船舶電磁干擾抑制和電氣接地的研究

陳瑜

摘 要：科學技術的發展帶動了船舶行業的發展，大量電氣設備應用于船舶中，在提高船舶自動化的同時，產生了一定的電磁干擾。基于此，文章從船舶電磁干擾的產生原因及不利影響入手，介紹了屏蔽、濾波與接地三種電磁干擾抑制策略，并給出了電氣接地的開展策略，船廠需要提高對電纜接地的重視，合理選擇接地方式及電纜種類，并合理選擇電纜的安裝位置，保障電氣接地抑制電磁干擾作用的發揮。

關鍵詞：船舶；電磁干擾；電氣接地

中圖分類號：U665 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0052-02

Abstract： As the development of science and technology has led to the development of the ship industry， a large number of electrical equipment is used in ships， which improves the ship automation， and at the same time， there is a certain amount of electromagnetic interference. Based on this， the paper introduces three electromagnetic interference suppression strategies of shielding， filtering and grounding from the causes and adverse effects of ship electromagnetic interference， and gives the development strategy of electrical grounding. Shipyards need to pay more attention to cable grounding， make reasonable selection of grounding mode and cable type， and make reasonable selection of cable installation location， to ensure that the electrical grounding is to suppress electromagnetic interference.

Keywords： ship； electromagnetic interference； electrical grounding

船舶中應用到大量的自動化設備及通信設備，很容易產生電磁干擾，從而對電氣設備的穩定運行產生影響。船舶制造企業及船廠需要提高對電磁干擾的重視，提升船舶電氣設備的電磁兼容性，避免電氣設備受到電磁干擾，保障船舶及工作人員的安全。因此，對于船舶電磁干擾抑制和電氣接地的研究是很有必要的。

1 船舶電磁干擾分析

電磁干擾主要是指能夠導致電氣設備、電力系統性能降低或者對設備及人體造成損害的電磁現象。在船舶電氣設備或者電子設備運行的過程中，不可避免地會出現間歇性或連續性電壓與電流變化，使設備出現電磁能量，這種電磁能量可以由電路發射到外界環境中，從而引發電磁干擾。在電磁干擾的影響下，船舶的雷達顯示器、傳真顯示器等顯示系統，會出現模糊問題；船舶的自動控制系統會出現誤動作；船舶的控制系統會出現控制偏差；船舶電氣設備或者電子設備的金屬會在電磁感應電壓的作用下，出現電火花，從而引發火災或者爆炸事故。當電磁干擾嚴重時，將會對人體中樞神經系統以及植物神經的正常功能造成危害，引發相應的疾病。

由此可以看出，電磁干擾對船舶及傳播工作人員的危害十分嚴重，船舶電氣設備及電子系統需要具備較強的電磁干擾抵抗能力，確保電氣設備及電子設備可以在惡劣的電磁環境中穩定運行，還不會對船舶的工作人員及其他系統產生電磁波輻射。也就是說，電氣設備及電子設備需要具備一定的電磁兼容，為了確保船舶設備的電磁兼容滿足相關要求，船舶制造企業及船廠需要在設備中應用合理的電磁干擾抑制手段，保障船舶的穩定運行。

