空管设备机房电磁兼容设计探讨

发布时间: 2022-03-20 09:47:15 浏览：次

摘要对于空管行业设备机房电子设备集中安装运行带来的电磁干扰问题需引起我们足够的重视，本文从电磁兼容的概念出发，结合设备机房电磁兼容现状，进而从机房接地设计和综合布线两方面分析电磁兼容设计应考虑的因素。

关键词电磁兼容；设备机房；接地设计；综合布线

1 电磁兼容综述

对电磁兼容（EMC），国际电子委员会定义为“EMC是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰”，即电子设备在正常运行中，产生的电磁辐射要在一定的限值内，并且其正常运行具有稳定性（抗干扰性）。

国标GB/T4365-l995对EMC的定义是：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事务构成不能承受的电磁骚扰的能力”。

电磁兼容（EMC）设计理念已经在设备设计生产时得到了广泛的应用，它是一门交叉学科，涉及通讯、电子等诸多领域。对于电磁兼容的研究，发达国家开展得比较早，而我国起步相对较晚，在20世纪80年代才制订了第一个电磁兼容的国家标准，随后颁布了强制性的产品认证规定“3C认证”，但这主要是针对电子设备的研发环节，而对于电子设备集中布局的数据中心机房的建设方面，电磁兼容设计相对来说，重视程度不够[1]。

2 空管设备机房EMC现状

伴随空管体制机制改革的不断深入，空管的发展也步入了快车道。近年来，空管通导设备的建设任务繁重，空管设备机房也由过去单一、分散的各系统机房，发展到现在成千上万平方米的大型数据中心。

大型数据中心在带来管理及服务集中便捷化的情况下，大量高度集成智能化的电子设备同时布局在一个数据中心，这对数据中心机房的电磁兼容EMC设计提出了更高的要求。不难理解，在受到电磁干扰时，传统电子设备最多是造成使用功能下降，而高度集成化的电子设备可能会因此产生逻辑错误，甚至引起设备失控、死机，严重时可能会给终端用户发出错误指令。

目前，分局运行的设备机房建设于2008年，共布局有8个“岛”，每个“岛”按照实际需求分别安装不同的生产运行系统，设备机房的接地系统相对比较完善，但在日常的设备运行维护中，也发生过多次电磁干扰的事件。在2017年，管制员反映使用的语音交换系统偶尔会在通话时，伴随有不明噪声。针对问题反馈，技术人员对于语音交换系统涉及的各个环节进行了排查，甚至对外围的甚高频电台VHF也进行了调整，均没有彻底解决问题。但随之而来得是噪声干扰的情况越来越严重，已经影响到了管制对空通信的质量。在通过对比分析干扰现象和规律，经过多次测试和排查，最终确定为是机房内同一岛内相邻机柜某SDH传输设备电源模块存在高频电磁信号外漏，外漏的信号串入了语音交换系统，给正常的地空通信造成了干扰。

在查到电磁干扰源后，技术人员分析干扰引入的路径，发现两种设备并没有直接关联，干扰的引入很可能是由于电源、地线、信号线综合布线不规范，使得SDH传输设备电源模块外泄的电磁信号引入了语音交换系统。类似这种情况会对正常的设备运行造成很大的影响，因此在电子设备设计论证时，电磁兼容是需要重点考虑的因素，而从空管设备运行维护的角度来说，在进行空管设备机房建设时，首当其冲需要考虑的就是机房整体的电磁兼容设计和规划，其次是机房内的综合布线方案[2]。

3 空管设备机房EMC设计

设备机房电磁兼容设计主要是两方面，一是机房的接地系统设计；另一方面是机房整体的综合布线规划。

3.1 接地系统设计

接地系统设计是设备机房电磁兼容设计最重要的方面，从经验上来看，机房的总体性能有许多无法控制的因素影响，而又难以直观去理解，更无法通过建模来进行调整和深入剖析，许多问题的发生与接地有关。接地系统设计不仅是电磁兼容技术中的重要技术，也是所有电子系统设计的必要环节，接地系统在抑制電磁干扰，保障设备正常运行和人员安全方面发挥了重要作用。

接地是给无用信号提供了低阻抗的通路，是最有效地抑制电磁干扰的措施。据统计，合理的EMC接地设计方案可解决50%的电磁兼容问题，不合理的EMC接地设计会在接地点间的公共阻抗上产生电压降，从而产生接地干扰。一个在某特定环境中应用较好的接地方案，应用到其他场合不一定会有好的表现。所以，在EMC设计中，采用何种方法接地，要根据实际情况来决定，任何接地方案都有其应用范围和局限性的问题。接地设计应由具有丰富的成功经验的设计人员来承担。

3.2 机房的综合布线设计

综合布线设计和规划是设备机房电磁兼容设计的另一方面，这有时候难以直观理解。在设备机房建设好之后，大家一般会重点进行机房内综合布线方案的设计，包括供电、接地、信号等线路的敷设规则，还有外围信号线缆的引入等。但唯独缺少的可能就是综合布线方案中电磁兼容设计的因素。仅仅考虑设备机房供电线路的走向，机柜内接地点和接地铜排的连接，还有就是各类信号线缆的布线方案，外围信号线缆的引入路径等。导致的结果是设备机房屏蔽了大部分外部干扰，通过接地系统设计和地线引接消除了各系统设备产生的大部分干扰，可仍然有部分电磁干扰不能被有效防护，而产生电磁干扰的途径可能就是综合布线规则的不合理。因此，在进行设备机房综合布线规则制定时，具备从电磁兼容角度去设计和规划的理念是必要的[3]。

4 空管设备机房EMC设计要点

在进行机房EMC设计时，有必要明确电磁干扰的预防措施，一般分四种：一是与干扰源有足够的空间隔离；二是采用屏蔽与接地；三是加装滤波进行隔离；四是选用符合3C认证标准的设备。

进行EMC设计的基本原则：一是抑制干扰源；二是切断传播路径；三是提升电子设备的抗干扰能力。

4.1 设备机房EMC接地设计要点

对于设备机房电磁兼容接地设计来说，正确区分各种“地”，才能做到合理进行接地系统的设计。

一是大地，是指阻值低、电容量大，能无限吸收电荷且吸收后仍能保持本身电位不变。

二是接地，是指电子系统或电子设备与“地”之间的低阻抗通路。

三是安全地，是用来导引故障电流、启动断路器或熔断丝，在故障发生的过渡过程中限制对地电压；在绝缘被破坏时，进行短路保护、静电释放、雷电保护等，保护任何设备的安全。

四是信号地，是指电子系统和微电路的信号参考地（参考电位点），是信号电流的低阻抗路径。它提供一个电位基准面，是信号和功率传输的公共通道，不仅对噪声的直接传导具有直接影响，而且对感应外界电磁噪声也有很大影响。

4.2 设备机房EMC综合布线设计要点

对于综合布线规则制定来说，有如下要点：

一是对供电、接地、信号传输等各类线缆的布线规则要合理，有统一的规划。