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通信防护基本知识讲座湖南省电信公司一、概述、二、通信系统中的EMI三、基本防护措施通信防护基本知识讲座1、电磁兼容概念：名词解释：EMC——电磁兼容（Electromagneticcompatibility）EMI——电磁干扰（Electromagneticinterference）EMS——电磁敏感度（Electromagneticsusceptibility）电磁兼容（EMC）：设备或系统在其电磁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干扰的能力。这句定义里包含两层意思：一是不受外界的电磁干扰；二是不对外界产生干扰。所有设备处于同一环境中和平共处，这好象我国的外交政策一样。通信防护基本知识讲座EMC包括三个要素：干扰源、耦合途径、敏感设备。抗扰性（immunity）：装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。敏感性高，抗扰性低。敏感性与抗扰性电磁敏感性（EMS：Electromagneticsusceptibility）：在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。通信防护基本知识讲座1.1、干扰源通信防护基本知识讲座1.2、耦合途径空间和导线。空间是由于电磁波的原故；导线包括信号线、电源线，甚至地线。1.3、敏感设备是指需要保证正常工作的设备。通信防护基本知识讲座2、电磁能量可能产生的三类危害第一类：损害有用信号的收发，或者使电子、电气设备产生错误或有害的电信号，即破坏有用信息或产生有害信息。第二类；导致物质的爆炸起火，产生灾难。第三类：直接对人类器官、细胞和神经系统产生危害，包括产生热效应、非热效应和致癌、致畸、致突变作用（即“三致作用）如：其热效应可导致白内障、男性生殖系统障碍及其他热损伤。电磁波的非热效应会使人出现烦躁。头晕、疲劳、失眼、脱发、植物神经功能紊乱等。通信防护基本知识讲座3、电磁干扰对通信、电子系统、设备的危害•较强的电磁干扰可能使敏感的通信及电子设备因过载而损坏。一般硅晶体管发射极与基极间的反向击穿电压为2V—5V，很易损坏，而且其反向击穿电压随温度升高而下降。•电磁干扰引起的尖峰电压能使发射结和集电结中某点杂质浓度增加，导致晶体管击穿或内部短路。•在强射频电磁场作用下工作的晶体管会吸收足够的能量使结温超过允许温升而导致损坏。通信防护基本知识讲座大多数情况是电子设备（包括电子计算机等信息技术设备）在电磁干扰作用下性能暂时降级（信息传递出错、动作失误、工作反常等），当电磁干扰一旦消除后，设备又会恢复正常工作。通信防护基本知识讲座4、电磁环境对计算机系统的影响计算机、显示设备、终端设备、存储记录设备、数据处理设备等一般均使用低电平的数字集成电路，噪声容限低、抗干扰能力差、大规模集成电路的破坏能量仅为10-3一10-6J，在有较强的电磁干扰（如大功率发射机、雷电、核电磁脉冲等的作用下极易损坏）。另一方面，这些信息技术设备工作于开关状态，低电平大电流的脉冲信号可以产生很强的宽带辐射，干扰周围的其他设备。通信防护基本知识讲座因此，计算机系统既对电磁环境十分敏感同时也会污染局部电磁环境，对其他设备特别是高灵敏度接收设备（如通信接收机）构成干扰。在恶劣的电磁环境中或信息技术设备之间的相互干扰会导致计算机运转失灵，主要表现在微机系统‘跌落’，或由于系统指令传输的错误而进入错误工作程序，或造成CPU停止运行．总线进入“死态”，数据库信息遭到破坏等故障。通信防护基本知识讲座记录设备和磁盘、磁带等也极易受电磁场的干扰，存储器在15V/m、数据转换器在50v/m的电场中均无法正常工作；一般计算机可耐受1v/m的场强，到5v/m已不安全，超过5v/m就要出错。通信防护基本知识讲座5、我国EMC的研究状况随着科学技术的进步．人们已进入信息化社会，当前人类的生存环境也已具有浓厚的电磁环境内涵。早在1975年专家学者就曾预言随着城市人口迅猛增长，汽车、电子、通信计算机与电气设备大量进人家庭，空间人为电磁能量每年增长7一14％，也就是说．