智能建筑弱电系统的EMC设计
作者： 来源： 日期：2014-09-25 22:32人气：
摘要：摘要，介绍电磁兼容涉及的学科内容，着重论述了智能建筑弱电系统工程设计中的电磁兼容性问题，介绍了弱电系统的EMC设计施工技术，供有关人员参考。
关键词：智能建筑，弱电，EMC设计
1、概述
随着现代电子技术和信息技术的蓬勃发展，智能建筑对自动化水平要求越来越高，微电子设备得到广泛的应用，在一个大楼内的各类机房也愈来愈多，各机房、各设备之间的电磁兼容性(EMC)矛盾越来越突出，同时智能建筑环境存在着大量的电气干扰源，如大型的变配电设备、电梯机房设备、中央空调设备的启/停信号和雷电干扰等，电力设备的电位异常与谐波干扰，电动工具的电火花，都会影响通信系统和广播电视系统的正常工作。
弱电系统在运行中会受到电磁幅射、电磁脉冲、地电位异常、雷电冲击、静电感应、电弧、强负荷电流冲击、电源谐波、高频电噪声等等有害干扰，常常由于抗干扰措施不当，轻则使设备的工作可靠性降低，产生误码、错码、误动作、系统数据丢失，重则使系统处于死机、故障和瘫痪的状态。
凡此种种都是常见的在同一电磁环境中的电子设备相互干扰而不能正常工作的现象。要解决这些问题，即如何使在同一电磁环境下工作的各种电子设备、电子系统都能互不于扰地正常工作，达到兼容状态，这就要看电子设备的电磁兼容性(EMC)。
2、建筑物内电磁干扰分析：
电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境下能正常工作并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰EMI的能力。
（1） 干扰源：
智能建筑的弱电系统的来自外部的主要干扰源有直接雷击/感应雷；供电系统的感应干扰；无线电信号及手机信号的干扰。由建筑物内部发向外部的电磁干扰的主要干扰源有无线电通信、广播电视、雷达信号，无线发射/接收设备的信号干扰等;楼内部的电子设备相互的电磁干扰源为电源系统
与控制系统间的干扰，信息处理系统与装置之间的干扰以及静电反应。
（2） 耦合通道：
耦合通道即干扰路径，主要有传输线路和空间辐射两种方式。当电子
设备或元件共用电源或地线时，就会通过公共阻抗产生相互干扰．两设备之间的地电位不同时，就会产生地环路干扰，高频电磁波通过天线，电缆等可以干扰设备的运行。
（3）受感器：
指当受到电磁干扰源所发射的电磁能量的作用时会发生电磁危害并导致性能降低或失效的器件，设备，分系统或系统等等。在智能建筑的弱电系统里，几乎所有的设备都是受感器。
-要实现建筑物中高性能高质量的电磁兼容EMC，应在方案实施中应充分考虑器件，线路板，设备，系统级等各个层次的电磁兼容。
电子设备的EMC措施在电磁环境较好的情况下即可实现对系统电磁防护的基本要求，主要由设备供应商完成；系统级即整个系统的电磁防护性EMC主要由弱电设计施工单位完成，从而实现高性能的电磁兼容EMC。
建筑物电磁兼容措施的主要实施途径有3种分别为接地，电磁屏蔽以及滤波器。
3、弱电设备的抗干扰措施：
对于弱电系统设备而言，从内部结构，电路设计，信号回路等方面考虑EMC：
3．1弱电设备的内部结构抗干扰措施：
弱电设备的外壳、机箱(柜)应采用金属材料，或在塑料外壳内喷涂一层金属膜作为屏蔽层；
外壳的通风孔是电磁泄漏干扰最大的一类孔缝，一般采用波导通风窗，不但可以提供良好的屏蔽效果而且不影响通风质量；
对观察孔等采用屏蔽偷工透光材料；
进出线孔导电布/导电橡胶密封；
机柜的门，机箱连接缝隙采用导电材料密封。
设置接地母排。
3．2弱电设备的电路设计抗干扰措施：
在设备的输入、输出端接口电路应设置高／低频滤波器、光电耦合器等电路。
电路板之间、电路板与电源板之间、电路板上射频元件区域都应使用厚度>10．7mm的镀锌铁板予以电磁屏蔽，屏蔽铁板应采用镀银铜线与外壳地连接。
多采用多层电路板，以减少引线，布线尽量短、粗，以减小环路电阻，尽可能地减小电路板中的相互电磁干扰。
使用带屏蔽层的电源隔离变压器。
在电源与负载之间串接铁氧体磁环。
软件采用数字滤波技术。
3．2弱电设备的信号回路设计抗干扰措施：
弱电信号回路尽量采用屏蔽双绞线传输；
弱电信号尽量采用平衡传输制式；
通讯线路采用光电隔离；
合理选择接地形式；
线路中尽量避免使用接插件；
弱电线路有单独的弱电井，在敷设时与电力线路有隔离；
采用数字信号，如现场总线，以太网等，少使用模拟信号；
使用隔离变压器。
4、系统接地：
