试论电能表中EMC的常见问题和处理措施

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  摘要:EMC(电磁兼容)是电能表中的一个不可避免的问题,其抗干扰的措施需要根据实际的情况进行选取,只有这样才能够在最大限度上提高电能表的电磁兼容能力。尤其是在出现同频率干扰时,会直接导致电能表的非正常工作,严重影响整个供电系统的正常工作。因此,目前必须将电能表的电磁干扰抑制和电磁兼容问题作为电能表设计和生产的一个重要指标。
  关键词:电能表;EMC;常见问题;处理措施
  引言
  近年来,随着国家监督抽查力度的加大,各生产企业对电能表质量的控制日益重视,电能表的质量水平总体处于稳中有升的境况,但仍有问題存在,尤其是电磁兼容指标不容乐观。电磁兼容指标向来是影响电能表能否通过型式试验的关键,已成为其在开发和研制时的重要技术要求,也是评价电能表能否安全可靠运行的重要参数之一。
  一、电磁兼容的概述
  电磁兼容(EMC)分为电磁干扰(EMI)和电磁抗扰度(EMS,或称电磁敏感度)两大类。其中辐射干扰(EMI)测试正是射频辐射领域的一项重要的EMS 测试,如图1所示。
  二、电能表的主要干扰类型及其测试方法
  1.电快速脉冲干扰
  在电能表受到的诸多电磁干扰中,其中的一个方面就是来自其自身的电脉冲干扰。其形成主要是在电能表结构内部电路的机械开关发生切换时产生的,这样干扰的主要特点是电快速脉冲通常会形成快速的周期性,而且其脉冲一般成群发生,并且这种脉冲会导致电能表内的器件发生充电,经过一定时间的累计就会对电能表的正常工作产生影响,导致电能表的性能下降,甚至出现误判。对于这种电快速脉冲的测试主要是针对电能表的电源以及输人输出电路的干扰抑制能力进行测试。电源所产生的干扰主要是通过祸合网络的形式实现,而输人输出电路的干扰主要是通过电容藕合的形式实现的。通常情况下采用的是台式设备的方法进行电快速脉冲的测试。在进行实际的电磁干扰测试时,首先要对待测电能表的工作性能进行检查,以确定电能表是否正常工作,然后通过外加EFT发生器的形式完成对于电快速脉冲的测量,并且要分组实现,对测试的数据要做出详细的记录和后期分析。这种测试方法一般情况下只适用于对电能表的电磁干扰做初步的判断
  2.外界高频率电磁干扰
  外界的高频率电磁干扰有着广泛的干扰源,包括我们日常使用的移动电话!工业电磁辐射以及一些具有发射高频率电磁波功能的仪器设备,它们产生的高频率电磁波都会对电能表的工作稳定性产生影响。由于目前我国的个人移动电话主要工作在80MHz-190MHz,因此其对于电能表的电磁干扰是十分明显的,而且由于目前的个人移动电话有着超高的普及率,所以我们主要考虑个人移动电话对于电能表的电磁干扰。在这种外界高频率电磁干扰的测试中,主要采用的是外加电磁干扰源的方式进行,即在测试中引人一套完成的电磁收发系统,试验在不受其他外界环境影响的微波暗室环境下进行,在信号源的发射端通过接人不同工作频段的天线以达到发射不同频率电磁波的目的,并且对处于微波暗室环境下的待测电能表的工作状态进行记录,然后整体的分析在不同的频率下电磁波对电能表干扰的程度。在实验中还要考虑到所使用的天线,最好选用的是全向辐射的天线,这样能够更加真实的模拟真实的电能表工作环境,能够使得测试的结果更加具有真实性,也更加能够反映出外界高频率电磁干扰对于电能表工作性能的影响。
  3.电磁感应引起的传导干扰
  这种干扰主要是由电磁的本质决定的,其产生主要可以通过法拉第电磁感应定律来分析,主要是由于在一些需要进行高频率电磁感应的器件(如常见的节能灯!电焊机等)所产生的,其干扰的频率主要分布的HF频段,因此,其对于电能表的正常工作也有着很大程度的影响,其影响主要是由于电能表内部的设备之间的连接线可能达到低频率的几个波长,从而引起电磁波的谐振,进而对电能表的正常工作产生影响。在进行这种由于电磁感应引起的外界干扰时,主要是通过低频段的藕合网络进行的,并且在实际的测试过程中要主要做好电缆线的连接,其连接形式要与实际的工作情况相似,以更好的反映出低频率通过电缆线对电能表产生的影响"而且在进行一个端口测试的同时一定要保证其他的空闲端口接人50欧姆的匹配负载,以更好的增加测试的精度。
  三、电能表电磁兼容问题解决措施
  1.基于硬件的抗干扰措施
  对于电能表的抗干扰技术,硬件是主要的一个方面,而在基于硬件的抗干扰技术中,电源的设计是整个电能表电磁兼容的关键。电网中的电压变化(如电压的跌落!浪涌和中断)!频率变化!电压或电流的波形失真!持续噪声或杂波,以及瞬变所形成的电源干扰,主要是通过电源线传人设备的,干扰设备的正常工作,因此,电源线上的干扰抑制成为产品设计中第一重点。目前有各种各样的器件和产品能有效地抑制电源线的干扰,考虑到智能电能表的工作环境及成本,主要选用的器材有:压敏电阻!硅瞬变电压吸收二极管(简称VTS)和隔离变压器。压敏电阻用于吸收瞬变电压,应根据使用电路的工作电压的1.2-1.4倍的关系来选择其标称电压(考虑到使用电压的波动范围),同时还要注意有效值和峰值间的换算。VTS具有极快的响应时间和非常高的浪涌吸收能力,用于保护电路免受静电!电感负载切换过程以及感应雷击所产生的瞬时过电压。隔离变压器通过实现电路和电路之间的电器隔离,解决地线环路电流带来的干扰,它对低频干扰尤其有效。
  2.基于软件的抗干扰措施
  基于软件的抗干扰主要是为了预防在电能表的工作过程中出现较大的错误。电能表的应用主要是为了增加电网运行中数据的记录功能。而一旦在电能表工作时发生严重的错误就会严重的影响整个电网的正常运行。首先,可以在程序软件中增加陷阱的个数。这主要是由于在电能表的正常运行过程中,一旦主控制器受到较大的电磁干扰,就有可能会使得原先的程序运行发生错误,跳入一个死循环的状态,而在这种情况的增加软件设计中陷阱的个数能够有效的防止系统故障的发生;其次,设定程序定期对系统的输人输出端口进行设置。这主要是由于在电能表的运行过程中,受到干扰后可能会使得原本的输人输出端口功能发生变化,也就会对系统的运行产生影响,通过定期的设置系统的输人输出端口能够降低这种情况发生的概率,提高系统的整体稳定性;最后,在控制软件的设计中,需要增加系统的校验功能模块。在电能表的运行过程中,由于内部和外界的干扰的影响,可能会对电能表的精确度及其稳定性造成影响,这就需要增加电能表的校验功能,通过校验功能可以对电能表发生的错误起到很好的抑制作用。
  四、结束语
  本文通过对常见的电磁兼容辐射骚扰问题进行分析,提出了有针对性的解决措施,有效地提高了电能表的抗干扰性能,保证其在电网运行中稳定准确、公平合理地计量,以促进电能表市场整体水平的提高。
  参考文献:
  [1]封志明,陈道升.智能电表的电磁兼容测试[J].南京师范大学学报,2010(09).
  [2]吴敏.电能表电磁兼容辐射干扰问题探讨[J].环境技术,2012(10).
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