中应该紧抓标准向着产品本质及实际使用相结合的发展趋势,使试验更加灵活、更加实用。
参考文献:
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[2]郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析(第2版)[M].北京:电子工业出版社,2013.
[3]李邦协,尹海霞.电磁兼容标准的国内外概况[J].电动工具,2004,33(4):18-23.
[5]GB/T24338.5-2009轨道交通电磁兼容第4部分:信号和通信设备的发射和抗扰度[S].
[6]GB/T17626.1-2006电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论[S].
关键词:长春市;电磁辐射;环境保护
电磁辐射是指能量以电磁波的形式在空间传播的现象,环境学和环境管理中所指的电磁辐射还包含独立的电场和磁场以及电磁感应现象和感应电流等。电子技术的广泛应用,尤其是无线通讯和网络技术的蓬勃发展,使得城市环境中的电磁水平越来越高。早在1975年专家学者就曾预言,随着城市经济发展和人口增长,电子、通信、计算机、汽车与电气设备大量进入家庭,城市空间人为电磁能量每年将增长7%-14%,也就是说25年后环境电磁能量密度最高可增加26倍,50年后最高可增加700倍,21世纪中后期城市电磁环境将更为复杂与恶化。
长春市作为吉林省的省会城市,电磁环境相对复杂,对主要城市开展电磁环境监测是环境保护的工作之一。长春市人口密集、居住集中,广播电视、移动通信和网络、高压输变电、城市轻轨以及工业科研医疗用电磁设备众多,具备典型的城市电磁环境特点,可以作为研究城市电磁环境的模板。
作者常年从事电磁辐射环境和项目监测工作,对城市电磁环境相当熟悉,尤其针对长春市更是开展了常年的电磁辐射监测和研究工作,最早的研究可以追溯到2001年,本文的相关研究结论和监测结果均来源于2010年以来作者开展相关研究课题的工作。
1 城市电磁发射设备环境影响分析
广播电视信号在城市环境中也基本实现了有线全覆盖或网络化,通过项目调查和监测可以发现,省广播电视发射塔和长春市广播电视发射塔建设高、覆盖广,但发射信号对地面和周围建筑物电磁辐射影响较低。
移动通信类电磁发射设备众多。实际周围情况复杂,建设数量多,在长春市内分布密集,影响范围大,所以应重点分析。通过对某年度187个GSM移动通信基站为主的电磁发射设备理论计算结果表明,GSM类移动通信基站满足环境保护要求的移动通信基站防护距离为9.78m-18.43m,信号主射方向上平均防护距离为15m左右。由于计算过程中取值多偏于安全,所以实际防护距离计算结果应该更短一些,而移动通信基础一般在城市中均建设在30米以上的高度,信号主射方向上要求有净空距离,再加上移动通信信号发射频率为微波段,墙壁等建筑物对其信号衰减作用强,所以在地面和稍远的区域影响极小,对周围建筑物中的敏感点也基本不会有影响。而3G和4G移动通信基站发射功率更低,信号覆盖面更小,对环境的影响也就更小。这也是近几年移动通信类项目环境管理越来越趋向于弱化方向的主要原因。
高压输变电对以射频监测为主的环境监测结果贡献不大,且在城市内具有变电站市内化、220kV高压输电地下化、66kV输电占地化等特点,对城市环境整体影响不大。
城市有轨电车和轻轨电压等级较低,工、科、医用电磁设备一般功率不大且有防护,影响范围更小。
2 长春市电磁环境调查
长春市电磁环境数据调查年份为2012-2015年,为保证数据量,我们对长春主城区(不含北高新区)的城市环境监测选择了1X1km2的小方格划分方法。整个工作中,我们共测试了220个点位,取得了充足的数据量。监测工作主要是在2012年工作的基础上,在2015年对部分监测点位开展复测,并对城区建设变化较大的42个点位重新监测。
监测结果表明长春市主城区综合电场强度值在0.3V/m-3.88V/m之间(0.3V/m是仪器的最小有效响应值,小于该值的数据均纪录为0.3V/m),平均值为1.15V/m,可代表长春市电磁环境平均水平。长春市主城区最高值出现在16号区域,该点位于长春市同志街与自由大路交汇处,具体监测点位靠近桂林路,桂林路是长春市著名的商业区,人群和车辆十分密集。
监测结果分析表明,长春市主城区电磁环境监测结果受点位选择影响较大,公园和小区环境监测结果较低,交通环境受过往车辆等影响,容易出现部分高值,但整体监测结果均满足12V/m的国家电磁辐射最低标准。
3 城市电磁环境发展分析和展望
电磁环境容量评估:
以城市空间人为电磁能量发展可估算出城市电磁环境发展容量。即按每年增长7%-14%计算,我们采用偏安全法-即高危险值代入法分析,采用公式如下:
A=B(1+0.14)X
式中:A:电磁辐射防护限值;B:电磁辐射环境现状水平;x:发展时间(年)。
代入所需数据量计算后可知,当x=17.833年时,A为12V/m。由此可知,在对现有城市电磁环境自由发展的情况下,长春市城市电磁环境平均水平将在18年后超过环境保护限制标准。这个结论是采用偏安全的计算方法,即长春市现有电磁环境容量情况下,最少还可自由发展18年。
近几年监测结果表明长春市电磁环境的变化并不明显。实际上,主要是因为电磁环境的发展很复杂,环境电磁辐射水平也不是自由定量增加的,以移动通讯和网络的发展就可以看出技术是不断进步和变化的,受末端无线通讯技术发展的影响,小功率发射设备还会大量增加,е率夷诘鹊绱疟镜捉系偷某鞘谢肪车绱潘平有一定上升;但同时受有线传输技术的发展以及人们环境意识的提高、环境和产品严格管理等因素影响,城市中大功率发射设备和可影响到生活环境的发射设备对环境的电磁影响会呈现减少的趋势,所以,城市电磁环境发展在长期内将呈现有增有减、区域略高、整体较低的发展态势。
参考文献
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[3]张立新,王笑晗,原吉林省环境保护局.吉林省电磁辐射环境污染源调查研究[Z].1998.
