专注SIP通讯产品与方案

电磁屏蔽室的施工建设

电磁屏蔽室

电磁屏蔽室(屏蔽机房)的施工建设主要涉及电磁屏蔽室的规定和电磁屏蔽的分类、电磁屏蔽室的结构形式、电磁屏蔽室的屏蔽件、电磁屏蔽室的规范和设计等级、电磁屏蔽室的分项系统等方面。

电磁屏蔽室的规定和电磁屏蔽的分类

1.电磁屏蔽室的规定

1)对涉及国家秘密或企业对商业信息有保密要求的电子信息系统机房,应设置电磁屏蔽室,电磁屏蔽室可采取其他电磁泄露防护措施,电磁屏蔽室的性能指标应依据国家相关标准执行。

2)对于环境要求达不到规范规定要求的电子信息系统机房,应采取有效的电磁屏蔽措施。

3)电磁屏蔽室的结构形式和相关的屏蔽件应根据电磁屏蔽室的性能指标和规模选定。

4)设有电磁屏蔽室的电子信息系统机房,建筑结构应满足屏蔽结构对荷载的要求。

5)电磁屏蔽室与建筑(结构)墙之间宜预留维修通道或检修口。

6)电磁屏蔽室的接地宜采用共用接地装置和单独接地线的形式。

2.电磁屏蔽的分类

(1)按用途分类

电磁屏蔽室可分为:

1)阻断室内电磁辐射向外界扩散。

用来抑制无线电设备、射频设备对外界的干扰,以减少无线电设备、射频设备对附近的其他无线电设备、仪器仪表等的干扰危害;同时,保证自由空间干扰电平维持在允许水平电平以下,从而达到空间电波管理的目的。

2)隔离外界电磁干扰,保证室内电子、电气设备正常工作。

在电子元件、电器设备的计量、测试工作中,利用电磁屏蔽室(或暗室)模拟理想电磁环境,防止无线电设备、仪器仪表等的工作受到外界电磁场的干扰,以保证低电平设备的正常调试、测量仪器的校准,提高检测结果的准确度。有效的操作灵敏度高的无线电设备与电子设备,可靠地提供一个没有电磁干扰的地方。

3)防止电子通信设备信息泄漏,确保信息安全。

为了保守国家机密,防止无线电设备泄漏出来的信号被敌人“窃听”,必须用屏蔽室来达到防泄漏的目的。电子通信信号会以电磁辐射的形式向外界传播,敌方利用监测设备即可进行截获还原。电磁屏蔽室是确保信息安全的有效措施。

4)抑制大强度的电磁辐射,防止射频设备对作业人员的危害与影响,防止环境污染。

由于射频大功率设备的大量投入使用,射频近场防护尤为突出。屏蔽室作为抑制大强度的电磁辐射,防止射频设备对作业人员的危害与影响,防止环境污染,已经成为一种重要措施。

(2)按屏蔽方式分类

1)静电屏蔽

静电屏蔽防止静电耦合干扰,是指对静电场的屏蔽,即利用低电阻率导体材料做成容器,把电力线限制在容器内部,也可以使外部电力线进不到容器内部。在静电屏蔽时,屏蔽导体必须接地,屏蔽体和接地线都是具有良好导电性能的金属材料。

2)电磁屏蔽

电磁屏蔽防止高平电磁波干扰,用于抑制噪声源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰。电磁屏蔽必须同时屏蔽电场和磁场,通常采用低电阻率的导体材料。空间电磁波在射入到金属体表面时会产生反射损耗和吸收损耗,使电磁能量被大大衰减,从而达到屏蔽的目的。在电磁屏蔽时,屏蔽体本身可以不接地,但为了避免发生静电耦合,所以电磁屏蔽导体一般也做接地处理。

3)磁屏蔽

磁屏蔽是防止低频的磁场感应,屏蔽较困难,通常采用高导磁率和低电阻率的金属材料构成具有一定厚度的壳体,以便将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体内部,防止磁场的扩散,这就是磁屏蔽的基本原理。与电磁屏蔽类似,在磁屏蔽时,屏蔽体是否接地不影响屏蔽效能,实际结构为了防止静电感应,屏蔽体一般都接机壳(安全接地)。

(3)按结构组成分类

1)金属板型结构

钢板焊接式屏蔽室采用2〜3mm冷轧钢板与龙骨框架焊接而成,屏蔽效能高,是一种高效能的屏蔽室,适用于近场防护和抗干扰、保密通信等方面。

2)金属网型结构

金属网由若干金属网或板拉网等嵌在骨架上组成的屏蔽体。它又可分为两种:

①装配式网状屏蔽室。将金属网或板拉网分别固定在木制骨架上,然后再将固定有金属网的框式骨架用螺栓紧固连接好,金属网骨架之间用铜带等导体良好连接。这种结构形式的屏蔽室可以拆卸与组装,结构简单,造价低,一般称为装配式网状屏蔽室。在防止工业干扰场合多有应用。装配式网状屏蔽室屏蔽效能一般均比金属板板型屏蔽室的效能低。

②焊接固定式网状屏蔽室。将金属网或金属板拉网固定在骨架上,然后将所有金属网焊接好,组成一焊接整体,即为焊接固定式网状屏蔽室。焊接固定式网状屏蔽室不能拆装,但电气性能优于装配式网状屏蔽室,可用于固定场合。

二、电磁屏蔽室的结构形式

1)用于保密目的的电磁屏蔽室,其结构形式分为装配式可拆卸式和焊接式。焊接式又可分为自撑式和直贴式。

2)建筑面积小于50rtf,日后需搬迁的电磁屏蔽室,结构形式宜采用可拆卸式。

3)电场屏蔽衰减指标要求大于120dB、建筑面积大于50rtf的屏蔽室,结构形式宜采用自撑式。

4)电场屏蔽衰减指标要求大于60dB的屏蔽室,结构宜采用直贴式,屏蔽材料可选择镀锌钢板,钢板的厚度根据屏蔽性能指标确定。

5)电场屏蔽衰减指标要求大于25dB的屏蔽室,结构宜采用直贴式,屏蔽材料可选择金属丝网,金属丝网的目数应根据被屏蔽信号的波长确定。

三、电磁屏蔽室的屏蔽件

1)屏蔽门、滤波器波导管、截止波导通风窗等屏蔽件,其性能不应低于电磁屏蔽室的性能要求,安装位置应便于检修。

2)屏蔽门可分为旋转式和移动式。一般情况下,宜采用旋转式屏蔽门。当场地受到限制时,可采用移动式屏蔽门。

3)所有进入电磁屏蔽室的电源线应通过电源滤波器进行处理。电源滤波器的规格、供电方式和数量应根据电磁屏蔽室内设备的用电情况确定。

4)所有进入电磁屏蔽室的信号线电缆应通过信号滤波器或进行其他屏蔽处理。

5)进出电磁屏蔽室的网络线宜采用光缆或5类、6类屏蔽线,光缆不应带有金属加强芯。

6)截止波导通风窗内的波导管宜采用等边六角型,通风窗的截面积应根据室内换气次数进行计算。

7)非金属材料穿过屏蔽层时应采用波导管,波导管的截面尺寸和长度应满足电磁屏蔽的性能要求。

四、电磁屏蔽室的规范和设计等级

1.电磁屏蔽室的规范

电磁屏蔽室工程设计施工要依据国家有关标准规范。标准规范主要有:

□ 国标《高性能屏蔽室屏蔽效能设计方案

□ 国标《高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法》

□ 军标《军用涉密信息系统电磁屏蔽体等级划分和测试方法》

□ 军标《军用电磁干扰滤波器选用和安装指南》

□ 军标《军用电磁屏蔽室通用技术要求和检验方法》

□ 部标《电磁屏蔽室工程施工及验收规范》

□ 保密标准《处理涉密信息电磁屏蔽室技术要求和测量方法》

2.电磁屏蔽室设计等级

电磁屏蔽室(屏蔽机房)设计等级分A、B、C级。一般电磁屏蔽室采用B级标准设计。

3.B级标准设计要求

□ 磁场:14kHzN15dB

100kHzN40dB

200kHzN50dB

□电场:1MHzN80dB

□平面波:100MHZ》80dB

□微波:1〜20GHZN80dB

4.C级标准设计要求

□ 磁场:14kHz》75dB

150kHzN95dB

□ 电场:200kHz〜50MHzN100dB

□ 平面波:50MHz〜1GHzNl00dB

□ 微波:1GHz〜10GHzNl00dB

五、电磁屏蔽室的分项系统

电磁屏蔽室主要由屏蔽主体、屏蔽门、电源滤波器、电话滤波器、信号滤波器、通风波导和截止波导管等分项系统等组成。屏蔽主体保证电子信息的安全,既防止信息的外泄失密,也防止外界强电磁场的干扰,同时为内部装修和各分项系统的安装提供基础,为各分项系统提供屏蔽机房的各类电气、通风、监控、通信、火警、消防等功能。

