EMC基本概念及系統(tǒng)安裝的EMC要求

ID:105323 · 發(fā)表于 2016-2-21 16:02

本帖最后由 51黑黑黑于 2016-2-21 16:03 編輯

1.電磁兼容概述：
電磁兼容是一門新興的綜合性學(xué)科。電磁兼容學(xué)科主要研究的是如何使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電氣電子設(shè)備和元器件都能正常工作，互不干擾，達到兼容狀態(tài)。電磁兼容研究主要針對電氣電子設(shè)備，同時也涉及到如生產(chǎn)中的靜電放電、電磁輻射對人體的影響等方面。
2.電磁兼容性的基本概念：
1）電磁騷擾：
電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備性能降低或?qū)τ猩镔|(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。由機電或其他人為裝置產(chǎn)生的電磁騷擾，稱為人為騷擾；來源于自然現(xiàn)象的電磁騷擾，稱為自然騷擾。
2）電磁干擾：
電磁干擾則是指由電磁騷擾引起的設(shè)備或傳輸通道性能的下降。所以騷擾和干擾的含義是不同的。從概念上講，騷擾是一種電磁能量，干擾是騷擾產(chǎn)生的結(jié)果或后果。
3）兩者的關(guān)系：
電磁干擾產(chǎn)生于騷擾源；大量騷擾源的存在造成電磁環(huán)境污染，導(dǎo)致電磁兼容性問題尖銳化。主要表現(xiàn)在：

同時工作的電子設(shè)備的總數(shù)在增長，電子設(shè)備的數(shù)量每4~5年增加一倍；
發(fā)射機的功率在增加，如某些雷達的發(fā)射脈沖功率達幾十甚至幾百兆瓦;
許多無線電頻段嚴重超載，以致對不同類型的電子設(shè)備不得不多次反復(fù)使用同一頻段；
電子設(shè)備在運行時產(chǎn)生的電磁騷擾電平不斷提高。如某些醫(yī)療設(shè)備運行時產(chǎn)生的干擾電平可達每米幾百伏。

3.電磁兼容性：
電子設(shè)備受電磁騷擾的影響而出現(xiàn)故障或性能降級，就稱為設(shè)備對電磁騷擾敏感。如何在設(shè)備與電磁環(huán)境之間尋求一種協(xié)調(diào)的關(guān)系和共存的條件，這就是電磁兼容性技術(shù)。
4.電磁兼容常用名詞術(shù)語：
1）電磁兼容性 EMC（Electromagnetic Compatibility）：
設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設(shè)備不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致不允許的降級；也不會使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致不允許的降級。
2）電磁干擾EMI（Electromagnetic Interference)：
電磁騷擾導(dǎo)致電子設(shè)備相互影響，并引起不良后果的一種電磁現(xiàn)象。
3）輻射發(fā)射RE (Radiated Emission)：
通過空間傳播的、有用的或不希望有的電磁能量。
4）傳導(dǎo)發(fā)射CE (Conducted Emission)：
沿電源或信號線傳輸?shù)碾姶虐l(fā)射。
5）電磁敏感性 EMS（Electromagnetic Susceptibility)：
設(shè)備暴露在電磁環(huán)境下所呈現(xiàn)的不希望有的響應(yīng)程度。即設(shè)備對周圍電磁環(huán)境敏感程度的度量。電磁敏感意味著電磁環(huán)境已經(jīng)造成設(shè)備性能的降低。
6）輻射敏感度RS（Radiated Susceptibility)：
對造成設(shè)備性能降級的輻射騷擾場的度量。
7）傳導(dǎo)敏感度CS（Conducted Susceptibility)：
當(dāng)引起設(shè)備性能降級時，對從傳導(dǎo)方式引入的騷擾信號電流或電壓的度量。
5.電磁干擾三要素：

電磁騷擾源，指產(chǎn)生電磁騷擾的元件、器件、設(shè)備或自然現(xiàn)象；
耦合途徑或稱耦合通道，指把能量從騷擾源耦合到敏感設(shè)備上，并使該設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)的媒介；
敏感設(shè)備，指對電磁騷擾產(chǎn)生響應(yīng)的設(shè)備。

