電子、電氣設(shè)備中的電磁兼容性問題

3． 電磁的主要來源及

　　3.1　 電磁污染的主要來源

　　電磁污染的來源包括：（1）雷電（包括核爆炸等強(qiáng)電磁脈沖）；（2）靜電及所有電氣的動(dòng)作（包括正常及非正常的）過程。例如這幾種情況：（1）衛(wèi)星通信，飛機(jī)航行的智能化；（2）高層建筑、通信無線塔、超高壓輸電線路、油庫群、港口建筑、森林、古跡的防雷；（3）工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線、電氣牽引饋電系統(tǒng)的諧波，大型醫(yī)療設(shè)備。物理儀器，家用儀器，電動(dòng)工具、移動(dòng)電話、遙控儀表、集成模塊，印刷電路板等。（4）絕緣物體的相對(duì)摩擦也會(huì)產(chǎn)生可怕的靜電效應(yīng)。例如，高速飛行器與大氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、合成材料的纏繞、流體（石油、天然氣等）的高速傳輸、化纖織物與人體的摩擦等。由于靜電積聚的隱蔽性和釋放過程的突發(fā)性，造成的危害程度不亞于諧波和強(qiáng)電磁脈沖。總之，凡有電磁現(xiàn)象存在的地方都有EMC問題。除了天電(如雷電)電磁垃圾源外，其它電磁垃圾源就在我們周圍。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，廣播、通信、信息技術(shù)設(shè)備，工程醫(yī)療設(shè)備、電子測(cè)量設(shè)備以及家用電器等各種電氣、電子產(chǎn)品在大量的使用，它們?cè)跒槿祟愒旄５耐瑫r(shí)，也會(huì)發(fā)出輻射騷擾和傳導(dǎo)騷擾，還有人體靜電對(duì)產(chǎn)品的放電產(chǎn)生的電磁騷擾，它們都給其它用電產(chǎn)品和人類生活帶來了危害。它們?cè)诠ぷ鬟\(yùn)行期間，通過輻射把 “電磁垃圾”排向空中騷擾其它用電產(chǎn)品；通過濾波器把“電磁垃圾”注入地下，形成地電流，還會(huì)對(duì)其它用電產(chǎn)品造成共模騷擾；通過電源線把“電磁垃圾”送到低壓電網(wǎng)，會(huì)騷擾電網(wǎng)。也就是說，電磁垃圾源來自那些對(duì)外發(fā)射強(qiáng)電磁騷擾信號(hào)的電氣、電子產(chǎn)品身上。如果不對(duì)嚴(yán)重的電磁垃圾源加以治理，電磁環(huán)境就會(huì)更加惡劣。