随着科学技术的发展,越来越多的电子、电气设备进入了人们生活和生产的各个领域。其中在生物医学领域:灭菌(食品、流动票劵、饲料等)、诊断(CT等)、理疗(高频、微波)、手术(激光手术刀、微波手术刀)等。但这些设备在正常运行的同时也向外辐射电磁能量,可能对其他设备产生不良的影响,甚至造成严重的危害,这就是电磁干扰。据统计,全世界空间电磁能量平均每年增长7%~14%,在有限的空间和有限的频率资源条件下,由于各种电子、电气设备的数量与日俱增,使用的密集程度越来越大,电磁干扰的严重性也就越来越突出。
采用一定的技术手段,使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作,并且不干扰其他设备的正常工作,这就是电磁兼容(Electromagnetic Compatibility ,EMC)。在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
就目前医疗设备小型、高灵敏度和智能化的实现,使它们更易受电磁干扰的影响,特别是那些电磁兼容性差的诊断仪器,为医生提供了失真的数据、波形及图像等信息,使得医生不能做出正确诊断,从而影响有效的治疗,甚至危及人的生命。
医用电气设备的电磁兼容性主要包括2个方面 :发射和抗扰度。(1)发射:医用电气设备对周围环境 (例如:医院、家用环境、手术室、病房、救护车等 ) 产生的电磁干扰;(2)抗扰度 :医用电气设备抵抗环境电磁干扰的能力。医用电气设备适用的电磁兼容标准是IEC60601-1-2。IEC60601-1-2 的第一版于1993年,规定辐射发射、传导发射2项发射试验和静电放电、辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群、浪涌4项抗扰度试验。
IEC60601-1-2 的第二版于 2001年,对第一版做较大的改动,增加2项发射试验(谐波发射,电压波动和闪烁),增加 3 项抗扰度试验(传导抗扰度、工频磁场、电压跌落和中断),在实验方法上也有更细致的描述。
随着医疗设备的电磁兼容问题日益突显,国际上许多国家从法规上采取了措施对医疗设备产品的电磁兼容性进行控制,我国政府也非常重视这个问题,已于2005年4月1日,由国家食品药品监督管理局批准发了:“YY05 05-2005 医用电气设备电磁兼容性要求和试验” 行业标准,经过两年执行过渡期,已于2007年4月1日起正式执行。这就需要我们在医疗实践中贯彻这个行业标准,努力提高医疗设备的电磁兼容性,提升设备的抗干扰能力,将潜在的电磁干扰风险降到最低。此外,我国的电磁兼容标准和国际上类似,分为四大类:基础标准(Basic Standards)、通用标准(Generic Standards)、产品类标准(Product Family Standards)和系统间电磁兼容标准(Standards of Intersystem Compatibility)。
提高敏感设备的抗扰度是实现电磁兼容的有效手段,解决电磁兼容问题只需从以下3个要求来着手,控制干扰源的电磁辐射,抑制电磁干扰的传播途径,增加敏感设备的抗干扰能力。作为一个医用设备的用户,我们更多的是考虑系统间的电磁兼容性的问题,系统间的兼容性技术也是通过屏蔽,接地和滤波等技术实现,只不过实施方法不同。
系统间的屏蔽是对两个空间区域进行金属隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一区域感应和辐射,其目的是隔断电磁场的r合途径。它有两个方面:一是将敏感设备或系统用屏蔽体包围起来,防止受外界磁场的干扰。另一方面是将干扰源屏蔽起来,防止干扰磁场向外扩散,影响其它的无线设备或人体。
接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施。随着电子通信和其它数字领域的发展,在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。而且随着电子设备的复杂化,信号频率越来越高,因此,在接地设计中,信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注,否则,接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。电路和用电设备的接地按功能分为安全接地或信号接地两方面。安全接地就是采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上,使操作使用人员不致因设备外壳漏电或故障放电而发生触电危险;信号接地是在系统和设备中采用低阻抗的导 线或地平面为各种电路提供具有共同参考电位的信号返回通路,使流经该地线的各电路信号电流互不影响,信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰,是以电磁兼容性为目标的接地方式。