2 船舶電磁干擾抑制策略

按照傳輸路徑進行劃分，船舶電磁干擾可以劃分為輻射干擾以及傳導干擾這兩種類型。不同設備中存在不同的干擾形式，需要船廠采用相應的抑制策略，保障電氣設備的穩定運行。常用的電磁干擾抑制手段包括以下三個方面：（1）屏蔽抑制電磁干擾。屏蔽抑制方式主要用于抑制輻射干擾，該技術主要通過屏蔽體的而應用，實現干擾信號的阻隔或者衰減。在屏蔽抑制方式應用過程中，技術人員需要注意以下兩點：第一，確保屏蔽體表面可以連續導電；第二，導體不可以直接穿透屏蔽體。只有滿足上述兩個條件，才可以保障電磁波的有效吸收與反射，實現電磁干擾的衰減。在船舶電磁干擾抑制中，屏蔽抑制方式主要應用于電磁干擾較為嚴重的動力電氣設備中。需要注意的是，技術人員在進行電纜敷設時，選用將電子保護線路的電纜和電力電纜進行分開敷設，避免不同電纜出現交聯電氣干擾；在進行信號發射裝置的電纜敷設時，需要選用雙芯對絞屏蔽電纜，避免控制信號受到外界信號的電磁干擾。（2）濾波抑制電磁干擾。濾波抑制方式主要用于抑制傳導干擾，濾波能夠在保障有用頻率信號通過的同時，阻擋電磁干擾頻率信號。一般來說，船舶電氣設備的電源頻率是50Hz，濾波主要通過減少工頻干擾的方式，提升電氣設備的信號傳遞頻率，實現電氣設備的穩定運行。基于濾波抑制電磁干擾的原理，技術人員需要在船舶中應用電磁干擾濾波器，該設備可以有效阻擋干擾信號，通常安裝于設備信號接口位置。傳導干擾主要劃分為共模及差模這兩種，濾波器可以通過電容通過高頻、隔絕低頻的特征，將高頻電磁干擾信號傳輸到地線中，實現共模干擾的抑制；或者將交流相線中的一相的干擾信號傳輸到另一相中，實現差模干擾的抑制。與此同時，技術人員還可以在需要濾波的電纜上應用干擾抑制鐵氧體，將干擾信號轉變為熱量。（3）接地抑制電磁干擾。接地主要是指電力系統中選擇某一個點和接地面間連接導電通路，能夠有效提升電氣設備的電磁兼容性。通常情況下，主要通過工作接地與保護接地方式實現船舶電磁干擾。首先，工作接地，是指利用接地將船舶電路系統中的電路具備同一個公共參考零電位，確保電路可以穩定運行，還可以將屏蔽層及屏蔽體進行有效接地，實現電磁干擾的有效抑制；然后，保護接地，是指將電氣設備的機殼接地，一旦機殼帶點，保護裝置會自動切換電源，保障工作人員的人身安全，避免觸電事故的出現。與此同時，保護接地方式能夠避免外界磁場產生干擾，將機殼上積累的電荷傳輸到大地，避免電荷形成高壓導致火花放電事故[2]。

