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屏蔽机房工作原理与屏蔽壳体及线缆滤波系统设计

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2009-5-7 15:03:55

摘要:屏蔽机房的主要组成单元有屏蔽壳体、屏蔽门、通风波导窗、电源滤波器、通信滤波器、空调滤波器、室内装饰。

  一、屏蔽机房工作原理
  电波在传输过程中,交替产生交变的磁场和电场,在其试图通过具有良好接地的铁磁材料制成的导电性能较好的屏蔽壳体时,电场能量将通过具有接地导体而衰减,磁场能量在通过磁场物质中产生涡流而损耗,因此其强度将受到较大的衰耗(约3000~100000倍),从而起到将电磁波屏蔽(隔离)的作用。
  二、屏蔽机房的主要组成单元
  屏蔽机房的主要组成单元有屏蔽壳体、屏蔽门、通风波导窗、电源滤波器、通信滤波器、空调滤波器、室内装饰。
  三、屏蔽壳体设计
  (一)钢板屏蔽机房结构
  钢板屏蔽机房是由不同规格模块钢板(钢板厚2~3mm)相互连接成一体。根据屏蔽壳体不同部位的承载力不同而设计制作不同截面积的矩型钢龙骨作屏蔽壳体的支撑龙门框架,其最大特点就是刚强度、抗震性、稳定性以及可靠性胜于其他结构的屏蔽室,而且屏蔽效能要高得多。
  (二)钢板屏蔽体材料的选用
  电磁屏蔽是针对电磁波的屏蔽,而静电屏蔽指的是对静电场的屏蔽。静电屏蔽要求屏蔽体必须接地。影响屏蔽体电磁屏蔽效能的不是屏蔽体接地与否,而是屏蔽体导电连续性。破坏屏蔽体的导电连续性的因素有屏蔽体上不同部分的接缝、开口等。因此,电磁屏蔽对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽严格。
  根据不同材料的相对电导率、相对磁导率,以及吸收损耗、反射损耗等系数值分析,屏蔽机房的屏蔽体选择以铁为基体的金属材料,一般采用厚度为zmm钢板。地面采用相同材质,一般采用厚度3mm钢板。
  考虑屏蔽体材料的屏蔽效能的因素同时还兼顾电磁屏蔽室整体的机械性能,设计要求达到钢板不平度≤4mm/m2,屏蔽体垂直度≤l0mm,以及屏蔽体抗震≥8级。
  (三)钢板屏蔽机房的连接方式
  钢板屏蔽机房包括钢板焊接式电磁屏蔽机房和钢板组装式电磁屏蔽机房。
  1.采用焊接连接的钢板焊接式电磁屏蔽机房
  屏蔽体原材料(钢板)加工制作成单元模块,现场安装采用熔焊工艺进行连续的焊接(二氧化碳或其他气体保护焊),其特点是焊接热区范围窄、变形小、焊缝紧密、表面无熔渣。确保屏蔽层模块板接缝处的屏蔽效能与整块单元屏蔽层的屏蔽效能保持一致,同时还能提高焊缝的抗电化腐蚀性。电化腐蚀会降低屏蔽效能和互调效应,因为电化学反应产生的化合物是非线性的半导体物质,会产生信号混频,导致产生新的干扰频率。
  根据屏蔽壳体不同部位承载力的不同,而设计制作不同截面积的矩形钢龙骨作屏蔽体的加固支撑,龙骨采用30mm×40mm矩形管依附屏蔽体钢板内壁焊接。
  2.采用螺丝连接的钢板组装式电磁屏蔽机房
  钢板组装式电磁屏蔽室:六面板体是由厚度为1.5mm的冷轧钢板制成单元模块,镀锌喷塑后通过M8镀锌螺栓、螺母、垫片及导电衬垫组装而成。六面板体及壳体与地面之间做绝缘处理。
  (四)屏蔽门
  进出屏蔽机房的门采用屏蔽门。屏蔽门按其运动方式可分为旋转式和移动式。旋转式屏蔽门按其开启和锁紧方式可分为手动锁紧屏蔽门、电动(手动)锁紧屏蔽门、全自动屏蔽门。旋转式屏蔽门适于一般场合。移动式屏蔽门按其开启方式可分为手动屏蔽门、自动屏蔽门。移动式屏蔽门一般适用于对电磁屏蔽室门前建筑空间有限制的场合。
  下面介绍几种常用的屏蔽门。

