談FAS 抗地鐵電磁干擾能力和措施

于承志 倪訓(xùn)松

(中國食品藥品檢定研究院，北京 100050)

電磁兼容，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物及設(shè)施構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。國標(biāo)中消防電子設(shè)備抗電磁干擾能力為10 V/m。電磁干擾將直接影響FAS系統(tǒng)(火災(zāi)報警系統(tǒng))的穩(wěn)定性及報警的準(zhǔn)確性，本文以西門子消防系統(tǒng)S11系列中CERBERUS 720系統(tǒng)設(shè)備為例，闡述在地鐵這樣的強電磁干擾環(huán)境下怎樣保證FAS系統(tǒng)設(shè)備及系統(tǒng)的正常工作，并且不會對地鐵內(nèi)的其他設(shè)施構(gòu)成不能承受的電磁干擾能力。該西門子消防產(chǎn)品以及配套的設(shè)備在抗電磁干擾能力上居同行業(yè)世界領(lǐng)先水平。經(jīng)過VDS頒發(fā)的認(rèn)證以及3C認(rèn)證，滿足EMC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，尤其是通過了世界權(quán)威的VDS認(rèn)證，在1 MHz～1 000 MHz范圍內(nèi)的抗電磁干擾測試認(rèn)證，在上述范圍內(nèi)西門子系統(tǒng)探測器設(shè)備的電磁兼容性為50 V/m(1 MHZ～1 GHZ)，是普通工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10 V/m要求的5倍。

FAS系統(tǒng)回路可以采用普通阻燃雙絞線，而無需采用屏蔽線。一方面是探測器有較強的抗干擾能力的設(shè)計，另一方面由于智能探測器可自行分析評估環(huán)境參數(shù)，所以在回路中傳輸信息量大大減小，因而也大大降低了信號被干擾的幾率。

1 電磁兼容管理工作計劃

1.1 設(shè)備設(shè)計、制造階段工作計劃

在產(chǎn)品設(shè)計階段要考慮各項抗干擾措施，所選的元器件具有各種隔離措施、有良好的電磁兼容。并經(jīng)過相應(yīng)的老化實驗，保證所有設(shè)備滿足在將來各種不同的干擾極端環(huán)境中仍能正常工作。

1.2 設(shè)備送消防認(rèn)證檢驗工作計劃

相關(guān)的產(chǎn)品(主機、探測器等)都符合國家的3C認(rèn)證檢驗要求，在進入市場前都應(yīng)獲得國家頒發(fā)的3C認(rèn)證，檢驗標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB4717火災(zāi)報警控制器通用技術(shù)條件進行相關(guān)的電磁兼容和抗干擾試驗，檢驗標(biāo)準(zhǔn)包括:

IEC1000-4-2(EN61000-4-2/IEC801-2):靜電放電試驗;

IEC1000-4-3(EN61000-4-3/IEC801-3):抗輻射干擾試驗;

IEC1000-4-4(EN61000-4-4/IEC801-4):電力快速暫態(tài)試驗;

IEC1000-4-5(EN61000-4-5/IEC801-5):抗沖擊試驗;

IEC1000-4-6(EN61000-4-6/IEC801-6):操作干擾試驗。

同時每年都需要3C認(rèn)證的年審，并進行相關(guān)的換證檢驗，同時涉及到電磁兼容和抗干擾試驗。

1.3 設(shè)備運抵現(xiàn)場后電磁兼容管理工作計劃

產(chǎn)品運抵現(xiàn)場后，可由業(yè)主安排相關(guān)人員進行各種電磁兼容的檢測。為符合地鐵工程的要求，在工程的任何階段業(yè)主可進行相關(guān)的電磁兼容的檢測工作，如按50 V/m的場強進行檢測。

