Введение к работе
Актуальность работы
Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) относительно недавно сформировалась в самостоятельное научное направление, базирующееся на достижениях радиоэлектроники и электротехники. Актуальность проблемы ЭМС непрерывно возрастает, что обусловлено все расширяющимся применением электронных устройств в разнообразных сферах деятельности человека. Во всех технически развитых странах ведется жесткое нормирование параметров ЭМС технических средств, а сертификация на соответствие требованиям обеспечения ЭМС является обязательной. Стандартизация в области ЭМС ведется на международном уровне, и стандарты России максимально гармонизированы с международными стандартами. Эффективному решению проблемы ЭМС в России будет способствовать и закон "Об обеспечении электромагнитной совместимости", проект который принят в первом чтении Государственной Думой в конце 1997 г. Принятие этого закона придаст новый импульс работам по обеспечению ЭМС технических средств на всех этапах жизненного цикла аппаратуры - от разработки до эксплуатации.
В последние годы резко возросла насыщенность различных помещений, которые можно отнести к производственным, электронно-вычислительной техникой. Это техника, отличаясь высоким быстродействием, особенно чувствительна к помехам, которые существуют в ограниченном объеме производственного помещения. Источниками электромагнитных помех внутри помещения являются распределенные сети электропитания, цифровые устройства и т. п. Моторы, коммутационные устройства, мощные передающие устройства, расположенные вне производственного помещения, являются источниками помех, которые могут проникать через окна, двери и другие проемы. Таким образом, внутри производственного помещения формируется определенная электромагнитная обстановка, обуславливающая условия работы технических средств.
Основной тип электронной аппаратуры наиболее широко применяемой в производственных помещениях, к которым можно отнести офисы, вычислительные центры, отделы автоматизации и др., составляет вычислительная техника в составе локальных вычислительных сетей. Топологически ЛВС могут быть реализованы в виде шины,
звезды, кольца или их комбинации. В любом варианте физическая протяженность линий связи может достигать сотен метров, занимая этажи здания. Для прокладки коммуникаций в строительных конструкциях предусматриваются или вновь создаются каналы, в которых укладываются не только линии связи для передачи данных, но и телефонные линии, телевизионные кабели и другие коммуникации. В большинстве случаев в непосредственной близости располагаются и линии первичного электропитания. Все это создаег весьма сложную электромагнитную обстановку в сетевых каналах, что требует повышенного внимания к проблеме обеспечения ЭМС.
Московская городская телефонная сеть (МГТС) в настоящий момент переживает период коренной реконструкции. Основным ее направлением является повсеместное внедрение информационно-вычислительных систем, компьютерных технологий, внедрение локальных и глобальных вычислительных сетей и построение телекоммуникаций на их основе. При решении данной проблемы приходиться сталкиваться с рядом трудностей, которые определяются несовершенством инфраструктуры зданий и помещений, предназначенных для размещения аппаратуры нового поколения. В первую очередь это относится к задачам ЭМС, поскольку устаревшее электромеханическое оборудование было относительно невосприимчиво к большинству типов помех, которые присутствуют в производственном помещении. Попытки решить проблему ЭМС на этапе отладки установленных систем приводят к значительным затратам и в ряде случаев требуют коренной переделки помещений и переналадки оборудования. Очевидно, что наиболее приемлемым является решение проблемы ЭМС электронного оборудования на возможно более ранних этапах подготовки помещений, включая строительство зданий, отделку помещения, прокладку коммуникаций, силовых цепей и т. п. В своих публикациях [1 - 12] автор работы рассмотрел основные задачи обеспечения ЭМС электронного оборудования, которое устанавливается в производственном помещении, обосновал методы решения задач и разработал рекомендации, внедрение которых позволило существенно сократить сроки ввода в строй новых объектов МГТС и модернизацию старых, что в конечном итоге привело к значительному экономическому эффекту.
Таким образом, круг вопросов, охватывающих анализ электромагнитной обстановки в условиях производственных помещений, разработка методов и средств обеспе-
чения ЭМС определяет значительное повышение качества функционирования технических средств и охватывает актуальные задачи, составляющие предмет специальных исследований, отраженных в материалах диссертации.
