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[摘 要]本文简要论述了电磁兼容原理，并就马来西亚动车组布线方案（包括接地方案和电缆屏蔽）的电磁兼容性设计原则进行了探讨。
[关键词]电磁兼容；布线；接地；屏蔽；
中图分类号：U2076. 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0225-02
EMC Design of Wiring and Shield on Malaysia EMU
Fan Li Bing Chen Le Ping Li Feng Shou Luan Ai Min
（CSR Zhuzhou Electrical Locomotive Co.，Ltd，Zhuzhou 412001，China；）
[Abstract]In this paper，EMC general principle is introduced and EMC principle of Malaysia EMU wiring design（including grounding and shield） is discussed and explained.
[Key words]EMC，Wiring design，Shield，Grounding，
引言
近年来，电磁兼容作为一门新兴的综合性交叉学科正在我国迅速发展，它与电磁环境和电磁频谱资源有着密切的关系。随着微电子技术、信息技术、现代通信技术等许多高新技术的飞速发展和广泛应用，电磁兼容已经成为人们迫切需要关注和解决的一个重要技术问题。
动车组是集高压、变频、通信网络、计算机控制等于一体的复杂系统设备，各种电气设备广泛应用，在有限的空间条件下，如何合理布置好这些电气、电子设备及线缆，是一个复杂的问题。针对马来西亚动车组，本文主要从布线的角度，对整车的布线中要考虑到的电磁干扰问题，提出相应的设计原则及解决方案。
1 电磁兼容的基本原理
电磁兼容（ElectroMagnetic Compatibility，EMC），即装置、设备或系统在电磁兼容环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。从EMC的定义中可以看出包含了3个含义：电磁干扰、电磁敏感度和电磁环境，因此可以说电磁干扰有3要素：干扰源、耦合途径、敏感（接收）装置，见图1。要解决电磁兼容问题首先就要从这3个要素着手。耦合途径在这3个要素中处于关键的位置，对于解决电磁兼容问题有着重要的意义。
2 马来西亚动车组布线的电磁兼容性设计
2.1 电缆分类及布线设计
在马来西亚动车组中，干扰信号耦合到敏感设备的耦合方式有电场、磁场和混合模式（电场、磁场共同作用）。从布线的实际情况来看，抑制电场耦合最有效方法是降低导线间的分布电容和屏蔽。降低分布电容最有效的方法是拉大导线间的距离、缩短导线的长度或者在导体下增加一块接地平面来减小导线间的分布电容。抑制磁场耦合的最有效方法是减小回路间的互感和加屏蔽。减小回路间的互感最有效的方法是拉大导线间距，缩短导线长度，使导线尽可能接近地平面和使磁场方向相互垂直。抑制混合模式（电场、磁场共同作用）的最有效方法是屏蔽和良好的接地。
马来西亚动车组用的电缆分为三类（参见表1）。表1中电缆的敷设及其最小间隙需满足标准EN 50343（12/2002-铁路应用动车组车辆布线规则）的要求。
为了充分减小耦合，不同种类的电缆之间应保持下表所示的最小间隙（参见表2）。
表2 不同种类电缆之间的最小间隙
布线时尽可能的遵守电磁兼容理论是非常重要的，因此，布线方案设计如下：
