标题: EMC基本概念及系统安装的EMC要求 [打印本页]

---

作者: 51黑黑黑    时间: 2016-2-21 16:02
标题: EMC基本概念及系统安装的EMC要求


1.电磁兼容概述：
电磁兼容是一门新兴的综合性学科。电磁兼容学科主要研究的是如何使在同一电磁环境下工作的各种电气电子设备和元器件都能正常工作，互不干扰，达到兼容状态。电磁兼容研究主要针对电气电子设备，同时也涉及到如生产中的静电放电、电磁辐射对人体的影响等方面。
2.电磁兼容性的基本概念：
1）电磁骚扰：
电磁骚扰是指任何可能引起设备性能降低或对有生命物质产生损害作用的电磁现象。由机电或其他人为装置产生的电磁骚扰，称为人为骚扰；来源于自然现象的电磁骚扰，称为自然骚扰。
2）电磁干扰：
电磁干扰则是指由电磁骚扰引起的设备或传输通道性能的下降。所以骚扰和干扰的含义是不同的。从概念上讲，骚扰是一种电磁能量，干扰是骚扰产生的结果或后果。
3）两者的关系：
电磁干扰产生于骚扰源；大量骚扰源的存在造成电磁环境污染，导致电磁兼容性问题尖锐化。主要表现在：

• 同时工作的电子设备的总数在增长，电子设备的数量每4~5年增加一倍；
• 发射机的功率在增加，如某些雷达的发射脉冲功率达几十甚至几百兆瓦;
• 许多无线电频段严重超载，以致对不同类型的电子设备不得不多次反复使用同一频段；
• 电子设备在运行时产生的电磁骚扰电平不断提高。如某些医疗设备运行时产生的干扰电平可达每米几百伏。
  

3.电磁兼容性：
电子设备受电磁骚扰的影响而出现故障或性能降级，就称为设备对电磁骚扰敏感。如何在设备与电磁环境之间寻求一种协调的关系和共存的条件，这就是电磁兼容性技术。
4.电磁兼容常用名词术语：
1）电磁兼容性 EMC（Electromagnetic Compatibility）：
设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致不允许的降级；也不会使同一电磁环境中其他设备因受其电磁发射而导致不允许的降级。
2）电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference)：
电磁骚扰导致电子设备相互影响，并引起不良后果的一种电磁现象。
3）辐射发射RE (Radiated Emission)：
通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量。
4）传导发射CE (Conducted Emission)：
沿电源或信号线传输的电磁发射。
5）电磁敏感性 EMS（Electromagnetic Susceptibility)：
设备暴露在电磁环境下所呈现的不希望有的响应程度。即设备对周围电磁环境敏感程度的度量。电磁敏感意味着电磁环境已经造成设备性能的降低。
6）辐射敏感度RS（Radiated Susceptibility)：
对造成设备性能降级的辐射骚扰场的度量。
7）传导敏感度CS（Conducted Susceptibility)：
当引起设备性能降级时，对从传导方式引入的骚扰信号电流或电压的度量。
5.电磁干扰三要素：

• 电磁骚扰源，指产生电磁骚扰的元件、器件、设备或自然现象；
• 耦合途径或称耦合通道，指把能量从骚扰源耦合到敏感设备上，并使该设备产生响应的媒介；
• 敏感设备，指对电磁骚扰产生响应的设备。
  

6.基本的电磁兼容控制技术：
最常用也是最基本的电磁兼容控制技术是屏蔽、滤波、接地。此外平衡技术、低电平技术等也是电磁兼容的重要控制技术。随着新工艺、新材料、新产品的出现，电磁兼容控制技术也得到不断的发展。
1）屏蔽
主要用于切断通过空间的静电耦合、感应耦合形成的电磁噪声传播途径，这三种耦合又对应于静电屏蔽、磁场屏蔽与电磁屏蔽，衡量屏蔽的质量采用屏蔽效能这一指标。
2）滤波
在频域上处理电磁噪声的一种技术，其特点是将不需要的一部分频谱滤掉。
3）接地
提供有用信号或无用信号，电磁噪声的公共通路。 接地的好坏则直接影响到设备内部和外部的电磁兼容性。
7.电磁兼容标准：
为了确保设备及其各单元必须满足的电磁兼容工作特性，国际有关机构、各国政府和军事部门以及其他相关组织制定了一系列的电磁兼容性标准。标准对设备电磁骚扰发射和电磁抗扰度作出了规定和限制。电磁兼容性标准是进行电磁兼容性设计的指导性文件，也是电磁兼容性试验的依据，因为试验项目、测试方法和极限值等到都是标准给定的。