对于医院这个医疗设备的主要使用方,其对于设备的抗电磁干扰有更高的要求。对于X线诊断系统、CT系统、磁共振成像系统及超生诊断系统,不能因为电磁干扰而影响诊断的图像质量或出现与患者病灶部位不相符的图像。超生治疗设备、体外碎石设备和伽玛刀,这类设备不能由于干扰而影响或改变其治疗参数或影响治疗部位,否则对患者的正常部位就会造成伤害。因此,对医护人员和采购人员甚至维修人员的电磁兼容知识的学习培训就显得尤为重要。按照使用现场的电磁环境选购符合电磁兼容要求的产品并正确的使用操作。减少医疗场所的电磁干扰,是对患者的尊重,也是对生命的敬畏。
参考文献:
[1]电磁兼容-原理、技术和应用
电磁辐射有差异
无线电波是电磁波的一部分,频率一般为3×103赫~3×1011赫,其根据波长还可以分为超长波、长波、中波、短波、超短波、微波等波段,波段不同,特性就不同,用途自然也不同。长波主要用于导航,中波多用于电台广播,短波则应用于通信。所有的电磁波都会产生辐射,其中由无线电波产生的辐射也称为射频辐射。
电磁辐射产生的能量E,取决于频率v的高低,E=hv,频率越高,能量越大,无线电波是所有电磁波波段中频率最低的,比可见光的频率还要低。较高频率的电磁波,譬如X射线,能够破坏人体组织的分子,足以引起原子和分子电离化,所以也称为电离辐射。而一般家用电器设备产生的电磁辐射,频率较低,并不能达到破坏分子化学键的能力,所以也称为非电离辐射,此类电磁辐射主要的影响表现为热效应。人体70%以上是水,水分子收到电磁辐射后互相摩擦,引起体温升高,从而影响体内器官的正常工作。
电磁辐射怎么算
目前对电磁辐射危害的研究基本都锁定在电磁波的热效应上,所以现在国际上衡量电磁辐射是否超标主要的一个参数就是功率。在频率不变的情况下,电磁波的危害和功率直接相关,因此,可以根据发射功率计算出辐射对人体的影响。
以手机为例,手机在待机状态下发射功率最小,约为3.2毫瓦,假设手机发射功率中1/3被人体吸收,那么人体吸收的功率约为1毫瓦。然后再计算1毫瓦的能量。在这样的功率下,如果要将1克水的温度提升1摄氏度,根据Pt=cmT,需要4200焦/(千克·摄氏度)×1摄氏度×0.001千克÷0.001瓦= 4200(秒)。也就是说,这个功率对人体的损伤和手上端一杯热水没有差别,这也是手机能够普及的原因。当然,在接听电话时,手机的发射功率会提高到待机功率的500~1000倍,所以尽量不要长时间用手机打电话。
通信基站误会多
人们在享受通信带来的极大便利时,有关通信基站电磁辐射与健康的话题也被越来越多地提起。不少人担心,周围基站越来越多,将导致辐射越来越大,从而影响健康。果真如此吗?
这其实是认识上的一个误区,实际情况恰恰相反,基站密度越高,人受到的辐射强度反而越小,这里指的辐射强度其实是基站和手机两者共同作用的结果。原因很简单,基站密度越高,基站信号覆盖的范围越小,发射的功率就越小,每个基站的电磁辐射强度也就越低。手机距离基站越近,手机的发射功率也越小,电磁辐射量也越低。这好比两个人在近距离说话,不用费力气大声喊就能听得很清楚了。
无线电波随着传播距离增大会迅速衰减,在距离天线10厘米处的辐射强度仅为1厘米处的1%。一般基站满负荷时最大的发射功率为20瓦,假设无线电波是球面传播,那么可以计算出离发射点50米处的球面的表面积为4×3.14×502米2,所以每米2的无线电波功率大小为20000/(4×3.14×502)≈0.64毫瓦/米2,比手机的发射功率还要小。如果距离为20米,计算出来每米2的功率大约是4毫瓦,基本和手机功率相当。而当无线电波穿过墙体时,尤其穿过带钢筋的墙体时则衰减更快。
实际检测的结果也是如此,对一个覆盖半径为500~700米的基站进行测试表明:当用手机在距离基站700米左右的楼内通话时,基站对应的信道的发射功率为13瓦左右,手机的发射峰值为2瓦左右;当手机移到距基站200米时,基站对应的信道的发射功率将均自动调节为0.1瓦左右。对应到手机信号,即手机信号强度显示“一格”时,手机发送功率在1瓦以上;而当信号强度显示“五格”时,手机发送功率则只有0.1瓦左右。对比一台正常开启的笔记本电脑,其辐射功率约是基站辐射功率的2倍,而一台开启的微波炉功率可以达到基站辐射功率的40倍。与这些家用电器相比,基站根本就算不上较强辐射源。