1.4 設(shè)備安裝調(diào)試過程中電磁兼容管理計劃

在安裝調(diào)試過程中，嚴(yán)格實施各種抗電磁干擾措施，避免對外造成輻射和因為外部輻射造成本系統(tǒng)的紊亂。由施工方項目經(jīng)理組織，并配合施工人員、業(yè)主來嚴(yán)格制定該計劃，保證安裝調(diào)試過程中滿足一切電磁兼容的要求。

1.5 設(shè)備運營階段電磁兼容管理計劃

在運營階段，施工方配合地鐵運營方進行相關(guān)的抗電磁干擾措施，并組織培訓(xùn)相關(guān)人員，保證系統(tǒng)的正常運營。配合運營方進行各種抗電磁干擾檢驗。

2 安裝及調(diào)試過程中電磁兼容措施

2.1 接地設(shè)計

工程中的所有控制器、計算機的外殼以及電路板的接地端子為等電位，并通過地鐵線的專用消防接地極相連，按規(guī)范采用大于4 mm2的紅綠專用接地線與消防接地極相連接，保證設(shè)備的良好接地。

2.2 電纜/電線選取設(shè)計及布置原則

由于西門子消防產(chǎn)品本身就具有良好的抗電磁干擾能力，所以本工程的回路線可以采用普通雙絞線，線路穿鋼管保護，同時鋼管在穿過不同防火分區(qū)處用線把鋼管與消防的接地極相連。

2.3 影響電磁兼容特性的施工注意事項

對于工程施工中有可能會影響電磁兼容特性的項目需要特別注意，比如交流220 V進線應(yīng)采用穿磁環(huán)保護，并在所有線路入柜時，都穿金屬軟管進行保護，以免線路外露。同時為了保證所有機柜可靠接地，應(yīng)在機柜接地極處把保護漆去除，并用搖表測量其對地電阻，要求所有外殼及電路板的對地電阻不大于1 Ω。

施工中應(yīng)把繼電器、模塊盡量安裝在模塊端子箱里，模塊箱可靠接地。線路應(yīng)接在端子箱的接線端子或者探測器模塊的接線端子上，不允許線路通過焊接或者通過接線盒相連。

2.4 安裝前后電磁兼容測試范圍及工作計劃

除屏蔽層外所有外設(shè)及線路都不允許直接對地，如有對地能在主機上自動顯示接地故障。在安裝前應(yīng)先測量所有回路線的對地電阻，要求正極與負(fù)極的對地電阻達到兆歐級，另外安裝后要注意機箱外殼的對地電阻需要小于1 Ω。同時可由業(yè)主采用專用電磁兼容測試工具進行測試驗收。

2.5 系統(tǒng)設(shè)備在調(diào)試過程中對遇到問題的糾正

系統(tǒng)設(shè)備在調(diào)試過程中如遇到接地故障或者有不明原因而造成的誤報警誤動作應(yīng)及時分析，是邏輯程序的原因還是不明干擾或是接地原因造成的，要保證在投入驗收使用時為零故障，并且報警聯(lián)動準(zhǔn)確。

2.6 所有相關(guān)測試證書

相關(guān)的測試證書如VDS認(rèn)證的檢驗報告以及3C認(rèn)證發(fā)證的檢驗報告。

2.7 對電磁波敏感設(shè)備的保護

按要求，車站綜合控制室為對電磁干擾敏感設(shè)備的房間。對FAS系統(tǒng)來說，控制器、計算機及交換機等均采用抗電磁干擾屏蔽柜，保護柜內(nèi)安裝的設(shè)備免受外界的電磁波干擾。

2.8 對靜電放電敏感設(shè)備的保護

按要求，所有手動的控制臺/控制盤滿足GB/T 17626.2-1998或IEC 61000-4-2中電磁兼容——試驗和測量技術(shù)——靜電放電抗擾度試驗:第三級達B級性能標(biāo)準(zhǔn)，同時本系統(tǒng)控制臺/控制盤上的按鈕為橡膠/塑料絕緣按鈕，而非金屬按鈕，加上所有電路板都已經(jīng)與消防接地極可靠接地，所以對于靜電不會損壞設(shè)備或者造成設(shè)備的性能的靜電放電抗擾能力。