8.EMC标准拟订的理论基础：
EMC标准的主要内容之一就是规定电磁骚扰和电磁抗扰度的极限值，极限值的制订在理论上应该满足下图所示的原则：

EMI和EMS是相互对立的两个方面，上图说明，设备的EMI极限值与EMS极限值之间应该留有足够的余量（IM），即设备EMI发射要小于其抗扰度（EMS），这样设备才有足够的抗干扰能力。另一方面，设备的EMI、EMS实测值应该与极限值之间有足够的余量。比如在EN300 386标准中，辐射发射的极限值（EMI Limit）为40dBuV/m，而辐射抗扰度极限值为130dBuV。由此可见，EMI、EMS极限值之间余量的重要性。
9.电磁兼容测试技术:
电磁兼容测试是根据有关电磁兼容标准规定的方法对设备进行测试，评估其是否达到标准要求。产品在定型和进入市场之前EMC性能必须达到标准要求。
EMC测量主要分两大类： 电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference）测试和电磁抗扰性EMS （Electromagnetic Susceptibility）测试。
9.1 电磁发射:
1) 辐射发射RE（Radiated Emission）:
测试通过空间传播的电磁能量。
2) 传导发射CE（ Conducted Emission）:
测试沿电源线、控制线或信号线传播的电磁能量。

9.2 抗扰性EMS:
1) 辐射敏感度试验RS（Radiated Susceptibility）：
测试被试设备对空间电磁骚扰的抗扰性。
2) 工频磁场辐射敏感度试验PMS （Power frequency magnetic susceptibility）
检验电子电气产品对工频磁场的抗扰性。
3) 射频场感应的传导敏感度CS （Conducted susceptibility）
测试被试设备对沿电源线、控制线或信号线传输的电磁能量的敏感度。
4) 电快速瞬态脉冲群抗扰度EFT /B（Electrical fast transient burst）
模拟对电感性负载的切换（如继电器、接触器）；对高压开关的切换（如真空开关、六氟化硫）设备的干扰。放电波形为5ns/50ns（上升沿5ns，半波时间50ns）的脉冲串，脉冲串持续时间15ms，脉冲周期为300ms。特点是上升时间快、持续时间短、能量低，但有较高的重复频率。
5) 浪涌抗扰度SURGE
模拟电网中的故障；雷击（直接或间接）对设备的干扰,，电网中的开关操作。放电波形为开路电压1.2us/50us、短路电流8us/20us的脉冲。特点是上升时间慢（相对EFT/B）、持续时间较长、能量大。
6) 电压跌落与中断抗扰度DIP/interruption
模拟由低压、中压或高压网络中的故障所造成（短路或接地故障）的电压瞬时跌落和中断；以及由连接到电网的负荷连续变化引起的电压变化。
7) 电力线感应/接触（Power induction/contact）
模拟室外信号线与电力线距离过近或接触故障。
8) 静电放电抗扰度ESD（Electrostatic discharge）
模拟操作人员或物体在接触设备时的放电以及人或物体对邻近物体的放电。
9.3 EMC测试结果的评价:
对EMI测试结果以是否达到某个限制要求为准则；对于EMS试验，其性能判据可分为四个等级：
A级：试验中性能指标正常；
B级：试验中性能暂时降低，功能不丧失，试验后能自行恢复；
C级：功能允许丧失，但能自恢复，或操作者干预后能恢复；
R级：除保护元件外，不允许出现因设备（元件）或软件损坏或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。

---

作者: 51黑黑黑    时间: 2016-2-21 16:03
对设备的电磁骚扰性而言，设计是保证其性能的关键，但离开良好的系统安装，再好的设备都可能有电磁兼容问题，因此系统的安装对电磁兼容性是非常重要的。
1） 系统环境要求
（1）电磁环境一般要求
电场要求：在10KHz～10GHz范围内，环境电磁场强度不超过130dBuv/m。在没有条件判别是否环境满足以上条件时，可参考以下要求：

• 安装位置远离大型电机、UPS电源、逆变器10m以上；
• 远离变电站20m以上；
  

（2）静电要求
电信中心环境：环境静电强度小于200V，非电信中心环境： 环境静电强度小于1KV。
2）整机安装
机柜安装注意事项：

• 机柜所有螺钉要紧固适当；
• 机柜门等活动部分与机柜接触良好，没有缝隙；
• 并柜机柜在关门后，中间不留下缝隙；
• 并柜互连线分布均匀，搭接良好，构成一个等势体；
  

单板安装注意事项：

• 手抓单板前戴好带防静电手套，避免直接抓单板；
• 戴好防静电手腕，防静电手腕要接地；
• 取下的单板不要直接放在地上，桌子上等，要套上防静电袋；
• 拿单板时注意不要碰触单板上的器件，最好是拿单板的边沿；
• 单板不可重迭迭放；
  

