电子信息系统机房的磁场干扰环境

徐义亨

(浙江中控研究院有限公司,杭州 310053)

电子信息系统机房的磁场干扰环境

徐义亨

(浙江中控研究院有限公司,杭州 310053)

对国家标准《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174-2008)有关电子信息系统机房的磁场干扰环境所规定的要求提出质疑。笔者认为,基于磁场的类型和作用时间的长短,设备的抗扰度,实例和试验,文献记载等几点事实,该规范中对磁场干扰强度规定为不大于800 A/m是不合适的,并提出了自己的意见。

电子信息系统;机房;磁场强度

1 问题的提出

国家标准《电子信息系统机房设计规范》(G B 50174-2008)(以下简称G B 50174)5.2.3中对电子信息系统机房的磁场干扰环境提出了如下要求:主机房和辅助区内的磁场干扰环境场强不应大于800 A/m。

该规定没有注明这800 A/m的磁场强度是工频电流产生的工频磁场,还是雷击时产生的脉冲磁场;如果是工频磁场的话,也没有注明是长时间作用的稳定磁场还是在故障状态下产生的短时间(1～3 s)作用的磁场。

笔者就此提出质疑。

2 主机房面临的干扰磁场和设备的抗扰度

磁场是影响电子信息系统正常运行的一个严重干扰,室内电子设备主要受下列两种磁场的干扰。

a)工频磁场。它一般由周围的工频电流产生,极少量的是由附近变压器的漏磁通所产生。工频磁场又可以分以下两种情况。

1)正常运行条件下的工频电流所产生的稳定磁场,其幅值较小,约1～100 A/m。

2)故障情况下的工频电流,能产生幅值较高、但持续时间较短的磁场,直到保护装置动作为止,约300～1 000 A/m。

《电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验》(G B/T 17626.8-2006(IDT IEC61000-4-8:2001))对工频磁场抗扰度的试验等级分稳定和短时作用(1～3 s)两种,共5个试验等级(见表1所列)。

表1 工频磁场各试验等级所对应的磁场强度

b)脉冲磁场。它是由雷击建筑物的起始暂态产生的。

《电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验》(GB/T 17626.9-1998(IDT IEC 61000-4-9: 1993))规定了电气和电子设备对由雷击建筑物和其他金属构架(包括天线杆、接地体和接地网)产生的脉冲磁场的抗扰度的试验方法和推荐的试验等级范围 (见表 2所列)。试验磁场的波形为6.4/16μs的标准电流脉冲波形。磁场强度单位为A/m,1 A/m相当于自由空间的磁通量密度为1.26μT。

目前大多数电子设备的抗扰度能达到等级3的要求已属不错了。

表2 脉冲磁场抗扰度试验要求

由表1和表2可知,无论是工频磁场,还是脉冲磁场,把电子信息系统机房和辅助区内的磁场干扰环境场强规定为不应大于800 A/m显然是不合适的。

3 实例和试验

根据笔者的经验,上述两种磁场的影响以雷电电磁干扰产生的脉冲磁场的威胁为最。近些年笔者在现场的调查中发现,强大的雷击电磁脉冲,轻则会把微小的信号掩盖掉以至系统无法识别;重则会造成计算机系统的失效或损坏,乃至存储在Eprom里的程序丢失。

2004年7月某石油化工装置的一台作为操作站的工控机,在雷击时主板被损坏。通过现场观察,雷击点离工控机的距离大约为50 m,如最大雷击电流按200 kA考虑。根据电磁学中的安培环路定律:在磁场中,磁场强度沿任一闭合回路的线积分,等于所包围的电流强度的代数和,其数学表达式为

设雷击点与工控机所在位置之间的平均距离为Sa(单位为m)(见图1),雷电流垂直于地面(即其产生的磁场为平面磁场),其值为i0(单位为A)。按安培环路定律可得:

图1 雷击点周围的磁场环境

将已知数据代入,则雷击时工控机所处的脉冲磁场强度为

即脉冲磁场强度为637 A/m(远小于800 A/m)时,就能将工控机的主板损坏。

笔者曾经在电磁兼容性(EMC)实验室里做过一个试验,当工频磁场为4μT(3.2 A/m)时,CRT显示器的显示图像开始抖动,若为19μT(15 A/m)时,CRT显示器根本无法显示。

4 文献记载

早在1971年,美国通用研究公司R.D.希尔根据建立的精确的类闪电(Like Lightning)模型通过仿真实验确定:无屏蔽的计算机在雷电电磁脉冲的磁通量密度超过7μT(5.6 A/m)时就会引起计算机误动作(失效),当超过240μT(190 A/m)时,就会造成晶体管、集成电路等的永久性损坏[4]。

现代电子信息系统的芯片是超大规模集成电路,工作电压和工作电流都极小,对磁场的敏感度更高,空间不太强的电磁场就可以感应出几伏电压从而导致设备误动作乃至损坏。

5 结 论

综上所述,笔者认为:GB 50174中规定的“主机房和辅助区内的磁场干扰环境场强不应大于800 A/m”是不恰当的,显然偏大。

笔者还认为:在进行电子信息系统机房设计时, IEC标准和等同采用的国家标准[2,3]可以用来作为电子信息系统机房允许的磁场干扰环境的取值依据。

如果实际情况难以满足要求时,在进行机房设计时,应考虑采用网格屏蔽。有关网格屏蔽的设计和计算可参考文献[5]。

[1] 中华人民共和国质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB 50174-2008电子信息系统机房设计规范[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2] 中华人民共和国质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 17626.8-2006电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验[S].北京:中国标准出版社,2006.

[3] 中华人民共和国质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 17626.9-1998电磁兼容 试验和测量技术 脉冲磁场抗扰度试验[S].北京:中国标准出版社,1998.

[4] 虞 昊.现代防雷技术基础[M].北京:清华大学出版社,2005.

[5] 徐义亨.工业控制工程中的抗干扰技术[M].上海:上海科学技术出版社,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。

徐义亨(1940—),上海人,1962年毕业于浙江大学化工自动化专业,先后于原化学工业部沈阳化工研究院、原冶金工业部鞍山焦化耐火材料设计研究院、杭州大自然集团公司、浙江中控集团等单位从事过程控制系统的工程设计和研究开发工作;近十年来,工作重点是国家、行业等标准的编制和评审以及控制系统的抗干扰技术的调查和研究;已发表论文80多篇,出版专著两本。