6.基本的電磁兼容控制技術(shù)：
最常用也是最基本的電磁兼容控制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。此外平衡技術(shù)、低電平技術(shù)等也是電磁兼容的重要控制技術(shù)。隨著新工藝、新材料、新產(chǎn)品的出現(xiàn)，電磁兼容控制技術(shù)也得到不斷的發(fā)展。
1）屏蔽
主要用于切斷通過空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，這三種耦合又對應(yīng)于靜電屏蔽、磁場屏蔽與電磁屏蔽，衡量屏蔽的質(zhì)量采用屏蔽效能這一指標(biāo)。
2）濾波
在頻域上處理電磁噪聲的一種技術(shù)，其特點是將不需要的一部分頻譜濾掉。
3）接地
提供有用信號或無用信號，電磁噪聲的公共通路。接地的好壞則直接影響到設(shè)備內(nèi)部和外部的電磁兼容性。
7.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)：
為了確保設(shè)備及其各單元必須滿足的電磁兼容工作特性，國際有關(guān)機構(gòu)、各國政府和軍事部門以及其他相關(guān)組織制定了一系列的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備電磁騷擾發(fā)射和電磁抗擾度作出了規(guī)定和限制。電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)是進行電磁兼容性設(shè)計的指導(dǎo)性文件，也是電磁兼容性試驗的依據(jù)，因為試驗項目、測試方法和極限值等到都是標(biāo)準(zhǔn)給定的。

8.EMC標(biāo)準(zhǔn)擬訂的理論基礎(chǔ)：
EMC標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容之一就是規(guī)定電磁騷擾和電磁抗擾度的極限值，極限值的制訂在理論上應(yīng)該滿足下圖所示的原則：

EMI和EMS是相互對立的兩個方面，上圖說明，設(shè)備的EMI極限值與EMS極限值之間應(yīng)該留有足夠的余量（IM），即設(shè)備EMI發(fā)射要小于其抗擾度（EMS），這樣設(shè)備才有足夠的抗干擾能力。另一方面，設(shè)備的EMI、EMS實測值應(yīng)該與極限值之間有足夠的余量。比如在EN300 386標(biāo)準(zhǔn)中，輻射發(fā)射的極限值（EMI Limit）為40dBuV/m，而輻射抗擾度極限值為130dBuV。由此可見，EMI、EMS極限值之間余量的重要性。
9.電磁兼容測試技術(shù):
電磁兼容測試是根據(jù)有關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法對設(shè)備進行測試，評估其是否達到標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)品在定型和進入市場之前EMC性能必須達到標(biāo)準(zhǔn)要求。
EMC測量主要分兩大類：電磁干擾EMI（Electromagnetic Interference）測試和電磁抗擾性EMS （Electromagnetic Susceptibility）測試。
9.1 電磁發(fā)射:
1) 輻射發(fā)射RE（Radiated Emission）:
測試通過空間傳播的電磁能量。
2) 傳導(dǎo)發(fā)射CE（ Conducted Emission）:
測試沿電源線、控制線或信號線傳播的電磁能量。

9.2 抗擾性EMS:
1) 輻射敏感度試驗RS（Radiated Susceptibility）：
測試被試設(shè)備對空間電磁騷擾的抗擾性。
2) 工頻磁場輻射敏感度試驗PMS （Power frequency magnetic susceptibility）
檢驗電子電氣產(chǎn)品對工頻磁場的抗擾性。
3) 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)敏感度CS （Conducted susceptibility）
測試被試設(shè)備對沿電源線、控制線或信號線傳輸?shù)碾姶拍芰康拿舾卸取?br /> 4) 電快速瞬態(tài)脈沖群抗擾度EFT /B（Electrical fast transient burst）
模擬對電感性負載的切換（如繼電器、接觸器）；對高壓開關(guān)的切換（如真空開關(guān)、六氟化硫）設(shè)備的干擾。放電波形為5ns/50ns（上升沿5ns，半波時間50ns）的脈沖串，脈沖串持續(xù)時間15ms，脈沖周期為300ms。特點是上升時間快、持續(xù)時間短、能量低，但有較高的重復(fù)頻率。
5) 浪涌抗擾度SURGE
模擬電網(wǎng)中的故障；雷擊（直接或間接）對設(shè)備的干擾,，電網(wǎng)中的開關(guān)操作。放電波形為開路電壓1.2us/50us、短路電流8us/20us的脈沖。特點是上升時間慢（相對EFT/B）、持續(xù)時間較長、能量大。
6) 電壓跌落與中斷抗擾度DIP/interruption
模擬由低壓、中壓或高壓網(wǎng)絡(luò)中的故障所造成（短路或接地故障）的電壓瞬時跌落和中斷；以及由連接到電網(wǎng)的負荷連續(xù)變化引起的電壓變化。
7) 電力線感應(yīng)/接觸（Power induction/contact）
模擬室外信號線與電力線距離過近或接觸故障。
8) 靜電放電抗擾度ESD（Electrostatic discharge）
模擬操作人員或物體在接觸設(shè)備時的放電以及人或物體對鄰近物體的放電。
9.3 EMC測試結(jié)果的評價:
對EMI測試結(jié)果以是否達到某個限制要求為準(zhǔn)則；對于EMS試驗，其性能判據(jù)可分為四個等級：
A級：試驗中性能指標(biāo)正常；
B級：試驗中性能暫時降低，功能不喪失，試驗后能自行恢復(fù)；
C級：功能允許喪失，但能自恢復(fù)，或操作者干預(yù)后能恢復(fù)；
R級：除保護元件外，不允許出現(xiàn)因設(shè)備（元件）或軟件損壞或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。