电缆安装:

• 电缆安装时，手不可接触连接器的芯线；
• 保证系统接地良好，接地线符合规范要求；
  

3) 电缆布线要求
电缆敷设一般原则:
电磁发射电缆与电磁敏感电缆必须远离。最小间距遵循如下原则：

其中D为不同类电缆束间距，d为各类电缆束的绑扎后的外径最大值，要求D>10d。
电缆尽量贴近机柜金属体敷设，但要避开长缝和直径大于5mm的开孔
禁止线缆出入屏蔽机柜而无任何屏蔽或滤波措施。 线缆出入子架或机框应尽量采取屏蔽措施或滤波措施。
电缆敷设间距要求
各类电缆敷设最小间距:

注：

1、当表中的数值不满足间距D>10d的准则时，应当以该准则为准。
2、电缆的分类：
一类电缆：电磁发射电缆。如220Vac电源线，一次电源-48Vdc输出线，机柜-48Vdc电源线等。
二类电缆：电磁敏感性电缆。如视频电缆，音频电缆，监控信号线，用户电缆等。
三类电缆：既电磁发射又敏感电缆。如HW电缆，NOD电缆，E1电缆，网线，T1电缆，V.24电缆，V.35电缆，串口线，加载电缆等。
四类电缆： 专用电缆。如天馈线、射频电缆等。
当电缆敷设间距小于最小间距时，应采取隔离措施。例如：采用分隔的走线槽布线，穿金属管（金属管两端接地），加装屏蔽铠甲等手段。
机柜内部的电缆敷设一般要求：

• 一般按类敷设，每类电缆敷设在一起，与其它类电缆按表4-3的最小间距敷设。同类电缆中若传输信号电平差大于40dB(即相差大于100倍)应再进行分组，直至每组传输信号电平差小于40dB
• 电缆尽量靠近机柜屏蔽体、金属构架敷设，充分利用现存金属结构进行隔离，但一定要避免靠近机柜屏蔽体上的长缝和大开孔。
• 电源电缆与敏感信号电缆、模拟信号电缆与数字信号电缆应尽量敷设在机柜两侧，避免平行、靠近、长距离走线。无法避免时要采取隔离措施。
• 邻近电缆所传送信号的工作频率最好是分布在不同的频段，以避免互相串扰。但是频率差大于100倍或更高时就应该看作不同类的线分开绑扎。
• 机柜内的电源模块（如DC/DC模块）的输入线和输出线避免捆绑平行走线。
• 交流电源线和直流电源线应该分开捆绑。
• 小风扇电源线跟信号线不要捆扎在一起
• 信号线与电源线不要捆扎在一起
  

机柜外部的电缆敷设一般要求：

• 电源供电与信号电缆分开走线；
• 射频电缆与其他信号电缆分开走线；
• 尽量避免机柜上下同时出线；
• 电缆穿过屏蔽机柜时，电缆屏蔽层要与机柜紧密连接在一起，360度搭接。禁止从散热孔中间穿线。
  

特殊电缆敷设间距：

• 大功率发射天线的馈线与所有其它电缆的距离至少200mm
• 低电平模拟信号电缆是极敏感电缆，与其它电缆距离至少为150mm
  

4) 系统维护
(1) 防静电要求

• 手抓单板前戴好带防静电手套，避免直接抓单板；
• 戴好防静电手腕，防静电手腕要接地；
• 取下的单板不要直接放在地上，桌子上等，要套上防静电袋；
• 拿单板时注意不要碰触单板上的器件，最好是拿单板的边沿；
• 单板不可重迭迭放；
• 插拔电缆时，手不可接触连接器的芯线；
  

(2) 系统检视

• 检查系统接地，保证系统接地良好；
• 维护后设备门处于关闭状态，保持原始屏蔽状态；
• 检查电缆布线没有被其他无关电缆覆盖，或与其他电缆走在一起；
  

(3) 系统干扰问题的处理
在网上运行的产品，有时会受到外来搔扰的影响，或接地系统出线干扰而影响设备正常工作。在此情况下，除检视上述问题外，还可做以下处理：

• 查看电源滤波器是否安装，其接地是否正常；
• 查看是否有电缆不当安装，造成屏蔽性能下降，如电缆穿过机柜，屏蔽层未接地等；
• 查看周围设备是否存在大型干扰源，如UPS、逆变器，变电站，电机等。
• 查看显示器是否闪烁，变色等，如有这些现象，可能是收到磁场干扰，应查明磁场来源；
• 试行断开E1电缆的外皮，试行单端接地。如能改善，说明是地环路问题，应实行断开或混合接地（通过电容高频接地），根据实际效果选择；
• 查看是否与业务量有关，若是可能是系统自身串扰问题；
• 检查是否与初始安装有变化，包括位置，数量，种类等，若有可从变化的地方查起。
  

