談FAS 抗地鐵電磁干擾能力和措施

于承志 倪訓松

(中國食品藥品檢定研究院，北京 100050)

電磁兼容，是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作，且不對該環境中任何事物及設施構成不能承受的電磁干擾的能力。國標中消防電子設備抗電磁干擾能力為10 V/m。電磁干擾將直接影響FAS系統(火災報警系統)的穩定性及報警的準確性，本文以西門子消防系統S11系列中CERBERUS 720系統設備為例，闡述在地鐵這樣的強電磁干擾環境下怎樣保證FAS系統設備及系統的正常工作，并且不會對地鐵內的其他設施構成不能承受的電磁干擾能力。該西門子消防產品以及配套的設備在抗電磁干擾能力上居同行業世界領先水平。經過VDS頒發的認證以及3C認證，滿足EMC電磁兼容標準，尤其是通過了世界權威的VDS認證，在1 MHz～1 000 MHz范圍內的抗電磁干擾測試認證，在上述范圍內西門子系統探測器設備的電磁兼容性為50 V/m(1 MHZ～1 GHZ)，是普通工業標準10 V/m要求的5倍。

FAS系統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計，另一方面由于智能探測器可自行分析評估環境參數，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 設備設計、制造階段工作計劃

在產品設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。并經過相應的老化實驗，保證所有設備滿足在將來各種不同的干擾極端環境中仍能正常工作。

1.2 設備送消防認證檢驗工作計劃

相關的產品(主機、探測器等)都符合國家的3C認證檢驗要求，在進入市場前都應獲得國家頒發的3C認證，檢驗標準依據GB4717火災報警控制器通用技術條件進行相關的電磁兼容和抗干擾試驗，檢驗標準包括:

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認證的年審，并進行相關的換證檢驗，同時涉及到電磁兼容和抗干擾試驗。

1.3 設備運抵現場后電磁兼容管理工作計劃

產品運抵現場后，可由業主安排相關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主可進行相關的電磁兼容的檢測工作，如按50 V/m的場強進行檢測。

1.4 設備安裝調試過程中電磁兼容管理計劃

在安裝調試過程中，嚴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的紊亂。由施工方項目經理組織，并配合施工人員、業主來嚴格制定該計劃，保證安裝調試過程中滿足一切電磁兼容的要求。

1.5 設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的抗電磁干擾措施，并組織培訓相關人員，保證系統的正常運營。配合運營方進行各種抗電磁干擾檢驗。

2 安裝及調試過程中電磁兼容措施

2.1 接地設計

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，保證設備的良好接地。

2.2 電纜/電線選取設計及布置原則

由于西門子消防產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進線應采用穿磁環保護，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。在安裝前應先測量所有回路線的對地電阻，要求正極與負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。同時可由業主采用專用電磁兼容測試工具進行測試驗收。

2.5 系統設備在調試過程中對遇到問題的糾正

系統設備在調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，并且報警聯動準確。

2.6 所有相關測試證書

相關的測試證書如VDS認證的檢驗報告以及3C認證發證的檢驗報告。

2.7 對電磁波敏感設備的保護

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

2.8 對靜電放電敏感設備的保護

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——靜電放電抗擾度試驗:第三級達B級性能標準，同時本系統控制臺/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與消防接地極可靠接地，所以對于靜電不會損壞設備或者造成設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 系統設備電磁兼容技術規格

3.1 抗干擾部分

針對地鐵電磁干擾強的特點，需要在產品設計方面有特別的考慮。在火災報警控制器與外部設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，防止系統誤動作。系統可抵抗在1 MHz～1 GHz的范圍內和輻射電磁場不小于50 V/m環境下的強電磁干擾，完全滿足GB 16806-1997消防聯動控制設備通用技術條件及IEC 801-3抗輻射干擾試驗標準中有關抗電磁干擾的要求。系統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要求。同時滿足國家標準GB 4717火災報警控制器通用技術條件中關于設備的抗電瞬變脈沖(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系統主要設備為:火災報警控制器和探測器及模塊。探測器為現場安裝方式，特種塑料外殼，由于探測器工作電壓為直流24 V，靜態工作電流為微安級，對外不產生電磁輻射，完全在地鐵15號線的無線頻譜之外?；馂膱缶刂破鳛闄C房內安裝方式，均安裝在金屬機箱內，火災報警控制器的工作電壓為交流220 V，但其內部主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

雷電所產生的高壓放電主要是通過外部線路竄入控制器內部，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，環境復雜，機電設備多，如不能科學合理的綜合考慮設備的排布以及電磁輻射的控制，極易造成輻射量的超標，危害設備及公眾健康，因此有必要對電磁輻射采取有效的控制措施，使其達到安全標準。

[1] GB 8702-1988，電磁輻射防護規定[S].

[2] GB 50157-2003，地鐵設計規范[S].

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

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

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