　　3.2　 電磁污染的主要危害

　　3.2.1　 電磁污染對(duì)人體的影響

　　近年來，電磁污染對(duì)人體健康的影響己日益引起人們的重視，日本、瑞典、美國的學(xué)者均提出了人類生活環(huán)境下最低的磁場(chǎng)強(qiáng)度允許值。在國際上，把電氣、電子產(chǎn)品或系統(tǒng)使用的電磁環(huán)境分為A、B兩類，分別規(guī)定了電磁發(fā)射的限值電平。A類環(huán)境即工業(yè)環(huán)境，指有工、科、醫(yī)射頻設(shè)備的環(huán)境；頻繁切斷大感性負(fù)載、大容性負(fù)載的環(huán)境；大電流并有強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境等。B類環(huán)境即居民區(qū)、商業(yè)區(qū)及輕工業(yè)環(huán)境，指居民群樓、商業(yè)零售網(wǎng)點(diǎn)。商業(yè)大樓、公共娛樂場(chǎng)所、戶外場(chǎng)所（如加油站、停車場(chǎng)、游樂場(chǎng)、公園、體育場(chǎng)等）。對(duì)人體健康方面的危害分為軀體效應(yīng)和種群效應(yīng)，其中的軀體效應(yīng)分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，熱效應(yīng)的機(jī)理人們已經(jīng)了解得比較清楚了,人體接受電磁輻射后,體內(nèi)的水分子會(huì)隨電磁場(chǎng)的方向的轉(zhuǎn)換快速運(yùn)動(dòng)而使機(jī)體升溫.如果吸收的輻射能很多,靠體溫的調(diào)節(jié)來不及把吸收的熱量散發(fā)出去,則會(huì)引起體溫升高,并進(jìn)而引發(fā)各種癥狀。但對(duì)非熱效應(yīng)的機(jī)理了解還不充分,它確實(shí)存在,它指吸收的輻射能不足以引起體溫升高，但卻會(huì)使人出現(xiàn)生理方面的變化或反應(yīng)。這類效應(yīng)包括神經(jīng)衰弱癥等疾病，電磁輻射還會(huì)使人得癌癥；種群效應(yīng)不是短時(shí)間可以觀察到的,也許會(huì)使人類變得更加聰明,也許相反會(huì)使人類的發(fā)展受到影響。電磁場(chǎng)對(duì)人體的影響，與頻率值的大小有關(guān)。長期以來關(guān)于工頻電磁場(chǎng)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有無影響的問題,各國學(xué)者一直有著不同的看法。國內(nèi)外有許多關(guān)于高壓，超高壓輸電線和變電站的勞動(dòng)衛(wèi)生學(xué)調(diào)查報(bào)告指出：神經(jīng)衰弱和記憶力減退是工頻電磁場(chǎng)作業(yè)人員最常見的癥狀。目前認(rèn)為工頻電磁場(chǎng)對(duì)中樞神經(jīng)的作用主要由電場(chǎng)引起，這一觀點(diǎn)可在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到佐證。工頻電磁場(chǎng)與腫瘤發(fā)生的關(guān)系：許多調(diào)查發(fā)現(xiàn)，電磁場(chǎng)的職業(yè)暴露雖然可能增加腫瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，尤其是白血病、淋巴系統(tǒng)腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，但這種風(fēng)險(xiǎn)程度并不高，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但是應(yīng)該指出，如果在生產(chǎn)環(huán)境中同時(shí)存在著其他較強(qiáng)的致癌因素時(shí)，工頻電磁場(chǎng)的這個(gè)作用就不容忽視。工頻電磁場(chǎng)對(duì)生殖的影響：統(tǒng)計(jì)表明，懷孕早期使用電熱毯與流產(chǎn)的發(fā)生率增高有關(guān)，但是孕中期使用電熱毯的流產(chǎn)發(fā)生率卻會(huì)減少。國外Nordstrom等首次報(bào)道：對(duì)542名電廠工人進(jìn)行回返性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，凡父親在高壓調(diào)度室工作的，子女患先天性畸形的比例增高。

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射頻電磁場(chǎng)對(duì)人體的影響：（1）對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響：接觸高頻電磁場(chǎng)輻射后，開始會(huì)出現(xiàn)嗅閾值增高及暗適應(yīng)事件延長的情況。據(jù)報(bào)道長時(shí)間接觸較高強(qiáng)度的射頻電磁輻射后，可能引起腦電圖的某些改變。（2）對(duì)心血管系統(tǒng)的影響：在長期接觸高頻電磁場(chǎng)后，人的低血壓或血壓偏低發(fā)生率會(huì)增高。（3）對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響：上海市對(duì)某塑料廠160名常接觸較高場(chǎng)強(qiáng)的（從事高頻介質(zhì)加熱作業(yè)）女工進(jìn)行了衛(wèi)生學(xué)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這些女工非哺乳性泌乳癥狀顯著增加，月經(jīng)周期異常現(xiàn)象明顯增多，這些主要是由于神經(jīng)-體液的混亂引起的。

微波電磁場(chǎng)對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生急性微波輻射損傷，當(dāng)受到過量微波輻射后，可能造成人體的若干種組織和器官的急性損傷。急性微波損傷大致有頭痛，惡心，目眩，徹夜失眠，輻射局部燒灼感等。但一般經(jīng)過一段時(shí)間休息后，人的這些癥狀一般均會(huì)消失。較長時(shí)間接觸低強(qiáng)度的微波輻射，可引發(fā)人的某些生理功能的混亂，也會(huì)引起人的生化指標(biāo)波動(dòng)。
　　
?????? 表1是公眾照射極限值(GB8702-88)的情況。