---

作者: 51黑黑黑    时间: 2016-2-21 16:05
                                                                                                在长期的人类社会生产发展过程中，人们发现，有些生产工人的错误、生产设备的故障，会导致事故，甚至危及人的生命、财产安全，更大的将造成环境破坏，大规模生物死亡、变异，造成严重的社会灾害；而有些错误或故障则只造成轻微的经济损失，甚至没有任何影响。在长期的实践中，人们总结了一套经验，构建将错误或故障导致的后果引导到减小危害，甚至消除危害的系统理论和方法----这就是“故障-安全系统(Fail-safe/Safety-Critical)”：系统在出现故障或误操作的情况下，导向安全侧，保证安全，简称故障-安全。
1. 基本概念
安全性：在规定的条件下，在规定的时间内，系统不陷入危险状态的性能。
可靠性：在规定的条件下，在规定的时间内，系统正常实现其功能和性能的概率。
失效：系统或系统的部件不能在规定的条件下执行所要求的功能；或一个功能单元能力的终结；或者程序的操作偏离了程序的需求。失效是导致错误发生的主要原因。
错误：指系统陷入不正常状态或执行非正常操作。错误可能有硬件失效、软件失效、环境干扰等原因引起，错误的严重性可分为5类。
故障：由于错误造成系统的部件、软件或系统丧失必要的功能。即由于各种原因所造成的系统的不正常状态。
失误：人为的失败和错误，通常指人的错误操作。
危害：有可能给人类、财产或环境带来的不良影响。
风险：用来表示危及安全的事件发生频率及事件危害程度(或严重程度)的指标。

安全性评估：采用分析或测试的方法，对系统的安全性能进行估算和分析，从而对系统的安全性能做出定量或定性的评价。用于安全性评估的指标主要是安全性完善度和安全性完善等级。
安全性完善度：在规定的条件下，在规定的时间内，系统维持所要求的安全功能的概率。它是表示系统所能达到安全性要求程度高低的指标。
安全性完善等级：表示系统所能达到安全性水平等级。通常较小的等级表示安全性水平低，较大的等级表示安全性水平高。
当前评价安全性水平的标准是SIL标准(Safety Integrated Level)，分为5个等级：
SIL0，≥ 10-5 to < 10-4；无安全要求；
SIL1，≥ 3 x 10-6 to < 10-5；
SIL2， ≥ 10-6 to < 3 x 10-6；
SIL3， ≥ 10-7 to < 10-6；
SIL4， ≥ 10-8 to < 10-7；最高安全要求。
   当没有SIL等级要求时，每小时产生危险故障可以认为是在104 小时和105 小时之间，意味着1年到10年的时间内产生1次危险故障；当SIL等级为SIL3时，每小时产生危险故障可以认为是在107 小时和108 小时之间，意味着1千年到1万年的时间内产生1次危险故障。其实，这里的概念并不是指多少年会发生一次故障，而是说的一个概率的概念，就像交通工具中飞机发生事故的的安全概率要比其他交通工具的低很多一样，即一个SIL3级的安全系统比一个无安全要求的系统发生危险的概率要低非常多，用以满足在设备或系统运行周期内无风险的要求。

故障安全形式主要表现为三种：
1）固有故障安全(Inherent fail-safe)：如果由一个独立部件来执行某个安全功能，必须保证该独立部件使得自身和系统在其所有的失效模式下均无危险。
2）反应式故障安全(Reactive Fail-safe)：采用快速的故障检测，同时对任何危险失效进行避错来保证对系统功能的安全。
3）组合故障安全(Composite Fail-safe)：采用两个部件或以上同时执行同一个功能，比较起一致性，来保证系统的功能安全。

避错技术：通过对系统进行完善设计，力求使系统避免发生故障，包括：
1）质量控制技术：采用高可靠的部件，增加更大的余量。
2）环境防护技术：通过散热、抗震动、化学防护、电磁兼容等技术设计。
容错技术：系统硬件或软件故障时，程序不会因此被终止或被修改，结果也不会引起错误。主要方法：硬件冗余、软件冗余、时间冗余、信息冗余。

2. 控制系统的故障-安全形式：
1）双机热备结构(Hot Standby)；
2）二取二结构2oo2(2 out of 2)；
3）三取二结构2oo3(2 out of 3)；
4）资源池结构noomxk(K redunt n out of m with Pool Resource)；

---

欢迎光临 (http://www.51hei.com/bbs/)

Powered by Discuz! X3.1