船舶建造产生的电磁干扰现象及对策

摘要：随着现代船舶电气系统集成度的持续提升，密闭舱室空间内高密度分布的电力设备与交错敷设的线缆网络形成了复杂的电磁拓扑结构。在设备运行过程中，由于能量转换引发的瞬态电磁脉冲与稳态电磁场相互叠加，极易形成多频段复合干扰环境。这种电磁干扰不仅会影响导航仪表的测量精度，更可能引发控制系统的误动作风险。鉴于此，本文结船舶中的电磁兼容标准，针对建造阶段线缆耦合、信号干扰等关键内容展开了系统研究，并提出了相应的防护对策。

关键词：船舶建造；电磁干扰；防护对策

Abstract: With the continuous improvement of the integration degree of modern ship electrical system, the high density distribution of power equipment in the closed cabin space and the staggered laying cable network form a complex electromagnetic topology structure. In the process of equipment operation, the transient electromagnetic pulse caused by energy conversion and the steady electromagnetic field overlap each other, which is easy to form a multi-band composite interference environment. This electromagnetic interference will not only affect the measurement accuracy of the navigation instrument, but also cause the risk of misoperation of the control system. In view of this, we have studied the key contents of cable coupling and signal interference in the construction stage, and put forward the corresponding protection countermeasures.

 Key words: ship construction; electromagnetic interference; protective countermeasures

引言：

随着现代电子技术和计算机技术的飞速发展，电子设备在船舶上的应用越来越广泛，但也越来越复杂。船舶使用电子设备对其外部环境的变化较为敏感，外界环境变化时其内部设备受到影响较大。随着船舶自动化程度不断提高和船载设备功能日益多样化、复杂化，船舶电磁干扰现象也随之日益增多。船舶建造中不可避免会产生各种电磁干扰，由于其各系统相互连接的复杂性，设备的正常运行往往受到电磁干扰现象的显著制约，其引发的异常电流波动甚至可能导致系统故障。

一、船舶建造电磁干扰的类型

船舶建造过程中的电磁干扰可划分为两类：其一为建造流程所致的电磁干扰，其二为船舶设计流程引发地电磁干扰。在造船进程中，需依循施工流程展开作业。但在实际施工时，受工人、机器与设备、环境等因素的影响，电磁干扰会以多样方式呈现。其中部分电磁干扰由施工过程引发，可借“消磁”模式予以处置，但大多数干扰总会因施工过程的持续而存在。伴随电子设备的升级，现代船舶系统正逐步朝自动化、网络化与智能化方向发展。在船舶设计时，必须依凭船舶的基础功能将电子信息设备安置于恰当位置。对于该过程，不但需充分考虑功率、体积与质量等要素，还需考量设备是否契合当下的电磁环境[1]。即便如此，电磁干扰的问题在正式的船舶设计过程中仍未获解决。例如通信电缆与大功率电气设备被“紧密”安装于一处，且大功率交流电机与磁罗盘之间的距离亦不符合标准。对于此类电磁干扰，必须在设计层面进行调整，设计人员应全面了解不同设备产生的电磁干扰类型，以及不同电子信息设备适应电池使用条件的能力，进而设计出更加合理的电磁兼容方案。

二、船舶建造中电磁干扰的危害

（一）电子信息设备运行不稳

船舶电子信息系统易受电磁辐射干扰，其信号传输通道的稳定性常被破坏。依据电磁兼容理论框架，现代船舶通信架构包含物理线缆传输与空间电磁波传输两种基础形态，这两种信息交互模式均存在电磁敏感性缺陷。相关数据显示，当外部电磁场强度超过30V/m时，有线通信系统的误码率可能上升至常规值地2-3倍，而无线通信链路的信噪比则会下降约15dB。这种现象在数据交换层面具体表现为语言波形畸变、图像像素失真及文本编码错位等多模态信息劣化。更严重的是，导航雷达的脉冲编码单元在强电磁环境下会产生时域抖动，导致目标定位坐标出现分米级偏差。现有抗干扰方案虽能抑制约60%的电磁噪声，但残余干扰仍会使通信系统地误比特率维持在10^-4量级，这一现象在电磁兼容理论框架下呈现明显地特征性表现。

（二）自动化系统控制功能失效

在船舶制造领域，自动化技术的应用不仅有助于提升从业人员专业素养，还能有效缩减生产成本。值得注意的是，该技术体系仍面临电磁兼容性问题这一关键瓶颈，特别是对控制系统地干扰效应尤为显著。当执行人员需要实施远程指令传输时，多级增益放大电路的设计虽能优化信号质量，但在强电磁环境下，信号传输通道易遭受干扰截断。以典型工况为例，闭环控制架构的稳定器组件在电磁干扰下，其反馈调节机制会出现相位偏移现象。这种非线性失真将直接导致执行机构偏离预定轨迹，进而引发控制逻辑地时序紊乱问题[2]。

三、船舶建造中电磁干扰的防护对策

（一）规范选择电缆

在船舶建造中，电缆主要用于传输电能。在选择电缆类型时，必须考虑三个基本条件。打底衣，低压系统应选择常规电缆。然而，当低压系统中存在大电流传输或电缆成束敷设的情况时，必须选用具备电磁干扰抑制功能的屏蔽型电缆。针对中压系统电缆选型，需要着重考量屏蔽结构地完整性，根据电磁兼容理论优化导体层与绝缘层的匹配度，通过双层金属编织网构造来强化电场屏蔽效能，同时控制绝缘介质损耗在安全阈值范围内。此外，对于变频电路或折波电路，以及当大电流流过电路时，应选择变频电缆，因为它们在实践中效果更好[3]。