  1.气动式平移屏蔽门
  气动式平移屏蔽门是一种结构新颖的电磁屏蔽门,其特点是屏蔽性能高、具有多种控制功能、操作轻便、工作可靠等,尤其是开关的过程不占屏蔽室的使用空间,适用于焊接式或组装式屏蔽室。其结构特点如下:
  (1)双层屏蔽。气动式平移屏蔽门采用优质冷轧钢板焊接成双层屏蔽壳体。以清洁十天油压缩空气作为压力媒介,使气囊充气膨胀,迫使铰青铜簧片牢靠地压在门扇的铜板上,确保屏蔽性能可靠。
  (2)气动、光导控制。门扇的开闭运动是以清洁压缩空气为动力,通过各气动执行元件来实现顺序控制;屏蔽室内,外控制信号的传递采用光传导。
  (3)控制功能。具有全自动(IC卡控制)、半自动(按钮控制)及手动等多种控制方式;防挤压控制;自动电气控制;采用先进、可靠的逻辑电路实现全自动控制,并可定制控制逻辑。
  (4)低噪声。采用特制的低噪声(≤50dB)空气压缩机,运行平稳、可靠,故障率低,创造宁静、舒适的工作环境。

  2.电动锁紧屏蔽门
  刀刃屏蔽门(铰链转动)是便用最为广泛的电磁屏蔽门,其优点是屏蔽性能高、稳定,但门的闭合与开启比较笨重。为配合这种屏蔽门特别开发了电动闭合、开启机构所示。其结构特点如下:
  (1)采用全机械式传动。电动机作为驱动源,整个减速、旋转运动转换为往复运动、斜面运动等全部采用机械运动实现。
  (2)先进的减速器。具有减速比大、噪声小、体积小、运动平稳等优点。
  (3)斜面机构闭合开启机构。由齿轮齿条传递的往复运动,通过斜面机构实现门的锁闭和开启,运动平稳、无噪声。
  (4)实现自动控制。门框上设有启动开关按钮和行程开关,根据需要发出信号可自动实现门的锁紧与开启。
  (5)劳动强度小。人力空旋转门扇达一设定的角度后,触动启闭信号实现门的启闭。

  3.全自动屏蔽门
  全自动屏蔽门使原来需人力实现的开启、关闭的旋转动作完全由电动机来完成。其结构特点如下:
  (1)全机械式传动。电动机作为驱动源,带动蜗轮、蜗杆机构实现门的开启、关闭的旋转动作;相对其他液压或气动的传动方式全机械式传动可靠性较好,同时噪声小,无污染。
  (2)实现自动控制。门框上设有密码锁或IC卡门锁,同时能与各种门禁系统相连,协同电动锁紧来自动实现门的开启和关闭。
  (3)全密闭结构。将原先暴露于外的手柄、拉杆及斜滑块等机构完全隐藏于罩壳之内,有效地改善了屏蔽门的外观。
  (4)应急装置。当屏蔽室突然断电或机械传动出现故障时室内的工作人员可以手动将屏蔽门打开。

  (五)截止波导通风窗
  屏蔽机房内通风管道进出屏蔽壳体时应采用截止波导通风窗穿越壳体。
  截止波导通风窗设计时应主要以下几点:
  (1)截止波导通风窗的截止频率和衰减参数必须大于电磁屏蔽室的屏蔽性能。
  (2)截止波导通风窗的格栅宜采用六角型,以提高通风量。
  (3)用于穿过屏蔽层的非金属材料(如光纤、气体或液体),所需的波导管的截面尺寸和长度均应按电磁屏蔽性能要求设计。所用材料可为冷拉圆钢(表面镀锌)或黄铜。
  
