化工防爆场景工业电源供电单元 EMC 辐射预测试 按 EN 55011 标准排查隔爆结构接地缺陷

标准基准与防爆接地特殊要求

先明确测试判定依据和化工防爆场景的接地特殊性，避免排查偏离核心。

1. EN 55011 辐射限值（200MHz-1GHz）

针对工业电源（属于 ISM 设备 Class A），10 米测试距离下的限值为：

• 准峰值（QP）：≤ 40 dBμV/m

• 平均值（AV）：≤ 30 dBμV/m注：若电源用于防爆区域内的 “非 ISM 负载”（如传感器、控制器），需按 Class B 限值（比 Class A 低 6dB）执行，需先确认设备分类。

2. 化工防爆接地的核心要求

隔爆结构（如隔爆外壳、防爆接线盒）的接地不仅需满足防爆安全（GB 3836.1），更直接影响 EMC 屏蔽效果，关键要求包括：

• 隔爆外壳接缝处接触电阻≤100mΩ（高频下需≤50mΩ），避免高频电流无法导地形成辐射。

• 接地端子需采用铜制防爆端子，拧紧扭矩符合规范（如 M6 端子≥8N・m），防止松动导致接地失效。

• 内部接地（PCB 地、功率地）需与隔爆外壳单点可靠连接，避免多点接地形成 “地环路”，引入额外辐射。

隔爆结构接地缺陷致辐射异常的核心机理

200MHz-1GHz 频段的辐射主要来自电源内部高频噪声（如 DC-DC 开关谐波、高频时钟），而隔爆外壳本应作为 “屏蔽体” 将噪声约束在内部，若接地存在缺陷，屏蔽效能会骤降（从≥40dB 降至≤10dB），导致噪声泄漏：

1. 外壳接缝接触不良：隔爆外壳的法兰、盖板接缝处若有油漆、氧化层或防爆间隙超标（如超过 0.2mm），会导致高频电流（200MHz 以上）无法通过接缝导地，外壳成为 “辐射天线”，直接泄漏噪声。

2. 接地端子松动 / 阻抗大：接地端子未拧紧或采用非铜制端子（如铁质），会导致接地阻抗在 1GHz 时升至 10Ω 以上，高频噪声无法有效导地，从端子处耦合辐射。

3. 内部接地与外壳隔离：电源内部 PCB 地、功率地若未与外壳连接，或通过细长导线（如≥20cm 单股线）连接，会导致内部高频噪声无法传递到外壳，直接通过电源输出线缆辐射。

4. 地环路干扰：内部接地（如信号地、功率地）若分别接外壳不同点，会形成 “地环路”，200MHz-1GHz 的高频磁场会在环路中感应电流，加剧辐射。

分步骤排查方法（从外到内，结合仪器验证）

1. 外观与物理排查（优先执行，无需复杂仪器）

• 检查隔爆外壳接缝：用刀片刮除接缝处油漆、氧化层，观察是否有锈蚀或变形，防爆间隙需用塞尺测量（≤0.15mm，符合 GB 3836.2）。

• 检查接地端子：确认端子材质（铜制），用扭矩扳手复紧（按端子规格施力），观察线缆是否有氧化、断股（需用多股铜线，线径≥2.5mm²）。

• 检查内部接地：拆开隔爆外壳（需断电并符合防爆作业规范），确认 PCB 地、功率地是否通过铜柱（直径≥5mm） 与外壳连接，连接点是否有虚焊、松动。

2. 仪器测试验证（定位缺陷点）

3. 对比验证（确认缺陷影响）

• 临时强化接地：在疑似缺陷处（如接缝）贴导电胶带（铜箔材质），并临时用短粗铜缆（10mm²，长度≤10cm）连接外壳与接地极，重新测辐射。若辐射值下降≥8dB，说明原接地存在缺陷。

• 断开内部接地：断开 PCB 地与外壳的连接，若辐射值上升≥5dB，说明内部接地原本有效，需重点检查连接可靠性。

针对性优化措施（兼顾防爆与 EMC）

1. 修复隔爆外壳接缝缺陷

• 接缝处理：用砂纸（800 目）打磨接缝法兰面，去除氧化层和油漆，涂抹导电膏（如道康宁 734） ，确保接触电阻≤50mΩ；若间隙超标，更换法兰密封垫（采用铜包覆石棉垫）。

• 加强紧固：对盖板螺栓按对角顺序复紧，扭矩比标准值高 10%（如 M8 螺栓按 12N・m 施力），防止振动导致松动。

2. 优化接地端子与线缆

• 端子更换：将非铜制端子更换为防爆铜端子（如 Ex d IIC 级），端子与线缆连接处压接铜鼻子，并用防松螺母固定。

• 线缆升级：接地线缆改用多股镀银铜线（线径≥4mm²），长度控制在 15cm 以内，减少高频阻抗（1GHz 时阻抗≤3Ω）。

3. 规范内部接地设计

• 单点接地：内部 PCB 地、功率地通过同一根铜柱（直径≥6mm）与外壳连接，铜柱与外壳采用焊接（而非螺丝连接），避免虚接。

• 地隔离：信号地（如采样电路地）通过磁珠（100Ω@1GHz）与功率地连接，再统一接入外壳接地铜柱，避免功率噪声串入信号地。

4. 消除地环路

• 若存在多点接地，拆除多余接地连线，仅保留 “内部总地→外壳单点→接地极” 的单一路径；

• 在电源输入线缆处添加共模电感（10mH@100MHz），抑制地环路感应的高频电流。

整改后验证方案

优化后需验证 “防爆合规性” 和 “EMC 辐射达标”，避免顾此失彼：

1. 防爆验证：用毫欧表复测外壳接缝电阻（≤100mΩ），用气密性测试仪检查隔爆外壳密封性（符合 GB 3836.2）。

2. EMC 辐射复测：按 EN 55011 标准在暗室测试，确保 200MHz-1GHz 频段辐射值低于限值 3dB 以上（留有裕量）。

3. 稳定性测试：模拟化工场景振动（如 5-500Hz，1g 加速度），测试后复测接地电阻和辐射值，确保无异常。