ID:105323 · 發(fā)表于 2016-2-21 16:03

對設(shè)備的電磁騷擾性而言，設(shè)計是保證其性能的關(guān)鍵，但離開良好的系統(tǒng)安裝，再好的設(shè)備都可能有電磁兼容問題，因此系統(tǒng)的安裝對電磁兼容性是非常重要的。
1）系統(tǒng)環(huán)境要求
（1）電磁環(huán)境一般要求
電場要求：在10KHz～10GHz范圍內(nèi)，環(huán)境電磁場強度不超過130dBuv/m。在沒有條件判別是否環(huán)境滿足以上條件時，可參考以下要求：

安裝位置遠離大型電機、UPS電源、逆變器10m以上；
遠離變電站20m以上；

（2）靜電要求
電信中心環(huán)境：環(huán)境靜電強度小于200V，非電信中心環(huán)境：環(huán)境靜電強度小于1KV。
2）整機安裝
機柜安裝注意事項：

機柜所有螺釘要緊固適當(dāng)；
機柜門等活動部分與機柜接觸良好，沒有縫隙；
并柜機柜在關(guān)門后，中間不留下縫隙；
并柜互連線分布均勻，搭接良好，構(gòu)成一個等勢體；

單板安裝注意事項：

手抓單板前戴好帶防靜電手套，避免直接抓單板；
戴好防靜電手腕，防靜電手腕要接地；
取下的單板不要直接放在地上，桌子上等，要套上防靜電袋；
拿單板時注意不要碰觸單板上的器件，最好是拿單板的邊沿；
單板不可重迭迭放；

電纜安裝:

電纜安裝時，手不可接觸連接器的芯線；
保證系統(tǒng)接地良好，接地線符合規(guī)范要求；

3) 電纜布線要求
電纜敷設(shè)一般原則:
電磁發(fā)射電纜與電磁敏感電纜必須遠離。最小間距遵循如下原則：

其中D為不同類電纜束間距，d為各類電纜束的綁扎后的外徑最大值，要求D>10d。
電纜盡量貼近機柜金屬體敷設(shè)，但要避開長縫和直徑大于5mm的開孔
禁止線纜出入屏蔽機柜而無任何屏蔽或濾波措施。線纜出入子架或機框應(yīng)盡量采取屏蔽措施或濾波措施。
電纜敷設(shè)間距要求
各類電纜敷設(shè)最小間距:

注：

1、當(dāng)表中的數(shù)值不滿足間距D>10d的準(zhǔn)則時，應(yīng)當(dāng)以該準(zhǔn)則為準(zhǔn)。
2、電纜的分類：
一類電纜：電磁發(fā)射電纜。如220Vac電源線，一次電源-48Vdc輸出線，機柜-48Vdc電源線等。
二類電纜：電磁敏感性電纜。如視頻電纜，音頻電纜，監(jiān)控信號線，用戶電纜等。
三類電纜：既電磁發(fā)射又敏感電纜。如HW電纜，NOD電纜，E1電纜，網(wǎng)線，T1電纜，V.24電纜，V.35電纜，串口線，加載電纜等。
四類電纜：專用電纜。如天饋線、射頻電纜等。
當(dāng)電纜敷設(shè)間距小于最小間距時，應(yīng)采取隔離措施。例如：采用分隔的走線槽布線，穿金屬管（金屬管兩端接地），加裝屏蔽鎧甲等手段。
機柜內(nèi)部的電纜敷設(shè)一般要求：

