電子信息系統(tǒng)機(jī)房的磁場干擾環(huán)境

徐義亨

(浙江中控研究院有限公司,杭州 310053)

電子信息系統(tǒng)機(jī)房的磁場干擾環(huán)境

徐義亨

(浙江中控研究院有限公司,杭州 310053)

對國家標(biāo)準(zhǔn)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》(GB 50174-2008)有關(guān)電子信息系統(tǒng)機(jī)房的磁場干擾環(huán)境所規(guī)定的要求提出質(zhì)疑。筆者認(rèn)為,基于磁場的類型和作用時間的長短,設(shè)備的抗擾度,實(shí)例和試驗(yàn),文獻(xiàn)記載等幾點(diǎn)事實(shí),該規(guī)范中對磁場干擾強(qiáng)度規(guī)定為不大于800 A/m是不合適的,并提出了自己的意見。

電子信息系統(tǒng);機(jī)房;磁場強(qiáng)度

1 問題的提出

國家標(biāo)準(zhǔn)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》(G B 50174-2008)(以下簡稱G B 50174)5.2.3中對電子信息系統(tǒng)機(jī)房的磁場干擾環(huán)境提出了如下要求:主機(jī)房和輔助區(qū)內(nèi)的磁場干擾環(huán)境場強(qiáng)不應(yīng)大于800 A/m。

該規(guī)定沒有注明這800 A/m的磁場強(qiáng)度是工頻電流產(chǎn)生的工頻磁場,還是雷擊時產(chǎn)生的脈沖磁場;如果是工頻磁場的話,也沒有注明是長時間作用的穩(wěn)定磁場還是在故障狀態(tài)下產(chǎn)生的短時間(1～3 s)作用的磁場。

筆者就此提出質(zhì)疑。

2 主機(jī)房面臨的干擾磁場和設(shè)備的抗擾度

磁場是影響電子信息系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個嚴(yán)重干擾,室內(nèi)電子設(shè)備主要受下列兩種磁場的干擾。

a)工頻磁場。它一般由周圍的工頻電流產(chǎn)生,極少量的是由附近變壓器的漏磁通所產(chǎn)生。工頻磁場又可以分以下兩種情況。

1)正常運(yùn)行條件下的工頻電流所產(chǎn)生的穩(wěn)定磁場,其幅值較小,約1～100 A/m。

2)故障情況下的工頻電流,能產(chǎn)生幅值較高、但持續(xù)時間較短的磁場,直到保護(hù)裝置動作為止,約300～1 000 A/m。

《電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)工頻磁場抗擾度試驗(yàn)》(G B/T 17626.8-2006(IDT IEC61000-4-8:2001))對工頻磁場抗擾度的試驗(yàn)等級分穩(wěn)定和短時作用(1～3 s)兩種,共5個試驗(yàn)等級(見表1所列)。

表1 工頻磁場各試驗(yàn)等級所對應(yīng)的磁場強(qiáng)度

b)脈沖磁場。它是由雷擊建筑物的起始暫態(tài)產(chǎn)生的。

《電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)脈沖磁場抗擾度試驗(yàn)》(GB/T 17626.9-1998(IDT IEC 61000-4-9: 1993))規(guī)定了電氣和電子設(shè)備對由雷擊建筑物和其他金屬構(gòu)架(包括天線桿、接地體和接地網(wǎng))產(chǎn)生的脈沖磁場的抗擾度的試驗(yàn)方法和推薦的試驗(yàn)等級范圍 (見表 2所列)。試驗(yàn)磁場的波形為6.4/16μs的標(biāo)準(zhǔn)電流脈沖波形。磁場強(qiáng)度單位為A/m,1 A/m相當(dāng)于自由空間的磁通量密度為1.26μT。

目前大多數(shù)電子設(shè)備的抗擾度能達(dá)到等級3的要求已屬不錯了。

表2 脈沖磁場抗擾度試驗(yàn)要求

由表1和表2可知,無論是工頻磁場,還是脈沖磁場,把電子信息系統(tǒng)機(jī)房和輔助區(qū)內(nèi)的磁場干擾環(huán)境場強(qiáng)規(guī)定為不應(yīng)大于800 A/m顯然是不合適的。

3 實(shí)例和試驗(yàn)

根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),上述兩種磁場的影響以雷電電磁干擾產(chǎn)生的脈沖磁場的威脅為最。近些年筆者在現(xiàn)場的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),強(qiáng)大的雷擊電磁脈沖,輕則會把微小的信號掩蓋掉以至系統(tǒng)無法識別;重則會造成計算機(jī)系統(tǒng)的失效或損壞,乃至存儲在Eprom里的程序丟失。