  五、线缆滤波系统设计
  进入屏蔽机房的各种线缆均需要进行滤波处理,以保证机房内的信号不因线缆的进出而造成泄漏。
  目前进入屏蔽室的进出线缆主要有各类电源线(含交流和直流线)、计算机数据线、语音线、监控视频线、消防报警线、空调室内外机组信号连线、门禁系统连线、计算机的直流地。处理上述各类信号线的方式有滤波处理、光纤处理、五类线屏蔽处理。
  (一)滤波处理
  1.滤波原理
  滤波器是一种无源双向网络,是由无源元件构成多端网络,它的一端是"源",另一端是"负载"。当信号从源一端进人时,仅容许工作必须的信号频率通过,而对工作不需要的信号频率有很大的衰减作用,它在衰减沿电源线传导的EMI能量同时,也对EMI的辐射有显著的抑制作用。
  根据使用要求的不同,滤波器分为信号滤波器和电源滤波器,信号滤波器和电,源滤波器在设计上侧重点不同,信号滤波器要着重考虑滤波器不能对工作信号有严重的干扰,而电源滤波器要注意当负载电流较大时,电感不能发生饱和。
  滤波器的种类主要有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
  屏蔽室中使用的滤波器依其频率特性通常采用低通滤波器,它是由电感和电容构成,使其在阻带内能够对其模干扰和差模干扰提供较大的衰减。
  2.衰减性能
  通常要求滤波器的衰减性能应与屏蔽室的屏蔽效能相吻合,这样的话一般来讲,一级滤波很难达到屏蔽要求,所以屏蔽室常用的滤波器通常采用二级滤波或三级滤波,滤波的级数越多,衰减性能越高。但其产生的漏电流会越大,屏蔽室对其漏电流有严格要求,一般不能超过输人电流的5%,因为漏电流越大,屏蔽室对地电压就越高,会对屏蔽室内的设备正常工作产生较大影响,严重的会毁坏某些设备。
  3.使用范围
  滤波器通常用于低频传输信号,如电源、电话、烟感信号、分体式空调的室内外信号连线。
  4.使用注意
  (1)分体式空调处理。一般分体式空调是由室内机组和室外机组组成,室外机组的工作是由室内机组提供电源和信号,因此该电源相信号均应通过滤波处理,在进行信号滤波时应特别注意由于各型号的空调其信号模式有所不同,可能会造成某些信号不能正常通过信号滤波器(如变频空调、高脉冲传输信号),造成空调不能正常工作。通常屏蔽室使用的空调应选用那些室内外机组连接线少,信号传输模式简单的空调。
  (2)烟感信号处理。在选用烟感信号滤波器时应首先对其烟感信号模式进行了解,针对其不同的传输模式选用合适的滤波器,如是变频信号的话则应通过光纤收发器进入屏蔽室。
  (3)其他信号模式处理。与烟感滤波器的选用方式相同。
  (二)光纤处理
  l.使用场合
  光纤处理主要应用在计算机系统中,由于目前计算机传输的速率高达l0Mb/s以上,大大超过滤波器的截止频率,如用滤波器则将造成传输速率在l0Mb/s以下的频率都将变成通带,这样的话屏蔽室l0Mb/s以下的频率就没有应有的屏蔽效果,因此如要保证屏蔽室有高性能屏蔽效能的话,就应采用光纤处理或光纤收发器。
  2.工作过程
  光纤收发器其工作过程就是发机先将电信号转换为光信号,通过光纤穿过屏蔽墙,到收机后将其光信号在还原成电信号。由于光纤线是非导电体,在穿过屏蔽壁上的波导管时不会产生电磁泄漏,所以可用于屏蔽室中信号传输。光纤收发器分为单模光纤收发器和多模光纤收发器两种,屏蔽室上一般用多模光纤收发器。
  3.使用注意
  (1)由于在大对数光缆中为防止光缆折断,一般在光缆芯中有一根金属多股线,但在穿人屏蔽波导管时一定要将该金属多股线抽掉,否则该金属线穿过波导管时会形成屏蔽室的天线效应,屏蔽室内外所有信号将会通过辐射藕合到该金属导线,带出屏蔽室内外,从而使屏蔽室性能急剧下降。
  (2)在电磁兼容原理中有波导原理,该原理主要是说明电磁波在穿过一定直径、一定深度的金属管时通过多次反射、吸收,其能量会得到极大衰减,从而使电磁波穿太后的强度衰减与板体的衰减相吻合。保证屏蔽室屏蔽效能。如按屏蔽室的隔离频率到l0GHz,屏蔽效能为100dB,则该波导管的直径应小于l2mm,深度大于40mm,因此一般穿过波导管的光缆应用尾纤穿过。
  (三)五类线处理
  在原有的计算机房改造中或由于该信号只能通过五类线传输,则当该五类线进人屏蔽室后,屏蔽室的屏蔽效能将会由于该五类线的穿人而急剧下降。因此如何妥善处理五类线的屏蔽,将对屏蔽室的屏蔽效能产生重大影响。
  1.五类线的正确选用
  目前国内屏蔽五类线的型号、规格很多,构成各不相同,且标你的屏蔽效能也有差异,因此如何正确选用合适的屏蔽五类线则是第一要素。
  2.五类线与屏蔽体的良好连接
  

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