1.屏蔽主体分项系统

屏蔽主体(屏蔽壳体)是屏蔽室的关键体,既是保证屏蔽机房屏蔽性能的基础,又是各种装饰材料及大部分附属系统的载体,是屏蔽机房、电磁屏蔽室的最基本组成。它采用金属板或金属网作为屏蔽材料,建造密封的六面体结构。

(1)金属板材料的屏蔽主体

金属板材料的屏蔽主体由优质异型钢管焊接组成钢结构框架,采用2〜3mm优质冷轧钢板经焊接形成密封六面体。

1)金属板材料屏蔽主体的特点

□ 采用金属板作为屏蔽材料,金属板的屏蔽效能将随着材料的电导率的增大而有所提高,屏蔽效能显著。

□ 从“集肤效应”考虑,由于高频电流主要是沿着屏蔽表面流动,当采用金属板作为屏蔽材料时,高频感应电流遇到的感抗比金属网网丝上所遇到的感抗小,有利于泄流与电流传导。

□ 金属板可以最大限度地减少缝隙,提高屏蔽性能,基本保证在l00dB及以上;适用于建造高效屏蔽室。

□ 刚强度、抗震性、稳定性以及可靠性胜于金属网结构的屏蔽室。

□ 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壳体的支撑架,龙骨采用30mmx40mm矩形管依附屏蔽体钢板内壁焊接。

□ 变形小,焊缝紧密,完全能起到物理防护和电磁防护的作用。

2)金属板屏蔽主体的材料选择

□ 板材厚度:要保证屏蔽效能在100dB以上,板材厚度可在2〜3mm范围内选择。

□ 顶、墙板采用厚度为2.0mm的冷轧钢板。

□ 底板采用厚度为3.0mm的冷轧钢板。

□ 支撑龙骨采用型钢。

3)金属板屏蔽主体龙骨的材料选择

□ 地面

地面存在着空气和水分,将会导致金属接地体腐蚀,在接地体和地面之间,整体进行防潮防湿处理,采用绝缘垫块将电磁屏蔽室主体支起与地面绝缘。

□ 地面龙骨

在基建地面上先敷设厚度为5mm的绝缘块,其上敷设地梁,地梁采用50mmx30mmx2mm矩形钢,地梁间距为500mmx400mm。

□ 墙面龙骨

主龙骨(竖柱)采用8号槽钢制成,间距1180mm,副龙骨(横档)采用50mmx30mmx2mm矩形管制成,间距1000mtn,龙骨间断续焊固定牢固。

□ 顶部龙骨

主龙骨采用8号槽钢制成,间距1180mm,副龙骨采用50mmx30mmx2mm矩形钢,间距930mm,将主龙骨两端置于侧龙骨之上,主副龙骨间断续焊固定牢固。

4)工艺特点

□ 六面板体、支撑龙骨及壳体与地面之间的绝缘处理。

□ 单元模块均经过折弯成形,以保证焊接变形尽量控制在焊接边上。

□ 采用搭接技术,焊接工艺采用CO2气体保护焊,从而确保焊缝、壳体变形小,保证室内钢板表面的平整性。

□ 由各种型钢、钢质龙骨焊接成门框架,形成自支撑结构形式。

□ 屏蔽壳体内外必须进行严格的防锈处理,长期使用保证不生锈。

□ 屏蔽壳体及框架稳定可靠,长期使用保证性能,整体机械性能达到以下要求:

♦钢板不平度≤4mm/2m2

♦钢板垂直度10mm

♦壳体抗震指标≧8级

(2)金属网材料的屏蔽主体

金属网材料的屏蔽主体是采用金属网作为屏蔽材料形成密封六面体。

1)金属板材料屏蔽主体的特点

□ 金属网屏蔽效能没有金属板材料的屏蔽主体显著。

□ 高频感应电流遇到的感抗大,不利于泄流与电流传导。

□ 金属网作为屏蔽,电气连接性能差,有缝隙,即使采用双层金属网屏蔽,其屏蔽效能只有80~90dB。

□ 适合于建造低效屏蔽室。

2)金属网屏蔽主体的材料选择

□ 采用金属网作为屏蔽主体时,要保证屏蔽效能高,必须选用双层金属网屏蔽(单层屏蔽,一般屏蔽效能在30〜60dB;双层屏蔽约为60〜90dB)。

□ 双层屏蔽,内外两层金属网应当是绝缘的,两层网可在电源引入处做电气接触。倘若双层网之间距离过小,则屏蔽效能下降,通过实验研究,双层屏蔽网两层之间的间距以10cm为宜°