　
表1　 人體最大允許暴露值一覽表

?????? 3.2.2　 電子、電氣產(chǎn)品電磁的相互影響

　　電子、電氣產(chǎn)品一般來說都相當(dāng)復(fù)雜，大多數(shù)有種類繁多的分系統(tǒng)。外來電磁輻射、內(nèi)部元器件之間、分系統(tǒng)之間和各傳送通道間的竄擾，對(duì)產(chǎn)品及其數(shù)據(jù)信息所產(chǎn)生的干擾與破壞，嚴(yán)重地威脅著其工作的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，干擾引起的電子、電氣設(shè)備的事故占總事故的90%左右。它的電磁干擾主要表現(xiàn)為電磁輻射，電磁輻射包括兩個(gè)含義，首先是指主設(shè)備及其輔助設(shè)備產(chǎn)生的無意干擾對(duì)外界的輻射或傳導(dǎo)，不僅存在對(duì)外的泄漏，而且在比較寬的頻率范圍已超過界限值，其覆蓋的頻率對(duì)無線電廣播、電視等家用電器有威脅。泄漏的另一個(gè)含意是指有用的信息泄漏，它們雖然不一定是強(qiáng)信號(hào)，但是其影響往往是從相對(duì)關(guān)系認(rèn)定的，在對(duì)某信息感興趣時(shí)，截獲者會(huì)利用放大、特征提取、解密或解碼的方式來獲取，即使是很小的信號(hào)，采用現(xiàn)代化的信息處理技術(shù)也是可能截獲的，而被截獲的，絕不次于設(shè)備工作被干擾。電磁輻射還表現(xiàn)在：對(duì)周圍的電子系統(tǒng)構(gòu)成窄帶與寬帶干擾造成潛在的信息泄漏問題。
　　
?????? 電氣設(shè)備對(duì)周圍事物造成干擾主要還包括：（1）電暈：是由于導(dǎo)體表面的電位梯度過大，引起向空氣中放電而產(chǎn)生的高頻電磁噪聲，其頻譜的主要分量在幾兆赫以下。其以dB表示的強(qiáng)度，隨電位梯度的升高而增加，而導(dǎo)體表面的電位梯度不僅取決于電壓等級(jí)，而且還直接與導(dǎo)線的等效表面積有關(guān)。（2）火花放電：由于線路上局部的絕緣被破壞、絕緣子污穢。金具接觸不良等而產(chǎn)生的火花放電，其頻譜范圍可能高達(dá)百兆赫，其幅度變化范圍很大，可能遠(yuǎn)大于電暈放電。（3）工頻電場(chǎng)：其表現(xiàn)形式主要存在于導(dǎo)線對(duì)大地之間。其強(qiáng)度主要取決于電壓等級(jí)。對(duì)于直流輸電線路則為一個(gè)純的靜電場(chǎng)。（4）工頻磁場(chǎng)：由于工頻頻率很低，波長很長（50Hz的波長為6000km），因而距線路雖較遠(yuǎn)仍為近場(chǎng)，磁場(chǎng)與電場(chǎng)必須分別考慮。其強(qiáng)度主要取決于導(dǎo)線的載流量。但其隨距離的衰減很快。（5）無源干擾：輸電線路及其桿塔，即使在未送電的條件下，也會(huì)對(duì)電磁波的傳播形成影響（例如對(duì)雷達(dá)信號(hào)、短波通信等），稱為無源干擾。（6）地電流：對(duì)于交流三相系統(tǒng)不平衡時(shí)的中線或直流輸電線路以地作為回路的情況，地電流有時(shí)頗為可觀。當(dāng)處理不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成地電位升或?qū)Φ叵鹿芫€腐蝕。以上數(shù)種騷擾源，可能會(huì)對(duì)不同的敏感設(shè)備造成干擾。不同的騷擾源的影響不同。值得注意的是：如處理不當(dāng)，這些騷擾的強(qiáng)度將隨線路的電壓等級(jí)而提高。而提高電壓是輸電系統(tǒng)的必然趨勢(shì)。因之對(duì)性提出了相應(yīng)的高要求。
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4. 電磁污染的及電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)

　　4.1　 電磁污染的防護(hù)
　　
?????? 抑制電磁污染的首要措施是找出污染源；其次是判斷污染侵入的路途。主要有傳導(dǎo)和輻射兩種方式，工作重點(diǎn)是確定干擾量。解決電磁兼容問題應(yīng)從產(chǎn)品的開發(fā)階段開始，并貫穿于整個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)全過程。國內(nèi)外大量的經(jīng)驗(yàn)表明，在產(chǎn)品或系統(tǒng)的研制生產(chǎn)過程中越早注意解決電磁兼容問題，越可以節(jié)約人力與物力。

