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(chǎng)干擾環(huán)境

徐義亨

(浙江中控研究院有限公司,杭州 310053)

對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50174-2008)有關(guān)電子信息系統(tǒng)機(jī)房的磁場(chǎng)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(chǎng)的類(lèi)型和作用時(shí)間的長(zhǎng)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(duì)磁場(chǎng)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(jiàn)。

電子信息系統(tǒng);機(jī)房;磁場(chǎng)強(qiáng)度

1 問(wèn)題的提出

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》(G B 50174-2008)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)G B 50174)5.2.3中對(duì)電子信息系統(tǒng)機(jī)房的磁場(chǎng)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(chǎng)干擾環(huán)境場(chǎng)強(qiáng)不應(yīng)大于800 A/m。

該規(guī)定沒(méi)有注明這800 A/m的磁場(chǎng)強(qiáng)度是工頻電流產(chǎn)生的工頻磁場(chǎng),還是雷擊時(shí)產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng);如果是工頻磁場(chǎng)的話(huà),也沒(méi)有注明是長(zhǎng)時(shí)間作用的穩(wěn)定磁場(chǎng)還是在故障狀態(tài)下產(chǎn)生的短時(shí)間(1～3 s)作用的磁場(chǎng)。

筆者就此提出質(zhì)疑。

2 主機(jī)房面臨的干擾磁場(chǎng)和設(shè)備的抗擾度

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

a)工頻磁場(chǎng)。它一般由周?chē)墓ゎl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(chǎng)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(chǎng),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(shí)間較短的磁場(chǎng),直到保護(hù)裝置動(dòng)作為止,約300～1 000 A/m。

《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)工頻磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)》(G B/T 17626.8-2006(IDT IEC61000-4-8:2001))對(duì)工頻磁場(chǎng)抗擾度的試驗(yàn)等級(jí)分穩(wěn)定和短時(shí)作用(1～3 s)兩種,共5個(gè)試驗(yàn)等級(jí)(見(jiàn)表1所列)。

表1 工頻磁場(chǎng)各試驗(yàn)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度

b)脈沖磁場(chǎng)。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(cè)量技術(shù)脈沖磁場(chǎng)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(duì)由雷擊建筑物和其他金屬構(gòu)架(包括天線(xiàn)桿、接地體和接地網(wǎng))產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)的抗擾度的試驗(yàn)方法和推薦的試驗(yàn)等級(jí)范圍 (見(jiàn)表 2所列)。試驗(yàn)磁場(chǎng)的波形為6.4/16μs的標(biāo)準(zhǔn)電流脈沖波形。磁場(chǎng)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(jí)3的要求已屬不錯(cuò)了。

表2 脈沖磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)要求

由表1和表2可知,無(wú)論是工頻磁場(chǎng),還是脈沖磁場(chǎng),把電子信息系統(tǒng)機(jī)房和輔助區(qū)內(nèi)的磁場(chǎng)干擾環(huán)境場(chǎng)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(chǎng)的影響以雷電電磁干擾產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)的威脅為最。近些年筆者在現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),強(qiáng)大的雷擊電磁脈沖,輕則會(huì)把微小的信號(hào)掩蓋掉以至系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別;重則會(huì)造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的失效或損壞,乃至存儲(chǔ)在Eprom里的程序丟失。

2004年7月某石油化工裝置的一臺(tái)作為操作站的工控機(jī),在雷擊時(shí)主板被損壞。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)中,磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任一閉合回路的線(xiàn)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(jiàn)圖1),雷電流垂直于地面(即其產(chǎn)生的磁場(chǎng)為平面磁場(chǎng)),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?chē)拇艌?chǎng)環(huán)境

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

即脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度為637 A/m(遠(yuǎn)小于800 A/m)時(shí),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(guò)一個(gè)試驗(yàn),當(dāng)工頻磁場(chǎng)為4μT(3.2 A/m)時(shí),CRT顯示器的顯示圖像開(kāi)始抖動(dòng),若為19μT(15 A/m)時(shí),CRT顯示器根本無(wú)法顯示。

4 文獻(xiàn)記載

早在1971年,美國(guó)通用研究公司R.D.希爾根據(jù)建立的精確的類(lèi)閃電(Like Lightning)模型通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)確定:無(wú)屏蔽的計(jì)算機(jī)在雷電電磁脈沖的磁通量密度超過(guò)7μT(5.6 A/m)時(shí)就會(huì)引起計(jì)算機(jī)誤動(dòng)作(失效),當(dāng)超過(guò)240μT(190 A/m)時(shí),就會(huì)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(duì)磁場(chǎng)的敏感度更高,空間不太強(qiáng)的電磁場(chǎng)就可以感應(yīng)出幾伏電壓從而導(dǎo)致設(shè)備誤動(dòng)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(chǎng)干擾環(huán)境場(chǎng)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(jì)時(shí), IEC標(biāo)準(zhǔn)和等同采用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2,3]可以用來(lái)作為電子信息系統(tǒng)機(jī)房允許的磁場(chǎng)干擾環(huán)境的取值依據(jù)。

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

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

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

[3] 中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 17626.9-1998電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 脈沖磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)[S].北京:中國(guó)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(dòng)化專(zhuān)業(yè),先后于原化學(xué)工業(yè)部沈陽(yáng)化工研究院、原冶金工業(yè)部鞍山焦化耐火材料設(shè)計(jì)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(guò)程控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和研究開(kāi)發(fā)工作;近十年來(lái),工作重點(diǎn)是國(guó)家、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)的編制和評(píng)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(zhuān)著兩本。