□ 网孔越小,即目数愈大,屏蔽衰减就越大。细密的金属网对电场分量的屏蔽效能要比磁场分量的屏蔽效果好。屏蔽效果与数目的关系,一般情况下要保证屏蔽效能达到60〜70dB,只有保证网距小于0.2mm以下才可实现。

(3)屏蔽主体的焊接

要保证电磁屏蔽的高效能,必须维持足够低的阻抗。因此,无论是用金属板制造的屏蔽主体,还是金属网型屏蔽主体室,都必须采用连续焊接的方法。连续性焊接是减少缝隙、降低屏蔽处跨接阻抗。焊接方式采用二氧化碳气体保护焊,其特点是受热面积小,焊缝抗氧化好。

从实验角度看,金属板型主体屏蔽室的金属板(薄板)应折边、咬口、压紧后在背腹两面焊接,经过这种处理基本上可以达到密封的整体屏蔽要求。对于厚板不能采用咬口焊接时,应采用搭接的办法焊接。(搭接指的是:上下(或左右)两个母材重叠,再重叠的边缘部分进行焊接,重叠3〜4mm。)

1)施焊前的要求

□ 施焊前,焊工应复核焊接件的接头质量和焊接区域的坡口、间隙、钝边等的处理情况。当发现有不符合要求时,应修整合格后方可施焊。

□ 母材内外壁的油、漆、垢、锈等清理干净,直至发出金属光泽。

2)焊接时的要求

□焊缝和热影响区不应有肉眼可见的裂纹。

□焊缝,不得在其表面留下切痕。

□每层应连续焊完,当天施工结束时,不得留有未焊完的焊口。

□外形均匀,成型良好,焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡平滑,焊渣清除干净。

3)焊接完成后的要求

①试验检查,其焊缝和热影响区不应有肉眼可见的裂纹。

□用观察检查或使用放大镜,用钢尺检查焊缝。

□焊缝感观应达到:外形均匀,成型良好,焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡平滑。

②进行外观质量检查

□焊成凹形的角焊缝,焊缝金属与母材间应平缓过渡。

□加工成凹形的角焊缝,不得在其表面留下切痕。

□焊渣清除干净。

在焊接完成后,所有钢结构件做严格的防锈处理,涂刷二道防锈漆。屏蔽主体的屏蔽效能满足《处理涉密信息的电磁屏蔽室的技术要求和测试方法》或《军用电磁屏蔽室的技术要求和测试方法》中B级标准的要求。

4)屏蔽主体金属钢板焊接指标

屏蔽主体金属钢板焊接指标如表6所示。

表6 屏蔽主体金属板焊接指标

 屏蔽主体金属板焊接指标

5)焊接的工艺特点

1)组成模块均经过折弯成型,以保证焊接变形尽量控制在焊接边上。

2)焊接工艺采用CO2气体保护焊,从而确保焊缝平整光滑,壳体变形小。

3)屏蔽壳体及框架稳定可靠,保证其电磁屏蔽性能长期稳定可靠。

(4)屏蔽主体的接地

接地是为了泄放电荷或提供一个基准电位而设置的导线连接。接地的目的有两个:一是为了保护人身和设备的安全,免遭雷击、漏电、静电等危害,这类地线称为保护地线,应与真正的大地相连接;二是为了保证设备的正常工作,这类地线称为工作地线。

屏蔽主体要有良好、可靠的接地系统,其接地电阻≦1Ω,一般采用单点接地。

2.屏蔽门分项系统

屏蔽门是屏蔽主体的关键设备,是工作人员及设备进出的主要通道,屏蔽门的尺寸为800mmx1900mm(净开)。屏蔽门要满足屏蔽室屏效要求。屏蔽室性能的好坏,其主要因素取决于是否有一个高性能的屏蔽门,屏蔽门是通过利用簧片与门板上的“刀”压接,从而使泄漏的电磁波的路径增大,达到防漏的要求。

屏蔽门结构简单,维修方便,技术成熟。

屏蔽门的优点:

□插刀式的电动门、刀口和簧片随门的开启经常摩擦,避免铜锈、污垢的存留,从而保证屏蔽门的屏蔽性能。

□结构简单、技术成熟、维修方便、噪音低。

□在失电情况下、可手动操作保证设备和人员进出的安全。

□与同规格的气密电动平移屏蔽门相比,具有故障率低、维护成本低等优点。

3.供电分项系统

(1)滤波器

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”。它不仅能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。滤波就是利用器件的频谱特性,控制有害干扰的流向或吸收干扰以达到控制干扰的目的。滤波技术是抑制传导干扰的主要手段之一,也是提高电子设备抗传导干扰能力的重要措施。

滤波器有电源滤波器、信号滤波器、烟感滤波器、温感滤波器等。滤波器技术成熟。

(2)电源滤波器

进入屏蔽主体的电分为市电和UPS电两组电源。其中,一路三相五线30kW市电和一路三相五线30kWUPS电。

□进入屏蔽主体的每根电源线均应配置电源滤波器,目前广泛采用低泄漏电流的电源滤波器。

□电源滤波器的插入衰减值与屏蔽室效能一致。

□所有电源滤波器应集中安装,滤波器的前端不能有过流保护装置,但可设置过载保护装置。

4.信号传输分项系统

1)多模、单模光缆均可通过专用光纤滤波导管引入屏蔽室内。

2)数据线可通过屏蔽接口箱(多次波导并穿铜管处理,辅以吸波材料)处理引入屏蔽室内。

3)电话线进入屏蔽室可采用数据信号滤波器。

5.空调通风分项系统

屏蔽机房内安装一台机房专用精密空调送风,保证机房内恒温、恒湿、空气新鲜。在屏蔽体上设进风波导窗和排风波导窗,用于室内、外空气交换。

对于进入屏蔽机房内的送风和排风,均应通过波导窗,以保证屏蔽的整体指标。为减小风阻系数,增加有效的通风面积,采用蜂窝形通风波导窗。蜂窝型波导窗由对边距5mm的六边形钢质波导管集合组成,波导管不妨碍空气流通,却对电磁辐射有截止作用。

空调通风主要是针对金属板型屏蔽室提出的,对于金属网型屏蔽室,则不是主要的,可以不设专门的通风分项系统。

选择波导滤波器应遵守以下三个原则:

1)波导管的断面尺寸必须按屏蔽室所要衰减的电磁场中的最高频率来确定。

2)波导管的长度应根据所屏蔽的最高频率时所给定的场强衰减值来确定。

3)由于矩形波导管的风阻比圆形小,所以在实践中应选用矩形波导管。

6.管道屏蔽分项系统

若有气体、水等管道穿入屏蔽室,将造成屏蔽效能的严重下降,为了不影响屏蔽效能,需要将管道的适当部分(如龙头等部位)用圆形网片焊接,同时将接向龙头的网片焊接在屏蔽上。进入防护室的各种非导体管线如消防喷淋管均应通过波导管,波导管对电磁辐射的截止原理与波导窗相同。

7.消防系统分项系统

在屏蔽室顶部,通过消防过壁装置,引入一路灭火气体管路,并设置消防气体喷头。在灭火系统启动时,喷头在屏蔽室内喷射灭火气体。

8.火灾报警分项系统

根据屏蔽室的面积和高度,在屏蔽机房内设置温感、感烟探头,通过火灾报警传递器引到值班室,与大楼火警主机相连,当烟感探头报警时,灭火系统启动。

9.机房电磁屏蔽工程的测试

1)机房屏蔽壳体与原建筑的地面、墙体、楼板的绝缘性能测试应符合要求。

2)机房屏蔽效能的测试。

3)电磁屏蔽效能的测试应按设计要求确定。

4)测试的方法应按《高效能屏蔽室屏蔽效能测试方法》执行。

5)屏蔽效能检测由国家授权的权威机构进行检测,检测合格出具屏蔽室屏蔽性能检测报告。

三、屏蔽机房重要设备
      屏蔽机房重要设备有:
      □ 屏蔽门:标准规格2.0xl.0M、1.8x0.8M、1.9x0.9M
      □ 通风波导窗:蜂窝型300mmx300mm、300mmx600mm
      □ 配电系统:电源滤波器15〜100A(220/380V)
      □ 电话滤波器:按电话数量配置
      □ 屏蔽接线口:按信号接口规格配置
      □ 消防系统:烟感、温感滤波器
      □ 监控系统:信号滤波器或选用信号接口板