3 船舶電氣接地分析

（1）提高對電纜接地的重視。雖然大部分船舶制造企業認識到電磁干擾抑制的重要性，并在制造過程中應用屏蔽技術以及濾波技術，但是船舶電氣設備仍舊存在電磁兼容性問題，需要船廠在船舶施工期間應用接地技術，從多方面抑制船舶電磁干擾。通常情況下，施工人員在將電纜接入電氣設備之后，會將電纜的屏蔽層剝離，使一部分導體處于裸露狀態，如果這一部分導體與設備箱體進行接觸，很容易使箱體帶電，從而引發觸電事故，還會導致電磁干擾的出現。因此，船廠需要提高對電纜接地的重視，將接入電氣設備的電纜進行接地。就目前船舶電氣系統來說，所有工作電壓大于50V的電氣設備及電纜，都需要進行保護接地，并嚴格控制接地導體的截面積，保障接地的規范性及標準性。（2）合理選擇接地方式。通常來說，鋼質船舶電氣設備與電纜的接地主要包括保護接地、屏蔽接地以及工作接地這三種接地方式。施工人員需要根據船舶的實際狀況及接地需求，選擇合理的接地方式，保障船舶電氣接地的有效性。首先，保護接地，通過上文分析可知，保護接地可以有效保障工作人員的人身安全，避免電磁干擾及火花放電。在鋼質船舶中，除了雙重絕緣或者工作電壓低于50V的電氣設備，所有船舶電氣設備及電纜都需要采取保護接地措施，從整體上保障電氣設備的穩定運行。然后，工作接地，通過上述分析可知，屏蔽抑制方式需要滿足兩種條件，但是從實踐角度而言，這種條件僅可以在實驗室中滿足，船舶實際運行過程難以做到。因此，在實際船舶電磁干擾抑制中，技術人員需要將工作接地和屏蔽抑制方式配合應用，通過屏蔽接地方式的應用，提高電磁干擾信號的屏蔽效果。具體而言，技術人員需要將電纜的屏蔽層接地，將屏蔽層的外側電荷傳輸到大地中，消除屏蔽體的外側電場，營造良好的信號傳輸環境。就目前的船舶運行現狀而言，不同的電氣設備與電纜，需要采用不同的接地方式。就單層屏蔽電纜而言，技術人員需要采取單端接地方式，將靠近電源的一側接地，避免電位差的形成，從而實現電磁干擾電流的有效控制，該接地方式主要應用于低頻電路中；就兩個以上的屏蔽層電纜而言，技術人員需要將外層兩端接地，避免電感性干擾源的產生，并將內層一端接地，避免電容性干擾源導致電磁干擾，該接地方式主要應用于高頻電路中；就空余的電纜多余芯線，技術人員需要將其兩端接地，當電磁場感應進入到多余芯線時，可以呈現出短路狀態，有效避免了電磁干擾的產生。（3）合理選擇電纜種類。鑒于電磁干擾的不利影響，船廠在進行電纜安裝時需要將其劃分為特殊工藝，合理選擇電纜的種類，并嚴格按照標準規范進行電纜的敷設，盡最大限度降低電磁干擾的負面影響。首先，電纜的選型，在電纜接地設計階段，設計人員不僅要考慮電力系統的需求，還需要考慮電纜的抗電磁干擾能力，選擇裸銅導線等導電材料制成的屏蔽層，從而降低交變電磁場對指定區域的穿透，以此降低電磁干擾。然后，電纜的敷設，施工人員需要在敷設過程中注意以下幾點：a.將高壓電纜與低壓電纜進行分開敷設，分別敷設于相應的電纜托架上；b.如果電纜帶有屏蔽信號，施工人員可以將信號電纜與電力電纜、照明電纜進行同束敷設，如果電纜不帶有屏蔽信號，施工人員需要將信號電纜與電力電纜、照明電纜進行分開敷設，并將距離控制在50mm以上；c. 將本質安全電纜和非本質安全電纜分開敷設，如果兩者敷設于同一個電纜托架上，需要將距離控制在50mm以上。（4）合理安裝電氣設備。為了充分發揮出電纜接地的電磁干擾抑制作用，船廠需要合理安裝電氣設備，保障收發高頻信號設備的獨立性，避免高頻信號設備對低頻電路產生電磁干擾。某一船廠將單邊帶電的鞭狀天線設置于船舶主機遙控設備的正前方，該該船舶航行的過程中，單邊帶電通話開啟之后，主機遙控設備就會顯示超速并立即停車，將鞭狀天線轉移位置之后，不再出現上述故障。由此可以看出，在船舶電磁干擾抑制中，電氣設備的安裝部位會產生較大的影響。因此，船廠需要在有限的空間內合理設置電氣設備的位置，如果設備安裝難以避免電磁干擾，則需要輔助電纜接地或者濾波技術等抑制措施[3]。

4 結束語

綜上所述，電磁干擾會對船舶電氣設備產生不利影響，嚴重時將會危害到工作人員的人身安全。通過本文的分析可知，船廠需要認識到電磁干擾的危害，選擇合理的方式抑制電磁干擾，在電氣設備的信號接口部位安裝濾波器，并將電纜的屏蔽層接地，實現有效電磁干擾抑制，保障船舶的安全穩定運行，促進我國船舶行業的可持續發展。希望本文的分析可以為相關研究提供理論參考。

參考文獻：

[1]黃朝靜，謝根，趙天翔，等.船舶電氣設備接地問題的分析和預防[J].科技風，2018（28）：189+192.

[2]陳瑞.船舶電力系統長電纜電磁干擾傳輸特性[J].機電設備，2017，34（03）：13-17+21.

[3]公倩.船舶電力系統傳導干擾預測研究[D].哈爾濱工程大學，2012.