本文是電子元件技術網網友原創博文《鐵路信號設備地線幹擾抑製方法的研究》係列第四章，全文從電氣電子設備接地重要性與地線幹擾形成機理入手，重點介紹電氣電子設備接地點與接地方式選擇、增加地環路阻抗、降低接地阻抗等方法
，來消除公共阻抗耦合、dihuanludengdixianganrao
，shixiandianqidianzishebeilianghaodediancijianrong。zuihou

，zhenduitieluxianchangdiancisaoraoyuantexingyuouhefangshi，chenggongdijiangdixianganraoyizhifangfayingyongyumoutieluxinhaoshebeidediancijianrongshejizhong。

全文第一章為：EMC接地的概念與分類
全文第二章為：EMC地線幹擾形成的機理
全文第三章為：PCB設計中地線幹擾抑製方法詳解


5 鐵路地麵信號設備接地設計

隨著鐵路電力係統自動化設備的廣泛應用和技術的發展
，設備越來越複雜，特別是模擬電路和數字電路混合的情況日漸增多
、電路的工作頻率愈來愈高，電磁兼容問題越來越突出。7.23dongchezhuiweishiguzhengming
，tieludimianxinhaoshebeishiliecheyunxingdeanquanbaozhangxingguanjianshebei，gaishebeixianchangkangdianciganraonenglidegaodi，zhijieguanxidaoliechexingshiyurenminshengmingcaichananquan。

因此
，鐵路地麵信號設備的抗幹擾設計極其重要。其中，接地設計是鐵路地麵信號設備電磁兼容設計中最複雜、最難掌握
、最重要的電磁幹擾抑製方法。

5.1 鐵路電磁幹擾源

ganraoyuanshidiancijianrongwentidesanyaosuzhiyi，ganraoyuandeyanjiu
，youliyutieluxinhaoshebeidediancijianrongshejiyuxianchangkangganraowentidechuli
，tieluxinhaoshebeizhuyaodianciganraoyuan：

（1）自然幹擾源
自然幹擾源是指由於大自然現象所造成的各種電磁噪聲。雷電是最常見的電磁幹擾源。雷電的強電磁脈衝幹擾不僅可能通過電源線
、輸入輸出線以及接地裝置侵入係統，而且強脈衝電磁場會產生強大的感應過電壓而嚴重幹擾甚至損壞係統設備。

（2）放電現象
放電現象包括
，靜電放電
、電暈放電、弧光放電等。其中，靜電放電屬於瞬態放電，電暈放電、弧光放電屬於持續放電。
鐵路電力係統中
，電動機車過分相點、升降弓，以及受電弓與接觸網接觸不良等
，均會引起的弧光放電。

（3）半導體器件開關過程引起的幹擾。電動機車整流器件開關過程中，都存在著高的di/dt，它ta們men通tong過guo線xian路lu或huo元yuan器qi件jian的de引yin線xian電dian感gan引yin起qi瞬shun態tai電dian磁ci噪zao聲sheng。其qi頻pin率lv可ke高gao達da幾ji十shi千qian赫he茲zi至zhi幾ji百bai千qian赫he茲zi乃nai至zhi幾ji兆zhao赫he茲zi，成cheng為wei不bu可ke忽hu視shi的de噪zao聲sheng源yuan。

（4）工頻牽引電流
電動機車的工頻電流可高達1000A，這麼大的電流，會在鋼軌或牽引電流接地線旁邊，產生很高的地電位。

5.2 幹擾耦合途徑分析

典型的鐵路地麵信號設備主要由人機接口（如顯示器、鼠標、鍵盤、打印機）、AC220V電源適配器
、傳感器、執行機構
、工業控製計算機（包括A/D采集板卡、輸出控製板卡等）、執行機構（指示燈、道岔轉轍機等）組成

