串模干扰和共模干扰的抑制

2004年9月

3.1 串模干扰的抑制

串模干扰的干扰源绝大多数由信号输入线上感应或接受而来。生产现象常用的有效的方法是信号线扭绞法和静电屏蔽法。

3.1.1  信号线扭绞法

由电磁感应定律可知，干扰电压 。当把信号输入线扭绞在一起能使信号线回路所包围的面积A大为减少，且两根信号输入线到干扰源的距离能够大致相等，所以使得通过电磁场耦合进入信号回路的串模干扰大为减少。信号输入线绞合也是消除静电感应的有效措施。

3.1.2 静电屏蔽法

静电屏蔽法的原理是：在静电场的作用下，导体内部各点的电位是相等。现场常用的屏蔽方法有：

①信号电缆线屏蔽。所有进入DCS机柜的电缆线均使用带有屏蔽层的电缆；在现场干扰较强的环境中，可使用双层屏蔽的电缆。

②电源变压器屏蔽。电源变压器的屏蔽层应接到保护地。如果是双重静电屏蔽的电源变压器它的一次绕组的屏蔽层接保护地，而二次绕组的屏蔽层且应该接到系统地或屏蔽地。

对于本文中干扰“现象之一”而言，信号电缆采用的通常是双重屏蔽电缆，为什么干扰的作用依然存在呢？进一步检查发现是这根电缆的屏蔽层施工时因疏忽没有接地，从而失去了屏蔽作用，将电缆屏蔽层在DCS端处接地后该信号显示马上恢复正常。

3.2 共模干扰的抑制

   现场共模干扰主要是漏电流或两点接地所引起的。为了抑制共模干扰，必须切断漏电流和提高信号回路对地绝缘。现场常采用浮空和接地技术来抑制干扰。

3.2.1 浮空技术

将现场设备及信号线与大地（或强电）充分绝缘，从而阻断了漏电流的通道。但在实际使用热电偶测量温度时，由于前置放大器、信号线及端子对地都存在漏电阻，不可能做到对地完全绝缘，所以单纯采用浮空方法不能把干扰完全排出，必须和其他措施配合使用（例如调制解调、光电耦合等技术），才可获得较好的效果。

3.2.2 接地技术

DCS的系统地、屏蔽地处理是否正确对抗共模干扰能力影响很大，无论是系统地还是屏蔽地的接地都必须选择一个恰当的地点。如图5所示，总接地电极必须是一个单独的接地系统，其电阻<4 ,并且与厂区电气网或其他接地网的距离在5m以上。把所有进入DCS的电缆屏蔽层分别编织在一起后接到DCS系统各机柜的屏蔽母线上。对于使用双层屏蔽的电缆应把内屏蔽层接到系统地，而外屏蔽层接到屏蔽地，这样可使静电干扰大大减弱。

对于本文干扰“现象之二”而言，查出现场自控设备的接地点并加以消除（即切断了漏电流的通道），加氨控制系统立刻恢复正常工作。

                     图5  总接地系统

另外，特别强调屏蔽接地的“一点接地”原则。如果屏蔽层的两端都接地，反而因接地电位差而出现共模干扰，现用图6所示的屏蔽层两端接地等效图来说明这个问题。因为屏蔽层两端接地便出现环路abcd；由于外部有铰链磁通 ，使得屏蔽层上出现电流 ，环路中相应地产生电压 ，同时内部导线上产生电压 ，分别用下式表示：

                  图6  屏蔽层两端接地等效图

式中：L为屏蔽层的电感；R为屏蔽层的电阻；M为屏蔽层和内部导线的互感。由于M L，所以U 和U 之间的关系为

       

由此可以得知，屏蔽层两点接地时，干扰便传到内部信号线上，所产生的干扰电压U 与干扰源电压U 、屏蔽层的电阻R的大小成正比。

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