礦用電器中的電容性干擾研究

呂海軍 張魏魏

徐州華東機(jī)械有限公司，中國(guó)·江蘇 徐州 221000

礦用電器；電容性；干擾

1 引言

在礦用電器當(dāng)中隔爆型內(nèi)部存在的電磁干擾源非常多，都會(huì)導(dǎo)致電磁出現(xiàn)干擾。通過(guò)電場(chǎng)途徑進(jìn)行干擾的本質(zhì)就是電容性耦合干擾，其干擾過(guò)程中所產(chǎn)生的信號(hào)是通過(guò)導(dǎo)線或電路的分布電容，進(jìn)入到礦用電器的測(cè)控系統(tǒng)中，最終導(dǎo)致測(cè)控誤差。因此，針對(duì)礦用電器當(dāng)中的電容性干擾進(jìn)行研究，是一項(xiàng)必要而且重要的工作。

2 工頻電壓對(duì)信號(hào)線所產(chǎn)生的電容性干擾

在礦用電器中隔爆型電器所出現(xiàn)的電容性工頻干擾，主要是指1140 伏的工作母線電壓對(duì)其周圍的微機(jī)信號(hào)線所產(chǎn)生的電場(chǎng)耦合疊加干擾電壓。在整個(gè)干擾過(guò)程中，三相火線對(duì)信號(hào)線所產(chǎn)生的電場(chǎng)干擾主要是通過(guò)分布電容和信號(hào)線對(duì)地電容及電阻所產(chǎn)生的。所以在進(jìn)行干擾大小分析時(shí)，干擾的大小和三相火線對(duì)信號(hào)線的空間位置是有直接關(guān)系的。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生干擾的情況中，對(duì)地阻抗更大，電路本身受到電場(chǎng)的干擾程度就會(huì)越強(qiáng)。如果所產(chǎn)生的干擾源其頻率非常高，那么在工作過(guò)程中干擾源對(duì)周圍的其他回路所產(chǎn)生的溶性干擾就會(huì)更加的頻繁。對(duì)于干擾的降低來(lái)講，可以通過(guò)對(duì)地阻抗的減小以及將兩個(gè)相鄰電路間的雜散電容進(jìn)行減小的方式來(lái)完成，能夠大大降低電容性耦合干擾出現(xiàn)的幾率以及造成的影響[1]。

3 尖峰脈沖電壓的電容性干擾

在論文之中尖峰脈沖電壓的電容性干擾將從單個(gè)脈沖形成的干擾以及脈沖群形成的干擾兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 單個(gè)脈沖形成的干擾

對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行來(lái)講，在實(shí)際運(yùn)行之前相應(yīng)的電氣設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)及停止過(guò)程中，都會(huì)對(duì)電網(wǎng)的傳輸頻譜寬以及具有大能量的開(kāi)關(guān)脈沖電磁產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。如果對(duì)這些嚴(yán)重干擾現(xiàn)象不進(jìn)行有效的防止措施制定，那么當(dāng)干擾的峰值超過(guò)額定峰值而且達(dá)到額定峰值的兩倍時(shí)，這些脈沖會(huì)最終形成頻譜非常寬的電磁干擾，這些電磁干擾的頻譜，其頻率的范圍大概是從幾十千赫直到幾百兆赫之間。所以，產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象是非常嚴(yán)重的，無(wú)論是對(duì)于電器的使用還是對(duì)于周邊的其他線路的安全，都會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。而且即使是對(duì)脈沖幅度進(jìn)行干擾，其仍然是與工頻電壓的幅度相當(dāng)?shù)?。在這種情況下，脈沖對(duì)信號(hào)線所導(dǎo)致的干擾幅度仍然達(dá)到700 伏，這種程度的干擾對(duì)于信號(hào)線的影響以及使用是具有嚴(yán)重威脅的[2]。

