1 前言

　　电力行业常用的监控仪表与传统的电参量变送器相比，逐步向智能化、集成化、多功能化方向发展，并且在电磁兼容性能上也有很高的要求(EMS和EMI试验均有相关要求)。设计者如何选择适当的EMC设计方案，对产品设计的成败起到决定性作用。本文就如何进行电力监控仪表的电磁兼容设计进行了综合阐述。　

　　2　标准解读

　　2.1 判定标准

　　结合重工业产品通用标准，电力监控用电力仪表需要满足的EMS、EMI项目及评判等级见图1。

　　2.2 标准解读

　　干扰通常分为持续干扰和瞬态干扰两类。如广播电台、手机信号、步话机等属于持续干扰。由于开关切换，电机制动等造成电网的波动，此类干扰我们称为瞬态干扰。图1中瞬态干扰包含：浪涌SURGE，静电ESD，电快速脉冲群EFT/B，电压暂降、短时中断和电压变化DIPS；持续干扰包含：传导敏感度CS，辐射敏感度RS。

　　评判等级A所述的“性能不降低”，即干扰施加后，硬件无损害，干扰施加过程中无死机、复位、数据掉帧或误码率较高等问题，好像无干扰施加到产品一样。通常持续性的干扰的评判等级均采用此评判等级。瞬态干扰为偶然性发生，且引起的电网干扰时间不长，故暂时性能降低，也就是评判等级B。

　　2.3　EMS试验项目及干扰实质分析

　　(1)浪涌SURGE：波形1.2/50μs、8/20μs，是一种脉冲宽度为几十个μs的脉冲，是一种传导性干扰，因其脉冲携带较强能量，故需要对所有功能端口做相应程度的防护，否则会引起内部电路元件的性硬损伤。

　　(2)静电EMD：波形上升沿为0.7-1ns，是一种脉冲宽度为几十个ns的脉冲，因其峰值电压范围在数千至上万伏，故脉冲也具有一定的能量，须在端口做防护。由于其上升沿很陡，故其携带的高频谐波很丰富，可达500MHz，所以静电在仪表所有裸露的金属部件（包含端子，螺钉等）进行接触放电或孔缝（包含LED指示灯的开孔，各种散热和观察孔）时，或分别对水平耦合板和垂直耦合板间接放电时，均会在放电点瞬时形成一个高频电场，通过空间对电路进行干扰，这种干扰是共模干扰。因此，静电设计时应注意端口保护和空间高频辐射场两方面内容。

　　(3)电快速脉冲群EFT/B：波形上升沿为5ns，波形为数个周期脉冲串的组合，能量很低。干扰的性质和静电一样是共模，干扰路径既包括传导也包含辐射。

　　(4)传导敏感度CS：共模干扰，干扰频段从150KHz到80MHz。在进行项目试验时，其干扰信号源至仪表的线缆长度与干扰频段（30MHz）对应的波长λ的1/4比拟，故在施加干扰电压的调制频率超过30MHz时，因趋肤效应，干扰信号主要以空间辐射方式出现（低于30MHz时，主要还是以传导方式干扰）。

　　(5)辐射敏感度RS：共模干扰，干扰频段从80MHz到1GHz。需注意，外拖的线缆充当接收天线，干扰为电磁场的远场。

　　2.4　EMI试验项目及干扰实质分析

　　EMI试验包含传导发射CE和辐射发射RE。CE考察的频段为150KHz~30MHz，RE考察的频段为MHz~1GHz，通常按A类设备要求。对电力仪表而言，主要考察其内部电源（通常为开关电源）、晶振(包括有源晶振和无源晶振)等主要骚扰源通过天线(由外拖线缆充当)形成的传导和辐射，在设计时应特别注意对上述骚扰源的处理。

　　3　电磁兼容设计方法

　　3.1 电磁兼容设计的基本思路

　　出现EMC问题，必须有干扰源，耦合路径及敏感设备三要素，缺少任何一个环节，均不能构成EMC问题。因此，针对EMC问题，其设计就是针对三要素中的一个或几个采取技术措施，限制或消除其影响，基本思路可分为“堵”和“疏”两类。“堵”就是通过增加共模滤波器，采用光耦等隔离或线缆套磁环等方式增加共模阻抗Z；“疏”就是通过电容形成高频通路，将共模干扰引入阻抗更低的地(PE)或金属壳。一个EMC设计往往可以通过既“堵”又“疏”的方式，在成本增加不大的情况下，可获得较好的EMC性能。

　　3.2　EMC解决手段

　　屏蔽、接地和滤波是EMC解决的三种手段。在下文中将详细说明。

　　4 原理图级设计

　　在确定仪表需要满足的电磁兼容项目及试验等级后，在原理图设计时就有必要对相关试验项目进行设计，降低电磁兼容风险和节省项目开发时间。

　　4.1　端口设计

　　仪表的端口包括电源端口及信号端口，在EMC测试项目中针对端口的试验包括浪涌SURGE，静电ESD，电快速脉冲群EFT/B，传导敏感度CS，传导发射CE，电压暂降、短时中断和电压变化DIPS。因此在设计中应遵循先进行浪涌防护后进行隔离/共模滤波的顺序进行。