第35卷第6期
2001年11月浙 江 大 学 学 报 (工学版)Jou rnal of Zhejiang U n iversity (Engineering Science )V o l .35N o .6
N ov .2001
收稿日期:2001203215.
作者简介：宗承云(1947-)，山东泰安人，高级工程师，现任胜利石油管理局副总工程师，从事油田电网技术管理工作Λ
眉笔刀宗承云1，王康元2
(11胜利石油管理局，山东东营257001;21浙江大学电气学院，浙江杭州310027)
摘 要：从瞬变及高频脉冲、低频脉冲、雷电、辐射电磁场、静电放电等几个方面分析了智能电能表运行
中的电磁干扰源、电磁干扰的传播途径，提出了提高智能电能表电磁兼容性的设计思路，并重点介绍了 其电源和印刷线路板等方面的硬件电路设计Λ
关键词：智能电能表；电磁兼容；干扰源；设计
中图分类号:TM 93314 文献标识码:A 文章编号:10082973X (2001)0620681203
随着我国现代化建设的迅猛发展和人们消费水平的不断提高，市场对电能的需求量日益增大Λ针对这一市场需求，近几年内，我国电力部门结合电力市场化改革的推行，相继出台了“一户一表”和“分时电价”两项政策，其目的是利用现代化计量装置和管理系统，通过市场调节，以达到电能计量准确，使用合理，使有限的电力资源发挥更大的效用Λ这两项政策在全国范围内的相继实施，极大地促进了我国电能仪表行业的技术进步，各种广泛应用现代电子技术和通讯技术的智能电能表及其管理系统因此应运而生，较好地解决了电能计量及电费回收的问题，提高了电力部门的经济效益Λ
智能电能表作为电能计量和电费结算的计量产品，不仅要求产品具有精确、稳定的计量性能，而且要求产品有极强的抗电磁干扰、抗冲击、耐恶劣环境的能力，确保在任何情况下用电信息正确可靠，保证用电、供电双方的利益不受损害Λ智能电能表大都采用单片机技术设计而成，电磁干扰是造成智能
电能表故障或性能下降的主要原因之一Λ因此，提高智能电能表的电磁兼容性是提高其运行可靠性的关键Λ国际上已将电磁兼容性作为电气、电子产品一项极为重要的性能指标，并制定了必须强制性执行的法规Λ我国在JB T 7566、JB T 8382中对智能电能表的电磁兼容性也有明确的要求和规定Λ
1 电磁兼容性
沼气汽水分离器电磁兼容技术是以解决实践中的电磁干扰而出现并发展起来的一门新兴学科Λ根据国际电工技术委员会(IEC )的定义：电磁兼容性(electrom agnetic com p atib ility ，简称E M C )是设备的一种能力，它在其电磁环境中能完成它的性能，而不至于在其环境中产生不允许的干扰Λ该定义可以理解概括为三个方面内容：首先，干扰的可限制性Λ干扰是普遍存在的，但可以限制其危害性，应规定产品产生的干扰电平不超过限定范围；其次，干扰的豁免性Λ无线电设备及高频设备的广泛应用，导致电磁干扰发射源越来越多，由此要求产品在规定的电磁干扰强度环境中应能正常工作；其三，干扰的共有性Λ即对干扰采取任何措施都不能使与其相关的产品或系统性能下降，只能共处Λ
电磁兼容设计已成为电气系统可靠性设计中必不可少的重要组成部分Λ任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应具有干扰源；其次有传播干扰能量的途径和通道；第三还必须有被干扰对象的响应(在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备)Λ
电磁干扰的产生、传播和接收是不可能完全消除的，但是可以在满足电磁兼容设计目标的要求
拉线塔
286浙 江 大 学 学 报(工学版) 第35卷 下给以适当的约束，换言之在满足一定的约束条件下来完成电磁兼容的可行性设计Λ
2 智能电能表的电磁干扰源和传播途径
对于直接安装在电网上的智能电能表，特别是安装在变电站内的智能电能表，在正常运行状态下遭受到的电磁干扰源主要有:
(1)瞬变及高频脉冲：主要来源，一是低压电网中因大容量熔断器熔断时，电路内存储能量的释放，在电压恢复过程中产生的瞬时过电压；二是高压开关操作时，关断口电弧的熄灭和重燃所引起的一系列高频震荡；三是小电感性负载(如继电器、接触器)的切换所产生的快速瞬变脉冲的干扰Λ (2)低频脉冲：主要来源，一是高压、中压和低压电网中偶尔产生的短路或接地故障，连续快速重合闸所产生的电压跌落和短时中断；二是连续的，但随机变化的大负载(如电弧炉)、大负载的投切(如电焊机、电动机)、电压阶变(如变压器抽头的调节)所引起的电压周期性波动或不规则的波动等Λ
(3)雷电：电力线路遭受雷击或者感应雷击，雷电波沿线路传播，产生极强的脉冲电场和磁场，通过电源线传入智能电能表，造成集成芯片的PN结击穿或整个芯片烧毁Λ
(4)辐射电磁场：主要有两个来源，一是来自专门用来发射电磁能量的装置，如广播电视、通信、雷达
和导航等无线电设备；二是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等Λ辐射电磁场主要通过智能电能表中线路板上的导线发生作用，由于线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线，它不仅能产生电磁辐射，而且能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感Λ
3 智能电能表电磁兼容性设计
根据以上的分析，智能电能表的电磁兼容性设计主要考虑两方面的内容：一是在规定干扰强度的电磁环境下能正常工作；二是向外界发送的电磁干扰强度在规定的范围内Λ由于智能电能表复杂的工作环境，抗电磁干扰设计是两者中的重点Λ依据电磁干扰形成的三要素，在产品设计阶段主要遵循以下三个原则：一是尽可能抑制干扰源，直接将干扰源隔离在智能电能表的工作之外；二是消除干扰源与智能电能表之间的干扰耦合和辐射，切断电磁干扰的传递途径；三是隔离敏感部件，加强智能电能表的抵抗电磁干扰的能力Λ具体设计中包含结构设计、硬件设计、软件设计等内容，以下重点介绍硬件设计Λ硬脂酰乳酸钙
