孫宗先，張 坤，隋 燕

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島 266111）

在城軌車輛中，司機(jī)室電氣柜是整車電氣柜中最復(fù)雜的，由于整車的邏輯控制基本在此實(shí)現(xiàn)，所以司機(jī)室電氣柜的性能將直接影響車輛的性能。而在電氣柜的性能中，電磁兼容又是其較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。為保證電氣柜的電磁兼容性能，需先對(duì)電氣柜的電氣柜的電磁兼容狀態(tài)進(jìn)行分析。

1 電氣柜內(nèi)電磁兼容設(shè)計(jì)分析

司機(jī)室電氣柜內(nèi)主要布置的器件為：開關(guān)、按鈕、繼電器、接觸器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PIDS系統(tǒng)主機(jī)等設(shè)備。受空間及人機(jī)界面要求的限制，電氣柜不可能僅依靠空間去解決自身的電磁兼容問(wèn)題。電氣柜內(nèi)各個(gè)電氣件自身的性能對(duì)整體性能有著直接的影響，所以在電氣柜內(nèi)各個(gè)電氣件選型期間，必須要求每個(gè)器件均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在這個(gè)前提下，合理的器件布置是對(duì)整體性能提升的必要手段。同時(shí)柜內(nèi)過(guò)多的不同等級(jí)的電纜對(duì)電氣柜自身的電磁兼容性能也有著重大的影響。下面就電氣柜內(nèi)布線設(shè)計(jì)和設(shè)備布置方面進(jìn)行論述。

1.1 電氣柜內(nèi)電纜布線設(shè)計(jì)

1.1.1 電氣柜電纜的分類

在電氣柜中，電纜既會(huì)遭受干擾，也會(huì)成為干擾源。布線設(shè)計(jì)需充分滿足EN 50121-3-1和EN 50121-3-2的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在EN50343中，將電纜大致分為三類，如表1所示。

表1 電纜等級(jí)分類

依據(jù)表1中的電纜分類，開關(guān)、繼電器、接觸器等的電纜均為B類，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及PIDS系統(tǒng)主機(jī)的電纜主要為C類。

由于相鄰電纜會(huì)通過(guò)輻射、感應(yīng)等方式耦合，互相成為干擾源，因此，在布線時(shí)不同種類的電纜應(yīng)盡可能的分隔。分隔的距離與電流強(qiáng)度、帶寬、平行布置的長(zhǎng)度、抗干擾度等有關(guān)。EN50343給出的不同種類的電纜在空氣中最小的分布距離為：A類電纜與B類電纜分隔距離為0.1米；A類電纜與C類電纜分隔距離為0.2米；B類電纜與C類電纜分隔距離為0.1米。

在布線設(shè)計(jì)中，不同種類電纜間的分隔距離達(dá)不到上述要求時(shí)，電纜間需要用金屬管、金屬隔板、金屬傳輸管、全體屏蔽等措施來(lái)滿足EMC需要。

1.1.2 電纜布線原則

相關(guān)試驗(yàn)證明，合理的電纜布線對(duì)提高整個(gè)電氣柜的電磁兼容性非常有利。電磁屏蔽的電纜布線原則如下。

（1）在布線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使布線易于施工、維護(hù)和更換。布線設(shè)計(jì)要盡可能地降低耦合，使敏感線和干擾線遠(yuǎn)離。電纜布線應(yīng)利用現(xiàn)有的空間獲得最佳的距離。

（2）可以將有近似相同的干擾電平及相似干擾類型的電纜成束，干擾大的線束與干擾小的線束要相互隔離開來(lái)，可利用空間分離來(lái)隔離不同類型的電纜。當(dāng)不同類型的電纜不得不敷設(shè)在一起時(shí)，應(yīng)盡量將其隔離開。

（3）應(yīng)把電源線和信號(hào)線分開。當(dāng)敏感線、隔離線不得不靠近電源線時(shí)、應(yīng)盡量將電纜敷設(shè)成垂直相交，避免平行走向。不同類型的電纜盡可能從不同方向進(jìn)入設(shè)備。

（4）屏蔽線應(yīng)使用有屏蔽的電連接器，不同空間之間的信號(hào)傳遞通過(guò)屏蔽良好的插座來(lái)完成。

（5）電氣柜內(nèi)交流線與其他線分開布置，因受空間限制無(wú)法單獨(dú)布置，可在用金屬屏蔽網(wǎng)屏蔽后（金屬屏蔽網(wǎng)需做接地處理）與單芯電纜同束布置，但與通訊用多芯電纜分開布置[1]。