1）高压布线：车顶受电弓之间、受电弓到主变压器之间的电缆采用大直径的带屏蔽的高压电缆，在高压电缆终端从屏蔽层引出一根线与车体相连。其它高压设备间用软铜绞线或铜母线连接，每个设备都要单独接地。
2）客室布线：客室电缆对称分布于客室顶部两侧，用铝制线槽布线，线槽分区设置，不同种类电缆分区放置，以此减小电缆间的相互干扰。每个线槽至少一端接地。
3）底架布线：底架分左右两侧布线，一侧布置控制电缆，一侧布置主辅电缆。对于控制电缆，充分利用底架型材的屏蔽性，不同电压等级的电缆放在不同的行腔内。对于主辅电缆，采用线槽布线，同时主辅电缆尽可能的远离控制电缆。
4）端部布线：设置车端跳线箱，用以连接底架跨接线，在跳接箱内主辅电缆与控制电缆分开布线。
2.2 接地
接地是一种成本低、效果好的EMC设计技术，接地主要是为系统各部分提供稳定的基准电压。电气系统及设备的可靠性高低与其接地设计是否合理有着极大的关系，因此，动车组的接地方案设计必须考虑，这也是布线设计方案中EMC设计的一个重点。接地方式有单点接地、两点接地和混合接地三种：
（1）单点接地：能够消除公共阻抗耦合和低频地环路，地线上其他部分的电流不会耦合进电路。对于频率1MHZ以下的低频电路，屏蔽层一端接地能起到很好的效果，所以音频和视频电缆只需在一端接地。
（2）两点接地：对于频率高于1MHZ的高频电路，屏蔽层两端接地，对电场和磁场都能起到屏蔽作用。总线传输的是高频数字信号，屏蔽层需两端接地。
（3）混合接地：混合接地就是屏蔽层一端直接接地，另一端通过一个小电容接地。小电容接地端在低频时相当于开路，在高频时电容阻抗很低，相当于屏蔽层两端接地。此种接地方法适用于频率范围宽的电路。
根据接地要求及电磁兼容理论，马来西亚动车组列车接地方案见图2，方案设计如下：
1）车内和车顶的所有电气设备要可靠地连接车体。
2）六节车单元的每节车体间通过两套短电缆连接，使每个六车单元的车体等电位。而对于每列车之间，为了防止回流通过车体，必须在MC车车钩旁并联两个连接车体的电阻，阻断两列车之间的回流。
3）每个转向架通过两根粗细长短一样的接地电缆和车体相连，两条接地保护通道可确保一条通道发生故障时不致造成电击隐患。
4）每个牵引电机通过1根短而粗的铜编织线和转向架连接，保证牵引电机外壳不带电。（如图2）
2.3 电缆屏蔽
电缆是传送信息的途径，也是干扰的传送途径，高电平电缆辐射干扰，低电平电缆感受干扰，而且电缆又是成束敷设的，其耦合干扰不能忽略。为了衰减辐射干扰和降低感受度，对电缆要进行屏蔽。电缆屏蔽必须对整条电缆在360°范围内覆盖，目前，要以较低的成本使电缆屏蔽具有较高的效果越来越困难。在马来西亚动车组布线方案中，主要做了以下方式来提高电缆屏蔽效果：
1）接线端子附近的屏蔽连接：一种方式是通过屏蔽线压线框可保证屏蔽层与屏蔽层连接杆大面积的接触，并弥补导线绝缘层直径的变化。另一种方式是用直接安装的屏蔽连接端子，定位螺栓将屏蔽层与车辆地连在一起。
2）插头插座连接器中的屏蔽连接：电缆屏蔽层和屏蔽连接支架之间通过电缆夹连接。
3）电缆在入口处与接地插件的屏蔽连接：安装带螺纹的密封套，这种方式用于电缆穿墙时屏蔽层接地的情况。
3 结束语
马来西亚动车组上线运营后，德国西门子公司及莱茵公司先后对马来西亚动车组做过相关EMC测试，均没有发生由布线不当而引起的电磁兼容问题，运营过程中也没有发生因布线设计产生的EMC失效而造成列车安全及运营方面的问题，证明马来西亚动车组布线方案是正确的。
参考文献
[1] 李华祥.电磁兼容在动车组布线中的设计[J].铁道动车组车辆，2008（2）.
[2] 何为动车组的电磁兼容性.铁道动车组车辆工人[J].2005（4）.
[3] EN 50343 （12/2002） 铁路应用，动车组车辆布线规则[S].
[4] 索建国，黄志武.电力机车的电磁干扰现象分析及对策[J].电力机车与城轨车辆，2003（11）.