25年后环境电磁能量密度最高可增加26倍，50年可增加700倍，21世纪电磁环境恶化已成定局。通信防护基本知识讲座严重恶化的电磁环境对人类生活日益依赖的通信、计算机与各种电子系统都将造成灾难性的危害。为此世界各国均十分重视愈来愈复杂的电磁环境及其广泛的影响，不少国家花费较大的人力及物力围绕电磁环境效应（简称E3）工程开展了危害与防护、策划与管理、设计与实践等多层次的研究工作，以美同为例．每年都召开会议，研究并布置E3工程．尽管如此，就总体来看，E3工程仍处于方兴未艾阶段，且具有随着科技进步而发展的明显势头，我国将以经济高速发展的步伐跨进21世纪．在经济建设、国防建设和人民生活等各个领域内，电磁环境问题越来越突出。通信防护基本知识讲座我国的电磁兼容研究工作刚刚起步，正越来越受到政府机关、专业人士的重视，电力、气象、铁路、总参等很多部门都有自己专业的电磁兼容专家，电信部门在90年代前，拥有全国著名的专家、教授，进行了大量的研究，但现在大都退休了。因此，倍受强电干扰的电信行业，迫切需要自己的电磁兼容专家，我们的任务将任重而道远。通信防护基本知识讲座6、基本防护措施从EMC的三要素中，我们可以指定相应的防护措施：•控制干扰源——《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》•减少耦合途径——接地、屏蔽、均压、分流•提高设备抗扰度——《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》通信防护基本知识讲座二、通信系统中的EMI通信系统中常遇到的EMI有：1、雷电干扰2、高压输电线、变电站的干扰3、电气化铁路的干扰4、射频干扰5、静电干扰通信防护基本知识讲座1、雷电干扰雷电是自然界中的一种常见、自然现象，每次雷击的发生，都会在空气中产生大量的臭氧，因此，每当雷雨过后，我们都会有一种清新感，另外，雷电不断补充电离层放电失去的电荷，保持电离层总电荷的大体平衡，使这层生命的保护屏障得以保又伤害人类，伤害生灵，破坏建筑物，损毁财富，给人类带来灾难。通信防护基本知识讲座名词术语：雷暴日——该日内可以清晰地听到雷声，定义为一雷暴日。它是气象现象的一种表征。等雷线——在地图上连接具有相同的年雷暴日数的地区，这个连接线称为等雷线。直击雷——带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。通信防护基本知识讲座感应雷——带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当雷击发生后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象。球形雷——在雷电频繁的雷雨天，偶尔会发现紫色、殷红色、灰红色、蓝色的“火球”。通信防护基本知识讲座雷电的形成当天空中有雷云的时候，因雷云带有大量电荷，由于静电感应作用，雷云下方的地面和地面上的物体都带上了与雷云相反的电荷。雷云与其下方的地面就成了一个已充电的电容器，当雷云与地面之间的电压高到一定的时候，地面上突出的物体比较明显地放电。雷电流大多是重复的，通常一次雷电包含几次放电。重复放电都是沿第一次放电通路发展。雷电之所以重复发生，是由于雷云非常之大，它各部分密度不完全相同，导电性能也不一样，所以它包含的电荷不能一次放完。通信防护基本知识讲座雷电的干扰机理雷电放电的等效波形图：雷电波包含：前沿、峰值、下降沿等几个部分通信防护基本知识讲座A、雷电流热效应强大的雷电流通过被击的物体时会发热，根据焦耳定律，一次闪击的雷电流发出的热量：由于雷电流很大，通过的时间又短，如果雷电击在树木或建筑物构件上，被雷击的物体瞬间将产生大量的热，又来不及散发，以致物体内部的水份大量变成蒸汽，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏，当雷电流通过金属体时，如果金属体的截面积不够大时，甚至可使其熔化。通信防护基本知识讲座B、雷电流冲击波雷电通道的温度高达几千℃至几万℃，空气受热急剧膨胀，并以超声波速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩，形成“激波”。