接地是为电路或系统提供一个参考的等电位点或面，在对高频设备或系统而言则是为电流流回源提供一条低阻抗路径，在实施EMC措施中按照其功能使用要求划分为：安全接地，雷电接地，EMC接地，这些地应该共用一个系统，大楼系统接地接地电阻应小于1欧。
安全接地是指设备的电源系统应带有在设备入口处与地相连的电源回线。对设备来说金属机壳应通过黄绿安全线接到配电系统的地。
雷电接地按照国家标准和施工规范进行。
EMC接地包括：设备接地，屏蔽接地，系统接地等等，要组成等电位接地网。
5．建筑物电磁屏蔽：
屏蔽是通过由金属制成的壳，盒，板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。
良好接地
建筑物电磁屏蔽主要包括有：墙屏蔽，地板屏蔽，天花板，屏蔽门屏蔽，窗屏蔽以及设备开口处的屏蔽。
国际国内仍然没有关于建筑物电磁兼容EMC的统一标准，但根据对各个国家关于建筑物电磁兼容EMC的研究表明，用于建筑物电磁兼容EMC措施应具有以下选材原则：
1具有良好的屏蔽作用或吸收干扰频率的性能;
2对工作环境没有污染及辐射问题，施工工艺不太复杂
3有一定的强度产品具有不燃性耐久性，耐腐蚀性等。
6．滤波器的安装与使用：
电磁干扰滤波器即EMI滤波器，是抑制传导干扰的最有效地手段。它包括信号线滤波器和电源线滤波器。
信号线滤波器允许有用信号以较小的衰减通过，同时大大衰减杂波干扰信号。电源线滤波器以较小的衰减把直流，50Hz，400Hz等电源功率传输到设备上，却大大衰减经电源传入的EMI信号，保护设备受损害，同时，它又抑制电源本身产生的EMI信号，防止它进入电网，污染，危害其它设备。
常用的EMI滤波器有下面几种：具体选用应依据各型滤波器在源和负
载阻抗上的滤波衰减以及地线搭接等性能而定。
为减少接地阻抗，滤波器应安装在导电金属表面或通过接地带与接地点就近相连，避免细长接地导线造成较大的接地阻抗。
为避免输入/输出互相耦合，应尽量做到输入/输出隔离，至少严格禁止滤波器输入/输出线的相互交叉，路径平行等。若由于位置或空间的限制，无法满足上述要求，则滤波器输入/输出线必须采用屏蔽线或高频吸收线。
关键词：智能建筑，弱电，EMC设计
1、概述
随着现代电子技术和信息技术的蓬勃发展，智能建筑对自动化水平要求越来越高，微电子设备得到广泛的应用，在一个大楼内的各类机房也愈来愈多，各机房、各设备之间的电磁兼容性(EMC)矛盾越来越突出，同时智能建筑环境存在着大量的电气干扰源，如大型的变配电设备、电梯机房设备、中央空调设备的启/停信号和雷电干扰等，电力设备的电位异常与谐波干扰，电动工具的电火花，都会影响通信系统和广播电视系统的正常工作。
弱电系统在运行中会受到电磁幅射、电磁脉冲、地电位异常、雷电冲击、静电感应、电弧、强负荷电流冲击、电源谐波、高频电噪声等等有害干扰，常常由于抗干扰措施不当，轻则使设备的工作可靠性降低，产生误码、错码、误动作、系统数据丢失，重则使系统处于死机、故障和瘫痪的状态。
凡此种种都是常见的在同一电磁环境中的电子设备相互干扰而不能正常工作的现象。要解决这些问题，即如何使在同一电磁环境下工作的各种电子设备、电子系统都能互不于扰地正常工作，达到兼容状态，这就要看电子设备的电磁兼容性(EMC)。
2、建筑物内电磁干扰分析：
电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境下能正常工作并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰EMI的能力。
（1） 干扰源：
智能建筑的弱电系统的来自外部的主要干扰源有直接雷击/感应雷；供电系统的感应干扰；无线电信号及手机信号的干扰。由建筑物内部发向外部的电磁干扰的主要干扰源有无线电通信、广播电视、雷达信号，无线发射/接收设备的信号干扰等;楼内部的电子设备相互的电磁干扰源为电源系统
与控制系统间的干扰，信息处理系统与装置之间的干扰以及静电反应。
（2） 耦合通道：
耦合通道即干扰路径，主要有传输线路和空间辐射两种方式。当电子
设备或元件共用电源或地线时，就会通过公共阻抗产生相互干扰．两设备之间的地电位不同时，就会产生地环路干扰，高频电磁波通过天线，电缆等可以干扰设备的运行。
（3）受感器：
指当受到电磁干扰源所发射的电磁能量的作用时会发生电磁危害并导致性能降低或失效的器件，设备，分系统或系统等等。在智能建筑的弱电系统里，几乎所有的设备都是受感器。
-要实现建筑物中高性能高质量的电磁兼容EMC，应在方案实施中应充分考虑器件，线路板，设备，系统级等各个层次的电磁兼容。