[5] 杨君，苑丰彪.高速动车组电磁兼容性设计研究[J].机车电传动，2009（3）.
[关键词]电磁兼容；布线；接地；屏蔽；
中图分类号：U2076. 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0225-02
EMC Design of Wiring and Shield on Malaysia EMU
Fan Li Bing Chen Le Ping Li Feng Shou Luan Ai Min
（CSR Zhuzhou Electrical Locomotive Co.，Ltd，Zhuzhou 412001，China；）
[Abstract]In this paper，EMC general principle is introduced and EMC principle of Malaysia EMU wiring design（including grounding and shield） is discussed and explained.
[Key words]EMC，Wiring design，Shield，Grounding，
引言
近年来，电磁兼容作为一门新兴的综合性交叉学科正在我国迅速发展，它与电磁环境和电磁频谱资源有着密切的关系。随着微电子技术、信息技术、现代通信技术等许多高新技术的飞速发展和广泛应用，电磁兼容已经成为人们迫切需要关注和解决的一个重要技术问题。
动车组是集高压、变频、通信网络、计算机控制等于一体的复杂系统设备，各种电气设备广泛应用，在有限的空间条件下，如何合理布置好这些电气、电子设备及线缆，是一个复杂的问题。针对马来西亚动车组，本文主要从布线的角度，对整车的布线中要考虑到的电磁干扰问题，提出相应的设计原则及解决方案。
1 电磁兼容的基本原理
电磁兼容（ElectroMagnetic Compatibility，EMC），即装置、设备或系统在电磁兼容环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。从EMC的定义中可以看出包含了3个含义：电磁干扰、电磁敏感度和电磁环境，因此可以说电磁干扰有3要素：干扰源、耦合途径、敏感（接收）装置，见图1。要解决电磁兼容问题首先就要从这3个要素着手。耦合途径在这3个要素中处于关键的位置，对于解决电磁兼容问题有着重要的意义。
2 马来西亚动车组布线的电磁兼容性设计
2.1 电缆分类及布线设计
在马来西亚动车组中，干扰信号耦合到敏感设备的耦合方式有电场、磁场和混合模式（电场、磁场共同作用）。从布线的实际情况来看，抑制电场耦合最有效方法是降低导线间的分布电容和屏蔽。降低分布电容最有效的方法是拉大导线间的距离、缩短导线的长度或者在导体下增加一块接地平面来减小导线间的分布电容。抑制磁场耦合的最有效方法是减小回路间的互感和加屏蔽。减小回路间的互感最有效的方法是拉大导线间距，缩短导线长度，使导线尽可能接近地平面和使磁场方向相互垂直。抑制混合模式（电场、磁场共同作用）的最有效方法是屏蔽和良好的接地。
马来西亚动车组用的电缆分为三类（参见表1）。表1中电缆的敷设及其最小间隙需满足标准EN 50343（12/2002-铁路应用动车组车辆布线规则）的要求。
为了充分减小耦合，不同种类的电缆之间应保持下表所示的最小间隙（参见表2）。
表2 不同种类电缆之间的最小间隙
布线时尽可能的遵守电磁兼容理论是非常重要的，因此，布线方案设计如下：
1）高压布线：车顶受电弓之间、受电弓到主变压器之间的电缆采用大直径的带屏蔽的高压电缆，在高压电缆终端从屏蔽层引出一根线与车体相连。其它高压设备间用软铜绞线或铜母线连接，每个设备都要单独接地。