電磁兼容技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)電磁干擾源的研究，從電磁干擾源處控制其電磁發(fā)射是治本的方法?？刂聘蓴_源的發(fā)射，除了從電磁干擾源產(chǎn)生的機(jī)理著手降低其產(chǎn)生電磁噪聲的電平外，還需廣泛地應(yīng)用屏蔽（包括隔離）、濾波和接地技術(shù)。屏蔽主要運(yùn)用各種導(dǎo)電材料，制造成各種殼體并與大地連接，以切斷通過空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合或交變電磁場(chǎng)耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，隔離主要運(yùn)用繼電器、隔離變壓器或光電隔離器等器件來切斷電磁噪聲以傳導(dǎo)形式的傳播途徑，其特點(diǎn)是將兩部分電路的地線系統(tǒng)分隔開來，切斷通過阻抗進(jìn)行耦合的可能。
　　
?????? 濾波是在頻域內(nèi)處理電磁噪聲的技術(shù)，為電磁噪聲提供一條低阻抗的通路，以達(dá)到抑制電磁干擾的目的。例如，電源濾波器對(duì)50Hz的電源頻率呈現(xiàn)高阻抗，而對(duì)電磁噪聲頻譜呈現(xiàn)低阻抗。
　　
?????? 接地包括接地、信號(hào)接地等。接地體的設(shè)計(jì)、地線的布置、接地線在各種不同頻率下的阻抗等不僅涉及產(chǎn)品或系統(tǒng)的電氣安全，而且關(guān)聯(lián)著電磁兼容和其測(cè)量技術(shù)?！【唧w的技術(shù)方案可以歸納成如下幾類：
?????? (1)傳輸通道抑制： 具體方法有濾波、屏蔽、搭接、接地、布線。
?????? (2)空間分離： 地點(diǎn)位置控制、自然地形隔離、方位角控制、電場(chǎng)矢量方向控制。
?????? (3)時(shí)間分隔： 時(shí)間共用準(zhǔn)則、雷達(dá)脈沖同步、主動(dòng)時(shí)間分隔、被動(dòng)時(shí)間分隔。
?????? (4)頻率管理： 頻率管制、濾波、頻率調(diào)制、數(shù)字傳輸、光電轉(zhuǎn)換。
?????? (5)電氣隔離： 變壓器隔離、光電隔離、繼電器隔離、ＤＣ/ＤＣ變換。

?????? 4.2 　的標(biāo)準(zhǔn)

　　當(dāng)電氣或電子裝置在運(yùn)作期間，其因電力所產(chǎn)生的電磁力不會(huì)干擾其他裝置的正常運(yùn)作性能時(shí)，則稱這些裝置具電磁兼容性。歸納為：(1) 對(duì)其它系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾。(2) 對(duì)其它系統(tǒng)的發(fā)射不敏感。(3) 對(duì)系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾。

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　　5． 結(jié)語

　　電磁兼容技術(shù)的迅速發(fā)展，也刺激了對(duì)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的需求。一些發(fā)達(dá)國家在EMC技術(shù)的研究、標(biāo)準(zhǔn)的制定、EMC測(cè)試及認(rèn)證方面處于領(lǐng)先地位。尤其是歐共體成員國關(guān)于EMC法律性指令（89／336／EEC指令）頒布以來，各國政府開始從商貿(mào)的角度考慮EMC問題，并采取相應(yīng)措施加強(qiáng)了EMC標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的制定和貫徹實(shí)施工作。我國雖然在EMC方面工作起步較晚，但有關(guān)部門正加緊工作，以跟上國際EMC工作的步伐。由于電磁干擾具有無時(shí)不有、無處不在的特征，決定了EMC無所不用的實(shí)際。電磁干擾及其抑制問題日益突出，本世紀(jì)的EMC科學(xué)將進(jìn)一步吸收各專業(yè)、各學(xué)科的理論精華，充分發(fā)揮其邊緣性、交叉性的特點(diǎn)形成高度綜合、完整的大學(xué)科，同時(shí)它將在EMC預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)、監(jiān)控、應(yīng)用等方面得到飛速發(fā)展。