3.1 电源设计
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入设备的，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Λ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TV S)和隔离变压器Λ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112～114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ΛTV S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Λ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Λ
车位管理系统312 印刷线路板的设计
31211 印刷线路板的布局 将电源部分与数字逻辑电路部分分配在不同的区域，以缩短高频电流在印刷板上的走线路径：去耦电容用于消除瞬态过程对电路的影响，应尽可能靠近芯片的电源管脚，所使用的电容器的尺寸要尽可能的小，并尽量缩短其引脚的长度(最好无线脚)；所有连接到其他面板及部件的连接头必须尽可能相互靠近放置，以防止外部电流流过印刷线路板上的线路Λ
31212 印刷线路板的布线 传送信号的线路要与其信号回路尽量靠近，这样可以消除高频电流环，防止这些线路包围的环路区域发生辐射；电源线与地线应尽可能靠近，最好是电源线布在印刷板的一面，而地线布在印刷板的另一面，上下重合，使电源的阻抗最低；增加印刷板线条间的距离，或在走线之间有意识地安插一条地线，作为线条间的隔离，以减少平行走线时的干扰Λ
31213 元器件的选择 微控制器是智能电能表的核心部件，应选择体系结构好，并具备优异电磁兼容性能的控制器；逻辑电路尽可能选择低速的时钟频率，并将闲置的输入输出端强制在高电平或低电平上Λ
4 结 论
(1)由于电磁兼容技术是伴随着无线电、电子技术的发展而出现并得以发展，随着电子、电气设备的广泛应用，对于产品的电磁兼容性要求也越来越高Λ
(2)智能电能表作为电能计量和电费结算的计量产品，要求产品具有精确、稳定的计量性能，在设计时必须充分考虑电磁干扰源，并仔细分析这些干扰源如何传递Λ
(3)通过对智能电能表的结构设计、硬件设计和软件设计可以提高其电磁兼容性，特别是通过电源设计和印刷电路板的设计在硬件上可以抑制和消除电磁干扰源Λ
参考文献:
[1] 贺景亮.电力系统电磁兼容[M ].北京：水利电力出版社,1993.
[2] 徐鹏根.电磁兼容性原理及应用[M ].北京：国防工业出版社,1996.
盐酸苯肼
Electromagnetis m com patibility of i n telligen t
electr ic ity m eter
ZHON G Cheng 2yun 1,W AN G Kang 2yuan
2(1.T he M anagem ent Bureau of Shengli O il ,Dongying 257001,Ch ina ;
2.D ep t .of E lectrical Engineering ,Zhejiang U ni .,H angzhou 310027,Ch ina )
Abstract :T he tran s m issi on w ays of electrom agnetic in terfere and its sou rce from aspects of h igh frequency i m p u lse ,low frequency i m pu lse ,thundersto r m electricity ,radiative electrom agnetis m field ,static electricity discharge ,and etc .Since the in telligen t electricity m eter is the pow er system ’s m easu re ,it requ ired to have a good electrom agnetic com patib ility .T h is thesis analysis the sou rce of electrom agnetic in terfere in pow er system and disp lay how it’s tran s m it .Som e m ethods can be found in structu re design ,hardw are design and softw are design to i m p rove the m eter’s electrom agnetic com patib ility ,and the design of m eter’s pow er supp ly and p rin ted civcu t board is also stressed .
Key words :in telligen t electricity m eter ;electrom agnetic com patib ility ;distu rbance sou rce
386 第6期宗承云，等：智能电能表的电磁兼容
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