2.9 計算機顯示器

計算機顯示器采用液晶顯示器，而西門子CERBERUS 720主機的顯示屏也為液晶顯示器。選擇顯示器的類型具有相關(guān)的電磁防護措施，以保證顯示器不會因附近電磁干擾而引起圖像變色或變形。

3 系統(tǒng)設(shè)備電磁兼容技術(shù)規(guī)格

3.1 抗干擾部分

針對地鐵電磁干擾強的特點，需要在產(chǎn)品設(shè)計方面有特別的考慮。在火災(zāi)報警控制器與外部設(shè)備的連接處采用光電耦合隔離、電氣耦合隔離等，有效的降低外部線路對主機卡的影響，從而減少誤報警，防止系統(tǒng)誤動作。系統(tǒng)可抵抗在1 MHz～1 GHz的范圍內(nèi)和輻射電磁場不小于50 V/m環(huán)境下的強電磁干擾，完全滿足GB 16806-1997消防聯(lián)動控制設(shè)備通用技術(shù)條件及IEC 801-3抗輻射干擾試驗標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)抗電磁干擾的要求。系統(tǒng)可抵抗無線電頻率為150 kHz～27 MHz中的接觸性干擾，滿足IEC 801-6操作干擾試驗的有關(guān)要求。同時滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4717火災(zāi)報警控制器通用技術(shù)條件中關(guān)于設(shè)備的抗電瞬變脈沖(FTB，IEC 801-4)、抗無線電干擾(RI，IEC 801-6)能力及抗靜電干擾(ESD，IEC 801-2)能力的要求，并通過了國家檢測。

3.2 干擾部分

FAS系統(tǒng)主要設(shè)備為:火災(zāi)報警控制器和探測器及模塊。探測器為現(xiàn)場安裝方式，特種塑料外殼，由于探測器工作電壓為直流24 V，靜態(tài)工作電流為微安級，對外不產(chǎn)生電磁輻射，完全在地鐵15號線的無線頻譜之外。火災(zāi)報警控制器為機房內(nèi)安裝方式，均安裝在金屬機箱內(nèi)，火災(zāi)報警控制器的工作電壓為交流220 V，但其內(nèi)部主CPU及各個功能卡工作電壓仍為直流24 V，主要功耗為變電及對電池浮充部分，控制器工作功率小于350 W，主要是在電源部分產(chǎn)生電磁輻射，但由于功率小，輻射極弱，另外采用金屬機箱，在輻射源的周圍形成屏蔽層，在機箱外部測量不到電磁輻射，可視為對外無電磁輻射。

3.3 抗雷擊特性

雷電所產(chǎn)生的高壓放電主要是通過外部線路竄入控制器內(nèi)部，這里所說的外部線路主要是指220 V交流供電線路。對于該線路，在AMPS-24E電源中都采用了MOV(金屬氧化物壓敏元件)和GT(空氣管)等元件對竄入的高壓瞬變信號(雷擊)進行限制和隔離。具體的原理圖見圖1。在地鐵工程中，環(huán)境復(fù)雜，機電設(shè)備多，如不能科學(xué)合理的綜合考慮設(shè)備的排布以及電磁輻射的控制，極易造成輻射量的超標(biāo)，危害設(shè)備及公眾健康，因此有必要對電磁輻射采取有效的控制措施，使其達到安全標(biāo)準(zhǔn)。

[1] GB 8702-1988，電磁輻射防護規(guī)定[S].

[2] GB 50157-2003，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析[M].第2版.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

[4] 路宏敏，余志勇，李萬玉.工程電磁兼容[M].第2版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2010.

[5] 中國建筑學(xué)會建筑電氣分會.電磁兼容與防雷接地[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.