，如下圖所示：
 
                           
                                     圖 21 鐵路地麵信號設備組成示意圖

其中傳感器負責采集鋼軌電流電壓信號，以及車輪信息等；工業控製計算機對傳感器采集的信號進行濾波、放大、運算等信息處理

，獲得準確的、實時地軌道交通信息，並控製室外執行機構動作。

電dian磁ci幹gan擾rao主zhu要yao通tong過guo空kong間jian輻fu射she耦ou合he或huo傳chuan導dao耦ou合he的de途tu徑jing進jin入ru被bei幹gan擾rao設she備bei中zhong，但dan由you於yu鐵tie路lu地di麵mian信xin號hao設she備bei一yi般ban會hui安an裝zhuang在zai帶dai屏ping蔽bi與yu防fang雷lei功gong能neng的de信xin號hao機ji房fang或huo機ji櫃gui中zhong，空kong間jian輻fu射she耦ou合he對dui設she備bei本ben身shen的de影ying響xiang很hen有you限xian，它ta主zhu要yao通tong過guo設she備bei的de外wai拖tuo信xin號hao線xian纜lan接jie收shou空kong間jian的de電dian磁ci波bo
，並bing傳chuan導dao進jin入ru室shi內nei信xin號hao設she備bei中zhong。

由鐵路地麵信號設備組成示意圖可知，AC220V電源線
、傳感器輸入信號線纜
、輸出信號線纜
、遠程監控通信端口等，是電磁幹擾進入鐵路地麵信號設備的主要耦合途徑。

5.3 鐵路信號設備接地設計
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針對鐵路信號設備電磁幹擾的特點
，通過合理的接地設計（浮地、隔離
、濾波等）方法切斷或改變電磁幹擾流向，提高鐵路信號設備的抗幹擾性能。

在鐵路信號設備中
，接地設備須滿足如下兩點：
（1）接地係統具有很低的公共阻抗，使係統中各路電流，通過該公共阻抗產生的直接傳導噪聲電壓最小。在有高頻電流的場合
，保證“信號地”對“大地”有較低的共模電壓，使通過“信號地”產生的輻射噪聲最低。
（2）保證地線與信號線構成的電流回路具有最小的麵積
，避免由地線構成“地回路”，使外界幹擾磁場穿過該回路產生的差模幹擾電壓最小，同時，也避免地電位差通過地回路引起過大的地電流
，造成傳導幹擾。

鐵路信號設備一般會通過光電、磁電、混合接地等措施
，來消除共阻抗耦合或地環路耦合等地線幹擾：
（1）電源端口的隔離
外部電源通過電源隔離變壓器或帶隔離功能的UPS給鐵路信號設備提供220V電源，設備與電網隻有磁的耦合，無電的直接聯係，實現電的隔離，消除了共阻抗耦合
，增強係統對電網的抗幹擾能力。
（2）開關量、模擬量的輸入輸出口要采用光電耦合器、變壓器
、繼電器
、共模扼流圈等隔離
，切斷地環路幹擾。

其中，光電、磁電隔離由於器件存在寄生電容
，主要應用於300KHZ以(yi)下(xia)的(de)低(di)頻(pin)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)抑(yi)製(zhi)，其(qi)高(gao)頻(pin)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)衰(shuai)減(jian)效(xiao)果(guo)可(ke)能(neng)不(bu)佳(jia)，此(ci)時(shi)可(ke)在(zai)信(xin)號(hao)線(xian)纜(lan)上(shang)串(chuan)聯(lian)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)，切(qie)斷(duan)低(di)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)與(yu)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)的(de)地(di)環(huan)路(lu)幹(gan)擾(rao)，提(ti)高(gao)設(she)備(bei)I/O端口的抗幹擾能力。

在以太網通信端口中

，利用變壓器的磁電隔離原理
，切斷低頻電磁幹擾的傳播途徑

；利用共模電感或變壓器中集成的共模扼流圈
，能有效地增大高頻電磁幹擾的地環路阻抗
，避免變壓器的原邊高頻電磁幹擾通過其原/副邊的寄生電容傳輸副邊或敏感芯片側
，此外，原邊C12也起共模濾波作用。

