串模干擾和共模干擾的抑制

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串模干擾和共模干擾的抑制

串模干擾的抑制靜電屏蔽法共模干擾的抑制浮空技術接地技術

2004年9月

3.1 串模干擾的抑制

串模干擾的干擾源絕大多數由信號輸入線上感應或接受而來。生產現象常用的有效的方法是信號線扭絞法和靜電屏蔽法。

3.1.1  信號線扭絞法

由電磁感應定律可知,干擾電壓 。當把信號輸入線扭絞在一起能使信號線回路所包圍的面積A大為減少,且兩根信號輸入線到干擾源的距離能夠大致相等,所以使得通過電磁場耦合進入信號回路的串模干擾大為減少。信號輸入線絞合也是消除靜電感應的有效措施。

3.1.2 靜電屏蔽法

靜電屏蔽法的原理是:在靜電場的作用下,導體內部各點的電位是相等?,F場常用的屏蔽方法有:

①信號電纜線屏蔽。所有進入DCS機柜的電纜線均使用帶有屏蔽層的電纜;在現場干擾較強的環境中,可使用雙層屏蔽的電纜。

②電源變壓器屏蔽。電源變壓器的屏蔽層應接到保護地。如果是雙重靜電屏蔽的電源變壓器它的一次繞組的屏蔽層接保護地,而二次繞組的屏蔽層且應該接到系統地或屏蔽地。

對于本文中干擾“現象之一”而言,信號電纜采用的通常是雙重屏蔽電纜,為什么干擾的作用依然存在呢?進一步檢查發現是這根電纜的屏蔽層施工時因疏忽沒有接地,從而失去了屏蔽作用,將電纜屏蔽層在DCS端處接地后該信號顯示馬上恢復正常。

3.2 共模干擾的抑制

   現場共模干擾主要是漏電流或兩點接地所引起的。為了抑制共模干擾,必須切斷漏電流和提高信號回路對地絕緣?,F場常采用浮空和接地技術來抑制干擾。

3.2.1 浮空技術

將現場設備及信號線與大地(或強電)充分絕緣,從而阻斷了漏電流的通道。但在實際使用熱電偶測量溫度時,由于前置放大器、信號線及端子對地都存在漏電阻,不可能做到對地完全絕緣,所以單純采用浮空方法不能把干擾完全排出,必須和其他措施配合使用(例如調制解調、光電耦合等技術),才可獲得較好的效果。

3.2.2 接地技術

DCS的系統地、屏蔽地處理是否正確對抗共模干擾能力影響很大,無論是系統地還是屏蔽地的接地都必須選擇一個恰當的地點。如圖5所示,總接地電極必須是一個單獨的接地系統,其電阻<4 ,并且與廠區電氣網或其他接地網的距離在5m以上。把所有進入DCS的電纜屏蔽層分別編織在一起后接到DCS系統各機柜的屏蔽母線上。對于使用雙層屏蔽的電纜應把內屏蔽層接到系統地,而外屏蔽層接到屏蔽地,這樣可使靜電干擾大大減弱。

對于本文干擾“現象之二”而言,查出現場自控設備的接地點并加以消除(即切斷了漏電流的通道),加氨控制系統立刻恢復正常工作。

                     圖5  總接地系統

另外,特別強調屏蔽接地的“一點接地”原則。如果屏蔽層的兩端都接地,反而因接地電位差而出現共模干擾,現用圖6所示的屏蔽層兩端接地等效圖來說明這個問題。因為屏蔽層兩端接地便出現環路abcd;由于外部有鉸鏈磁通 ,使得屏蔽層上出現電流 ,環路中相應地產生電壓 ,同時內部導線上產生電壓 ,分別用下式表示:

                  圖6  屏蔽層兩端接地等效圖

式中:L為屏蔽層的電感;R為屏蔽層的電阻;M為屏蔽層和內部導線的互感。由于M L,所以U 和U 之間的關系為

       

由此可以得知,屏蔽層兩點接地時,干擾便傳到內部信號線上,所產生的干擾電壓U 與干擾源電壓U 、屏蔽層的電阻R的大小成正比。

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