2004年7月某石油化工裝置的一臺作為操作站的工控機(jī),在雷擊時主板被損壞。通過現(xiàn)場觀察,雷擊點(diǎn)離工控機(jī)的距離大約為50 m,如最大雷擊電流按200 kA考慮。根據(jù)電磁學(xué)中的安培環(huán)路定律:在磁場中,磁場強(qiáng)度沿任一閉合回路的線積分,等于所包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

設(shè)雷擊點(diǎn)與工控機(jī)所在位置之間的平均距離為Sa(單位為m)(見圖1),雷電流垂直于地面(即其產(chǎn)生的磁場為平面磁場),其值為i0(單位為A)。按安培環(huán)路定律可得:

圖1 雷擊點(diǎn)周圍的磁場環(huán)境

將已知數(shù)據(jù)代入,則雷擊時工控機(jī)所處的脈沖磁場強(qiáng)度為

即脈沖磁場強(qiáng)度為637 A/m(遠(yuǎn)小于800 A/m)時,就能將工控機(jī)的主板損壞。

筆者曾經(jīng)在電磁兼容性(EMC)實(shí)驗(yàn)室里做過一個試驗(yàn),當(dāng)工頻磁場為4μT(3.2 A/m)時,CRT顯示器的顯示圖像開始抖動,若為19μT(15 A/m)時,CRT顯示器根本無法顯示。

4 文獻(xiàn)記載

早在1971年,美國通用研究公司R.D.希爾根據(jù)建立的精確的類閃電(Like Lightning)模型通過仿真實(shí)驗(yàn)確定:無屏蔽的計算機(jī)在雷電電磁脈沖的磁通量密度超過7μT(5.6 A/m)時就會引起計算機(jī)誤動作(失效),當(dāng)超過240μT(190 A/m)時,就會造成晶體管、集成電路等的永久性損壞[4]。

現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)的芯片是超大規(guī)模集成電路,工作電壓和工作電流都極小,對磁場的敏感度更高,空間不太強(qiáng)的電磁場就可以感應(yīng)出幾伏電壓從而導(dǎo)致設(shè)備誤動作乃至損壞。

5 結(jié) 論

綜上所述,筆者認(rèn)為:GB 50174中規(guī)定的“主機(jī)房和輔助區(qū)內(nèi)的磁場干擾環(huán)境場強(qiáng)不應(yīng)大于800 A/m”是不恰當(dāng)?shù)?顯然偏大。

筆者還認(rèn)為:在進(jìn)行電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計時, IEC標(biāo)準(zhǔn)和等同采用的國家標(biāo)準(zhǔn)[2,3]可以用來作為電子信息系統(tǒng)機(jī)房允許的磁場干擾環(huán)境的取值依據(jù)。

如果實(shí)際情況難以滿足要求時,在進(jìn)行機(jī)房設(shè)計時,應(yīng)考慮采用網(wǎng)格屏蔽。有關(guān)網(wǎng)格屏蔽的設(shè)計和計算可參考文獻(xiàn)[5]。

[1] 中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 50174-2008電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2] 中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 17626.8-2006電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)工頻磁場抗擾度試驗(yàn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[3] 中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 17626.9-1998電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 脈沖磁場抗擾度試驗(yàn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1998.

[4] 虞 昊.現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[5] 徐義亨.工業(yè)控制工程中的抗干擾技術(shù)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2010.

Environment of Disturbance from Magnetic Field to Electronic Information System Room

Xu Yiheng
(Zhejiang Supcon Research Inst.Ltd.,Hangzhou,310053,China)

Some query about requirement of environment of disturbance from magnetic field in electronic information system room which is coded to state standard (GB 50174-2008) Code f or design of electronic inf ormation system room.is introduced,based on following factors:kind of magnetic field and action time;immunity of equipment;example and experiment;record from literature.It is not suitable to coded magnetic field strength of disturbance to be less than 800 A/m.

electronic information system;computer room;magnetic field strength

TP202

B

1007-7324(2010)06-0018-02

2010-09-21。

徐義亨(1940—),上海人,1962年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工自動化專業(yè),先后于原化學(xué)工業(yè)部沈陽化工研究院、原冶金工業(yè)部鞍山焦化耐火材料設(shè)計研究院、杭州大自然集團(tuán)公司、浙江中控集團(tuán)等單位從事過程控制系統(tǒng)的工程設(shè)計和研究開發(fā)工作;近十年來,工作重點(diǎn)是國家、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)的編制和評審以及控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)的調(diào)查和研究;已發(fā)表論文80多篇,出版專著兩本。