以太網的高頻/低頻的共模或地環路幹擾抑製方法如下圖所示：
 
                    
                                     圖 22 以太網的高頻/低頻共模幹擾抑製方法

（3）遠程監控設備通信端口，采用光纖通信，以加強接口的隔離度，提高信號傳輸的可靠性。
（4）設備接地點選擇，應盡量遠離大電流、高電壓工作的電氣設備，減少靜電感應和電磁感應。
（5）信號線纜屏蔽層的接地

將jiang信xin號hao線xian纜lan的de屏ping蔽bi層ceng兩liang端duan分fen別bie接jie地di

，電dian力li機ji車che牽qian引yin電dian流liu造zao成cheng的de電dian位wei差cha，可ke能neng通tong過guo屏ping蔽bi層ceng形xing成cheng幹gan擾rao電dian流liu
，即ji地di環huan路lu幹gan擾rao
，導dao致zhi信xin號hao采cai集ji設she備bei無wu法fa正zheng常chang工gong作zuo。

因此
，為了消除工頻牽引電流的地線幹擾影響
，通常會在設備（設備的接地點一般距離鋼軌3米以上），將信號線纜屏蔽層單點接地。
如(ru)果(guo)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)采(cai)用(yong)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)纜(lan)，暴(bao)露(lu)在(zai)高(gao)頻(pin)強(qiang)電(dian)場(chang)中(zhong)，也(ye)可(ke)能(neng)會(hui)感(gan)應(ying)出(chu)很(hen)高(gao)的(de)幹(gan)擾(rao)電(dian)壓(ya)
，引(yin)起(qi)設(she)備(bei)功(gong)能(neng)失(shi)常(chang)，因(yin)此(ci)
，對(dui)存(cun)在(zai)高(gao)頻(pin)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)，電(dian)纜(lan)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)需(xu)要(yao)雙(shuang)端(duan)接(jie)地(di)。

針對上述問題，屏蔽層采用混合接地方案，即將軌道傳感器側的信號線纜的屏蔽層，通過10nF或4.7nF的高壓電容旁路接地
，設備側的信號線纜屏蔽層采用單點接地
，如下圖所示：
 
                         
                                                       圖 23 信號線纜混合接地

實shi際ji經jing驗yan證zheng明ming
，鐵tie路lu信xin號hao線xian纜lan屏ping蔽bi的de混hun合he接jie地di方fang法fa
，既ji可ke以yi有you效xiao抑yi製zhi工gong頻pin牽qian引yin電dian流liu的de地di環huan路lu幹gan擾rao，也ye來lai可ke靠kao地di衰shuai減jian高gao頻pin電dian磁ci幹gan擾rao對dui信xin號hao通tong道dao的de不bu利li影ying響xiang。

（6）主控板的接地設計

工gong控kong機ji的de主zhu板ban為wei高gao速su電dian路lu

，在zai印yin製zhi線xian路lu板ban上shang設she置zhi完wan整zheng的de地di平ping麵mian，縮suo短duan高gao速su信xin號hao的de回hui流liu徑jing路lu，提ti高gao其qi信xin號hao完wan整zheng性xing。主zhu板ban地di平ping麵mian通tong過guo多duo個ge螺luo釘ding孔kong與yu一yi塊kuai完wan整zheng的de金jin屬shu麵mian板ban相xiang連lian接jie，不bu僅jin可ke以yi抑yi製zhi電dian路lu板ban對dui外wai部bu的de電dian磁ci騷sao擾rao，還hai可ke以yi將jiangI/O口引入的電磁幹擾低阻抗的導向金屬麵板，避免其幹擾敏感的主控芯片。

6 結論

本文概述了接地意義
，公共阻抗耦合
、地環路等地線幹擾形成機理。根據地線幹擾形成的機理差異
，重點介紹了光電隔離
、繼電器隔離
、磁電隔離
、共模扼流圈隔離、單點接地、多點接地、浮地
、混合接地等方法，在消除或抑製電氣電子設備的地線幹擾的應用原理。
最後，結合鐵路現場的電磁幹擾情況，介紹了地線幹擾抑製方法在鐵路信號設備線纜屏蔽層的接地方麵的實際應用。

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