（二）合理铺设电缆

船舶电缆敷设环境中存在多样化的电磁干扰源，其中部分线缆自身即构成显著辐射源。受空间约束条件限制，各类传输线路难以实现完全物理隔离。工程实践中需着重考量电磁耦合效应，通过优化布线方案与设备接口设计来防范交叉干扰。依据IEC 61000系列标准，电子系统电磁干扰渗透路径可分为前/后门两类机制：前者涉及多频段天线阵列及复合传感器网络，后者涵盖船体结构缝隙、设备机箱屏蔽缺陷以及动力/控制线路传导干扰，如图一所示。这种双路径作用机制要求设计人员同时完善电磁屏蔽设计准则与传输路径控制策略。因此，在铺设电缆时，低压电力电缆和信号电缆必须分开铺设，不得捆绑在一起。如果电源线和信号线平行铺设，则两者之间必须至少相距50毫米。中压电源线必须与其他电缆分开铺设，并尽可能避免平行安装。如果平行布线不可避免，则电缆之间的距离必须至少为300毫米，具体取决于电压水平。带变频和不带变频的电缆应分开布线，并避免平行布线。且带变频的电缆与其他电源电缆至少相距300毫米，与通用控制电缆至少相距500毫米。为避免电磁干扰，高压电缆和变频电缆必须敷设在专用电缆管道内，并提供永久可靠的接地连接。高压电缆和变频电缆不得与其他电缆交叉，如果必须交叉，则应呈90度角交叉。

图1 电磁干扰进入电子设备的通道

（三）屏蔽干扰对象

在船舶建造过程中，通过构建闭合式电磁屏障体系可有效抑制干扰源的辐射传播。根据电磁防护机理的差异，当前工程实践中主要采用三种屏蔽技术方案：针对电感耦合干扰的磁场屏蔽技术，其通过高导磁材料构建磁通回路，依据频率差异细分为低频段的磁分路法和高频段地磁反射法；应对电容耦合的电场屏蔽技术，采用导电材料构建等势体以消除电位差；而对高频强电磁场的电磁综合屏蔽技术，其利用导体表面产生的涡流效应实现电磁能转化，同时借助趋肤效应削弱电磁波穿透深度，从而形成多维度防护体系。值得关注地是，该技术通过电磁波在导体界面的多次反射衰减机制，显著降低了交变磁场耦合强度。此外，在造船中，通过在驾驶室和船尾甲板上安装电缆管道，并将中压电缆和逆变器电缆设置在电缆管道中，可以有效避免电磁干扰。

（四）分离信号和噪声源

电磁隔离技术主要通过物理分隔手段阻断噪声源与信号通路之间地耦合路径。工程实践中常采用以下解决方案：在高低压电网或大型电动机的供电系统中，采用直接耦合方式的绝缘型变压器时，绕组间需要增设接地屏蔽层，这一工艺改进有效降低了传统结构中存在的寄生电容问题，同时显著提升了设备对高频段电磁干扰的抑制效能。基于光电转换原理设计地耦合隔离装置，可实现输入输出回路地完全电气分离，其非线性传输特性能够有效消除脉冲尖峰造成的瞬态干扰。工作人员在设备选型阶段，应当重点核查隔离阻抗、共模抑制比等关键指标是否符合GB/T 17626系列标准要求。同时，在船舶建造的过程中，不应进行改动，否则会导致安装问题更加复杂。 如果少量信号线在进出信号隔离器时容易受到干扰，则可以通过增加信号隔离器来解决这个问题。信号隔离器的安装并不困难，通常外壳设计合理，体积小巧安装方便[4]。

（五）装置信号滤波

在电子系统噪声控制领域，滤波技术主要作用于信号传输与电力供应两个层面。针对设备内部噪声外泄问题，信号处理模块通过集成多级滤波电路，可有效抑制电磁干扰地传导。工程实践中常采用嵌入式滤波器组件，其阻抗匹配特性能够阻隔外部环境噪声的逆向渗透。鉴于电磁干扰的宽频谱特性，优化设计的滤波装置可实现频域选择性衰减，通过建立特定频段的阻抗失配机制，快速截断高频干扰信号的传播路径。而且根据频率响应曲线差异，常用滤波装置可分为四类基本形态：用于消除射频噪声的低通型、提取特征频段信号的高通型、阻隔预设频带地带阻型以及传输目标频率地带通型。在电力品质管理方面，有源滤波系统通过实时谐波检测与动态补偿技术，可实现对电网谐波失真地主动抑制，其核心原理涉及瞬时功率理论在非线性负载条件下的应用。

四、结束语

综上所述，在造船过程中，电磁干扰可能会增加建造成本和延长生产周期。因此，相关企业应高度重视电磁干扰问题，采取有效的防护对策。通过规范选择电缆、合理铺设电缆、屏蔽干扰对象、分离信号和噪声源以及装置信号滤波等措施，降低电磁干扰对船舶建造的影响。并在选择设备和材料时，尽量降低干扰源的外部干扰强度，用抗电磁干扰的设备替换敏感易损的物品，最重要的是，通过适当的屏蔽或绝缘措施，尽可能将干扰源与易损物品隔离开来，进而提高船舶的建造质量和效率，保障工作人员的安全，减少潜在的安全隐患。

参考文献

[1]郭乃琨,李修深,杨继坤.复杂电磁环境下船舶自动通信系统优化设计研究[J].舰船电子工程,2023,43(12):80-85.

[2]王海龙.船舶电气自动化系统可靠性研究[J].船舶物资与市场,2024,32(1):94-96.

[3]吴伟.船舶电子电气自动化技术的应用与安全控制[J].船舶物资与市场,2024,32(6):121-123.

[4]李晨笛,郭建华,蒋兴华.硅橡胶基电磁屏蔽复合材料的研究进展[J].广东橡胶,2023(2):2-10.