3.2 脈沖群形成的干擾

在對(duì)脈沖群所產(chǎn)生的干擾進(jìn)行分析時(shí)，以高壓開(kāi)關(guān)的操作作為研究對(duì)象，無(wú)論是在進(jìn)行斷開(kāi)操作時(shí)，還是在進(jìn)行閉合操作時(shí)，脈沖群的母線電流都會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的暫態(tài)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是由多個(gè)脈沖組成的，多個(gè)脈沖所組成的脈沖現(xiàn)象叫做脈沖群。在進(jìn)行開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以及閉合的過(guò)程初期，每個(gè)公平半波都會(huì)有許多小脈沖，這些小脈沖的脈沖幅值是比較小的，而且重復(fù)出現(xiàn)的幾率非常高。隨著觸頭間距離逐漸增大，工頻脈沖數(shù)量會(huì)大大降低，但是脈沖的幅值會(huì)逐漸增大。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或是接近斷開(kāi)的時(shí)候，工頻半周只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)脈沖，此時(shí)的脈沖幅值是最大值。而當(dāng)進(jìn)行核查操作過(guò)程中，母線電流所出現(xiàn)的站臺(tái)過(guò)程是與進(jìn)行斷開(kāi)操作時(shí)的站臺(tái)過(guò)程狀態(tài)相反的。此時(shí)，脈沖的幅值最大，而且重復(fù)率最低，當(dāng)逐漸接近開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)時(shí)，脈沖的幅值會(huì)慢慢減小，此時(shí)脈沖的重復(fù)率會(huì)逐漸增加。對(duì)于隔離開(kāi)關(guān)實(shí)際操作來(lái)講，操作過(guò)程中的暫態(tài)電流脈沖總數(shù)，有可能會(huì)達(dá)到幾千個(gè)甚至是上萬(wàn)個(gè)，但是持續(xù)的時(shí)間卻非常短，大概是10 毫秒到2 秒之間。

對(duì)單個(gè)脈沖及脈沖群所產(chǎn)生的干擾進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，兩者所產(chǎn)生的干擾電壓大小是非常接近的，而且干擾電壓的幅值最大會(huì)達(dá)到700 多伏，但是對(duì)于干擾來(lái)講，單個(gè)脈沖所形成的干擾電壓下降坡度比較緩慢，這也就說(shuō)明單個(gè)脈沖所形成的干擾其破壞性比較小，對(duì)于礦用電器來(lái)講危害性更小一些[3]。

4 礦用電器中電容性干擾解決對(duì)策

首先，使用屏蔽雙絞線。對(duì)于電子設(shè)備的使用來(lái)講，在進(jìn)行使用過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)出現(xiàn)之后不可避免會(huì)產(chǎn)生干擾，對(duì)于電子設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定性影響。這首先就需要對(duì)干擾源進(jìn)行確定，然后在干擾源周圍增加屏蔽物，這樣就能夠針對(duì)干擾問(wèn)題進(jìn)行有效解決。解決電磁干擾問(wèn)題過(guò)程中，雙絞線屏蔽屬于一種非常有效的形式，在實(shí)際操作時(shí)將兩根絕緣的導(dǎo)線攪合在一起，這個(gè)時(shí)候干擾信號(hào)會(huì)作用在這兩根相互交纏在一起的導(dǎo)線上，取代了信號(hào)線，從而也就使外界磁通的干擾不會(huì)作用在導(dǎo)線上。其次，使用低電阻金屬材料。因?yàn)樵诮蛔冸姶艌?chǎng)的頻率比較高的時(shí)候，電磁輻射其本身的強(qiáng)度也會(huì)增加，為了能夠?qū)㈦姶泡椛涞膹?qiáng)度降低，可以在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)選擇低電阻的金屬材料，在進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)時(shí)，銅和鋁屬于必不可少的原材料，所以，針對(duì)這些材料的使用，可以在材料外部增加屏蔽層，從而降低干擾形成渦流反應(yīng)。在這種操作下，外來(lái)電磁波的作用會(huì)大大降低，達(dá)到一種屏蔽的效果，而且也能夠?qū)㈦姵睾挽o電的雙輻射問(wèn)題同時(shí)解決[4]。最后，放大電源功率。這種主要是對(duì)供阻抗干擾問(wèn)題進(jìn)行解決，通過(guò)對(duì)電源功率進(jìn)行放大，能夠使電源的內(nèi)阻大大降低，這樣數(shù)字電路和模擬設(shè)置就能夠分開(kāi)，然后分別與對(duì)應(yīng)的電源輸出端口進(jìn)行連接，從而使得地線在實(shí)際輸出時(shí)，相應(yīng)的功率得到增加，對(duì)于線路的距離縮短來(lái)講是非常有利的。需要注意的是在進(jìn)行該方法的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要確保供阻抗干擾的接地電阻數(shù)值非常小，這樣才能夠保證安全性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制裝置的保護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于礦用電器來(lái)說(shuō)，在井下作業(yè)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)電氣設(shè)備的使用，公平電壓在井下會(huì)對(duì)信號(hào)線產(chǎn)生電容性干擾，這主要是因?yàn)椴季€的問(wèn)題。當(dāng)導(dǎo)線越靠近地面的時(shí)候，導(dǎo)線之間的間距就會(huì)越小，所產(chǎn)生的干擾電壓就會(huì)變大，整體的分布呈錐體分布，當(dāng)出現(xiàn)尖峰脈沖時(shí)，干擾電壓會(huì)急劇增加，在同樣的布線情況下，出現(xiàn)尖峰脈沖電壓時(shí)，干擾電壓會(huì)急劇增加，所產(chǎn)生的危害性也會(huì)變大，所以在對(duì)井下的微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合上述分析內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。