2）客室布线：客室电缆对称分布于客室顶部两侧，用铝制线槽布线，线槽分区设置，不同种类电缆分区放置，以此减小电缆间的相互干扰。每个线槽至少一端接地。
3）底架布线：底架分左右两侧布线，一侧布置控制电缆，一侧布置主辅电缆。对于控制电缆，充分利用底架型材的屏蔽性，不同电压等级的电缆放在不同的行腔内。对于主辅电缆，采用线槽布线，同时主辅电缆尽可能的远离控制电缆。
4）端部布线：设置车端跳线箱，用以连接底架跨接线，在跳接箱内主辅电缆与控制电缆分开布线。
2.2 接地
接地是一种成本低、效果好的EMC设计技术，接地主要是为系统各部分提供稳定的基准电压。电气系统及设备的可靠性高低与其接地设计是否合理有着极大的关系，因此，动车组的接地方案设计必须考虑，这也是布线设计方案中EMC设计的一个重点。接地方式有单点接地、两点接地和混合接地三种：
（1）单点接地：能够消除公共阻抗耦合和低频地环路，地线上其他部分的电流不会耦合进电路。对于频率1MHZ以下的低频电路，屏蔽层一端接地能起到很好的效果，所以音频和视频电缆只需在一端接地。
（2）两点接地：对于频率高于1MHZ的高频电路，屏蔽层两端接地，对电场和磁场都能起到屏蔽作用。总线传输的是高频数字信号，屏蔽层需两端接地。
（3）混合接地：混合接地就是屏蔽层一端直接接地，另一端通过一个小电容接地。小电容接地端在低频时相当于开路，在高频时电容阻抗很低，相当于屏蔽层两端接地。此种接地方法适用于频率范围宽的电路。
根据接地要求及电磁兼容理论，马来西亚动车组列车接地方案见图2，方案设计如下：
1）车内和车顶的所有电气设备要可靠地连接车体。
2）六节车单元的每节车体间通过两套短电缆连接，使每个六车单元的车体等电位。而对于每列车之间，为了防止回流通过车体，必须在MC车车钩旁并联两个连接车体的电阻，阻断两列车之间的回流。
3）每个转向架通过两根粗细长短一样的接地电缆和车体相连，两条接地保护通道可确保一条通道发生故障时不致造成电击隐患。
4）每个牵引电机通过1根短而粗的铜编织线和转向架连接，保证牵引电机外壳不带电。（如图2）
2.3 电缆屏蔽
电缆是传送信息的途径，也是干扰的传送途径，高电平电缆辐射干扰，低电平电缆感受干扰，而且电缆又是成束敷设的，其耦合干扰不能忽略。为了衰减辐射干扰和降低感受度，对电缆要进行屏蔽。电缆屏蔽必须对整条电缆在360°范围内覆盖，目前，要以较低的成本使电缆屏蔽具有较高的效果越来越困难。在马来西亚动车组布线方案中，主要做了以下方式来提高电缆屏蔽效果：
1）接线端子附近的屏蔽连接：一种方式是通过屏蔽线压线框可保证屏蔽层与屏蔽层连接杆大面积的接触，并弥补导线绝缘层直径的变化。另一种方式是用直接安装的屏蔽连接端子，定位螺栓将屏蔽层与车辆地连在一起。
2）插头插座连接器中的屏蔽连接：电缆屏蔽层和屏蔽连接支架之间通过电缆夹连接。
3）电缆在入口处与接地插件的屏蔽连接：安装带螺纹的密封套，这种方式用于电缆穿墙时屏蔽层接地的情况。
3 结束语
马来西亚动车组上线运营后，德国西门子公司及莱茵公司先后对马来西亚动车组做过相关EMC测试，均没有发生由布线不当而引起的电磁兼容问题，运营过程中也没有发生因布线设计产生的EMC失效而造成列车安全及运营方面的问题，证明马来西亚动车组布线方案是正确的。
参考文献
[1] 李华祥.电磁兼容在动车组布线中的设计[J].铁道动车组车辆，2008（2）.
[2] 何为动车组的电磁兼容性.铁道动车组车辆工人[J].2005（4）.
[3] EN 50343 （12/2002） 铁路应用，动车组车辆布线规则[S].
[4] 索建国，黄志武.电力机车的电磁干扰现象分析及对策[J].电力机车与城轨车辆，2003（11）.
[5] 杨君，苑丰彪.高速动车组电磁兼容性设计研究[J].机车电传动，2009（3）.