这种“激波”在空气重的传播，会使其附近的建筑物、人、兽受到破坏和伤亡。这种冲击波的破坏作用就跟炸弹爆炸时附近的物体、人、兽受损害一样。通信防护基本知识讲座C、雷电流电动力效应由物理学可知，在载流导体周围空间存在磁场，在磁场里的载流导体受到电磁力的作用，我们把这种作用力叫做电动力。由安培定律推导可知，凡拐弯的导体或金属构件，在拐弯部分受到的电动力作用，它们之间的夹角越小，受到的电动力越大。当拐弯的夹角为锐角时受到的作用力最大，钝角较小。故接闪器及其引下线不应出现锐角的拐弯，尽可能采用钝角拐弯。通信防护基本知识讲座D、雷电的静电效应静电感应产生的过电压对接地不良的电器系统有破坏作用，对于建筑物内部的金属构架与接地不良的金属器件之间容易发生火花，这对存放易燃、易爆的建筑物，有引起爆炸的危险。通信防护基本知识讲座E、雷电的电磁效应由于雷电有极大的峰值和陡度，在它周围的空间有强大的变化的电磁场，一方面处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势，另一方面，处在强电磁场中的电子、电气设备，极易遭受损害。通信防护基本知识讲座F、雷电反击和引入高电位雷电反击是由接受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引线和接地体），在接闪瞬间与大地间存在很高的电压，这电压对与大地连接的其它金属物体发生闪击（又叫闪络）。这就是均压、联合接地的基本原理。雷电引入高电位是直击雷或感应雷从输电线、通信线、天馈线等金属的引入线引入建筑物内，发生闪击而造成的雷击事故。通信防护基本知识讲座雷电的防护防直击雷到目前为止，常规防直击雷的方法，还是采用二百多年前富兰克林发明的避雷针（包括避雷带、避雷线、避雷网等）。避雷针的原理是采用尖端放电，把无规则的雷击变为有序。长期的运行经验表明，避雷针是有科学依据的，只要按照正确的方法实施（接地、均压、保护角），可以把雷击造成的损失控制到可以接受的程度。通信防护基本知识讲座但是，对新避雷方法的探索并未就此止步，国内外防雷专家先后研究了：激光束引雷、火箭引雷、水柱引雷、放射性避雷针、消雷器、驱雷器等，其基本观点是不希望雷击发生在重要的建筑物上，或者是抑制雷击峰值、减小雷击波陡度。通信防护基本知识讲座防高电压引入高电压引入的高电压源有三种：其一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线传播而引入室内；其二是来自感应雷的高电压脉冲，它们在各种电线中感生的高电位，以波的形式沿着导线传播而引入室内；其三是直击雷后地电位升高引起的高电位。抑制高电压的方法很多，从导线上传播过来的，一般采取分流，如交流电源防雷器、数据线防雷器、天馈线防雷器、MDF等，从地网传播过来的高电压，一般采用均压和直流电源保护器等。通信防护基本知识讲座通信防护基本知识讲座2、电气化铁路的干扰强电线对电信线的影响，早已为世界各国所关注。国际电报电话咨询委员会（CCITT现ITU/T）1931年出版过《防止电力线路对电信线路危害影响防护导则》（简称防护导则）；以后经各国的实际研究又进行过多次的修改补充，有1938年、1952年、1963年的版本和1974年、1978年的增订版．现正在进行以1963年版为基础修订为九个分册的工作。通信防护基本知识讲座1975年由电力工业部、铁道部、邮电部、通信兵部、广播事业局联合颁发的《架空电力线路与弱电流线路接近和交叉装置规程》；1961年由水利电力部、铁道部、邮电部、通信兵部联合颁发的《防止和解决电力线路对通信、信号线路危险和干扰影响的原则协议》等。通信防护基本知识讲座因地电位升高通过阻性耦合而对电信设备产生影响的问题，CCITT在1965年出版了《电气装置中的高电位对邻近的电信装置和工作人员的危害影响和保护》，补充了1963年出版的《防护导则》。我国有关部门在这方面也进行了多年研究，并取得了一些成绩。通信防护基本知识讲座电气化铁路概述通信防护基本知识讲座铁路电气化发展历史：1、直流供电方式2、交流低频供电方式3、工频供电方式通信防护基本知识讲座对通信影响的机理工频单相交流制式电气化铁道的电磁影响，是指由于牵引供电回路的电压和电流直接产生的电