一般按類敷設(shè)，每類電纜敷設(shè)在一起，與其它類電纜按表4-3的最小間距敷設(shè)。同類電纜中若傳輸信號電平差大于40dB(即相差大于100倍)應(yīng)再進行分組，直至每組傳輸信號電平差小于40dB
電纜盡量靠近機柜屏蔽體、金屬構(gòu)架敷設(shè)，充分利用現(xiàn)存金屬結(jié)構(gòu)進行隔離，但一定要避免靠近機柜屏蔽體上的長縫和大開孔。
電源電纜與敏感信號電纜、模擬信號電纜與數(shù)字信號電纜應(yīng)盡量敷設(shè)在機柜兩側(cè)，避免平行、靠近、長距離走線。無法避免時要采取隔離措施。
鄰近電纜所傳送信號的工作頻率最好是分布在不同的頻段，以避免互相串?dāng)_。但是頻率差大于100倍或更高時就應(yīng)該看作不同類的線分開綁扎。
機柜內(nèi)的電源模塊（如DC/DC模塊）的輸入線和輸出線避免捆綁平行走線。
交流電源線和直流電源線應(yīng)該分開捆綁。
小風(fēng)扇電源線跟信號線不要捆扎在一起
信號線與電源線不要捆扎在一起

機柜外部的電纜敷設(shè)一般要求：

電源供電與信號電纜分開走線；
射頻電纜與其他信號電纜分開走線；
盡量避免機柜上下同時出線；
電纜穿過屏蔽機柜時，電纜屏蔽層要與機柜緊密連接在一起，360度搭接。禁止從散熱孔中間穿線。

特殊電纜敷設(shè)間距：

大功率發(fā)射天線的饋線與所有其它電纜的距離至少200mm
低電平模擬信號電纜是極敏感電纜，與其它電纜距離至少為150mm

4) 系統(tǒng)維護
(1) 防靜電要求

手抓單板前戴好帶防靜電手套，避免直接抓單板；
戴好防靜電手腕，防靜電手腕要接地；
取下的單板不要直接放在地上，桌子上等，要套上防靜電袋；
拿單板時注意不要碰觸單板上的器件，最好是拿單板的邊沿；
單板不可重迭迭放；
插拔電纜時，手不可接觸連接器的芯線；

(2) 系統(tǒng)檢視

檢查系統(tǒng)接地，保證系統(tǒng)接地良好；
維護后設(shè)備門處于關(guān)閉狀態(tài)，保持原始屏蔽狀態(tài)；
檢查電纜布線沒有被其他無關(guān)電纜覆蓋，或與其他電纜走在一起；

(3) 系統(tǒng)干擾問題的處理
在網(wǎng)上運行的產(chǎn)品，有時會受到外來搔擾的影響，或接地系統(tǒng)出線干擾而影響設(shè)備正常工作。在此情況下，除檢視上述問題外，還可做以下處理：

查看電源濾波器是否安裝，其接地是否正常；
查看是否有電纜不當(dāng)安裝，造成屏蔽性能下降，如電纜穿過機柜，屏蔽層未接地等；
查看周圍設(shè)備是否存在大型干擾源，如UPS、逆變器，變電站，電機等。
查看顯示器是否閃爍，變色等，如有這些現(xiàn)象，可能是收到磁場干擾，應(yīng)查明磁場來源；
試行斷開E1電纜的外皮，試行單端接地。如能改善，說明是地環(huán)路問題，應(yīng)實行斷開或混合接地（通過電容高頻接地），根據(jù)實際效果選擇；
查看是否與業(yè)務(wù)量有關(guān)，若是可能是系統(tǒng)自身串?dāng)_問題；
檢查是否與初始安裝有變化，包括位置，數(shù)量，種類等，若有可從變化的地方查起。