1.1.3 電氣柜內(nèi)電纜的選擇

電氣柜內(nèi)開關(guān)按鈕，繼電器等為干擾源，且電氣柜內(nèi)此類部件極多，基于同類電纜可以成束布置且考慮到成本問(wèn)題，此類器件的電纜選用單芯電纜。而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PIDS系統(tǒng)主機(jī)等為易受干擾的敏感設(shè)備，其通訊線需采用多芯屏蔽電纜方能保證通信信號(hào)不受干擾。

由于屏蔽電纜的屏蔽效能主要是由屏蔽層接地所產(chǎn)生的，也就是說(shuō)屏蔽電纜的屏蔽層必須接地以后才能起到屏蔽作用。所以電氣柜內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及PIDS主機(jī)所用通訊電纜（均采用屏蔽電纜）需做屏蔽處理方能達(dá)到屏蔽效果，其屏蔽接地采用電纜在設(shè)備端的連接器（即插座）來(lái)完成。

1.1.4 電氣柜布線方案

依據(jù)表1的電纜分類，電氣柜內(nèi)的電纜為B類和C類。其中B類電纜包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通訊線、PIDS主機(jī)的通訊線。而各個(gè)開關(guān)、按鈕、繼電器及接觸器的電纜可歸為C類。

根據(jù)電纜布線原則及電氣柜的現(xiàn)有空間，在電氣柜設(shè)置4條走線路徑。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通訊線、PIDS主機(jī)的通訊線從車上及車下進(jìn)入電氣柜時(shí)均從司機(jī)室側(cè)的右側(cè)進(jìn)入設(shè)備，自車上進(jìn)入電氣柜的交流線可敷設(shè)在客室側(cè)右側(cè)，保證交流線與通信線分開布置，且距離最遠(yuǎn)。其余電纜可敷設(shè)在剩余的兩個(gè)扎線位置。最終的走線路徑如圖1所示。

圖1 電氣柜內(nèi)走線路徑圖

1.2 電氣柜內(nèi)設(shè)備布置設(shè)計(jì)

抑制干擾源和受干擾設(shè)備之間的電磁干擾的一種有效的方法就是增加兩者之間的距離，根據(jù)軌道車輛設(shè)備的電氣特性，將電氣柜內(nèi)設(shè)備分為干擾源和敏感設(shè)備，其開關(guān)按鈕，繼電器等應(yīng)當(dāng)定義為干擾源，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PIDS系統(tǒng)主機(jī)等應(yīng)當(dāng)定義為易受干擾的敏感設(shè)備。

結(jié)合電氣柜的實(shí)際空間情況，在電氣柜內(nèi)合理劃分不同的區(qū)域，使相同等級(jí)的易受干擾的敏感設(shè)備盡量集中布置，同時(shí)保證干擾源設(shè)備和敏感設(shè)備之間的距離盡可能大。

為有效利用空間，司機(jī)室電氣柜采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？紤]到司機(jī)室電氣柜內(nèi)部分器件有司機(jī)操作的需求，在保證人機(jī)要求的前提下，同時(shí)考慮現(xiàn)有的走線路徑的設(shè)計(jì)，形成的電氣柜內(nèi)電氣元件如下：各個(gè)開關(guān)按鈕等器件需布置在司機(jī)室側(cè)的上部，以保證司機(jī)方便操作；繼電器、接觸器等干擾源均布置在客室側(cè)，使其遠(yuǎn)離敏感設(shè)備；而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及PIDS系統(tǒng)主機(jī)等易受干擾的敏感設(shè)備應(yīng)布置在司機(jī)室側(cè)下部，盡量遠(yuǎn)離干擾源。具體的器件布置見(jiàn)圖2。

圖2 電氣柜內(nèi)器件區(qū)域布置圖

2 電氣柜電磁兼容性能測(cè)定

在電氣柜生產(chǎn)完成后，為驗(yàn)證電氣柜的性能，依據(jù)EN50121-3-2對(duì)電氣柜電磁兼容性能進(jìn)行測(cè)定，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 輻射騷擾（水平極化）

通過(guò)圖3和圖4可見(jiàn)，水平極化和垂直極化的輻射騷擾均在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，電氣柜的電磁兼容性能符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 輻射騷擾（垂直極化）

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)城軌車輛電氣柜內(nèi)各設(shè)備電纜的分類及布線規(guī)則的明確，從而確定了電氣柜內(nèi)部的走線路徑，再將電氣柜內(nèi)設(shè)備的歸類，將其按照開關(guān)類，線圈類及電子類進(jìn)行布置，不僅符合電磁兼容的要求，還兼顧了人機(jī)工程的因素。進(jìn)行了深入的分析，不僅在理論上滿足電磁兼容的要求，更以電磁兼容的試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明了本文所述的城軌車輛電氣柜內(nèi)的元件布置能夠有效的保證電氣柜的電磁兼容性能。

［1］沙斐.機(jī)電一體化系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1999.