电子设备的EMC措施在电磁环境较好的情况下即可实现对系统电磁防护的基本要求，主要由设备供应商完成；系统级即整个系统的电磁防护性EMC主要由弱电设计施工单位完成，从而实现高性能的电磁兼容EMC。
建筑物电磁兼容措施的主要实施途径有3种分别为接地，电磁屏蔽以及滤波器。
3、弱电设备的抗干扰措施：
对于弱电系统设备而言，从内部结构，电路设计，信号回路等方面考虑EMC：
3．1弱电设备的内部结构抗干扰措施：
弱电设备的外壳、机箱(柜)应采用金属材料，或在塑料外壳内喷涂一层金属膜作为屏蔽层；
外壳的通风孔是电磁泄漏干扰最大的一类孔缝，一般采用波导通风窗，不但可以提供良好的屏蔽效果而且不影响通风质量；
对观察孔等采用屏蔽偷工透光材料；
进出线孔导电布/导电橡胶密封；
机柜的门，机箱连接缝隙采用导电材料密封。
设置接地母排。
3．2弱电设备的电路设计抗干扰措施：
在设备的输入、输出端接口电路应设置高／低频滤波器、光电耦合器等电路。
电路板之间、电路板与电源板之间、电路板上射频元件区域都应使用厚度>10．7mm的镀锌铁板予以电磁屏蔽，屏蔽铁板应采用镀银铜线与外壳地连接。
多采用多层电路板，以减少引线，布线尽量短、粗，以减小环路电阻，尽可能地减小电路板中的相互电磁干扰。
使用带屏蔽层的电源隔离变压器。
在电源与负载之间串接铁氧体磁环。
软件采用数字滤波技术。
3．2弱电设备的信号回路设计抗干扰措施：
弱电信号回路尽量采用屏蔽双绞线传输；
弱电信号尽量采用平衡传输制式；
通讯线路采用光电隔离；
合理选择接地形式；
线路中尽量避免使用接插件；
弱电线路有单独的弱电井，在敷设时与电力线路有隔离；
采用数字信号，如现场总线，以太网等，少使用模拟信号；
使用隔离变压器。
4、系统接地：
接地是为电路或系统提供一个参考的等电位点或面，在对高频设备或系统而言则是为电流流回源提供一条低阻抗路径，在实施EMC措施中按照其功能使用要求划分为：安全接地，雷电接地，EMC接地，这些地应该共用一个系统，大楼系统接地接地电阻应小于1欧。
安全接地是指设备的电源系统应带有在设备入口处与地相连的电源回线。对设备来说金属机壳应通过黄绿安全线接到配电系统的地。
雷电接地按照国家标准和施工规范进行。
EMC接地包括：设备接地，屏蔽接地，系统接地等等，要组成等电位接地网。
5．建筑物电磁屏蔽：
屏蔽是通过由金属制成的壳，盒，板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。
良好接地
建筑物电磁屏蔽主要包括有：墙屏蔽，地板屏蔽，天花板，屏蔽门屏蔽，窗屏蔽以及设备开口处的屏蔽。
国际国内仍然没有关于建筑物电磁兼容EMC的统一标准，但根据对各个国家关于建筑物电磁兼容EMC的研究表明，用于建筑物电磁兼容EMC措施应具有以下选材原则：
1具有良好的屏蔽作用或吸收干扰频率的性能;
2对工作环境没有污染及辐射问题，施工工艺不太复杂
3有一定的强度产品具有不燃性耐久性，耐腐蚀性等。
6．滤波器的安装与使用：
电磁干扰滤波器即EMI滤波器，是抑制传导干扰的最有效地手段。它包括信号线滤波器和电源线滤波器。
信号线滤波器允许有用信号以较小的衰减通过，同时大大衰减杂波干扰信号。电源线滤波器以较小的衰减把直流，50Hz，400Hz等电源功率传输到设备上，却大大衰减经电源传入的EMI信号，保护设备受损害，同时，它又抑制电源本身产生的EMI信号，防止它进入电网，污染，危害其它设备。
常用的EMI滤波器有下面几种：具体选用应依据各型滤波器在源和负
载阻抗上的滤波衰减以及地线搭接等性能而定。
为减少接地阻抗，滤波器应安装在导电金属表面或通过接地带与接地点就近相连，避免细长接地导线造成较大的接地阻抗。
为避免输入/输出互相耦合，应尽量做到输入/输出隔离，至少严格禁止滤波器输入/输出线的相互交叉，路径平行等。若由于位置或空间的限制，无法满足上述要求，则滤波器输入/输出线必须采用屏蔽线或高频吸收线。
7、结束语
随着人们对抗辐射要求，各类电子设备防干扰能力安全性能指标的日益提高。抑制电磁干扰应从系统工程的角度考虑，从对弱电设备的考察选型开始，包含各专业相关内容的电磁兼容EMC设计逐步发展为必要的工程设计环节。
EMC设计过程中需各专业协调，配合合理的配置方案，在此基础上结合设备及线管，进行接地，屏蔽，滤波等EMC设计；在现场施工的安装，调试时分析干扰性质及来源，在全过程都采取有效措施，同时也需要电气专业与建筑结构，暖通及给排水等专业密切配合，才能确保整个若电系统的EMC满足要求。
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