電子信息系統(tǒng)機房的磁場干擾環(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)

對國家標準《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》(GB 50174-2008)有關電子信息系統(tǒng)機房的磁場干擾環(huán)境所規(guī)定的要求提出質疑。筆者認為,基于磁場的類型和作用時間的長短,設備的抗擾度,實例和試驗,文獻記載等幾點事實,該規(guī)范中對磁場干擾強度規(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);機房;磁場強度

1 問題的提出

國家標準《電子信息系統(tǒng)機房設計規(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)機房的磁場干擾環(huán)境提出了如下要求:主機房和輔助區(qū)內的磁場干擾環(huán)境場強不應大于800 A/m。

該規(guī)定沒有注明這800 A/m的磁場強度是工頻電流產生的工頻磁場,還是雷擊時產生的脈沖磁場;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)下產生的短時間(1～3 s)作用的磁場。

筆者就此提出質疑。

2 主機房面臨的干擾磁場和設備的抗擾度

磁場是影響電子信息系統(tǒng)正常運行的一個嚴重干擾,室內電子設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生,極少量的是由附近變壓器的漏磁通所產生。工頻磁場又可以分以下兩種情況。

1)正常運行條件下的工頻電流所產生的穩(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,能產生幅值較高、但持續(xù)時間較短的磁場,直到保護裝置動作為止,約300～1 000 A/m。

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

表1 工頻磁場各試驗等級所對應的磁場強度

b)脈沖磁場。它是由雷擊建筑物的起始暫態(tài)產生的。

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

目前大多數(shù)電子設備的抗擾度能達到等級3的要求已屬不錯了。

表2 脈沖磁場抗擾度試驗要求

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)機房和輔助區(qū)內的磁場干擾環(huán)境場強規(guī)定為不應大于800 A/m顯然是不合適的。

3 實例和試驗

根據筆者的經驗,上述兩種磁場的影響以雷電電磁干擾產生的脈沖磁場的威脅為最。近些年筆者在現(xiàn)場的調查中發(fā)現(xiàn),強大的雷擊電磁脈沖,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,在雷擊時主板被損壞。通過現(xiàn)場觀察,雷擊點離工控機的距離大約為50 m,如最大雷擊電流按200 kA考慮。根據電磁學中的安培環(huán)路定律:在磁場中,磁場強度沿任一閉合回路的線積分,等于所包圍的電流強度的代數(shù)和,其數(shù)學表達式為

設雷擊點與工控機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 雷擊點周圍的磁場環(huán)境

將已知數(shù)據代入,則雷擊時工控機所處的脈沖磁場強度為

即脈沖磁場強度為637 A/m(遠小于800 A/m)時,就能將工控機的主板損壞。

筆者曾經在電磁兼容性(EMC)實驗室里做過一個試驗,當工頻磁場為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 文獻記載

早在1971年,美國通用研究公司R.D.希爾根據建立的精確的類閃電(Like Lightning)模型通過仿真實驗確定:無屏蔽的計算機在雷電電磁脈沖的磁通量密度超過7μT(5.6 A/m)時就會引起計算機誤動作(失效),當超過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,空間不太強的電磁場就可以感應出幾伏電壓從而導致設備誤動作乃至損壞。

5 結 論

綜上所述,筆者認為:GB 50174中規(guī)定的“主機房和輔助區(qū)內的磁場干擾環(huán)境場強不應大于800 A/m”是不恰當?shù)?顯然偏大。

筆者還認為:在進行電子信息系統(tǒng)機房設計時, IEC標準和等同采用的國家標準[2,3]可以用來作為電子信息系統(tǒng)機房允許的磁場干擾環(huán)境的取值依據。

如果實際情況難以滿足要求時,在進行機房設計時,應考慮采用網格屏蔽。有關網格屏蔽的設計和計算可參考文獻[5]。

[1] 中華人民共和國質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB 50174-2008電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2008.

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

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

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

[5] 徐義亨.工業(yè)控制工程中的抗干擾技術[M].上海:上海科學技術出版社,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)于浙江大學化工自動化專業(yè),先后于原化學工業(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計研究院、杭州大自然集團公司、浙江中控集團等單位從事過程控制系統(tǒng)的工程設計和研究開發(fā)工作;近十年來,工作重點是國家、行業(yè)等標準的編制和評審以及控制系統(tǒng)的抗干擾技術的調查和研究;已發(fā)表論文80多篇,出版專著兩本。