ID:105323 · 發(fā)表于 2016-2-21 16:05

在長期的人類社會生產(chǎn)發(fā)展過程中，人們發(fā)現(xiàn)，有些生產(chǎn)工人的錯誤、生產(chǎn)設(shè)備的故障，會導(dǎo)致事故，甚至危及人的生命、財產(chǎn)安全，更大的將造成環(huán)境破壞，大規(guī)模生物死亡、變異，造成嚴重的社會災(zāi)害；而有些錯誤或故障則只造成輕微的經(jīng)濟損失，甚至沒有任何影響。在長期的實踐中，人們總結(jié)了一套經(jīng)驗，構(gòu)建將錯誤或故障導(dǎo)致的后果引導(dǎo)到減小危害，甚至消除危害的系統(tǒng)理論和方法----這就是“故障-安全系統(tǒng)(Fail-safe/Safety-Critical)”：系統(tǒng)在出現(xiàn)故障或誤操作的情況下，導(dǎo)向安全側(cè)，保證安全，簡稱故障-安全。
1. 基本概念
安全性：在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，系統(tǒng)不陷入危險狀態(tài)的性能。
可靠性：在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，系統(tǒng)正常實現(xiàn)其功能和性能的概率。
失效：系統(tǒng)或系統(tǒng)的部件不能在規(guī)定的條件下執(zhí)行所要求的功能；或一個功能單元能力的終結(jié)；或者程序的操作偏離了程序的需求。失效是導(dǎo)致錯誤發(fā)生的主要原因。
錯誤：指系統(tǒng)陷入不正常狀態(tài)或執(zhí)行非正常操作。錯誤可能有硬件失效、軟件失效、環(huán)境干擾等原因引起，錯誤的嚴重性可分為5類。
故障：由于錯誤造成系統(tǒng)的部件、軟件或系統(tǒng)喪失必要的功能。即由于各種原因所造成的系統(tǒng)的不正常狀態(tài)。
失誤：人為的失敗和錯誤，通常指人的錯誤操作。
危害：有可能給人類、財產(chǎn)或環(huán)境帶來的不良影響。
風(fēng)險：用來表示危及安全的事件發(fā)生頻率及事件危害程度(或嚴重程度)的指標(biāo)。

安全性評估：采用分析或測試的方法，對系統(tǒng)的安全性能進行估算和分析，從而對系統(tǒng)的安全性能做出定量或定性的評價。用于安全性評估的指標(biāo)主要是安全性完善度和安全性完善等級。
安全性完善度：在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，系統(tǒng)維持所要求的安全功能的概率。它是表示系統(tǒng)所能達到安全性要求程度高低的指標(biāo)。
安全性完善等級：表示系統(tǒng)所能達到安全性水平等級。通常較小的等級表示安全性水平低，較大的等級表示安全性水平高。
當(dāng)前評價安全性水平的標(biāo)準(zhǔn)是SIL標(biāo)準(zhǔn)(Safety Integrated Level)，分為5個等級：
SIL0，≥ 10-5 to < 10-4；無安全要求；
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。
當(dāng)沒有SIL等級要求時，每小時產(chǎn)生危險故障可以認為是在104 小時和105 小時之間，意味著1年到10年的時間內(nèi)產(chǎn)生1次危險故障；當(dāng)SIL等級為SIL3時，每小時產(chǎn)生危險故障可以認為是在107 小時和108 小時之間，意味著1千年到1萬年的時間內(nèi)產(chǎn)生1次危險故障。其實，這里的概念并不是指多少年會發(fā)生一次故障，而是說的一個概率的概念，就像交通工具中飛機發(fā)生事故的的安全概率要比其他交通工具的低很多一樣，即一個SIL3級的安全系統(tǒng)比一個無安全要求的系統(tǒng)發(fā)生危險的概率要低非常多，用以滿足在設(shè)備或系統(tǒng)運行周期內(nèi)無風(fēng)險的要求。

故障安全形式主要表現(xiàn)為三種：
1）固有故障安全(Inherent fail-safe)：如果由一個獨立部件來執(zhí)行某個安全功能，必須保證該獨立部件使得自身和系統(tǒng)在其所有的失效模式下均無危險。
2）反應(yīng)式故障安全(Reactive Fail-safe)：采用快速的故障檢測，同時對任何危險失效進行避錯來保證對系統(tǒng)功能的安全。
3）組合故障安全(Composite Fail-safe)：采用兩個部件或以上同時執(zhí)行同一個功能，比較起一致性，來保證系統(tǒng)的功能安全。

避錯技術(shù)：通過對系統(tǒng)進行完善設(shè)計，力求使系統(tǒng)避免發(fā)生故障，包括：
1）質(zhì)量控制技術(shù)：采用高可靠的部件，增加更大的余量。
2）環(huán)境防護技術(shù)：通過散熱、抗震動、化學(xué)防護、電磁兼容等技術(shù)設(shè)計。
容錯技術(shù)：系統(tǒng)硬件或軟件故障時，程序不會因此被終止或被修改，結(jié)果也不會引起錯誤。主要方法：硬件冗余、軟件冗余、時間冗余、信息冗余。

2. 控制系統(tǒng)的故障-安全形式：
1）雙機熱備結(jié)構(gòu)(Hot Standby)；
2）二取二結(jié)構(gòu)2oo2(2 out of 2)；
3）三取二結(jié)構(gòu)2oo3(2 out of 3)；
4）資源池結(jié)構(gòu)noomxk(K redunt n out of m with Pool Resource)；

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