Цель работы
Проведенный анализ состояния вопроса позволяет сформулировать цели и задачи диссертации. Целью настоящей работы является сокращение сроков и стоимости монтажа и запуска в эксплуатацию комішексов электронного оборудования, которые устанавливаются в производственных помещениях, за счет применения научно обоснованных методоз обеспечения внутриобъектовой ЭМС. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие зада'ш.
-
Анализ особенностей электромагнитной обстановки в объеме производственного помещения; выявление основных помехообразующих факторов, направлений исследований и формулировка задач.
-
Анализ методов экранирования производственных помещений, выявление специфических элементов экранирования и методов повышения эффективности экранирования.
-
Анализ методов заземления электронного оборудования в производственных помещениях, которые обеспечивают выполнение требований ЭМС и разработка методов расчета сопротивления контура заземления при различных вариантах установки за-землителей.
-
Анализ качества электрической энергии, причин его искажения и влияния на функционирование электпонного обог*удовяіпїя.
-
Разработка методов расчета экранирующих стекол, эффективности экранирования с учетом прокладок и влияния климатических дестабилизирующих факторов на эффективность экранирования.
-
Проведение экспериментальных исследований качества электроэнергии я типовом производственном помещении и выявление наиболее существенных видов помех в сети, влияющих на функционирование электронного оборудования.
-
Разработка рекомендаций по обеспечению требований ЭМС электронного оборудования в условиях производственных помещений.
8. Внедрение разработанных рекомендаций в практику создания специализированных помещений для оборудования перспективных центров телекоммуникаций в системе МГТС.
Методы исследования
При решении поставленных задач использовались принципы системного подхода, методы математического моделирования, теория экранирования, электромагнитной совместимости, электромапштной безопасности, а также экспериментальные исследования.
Научная новизна
Получены следующие основные научные результаты:
-
Уточнены математические модели экранирующих оболочек, отражающих особенности их применения как элементов производственных помещений.
-
Разработаны математические модели и требования к конструкции экранирующих стекол, обеспечивающих компромиссные требования к их оптическим и электромагнитным параметрам.
-
Построена модель влияния коррозии на качество контактов в системе заземления и экранирования, которая позволила сформулировать требования к качеству контактов и методы обеспечения этих требований.
-
Уточнены соотношения по расчету системы заземлителей с учетом эффекта близости, что позволило получить более точные данные о электрических параметрах системы заземления.
-
Разработана методика экспериментальных исследований электромагнитных помех в условиях производственных помещений, отражающая специфику электромапштной обстановки и требования к качеству электроэнергии.
Практическая ценность работы заключается в разработке комплекса взаимоувязанных рекомендаций по обеспечению требований электромагнитной совместимости для компьютерной техники, устанавливаемой в условии производственного помещения, а также методов экспериментальной оценки параметров электромагнитной обстановки в условиях помещений.
Достоверность и обоснованность результатов, представленных в диссертации, подтверждается адекватностью математических моделей, что выявлено при проведении экспериментальных исследований; сравнением полученных результатов с известными из литературных источников; результатами внедрения разработанных методов и рекомендаций в практику.
Реализация результатов и предложения об использовании
Результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях МГТС при выполнении программы модернизации телефонных станций. Работа выполнялась в рамках документа "Концепция развития и реконструкции цифровых систем передачи и коммутации МГТС на период до 2010 г.".
Практические результаты работы внедрены на Таганском и Люблинском телефонном узлах АО МГТС, в СП "Годден Лайн", в АО АСВТ.
Научные результаты работы также используются в учебном процессе на факультете информационных технологий МГИЭМ при подготовке инженеров по специальности 200800 но кафедре "Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы" в лекционные курсы и практические занятия по дисциплинам "Конструирование радиоэлектронных средств" и "ЭМС и зашита информации в радиоэлектронных средствах" [4 - 7,9].
Внедрение результатов подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ, Москва, 1997 г.; на LII научной сессии, посвященной Дню радио, Москва, 1997 г.; научно-техническая конференция "Электромагнитная совместимость в локаль-
ных вычислительных сетях", Москва, 1997 г.; а также на научно-технических семинарах кафедры "Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы" МГИЭМ.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 1 монография, 5 учебных пособий, 5 статей, 2 тезисов докладов.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов по диссертации и списка литературы. В приложении приведены акты внедрения.
